Bearing fault diagnosis is of great importance to decrease the damage risk of rotating machines and further improve economic profits. Recently, machine learning, represented by deep learning, has made great progress in bearing fault diagnosis. However, applying deep learning to such a task still faces two major problems. On the one hand, deep learning loses its effectiveness when bearing data are noisy or big data are unavailable, making deep learning hard to implement in industrial fields. On the other hand, a deep network is notoriously a black box. It is difficult to know how a model classifies faulty signals from the normal and the physics principle behind the classification. To solve the effectiveness and interpretability issues, we prototype a convolutional network with recently-invented quadratic neurons. This quadratic neuron empowered network can qualify the noisy and small bearing data due to the strong feature representation ability of quadratic neurons. Moreover, we independently derive the attention mechanism from a quadratic neuron, referred to as qttention, by factorizing the learned quadratic function in analogue to the attention, making the model with quadratic neurons inherently interpretable. Experiments on the public and our datasets demonstrate that the proposed network can facilitate effective and interpretable bearing fault diagnosis.


翻译:错误诊断对于降低旋转机器的损害风险和进一步提高经济利润非常重要。最近,以深层次学习为代表的机器学习在诊断过失方面已经取得了巨大进展。然而,将深层学习应用于这种任务仍面临两大问题。一方面,深层学习在数据传输方面失去效力,因为数据过于吵杂,或者没有大数据,因此难以在工业领域实施深层学习。另一方面,深层网络是一个臭名昭著的黑盒。很难知道模型如何将正常和物理原则的错误信号从分类的物理原理中分类。为了解决有效性和可解释性问题,我们以最近发明的二次神经元为先导。这个四面神经元增强网络可以对由于四面神经元的强大特征代表能力而带来的噪音和微小携带数据进行定性。此外,我们独立地从一个被称作“倾角神经”的四面神经中获取关注机制,通过将所学的二次曲线功能与注意力相近,将模型与本可解释性神经元进行模拟,从而使模型具有可解释性。关于公共网络的实验和数据显示可有效分析。

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