质量不足的质量生产可能会对工具，生产下降和低质量产品造成极为昂贵的损害。非常需要自动，快速和廉价的策略来估算质量控制，降低风险和故障预测的重要材料特性。在这项工作中，我们分析了高吞吐量的基于钢的产品。目前，使用手动破坏性测试检查材料质量，该测试缓慢，浪费，仅覆盖一小部分材料。为了获得完整的测试覆盖范围，我们的工业合作者开发了一种非接触式，无创的电磁传感器，以实时测量所有材料。我们的贡献是三个方面：1）我们在受控的实验中表明，传感器可以通过故意改变特性区分钢。 2）对48个钢管进行了全面测量，并对样品进行了其他破坏性测试，以作为地面真理。拟合线性模型可从非侵入性测量中预测通常通过破坏性测试获得的两种关键材料特性（屈服强度和拉伸强度）。在剩余的交叉验证中评估性能。 3）所得模型用于分析用非侵入性传感器测量的〜108 km的处理材料的实际生产数据上的材料特性和与记录的产品故障的关系。该模型实现了出色的性能（F3得分为0.95），预测材料的拉伸强度规格不足。模型预测和记录的产品故障的组合表明，如果大量的估计收益应力值不超出规格，则产品故障的风险很高。我们的分析证明了实时质量控制，风险监控和故障检测的有希望的方向。

批处理过程显示了几种可变性来源，从原材料的特性到制造过程中不同事件期间变化的初始和不断发展的条件。在本章中，我们将用一个工业示例说明如何使用机器学习来减少这种明显的数据，同时维护过程工程师的相关信息。将提出两个常见的用例：1）自动分析以快速找到批处理过程中的相关性，以及2）轨迹分析以监视和识别异常批次，从而导致过程控制改进。

大量的数据和创新算法使数据驱动的建模成为现代行业的流行技术。在各种数据驱动方法中，潜在变量模型（LVM）及其对应物占主要份额，并在许多工业建模领域中起着至关重要的作用。 LVM通常可以分为基于统计学习的经典LVM和基于神经网络的深层LVM（DLVM）。我们首先讨论经典LVM的定义，理论和应用，该定义和应用既是综合教程，又是对经典LVM的简短申请调查。然后，我们对当前主流DLVM进行了彻底的介绍，重点是其理论和模型体系结构，此后不久就提供了有关DLVM的工业应用的详细调查。上述两种类型的LVM具有明显的优势和缺点。具体而言，经典的LVM具有简洁的原理和良好的解释性，但是它们的模型能力无法解决复杂的任务。基于神经网络的DLVM具有足够的模型能力，可以在复杂的场景中实现令人满意的性能，但它以模型的解释性和效率为例。旨在结合美德并减轻这两种类型的LVM的缺点，并探索非神经网络的举止以建立深层模型，我们提出了一个新颖的概念，称为“轻量级Deep LVM（LDLVM）”。在提出了这个新想法之后，该文章首先阐述了LDLVM的动机和内涵，然后提供了两个新颖的LDLVM，并详尽地描述了其原理，建筑和优点。最后，讨论了前景和机会，包括重要的开放问题和可能的研究方向。

自动数据收集方案的扩散和传感器的进步正在增加我们能够实时监控的数据量。但是，鉴于高注册成本和质量检查所需的时间，数据通常以未标记的形式获得。这正在促进使用主动学习来开发软传感器和预测模型。在生产中，通过评估未标记数据的信息内容来收集标签，而不是进行随机检查以获取产品信息。文献中已经提出了一些有关回归的查询策略框架，但大多数重点都专门用于基于静态池的场景。在这项工作中，我们为基于流的方案提出了一种新的策略，在该方案中，将实例顺序提供给学习者，该实例必须立即决定是否执行质量检查以获取标签或丢弃实例。该方法受到最佳实验设计理论的启发，决策过程的迭代方面是通过对未标记数据点的信息设定阈值来解决的。使用数值模拟和田纳西州伊士曼工艺模拟器评估所提出的方法。结果证实，选择提出的算法建议的示例可以更快地减少预测误差。

在2015年和2019年之间，地平线的成员2020年资助的创新培训网络名为“Amva4newphysics”，研究了高能量物理问题的先进多变量分析方法和统计学习工具的定制和应用，并开发了完全新的。其中许多方法已成功地用于提高Cern大型Hadron撞机的地图集和CMS实验所执行的数据分析的敏感性;其他几个人，仍然在测试阶段，承诺进一步提高基本物理参数测量的精确度以及新现象的搜索范围。在本文中，在研究和开发的那些中，最相关的新工具以及对其性能的评估。

