Skip to main content
SUPERVISOR
Eman Ezadi
ایمان ایزدی نجف آبادی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ali Norouzifar
علی نوروزی فر

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

Online Fault Identification Using Process Mining Techniques
Development of industrial networks and computational power of automation systems in recent years, have eliminated many previous limitations in collection and transferring of high volumes of data. These data are stored for a long time. This immense volume of data in industrial automation systems is an abundant source of information. With recent developments in data sciences and understanding importance of processing raw data, tendency to use these concepts for processing industrial data has increased. Fault diagnosis and identification of fault propagation path are among the most important applications of analyzing industrial data. Development of these solutions has important role in reducing accidents and failures and also preventing financial, life and environmental consequences. For this purpose, many different approaches have been recommended, most of which make use of process variables. Process variables data has some limitations for practical applications. For instance, industries compress this data source over time which cause loss of information. Also these approaches usually have high computational load and should be in execution consistently. In this research, alarm data source from history of alarm management system has been used for introduction of new approach to fault diagnosis. Proposed algorithm makes use of process mining approaches for the final goal. Process mining is still a young field related to data science and mostly is used for analysis of event-based databases. First, a framework for using process mining is introduced in which models are discovered for activated alarms due to known fault scenarios based on historical alarm data. After choosing appropriate model according to evaluation metrics, these models are used for online fault diagnosis. Online conformance checking using incremental prefix alignments is used to check conformance of activated alarms and discovered models for fault scenarios. Tennessee Eastman chemical process is used as a simulation of real chemical process to illustrate performance of the algorithm. An alarm management system for this process is designed in Matlab which produces alarms for known fault scenarios and stores them. Online fault diagnosis algorithm is deployed with Python programing language. Fault Identification, Causalities, Alarm Management System, Process Mining, Process Modeling
کلمات کلیدی: شناسایی عیب ، روابط علت و معلولی ، سیستم مدیریت آلارم ، فرایندکاوی ، مدل‌سازی فرایند با توسعه‌ی شبکه‌های صنعتی و افزایش توان پردازشی سیستم‌های اتوماسیون صنعتی در سال‌های اخیر ، بسیاری از محدودیت‌های گذشته برای انتقال حجمی و سرعتی داده‌ها از فرایند صنعتی به سیستم اتوماسیون از بین رفته است. همچنین این داده‌ها برای مدت طولانی ذخیره می‌شوند. حجم وسیع داده‌های تولید شده در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی ، شامل منبعی غنی از اطلاعات هستند. با توجه به پیشرفت‌های علوم داده و درک مزایای پردازش داده‌های خام ، تمایل به استفاده از این مفاهیم برای پردازش داده‌های صنعتی افزایش پیدا کرده است. یکی از کاربرد‌های مهم تحلیل این منابع داده ، شناسایی عیب و مسیر گسترش آن در فرایند‌های صنعتی است. توسعه‌ی این روش‌ها نقش به‌سزایی در جلوگیری از بروز حوادث و خرابی‌‌ها در صنایع دارد که موجب کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری و همچنین جلوگیری از خسارت‌‌های مالی ، جانی و زیست محیطی می‌شود. برای این منظور روش‌های متنوعی پیشنهاد شده است که عمدتا از مقادیر متغیر‌های فرایندی استفاده می‌کنند. استفاده از منبع داده‌ی متغیرهای فرایندی در عمل محدودیت‌هایی دارد از جمله اینکه داده‌های تاریخچه‌ی صنایع به مرور زمان فشرده می‌شوند و روند تغییرات متغیرها با دقت کافی قابل دنبال کردن نیست. همچنین این روش‌ها معمولا بار محاسباتی بالایی دارند و باید دائما در حال اجرا باشند. در این پژوهش ، از منبع داده‌ی آلارم‌های سیستم مدیریت آلارم برای ارائه‌ی روشی به منظور شناسایی برخط عیب استفاده شده است. الگوریتم پیشنهادی از روش‌های موجود در زمینه‌ی فرایندکاوی بهره می‌گیرد. زمینه‌ی فرایندکاوی از بحث‌های نسبتا جدید در حوزه‌ی تحلیل داده است که عمدتا برای تحلیل پایگاه‌داده‌های بر اساس رویداد استفاده می‌شود. ابتدا چارچوبی برای استفاده از فرایندکاوی برای استخراج مدل آلارم‌های ظاهر شده در سناریو عیب‌های شناخته شده‌ی سیستم معرفی شده است. پس از انتخاب مدل مناسب با توجه به معیارهای ارزیابی تعریف‌شده ،‌ این مدل‌ها برای شناسایی برخط عیب به‌کار گرفته می‌شوند. از روش بررسی برخط انطباق مبتنی بر هم‌ترازی پیشوندی افزایشی برای تطبیق آلارم‌های ظاهر شده در سیستم و مدل استخراج شده برای سناریوهای عیب استفاده شده است. برای نمایش عملکرد الگوریتم پیشنهاد شده از شبیه‌سازی فرایند صنعتی تنسی ایستمن به عنوان یک فرایند شناخته‌شده‌ی صنعتی استفاده شده است. یک سیستم مدیریت آلارم برای این فرایند صنعتی در نرم‌افزار متلب طراحی شده است که آلارم‌های ناشی از سناریو عیب‌های شناخته‌شده‌ی فرایند صنعتی را تولید و ذخیره می‌کند. الگوریتم شناسایی برخط نهایی عیب در محیط برنامه‌نویسی به زبان پایتون پیاده‌سازی شده است.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی