Condition-based maintenance—an extensive literature review

This paper presents an extensive literature review on the field of condition-based maintenance (CBM). The paper encompasses over 4000 contributions, analysed through bibliometric indicators and meta-analysis techniques. The review adopts Factor Analysis as a dimensionality reduction, concerning the metric of the co-citations of the papers. Four main research areas have been identified, able to delineate the research field synthetically, from theoretical foundations of CBM; (i) towards more specific implementation strategies (ii) and then specifically focusing on operational aspects related to (iii) inspection and replacement and (iv) prognosis. The data-driven bibliometric results have been combined with an interpretative research to extract both core and detailed concepts related to CBM. This combined analysis allows a critical reflection on the field and the extraction of potential future research directions

Fault Prognostics Using Logical Analysis of Data and Non-Parametric Reliability Estimation Methods

RÉSUMÉ : Estimer la durée de vie utile restante (RUL) d’un système qui fonctionne suivant différentes conditions de fonctionnement représente un grand défi pour les chercheurs en maintenance conditionnelle (CBM). En effet, il est difficile de comprendre la relation entre les variables qui représentent ces conditions de fonctionnement et la RUL dans beaucoup de cas en pratique à cause du degré élevé de corrélation entre ces variables et leur dépendance dans le temps. Il est également difficile, voire impossible, pour des experts d’acquérir et accumuler un savoir à propos de systèmes complexes, où l'échec de l'ensemble du système est vu comme le résultat de l'interaction et de la concurrence entre plusieurs modes de défaillance. Cette thèse présente des méthodologies pour le pronostic en CBM basé sur l'apprentissage automatique, et une approche de découverte de connaissances appelée Logical Analysis of Data (LAD). Les méthodologies proposées se composent de plusieurs implémentations de la LAD combinées avec des méthodes non paramétriques d'estimation de fiabilité. L'objectif de ces méthodologies est de prédire la RUL du système surveillé tout en tenant compte de l'analyse des modes de défaillance uniques ou multiples. Deux d’entre elles considèrent un mode de défaillance unique et une autre considère de multiples modes de défaillance. Les deux méthodologies pour le pronostic avec mode unique diffèrent dans la manière de manipuler les données. Les méthodologies de pronostique dans cette recherche doctorale ont été testées et validées sur la base d'un ensemble de tests bien connus. Dans ces tests, les méthodologies ont été comparées à des techniques de pronostic connues; le modèle à risques proportionnels de Cox (PHM), les réseaux de neurones artificiels (ANNs) et les machines à vecteurs de support (SVMs). Deux ensembles de données ont été utilisés pour illustrer la performance des trois méthodologies: l'ensemble de données du turboréacteur à double flux (turbofan) qui est disponible au sein de la base de données pour le développement d'algorithmes de pronostic de la NASA, et un autre ensemble de données obtenu d’une véritable application dans l'industrie. Les résultats de ces comparaisons indiquent que chacune des méthodologies proposées permet de prédire avec précision la RUL du système considéré. Cette recherche doctorale conclut que l’approche utilisant la LAD possède d’importants mérites et avantages qui pourraient être bénéfiques au domaine du pronostic en CBM. Elle est capable de gérer les données en CBM qui sont corrélées et variantes dans le temps. Son autre avantage et qu’elle génère un savoir interprétable qui est bénéfique au personnel de maintenance.----------ABSTRACT : Estimating the remaining useful life (RUL) for a system working under different operating conditions represents a big challenge to the researchers in the condition-based maintenance (CBM) domain. The reason is that the relationship between the covariates that represent those operating conditions and the RUL is not fully understood in many practical cases, due to the high degree of correlation between such covariates, and their dependence on time. It is also difficult or even impossible for the experts to acquire and accumulate the knowledge from a complex system, where the failure of the system is regarded as the result of interaction and competition between several failure modes. This thesis presents systematic CBM prognostic methodologies based on a pattern-based machine learning and knowledge discovery approach called Logical Analysis of Data (LAD). The proposed methodologies comprise different implementations of the LAD approach combined with non-parametric reliability estimation methods. The objective of these methodologies is to predict the RUL of the monitored system while considering the analysis of single or multiple failure modes. Three different methodologies are presented; two deal with single failure mode and one deals with multiple failure modes. The two methodologies for single mode prognostics differ in the way of representing the data. The prognostic methodologies in this doctoral research have been tested and validated based on a set of widely known tests. In these tests, the methodologies were compared to well-known prognostic techniques; the proportional hazards model (PHM), artificial neural networks (ANNs) and support vector machines (SVMs). Two datasets were used to illustrate the performance of the three methodologies: the turbofan engine dataset that is available at NASA prognostic data repository, and another dataset collected from a real application in the industry. The results of these comparisons indicate that each of the proposed methodologies provides an accurate prediction for the RUL of the monitored system. This doctoral research concludes that the LAD approach has attractive merits and advantages that add benefits to the field of prognostics. It is capable of dealing with the CBM data that are correlated and time-varying. Another advantage is its generation of an interpretable knowledge that is beneficial to the maintenance personnel

