Intelligent fault diagnosis is essential to safe operation of machinery. However, due to scarce fault samples and data heterogeneity in field machinery, deep learning based diagnosis methods are prone to over-fitting with poor generalization ability. To solve the problem, this paper proposes a personalized federated learning framework, enabling multi-task fault diagnosis method across multiple factories in a privacypreserving manner. Firstly, rotating machines from different factories with similar vibration feature data are categorized into machine groups using a federated clustering method. Then, a multi-task deep learning model based on convolutional neural network is constructed to diagnose the multiple faults of machinery with heterogeneous information fusion. Finally, a personalized federated learning framework is proposed to solve data heterogeneity across different machines using adaptive hierarchical aggregation strategy. The case study on collected data from real machines verifies the effectiveness of the proposed framework. The result shows that the diagnosis accuracy could be improved significantly using the proposed personalized federated learning, especially for those machines with scarce fault samples.


翻译:智能故障诊断对于机械的安全运行至关重要。然而,由于外地机械缺乏缺陷样本和数据差异性,基于深层次学习的诊断方法容易过于适应差强人意的简单化能力。为了解决问题,本文件提议了一个个性化的联邦学习框架,使多个工厂能够以隐私保护的方式采用多任务性缺陷诊断方法。首先,具有类似振动特征数据的不同工厂的旋转机器使用联合式集成法分类为机器组。然后,根据革命神经网络构建了一个多任务深度学习模型,以诊断具有多种信息聚合的机器的多重缺陷。最后,提议了一个个性化的联邦化学习框架,用适应性分层集成战略解决不同机器的数据差异性。关于从实际机器收集的数据的案例研究可以验证拟议框架的有效性。结果显示,使用拟议的个人化节能学习方法,特别是对于那些缺乏缺陷样本的机器,诊断准确性可以大大提高。

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