Please use this identifier to cite or link to this item: http://riu.ufam.edu.br/handle/prefix/10032
metadata.dc.type: Trabalho de Conclusão de Curso
Title: Detecção e diagnóstico não supervisionado de falhas mecânicas em máquinas rotativas com explicabilidade (SHAP)
metadata.dc.creator: Cavalcante, Victor Leonardo Gonçalves
metadata.dc.contributor.advisor1: Silva Júnior, Waldir Sabino da
metadata.dc.contributor.referee1: Carvalho, Celso Barbosa
metadata.dc.contributor.referee2: Mattos, Edma Valléria Cunha Urtiga de
metadata.dc.description.resumo: Em ambientes industriais, máquinas rotativas são ativos críticos, e suas falhas causam paradas não planejadas e custos elevados. Com a escassez de dados rotulados, a de- tecção de anomalias não supervisionada é uma alternativa viável. Ainda assim, resta compreender por que uma amostra foi considerada anômala. A abordagem proposta aplica detecção de anomalias a características de vibração e acrescenta explicabilidade para a análise de causa raiz, em uma adaptação experimental de um framework de inteligência artificial explicável. Foram extraídas características interpretáveis do sinal e onze algoritmos foram treinados sem rótulos de falha, avaliados por múltiplas métricas. Ao Isolation Forest aplicaram-se SHAP e Local-DIFFI. A avaliação usou dois conjuntos de dados. No Mechanical Fault Dataset, o Local Outlier Factor e o Feature Bagging tiveram os maiores F1-scores (0,9600), mas próximos ao de um baseline que classifica tudo como falha, devido ao forte desbalanceamento do teste. Por isso, adotou-se o Isolation Forest como modelo principal, com maior separabilidade dos escores e expli- cações SHAP coerentes com o conhecimento físico. No VBL-VA001, o Isolation Forest foi o melhor detector (F1-score de 0,9908 e recall de 1,0). Conclui-se que a detecção não supervisionada por características harmônicas, aliada à explicabilidade, é promissora para detectar falhas e apoiar a análise de causa raiz, sem substituir a validação de um especialista.
Abstract: In industrial settings, rotating machines are critical assets, and their failures cause unplanned downtime and high costs. Given the scarcity of labeled data, unsupervised anomaly detection is a viable alternative. Even so, it is still necessary to understand why a sample was flagged as anomalous. The proposed approach applies anomaly detection to vibration features and adds explainability for root-cause analysis, as an experimental adaptation of an explainable artificial intelligence framework. Interpretable features were extracted from the signal, and eleven algorithms were trained without fault labels and evaluated using multiple metrics. SHAP and Local-DIFFI were applied to the Isolation Forest. The evaluation used two datasets. On the Mechanical Fault Dataset, the Local Outlier Factor and Feature Bagging achieved the highest F1-scores (0.9600), though close to that of a baseline that classifies all samples as faulty, owing to the strong class imbalance of the test set. The Isolation Forest was therefore adopted as the main model, with greater score separability and SHAP explanations consistent with the underlying physics. On VBL-VA001, the Isolation Forest was the best detector (F1-score of 0.9908 and recall of 1.0). We conclude that unsupervised detection based on harmonic features, coupled with explainability, is promising for fault detection and for supporting root-cause analysis, without replacing expert validation.
Keywords: Detecção não supervisionada de anomalias
Inteligência artificial explicável
SHAP
Isolation forest
Máquinas rotativas
metadata.dc.subject.cnpq: ENGENHARIAS: ENGENHARIA MECANICA: PROJETOS DE MAQUINAS: MAQUINAS, MOTORES E EQUIPAMENTOS
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
metadata.dc.publisher.department: FT - Faculdade de Tecnologia
metadata.dc.publisher.course: Engenharia da Computação - Bacharelado - Manaus
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI: http://riu.ufam.edu.br/handle/prefix/10032
Appears in Collections:Trabalho de Conclusão de Curso - Graduação - Engenharias

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
TCC_VictorCavalcante.pdf2,15 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.