Detecção de outliers usando data stream com contextualização de falhas orientada por ontologia na indústria 4.0

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Miodutzki, Dionei
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Curitiba
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Computação Aplicada
UTFPR
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/29691
Resumo: Outlier detection is important in several sectors of the economy, the academy and the government. In the industrial sector, these techniques make it possible to quickly and accurately identify equipment failures, product defects and safety risks. The evolution of Industry 4.0, however, is bringing challenges previously uncommon in the area. The large number of data constantly generated by a multitude of sensors represents a processing challenge and can ultimately lead to the identification of a large number of outliers simultaneously. The scale and complexity of this scenario slow the troubleshooting process, delaying the identification of the source of the fault and increasing costs and downtime. This work presents a solution that tackles the problem in two fronts: (i) distributed processing of data streams for outlier detectiong; and (ii) ontology-based contextualization of the detected outliers. Our proposal supports decision-making in a widespread failure scenario, where there are multiple outliers detected in a set of equipment with known dependencies between them. Dependencies are represented using ontologies, as a way to provide a clear and user-facilitated interpretation. An inference engine implemented as a graph database is responsible for identifying the most probable causes of the failure. Performance tests demonstrate the scalability of our implementation.
id UTFPR-12_ccd850cdf149be369c4d27da350b81c5
oai_identifier_str oai:repositorio.utfpr.edu.br:1/29691
network_acronym_str UTFPR-12
network_name_str Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
repository_id_str
spelling Detecção de outliers usando data stream com contextualização de falhas orientada por ontologia na indústria 4.0Data stream outlier detection with ontology-driven fault contextualization in the Industry 4.0Localização de falhas (Engenharia)Big dataProcessamento eletrônico de dados - Processamento distribuídoOntologiaInferência (Lógica)Fault location (Engineering)Electronic data processing - Distributed processingOntologyInferenceCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAOCiência da ComputaçãoOutlier detection is important in several sectors of the economy, the academy and the government. In the industrial sector, these techniques make it possible to quickly and accurately identify equipment failures, product defects and safety risks. The evolution of Industry 4.0, however, is bringing challenges previously uncommon in the area. The large number of data constantly generated by a multitude of sensors represents a processing challenge and can ultimately lead to the identification of a large number of outliers simultaneously. The scale and complexity of this scenario slow the troubleshooting process, delaying the identification of the source of the fault and increasing costs and downtime. This work presents a solution that tackles the problem in two fronts: (i) distributed processing of data streams for outlier detectiong; and (ii) ontology-based contextualization of the detected outliers. Our proposal supports decision-making in a widespread failure scenario, where there are multiple outliers detected in a set of equipment with known dependencies between them. Dependencies are represented using ontologies, as a way to provide a clear and user-facilitated interpretation. An inference engine implemented as a graph database is responsible for identifying the most probable causes of the failure. Performance tests demonstrate the scalability of our implementation.A detecção de outliers é importante em diversos setores da economia, na academia e no governo. No setor industrial, essas técnicas permitem identificar com rapidez e precisão falhas de equipamentos, defeitos de produtos e riscos de segurança. A evolução da Indústria 4.0, no entanto, está trazendo desafios antes incomuns na área. O grande número de dados gerados constantemente por uma infinidade de sensores representa um desafio de processamento e pode levar à identificação de um grande número de outliers simultaneamente. A escala e a complexidade desse cenário retardam o processo de solução de problemas, atrasando a identificação da origem da falha e aumentando os custos e o tempo de inatividade. Este trabalho apresenta uma solução que aborda o problema em duas frentes: (i) processamento distribuído de data streams para detecção de outliers; e (ii) contextualização baseada em ontologia dos outliers detectados. Nossa proposta suporta a tomada de decisão em um cenário de falha generalizada, onde existem vários outliers detectados em um conjunto de equipamentos com dependências conhecidas entre eles. As dependências são representadas usando ontologias, como forma de fornecer uma interpretação clara e facilitada ao usuário. Um mecanismo de inferência implementado como banco de dados de grafos é responsável por identificar as causas mais prováveis da falha. Testes de desempenho demonstram a escalabilidade de nossa implementação.Universidade Tecnológica Federal do ParanáCuritibaBrasilPrograma de Pós-Graduação em Computação AplicadaUTFPRGomes Junior, Luiz Celsohttps://orcid.org/0000-0002-1534-9032http://lattes.cnpq.br/0370301102971417Santanchè, Andréhttps://orcid.org/0000-0002-1756-4852http://lattes.cnpq.br/5121623021406209Tacla, Cesar Augustohttps://orcid.org/0000-0002-8244-8970http://lattes.cnpq.br/2860342167270413Gomes Junior, Luiz Celsohttps://orcid.org/0000-0002-1534-9032http://lattes.cnpq.br/0370301102971417Miodutzki, Dionei2022-09-21T17:04:18Z2022-09-21T17:04:18Z2022-08-19info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfMIODUTZKI, Dionei. Detecção de outliers usando data stream com contextualização de falhas orientada por ontologia na indústria 4.0. 2022. Dissertação (Mestrado em Computação Aplicada) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2022.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/29691enghttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2022-09-22T06:07:46Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/29691Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2022-09-22T06:07:46Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