A Novel Data-Driven Fault Tree Methodology for Fault Diagnosis and Prognosis

RÉSUMÉ : La thèse développe une nouvelle méthodologie de diagnostic et de pronostic de défauts dans un système complexe, nommée Interpretable logic tree analysis (ILTA), qui combine les techniques d’extraction de connaissances à partir des bases de données « knowledge discovery in database (KDD) » et l’analyse d’arbre de défaut « fault tree analysis (FTA) ». La méthodologie capitalise les avantages des deux techniques pour appréhender la problématique de diagnostic et de pronostic de défauts. Bien que les arbres de défauts offrent des modèles interprétables pour déterminer les causes possibles à l’origine d’un défaut, leur utilisation pour le diagnostic de défauts dans un système industriel est limitée, en raison de la nécessité de faire appel à des connaissances expertes pour décrire les relations de cause-à-effet entre les processus internes du système. Cependant, il sera intéressant d’exploiter la puissance d’analyse des arbres de défaut mais construit à partir des connaissances explicites et non biaisées extraites directement des bases de données sur la causalité des fautes. Par conséquent, la méthodologie ILTA fonctionne de manière analogue à la logique du modèle d'analyse d'arbre de défaut (FTA) mais avec une implication minimale des experts. Cette approche de modélisation doit rejoindre la logique des experts pour représenter la structure hiérarchique des défauts dans un système complexe. La méthodologie ILTA est appliquée à la gestion des risques de défaillance en fournissant deux modèles d'arborescence avancés interprétables à plusieurs niveaux (MILTA) et au cours du temps (ITCA). Le modèle MILTA est conçu pour accomplir la tâche de diagnostic de défaillance dans les systèmes complexes. Il est capable de décomposer un défaut complexe et de modéliser graphiquement sa structure de causalité dans un arbre à plusieurs niveaux. Par conséquent, un expert est en mesure de visualiser l’influence des relations hiérarchiques de cause à effet menant à la défaillance principale. De plus, quantifier ces causes en attribuant des probabilités aide à comprendre leur contribution dans l’occurrence de la défaillance du système. Le modèle ITCA est conçu pour réaliser la tâche de pronostic de défaillance dans les systèmes complexes. Basé sur une répartition des données au cours du temps, le modèle ITCA capture l’effet du vieillissement du système à travers de l’évolution de la structure de causalité des fautes. Ainsi, il décrit les changements de causalité résultant de la détérioration et du vieillissement au cours de la vie du système.----------ABSTRACT : The thesis develops a new methodology for diagnosis and prognosis of faults in a complex system, called Interpretable logic tree analysis (ILTA), which combines knowledge extraction techniques from knowledge discovery in databases (KDD) and the fault tree analysis (FTA). The methodology combined the advantages of the both techniques for understanding the problem of diagnosis and prognosis of faults. Although fault trees provide interpretable models for determining the possible causes of a fault, its use for fault diagnosis in an industrial system is limited, due to the need for expert knowledge to describe cause-and-effect relationships between internal system processes. However, it will be interesting to exploit the analytical power of fault trees but built from explicit and unbiased knowledge extracted directly from databases on the causality of faults. Therefore, the ILTA methodology works analogously to the logic of the fault tree analysis model (FTA) but with minimal involvement of experts. This modeling approach joins the logic of experts to represent the hierarchical structure of faults in a complex system. The ILTA methodology is applied to failure risk management by providing two interpretable advanced logic models: a multi-level tree (MILTA) and a multilevel tree over time (ITCA). The MILTA model is designed to accomplish the task of diagnosing failure in complex systems. It is able to decompose a complex defect and graphically model its causal structure in a tree on several levels. As a result, an expert is able to visualize the influence of hierarchical cause and effect relationships leading to the main failure. In addition, quantifying these causes by assigning probabilities helps to understand their contribution to the occurrence of system failure. The second model is a logical tree interpretable in time (ITCA), designed to perform the task of prognosis of failure in complex systems. Based on a distribution of data over time, the ITCA model captures the effect of the aging of the system through the evolution of the fault causation structure. Thus, it describes the causal changes resulting from deterioration and aging over the life of the system

