Fine-tuning transfer learning based on DCGAN integrated with self-attention and spectral normalization for bearing fault diagnosis

规范化(社会学) 深度学习 瓶颈 学习迁移 生成对抗网络 Boosting(机器学习) 人工智能 计算机科学 模式识别(心理学) 机器学习 人类学 社会学 嵌入式系统
作者
Hongyu Zhong,Samson S. Yu,Hieu Trinh,Yong Lv,Rui Yuan,Yanan Wang
出处
期刊:Measurement [Elsevier]
卷期号:210: 112421-112421 被引量:116
标识
DOI:10.1016/j.measurement.2022.112421
摘要

In the current big-data context of Industry 4.0, insufficient training data has become a major bottleneck in developing data-driven diagnosis approaches, restricting the accuracy of deep networks. Targeting this issue, this study proposes a novel fault diagnosis method incorporating data augmentation and transfer learning, which is branded as SA-SN-DCGAN-TL. The SA-SN-DCGAN method is used to generate sufficient synthetic images to meet the training requirement, which integrates the deep convolutional generative adversarial network (DCGAN) with the self-attention (SA) module and spectral normalization (SN). Besides, fine-tuning transfer learning (TL) is proposed to combine the synthetized and original data to train the deep network. The well-trained deep network is divided into two parts, wherein the weight parameter in the upper layers is trained on synthetic images and transferred into the counterpart of the target network. Only a small amount of original data is required to fine-tune the target network’s bottom layers for the target task. Ablation studies confirm the importance and effectiveness of each component in the SA-SN-DCGAN. Experimental results on two bearing datasets demonstrate that the proposed method can relieve the growing demand for a large amount of original data in deep networks by utilizing SA-SN-DCGAN and the fine-tuning TL and achieve better fault diagnosis accuracy than the existing approaches.
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