基于通道和空间重组网络的滚动轴承故障诊断

周涛; 姚德臣; 杨建伟

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2025.05.003

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基于通道和空间重组网络的滚动轴承故障诊断

·振动·噪声·监测·诊断· | 更新时间：2025-05-19

- 基于通道和空间重组网络的滚动轴承故障诊断
- Fault diagnosis of rolling bearing based on channel and spatial reconstruction networks
- 机械强度 2025年47卷第5期页码：19-28
- 作者机构：
  
  北京建筑大学机电与车辆工程学院，北京 102616
- 作者简介：
  
  周涛，男，2000年生，安徽安庆人，在读硕士研究生；主要研究方向为故障诊断；E-mail：2453932709@qq.com。
  姚德臣，男，1981年生，山东德州人，教授，硕士研究生导师；主要研究方向为机械系统动力学建模分析、旋转机械监测与诊断的理论与应用研究、轨道交通关键系统状态检测装备研发；E-mail：yaodechen@bucea.edu.cn。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金面上项目(51975038);北京市自然科学基金（重点）项目(KZ202010016025);北京建筑大学青年教师科研能力提升计划(X21055);北京建筑大学研究生创新计划(PG2023134)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.05.003
  中图分类号： TH133.33
- 收稿日期：2023-08-30，
  
  修回日期：2023-10-23，
  
  纸质出版日期：2025-05-15
- 稿件说明：
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周涛，姚德臣，杨建伟. 基于通道和空间重组网络的滚动轴承故障诊断［J］. 机械强度，2025，47（5）：19-28.

ZHOU Tao，YAO Dechen，YANG Jianwei. Fault diagnosis of rolling bearing based on channel and spatial reconstruction networks［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（5）：19-28.
周涛，姚德臣，杨建伟. 基于通道和空间重组网络的滚动轴承故障诊断［J］. 机械强度，2025，47（5）：19-28. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.05.003.

ZHOU Tao，YAO Dechen，YANG Jianwei. Fault diagnosis of rolling bearing based on channel and spatial reconstruction networks［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（5）：19-28. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.05.003.

摘要

由于在实际工程中采集到的故障振动数据可能会伴随噪声，传统的诊断模型难以识别故障类别，针对此问题，提出一种基于通道和空间重组卷积与渐进式卷积神经网络（Channel and Spatial Reconstruction and Progressive Convolutional Neural Networks

CSRP-CNN）的滚动轴承故障诊断研究方法。所提模型利用通道和空间重组卷积（Channel and Spatial Reconstruction Convolution

CSConv）减少故障特征中通道和空间的冗余信息，降低复杂性和计算量以提高性能；使用卷积注意力模块（Convolutional Block Attention Module

CBAM）在通道和空间维度进行注意力增强操作，使模型关注重要的故障特征信息；在网络浅层采用渐进式卷积网络结构，将之前的故障特征信息与当前的输入进行融合，获取更加丰富的特征信息。通过凯斯西储大学（Case Western Reserve University

CWRU）和机械故障综合模拟试验平台（Machinery Fault Simulator Magnum

MFS-MG）两种不同的数据集对CSRP-CNN进行性能评估。经过噪声测试和消融试验，验证了CSRP-CNN具有较强的鲁棒性，以及CSConv、CBAM和渐进式卷积神经网络（Progressive Convolutional Neural Network

PCNN）对所提模型抗噪性能的影响。

Abstract

Since the fault vibration data collected in the real engineering may be accompanied by noise

traditional diagnostic models are difficult to identify fault categories. To address this problem

a rolling bearing fault diagnosis research method based on channel and spatial reconstruction and progressive convolutional neural networks (CSRP-CNN) was proposed. The model utilized channel and spatial reconstruction convolution （CSConv） to reduce the redundant information of channels and space in fault features

and reduced the complexity and computation to improve the performance; using the convolutional block attention module (CBAM)

attention enhancement operation was carried out in the channel and spatial dimensions to make the model pay attention to the important fault feature information; and the progressive convolutional network structure was used in the shallow layer of the network

which would fuse the previous fault feature information with the current input to obtain the richer feature information. The performance of CSRP-CNN was evaluated by two different datasets of Case Western Reserve University (CWRU) and machinery fault simulator magnum (MFS-MG). After the noise and ablation tests

it is verified that CSRP-CNN has strong robustness and the effects of CSConv

CBAM and progressive convolutional neural network (PCNN) on the model noise immunity performance.

关键词

Keywords

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