مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تعمیم‌پذیری بین‌سرعتی شناسایی نامیزانی فن با استفاده از یادگیری ماشین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی مکانیک ،دانشگاه صنعت نفت ، آبادان ،ایران
2 دانشگاه صنعت نفت،آبادان،خوزستان،ایران
10.48311/mme.2026.122337.83068
چکیده
پایش وضعیت فن‌ها در شرایط عملکرد با سرعت متغیر، به دلیل تغییر در ویژگی‌های ارتعاشی و کاهش قابلیت تعمیم مدل‌های یادگیری ماشین، یک چالش مهم محسوب می‌شود. در این پژوهش، یک چارچوب مبتنی بر یادگیری ماشین برای شناسایی سه پیکربندی نامیزانی فن تحت شرایط سرعت کاری مشاهده‌نشده ارائه شده است. به‌منظور ارزیابی واقع‌بینانه‌تر پایداری مدل‌ها، یک راهبرد ارزیابی بین‌سرعتی مبتنی بر اعتبارسنجی کنارگذاری یک سرعت (Leave-one-speed-out) به کار گرفته شد و عملکرد آن با روش‌های متداول تقسیم‌بندی تصادفی داده مقایسه گردید. چهار مدل یادگیری ماشین شامل رگرسیون لجستیک، ماشین بردار پشتیبان با هسته شعاعی (RBF-SVM)، جنگل تصادفی و درختان بسیار تصادفی (Extra Trees) با استفاده از ویژگی‌های استخراج‌شده از اندازه‌گیری‌های ارتعاشی سه‌محوره ارزیابی شدند. علاوه بر معیارهای عملکرد، آنتروپی پیش‌بینی و پیش‌بینی همساز (Conformal Prediction) برای بررسی قابلیت اعتماد و عدم قطعیت تصمیم‌های مدل مورد استفاده قرار گرفتند. مدل Extra Trees بالاترین دقت متوازن را در اعتبارسنجی بین‌سرعتی به دست آورد، در حالی که تحلیل عدم قطعیت نشان داد معیارهای قابلیت اعتماد می‌توانند پیش‌بینی‌های مبهم را شناسایی کرده و از تصمیم‌گیری انتخابی پشتیبانی کنند. نتایج نشان می‌دهد که راهبرد اعتبارسنجی تأثیر قابل‌توجهی بر برآورد عملکرد طبقه‌بندهای مبتنی بر ارتعاش دارد و ارزیابی همراه با قابلیت اعتماد، اطلاعات ارزشمندی فراتر از معیارهای صرفاً دقت ارائه می‌دهد. چارچوب پیشنهادی، ارزیابی واقع‌بینانه‌ای از تعمیم‌پذیری بین‌سرعتی را برای مجموعه‌داده آزمایشگاهی بررسی‌شده فراهم می‌کند؛ با این حال، برای دستیابی به نتیجه‌گیری‌های گسترده‌تر در کاربردهای صنعتی، اعتبارسنجی‌های مستقل با تجهیزات، پیکربندی‌های حسگری و شرایط کاری متفاوت ضروری است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Cross-Speed Generalization of Fan Imbalance Identification Using Machine Learning

نویسندگان English

mohammad Khodadosti 1
Abdolrahim Taheri 2
1 Department of Mechanical Engineering, Petroleum University of Technology, Abadan, Iran
2 Petroleum University of Technology, Abadan, Khuzestan, Iran
چکیده English

Condition monitoring of fans under variable-speed operation is challenging because changes in vibration characteristics can reduce the generalizability of machine-learning models. This study presents a machine-learning framework for identifying three fan imbalance configurations under previously unseen operating-speed conditions. A cross-speed evaluation strategy based on leave-one-speed-out validation was employed to provide a more realistic assessment of classifier robustness compared with conventional random data splitting. Four machine-learning models, including Logistic Regression, RBF-SVM, Random Forest, and Extra Trees, were evaluated using engineered features extracted from triaxial vibration measurements. In addition, predictive entropy and conformal prediction were incorporated to assess the reliability and uncertainty of model decisions. Extra Trees achieved the highest balanced accuracy under cross-speed validation, while uncertainty analysis demonstrated the ability of reliability metrics to identify ambiguous predictions and support selective decision-making. The results show that validation strategy strongly influences the estimated performance of vibration-based classifiers and that reliability-aware evaluation provides additional information beyond accuracy alone. The proposed framework provides a realistic assessment of cross-speed generalization for the investigated experimental benchmark; however, further validation using independent equipment, sensing configurations, and operating conditions is required before broader industrial conclusions can be drawn.

کلیدواژه‌ها English

Condition monitoring
fan imbalance
machine learning
vibration analysis
speed-based validation

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 18 مهر 1405