卷积神经网络（CNN）由于其强大的特征提取和分类功能而广泛用于机械系统的故障诊断。但是，CNN是一个典型的黑盒模型，CNN决策的机制尚不清楚，这限制了其在高可授权要求的故障诊断方案中的应用。为了解决这个问题，我们提出了一个新颖的可解释的神经网络，称为时频网（TFN），其中物理上有意义的时频变换（TFT）方法被嵌入传统的卷积层中，作为自适应预处理层。这个称为时频卷积（TFCONV）层的预处理层受到精心设计的内核函数的约束，以提取与故障相关的时间频率信息。它不仅改善了诊断性能，而且还揭示了频域中CNN预测的逻辑基础。不同的TFT方法对应于TFCONV层的不同内核函数。在这项研究中，考虑了四种典型的TFT方法来制定TFN，并且通过三个机械故障诊断实验证明了它们的有效性和解释性。实验结果还表明，所提出的TFCONV层可以很容易地推广到具有不同深度的其他CNN。 TFN的代码可在https://github.com/chenqian0618/tfn上获得。
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轴承诊断对于降低旋转机器的损害风险并进一步改善经济利润至关重要。最近，以深度学习为代表的机器学习在轴承诊断方面取得了巨大进展。但是，将深度学习应用到这样的任务仍然面临一个主要问题。众所周知，深层网络是黑匣子。很难知道模型如何分类分类背后的正常原理和物理原理的错误信号。为了解决可解释性问题，首先，我们原型是一个具有最近发明的二次神经元的卷积网络。由于二次神经元的特征表示能力，这种二次神经元授权网络可以鉴定噪声轴承数据。此外，我们通过将学到的二次功能分解为类似于注意力的二次神经元（称为Qttention）的注意机制独立得出了注意力机制，从而使模型具有固有解释的二次神经元。公众和我们的数据集进行的实验表明，提出的网络可以促进有效且可解释的轴承故障诊断。
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通过深度学习（DL）大大扩展了数据驱动故障诊断模型的范围。然而，经典卷积和反复化结构具有计算效率和特征表示的缺陷，而基于注意机制的最新变压器架构尚未应用于该字段。为了解决这些问题，我们提出了一种新颖的时变电片（TFT）模型，其灵感来自序列加工的香草变压器大规模成功。特别是，我们设计了一个新的笨蛋和编码器模块，以从振动信号的时频表示（TFR）中提取有效抽象。在此基础上，本文提出了一种基于时变电片的新的端到端故障诊断框架。通过轴承实验数据集的案例研究，我们构建了最佳变压器结构并验证了其故障诊断性能。与基准模型和其他最先进的方法相比，证明了所提出的方法的优越性。
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在工业应用中，电动机的故障近一半是由于滚动元件轴承（REB）的退化引起的。因此，准确估算REB的剩余使用寿命（RUL）对于确保机械系统的可靠性和安全至关重要。为了应对这一挑战，基于模型的方法通常受到数学建模的复杂性的限制。另一方面，传统的数据驱动方法需要巨大的努力来提取降解功能并构建健康指数。在本文中，提出了一个新颖的在线数据驱动框架，以利用深度卷积神经网络（CNN）的采用来预测轴承的统治。更具体地说，训练轴承的原始振动首先是使用Hilbert-huang变换（HHT）处理的，并将新型的非线性降解指标构建为学习标签。然后使用CNN来识别提取的降解指示器和训练轴承振动之间的隐藏模式，这使得可以自动估计测试轴承的降解。最后，通过使用$ \ epsilon $ -Support向量回归模型来预测测试轴承的规定。与最先进的方法相比，提出的规则估计框架的出色性能通过实验结果证明。提出的CNN模型的一般性也通过转移到经历不同操作条件的轴承来验证。
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滚动轴承是工业机器中最广泛使用的轴承之一。滚动轴承条件的劣化可导致旋转机械的总失效。基于AI的方法广泛应用于滚动轴承的诊断。已显示杂交NN的方法来达到最佳诊断结果。通常，原始数据由安装在机器壳体上的加速度计产生。然而，每个信号的诊断实用性高度依赖于相应加速度计的位置。本文提出了一种新型混合CNN-MLP模型的诊断方法，其结合了混合输入来执行滚动轴承诊断。该方法使用来自轴安装的无线加速度传感器的加速度数据成功地检测和定位轴承缺陷。实验结果表明，混合模型优于分别操作的CNN和MLP型号，并且可以为轴承故障提供99,6％的高检测精度，而CNN的98％和MLP型号的81％。
