Asset integrity case development for normally unattended offshore installations: Bayesian network modelling

This research proposes the initial stages of the application of Bayesian Networks in conducting quantitative risk assessment of the integrity of an offshore system. The main focus is the construction of a Bayesian network model that demonstrates the interactions of multiple offshore safety critical elements to analyse asset integrity. A NUI (Normally Unattended Installation) - Integrity Case will enable the user to determine the impact of deficiencies in asset integrity and demonstrate that integrity is being managed to ensure safe operations in situations whereby physical human to machine interaction is not occurring. The Integrity Case can be said to be dynamic as it shall be continually updated for an installation as the Quantitative Risk Analysis (QRA) data is recorded. This allows for the integrity of the various systems and components of an offshore installation to be continually monitored. The Bayesian network allows cause-effect relationships to be modelled through clear graphical representation. The model accommodates for continual updating of failure data

Recurrent neural network based approach for estimating the dynamic evolution of grinding process variables

170 p.El proceso de rectificado es ampliamente utilizado para la fabricación de componentes de precisión por arranque de viruta por sus buenos acabados y excelentes tolerancias. Así, el modelado y el control del proceso de rectificado es altamente importante para alcanzar los requisitos económicos y de precisión de los clientes. Sin embargo, los modelos analíticos desarrollados hasta ahora están lejos de poder ser implementados en la industria. Es por ello que varias investigaciones han propuesto la utilización de técnicas inteligentes para el modelado del proceso de rectificado. Sin embargo, estas propuestas a) no generalizan para nuevas muelas y b) no tienen en cuenta el desgaste de la muela, efecto esencial para un buen modelo del proceso de rectificado. Es por ello que se propone la utilización de las redes neuronales recurrentes para estimar variables del proceso de rectificado que a) sean capaces de generalizar para muelas nuevas y b) que tenga en cuenta el desgaste de la muela, es decir, que sea capaz de estimar variables del proceso de rectificado mientras la muela se va desgastando. Así, tomando como base la metodología general, se han desarrollado sensores virtuales para la medida del desgaste de la muela y la rugosidad de la pieza, dos variables esenciales del proceso de rectificado. Por otro lado, también se plantea la utilización la metodología general para estimar fuera de máquina la energía específica de rectificado que puede ayudar a seleccionar la muela y los parámetros de rectificado por adelantado. Sin embargo, una única red no es suficiente para abarcar todas las muelas y condiciones de rectificado existentes. Así, también se propone una metodología para generar redes ad-hoc seleccionando unos datos específicos de toda la base de datos. Para ello, se ha hecho uso de los algoritmos Fuzzy c-Means. Finalmente, hay que decir que los resultados obtenidos mejoran los existentes hasta ahora. Sin embargo, estos resultados no son suficientemente buenos para poder controlar el proceso. Así, se propone la utilización de las redes neuronales de impulsos. Al trabajar con impulsos, estas redes tienen inherentemente la capacidad de trabajar con datos temporales, lo que las hace adecuados para estimar valores que evolucionan con el tiempo. Sin embargo, estas redes solamente se usan para clasificación y no predicción de evoluciones temporales por la falta de métodos de codificación/decodificación de datos temporales. Así, en este trabajo se plantea una metodología para poder codificar en trenes de impulsos señales secuenciales y poder reconstruir señales secuenciales a partir de trenes de impulsos. Esto puede llevar a en un futuro poder utilizar las redes neuronales de impulsos para la predicción de secuenciales y/o temporales

Recurrent neural network based approach for estimating the dynamic evolution of grinding process variables

170 p.El proceso de rectificado es ampliamente utilizado para la fabricación de componentes de precisión por arranque de viruta por sus buenos acabados y excelentes tolerancias. Así, el modelado y el control del proceso de rectificado es altamente importante para alcanzar los requisitos económicos y de precisión de los clientes. Sin embargo, los modelos analíticos desarrollados hasta ahora están lejos de poder ser implementados en la industria. Es por ello que varias investigaciones han propuesto la utilización de técnicas inteligentes para el modelado del proceso de rectificado. Sin embargo, estas propuestas a) no generalizan para nuevas muelas y b) no tienen en cuenta el desgaste de la muela, efecto esencial para un buen modelo del proceso de rectificado. Es por ello que se propone la utilización de las redes neuronales recurrentes para estimar variables del proceso de rectificado que a) sean capaces de generalizar para muelas nuevas y b) que tenga en cuenta el desgaste de la muela, es decir, que sea capaz de estimar variables del proceso de rectificado mientras la muela se va desgastando. Así, tomando como base la metodología general, se han desarrollado sensores virtuales para la medida del desgaste de la muela y la rugosidad de la pieza, dos variables esenciales del proceso de rectificado. Por otro lado, también se plantea la utilización la metodología general para estimar fuera de máquina la energía específica de rectificado que puede ayudar a seleccionar la muela y los parámetros de rectificado por adelantado. Sin embargo, una única red no es suficiente para abarcar todas las muelas y condiciones de rectificado existentes. Así, también se propone una metodología para generar redes ad-hoc seleccionando unos datos específicos de toda la base de datos. Para ello, se ha hecho uso de los algoritmos Fuzzy c-Means. Finalmente, hay que decir que los resultados obtenidos mejoran los existentes hasta ahora. Sin embargo, estos resultados no son suficientemente buenos para poder controlar el proceso. Así, se propone la utilización de las redes neuronales de impulsos. Al trabajar con impulsos, estas redes tienen inherentemente la capacidad de trabajar con datos temporales, lo que las hace adecuados para estimar valores que evolucionan con el tiempo. Sin embargo, estas redes solamente se usan para clasificación y no predicción de evoluciones temporales por la falta de métodos de codificación/decodificación de datos temporales. Así, en este trabajo se plantea una metodología para poder codificar en trenes de impulsos señales secuenciales y poder reconstruir señales secuenciales a partir de trenes de impulsos. Esto puede llevar a en un futuro poder utilizar las redes neuronales de impulsos para la predicción de secuenciales y/o temporales

