A Shape-Constrained Neural Data Fusion Network for Health Index Construction and Residual Life Prediction

人工神经网络 保险丝(电气) 计算机科学 传感器融合 数据挖掘 残余物 数据集 人工智能 单调函数 机器学习 工程类 算法 数学 电气工程 数学分析
作者
Zhen Li,Jianguo Wu,Xiaowei Yue
出处
期刊:IEEE transactions on neural networks and learning systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:32 (11): 5022-5033 被引量:50
标识
DOI:10.1109/tnnls.2020.3026644
摘要

With the rapid development of sensor technologies, multisensor signals are now readily available for health condition monitoring and remaining useful life (RUL) prediction. To fully utilize these signals for a better health condition assessment and RUL prediction, health indices are often constructed through various data fusion techniques. Nevertheless, most of the existing methods fuse signals linearly, which may not be sufficient to characterize the health status for RUL prediction. To address this issue and improve the predictability, this article proposes a novel nonlinear data fusion approach, namely, a shape-constrained neural data fusion network for health index construction. Especially, a neural network-based structure is employed, and a novel loss function is formulated by simultaneously considering the monotonicity and curvature of the constructed health index and its variability at the failure time. A tailored adaptive moment estimation algorithm (Adam) is proposed for model parameter estimation. The effectiveness of the proposed method is demonstrated and compared through a case study using the Commercial Modular Aero-Propulsion System Simulation (C-MAPSS) data set.
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