Rotating machinery is essential to modern life, from power generation to transportation and a host of other industrial applications. Since such equipment generally operates under challenging working conditions, which can lead to untimely failures, accurate remaining useful life (RUL) prediction is essential for maintenance planning and to prevent catastrophic failures. In this work, we address current challenges in data-driven RUL prediction for rotating machinery. The challenges revolve around the accuracy and uncertainty quantification of the prediction, and the non-stationarity of the system degradation and RUL estimation given sensor data. We devise a novel architecture and RUL prediction model with uncertainty quantification, termed VisPro, which integrates time-frequency analysis, deep learning image recognition, and nonstationary Gaussian process regression. We analyze and benchmark the results obtained with our model against those of other advanced data-driven RUL prediction models for rotating machinery using the PHM12 bearing vibration dataset. The computational experiments show that (1) the VisPro predictions are highly accurate and provide significant improvements over existing prediction models (three times more accurate than the second-best model), and (2) the RUL uncertainty bounds are valid and informative. We identify and discuss the architectural and modeling choices made that explain this excellent predictive performance of VisPro.


翻译:由于此类设备一般在具有挑战性的工作条件下运行,可能导致不及时的故障,准确的剩余使用寿命(RUL)预测对于维护规划并防止灾难性的故障至关重要。在这项工作中,我们应对数据驱动的RUL对旋转机器的预测目前的挑战。挑战围绕预测的准确性和不确定性量化,以及系统退化和RUL估计给定的传感器数据的不常态性。我们设计了一个新的架构和RUL预测模型,称为VisPro,其中含有不确定性的量化,该模型将时间频率分析、深学习图像识别和非静止高斯进程回归结合起来。我们用模型分析并参照使用带有振动数据集的PHM12旋转机器的其他高级数据驱动RUL预测模型计算得出的结果。我们的计算实验表明:(1) VisPro预测非常准确,比现有的预测模型(比第二最佳模型准确三倍)有重大改进;(2)RUL不确定性的模型绑定是准确和极好的。我们确定并解释了这一模型和极好的预测。

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