AI Summary & Key Takeaways
AI InsightExperimental results showed that recurrent deep learning models generally achieved the highest prediction performance under the applied experimental setting.
📌 3 Key Takeaways
Abstract
Predictive maintenance is an important approach for reducing unexpected failures and improving operational reliability in industrial systems. In this study, deep learning and machine learning models were comparatively evaluated for torque estimation using the AI4I 2020 predictive maintenance dataset. Recurrent Neural Network (RNN), Long Short-Term Memory (LSTM), and Gated Recurrent Unit (GRU) architectures were analyzed together with conventional regression models, including Random Forest, Extra Trees, Gradient Boosting, Support Vector Regression, Ridge Regression, K-Nearest Neighbor, Linear Regression, and Decision Tree. Random Search, Genetic Algorithm (GA), Particle Swarm Optimization (PSO), and model-specific optimization strategies were applied to examine the effect of hyperparameter optimization. Experimental results showed that recurrent deep learning models generally achieved the highest prediction performance under the applied experimental setting. The Random Search-optimized LSTM model obtained the best numerical result with R² = 0.8363, RMSE = 4.0170, and MAE = 3.0004. However, the effect of optimization was model-dependent. While optimization provided limited improvement in recurrent deep learning models, it produced more visible gains in some machine learning models, particularly Support Vector Regression and Gradient Boosting. The findings indicate that model selection and optimization strategy should be evaluated together in sensor-based torque estimation problems.
Özet
Öngörücü bakım, endüstriyel sistemlerde beklenmeyen arızaların azaltılması ve operasyonel güvenilirliğin artırılması açısından önemli bir yaklaşımdır. Bu çalışmada, AI4I 2020 öngörücü bakım veri seti kullanılarak tork tahmini için derin öğrenme ve makine öğrenmesi modelleri karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Tekrarlayan Sinir Ağı (RNN), Uzun Kısa Süreli Bellek (LSTM) ve Geçit Kontrollü Yinelemeli Birim (GRU) mimarileri; Random Forest, Extra Trees, Gradient Boosting, Destek Vektör Regresyonu, Ridge Regresyon, K-En Yakın Komşu, Doğrusal Regresyon ve Karar Ağacı regresyon modelleri ile birlikte incelenmiştir. Hiperparametre optimizasyonunun etkisini değerlendirmek amacıyla Random Search, Genetik Algoritma (GA), Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) ve modele özgü optimizasyon stratejileri uygulanmıştır. Deneysel sonuçlar, uygulanan deneysel kurgu altında tekrarlayan derin öğrenme modellerinin genel olarak en yüksek tahmin performansını elde ettiğini göstermiştir. Random Search ile optimize edilen LSTM modeli R² = 0.8363, RMSE = 4.0170 ve MAE = 3.0004 değerleriyle en yüksek sayısal sonucu elde etmiştir. Bununla birlikte optimizasyonun etkisinin modele bağlı olarak değiştiği görülmüştür. Optimizasyon, tekrarlayan derin öğrenme modellerinde sınırlı düzeyde iyileşme sağlarken, özellikle Destek Vektör Regresyonu ve Gradient Boosting modellerinde daha belirgin performans artışı oluşturmuştur. Sonuçlar sensör tabanlı tork tahmini problemlerinde model seçimi ve optimizasyon stratejisinin birlikte değerlendirilmesi gerektiğini göstermektedir.