O diagnóstico inteligente de falhas baseado em aprendizagem máquina geralmente requer
um conjunto de dados balanceados para produzir um desempenho aceitável. No
entanto, a obtenção de dados quando o equipamento industrial funciona com falhas é
uma tarefa desafiante, resultando frequentemente num desequilíbrio entre dados obtidos
em condições nominais e com falhas. As técnicas de aumento de dados são das
abordagens mais promissoras para mitigar este problema.
Redes adversárias generativas (GAN) são um tipo de modelo generativo que consiste
de um módulo gerador e de um discriminador. Por meio de aprendizagem adversária
entre estes módulos, o gerador otimizado pode produzir padrões sintéticos que
podem ser usados para amumento de dados.
Investigamos se asGANpodem ser usadas como uma ferramenta de sobre amostra-
-gem para compensar um conjunto de dados desequilibrado em uma tarefa de diagnóstico
de falhas num manipulador robótico industrial. Realizaram-se uma série de
experiências para validar a viabilidade desta abordagem. A abordagem é comparada
com seis cenários, incluindo o método clássico de sobre amostragem SMOTE. Os resultados
mostram que a GAN supera todos os cenários comparados.
Para mitigar dois problemas reconhecidos no treino das GAN, ou seja, instabilidade
de treino e colapso de modo, é proposto o seguinte.
Propomos uma generalização da GAN de erro quadrado médio (MSE GAN) da
Wasserstein GAN com penalidade de gradiente (WGAN-GP), referida como VGAN (GAN baseado numa matriz V) para mitigar a instabilidade de treino. Além disso,
propomos um novo critério para rastrear o modelo mais adequado durante o treino.
Experiências com o MNIST e no conjunto de dados do manipulador robótico industrial
mostram que o VGAN proposto supera outros modelos competitivos.
A rede adversária generativa com consistência de ciclo (CycleGAN) visa lidar com
o colapso de modo, uma condição em que o gerador produz pouca ou nenhuma variabilidade.
Investigamos a distância fatiada de Wasserstein (SWD) na CycleGAN. O
SWD é avaliado tanto no CycleGAN incondicional quanto no CycleGAN condicional
com e sem mecanismos de compressão e excitação. Mais uma vez, dois conjuntos de
dados são avaliados, ou seja, o MNIST e o conjunto de dados do manipulador robótico
industrial. Os resultados mostram que o SWD tem menor custo computacional e supera
o CycleGAN convencional.Machine learning based intelligent fault diagnosis often requires a balanced data set for
yielding an acceptable performance. However, obtaining faulty data from industrial
equipment is challenging, often resulting in an imbalance between data acquired in
normal conditions and data acquired in the presence of faults. Data augmentation
techniques are among the most promising approaches to mitigate such issue.
Generative adversarial networks (GAN) are a type of generative model consisting
of a generator module and a discriminator. Through adversarial learning between
these modules, the optimised generator can produce synthetic patterns that can be
used for data augmentation.
We investigate whether GAN can be used as an oversampling tool to compensate
for an imbalanced data set in an industrial robot fault diagnosis task. A series of experiments
are performed to validate the feasibility of this approach. The approach is
compared with six scenarios, including the classical oversampling method (SMOTE).
Results show that GAN outperforms all the compared scenarios.
To mitigate two recognised issues in GAN training, i.e., instability and mode collapse,
the following is proposed.
We proposed a generalization of both mean sqaure error (MSE GAN) and Wasserstein
GAN with gradient penalty (WGAN-GP), referred to as VGAN (the V-matrix
based GAN) to mitigate training instability. Also, a novel criterion is proposed to keep
track of the most suitable model during training. Experiments on both the MNIST and the industrial robot data set show that the proposed VGAN outperforms other
competitive models.
Cycle consistency generative adversarial network (CycleGAN) is aiming at dealing
with mode collapse, a condition where the generator yields little to none variability.
We investigate the sliced Wasserstein distance (SWD) for CycleGAN. SWD is evaluated
in both the unconditional CycleGAN and the conditional CycleGAN with and
without squeeze-and-excitation mechanisms. Again, two data sets are evaluated, i.e.,
the MNIST and the industrial robot data set. Results show that SWD has less computational
cost and outperforms conventional CycleGAN