dc.title.none.fl_str_mv Detecção de outliers usando data stream com contextualização de falhas orientada por ontologia na indústria 4.0
Data stream outlier detection with ontology-driven fault contextualization in the Industry 4.0
title Detecção de outliers usando data stream com contextualização de falhas orientada por ontologia na indústria 4.0
spellingShingle Detecção de outliers usando data stream com contextualização de falhas orientada por ontologia na indústria 4.0
Miodutzki, Dionei
Localização de falhas (Engenharia)
Big data
Processamento eletrônico de dados - Processamento distribuído
Ontologia
Inferência (Lógica)
Fault location (Engineering)
Electronic data processing - Distributed processing
Ontology
Inference
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Ciência da Computação
title_short Detecção de outliers usando data stream com contextualização de falhas orientada por ontologia na indústria 4.0
title_full Detecção de outliers usando data stream com contextualização de falhas orientada por ontologia na indústria 4.0
title_fullStr Detecção de outliers usando data stream com contextualização de falhas orientada por ontologia na indústria 4.0
title_full_unstemmed Detecção de outliers usando data stream com contextualização de falhas orientada por ontologia na indústria 4.0
title_sort Detecção de outliers usando data stream com contextualização de falhas orientada por ontologia na indústria 4.0
author Miodutzki, Dionei
author_facet Miodutzki, Dionei
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Gomes Junior, Luiz Celso
https://orcid.org/0000-0002-1534-9032
http://lattes.cnpq.br/0370301102971417
Santanchè, André
https://orcid.org/0000-0002-1756-4852
http://lattes.cnpq.br/5121623021406209
Tacla, Cesar Augusto
https://orcid.org/0000-0002-8244-8970
http://lattes.cnpq.br/2860342167270413
Gomes Junior, Luiz Celso
https://orcid.org/0000-0002-1534-9032
http://lattes.cnpq.br/0370301102971417
dc.contributor.author.fl_str_mv Miodutzki, Dionei
dc.subject.por.fl_str_mv Localização de falhas (Engenharia)
Big data
Processamento eletrônico de dados - Processamento distribuído
Ontologia
Inferência (Lógica)
Fault location (Engineering)
Electronic data processing - Distributed processing
Ontology
Inference
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Ciência da Computação
topic Localização de falhas (Engenharia)
Big data
Processamento eletrônico de dados - Processamento distribuído
Ontologia
Inferência (Lógica)
Fault location (Engineering)
Electronic data processing - Distributed processing
Ontology
Inference
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Ciência da Computação
description Outlier detection is important in several sectors of the economy, the academy and the government. In the industrial sector, these techniques make it possible to quickly and accurately identify equipment failures, product defects and safety risks. The evolution of Industry 4.0, however, is bringing challenges previously uncommon in the area. The large number of data constantly generated by a multitude of sensors represents a processing challenge and can ultimately lead to the identification of a large number of outliers simultaneously. The scale and complexity of this scenario slow the troubleshooting process, delaying the identification of the source of the fault and increasing costs and downtime. This work presents a solution that tackles the problem in two fronts: (i) distributed processing of data streams for outlier detectiong; and (ii) ontology-based contextualization of the detected outliers. Our proposal supports decision-making in a widespread failure scenario, where there are multiple outliers detected in a set of equipment with known dependencies between them. Dependencies are represented using ontologies, as a way to provide a clear and user-facilitated interpretation. An inference engine implemented as a graph database is responsible for identifying the most probable causes of the failure. Performance tests demonstrate the scalability of our implementation.
publishDate 2022
dc.date.none.fl_str_mv 2022-09-21T17:04:18Z
2022-09-21T17:04:18Z
2022-08-19
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv MIODUTZKI, Dionei. Detecção de outliers usando data stream com contextualização de falhas orientada por ontologia na indústria 4.0. 2022. Dissertação (Mestrado em Computação Aplicada) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2022.
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/29691
identifier_str_mv MIODUTZKI, Dionei. Detecção de outliers usando data stream com contextualização de falhas orientada por ontologia na indústria 4.0. 2022. Dissertação (Mestrado em Computação Aplicada) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2022.
url http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/29691
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.rights.driver.fl_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Curitiba
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Computação Aplicada
UTFPR
publisher.none.fl_str_mv Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Curitiba
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Computação Aplicada
UTFPR
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
instacron:UTFPR
instname_str Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
instacron_str UTFPR
institution UTFPR
reponame_str Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
collection Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
repository.mail.fl_str_mv riut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.br
_version_ 1850498333980753920