Remaining useful life with self-attention assisted physics-informed neural network

预言 可解释性 人工神经网络 模块化设计 人工智能 机制(生物学) 钥匙(锁) 机器学习 计算机科学 计算 预测建模 数据挖掘 工程类 算法 哲学 计算机安全 认识论 操作系统
作者
Xinyuan Liao,Shaowei Chen,Pengfei Wen,Shuai Zhao
出处
期刊:Advanced Engineering Informatics [Elsevier BV]
卷期号:58: 102195-102195 被引量:97
标识
DOI:10.1016/j.aei.2023.102195
摘要

Remaining useful life (RUL) prediction as the key technique of prognostics and health management (PHM) has been extensively investigated. The application of data-driven methods in RUL prediction has advanced greatly in recent years. However, a large number of model parameters, low prediction accuracy, and lack of interpretability of prediction results are common problems of current data-driven methods. In this paper, we propose a Physics-Informed Neural Networks (PINNs) with Self-Attention mechanism-based hybrid framework for aircraft engine RUL prognostics. Specifically, the self-attention mechanism is employed to learn the differences and interactions between features, and reasonably map high-dimensional features to low-dimensional spaces. Subsequently, PINN is utilized to regularize the end-to-end prediction network, which maps features to RUL. The RUL prediction framework termed AttnPINN has verified its superiority on the Commercial Modular AeroPropulsion System Simulation (C-MAPSS) dataset. It achieves state-of-the-art prediction performance with a small number of parameters, resulting in computation-light features. Furthermore, its prediction results are highly interpretable and can accurately predict failure modes, thereby enabling precise predictive maintenance.
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