A Generalized Graph Contrastive Learning Framework for Few-Shot Machine Fault Diagnosis

计算机科学 人工智能 图形 机器学习 自然语言处理 模式识别(心理学) 理论计算机科学
作者
Chaoying Yang,Jie Liu,Qi Xu,Kaibo Zhou
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:20 (2): 2692-2701 被引量:17
标识
DOI:10.1109/tii.2023.3297664
摘要

Graph data-driven machine fault diagnosis methods make success using sufficient data recently. However, in the actual industry, there are rare failure data in historical data, leading to insufficient graph representation ability and reducing diagnosis performance. In this article, a generalized graph contrastive learning (GCL) framework for few-shot machine fault diagnosis is proposed. First, spectrum features of vibration data-based samples are used to calculate Euclidean distance matrix for constructing K-nearest neighborhood graph (KNNG), where K adjacent neighbors of each sample are connected. Avoiding excess calculation cost for graph construction, positive and negative KNNGs are constructed by changing parameter K . To make full use of few-shot samples, an unsupervised GCL subtask is set for pretraining graph deep learning model. Further, the unsupervised pretrained model is semisupervised trained using original KNNGs for outputting unlabeled nodes' labels. The proposed method achieves 99.83%, 99.56% in bearing and gearbox dataset, respectively, and the proposed GCL framework works for different graph neural networks.

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