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Type: Dissertação
Title: Ambiente de monitoramento e análise interpretativa dos estágios de degradação de rolamentos: uma abordagem com algoritmo SHAP e classificação utilizando floresta aleatória
Authors: Silva Filho, Francisco Gean Dias da
Advisor: Pinto, Vandilberto Pereira
Co-advisor: Amora, Márcio André Baima
Keywords in Brazilian Portuguese : Estágios de degradação;Rolamentos;manutenção preditiva;PCA;Floresta aleatória;SHAP;Classificação
Keywords in English : Degradation stages;Bearings;Predictive maintenance;PCA;Random forest;SHAP;Classification
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Issue Date: 2025
Citation: SILVA FILHO, Francisco Gean Dias da. Ambiente de monitoramento e análise interpretativa dos estágios de degradação de rolamentos: uma abordagem com algoritmo SHAP e classificação utilizando floresta aleatória. 2025. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e da Computação), Universidade Federal do Ceará, Campus de Sobral, 2025.
Abstract in Brazilian Portuguese: A degradação de rolamentos representa um desafio crítico em sistemas rotativos, podendo comprometer o desempenho e causar falhas catastróficas. Monitorar a condição dos rolamentos é fundamental para garantir a confiabilidade dos sistemas rotativos. Dada a alta variabilidade de características físicas e operacionais dos mancais de rolamento, como o número de elementos rolantes, o tipo de elemento (esférico, cilíndrico, cônico), o tipo de carga aplicada (radial, axial ou combinada), o material dos componentes, o tipo de lubrificação, a folga interna, as condições de montagem e o regime de rotação, o uso de uma única curva para representar o processo de degradação pode não ser representativo o suficiente. Logo, a partir de uma revisão baseada em literatura acerca dos estágios de degradação de rolamentos, este trabalho introduz uma abordagem que permite analisar de forma mais ampla a degradação ao longo do tempo. Este trabalho propõe, a partir de um banco de dados público de sinais de vibração de mancais de rolamento, uma metodologia para a classificação automática dos estágios de degradação em mancais de rolamento, utilizando transformada de Fourier, análise de componentes principais (do inglês, Principal Component Analysis - PCA) e o classificador baseado em árvores de decisão. O modelo alcançou acurácia superior a 96%, demonstrando alta eficácia na identificação dos estágios de degradação. Comparações com estudos da literatura indicam desempenho superior na classificação dos estágios de degradação. A análise interpretativa com o Shapley Additive exPlanations (SHAP) identificou os padrões de entrada mais relevantes, seus comportamentos e as respectivas contribuições para cada estágio de falha. Esses resultados validam o potencial da abordagem para aplicações reais em manutenção preditiva.
Abstract: Bearing degradation represents a critical challenge in rotating systems, potentially compromising performance and causing catastrophic failures. Monitoring the condition of bearings is essential to ensure the reliability of rotating systems. Given the high variability of physical and operational characteristics of bearing supports, such as the number of rolling elements, the type of element (spherical, cylindrical, tapered), the type of applied load (radial, axial or combined), the material of the components, the type of lubrication, the internal clearance, the assembly conditions and the rotational regime, the use of a single curve to represent the degradation process may not be sufficiently representative. Therefore, based on a literature review about bearing degradation stages, this work introduces an approach that allows a broader analysis of degradation over time. This work proposes, based on a public database of vibration signals from bearing supports, a methodology for automatic classification of degradation stages in bearing supports, using Fourier transform, Principal Component Analysis (PCA) and decision tree-based classifiers. The model achieved accuracy above 96%, demonstrating high effectiveness in identifying degradation stages. Comparisons with studies from the literature indicate superior performance in classifying degradation stages. Interpretative analysis with SHAP values identified the most relevant stages, their behaviors and respective contributions for each failure stage. These results validate the potential of the approach for real applications in predictive maintenance.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/82190
Author's ORCID: https://orcid.org/0009-0006-2106-9156
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/4563763174408301
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/6580158506931564
Co-advisor's ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5046-8718
Co-advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/9606593375708738
Access Rights: Acesso Aberto
Appears in Collections:PPGEEC - SOBRAL - Dissertações defendidas na UFC

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