Rolling element bearings are critical components of rotating machinery, with their performance directly influencing the efficiency and reliability of industrial systems. At the same time, bearing faults are a leading cause of machinery failures, often resulting in costly downtime, reduced productivity, and, in extreme cases, catastrophic damage. This study presents a methodology that utilizes Kolmogorov-Arnold Networks to address these challenges through automatic feature selection, hyperparameter tuning and interpretable fault analysis within a unified framework. By training shallow network architectures and minimizing the number of selected features, the framework produces lightweight models that deliver explainable results through feature attribution and symbolic representations of their activation functions. Validated on two widely recognized datasets for bearing fault diagnosis, the framework achieved perfect F1-Scores for fault detection and high performance in fault and severity classification tasks, including 100% F1-Scores in most cases. Notably, it demonstrated adaptability by handling diverse fault types, such as imbalance and misalignment, within the same dataset. The symbolic representations enhanced model interpretability, while feature attribution offered insights into the optimal feature types or signals for each studied task. These results highlight the framework's potential for practical applications, such as real-time machinery monitoring, and for scientific research requiring efficient and explainable models.


翻译:滚动轴承是旋转机械的关键部件,其性能直接影响工业系统的效率与可靠性。同时,轴承故障是引发机械故障的主要原因,常导致昂贵的停机时间、生产力下降,极端情况下甚至造成灾难性损坏。本研究提出一种利用Kolmogorov-Arnold网络的方法,通过自动特征选择、超参数调优和可解释故障分析,在统一框架内应对这些挑战。通过训练浅层网络架构并最小化所选特征数量,该框架构建出轻量化模型,借助特征归因和激活函数的符号化表示提供可解释的结果。在两个广泛认可的轴承故障诊断数据集上进行验证,该框架在故障检测任务中取得了完美的F1分数,在故障类型与严重程度分类任务中也表现出高性能,多数情况下达到100%的F1分数。值得注意的是,该框架展现出良好的适应性,能够处理同一数据集中不平衡、不对中等多种故障类型。符号化表示增强了模型的可解释性,而特征归因则揭示了各研究任务中最优特征类型或信号。这些结果凸显了该框架在实时机械监测等实际应用,以及需要高效可解释模型的科学研究中的潜力。

0
下载
关闭预览

相关内容

Networking:IFIP International Conferences on Networking。 Explanation:国际网络会议。 Publisher:IFIP。 SIT: http://dblp.uni-trier.de/db/conf/networking/index.html
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
12+阅读 · 2021年9月13日
VIP会员
相关VIP内容
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员