Applicability and Interpretability of Logical Analysis of Data in Condition Based Maintenance

Résumé Cette thèse étudie l’applicabilité et l’adaptabilité d’une approche d’exploration de données basée sur l’intelligence artificielle proposée dans [Hammer, 1986] et appelée analyse logique de données (LAD) aux applications diagnostiques dans le domaine de la maintenance conditionnelle CBM). La plupart des technologies utilisées à ce jour pour la prise de décision dans la maintenance conditionnelle ont tendance à automatiser le processus de diagnostic, sans offrir aucune connaissance ajoutée qui pourrait être utile à l’opération de maintenance et au personnel de maintenance. Par comparaison à d’autres techniques de prise de décision dans le domaine de la CBM, la LAD possède deux avantages majeurs : (1) il s’agit d’une approche non statistique, donc les données n’ont pas à satisfaire des suppositions statistiques et (2) elle génère des formes interprétables qui pourraient aider à résoudre les problèmes de maintenance. Une étude sur l’application de la LAD dans la maintenance conditionnelle est présentée dans cette recherche dont l’objectif est (1) d’étudier l’applicabilité de la LAD dans des situations différentes qui nécessitent des considérations particulières concernant les types de données d’entrée et les décisions de maintenance, (2) d’adapter la méthode LAD aux exigences particulières qui se posent à partir de ces applications et (3) d’améliorer la méthodologie LAD afin d’augmenter l’exactitude de diagnostic et d’interprétation de résultats. Les aspects innovants de la recherche présentés dans cette thèse sont (1) l’application de la LAD dans la CBM pour la première fois dans des applications qui bénéficient des propriétés uniques de cette technologie et (2) les modifications innovatrices de la méthodologie de la LAD, en particulier dans le domaine de la génération des formes, afin d’améliorer ses performances dans le cadre de la CBM et dans le domaine de classification multiclasses. La recherche menée dans cette thèse a suivi une approche évolutive afin d’atteindre les objectifs énoncés ci-dessus. La LAD a été utilisée et adaptée à trois applications : (1) la détection des composants malveillants (Rogue) dans l’inventaire de pièces de rechange réparables d’une compagnie aérienne commerciale, (2) la détection et l’identification des défauts dans les transformateurs de puissance en utilisant la DGA et (3) la détection des défauts dans les rotors en utilisant des signaux de vibration. Cette recherche conclut que la LAD est une approche de prise de décision prometteuse qui ajoute d’importants avantages à la mise en oeuvre de la CBM dans l’industrie.----------Abstract This thesis studies the applicability and adaptability of a data mining artificial intelligence approach called Logical Analysis of Data (LAD) to diagnostic applications in Condition Based Maintenance (CBM). Most of the technologies used so far for decision support in CBM tend to automate the diagnostic process without offering any added knowledge that could be helpful to the maintenance operation and maintenance personnel. LAD possesses two key advantages over other decision making technologies used in CBM: (1) it is a non-statistical approach; as such no statistical assumptions are required for the input data, and (2) it generates interpretable patterns that could help solve maintenance problems. A study on the implementation of LAD in CBM is presented in this research whose objective are to study the applicability of LAD in different CBM situations requiring special considerations regarding the types of input data and maintenance decisions, adapt the LAD methodology to the particular requirements that arise from these applications, and improve the LAD methodology in line with the above two objectives in order to increase diagnosis accuracy and result interpretability. The novelty of the research presented in this thesis is (1) the application of LAD to CBM for the first time in applications that stand to benefit from the advantages that this technology provides; and (2) the innovative modifications to LAD methodology, particularly in the area of pattern generation, in order to improve its performance within the context of CBM. The research conducted in this thesis followed an evolutionary approach in order to achieve the objectives stated in the Introduction. The research applied LAD in three applications: (1) the detection of Rogue components within the spare part inventory of reparable components in a commercial airline company, (2) the detection and identification of faults in power transformers using DGA, and (3) the detection of faults in rotor bearings using vibration signals. This research concludes that LAD is a promising decision making approach that adds important benefits to the implementation of CBM in the industry