Asset integrity case development for normally unattended offshore installations

This thesis proposes the initial stages of the development of a NUI – Asset Integrity Case (Normally Unattended Installation). An NUI – Asset Integrity Case will enable the user to determine the impact of deficiencies in asset integrity and demonstrate that integrity is being managed. A key driver for improved asset integrity monitoring is centred on the level of accurate reporting of incidents. This stems from incidents to key offshore systems and areas. For example, gas turbine driven generators where 22% of fuel gas leaks were undetected with 60% of these 22% having been found to have ignited. Accordingly, there is a need for dynamic risk assessment and improved asset integrity monitoring. The immediate objective of this research is to investigate how a dynamic risk model can be developed for an offshore system. Subsequently, two dynamic risk assessment models were developed for an offshore gas turbine driven electrical power generation system. Bayesian Networks provided the base theory and algorithms to develop the models. The first model focuses on the consequences of one component failure. While the second model focuses on the consequences of a fuel gas release with escalated fire and explosion, based upon several initiating failures. This research also provides a Multiple Attribute Decision Analysis (MADA) to determine the most suitable Wireless Sensor Network (WSN) configuration for asset integrity monitoring. The WSN is applied to the same gas turbine system as in the dynamic risk assessment models. In the future, this work can be expanded to other systems and industries by applying the developed Asset Integrity Case framework and methodology. The framework outlines the steps to develop a dynamic risk assessment model along with MADA for the most suitable remote sensing and detection methods

Solución rápida y automática de parámetros hipocentrales para eventos sísmicos, mediante el empleo de técnicas de aprendizaje de máquina

La generación de alertas tempranas para sismos es de gran utilidad, en particular para la ciudad de Bogotá-Colombia, dada su importancia social y económica para el país. Con base en la información de la estación sismológica de El Rosal, la cual es una estación de banda ancha y tres componentes, localizada muy cerca de la ciudad, perteneciente al Servicio Geológico Colombiano (SGC) se desarrolló un modelo de regresión basado en máquinas de vectores de soporte (SVM), con un kernel polinomial normalizado, usando como datos de entrada algunas características de la porción inicial de la onda P empleadas en trabajos anteriores tales como la amplitud máxima, los coeficientes de regresión lineal de los mismos, los parámetros de ajuste logarítmico de la envolvente y los valores propios de la relación de las tres componentes del sismograma. El modelo fue entrenado y evaluado aplicando correlación cruzada, permitiendo llevar a cabo el cálculo de la magnitud y la localización de un evento sísmico con una longitud de señal de tan solo cinco segundos. Con el modelo propuesto se logró la determinación de la magnitud local con una precisión de 0.19 unidades de magnitud, la distancia epicentral con una precisión de alrededor de 11 kilómetros, la profundidad hipocentral con una precisión de aproximadamente 40 kilómetros y el azimut de llegada con una precisión de 45°. Las precisiones obtenidas en magnitud y distancia epicentral son mejores que las encontradas en trabajos anteriores, donde se emplean gran número de eventos para la determinación del modelo y en los demás parámetros hipocentrales son del mismo orden. Este trabajo de investigación realiza un aporte considerable en la generación de alertas tempranas para sismos, no solamente para el país sino para cualquier otro lugar donde se deseen implementar los modelos aquí propuestos y es un excelente punto de partida para investigaciones futuras.Abstract. Earthquake early warning alerts generation is very useful, especially for the city of Bogotá-Colombia, given the social and economic importance of this city for the country. Based on the information from the seismological station “El Rosal”, which is a broadband and three components station, located very near the city that belongs to the Servicio Geológico Colombiano (SGC) a Support Vector Machine Regression (SVMR) model was developed, using a Normalized Polynomial Kernel, using as input some characteristics of the initial portion of the P wave used in earlier works such as the maximum amplitude, the linear regression coefficients of such amplitudes, the logarithmic adjustment parameters of the envelope of the waveform and the eigenvalues of the relationship between the three seismogram components of each band. The model was trained and evaluated by applying a cross-correlation strategy, allowing to calculate the magnitude and location of a seismic event with only five seconds of signal. With the proposed model it was possible to estimate local magnitude with an accuracy of 0.19 units of magnitude, epicentral distance with an accuracy of about 11 km, the hipocentral depth with a precision of approximately 40 km and the arrival back-azimut with a precision of 45°. Accuracies obtained in magnitude and epicentral distance are better that those found in earlier works, where a large number of events were used for model determination, and the other hipocentral parameters precisions obtained here are of the same order. This research work makes a considerable contribution in the generation of seismic early warning alerts, not only for the country but for any other place where proposed models here can be applied and is a very good starting point for future research.Doctorad