Rotating machines like engines, pumps, or turbines are ubiquitous in modern day societies. Their mechanical parts such as electrical engines, rotors, or bearings are the major components and any failure in them may result in their total shutdown. Anomaly detection in such critical systems is very important to monitor the system's health. As the requirement to obtain a dataset from rotating machines where all possible faults are explicitly labeled is difficult to satisfy, we propose a method that focuses on the normal behavior of the machine instead. We propose an autoencoder model-based method for condition monitoring of rotating machines by using an anomaly detection approach. The method learns the characteristics of a rotating machine using the normal vibration signals to model the healthy state of the machine. A threshold-based approach is then applied to the reconstruction error of unseen data, thus enabling the detection of unseen anomalies. The proposed method can directly extract the salient features from raw vibration signals and eliminate the need for manually engineered features. We demonstrate the effectiveness of the proposed method by employing two rotating machine datasets and the quality of the automatically learned features is compared with a set of handcrafted features by training an Isolation Forest model on either of these two sets. Experimental results on two real-world datasets indicate that our proposed solution gives promising results, achieving an average F1-score of 99.6%.


翻译:在现代社会中,发动机、泵或涡轮机等旋转机器无处不在。其机械部件,如电动发动机、转子或轴承等机械部件是主要部件,其任何故障都可能导致其完全关闭。在这类关键系统中异常地探测对监测系统的健康非常重要。由于从旋转机器获得数据集的要求(所有可能的故障都明确贴上标签难以满足),我们提议了一个侧重于机器正常行为的方法。我们提议了一种基于自动编码模型的方法,通过异常探测方法监测旋转机器的状况。该方法利用正常振动信号学习旋转机器的特性,以模拟机器的健康状态。随后对重建隐蔽数据的错误采用基于门槛的方法,从而能够发现看不见的异常现象。拟议方法可以直接从原始振动信号中提取突出特征,并消除手动设计特征的需要。我们通过使用两个旋转机器数据集和自动学习特性的质量,来展示拟议方法的有效性。该方法学习了正常振动信号的特性,用正常震动信号来模拟机器的正常振动特性,然后将一套模型与一套模型进行比较。1 将两种模型的实验性结果用于两个模型,从而获得一种具有前景的森林。

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在数据挖掘中,异常检测(英语:anomaly detection)对不符合预期模式或数据集中其他项目的项目、事件或观测值的识别。通常异常项目会转变成银行欺诈、结构缺陷、医疗问题、文本错误等类型的问题。异常也被称为离群值、新奇、噪声、偏差和例外。 特别是在检测滥用与网络入侵时,有趣性对象往往不是罕见对象,但却是超出预料的突发活动。这种模式不遵循通常统计定义中把异常点看作是罕见对象,于是许多异常检测方法(特别是无监督的方法)将对此类数据失效,除非进行了合适的聚集。相反,聚类分析算法可能可以检测出这些模式形成的微聚类。 有三大类异常检测方法。[1] 在假设数据集中大多数实例都是正常的前提下,无监督异常检测方法能通过寻找与其他数据最不匹配的实例来检测出未标记测试数据的异常。监督式异常检测方法需要一个已经被标记“正常”与“异常”的数据集,并涉及到训练分类器(与许多其他的统计分类问题的关键区别是异常检测的内在不均衡性)。半监督式异常检测方法根据一个给定的正常训练数据集创建一个表示正常行为的模型,然后检测由学习模型生成的测试实例的可能性。
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