ドメイン対応型階層コントラスト学習による半教師あり汎化不良診断

arXiv cs.LG / 2026/4/24

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要点

  • 本論文は、未知の動作条件に対する故障診断を対象に、ラベル付きデータが不足する状況での半教師ありドメイン汎化不良診断(SSDGFD)を扱います。
  • 先行研究の主要な課題として、(1) 未ラベル領域の擬似ラベルが、ドメイン固有の幾何学的差異を無視して学習された知識に偏るためにクロスドメインの擬似ラベルバイアスが生じること、(2) 未ラベル試料が硬い許容/棄却のしきい値で処理されるためにデータ利用が不均衡になったり、不確実なサンプルへのハードラベル割当が追加ノイズを招きやすいことを挙げています。
  • 著者らは統一的な枠組みとして、ドメイン対応型階層コントラスト学習(DAHCL)を提案し、ドメイン対応学習(DAL)モジュールでソースドメインの幾何学的特徴を明示的に捉え、異種ソース間で擬似ラベル予測をキャリブレーションします。
  • さらにDAHCLは、動的な信頼度ストラティフィケーションとファジーなコントラスト教師あり学習を用いる階層コントラスト学習(HCL)モジュールにより、不確実なサンプルが信頼できないハードラベルに頼らずに表現学習へ寄与できるようにします。
  • 産業現場をより反映するため工学的ノイズを評価プロトコルに組み込みつつ、3つのベンチマークデータセットで、既存手法よりも教師信号の質を高め、未ラベルデータをより効果的に活用できることを示しています。

Abstract

Fault diagnosis under unseen operating conditions remains highly challenging when labeled data are scarce. Semi-supervised domain generalization fault diagnosis (SSDGFD) provides a practical solution by jointly exploiting labeled and unlabeled source domains. However, existing methods still suffer from two coupled limitations. First, pseudo-labels for unlabeled domains are typically generated primarily from knowledge learned on the labeled source domain, which neglects domain-specific geometric discrepancies and thus induces systematic cross-domain pseudo-label bias. Second, unlabeled samples are commonly handled with a hard accept-or-discard strategy, where rigid thresholding causes imbalanced sample utilization across domains, while hard-label assignment for uncertain samples can easily introduce additional noise. To address these issues, we propose a unified framework termed domain-aware hierarchical contrastive learning (DAHCL) for SSDGFD. Specifically, DAHCL introduces a domain-aware learning (DAL) module to explicitly capture source-domain geometric characteristics and calibrate pseudo-label predictions across heterogeneous source domains, thereby mitigating cross-domain bias in pseudo-label generation. In addition, DAHCL develops a hierarchical contrastive learning (HCL) module that combines dynamic confidence stratification with fuzzy contrastive supervision, enabling uncertain samples to contribute to representation learning without relying on unreliable hard labels. In this way, DAHCL jointly improves the quality of supervision and the utilization of unlabeled samples. Furthermore, to better reflect practical industrial scenarios, we incorporate engineering noise into the SSDGFD evaluation protocol. Extensive experiments on three benchmark datasets demonstrate that...

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