PORÓWNANIE SKUTECZNOŚCI ALGORYTMÓW UCZENIA MASZYNOWEGO DLA KONSERWACJI PREDYKCYJNEJ

Jakub Gęca

j.geca@pollub.pl
Lublin University of Technology, Faculty of Electrical Engineering and Computer Science, Lublin, Poland (Polska)
https://orcid.org/0000-0003-0610-2975

Abstrakt

Skutki związane z awariami oraz niezaplanowaną konserwacją to powody, dla których od lat inżynierowie próbują zwiększyć niezawodność osprzętu przemysłowego. W nowoczesnych rozwiązaniach obok tradycyjnych metod stosowana jest również tzw. konserwacja predykcyjna, która pozwala przewidywać awarie i alarmować o możliwości ich powstawania. W niniejszej pracy przedstawiono zestawienie algorytmów uczenia maszynowego, które można zastosować w konserwacji predykcyjnej oraz porównanie ich skuteczności. Analizy dokonano na podstawie zbioru danych Azure AI Gallery udostępnionych przez firmę Microsoft. Praca przedstawia kompleksowe podejście do analizowanego zagadnienia uwzględniające wydobywanie cech charakterystycznych, wstępne przygotowanie danych, zastosowanie technik redukcji wymiarowości, a także dostrajanie parametrów poszczególnych modeli w celu uzyskania najwyższej możliwej skuteczności. Przeprowadzone badania pozwoliły wskazać  najlepszy  algorytm, który uzyskał dokładność na poziomie 99,92%, spośród ponad 122 tys. rekordów danych testowych. Na podstawie tego można stwierdzić, że konserwacja predykcyjna prowadzona w oparciu o uczenie maszynowe stanowi przyszłość w zakresie podniesienia niezawodności maszyn w przemyśle.


Słowa kluczowe:

uczenie maszynowe, losowy las, konserwacja predykcyjna, sieci neuronowe

Binding A., et al.: Machine Learning Predictive Maintenance on Data in the Wild. IEEE 5th World Forum on Internet of Things (Wf-Iot), 2019, 507–512.
DOI: https://doi.org/10.1109/WF-IoT.2019.8767312   Google Scholar

Burnaev E.: On Construction of Early Warning Systems for Predictive Maintenance in Aerospace Industry. Journal of Communications Technology and Electronics 64/2019, 1473–1484, [https://doi.org/10.1134/S1064226919120027].
DOI: https://doi.org/10.1134/S1064226919120027   Google Scholar

Campos J. R., et al.: Exploratory Study of Machine Learning Techniques for Supporting Failure Prediction. 14th European Dependable Computing Conference (EDCC), 2018, 9–16, [https://doi.org/10.1109/EDCC.2018.00014].
DOI: https://doi.org/10.1109/EDCC.2018.00014   Google Scholar

Carvalho T.P., et al.: A Systematic Literature Review of Machine Learning Methods Applied to Predictive Maintenance. Computers & Industrial Engineering 137/2019, 106024, [https://doi.org/10.1016/j.cie.2019.106024].
DOI: https://doi.org/10.1016/j.cie.2019.106024   Google Scholar

Chigurupati A., et al.: Predicting Hardware Failure Using Machine Learning. 2016 Annual Reliability and Maintainability Symposium (RAMS), 2016, 1–6, [https://doi.org/10.1109/RAMS.2016.7448033].
DOI: https://doi.org/10.1109/RAMS.2016.7448033   Google Scholar

Cho S., et al.: A Hybrid Machine Learning Approach for Predictive Maintenance in Smart Factories of the Future. Advances in Production Management Systems: Smart Manufacturing for Industry 4.0 – APMS 2018, 536/2018, 311–317, [https://doi.org/10.1007/978-3-319-99707-0_39].
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-99707-0_39   Google Scholar

Corazza A., et al.: A Machine Learning Approach for Predictive Maintenance for Mobile Phones Service Providers. Advances on P2P, Parallel, Grid, Cloud and Internet Computing 1/2017, 717–726, [https://doi.org/10.1007/978-3-319-49109–7_69].
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-49109-7_69   Google Scholar

Dzierżak R.: Comparison of the Influence of Standardization and Normalization of Data on the Effectiveness of Spongy Tissue Texture Classification. Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska 9/2019, 66–69, [https://doi.org/10.35784/iapgos.62].
DOI: https://doi.org/10.35784/iapgos.62   Google Scholar

Garcia S., et al.: Data Preprocessing in Data Mining. Data Preprocessing in Data Mining 72/2015, 1–320, [https://doi.org/10.1007/978-3-319-10247-4].
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-10247-4   Google Scholar

Gutschi C., et al.: Log-Based Predictive Maintenance in Discrete Parts Manufacturing. 12th Cirp Conference on Intelligent Computation in Manufacturing Eng. 79/2019, 528–533,[https://doi.org/10.1016/j.procir.2019.02.098].
DOI: https://doi.org/10.1016/j.procir.2019.02.098   Google Scholar

