Supervised Contrastive Learning-Based Domain Adaptation Network for Intelligent Unsupervised Fault Diagnosis of Rolling Bearing

计算机科学 人工智能 机器学习 断层(地质) 域适应 残余物 卷积神经网络 领域(数学分析) 模式识别(心理学) 监督学习 领域知识 人工神经网络 算法 数学 分类器(UML) 数学分析 地震学 地质学
作者
Yongchao Zhang,Zhaohui Ren,Shihua Zhou,Ke Feng,Kun Yu,Zheng Liu
出处
期刊:IEEE-ASME Transactions on Mechatronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:27 (6): 5371-5380 被引量:53
标识
DOI:10.1109/tmech.2022.3179289
摘要

Fault diagnosis of rolling bearing is essential to guarantee production efficiency and avoid catastrophic accidents. Domain adaptation is emerging as a critical technology for the intelligent fault diagnosis of rolling bearing. Most existing solutions learn domain-invariant features by statistical moment matching, adversarial training, or fusing two algorithms. However, these domain adaptation methodologies overemphasized learning domain-invariant features and ignored the generalization of classification performance on the target domain, which leads to inevitable misclassification. To address this issue, we propose a supervised contrastive learning-based domain adaptation network (SCLDAN) for cross-domain fault diagnosis of the rolling bearing in this paper. The SCLDAN develops a 1-D convolutional residual network to learn the raw signal features and employs the maximum mean discrepancy loss to achieve global domain alignment. In addition, a novel supervised contrastive learning approach is proposed, where a supervised contrastive loss and a mutual information loss are established to learn the class-specific information and improve the reliability of target prediction labels. Thus, the ambiguous data samples residing near the class boundaries of the target domain can be accurately identified, and the diagnosis accuracy is significantly improved. Extensive experiments on two experimental scenarios demonstrate the effectiveness of the proposed method.
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