Pruning graph convolutional network-based feature learning for fault diagnosis of industrial processes

计算机科学 图形 特征提取 人工智能 卷积神经网络 模式识别(心理学) 修剪 过程(计算) 数据挖掘 特征(语言学) 深度学习 机器学习 理论计算机科学 语言学 哲学 农学 生物 操作系统
作者
Yue Zhang,Jianbo Yu
出处
期刊:Journal of Process Control [Elsevier BV]
卷期号:113: 101-113 被引量:35
标识
DOI:10.1016/j.jprocont.2022.03.010
摘要

In recent years, deep learning has been widely applied in process fault diagnosis due to its powerful feature extraction ability. A predominant property of these fault diagnosis models is to extract effective features from process signal. However, it is still difficult for them to construct the feature association relationship between input data. To solve these problems, this paper proposes a new graph neural network (GNN), pruning graph Convolutional network (PGCN), to perform feature learning based on the graph data. One dimensional process data are transformed into graph data by a graph construction method. A graph Convolutional network (GCN) is used to extract the features of process data. A pruning method of graph structure is proposed to effectively extract important information from process fault data. The feasibility and effectiveness of PGCN are verified on two benchmark processes, i.e., continuous stirred-tank reactor (CSTR) and fed-batch fermentation penicillin process (FBFP). The experimental results show that the performance of PGCN in feature extraction and process fault diagnosis is better than that of other typical methods, which provides a good possibility for the application of GCN in industrial process fault diagnosis.

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