Intelligent decision support for maintenance: an overview and future trends

The changing nature of manufacturing, in recent years, is evident in industry’s willingness to adopt network-connected intelligent machines in their factory development plans. A number of joint corporate/government initiatives also describe and encourage the adoption of Artificial Intelligence (AI) in the operation and management of production lines. Machine learning will have a significant role to play in the delivery of automated and intelligently supported maintenance decision-making systems. While e-maintenance practice provides aframework for internet-connected operation of maintenance practice the advent of IoT has changed the scale of internetworking and new architectures and tools are needed. While advances in sensors and sensor fusion techniques have been significant in recent years, the possibilities brought by IoT create new challenges in the scale of data and its analysis. The development of audit trail style practice for the collection of data and the provision of acomprehensive framework for its processing, analysis and use should be avaluable contribution in addressing the new data analytics challenges for maintenance created by internet connected devices. This paper proposes that further research should be conducted into audit trail collection of maintenance data, allowing future systems to enable ‘Human in the loop’ interactions

The development of CMMS incorporating condition monitoring tools in the advances of Industry 4

Computerized maintenance management software (CMMS) considered effective supporting tools to enhance the organisation and scheduling practices of maintenance tasks on manufacturing assets. Condition monitoring applications in the advances of Industry 4.0 applications enhances machines condition insight by utilising different sensing nodes to improve the optimisation of the scheduled maintenance tasks and support predictive maintenance applications. To overcome the disconnection between condition monitoring technology and CMMS software, the research presents a new generation of CMMS by integrating condition monitoring technologies with maintenance management functionalities under a single cloud-based platform. As an example, energy data from five-axis machine tools are included to show it is predictable and stable to be reliable for failures prediction applications

Recent advances in the theory and practice of logical analysis of data

Logical Analysis of Data (LAD) is a data analysis methodology introduced by Peter L. Hammer in 1986. LAD distinguishes itself from other classification and machine learning methods by the fact that it analyzes a significant subset of combinations of variables to describe the positive or negative nature of an observation and uses combinatorial techniques to extract models defined in terms of patterns. In recent years, the methodology has tremendously advanced through numerous theoretical developments and practical applications. In the present paper, we review the methodology and its recent advances, describe novel applications in engineering, finance, health care, and algorithmic techniques for some stochastic optimization problems, and provide a comparative description of LAD with well-known classification methods

Establishment of a novel predictive reliability assessment strategy for ship machinery

There is no doubt that recent years, maritime industry is moving forward to novel and sophisticated inspection and maintenance practices. Nowadays maintenance is encountered as an operational method, which can be employed both as a profit generating process and a cost reduction budget centre through an enhanced Operation and Maintenance (O&M) strategy. In the first place, a flexible framework to be applicable on complex system level of machinery can be introduced towards ship maintenance scheduling of systems, subsystems and components.;This holistic inspection and maintenance notion should be implemented by integrating different strategies, methodologies, technologies and tools, suitably selected by fulfilling the requirements of the selected ship systems. In this thesis, an innovative maintenance strategy for ship machinery is proposed, namely the Probabilistic Machinery Reliability Assessment (PMRA) strategy focusing towards the reliability and safety enhancement of main systems, subsystems and maintainable units and components.;In this respect, the combination of a data mining method (k-means), the manufacturer safety aspects, the dynamic state modelling (Markov Chains), the probabilistic predictive reliability assessment (Bayesian Belief Networks) and the qualitative decision making (Failure Modes and Effects Analysis) is employed encompassing the benefits of qualitative and quantitative reliability assessment. PMRA has been clearly demonstrated in two case studies applied on offshore platform oil and gas and selected ship machinery.;The results are used to identify the most unreliability systems, subsystems and components, while advising suitable practical inspection and maintenance activities. The proposed PMRA strategy is also tested in a flexible sensitivity analysis scheme.There is no doubt that recent years, maritime industry is moving forward to novel and sophisticated inspection and maintenance practices. Nowadays maintenance is encountered as an operational method, which can be employed both as a profit generating process and a cost reduction budget centre through an enhanced Operation and Maintenance (O&M) strategy. In the first place, a flexible framework to be applicable on complex system level of machinery can be introduced towards ship maintenance scheduling of systems, subsystems and components.;This holistic inspection and maintenance notion should be implemented by integrating different strategies, methodologies, technologies and tools, suitably selected by fulfilling the requirements of the selected ship systems. In this thesis, an innovative maintenance strategy for ship machinery is proposed, namely the Probabilistic Machinery Reliability Assessment (PMRA) strategy focusing towards the reliability and safety enhancement of main systems, subsystems and maintainable units and components.;In this respect, the combination of a data mining method (k-means), the manufacturer safety aspects, the dynamic state modelling (Markov Chains), the probabilistic predictive reliability assessment (Bayesian Belief Networks) and the qualitative decision making (Failure Modes and Effects Analysis) is employed encompassing the benefits of qualitative and quantitative reliability assessment. PMRA has been clearly demonstrated in two case studies applied on offshore platform oil and gas and selected ship machinery.;The results are used to identify the most unreliability systems, subsystems and components, while advising suitable practical inspection and maintenance activities. The proposed PMRA strategy is also tested in a flexible sensitivity analysis scheme

