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Título: Aplicações de machine learning na engenharia mecânica: um estudo de caso para diagnóstico da operabilidade de sistemas de abastecimento de água
Título(s) alternativo(s): Applications of machine learning in mechanical engineering: a case study for diagnosing the operability of water supply system
Autor(es): Carvalho, Matheus Vinícius de
Orientador(es): Oliveira, Gilson Adamczuk
Palavras-chave: Aprendizado do computador
Método de estudo de casos
Software gratuito
Bombas hidráulicas elétricas
Manutenção
Machine learning
Case method
Open source software
Pumping machinery, Electric
Maintenance
Data do documento: 19-Ago-2021
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Pato Branco
Citação: CARVALHO, Matheus Vinícius de. Aplicações de machine learning na engenharia mecânica: um estudo de caso para diagnóstico da operabilidade de sistemas de abastecimento de água. 2021. Trabalho de Conclusão de Curso (Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), Pato Branco, 2021.
Resumo: Este trabalho tem por objetivo aplicar conceitos e técnicas de machine learning na área de manutenção preditiva em engenharia mecânica. Diversos softwares têm sido desenvolvidos para auxiliar na extração de informação da grande quantidade de dados disponibilizada pelo Big Data. A escolha do Orange Data Mining foi feita visando aproveitar as características contidas no mesmo, principalmente por utilizar programação visual. O trabalho utiliza dados reais do governo da Tanzânia. Garantir água para a população da Tanzânia faz com que seja importante realizar uma previsão da perabilidade de bombas em postos de abastecimento de água. Dentre as técnicas de avaliação de acurácia do algoritmo de machine learning disponíveis, a utilizada foi a classification accuracy por possuir fácil entendimento e bons resultados. Tanto a limpeza quanto a classificação de variáveis foram feitas utilizando ferramentas presentes no Orange Data Mining. Os modelos de avaliação utilizados no software, decision trees, random forests e gradient boosting, modelos flexíveis que trabalham com diferentes tipos de variáveis e suportam não linearidade. Após ajustar um histórico de 47520 dados de treinamento e 11880 dados de teste, obteve-se uma acurácia de 78,8% utilizando o random forests, 77,6% utilizando o gradiente boosting e 75,7% com o método decision trees. O resultado final mostra que é possível fazer a previsão de operabilidade de bombas em postos de abastecimento com acurácia próxima de 77% em uma primeira análise, podendo alcançar melhores resultados com uma atualização de dados e otimização de variáveis inconsistentes.
Abstract: This paper aims to apply concepts and techniques of machine learning in the area of predictive maintenance in mechanical engineering. Several software has been developed to assist in extracting information from the large amount of data made available by Big Data. The choice of Orange Data Mining was made in order to take advantage of the characteristics contained in it, mainly by using visual programming. The paper uses real data from the Tanzanian government. Ensuring water for tanzania's population makes it important to make a prediction of pump operability at water stations. Among the techniques of accuracy assessment of the machine learning algorithm available, the one used was the classification accuracy because it has easy understanding and good results. Both the cleaning and classification of variables were done using tools present in Orange Data Mining. The evaluation models used in software, decision trees, random forests and gradient boosting, flexible models that work with different types of variables and support nonlinearity. After adjusting a history of 47520 training data and 11880 test data, an accuracy of 78.8% was obtained using random forests, 77.6% using the boosting gradient and 75.7% using the decision trees method. The final result shows that it is possible to forecast the operability of pumps in filling stations with accuracy close to 77% in a first analysis, being able to achieve better results with a data update and optimization of inconsistent variables.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/28098
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