Servo motor kontrol sistemlerinin güvenilirliği, tarihsel olarak endüstriyel otomasyonda kritik bir performans göstergesi olmuştur. Öngörücü bakım, Endüstri 4.0'ın veri odaklı paradigmasından sürdürülebilir, insan merkezli Endüstri 5.0 çerçevesine doğru evrilirken, sistemler yüksek hassasiyet sağlarken enerji verimliliği ve operasyonel dayanıklılığı aktif olarakteşvik etmelidir 1,2,3. Uzun süreli iyon sırasında sert ortamlarda meydana gelen arızalar, yıkıcı ekipman kapanmalarına, ciddi yapısal hasarlara ve önemli ekonomik kayıplara yol açabilir 4,5,6. Sonuç olarak, başlangıçtaki kusurların erken teşhisi lüksten temel bir gerekliliğe dönüştü. Sağlam durum değerlendirmesi sağlamak için modern endüstriyel sistemler giderek çok sensörlü teknolojiye dayanır. Mühendisler, akım, voltaj, sıcaklık ve titreşim gibi çeşitli sinyal modalitelerini aynı anda edinerek, motorun sağlığının kapsamlı ve yüksek boyutlubir görüntüsünü oluşturabilirler 7,8. Çok kaynaklı sensör verilerinin birleşimi, tek sensörlü yaklaşımlara kıyasla tanı sistemlerinin sağlamlığını ve doğruluğunuönemli ölçüde artırır 9,10.
Sensör füzyonu ve makine öğrenimindeki gelişmelere rağmen, gerçek dünyada dağıtımda kritik bir darboğaz hâlâ devam ediyor: "soğuk başlatma" meydan okuması. Tipik bir üretim ortamında, makineler yaşam döngülerinin büyük çoğunluğunda normal çalışır ve sağlıklı örneklerin arızalılardan çok daha fazla olduğu aşırı sınıf dengesizliklerine yol açar. Standart denetimli derin öğrenme modelleri, etkili bir şekilde birleşmek için devas, dengeli ve hassas şekilde notlanmış veri setlerigerektirir 11,12. Etiketler tamamen erişilmez veya elde edilmesi çok pahalı olduğunda, bu denetimli paradigmalar13 parçalanır. Bu nedenle, bu çalışmada ele alınan temel sorun, etiketlenmemiş çok sensörlü motor verilerini, manuel olarak etiketlenmiş eğitim verisi gereksiz olarak güvenilir, ikili bir tanı uyarı sinyaline dönüştürmektir.
Veri kıtlığı sorununa yanıt olarak, son araştırmalar denetimsiz anomali tespit tekniklerine yönelmiştir. Yaygın yaklaşımlar arasında tek sınıflı destek vektör makineleri (OC-SVM), derin otomatik kodlayıcılar ve doğrudan izolasyona dayalı anomalipuanlama 14 bulunur. Bu yöntemler istatistiksel sapmaları etkili bir şekilde işaretlese de, motor arızası teşhisine doğrudan uygulanması önemli sınırlamalar taşır. OC-SVM'ler, dinamik endüstriyel yüklerin sabit olmayan özelliklerine karşı duyarlıdır ve genellikle yüksek yanlış pozitif oranlar verir. Otomatik kodlayıcılar, yeniden yapılandırma hatalarını en minimlendirmedegüçlü olsalar da, yorumlanamayan kara kutular olarak işlev görürler; Matematiksel yeniden yapılandırma kaybını eyleme alınabilir, fiziksel bir hatakategorisi 16'ya çevirmekte zorlanırlar. Ayrıca, standart izolasyonormanları 17 gibi doğrudan anomli puanlama yaklaşımları, sadece bir örneklemin istatistiksel bir istisna olduğunu gösterir. Mühendislik gerçekliklerine dayanan "çalışma" ve "başarısızlık" durumları arasında deterministik bir karar sınırı kuramazlar. Temelde, bu yaklaşımlar, denetimsiz veri kümelerini açık tanı etiketleriyle eşlemek için gereken anlamsal köprüden yoksundur.
Bu metodolojik boşluğu kapatmak için bu çalışma, birleşik bir sözde denetlemeli makine öğrenimi çerçevesi önermektedir. Önerilen iş akışının tasarım mantığı, bağımsız anomali dedektörlerinden temelde farklıdır. Tek bir küresel yeniden yapılandırma hatasına veya sınırına güvenmek yerine, boru hattı önce çok sensörlü özellik alanını denetimsiz sert-yumuşak kümeleme (k-means ve Gauss Karışım Modelleri) kullanarak ayırt eder ve farklı çalışma modlarını belirler. Bunun sonucunda, rastgele etiketler atamak yerine, belirlenmiş mühendislik önceliklerine (yani, titreşim ve sıcaklık için fiziksel güvenlik marjları) dayalı olarak deterministik bir risk haritalama fonksiyonu oluşturulur. Bu fiziksel eşleme, denetimsiz kümelere otomatik olarak ikili sözde etiketler ("Çalışma" veya "Başarısızlık") atayan sezgisel bir çapak görevi görür. Bu fizik bilgili sözde etiketler, daha sonra denetli ayrımcıların (Random Forest ve SVM) karmaşık, doğrusal olmayan sınırları öğrenmesi için eğitilmek için kullanılır. Aynı zamanda, bir İzolasyon Ormanı bağımsız bir anomali kapısı olarak hizmet verir ve herhangi bir yerleşik kümeye uymayan aşırı istisnaları filtreler. Bu birleşik pipeline, denetimli öğrenmenin ayırt edici gücünden yararlanırken denetimsiz kümeleme özerkliğini korurken oldukça avantajlıdır.
Bu araştırmanın temel bilimsel amacı, sıkı soğuk başlatma kısıtlamaları altında çalışabilecek otomatik bir durum izleme sistemi geliştirmektir. Denetimsiz yapısal kümelemeyi, mühendislik öncesi yönlendirilmiş bir sahte etiketleme mekanizmasıyla birleştirmenin, manuel açıklamalı veriler üzerinde eğitilmiş modellerle rekabet eden bir tanısal performansa sahip denetimli bir sınıflandırma sınırı oluşturabileceği hipotezini açıkça test ediyoruz. Bu yarı denetimli çerçeveyi özel çok sensörlü servomotor veri setinde doğrulayarak, bu çalışma, klasik özellik yorumlanabilirliğini anomli kapı ile entegre etmenin, etiketlenmiş eğitim verileri olmadan yüksek hassasiyetli hata sınıflandırması sağladığını, böylece saha mühendislerinin bilişsel yükünü azalttığını ve Endüstri 5.0'ın iş birliği anlayışını ilerlettiğini göstermektedir.