Нед Галли

Некоторые люди говорят, что трудно делать прогнозы.

Не правда.

Но делать точные прогнозы… ладно, это сложно. Тем не менее, некоторые процессы настолько ценны, что даже плохой прогноз может стоить больших денег. И если вы сможете улучшить свой текущий лучший прогноз даже на небольшую величину, это может иметь большое значение для вашего бизнеса.

Вот, например, некоторые вещи, о которых стоит знать заранее.

  • Как долго прослужит этот самолетный двигатель?
  • Когда этот станок износится?
  • Продержится ли заряд в этой литий-ионной батарее, пока я не вернусь домой?

Вы можете легко себе представить, почему люди так заботятся об этом. Группа в Японии, известная как ISID (Information Services International-Dentsu, Ltd), в течение последних нескольких лет проводила конкурс по науке о данных, и именно этим темам были посвящены последние три конкурса. Сегодня я хочу поделиться с вами историей пользователя MATLAB в Японии, который выиграл (разделил первое место) в последнем из этих конкурсов. Это доктор Такафуми Маэда из JFE Steel, и у него брал интервью Мичио Иноуэ из офиса MathWorks в Японии. Это интервью изначально появилось в Японском блоге на MATLAB Central.

Интервью с доктором Маэда

В. Доктор Маэда, спасибо, что нашли время в своем плотном графике для этого интервью. Прежде всего, пожалуйста, кратко представьтесь. Расскажите, пожалуйста, о своем опыте работы с MATLAB.

А. Здравствуйте! Меня зовут Такафуми Маэда, и я работаю в научно-исследовательском институте производителя.

Я работаю с MATLAB более 15 лет, еще будучи студентом. Я очень привязан к MATLAB, который всегда был со мной! Меня интересует обработка сигналов датчиков и анализ данных, а также меня интересует анализ текста для обработки исследовательских работ и патентов. Чем я увлекаюсь вне работы, так это балетом в спортзале. Я наслаждаюсь балетом последние пять лет, потому что это в основном базовые уроки станка и нет сложных движений. Я склонен наклоняться, когда работаю за компьютером, что ухудшает мою осанку, но хорошая осанка в балете заставляет меня чувствовать себя лучше!

В. Я не знал, что ты еще и балерина! Для чего вы обычно используете MATLAB?

О. Я обычно провожу исследования по прогнозированию отклонений от нормы в производственном оборудовании. Я использую MATLAB для анализа данных, хранящихся в проконтроллере и датчиках оборудования, и для создания алгоритмов диагностики.

Я начал использовать MATLAB, когда был второкурсником в классе численного анализа механической динамики. Задача состояла в том, чтобы решить форму волны вибрации пружины, точки качества и конструкции системы демпфирования с использованием метода Рунге-Кутты. Помню, это было так сложно, что мне пришлось попросить друга показать мне, как ее решить. Когда я был студентом, я знал только C или ассемблер для микрокомпьютеров, поэтому меня впечатлила способность MATLAB выполнять матричные вычисления с короткими кодами.

В течение первых двух лет после прихода в компанию я использовал Simulink для разработки на основе моделей для создания симуляций для двигателей, и с тех пор последние шесть лет я работаю в области анализа данных.

В. Поздравляем с победой в конкурсе анализа данных! Вы второй раз участвуете? Вы часто участвуете в соревнованиях? Позволяет ли корпоративная культура участвовать в конкурсах? Есть ли другие люди, которые участвуют в конкурсе?

О. Это третий раз, когда я участвую в конкурсе. Я всегда участвую тайно, но мои коллеги узнали об этом по электронной почте ISID, и мы вместе участвовали тайно (смеется).

Q. В третий раз, мои извинения! Должно быть весело иметь возможность участвовать с коллегами. Как вы оказались вовлечены?

А. Примерно в 2019 году вы рассказали мне об этом конкурсе. Сначала я изо всех сил пытался предсказать отказ реактивных двигателей, потому что объем данных был слишком большим, а обработка данных занимала много времени из-за характеристик моего ПК. Я участвовал в первом, и мне понравилось, и теперь я участвую в нем каждый год, чтобы улучшить свои навыки.