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随着机器学习的发展，数据驱动模型已广泛用于振动信号故障诊断。大多数数据驱动的机器学习算法都是基于设计良好设计的功能，但通常需要提取特征提取。在深度学习时代，特征提取和分类器学习同时进行，这将导致端到端的学习系统。本文探讨了两个关键因素，即特征提取和分类算法中的哪一个，对于生成学习系统期间，对于振动信号诊断的特定任务更为必要。讨论了来自振动信号的特征提取，分别基于众所周知的高斯模型和统计特征进行振动信号。选择了几种分类算法以通过实验验证特征提取和分类算法对预测性能的比较影响。
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设想制造部门受到基于人工智能的技术的严重影响，计算能力和数据量的大幅增加。制造业领域的一个核心挑战在于一般框架的要求，以确保满足不同制造应用中的诊断和监视性能。在这里，我们提出了一个通用数据驱动的端到端框架，用于监视制造系统。该框架是从深度学习技术中得出的，评估了融合的感觉测量值，以检测甚至预测故障和磨损条件。这项工作利用了深度学习的预测能力，从嘈杂的时间表数据中自动提取隐藏的降解功能。我们已经在从各种制造应用中绘制的十个代表性数据集上试验了拟议的框架。结果表明，该框架在检查的基准应用中表现良好，可以在不同的情况下应用，这表明其潜在用作智能制造中的关键角石。
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最近的智能故障诊断（IFD）的进展大大依赖于深度代表学习和大量标记数据。然而，机器通常以各种工作条件操作，或者目标任务具有不同的分布，其中包含用于训练的收集数据（域移位问题）。此外，目标域中的新收集的测试数据通常是未标记的，导致基于无监督的深度转移学习（基于UDTL为基础的）IFD问题。虽然它已经实现了巨大的发展，但标准和开放的源代码框架以及基于UDTL的IFD的比较研究尚未建立。在本文中，我们根据不同的任务，构建新的分类系统并对基于UDTL的IFD进行全面审查。对一些典型方法和数据集的比较分析显示了基于UDTL的IFD中的一些开放和基本问题，这很少研究，包括特征，骨干，负转移，物理前导等的可转移性，强调UDTL的重要性和再现性 - 基于IFD，整个测试框架将发布给研究界以促进未来的研究。总之，发布的框架和比较研究可以作为扩展界面和基本结果，以便对基于UDTL的IFD进行新的研究。代码框架可用于\ url {https:/github.com/zhaozhibin/udtl}。
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无监督的域适应（UDA）显示出近年来工作条件下的轴承故障诊断的显着结果。但是，大多数UDA方法都不考虑数据的几何结构。此外，通常应用全局域适应技术，这忽略了子域之间的关系。本文通过呈现新的深亚域适应图卷积神经网络（DSAGCN）来解决提到的挑战，具有两个关键特性：首先，采用图形卷积神经网络（GCNN）来模拟数据结构。二，对抗域适应和局部最大平均差异（LMMD）方法同时应用，以对准子域的分布并降低相关子域和全局域之间的结构差异。 CWRU和Paderborn轴承数据集用于验证DSAGCN方法的比较模型之间的效率和优越性。实验结果表明，将结构化子域与域适应方法对准，以获得无监督故障诊断的准确数据驱动模型。
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虽然数据驱动的故障诊断方法已被广泛应用，但模型培训需要大规模标记数据。然而，在真正的行业实施这一点难以阻碍这些方法的应用。因此，迫切需要在这种情况下运行良好的有效诊断方法。本研究中，多级半监督改进的深度嵌入式聚类（MS-SSIDEC）方法，将半监督学习与改进的深度嵌入式聚类相结合（IDEC），建议共同探索稀缺标记的数据和大规模的未标记数据。在第一阶段，提出了一种可以自动将未标记的数据映射到低维特征空间中的跳过连接的卷积自动编码器（SCCAE），并预先培训以成为故障特征提取器。在第二阶段，提出了一个半监督的改进的深嵌入式聚类（SSIDEC）网络以进行聚类。首先用可用标记数据初始化，然后用于同时优化群集标签分配，并使要素空间更加群集。为了解决过度装备现象，在本阶段将虚拟的对抗培训（增值税）作为正则化术语。在第三阶段，伪标签是通过SSIDEC的高质量结果获得的。标记的数据集可以由这些伪标记的数据增强，然后利用以训练轴承故障诊断模型。来自滚动轴承的两个振动数据数据集用于评估所提出的方法的性能。实验结果表明，该方法在半监督和无监督的故障诊断任务中实现了有希望的性能。该方法通过有效地探索无监督数据，提供了在有限标记样本的情况下的故障诊断方法。
