Scaling Logical Analysis of Data for Large Volume and Streaming Data in Industry 4.0 Applications

Les avancées significatives dans la collecte et le stockage des données ont contribué au développement et à l'émergence des techniques d'apprentissage automatique (ML) en tant qu'outils puissants pour le traitement des données et la prise de décision dans les systèmes industriels. Ces systèmes ont essayé de s'adapter aux évolutions des progrès qui ont conduit à de nouveaux concepts tels que l'industrie 4.0 et la qualité 4.0. Dans de tels systèmes, les données sont stockées dans de grands volumes et se présentent sous la forme de flux continus de grandes quantités, au lieu des petits ensembles de données statiques traditionnels qui ont longtemps été utilisés pour créer des modèles statistiques et pour former des modèles ML. Ces systèmes industriels nécessitent des modèles ML à fort pouvoir d'interprétabilité. Dans ce contexte, l'analyse logique des données (LAD), en tant que technique de classification hautement interprétable, devient un candidat de l'approche ML qui a la capacité de traiter un grand volume de données ainsi que des données en continu tout en préservant son pouvoir distinct d'interprétabilité. De telles versions de LAD n'ont pas encore été développées, et c'est la proposition de cette thèse. En tant que tel, l'objectif de cette thèse est de développer une technique ML basée sur le LAD classique, mais avec la capacité de traiter un grand volume de données en continu, qui présente un phénomène de dérive de concept. Ce phénomène est très courant en milieu industriel car tous les actifs physiques subissent un vieillissement et une détérioration. Premièrement, une technique basée sur les ensembles est développée pour accélérer LAD et le rendre capable de traiter un grand volume de données. Un nouveau mécanisme est proposé pour développer un système d'ensemble pour LAD (LAD-ENS) afin d'améliorer son efficacité de calcul, tout en préservant son interprétabilité et sa précision. Ce nouveau mécanisme vise à maintenir le pouvoir explicatif de la LAD classique en combinant les classificateurs individuels au niveau des motifs. À l'aide d'ensembles de données obtenus à partir du référentiel d'apprentissage automatique de l'UCI, des expériences informatiques sont menées pour démontrer les performances de LAD-ENS en termes de temps de calcul, de précision de la classification et d'interprétabilité. En plus d'obtenir une réduction statistiquement significative du temps de calcul, le LAD-ENS développé atteint des précisions de classification compétitives par rapport à deux approches LAD classiques et à cinq algorithmes d'apprentissage automatique courants. Deuxièmement, une adaptation de la technique LAD est fournie pour devenir dynamique et adaptative afin de pouvoir gérer des flux de données continus qui incluent des dérives de concept - c'est ce qu'on appelle l'analyse logique dynamique et adaptative des données en continu, ou DA-LASD. De plus, DA-LASD est conçu pour avoir la capacité de gérer des données de flux déséquilibrées. Le cadre proposé est construit de différents modules qui modifient dynamiquement les caractéristiques des modèles LAD ; éliminer les modèles pourris et inefficaces ; et en générer de nouveaux si nécessaire. Cela met à jour en permanence le classificateur LAD pour s'adapter aux changements dans les flux de données. Le DA-LASD est testé sur plusieurs jeux de données synthétiques couvrant différents types de dérives de concept. Les résultats montrent comment le cadre proposé adapte dynamiquement le modèle et améliore avec succès toutes les mesures de performance qui commencent à décliner. De plus, il s'avère assez compétitif en termes de précision de classification, par rapport à d'autres techniques d'apprentissage automatique qui traitent des données en continu. En plus de sa puissance d'interprétabilité distinctive, le DA-LASD est un cadre prometteur pour une gamme variée d'applications où la haute précision et l'interprétabilité sont toutes deux essentielles. Le système de contrôle de la qualité des processus industriels est considéré comme l'un des systèmes qui devraient être adaptés pour être plus intelligents et automatisés sous le label de l'Industrie 4.0. Cela peut être réalisé en utilisant une technique d'apprentissage automatique interprétable afin de prendre des actions correctives automatiques pour les états hors de contrôle et de ramener le processus à l'état sain. De plus, cette technique doit traiter et s'adapter dynamiquement à la nature des données de flux collectées à partir de ces systèmes avancés et complexes. Par conséquent, DA-LASD est renforcé par un processus d'ingénierie des fonctionnalités et utilisé dans ce contexte à travers une étude de cas de l'industrie aérospatiale. Le modèle proposé montre à quel point il est résilient et durable, et comment il s'adapte dynamiquement aux dérives du concept et améliore avec succès les mesures de performance qui commencent à se détériorer après les dérives du concept. De plus, le modèle proposé surpasse statistiquement les autres techniques d'apprentissage automatique en termes de sensibilité de classification, ce qui est important pour mesurer la capacité à détecter les défauts et les états hors de contrôle, tout en fournissant de puissants modèles interprétables qui aident à prendre des mesures de contrôle automatiques. Avec leurs hautes précisions et leur pouvoir d'interprétabilité distinctif, le LAD-ENS et le DA-LASD montrent une performance prometteuse dans les applications où un grand volume de données ou de flux de données existe et où l'interprétabilité est requise, à savoir dans les applications industrielles et de machines.