В. Есть ли какие-либо моменты, которые вы принимали во внимание или обращали внимание при разработке модели прогнозирования?

О. Соревнование по ISID 2021 года заключалось в том, чтобы предсказать срок службы перезаряжаемых батарей и сколько еще раз их нужно будет заряжать, прежде чем они достигнут конца своего срока службы. Нам были предоставлены такие данные, как зарядный ток/напряжение и разрядный ток/напряжение, поэтому мы умножили ток и напряжение, чтобы визуализировать емкость батареи за цикл. Визуализация показала, что емкость батареи будет уменьшаться с каждым циклом, поэтому мы создали модель, учитывая физический смысл данных.

Я использовал аналогичную модель, основанную на примере прогнозирования остаточного ресурса из Predictive Maintenance Toolbox.

Существует несколько математических уравнений, используемых для преобразования необработанных сигналов напряжения и тока в числовое значение оставшегося срока службы. Я решил использовать линейную регрессию, потому что лучше иметь модель, которую можно визуально объяснить, чтобы скорректировать желаемый результат оставшегося срока службы. Если вы поместите обучающие данные, тестовые данные и кривые регрессии для них на график, вы можете визуально сравнить, было ли это разумным, когда вы меняли фильтры и т. д.

В. Я рад слышать, что вы использовали примеры MATLAB в качестве справочного материала. Вы упомянули в своей презентации, что использовали MATLAB для участия в конкурсе. Есть ли что-нибудь полезное в MATLAB?

О. Я использую Live Editor для анализа данных. Глядя на код и график вместе, я могу записать свои выводы рядом с графиком. Я могу думать о том и о сем и работать быстро и вдумчиво. Я также нахожу полезным увеличивать ту часть графика, которую я хочу рассмотреть, используя мышь на скрипте.

По мере того, как я работаю, и код становится длиннее, я хочу преобразовать его в функцию, но я могу выбрать часть кода, которую хочу преобразовать в функцию, перетащив ее и преобразовав в функцию одним щелчком, чтобы я мог писать код, который легко читается. С тех пор, как MATLAB вышел с Live Editor, я чувствую, что продуктивность моей работы возросла.

В. Я слышал, что вы провели внутренний семинар по MATLAB. Как прошло?

A. Мы получили запрос на внедрение MATLAB для новых сотрудников и сотрудников, временно приходящих в лабораторию из других офисов. Я познакомил их с тем фактом, что данные легко импортировать и визуализировать в виде графиков, и предложил им попробовать учебное пособие (MATLAB Onramp), которое запускается в веб-браузере, чтобы распознать его как инструмент для быстрого анализа данных.

В. Маэда-сан, есть ли у вас какие-либо советы о том, как освоить MATLAB, например, что делать, если у вас возникли проблемы с его использованием?

О. Сначала у меня были проблемы даже с простейшим анализом данных. Когда я начал моторный анализ, я получил большой объем данных из офиса, и у меня не было достаточно времени, чтобы обработать все это вручную, поэтому у меня были проблемы с тем, чтобы сделать это вовремя для отчета.

Когда у меня возникли проблемы, я попросил своих старших и сотрудников MathWorks научить меня, как им пользоваться, и я научился этому. С середины курса я начал использовать MATLAB Answers, чтобы задавать вопросы, а теперь пишу код, ссылаясь на примеры. Я думаю, что ключом к мастерству является тщательное обдумывание того, как обрабатывать быстро и эффективно при использовании его в реальной работе.

В. Я вспомнил, что ответил на сообщение Маэды-сана в MATLAB Answers.

О. Да, большое спасибо за ваш предыдущий ответ. Какая ностальгия, оглянуться на 4 года назад. Я думаю, что MATLAB — хороший продукт, и я хочу продолжать его использовать.

Первоначально опубликовано на https://blogs.mathworks.com 14 января 2022 г.