00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) CTEC - CENTRO DE TECNOLOGIA TRABALHOS DE CONCLUSÃO DE CURSO (TCC) - GRADUAÇÃO - CTEC Trabalhos de Conclusão de Curso (TCC) - Bacharelado - ENGENHARIA QUÍMICA - CTEC
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Tipo: Trabalho de Conclusão de Curso
Título: Aprendizagem de máquina aplicada ao desenvolvimento de sensores virtuais e na detecção e diagnóstico de falhas para processos químicos reativos em linguagem Python
Título(s) alternativo(s): Machine learning applied to develop soft sensors and fault detection and diagnosis in reactive chemical processes in Python language
Autor(es): Silva, José Diego da
Primeiro Orientador: Carvalho, Frede de Oliveira
metadata.dc.contributor.referee1: Ribeiro, Livia Maria de Oliveira
metadata.dc.contributor.referee2: Brandão, Rodolfo Junqueira
Resumo: Com o rápido avanço tecnológico, surgiu a chamada quarta revolução industrial, também conhecida como Indústria 4.0. Esta explora sistemas digitais e físicos, fazendo uso de tecnologias como a inteligência artificial estatística. Com a implementação dessas tecnologias, é possível melhorar a produtividade e reduzir os riscos operacionais. Nos processos químicos, por motivos econômicos e de qualidade, são atribuídos diversos sensores para observar e identificar certas variáveis de processo. Os sensores virtuais (Soft Sensor) surgem como alternativa às dificuldades atreladas aos sensores tradicionais. As falhas presentes nos processos industriais geram incerteza e instabilidade na segurança do processo e, como forma de contornar isso, pode-se fazer uso de ferramentas computacionais aplicadas com esse propósito. No contexto da indústria 4.0, a aprendizagem de máquina (Machine Learning) torna possível a construção de sensores virtuais e detectores automáticos de falhas, de modo que é possível identificar falhas de forma precoce e inferir uma variável de difícil medição. Este trabalho utiliza as técnicas de Rede Neural Artificial (Artificial Neural Network) e de Florestas Aleatórias (Random Forest), aplicadas para um processo reativo complexo em um CSTR, por meio de rotinas computacionais em Python. Os conjuntos de dados utilizados, foram resultados da modelagem matemática do sistema. Com o trabalho observou-se que um menor tempo amostral, beneficia as métricas de desempenho das técnicas aplicadas. Para a abordagem estabelecida, a Rede Neural Artificial desempenhou melhor resultado, na construção dos sensores virtuais. Já para a detecção e diagnóstico de falhas, as Florestas Aleatórias obtiveram melhores resultados. Por fim, pôde-se concluir que as ferramentas estudadas, são robustas e aplicáveis em sistemas reativos complexos, também são essenciais na formação do engenheiro químico, no contexto da indústria 4.0.
Abstract: As a result of the fast technological progress, the fourth industrial revolution came about, also known as Industry 4.0. It explores digital and physical systems with the combination of ifferent technologies such as artificial intelligence and statistics. With the implementation of these technologies, it’s possible to improve productivity and reduce operational risks. In the chemical process, for economical and quality reasons, sensors are attributed to observe and identify process variables. Soft sensors are seen as an alternative option to the problems related to traditional sensors. The complexity of the industrial process generates uncertainty and instability in the accuracy of the process and with the aim of reducing this problem, the use and applicability of these computational tools are essential. In the Industry 4.0 context, machine learning makes possible the construction of soft sensors and automatic fault detectors. Due to them, it’s achievable to identify the faults previously and measure difficult variables. This work makes the use of Artificial Neural Network and Random Forest applied in a CSTR complex reactive process through the computational tool Python. The database used was the result of math system modelling. The results showed good performance metrics of the technics applied with a shorter sample period. Better results were obtained, for the approach established, with the Artificial Neural Network in the construction of the soft sensors. For detection and faults analysis, Random Forest generated greater results. In conclusion, the tools studied are robust and applicable in complex reactive systems and they are also essential to chemical engineers who are progressively involved in the Industry 4.0 context.
Palavras-chave: Indústria 4.0
Sensores virtuais
Aprendizagem de máquina
Redes neurais artificiais
Florestas aleatórias
Python (Linguagem de programação de computador)
Industry 4.0
Virtual sensors
Machine learning
Artificial neural networks
Random forests
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.department: Curso de Engenharia Química- Bacharelado
Citação: SILVA, José Diego da. Aprendizagem de máquina aplicada ao desenvolvimento de sensores virtuais e na detecção e diagnóstico de falhas para processos químicos reativos em linguagem Python. 2022. 98 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2022.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/16101
Data do documento: 22-jun-2022
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