Developed Algorithms for Maximum Pattern Generation in Logical Analysis of Data

RÉSUMÉ : Les données sont au coeur des industries et des organisations. Beaucoup d’entreprises possèdent de grandes quantités de données mais échouent à en tirer un bénéfice conséquent, bien souvent parce que ces données ne sont pas utilisées de façon productive. Il est indispensable de prendre des décisions importantes au bon moment, en utilisant des outils adaptés permettant d’extraire de l’information pratique et fiable de grandes quantités de données. Avec l’augmentation de la quantité et de la variété des données, le recours aux outils traditionnels facultatifs a été abandonné alors que l’importance de fournir des méthodes efficaces et prometteuses pour l’analyse de données se fait grandissante. La classification de données est l’un des moyens de répondre à ce besoin d’analyse de données. L’analyse Logique de Données (LAD : Logical Analysis of Data) est une nouvelle méthodologie d’analyse de données. Cette méthodologie qui combine l’optimisation, l’analyse combinatoire et la logique booléenne, est applicable pour le problème de classification des données. Son but est de trouver des motifs logiques cachés qui séparent les observations d’une certaine classe de toutes les autres observations. Ces motifs sont les blocs de base de l’Analyse Logique de Données dont l’objectif principal est de choisir un ensemble de motifs capable de classifier correctement des observations. La précision d’un modèle mesure à quel point cet objectif est atteint par le modèle. Dans ce projet de recherche, on s’intéresse à un type particulier de motifs appelé α-motif « α-pattern ». Ce type de motif permet de construire des modèles de classification LAD de très grande précision. En dépit du grand nombre de méthodologies existantes pour générer des α-motifs maximaux, il n’existe pas encore de méta-heuristique adressant ce problème. Le but de ce projet de recherche est donc de développer une méta-heuristique pour résoudre le problème des α-motifs maximaux. Cette méta-heuristique devra être efficace en termes de temps de résolution et aussi en termes de précision des motifs générés. Afin de satisfaire les deux exigences citées plus haut, notre choix s’est porté sur le recuit simulé. Nous avons utilisé le recuit simulé pour générer des α-motifs maximaux avec une approche différente de celle pratiquée dans le modèle BLA. La performance de l’algorithme développé est évaluée dans la suite. Les résultats du test statistique de Friedman montrent que notre algorithme possède les meilleures performances en termes de temps de résolution. De plus, pour ce qui est de la précision, celle fournie par notre algorithme est comparable à celles des autres méthodes. Notre précision possède par ailleurs de forts niveaux de confiance statistiques.----------ABSTRACT : Data is the heart of any industry or organization. Most of the companies are gifted with a large amount of data but they often fail to gain valuable insight from it, which is often because they cannot use their data productively. It is crucial to make essential and on-time decisions by using adapted tools to find applicable and accurate information from large amount of data. By increasing the amount and variety of data, the use of facultative traditional methods, were abolished and the importance of providing efficient and fruitful methods to analyze the data is growing. Data classification is one of the ways to fulfill this need of data analysis. Logical Analysis of Data is a methodology to analyze the data. This methodology, the combination of optimization, combinatorics and Boolean logic, is applicable for classification problems. Its aim is to discover hidden logical patterns that differentiate observations pertaining to one class from all of the other observations. Patterns are the key building blocks in LAD. Choosing a set of patterns that is capable of classifying observations correctly is the essential goal of LAD. Accuracy represents how successfully this goal is met. In this research study, one specific kind of pattern, called maximum α-pattern, is considered. This particular pattern helps building highly accurate LAD classification models. In spite of various presented methodologies to generate maximum α-pattern there is not yet any developed meta-heuristic algorithm. This research study is presented here with the objective of developing a meta-heuristic algorithm generating maximum α-patterns that are effective both in terms of computational time and accuracy. This study proposes a computationally efficient and accurate meta-heuristic algorithm based on the Simulated Annealing approach. The aim of the developed algorithm is to generate maximum α-patterns in a way that differs from the best linear approximation model proposed in the literature. Later, the performance of the new algorithm is evaluated. The results of the statistical Friedman test shows that the algorithm developed here has the best performance in terms of computational time. Moreover, its performance in terms of accuracy is competitive to other methods with, statistically speaking, high levels of confidence

