A Health Index Construction Framework for Prognostics Based on Feature Fusion and Constrained Optimization

预言 特征(语言学) 数据挖掘 公制(单位) 一致性(知识库) 传感器融合 计算机科学 适应性 断层(地质) 过程(计算) 人工智能 工程类 机器学习 语言学 哲学 生态学 运营管理 地震学 生物 地质学 操作系统
作者
Zhen Chen,Tangbin Xia,Di Zhou,Ershun Pan
出处
期刊:IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:70: 1-15 被引量:26
标识
DOI:10.1109/tim.2021.3104414
摘要

The actual health state of a system is difficult to measure in online applications. Hence, features extracted from the sensor data are usually fused as a composite health index (HI) to represent the system status. If the HI shows explicit increasing or decreasing trend, prognostic methods are applied to extrapolate the future degradation and predict the remaining useful life (RUL). However, the practical requirements of prognostics for HI construction are often not considered. Thus, the advanced index may not capture the fault progression well, which would lead to inaccurate predictions. In this article, an HI construction frame-work based on feature fusion and constrained optimization is proposed. Multiple features are fused with weighted sum and nonlinear fusion functions. Three desired properties of HI for prognostics are considered to build an optimization model of feature weights. To solve this multi-variable model effectively, a self-adaptive differential evolution (SADE) algorithm is proposed. Then, a state-space model based on Wiener process is applied to the constructed HIs for online RUL prediction. To evaluate the performance of the HIs, a consistency-based metric is developed. Illustrative examples using two industrial datasets demonstrate the efficiency and adaptability of the proposed methods.
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