滚动轴承剩余使用寿命预测综述

滚动轴承作为旋转机械的关键零部件,其剩余使用寿命(RUL)预测对生产维修和人身安全具有重要意义。由于滚动轴承复杂多变的工作环境,使得同工况的参考样本少而变工况的参考样本较多,具有不平衡、不完整、无标签及噪声干扰等特性,增加了滚动轴承RUL预测的困难。随着大数据时代的来临和人工智能的发展,滚动轴承RUL预测方法也变得更加丰富。因此,在故障预测与健康管理(PHM)的框架下,对滚动轴承失效模式和故障数据特点进行阐述,对故障特征提取、降维和融合方法以及得到的性能退化指标分别进行了分类和对比分析。结合数据驱动算法,对滚动轴承RUL的预测方法、模型选择和评估标准进行了梳理和对比。最后对滚动轴承RUL预测未来的发展趋势进行了展望。     

基于DCNN网络及Self-Attention-BiGRU机制的轴承剩余寿命预测

深度神经网络在剩余寿命预测(RUL)领域得到了广泛的应用。传统的滚动轴承寿命预测模型存在预测精确度较低、鲁棒性较弱的问题。为了进一步提升预测模型的精确度以及鲁棒性,提出了一种融合深度卷积神经网络(DCNN)、双向门控循环单元(BiGRU)以及自注意力机制(Self-Attention)三种模块的滚动轴承剩余使用寿命预测模型。首先,利用DCNN网络对原始振动信号的时域特征、频域特征进行了提取;然后,使用不确定量化的方法对提取到的特征进行了评价和筛选,利用筛选过后的特征构建了新的替代特征集;最后,利用Self-Attention-BiGRU网络对轴承的剩余使用寿命进行了预测,并在IEEE PHM2012数据集上进行了验证。实验结果表明：相较于BiGRU、GRU和BiLSTM三种模型的预测结果,基于DCNN及Self-Attention-BiGRU方法的预测结果最优,两项误差值：平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)最低,其中工况一的一号轴承RUL预测的MAE值相较于BiGRU、GRU以及BiLSTM网络分别下降了7.0%、7.4%和6.5%,RMSE值相较于其他三种模型分别下降了7...     

基于ISSA优化轴承寿命预测网络超参数的方法研究

针对滚动轴承剩余使用寿命预测(Remaining Useful Life, RUL)模型超参数较多的问题。提出基于混合正弦余弦算法和Lévy飞行的麻雀算法(Hybrid sines and cosines and Levy’s flying sparrow algorithm, ISSA)优化轴承寿命预测网络超参数的方法研究。首先利用ISSA对特征提取模型自注意力机制卷积神经网络进行寻优;其次利用时间窗口滑动方法处理提取到的特征以获取更具时序性的寿命特征矩阵,并以此作为输入数据再次利用ISSA对预测模型进行寻优;最后将数据集输入到双向简单循环单元网络中并完成寿命预测。通过实验证明,验证了所提方法的可行性。     

基于对抗域自适应的轴承剩余使用寿命预测方法

基于学习模型的轴承剩余使用寿命(RUL)预测方法通常假设训练和测试数据具有相同的数据分布,为解决现有方法在不同工况或不同轴承RUL预测精度大幅下降的问题,提出一种基于对抗域自适应的轴承RUL预测方法。首先进行轴承健康阶段划分,使用等渗回归对振动数据进行预处理,平滑退化信号中的随机波动,再通过测量滑动窗口内的退化梯度进行健康阶段识别,表征退化趋势并识别跳跃点,从而划分健康阶段;在此基础上,选择源域和目标域的轴承退化阶段的振动数据作为模型输入,使用源域数据预训练特征提取器和寿命预测模块;然后设计域判别器网络对抗性地训练特征提取器,以最小化源域特征与目标域特征之间的分布差异;最后使用更新参数的目标特征提取器提取目标域的特征并进行RUL预测。使用IEEE PHM Challenge 2012轴承数据集验证了本文方法的有效性,与现有模型的对比试验表明本文方法在实现不同工况下轴承RUL预测迁移问题上表现更好。     

考虑转动周期的轴承剩余使用寿命预测EI北大核心

滚动轴承广泛应用于各类旋转机械设备,其健康状况对机器设备的正常运行至关重要,掌握其剩余使用寿命(RUL)可以更好地保证生产活动安全有效的进行。目前,基于深度学习的轴承RUL预测方法均致力于对整体趋势特征的把控,而忽略了对各转动周期间相互依赖特征的挖掘。针对这一问题,提出一种考虑转动周期的轴承RUL预测网络——双通道网络模型。该预测网络使用卷积神经网络(CNN)和双向长短期记忆网络(BiLSTM)来提取轴承振动数据的整体趋势特征,并引入注意力机制来增强模型的特征提取能力。利用基于转动周期的跳越循环神经网络组件来捕捉各转动周期之间的相互依赖模式。通过滚动轴承加速退化实验的数据,验证了所提网络的有效性,并与一些智能算法进行了对比实验,预测精度表现优异。     

