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Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/49472

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Campo DCValorIdioma
dc.contributor.advisorLINS, Isis Didier-
dc.contributor.authorARAÚJO, Lavínia Maria Mendes-
dc.date.accessioned2023-03-24T12:09:02Z-
dc.date.available2023-03-24T12:09:02Z-
dc.date.issued2023-02-15-
dc.identifier.citationARAÚJO, Lavínia Maria Mendes. Prognostics and health management via quantum machine learning in the oil & gas industry. 2023. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Produção) – Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2023.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/49472-
dc.description.abstractThe field of Prognostics and Health Management (PHM) aims to predict the behavior of machines to make informed maintenance decisions. In the Oil and Gas industry, fault mode diagnosis, as a PHM activity, has been applied to rotating machinery such as compressors, centrifugal pumps, and submersible motors using traditional Machine Learning (ML) and Deep Learning techniques. With the emergence of a new and rapidly growing research field called Quantum Computing (QC), there is now potential for even more efficient and accurate predictions. The QC has contributed to different purposes and contexts, such as optimization, artificial intelligence, simulation, cybersecurity, pharmaceutics, and the energy sector. Despite the current limitations of hardware, QC has been explored to improve the speed and efficiency of ML models. This master thesis focuses on the application of Quantum Machine Learning (QML) to diagnose rolling bearings which are essential components in rotating machinery, based on vibration signals. We apply hybrid models involving the encoding and construction of parameterized quantum circuits connected to a classical neural network, the Multi-Layer Perceptron (MLP). The study uses the Variational Quantum Eigensolver framework along with rotation gates and different entanglement (two-qubits) gates (CNOT, CZ and iSWAP), and explores the impact of varying the number of layers (1, 5 and 10) in the quantum circuit. We use two databases of different complexity levels not previously explored with QML, namely Case Western Reserve University (CWRU) and Jiangnan University (JNU), with 10 and 12 failure modes, respectively. For CWRU and JNU, all QML models presented higher accuracy than the classical MLP. These results suggest that, despite the current limitations of quantum environments, QML models are promising tools to be further investigated in PHM activities in the Oil and Gas industry.pt_BR
dc.description.sponsorshipFINEPpt_BR
dc.language.isoengpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Pernambucopt_BR
dc.rightsopenAccesspt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectEngenharia de produçãopt_BR
dc.subjectAprendizagem de máquinas quânticapt_BR
dc.subjectGerenciamento de prognóstico e saúdept_BR
dc.subjectDiagnóstico de falhaspt_BR
dc.subjectIndústria de petróleo e gáspt_BR
dc.subjectPesquisa e desenvolvimentopt_BR
dc.titlePrognostics and health management via quantum machine learning in the oil & gas industrypt_BR
dc.typemasterThesispt_BR
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/0191626366395188pt_BR
dc.publisher.initialsUFPEpt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.degree.levelmestradopt_BR
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/5632602851077460pt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pos Graduacao em Engenharia de Producaopt_BR
dc.description.abstractxA área de Prognóstico e Gerenciamento de Saúde – Prognostic and Health Management (PHM) tem como objetivo prever o comportamento das máquinas para tomar decisões relacionadas a manutenção. Na indústria de Óleo e Gás, o diagnóstico de modo de falha, como uma atividade de PHM, tem sido aplicado em máquinas rotativas, como compressores, bombas centrífugas e motores submersos, usando técnicas tradicionais de Aprendizagem de Máquina (Machine Learning - ML) e Aprendizagem Profunda. Com o surgimento de um novo e crescente campo de pesquisa chamado Computação Quântica (Quantum Computing - QC), existe o potencial para previsões ainda mais eficientes e precisas. A QC tem contribuído para diferentes propósitos e contextos, como otimização, inteligência artificial, simulação, cibersegurança, indústria farmacêutica e setor energético. Apesar das limitações atuais de hardware, a QC tem sido explorada como uma maneira de melhorar a velocidade e eficiência dos modelos de ML. Este estudo se concentra na aplicação do Aprendizado de Máquina Quântica (Quantum Machine Learning - QML) para diagnosticar rolamentos, que são componentes essenciais em máquinas rotativas, com base em sinais de vibração. Aplicamos modelos híbridos que envolvem a codificação e construção de circuitos quânticos parametrizados conectados a uma rede neural clássica, a Perceptron de Camadas Múltiplas (Multilayer Perceptron - MLP). O estudo usa o framework Variational Quantum Eigensolver juntamente com portões de rotação e diferentes portões de emaranhamento (two-qubit gates), e explora o impacto de variar o número de camadas (1, 5 e 10) no circuito quântico. Usamos duas bases de dados de diferentes níveis de complexidade que não foram previamente exploradas com QML, a saber, Case Western Reserve University (CWRU) e Jiangnan University (JNU), com 10 e 12 modos de falha, respectivamente. Para a CWRU e para a JNU, todos os modelos QML apresentaram maior precisão do que o MLP clássico. Estes resultados sugerem que, apesar das limitações atuais dos ambientes quânticos, os modelos de QML são ferramentas promissoras para serem investigadas nas atividades de PHM na indústria de Óleo e Gás à medida que a QC avança.pt_BR
Aparece nas coleções:Dissertações de Mestrado - Engenharia de Produção

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