Поскольку у вас есть входы временного ряда, вы можете использовать последовательные модели, такие как RNN, LSTM, GRU. И используйте слой softmax в конце, который может выводить (нормальный / аномалия).
Вы можете использовать одну и ту же модель (вес) 4k раз, чтобы определить, какой датчик неисправен.
Или эту же последовательную сеть можно обучить с помощью многомерного softmax (anomaly1 / normal1 ... fault4k / normal4k)
Но такие сети не будут работать хорошо, если данные не сбалансированы (аномалии редки).
Вы также можете попробовать RPCA для обнаружения аномалий.