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考虑到应用时间序列数据的上下文信息的模型可以改善故障诊断性能，提出了一些神经网络结构（例如RNN，LSTM和GRU）有效地对故障诊断进行建模。但是，这些模型受其串行计算的限制，因此无法实现高诊断效率。同样，平行CNN很难以有效的方式实施故障诊断，因为它需要更大的卷积内核或深层结构才能实现长期特征提取能力。此外，BERT模型还采用绝对位置嵌入以将上下文信息引入模型，这将为原始数据带来噪声，因此不能直接应用于故障诊断。为了解决上述问题，本文提出了一个名为“深层平行时间序列关系网络”（DPTRN）的故障诊断模型。 DPTRN有三个优点：（1）我们提出的时间关系单元基于完整的多层感知器（MLP）结构，因此，DPTRN以并行方式执行故障诊断，并显着提高计算效率。 （2）通过改善绝对位置的嵌入，我们的新型解耦位置嵌入单元可以直接应用于故障诊断并学习上下文信息。 （3）我们提出的DPTRN在功能解释性方面具有明显的优势。我们确认了所提出的方法对四个数据集的影响，结果显示了所提出的DPTRN模型的有效性，效率和解释性。
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第五代（5G）网络和超越设想巨大的东西互联网（物联网）推出，以支持延长现实（XR），增强/虚拟现实（AR / VR），工业自动化，自主驾驶和智能所有带来的破坏性应用一起占用射频（RF）频谱的大规模和多样化的IOT设备。随着频谱嘎嘎和吞吐量挑战，这种大规模的无线设备暴露了前所未有的威胁表面。 RF指纹识别是预约的作为候选技术，可以与加密和零信任安全措施相结合，以确保无线网络中的数据隐私，机密性和完整性。在未来的通信网络中，在这项工作中，在未来的通信网络中的相关性，我们对RF指纹识别方法进行了全面的调查，从传统观点到最近的基于深度学习（DL）的算法。现有的调查大多专注于无线指纹方法的受限制呈现，然而，许多方面仍然是不可能的。然而，在这项工作中，我们通过解决信号智能（SIGINT），应用程序，相关DL算法，RF指纹技术的系统文献综述来缓解这一点，跨越过去二十年的RF指纹技术的系统文献综述，对数据集和潜在研究途径的讨论 - 必须以百科全书的方式阐明读者的必要条件。
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使用深神经网络算法分析振动数据是检测早期旋转机械损害的有效方法。但是，这些方法的黑框方法通常无法提供令人满意的解决方案，因为人类无法理解分类的原因。因此，这项工作调查了可解释的AI（XAI）算法在基于振动状态监测的卷积神经网络中的应用。为此，将各种XAI算法应用于基于傅立叶变换以及振动信号的顺序分析的分类。将结果可视化，是每分钟旋转（rpm）的函数，频率-RPM映射和订单RPM映射的形状。这允许评估取决于旋转速度和恒定频率的功能的显着性。为了比较XAI方法的解释能力，首先使用具有已知类别特异性特征的合成数据集进行了研究。然后，使用了针对电动机上基于振动的不平衡分类的现实世界数据集，该数据集以广泛的旋转速度运行。特别重点放在数据的可变周期性的一致性上，这转化为现实世界机器的不同旋转速度。这项工作旨在显示此用例的方法的不同优势和劣势：Gradcam，LRP和Lime具有新的扰动策略。
