Marco de Minería de Datos Explicable para la Identificación de Causas Raíz de Anomalías en Motores de Cohetes Basado en Selección de Características Informadas por el Conocimiento y la Física
Autores: Zhang, Xiaopu; Miao, Wubing; Liu, Guodong
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Marco de Minería de Datos Explicable para la Identificación de Causas Raíz de Anomalías en Motores de Cohetes Basado en Selección de Características Informadas por el Conocimiento y la Física
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Motores de cohetes líquidos
Fenómenos anormales
Método de minería de datos
Selección de características
Precisión de predicción
Explicabilidad post hoc
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 15
Citaciones: Sin citaciones
Los motores de cohetes líquidos experimentan ocasionalmente fenómenos anormales con mecanismos poco claros, lo que dificulta las mejoras en el diseño. Para abordar el problema anterior, se propone un método de minería de datos que combina la explicabilidad ante hoc, la explicabilidad post hoc y la precisión en la predicción. Para la explicabilidad ante hoc, se establece un método de selección de características impulsado por datos, modelos y conocimiento del dominio. Se utiliza un análisis de sensibilidad global de un modelo físico combinado con conocimiento experto y correlación de datos para establecer las correlaciones entre diferentes tipos de parámetros. Luego, se propone un enfoque de optimización en dos etapas para obtener el mejor subconjunto de características y entrenar el modelo de predicción. Para la explicabilidad post hoc, se utilizan el gráfico de dependencia parcial (PDP) y el análisis de SHapley Additive exPlanations (SHAP) para descubrir patrones complejos entre las características de entrada y la variable dependiente. La efectividad del método híbrido de selección de características y su aplicabilidad bajo diferentes combinaciones de ruido se validan utilizando datos sintetizados de un modelo de simulación de alta fidelidad de un sistema de presurización. Luego, el análisis de las causas de un gran fenómeno de vibración en un motor activo muestra que el modelo de predicción tiene buena precisión, y los resultados de la selección de características tienen un mecanismo claro y se alinean con el conocimiento del dominio, proporcionando tanto precisión como interpretabilidad. El método propuesto muestra un potencial significativo para la minería de datos en productos aeroespaciales complejos.
Descripción
Los motores de cohetes líquidos experimentan ocasionalmente fenómenos anormales con mecanismos poco claros, lo que dificulta las mejoras en el diseño. Para abordar el problema anterior, se propone un método de minería de datos que combina la explicabilidad ante hoc, la explicabilidad post hoc y la precisión en la predicción. Para la explicabilidad ante hoc, se establece un método de selección de características impulsado por datos, modelos y conocimiento del dominio. Se utiliza un análisis de sensibilidad global de un modelo físico combinado con conocimiento experto y correlación de datos para establecer las correlaciones entre diferentes tipos de parámetros. Luego, se propone un enfoque de optimización en dos etapas para obtener el mejor subconjunto de características y entrenar el modelo de predicción. Para la explicabilidad post hoc, se utilizan el gráfico de dependencia parcial (PDP) y el análisis de SHapley Additive exPlanations (SHAP) para descubrir patrones complejos entre las características de entrada y la variable dependiente. La efectividad del método híbrido de selección de características y su aplicabilidad bajo diferentes combinaciones de ruido se validan utilizando datos sintetizados de un modelo de simulación de alta fidelidad de un sistema de presurización. Luego, el análisis de las causas de un gran fenómeno de vibración en un motor activo muestra que el modelo de predicción tiene buena precisión, y los resultados de la selección de características tienen un mecanismo claro y se alinean con el conocimiento del dominio, proporcionando tanto precisión como interpretabilidad. El método propuesto muestra un potencial significativo para la minería de datos en productos aeroespaciales complejos.