Intelligent data-driven fault diagnosis methods have been widely applied, but most of these methods need a large number of high-quality labeled samples. It costs a lot of labor and time to label data in actual industrial processes, which challenges the application of intelligent fault diagnosis methods. To solve this problem, a multi-stage semi-supervised improved deep embedded clustering (MS-SSIDEC) method is proposed for the bearing fault diagnosis under the insufficient labeled samples situation. This method includes three stages: pre-training, deep clustering and enhanced supervised learning. In the first stage, a skip-connection based convolutional auto-encoder (SCCAE) is proposed and pre-trained to automatically learn low-dimensional representations. In the second stage, a semi-supervised improved deep embedded clustering (SSIDEC) model that integrates the pre-trained auto-encoder with a clustering layer is proposed for deep clustering. Additionally, virtual adversarial training (VAT) is introduced as a regularization term to overcome the overfitting in the model's training. In the third stage, high-quality clustering results obtained in the second stage are assigned to unlabeled samples as pseudo labels. The labeled dataset is augmented by those pseudo-labeled samples and used to train a bearing fault discriminative model. The effectiveness of the method is evaluated on the Case Western Reserve University (CWRU) bearing dataset. The results show that the method can not only satisfy the semi-supervised learning under a small number of labeled samples, but also solve the problem of unsupervised learning, and has achieved better results than traditional diagnosis methods. This method provides a new research idea for fault diagnosis with limited labeled samples by effectively using unsupervised data.


翻译:智能数据驱动缺陷诊断方法已被广泛采用,但大多数这些方法都需要大量高质量的标签样本。在实际工业过程中,在实际工业过程中标签数据需要花费大量精力和时间,这对智能缺陷诊断方法的应用提出了挑战。为解决这一问题,建议采用多阶段半监督改进的深层内嵌集(MS-SSIDEC)方法,在标签样本不足的情况下进行断层诊断。这种方法包括三个阶段:培训前、深度集聚和强化监管的深层学习。在第一阶段,提议并预先训练基于螺旋式自动编码(SCADEE)的数据,以自动学习低维度的演示。在第二阶段,半监督改进的深层内嵌集集(SSIDEC)模型,将经过预先训练的自动编码与集层结合起来。此外,虚拟对抗性培训(VAT)只是作为正规化术语,以克服模型培训中的过度配置。在第三阶段,提议高品质的基质集结果,在第二阶段,自动学习低度的低维度样本,也通过升级的标签方法,将数据转化为的样品,将数据用于升级的升级的升级的样品。

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