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Enregistrement W6929100271 · doi:10.48336/42ah-0r31

Fault detection and root cause diagnosis using sparse principal component analysis (SPCA)

2021· article· en· W6929100271 sur OpenAlexaff

Notice bibliographique

RevueMemorial University Research Repository (Memorial University) · 2021
Typearticle
Langueen
DomaineBiochemistry, Genetics and Molecular Biology
ThématiqueHemoglobin structure and function
Établissements canadiensMemorial University of Newfoundland
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésPrincipal component analysisFault detection and isolationPattern recognition (psychology)Cluster analysisSparse PCAProjection (relational algebra)False alarmProcess (computing)Root cause

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Data based methods are widely used in process industries for fault detection and diagnosis. Among the data-based methods multivariate statistical methods, for example, Principal Component Analysis (PCA), Projection to Latent Squares (PLS), and Independent Component Analysis (ICA) are most widely used methods. These methods in general are successful in detecting process fault, however, diagnosis of the root cause is always not very accurate. The primary goal of the thesis is to improve the fault diagnosis ability of PCA based methods. In PCA, each Principal Component (PC) is a linear combination of all the variables, therefore makes it difficult to identify the root cause from the violation of a PC. Sparse Principal Component Analysis (SPCA) is one version of PCA that gets a sparse description of the PCA loading matrix making it more suitable for fault diagnosis. The present research aims to devise novel strategies to find the sparse description of loading matrix, more aligned with process fault detection and diagnosis. The thesis also looks into improving the fault diagnosis of PCA using clustering methods. The entire thesis can be divided into three major tasks. First, a novel fault detection and diagnosis method is proposed based on the Sparse Principal Component Analysis (SPCA) approach. This approach incorporates a new criterion based on the Fault Detection Rates (FDRs) and False Alarm Rates (FARs) into Zou et al.’s (2006) SPCA algorithms. The objective here is to find appropriate the (Number of Non-Zero Loadings) NNZLs for SPCs that can result in low FARs and high FDRs. A comparison between PCA and four SPCA-based methods for FDD using a continuous stirred tank heater (CSTH) as a benchmark system is also carried out. The results indicate that shortcomings of the PCA can be overcome using the Sparse Principal Component Analysis (SPCA) that uses the novel NNZL criterion. The FDR-FAR SPCA approach gives the highest FDRs for the SPE statistic (93.8%). The second task focuses on developing statistical methods to decide on the non-zero elements of the loading elements of SPCA. Rather than using heuristics, the proposed methods use the distribution of the loading elements to decide if an element should be set to zero. Two SPCA algorithms are proposed to find the NNZL and its position of each PC. The first algorithm is based on bootstrapping of the data, and the second approach is based Iterative Principal Component Analysis (IPCA). The proposed methods are implemented on a CSTH process to test the performance with PCA- and other SPCA-based methods for fault detection and diagnosis. The results reveal that the approaches have superior performance in fault detection, as well as diagnosis of the root cause of fault. Both the Bootstrap-SPCA and Sparse-IPCA methods give the highest FDRs for fault 1 for the SPE statistic (99.3% and 95.76%, respectively) As the third task, this research combines the clustering (k-means) algorithm and PCA algorithm to improve the detection and diagnosis of the fault. PCA has the advantage of detecting the fault without the need for data labelling, while clustering is able to distinguish data from different fault groups into separate clusters. By combining these two algorithms we are able to have better detection and diagnosis of fault and eliminate the need for data labelling. The performance of the proposed method is demonstrated in simulated and large-scale industrial case studies.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,007
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,005
Score d'incertitude au seuil0,010

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,007
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0020,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0020,002
Bibliométrie0,0030,002
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0020,002
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,001

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,030
Tête enseignante GPT0,266
Écart entre enseignants0,236 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2021
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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