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轴承是容易出乎意料断层的旋转机的重要组成部分之一。因此，轴承诊断和状况监测对于降低众多行业的运营成本和停机时间至关重要。在各种生产条件下，轴承可以在一系列载荷和速度下进行操作，这会导致与每种故障类型相关的不同振动模式。正常数据很足够，因为系统通常在所需条件下工作。另一方面，故障数据很少见，在许多情况下，没有记录故障类别的数据。访问故障数据对于开发数据驱动的故障诊断工具至关重要，该工具可以提高操作的性能和安全性。为此，引入了基于条件生成对抗网络（CGAN）的新型算法。该算法对任何实际故障条件的正常和故障数据进行培训，从目标条件的正常数据中生成故障数据。所提出的方法在现实世界中的数据集上进行了验证，并为不同条件生成故障数据。实施了几种最先进的分类器和可视化模型，以评估合成数据的质量。结果证明了所提出的算法的功效。
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大量的数据和创新算法使数据驱动的建模成为现代行业的流行技术。在各种数据驱动方法中，潜在变量模型（LVM）及其对应物占主要份额，并在许多工业建模领域中起着至关重要的作用。 LVM通常可以分为基于统计学习的经典LVM和基于神经网络的深层LVM（DLVM）。我们首先讨论经典LVM的定义，理论和应用，该定义和应用既是综合教程，又是对经典LVM的简短申请调查。然后，我们对当前主流DLVM进行了彻底的介绍，重点是其理论和模型体系结构，此后不久就提供了有关DLVM的工业应用的详细调查。上述两种类型的LVM具有明显的优势和缺点。具体而言，经典的LVM具有简洁的原理和良好的解释性，但是它们的模型能力无法解决复杂的任务。基于神经网络的DLVM具有足够的模型能力，可以在复杂的场景中实现令人满意的性能，但它以模型的解释性和效率为例。旨在结合美德并减轻这两种类型的LVM的缺点，并探索非神经网络的举止以建立深层模型，我们提出了一个新颖的概念，称为“轻量级Deep LVM（LDLVM）”。在提出了这个新想法之后，该文章首先阐述了LDLVM的动机和内涵，然后提供了两个新颖的LDLVM，并详尽地描述了其原理，建筑和优点。最后，讨论了前景和机会，包括重要的开放问题和可能的研究方向。
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As a common appearance defect of concrete bridges, cracks are important indices for bridge structure health assessment. Although there has been much research on crack identification, research on the evolution mechanism of bridge cracks is still far from practical applications. In this paper, the state-of-the-art research on intelligent theories and methodologies for intelligent feature extraction, data fusion and crack detection based on data-driven approaches is comprehensively reviewed. The research is discussed from three aspects: the feature extraction level of the multimodal parameters of bridge cracks, the description level and the diagnosis level of the bridge crack damage states. We focus on previous research concerning the quantitative characterization problems of multimodal parameters of bridge cracks and their implementation in crack identification, while highlighting some of their major drawbacks. In addition, the current challenges and potential future research directions are discussed.