Jiang R., et al.: Failure Prediction Method of Gearbox Based on Bp Neural Network with Genetic Optimization Algorithm. International Conference on Renewable Power Generation – RPG 2015, 2015, 1–3, [https://doi.org/10.1049/cp.2015.0444].
DOI: https://doi.org/10.1049/cp.2015.0444   Google Scholar

Kanawaday A., Sane A.: Machine Learning for Predictive Maintenance of Industrial Machines Using Iot Sensor Data. 2017, 87–90, [https://doi.org/10.1109/ICSESS.2017.8342870].
DOI: https://doi.org/10.1109/ICSESS.2017.8342870   Google Scholar

Khalil M.: Failure Prediction of Pv Inverters under Operational Stresses. IEEE International Conference on Environment and Electrical Engineering and IEEE Industrial and Commercial Power Systems Europe (EEEIC / I&CPS Europe), 2019, 1–5, [https://doi.org/10.1109/EEEIC.2019.8783241].
DOI: https://doi.org/10.1109/EEEIC.2019.8783241   Google Scholar

Kolokas N., et al.: Forecasting Faults of Industrial Equipment Using Machine Learning Classifiers. 2018 Innovations in Intelligent Systems and Applications (Inista), 2018, 6.
  Google Scholar

Korvesis P., et al.: Predictive Maintenance in Aviation: Failure Prediction from Post-Flight Reports. IEEE 34th International Conference on Data Engineering (ICDE), 2018, 1414–1422, [https://doi.org/10.1109/ICDE.2018.00160].
DOI: https://doi.org/10.1109/ICDE.2018.00160   Google Scholar

Lemaître G., Nogueira F., Aridas C.: Imbalanced-Learn: A Python Toolbox to Tackle the Curse of Imbalanced Datasets in Machine Learning. 18/2016.
  Google Scholar

Masani K.I., et al.: Predictive Maintenance and Monitoring of Industrial Machine Using Machine Learning. Scalable Computing-Practice and Experience 20(4)/2019, 663–668, [https://doi.org/10.12694/scpe.v20i4.1585].
DOI: https://doi.org/10.12694/scpe.v20i4.1585   Google Scholar

Mishra K., et al.: Failure Prediction Model for Predictive Maintenance. 7th IEEE International Conference on Cloud Computing in Emerging Markets (CCEM), 2018, 72–75, [https://doi.org/10.1109/ccem.2018.00019].
DOI: https://doi.org/10.1109/CCEM.2018.00019   Google Scholar

Parisi L., Ravi Chandran N.: Genetic Algorithms and Unsupervised Machine Learning for Predicting Robotic Manipulation Failures for Force-Sensitive Tasks. 4th International Conference on Control, Automation and Robotics (ICCAR), 2018, 22–25, [https://doi.org/10.1109/ICCAR.2018.8384638].
DOI: https://doi.org/10.1109/ICCAR.2018.8384638   Google Scholar

Rosenblatt F.: The Perceptron, a Perceiving and Recognizing Automaton Project Para. Cornell Aeronautical Laboratory, 1957. Report: Cornell Aeronautical Laboratory.
  Google Scholar

Rymarczyk T., et al.: Analysis of Data from Measuring Sensors for Prediction in Production Process Control Systems. Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska 9(4)/2019, [https://doi.org/10.35784/iapgos.570].
DOI: https://doi.org/10.35784/iapgos.570   Google Scholar

Schaub M.: Data-Based Prediction of Soot Emissions for Transient Engine Operation. Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska 9(4)/2019, [https://doi.org/10.35784/iapgos.29].
DOI: https://doi.org/10.35784/iapgos.29   Google Scholar

Suchatpong T., Bhumkittipich K.: Hard Disk Drive Failure Mode Prediction Based on Industrial Standard Using Decision Tree Learning. 11th International Conference on Electrical Engineering/Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology (ECTI-CON), 2014, 1–4, [https://doi.org/10.1109/ECTICon.2014.6839839].
DOI: https://doi.org/10.1109/ECTICon.2014.6839839   Google Scholar

Susto G.A., et al.: Machine Learning for Predictive Maintenance: A Multiple Classifier Approach. IEEE Transactions on Industrial Informatics 11(3)/2015, 812–820, [https://doi.org/10.1109/TII.2014.2349359].
DOI: https://doi.org/10.1109/TII.2014.2349359   Google Scholar

https://gallery.azure.ai/Experiment/Predictive-Maintenance-Implementation-Guide-Data-Sets-1 (available: 24.04.2020).
  Google Scholar


Opublikowane
2020-09-30

Cited By / Share

Gęca, J. (2020). PORÓWNANIE SKUTECZNOŚCI ALGORYTMÓW UCZENIA MASZYNOWEGO DLA KONSERWACJI PREDYKCYJNEJ. Informatyka, Automatyka, Pomiary W Gospodarce I Ochronie Środowiska, 10(3), 32–35. https://doi.org/10.35784/iapgos.1834

Autorzy

Jakub Gęca 
j.geca@pollub.pl
Lublin University of Technology, Faculty of Electrical Engineering and Computer Science, Lublin, Poland Polska
https://orcid.org/0000-0003-0610-2975

Statystyki

Abstract views: 784
PDF downloads: 625