Un enfoque optimizado de CNN-LSTM unidimensional para el diagnóstico de fallas en rodamientos de rodillos considerando la incertidumbre epistémica
Autores: Kalay, Onur Can
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Un enfoque optimizado de CNN-LSTM unidimensional para el diagnóstico de fallas en rodamientos de rodillos considerando la incertidumbre epistémica
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Rodamientos de bolas
Maquinaria rotativa
Red neuronal convolucional
Memoria a largo y corto plazo
Frecuencias de características de fallos
Búsqueda en cuadrícula
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 20
Citaciones: Sin citaciones
Los rodamientos son indispensables pero también los componentes más propensos a fallos de las máquinas rotativas, utilizados típicamente en campos como la aviación industrial, talleres de producción y manufactura. Encuentran diversas tensiones mecánicas, como vibraciones y fricción durante la operación, lo que puede llevar al desgaste y a grietas por fatiga. Desde este punto de vista, el presente estudio combinó una red neuronal convolucional 1-D (CNN 1-D) con un algoritmo de memoria a largo y corto plazo (LSTM) para clasificar diferentes condiciones de salud de los rodamientos de bolas. Se utilizó un método guiado por la física que adopta frecuencias de características de fallos para calcular un tamaño de entrada óptimo (longitud de muestra). Además, se utilizó búsqueda en cuadrícula para optimizar (1) el número de épocas, (2) el tamaño del lote y (3) la tasa de abandono y mejorar aún más la eficacia de la red propuesta CNN-LSTM 1-D. Por lo tanto, se hizo un intento de reducir la incertidumbre epistémica que surge debido a no conocer la mejor configuración posible de hiperparámetros. En última instancia, se probó la efectividad de la CNN-LSTM 1-D optimizada guiada por la física comparando su rendimiento con otros modelos de vanguardia. Los hallazgos revelaron que las precisiones promedio podrían mejorarse hasta en un 20.717% con la ayuda del enfoque propuesto después de probarlo en dos conjuntos de datos de referencia.
Descripción
Los rodamientos son indispensables pero también los componentes más propensos a fallos de las máquinas rotativas, utilizados típicamente en campos como la aviación industrial, talleres de producción y manufactura. Encuentran diversas tensiones mecánicas, como vibraciones y fricción durante la operación, lo que puede llevar al desgaste y a grietas por fatiga. Desde este punto de vista, el presente estudio combinó una red neuronal convolucional 1-D (CNN 1-D) con un algoritmo de memoria a largo y corto plazo (LSTM) para clasificar diferentes condiciones de salud de los rodamientos de bolas. Se utilizó un método guiado por la física que adopta frecuencias de características de fallos para calcular un tamaño de entrada óptimo (longitud de muestra). Además, se utilizó búsqueda en cuadrícula para optimizar (1) el número de épocas, (2) el tamaño del lote y (3) la tasa de abandono y mejorar aún más la eficacia de la red propuesta CNN-LSTM 1-D. Por lo tanto, se hizo un intento de reducir la incertidumbre epistémica que surge debido a no conocer la mejor configuración posible de hiperparámetros. En última instancia, se probó la efectividad de la CNN-LSTM 1-D optimizada guiada por la física comparando su rendimiento con otros modelos de vanguardia. Los hallazgos revelaron que las precisiones promedio podrían mejorarse hasta en un 20.717% con la ayuda del enfoque propuesto después de probarlo en dos conjuntos de datos de referencia.