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内核主成分分析（KPCA）是一种公认的非线性维度减少方法，已广泛用于非线性故障检测任务。作为基于内核的基于核心的方法，KPCA继承了两个主要问题。首先，通常盲目地选择内核函数的形式和参数，根据试验和误差来盲目地选择。因此，在不适当的选择情况下可能存在严重的性能下降。其次，在在线监测阶段，KPCA具有多大的计算负担和实时性能差，因为内核方法需要利用所有离线训练数据。在这项工作中，为了处理两个缺点，提出了一种可学习的传统KPCA的更快实现。核心思想是使用新颖的非线性DAE-FE（基于深度AutoEncoder的特征提取）框架来参数化所有可行的内核函数，并详细提出DAE-PCA（基于深度AutoEncoder的主成分分析）方法。证明所提出的DAE-PCA方法等同于KPCA，但在根据输入的自动搜索最合适的非线性高维空间方面具有更多优势。此外，与传统KPCA相比，在线计算效率提高了大约100次。与田纳西州伊斯特曼（TE）的过程基准，说明了所提出的方法的有效性和优越性。
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在脑电图（EEG）的驾驶员的背景下，设计无校准系统仍然具有挑战性，因为EEG信号在不同的主题和录音会话之间显着变化。已经努力使用EEG信号的深度学习方法来利用精神状态识别。然而，现有工作主要将深入学习模型视为黑匣子分类器，而模型已经学习的是什么以及它们在脑电图数据中受到噪声的影响仍然是曝光的。在本文中，我们开发了一种新颖的卷积神经网络，可以通过突出显示包含分类重要信息的输入样本的本地区域来解释其决定。该网络具有紧凑的结构，利用可分离卷曲来处理空间序列中的EEG信号。结果表明，该模型在11个受试者上实现了78.35％的平均准确性，用于休假交叉对象嗜睡识别，其高于传统的基线方法为53.4％-72.68％和最先进的深层学习方法63.90％-65.78％。可视化结果表明，该模型已经学会了识别EEG信号的生物学可解释的特征，例如，α主轴，作为不同受试者的嗜睡的强指标。此外，我们还探讨了一些错误分类的样本背后的原因，具有可视化技术，并讨论了提高识别准确性的潜在方法。我们的作品说明了使用可解释的深度学习模型的有希望的方向，以从复杂的EEG信号发现与不同心理状态相关的有意义的模式。
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信号处理是几乎任何传感器系统的基本组件，具有不同科学学科的广泛应用。时间序列数据，图像和视频序列包括可以增强和分析信息提取和量化的代表性形式的信号。人工智能和机器学习的最近进步正在转向智能，数据驱动，信号处理的研究。该路线图呈现了最先进的方法和应用程序的关键概述，旨在突出未来的挑战和对下一代测量系统的研究机会。它涵盖了广泛的主题，从基础到工业研究，以简明的主题部分组织，反映了每个研究领域的当前和未来发展的趋势和影响。此外，它为研究人员和资助机构提供了识别新前景的指导。
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作为自然现象的地震，历史上不断造成伤害和人类生活的损失。地震预测是任何社会计划的重要方面，可以增加公共准备，并在很大程度上减少损坏。然而，由于地震的随机特征以及实现了地震预测的有效和可靠模型的挑战，迄今为止努力一直不足，需要新的方法来解决这个问题。本文意识到这些问题，提出了一种基于注意机制（AM），卷积神经网络（CNN）和双向长短期存储器（BILSTM）模型的新型预测方法，其可以预测数量和最大幅度中国大陆各地区的地震为基于该地区的地震目录。该模型利用LSTM和CNN具有注意机制，以更好地关注有效的地震特性并产生更准确的预测。首先，将零阶保持技术应用于地震数据上的预处理，使得模型的输入数据更适当。其次，为了有效地使用空间信息并减少输入数据的维度，CNN用于捕获地震数据之间的空间依赖性。第三，使用Bi-LSTM层来捕获时间依赖性。第四，引入了AM层以突出其重要的特征来实现更好的预测性能。结果表明，该方法具有比其他预测方法更好的性能和概括能力。
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