基于性能退化模型的万能式断路器操作附件实时剩余寿命预测

针对万能式断路器操作附件的个体差异性以及在实际使用过程中动作不频繁的特性,提出一种基于性能退化模型的万能式断路器操作附件实时机械剩余寿命(RUL)预测方法。不同于传统的RUL预测方法,该方法融合了操作附件的历史退化数据与实时更新的状态监测(CM)数据。首先,考虑到操作附件性能退化过程具有线性非单调的特点,建立基于Wiener过程的操作附件性能退化模型;其次,对操作附件的历史退化数据采用极大似然估计法和一维搜索法确定模型参数的先验分布;然后,运用贝叶斯方法并结合操作附件实时更新的CM信息对模型参数进行迭代更新;基于首达时间的概念建立了RUL预测模型,以实现对断路器操作附件实时RUL的预测。最后,通过操作附件的寿命数据对本文所提方法进行验证,结果表明本文方法不仅可实现操作附件的实时剩余机械寿命预测,同时相较于其他文献方法具有更高的预测精度。     

滚动轴承磨损寿命数据的灰色预测

为了克服用概率方法对滚动轴承磨损寿命预测数据不足的缺陷,用滚动轴承磨损失效循环次数构造时间序列,提出应用灰色系统理论对少量已有的滚动轴承磨损寿命数据进行预测,扩充样本容量。研究表明利用灰色系统理论能在试验数据较少的情况下,建立灰色预测模型,来构造磨损寿命的数据序列,得到较精确的预测结果。利用此方法可以缩短试验的时间,节约试验的费用,对滚动轴承磨损寿命预测及可靠性评估是有益的。     

基于CNN-BiLSTM网络及注意力机制的智能滚动轴承剩余寿命预测方法

为了充分利用数据间的时序特性,实现对滚动轴承剩余使用寿命(RUL)的精确预测,提出了一种基于卷积神经网络(CNN)和双向长短时记忆网络(BiLSTM)的滚动轴承RUL智能预测方法。首先,提取出数据中的12个时域特征和4个频域特征作为神经网络的输入;然后,设计了一种基于注意力机制的CNN-BiLSTM算法,对输入数据进行了退化特征提取,并进一步解决了BiLSTM在远距离信号传输中信息丢失的问题;最后,采用PHM 2012轴承退化数据集,通过轴承加速退化PRONOSTIA实验平台,验证了所提方法的有效性,并将其结果与FCNN、CNN-BiLSTM和CNN-LSTM-AM算法所得结果进行了对比分析。研究结果表明:与采用其他方法所得结果相比,采用本文所提方法得到的轴承RUL预测RMSE值分别降低了25.85%、7.32%和10.59%,Score得分则分别提高了3.65%、2.12%和1.58%,该结果验证了本文所提方法在轴承RUL预测应用方面的优越性。     

剩余寿命预测新方法及其在滚动轴承中的应用

针对单一时频域指标不能完全诠释滚动轴承全寿命周期退化特性以及剩余使用寿命（remaining useful life,简称RUL）预测困难的问题,提出了基于均方谐噪比（mean square harmonic noise ratio,简称MSHNR）指标和改进正则化粒子滤波（regularized particle filter, 简称RPF）相结合的剩余寿命预测方法。首先,在局部均值进行信号分解的基础上,通过MSHNR指标实现轴承退化过程的特征提取;其次,分别基于Paris模型及Foreman模型构建滚动轴承稳定退化期和加速退化期的状态空间模型,并利用基于欧式距离的核函数实现重采样过程的改进,实现轴承健康状态评估和剩余寿命预测;最后,通过公开的滚动轴承加速数据验证了所述方法的有效性。相关研究成果能够为核动力旋转设备中滚动轴承的预测性维护提供参考依据,提高公众对核动力旋转设备运行的认识与信赖。     

基于注意力机制的滚动轴承剩余使用寿命预测方法

现有的轴承振动信号特征的提取方法过分依赖于专家的经验,同时在轴承的寿命预测过程中,存在因序列过长而导致的记忆力退化等问题,为此,结合卷积神经网络-注意力机制网络(CNN-attention)和基于注意力机制的Encoder-Decoder方法,提出了一种滚动轴承剩余使用寿命(RUL)的预测模型(方法)。首先,利用快速傅里叶变换(FFT)方法,将滚动轴承的初始振动信号转换成频域幅值信号;然后,设计了一种基于注意力机制的模型：其中,利用CNN-attention进行了退化特征提取,利用基于注意力机制的Encoder-Decoder网络进行了RUL预测,并进一步在远距离信号传输中解决了循环神经网络记忆衰退的问题;最后,为了验证特征提取模型以及寿命预测模型的有效性,采用PHM 2012轴承退化数据集,通过轴承加速退化PRONOSTIA实验平台进行了实验,并将其所得结果与未采用注意力机制模型的预测结果以及其他文献方法所得结果进行了对比。实验结果表明：与其他方法相比,基于注意力机制模型的方法平均绝对误差分别降低了29.41%、32.00%、29.56%、32.34%,平均得分分别提高了0.39%、...