多模态曼哈顿图Lap-Transformer的故障诊断方法
DOI:
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作者:
作者单位:

1.安徽理工大学计算机科学与工程学院淮南232001;2.安徽理工大学机电工程学院淮南232001

作者简介:

通讯作者:

中图分类号:

TH133;TN911.7

基金项目:

国家自然科学基金面上项目(52374155,61806006)、安徽省自然科学基金(面上项目)(2308085MF218)、安徽省高等学校自然科学研究项目(重点项目)(2024AH050399)、安徽省高等学校自然科学研究项目(重大项目)(2022AH040113)、安徽省高校中青年教师培养行动项目(YQZD2023035)、安徽理工大学医学专项培育项目(重大项目)(YZ2023H2A007)、合肥综合性国家科学中心大健康研究院职业医学与健康联合研究中心项目(OMH-2023-05,OMH-2023-24)、安徽理工大学青年基金(重点项目)(QNZD202202)、淮南市指导性科技计划项目(2023142,2023147)资助


Fault diagnosis method based on multi-modal Manhattan graph Lap-Transformer
Author:
Affiliation:

1.School of Computer Science and Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, China; 2.School of Mechatronics Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, China

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    摘要:

    针对传统图神经网络处理单一模态导致信息不完整、图结构构建不准确、难以有效捕捉节点间的空间依赖关系等问题,提出了多模态曼哈顿图Lap-Transformer的故障诊断方法。该方法通过曼哈顿距离构建一个新的图结构,从而更加稳定的度量节点间相似性,避免依赖固定拓扑结构,提升对复杂故障数据关系的适应性。同时,利用图拉普拉斯矩阵编码图拓扑信息,使注意力权重同时关注节点特征相似性和图结构连接性,增强对局部与全局关系的建模,从而有效捕捉节点间的空间依赖关系。通过在PU轴承数据集、AUST轴承数据集和掘进机轴承数据集上的实验,故障诊断平均准确率分别达到了99.7%、98.8%和99.8%,验证了该方法在轴承故障诊断中的优越性,在噪声和多工况体条件下具有显著的诊断准确率和较强的工况适应能力,并且该方法有较好的鲁棒性和稳定性,为轴承及其他机械设备的故障诊断提供了一种新颖且高效的解决方案。

    Abstract:

    To address the limitations of traditional graph neural networks in processing single-modality data, which lead to incomplete information, inaccurate graph structure construction, and difficulties in effectively capturing spatial dependencies among nodes, this paper proposes a fault diagnosis method based on Multimodal Manhattan Graph Lap-Transformer. The method constructs a novel graph structure using Manhattan distance, enabling more stable measurement of inter-node similarity while eliminating dependence on fixed topological structures, thereby enhancing adaptability to complex fault data relationships. By encoding graph topological information through graph Laplacian matrices, the attention mechanism simultaneously considers both node feature similarity and graph structural connectivity. This dual-focus approach strengthens the modeling of local and global dependencies, effectively capturing spatial relationships between nodes. Through experiments on the PU bearing dataset, the AUST bearing dataset, and the tunnel boring machine bearing dataset, the average accuracy rates of fault diagnosis reached 99.7%, 98.8%, and 99.8% respectively, verifying the superiority of this method in bearing fault diagnosis. It demonstrates significant diagnostic accuracy and strong adaptability to various working conditions under noisy and multi-condition circumstances. Moreover, this method exhibits good robustness and stability, providing a novel and efficient solution for the fault diagnosis of bearings and other mechanical equipment.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

苏树智,陈岩岩,朱彦敏,董闯,许梦杰,秦子倪.多模态曼哈顿图Lap-Transformer的故障诊断方法[J].电子测量与仪器学报,2025,39(12):43-52

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