A novel data augmentation approach to fault diagnosis with class-imbalance problem

计算机科学 可靠性(半导体) 断层(地质) 分歧(语言学) 核(代数) 人工智能 匹配(统计) 班级(哲学) 机器学习 数据挖掘 数学 统计 功率(物理) 语言学 物理 哲学 量子力学 组合数学 地震学 地质学
作者
Jilun Tian,Yuchen Jiang,Jiusi Zhang,Hao Luo,Shen Yin
出处
期刊:Reliability Engineering & System Safety [Elsevier]
卷期号:243: 109832-109832 被引量:48
标识
DOI:10.1016/j.ress.2023.109832
摘要

Data-driven fault diagnosis techniques are frequently applied to ensure the reliability and safety of industrial systems. However, as a common challenge, the class-imbalance problem reduces the performance of data-driven methods due to the lack of data information. We propose a weighted modified conditional variational auto-encoder (WM-CVAE) as a novel data augmentation technique to tackle the issue. The modified structure can alleviate the existing Kullback–Leibler (KL) divergence vanishing by an adaptive loss. Meanwhile, kernel mean matching (KMM) is proposed on weight computation to reduce the negative effect of dissimilar generated samples. Constructing the WM-CVAE data augmentation framework can effectively improve the data quality and learning capability in class-imbalance fault diagnosis. To validate the proposed WM-CVAE model, three real-world industrial datasets are used as study objects, and the random forest is used as the base learner in the fault classification tasks. The diagnostic results demonstrate that the proposed WM-CVAE data augmentation framework can improve learning results in class-imbalance fault diagnosis.
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