Analytics of Sequential Time Data from Physical Assets

RÉSUMÉ: Avec l’avancement dans les technologies des capteurs et de l’intelligence artificielle, l'analyse des données est devenue une source d’information et de connaissance qui appuie la prise de décisions dans l’industrie. La prise de ces décisions, en se basant seulement sur l’expertise humaine n’est devenu suffisant ou souhaitable, et parfois même infaisable pour de nouvelles industries. L'analyse des données collectées à partir des actifs physiques vient renforcer la prise de décisions par des connaissances pratiques qui s’appuient sur des données réelles. Ces données sont utilisées pour accomplir deux tâches principales; le diagnostic et le pronostic. Les deux tâches posent un défi, principalement à cause de la provenance des données et de leur adéquation avec l’exploitation, et aussi à cause de la difficulté à choisir le type d'analyse. Ce dernier exige un analyste ayant une expertise dans les déférentes techniques d’analyse de données, et aussi dans le domaine de l’application. Les problèmes de données sont dus aux nombreuses sources inconnues de variations interagissant avec les données collectées, qui peuvent parfois être dus à des erreurs humaines. Le choix du type de modélisation est un autre défi puisque chaque modèle a ses propres hypothèses, paramètres et limitations. Cette thèse propose quatre nouveaux types d'analyse de séries chronologiques dont deux sont supervisés et les deux autres sont non supervisés. Ces techniques d'analyse sont testées et appliquées sur des différents problèmes industriels. Ces techniques visent à minimiser la charge de choix imposée à l'analyste. Pour l’analyse de séries chronologiques par des techniques supervisées, la prédiction de temps de défaillance d’un actif physique est faite par une technique qui porte le nom de ‘Logical Analysis of Survival Curves (LASC)’. Cette technique est utilisée pour stratifier de manière adaptative les courbes de survie tout au long d’un processus d’inspection. Ceci permet une modélisation plus précise au lieu d'utiliser un seul modèle augmenté pour toutes les données. L'autre technique supervisée de pronostic est un nouveau réseau de neurones de type ‘Long Short-Term Memory (LSTM) bidirectionnel’ appelé ‘Bidirectional Handshaking LSTM (BHLSTM)’. Ce modèle fait un meilleur usage des séquences courtes en faisant un tour de ronde à travers les données. De plus, le réseau est formé à l'aide d'une nouvelle fonction objective axée sur la sécurité qui force le réseau à faire des prévisions plus sûres. Enfin, étant donné que LSTM est une technique supervisée, une nouvelle approche pour générer la durée de vie utile restante (RUL) est proposée. Cette technique exige la formulation des hypothèses moins importantes par rapport aux approches précédentes. À des fins de diagnostic non supervisé, une nouvelle technique de classification interprétable est proposée. Cette technique est intitulée ‘Interpretable Clustering for Rule Extraction and Anomaly Detection (IC-READ)’. L'interprétation signifie que les groupes résultants sont formulés en utilisant une logique conditionnelle simple. Cela est pratique lors de la fourniture des résultats à des non-spécialistes. Il facilite toute mise en oeuvre du matériel si nécessaire. La technique proposée est également non paramétrique, ce qui signifie qu'aucun réglage n'est requis. Cette technique pourrait également être utiliser dans un contexte de ‘one class classification’ pour construire un détecteur d'anomalie. L'autre technique non supervisée proposée est une approche de regroupement de séries chronologiques à plusieurs variables de longueur variable à l'aide d'une distance de type ‘Dynamic Time Warping (DTW)’ modifiée. Le DTW modifié donne des correspondances plus élevées pour les séries temporelles qui ont des tendances et des grandeurs similaires plutôt que de se concentrer uniquement sur l'une ou l'autre de ces propriétés. Cette technique est également non paramétrique et utilise la classification hiérarchique pour regrouper les séries chronologiques de manière non supervisée. Cela est particulièrement utile pour décider de la planification de la maintenance. Il est également montré qu'il peut être utilisé avec ‘Kernel Principal Components Analysis (KPCA)’ pour visualiser des séquences de longueurs variables dans des diagrammes bidimensionnels.---------- ABSTRACT: Data analysis has become a necessity for industry. Working with inherited expertise only has become insufficient, expensive, not easily transferable, and mostly unavailable for new industries and facilities. Data analysis can provide decision-makers with more insight on how to manage their production, maintenance and personnel. Data collection requires acquisition and storage of observatory information about the state of the different production assets. Data collection usually takes place in a timely manner which result in time-series of observations. Depending on the type of data records available, the type of possible analyses will differ. Data labeled with previous human experience in terms of identifiable faults or fatigues can be used to build models to perform the expert’s task in the future by means of supervised learning. Otherwise, if no human labeling is available then data analysis can provide insights about similar observations or visualize these similarities through unsupervised learning. Both are challenging types of analyses. The challenges are two-fold; the first originates from the data and its adequacy, and the other is selecting the type of analysis which is a decision made by the analyst. Data challenges are due to the substantial number of unknown sources of variations inherited in the collected data, which may sometimes include human errors. Deciding upon the type of modelling is another issue as each model has its own assumptions, parameters to tune, and limitations. This thesis proposes four new types of time-series analysis, two of which are supervised requiring data labelling by certain events such as failure when, and the other two are unsupervised that require no such labelling. These analysis techniques are tested and applied on various industrial applications, namely road maintenance, bearing outer race failure detection, cutting tool failure prediction, and turbo engine failure prediction. These techniques target minimizing the burden of choice laid on the analyst working with industrial data by providing reliable analysis tools that require fewer choices to be made by the analyst. This in turn allows different industries to easily make use of their data without requiring much expertise. For prognostic purposes a proposed modification to the binary Logical Analysis of Data (LAD) classifier is used to adaptively stratify survival curves into long survivors and short life sets. This model requires no parameters to choose and completely relies on empirical estimations. The proposed Logical Analysis of Survival Curves show a 27% improvement in prediction accuracy than the results obtained by well-known machine learning techniques in terms of the mean absolute error. The other prognostic model is a new bidirectional Long Short-Term Memory (LSTM) neural network termed the Bidirectional Handshaking LSTM (BHLSTM). This model makes better use of short sequences by making a round pass through the given data. Moreover, the network is trained using a new safety oriented objective function which forces the network to make safer predictions. Finally, since LSTM is a supervised technique, a novel approach for generating the target Remaining Useful Life (RUL) is proposed requiring lesser assumptions to be made compared to previous approaches. This proposed network architecture shows an average of 18.75% decrease in the mean absolute error of predictions on the NASA turbo engine dataset. For unsupervised diagnostic purposes a new technique for providing interpretable clustering is proposed named Interpretable Clustering for Rule Extraction and Anomaly Detection (IC-READ). Interpretation means that the resulting clusters are formulated using simple conditional logic. This is very important when providing the results to non-specialists especially those in management and ease any hardware implementation if required. The proposed technique is also non-parametric, which means there is no tuning required and shows an average of 20% improvement in cluster purity over other clustering techniques applied on 11 benchmark datasets. This technique also can use the resulting clusters to build an anomaly detector. The last proposed technique is a whole multivariate variable length time-series clustering approach using a modified Dynamic Time Warping (DTW) distance. The modified DTW gives higher matches for time-series that have the similar trends and magnitudes rather than just focusing on either property alone. This technique is also non-parametric and uses hierarchal clustering to group time-series in an unsupervised fashion. This can be specifically useful for management to decide maintenance scheduling. It is shown also that it can be used along with Kernel Principal Components Analysis (KPCA) for visualizing variable length sequences in two-dimensional plots. The unsupervised techniques can help, in some cases where there is a lot of variation within certain classes, to ease the supervised learning task by breaking it into smaller problems having the same nature