信号处理是几乎任何传感器系统的基本组件，具有不同科学学科的广泛应用。时间序列数据，图像和视频序列包括可以增强和分析信息提取和量化的代表性形式的信号。人工智能和机器学习的最近进步正在转向智能，数据驱动，信号处理的研究。该路线图呈现了最先进的方法和应用程序的关键概述，旨在突出未来的挑战和对下一代测量系统的研究机会。它涵盖了广泛的主题，从基础到工业研究，以简明的主题部分组织，反映了每个研究领域的当前和未来发展的趋势和影响。此外，它为研究人员和资助机构提供了识别新前景的指导。

The cyber-physical convergence is opening up new business opportunities for industrial operators. The need for deep integration of the cyber and the physical worlds establishes a rich business agenda towards consolidating new system and network engineering approaches. This revolution would not be possible without the rich and heterogeneous sources of data, as well as the ability of their intelligent exploitation, mainly due to the fact that data will serve as a fundamental resource to promote Industry 4.0. One of the most fruitful research and practice areas emerging from this data-rich, cyber-physical, smart factory environment is the data-driven process monitoring field, which applies machine learning methodologies to enable predictive maintenance applications. In this paper, we examine popular time series forecasting techniques as well as supervised machine learning algorithms in the applied context of Industry 4.0, by transforming and preprocessing the historical industrial dataset of a packing machine's operational state recordings (real data coming from the production line of a manufacturing plant from the food and beverage domain). In our methodology, we use only a single signal concerning the machine's operational status to make our predictions, without considering other operational variables or fault and warning signals, hence its characterization as ``agnostic''. In this respect, the results demonstrate that the adopted methods achieve a quite promising performance on three targeted use cases.

成像，散射和光谱是理解和发现新功能材料的基础。自动化和实验技术的当代创新导致这些测量更快，分辨率更高，从而产生了大量的分析数据。这些创新在用户设施和同步射击光源时特别明显。机器学习（ML）方法经常开发用于实时地处理和解释大型数据集。然而，仍然存在概念障碍，进入设施一般用户社区，通常缺乏ML的专业知识，以及部署ML模型的技术障碍。在此，我们展示了各种原型ML模型，用于在国家同步光源II（NSLS-II）的多个波束线上在飞行分析。我们谨慎地描述这些示例，专注于将模型集成到现有的实验工作流程中，使得读者可以容易地将它们自己的ML技术与具有普通基础设施的NSLS-II或设施的实验中的实验。此处介绍的框架展示了几乎没有努力，多样化的ML型号通过集成到实验编程和数据管理的现有Blueske套件中与反馈回路一起运行。

新的纳米级技术的出现对辐射环境中的可靠电子系统造成了重大挑战。少数种类的辐射等全电离剂量（TID）效应通常导致在这种纳米级电子设备上的永久性损坏，以及当前最先进的技术，以使用昂贵的辐射硬化装置。本文重点介绍了一种新颖且不同的方法：在消费者电子级现场可编程门阵列（FPGA）上使用机器学习算法来解决TID效果并在停止工作之前监控它们替换。这种情况有一个研究挑战，以期待电路板因TID效应而导致总失效。我们观察到γ辐射下FPGA板的内部测量，并使用了三种不同的异常检测机学习（ML）算法来检测伽马辐射环境中的传感器测量中的异常。统计结果表明伽马辐射曝光水平与板测量之间的高度显着关系。此外，我们的异常检测结果表明，具有径向基函数内核的单级支持向量机的平均召回得分为0.95。此外，在电路板停止工作之前，可以检测到所有异常。

作为行业4.0时代的一项新兴技术，数字双胞胎因其承诺进一步优化流程设计，质量控制，健康监测，决策和政策制定等，通过全面对物理世界进行建模，以进一步优化流程设计，质量控制，健康监测，决策和政策，因此获得了前所未有的关注。互连的数字模型。在一系列两部分的论文中，我们研究了不同建模技术，孪生启用技术以及数字双胞胎常用的不确定性量化和优化方法的基本作用。第二篇论文介绍了数字双胞胎的关键启示技术的文献综述，重点是不确定性量化，优化方法，开源数据集和工具，主要发现，挑战和未来方向。讨论的重点是当前的不确定性量化和优化方法，以及如何在数字双胞胎的不同维度中应用它们。此外，本文介绍了一个案例研究，其中构建和测试了电池数字双胞胎，以说明在这两部分评论中回顾的一些建模和孪生方法。 GITHUB上可以找到用于生成案例研究中所有结果和数字的代码和预处理数据。

天然气管道中的泄漏检测是石油和天然气行业的一个重要且持续的问题。这尤其重要，因为管道是运输天然气的最常见方法。这项研究旨在研究数据驱动的智能模型使用基本操作参数检测天然气管道的小泄漏的能力，然后使用现有的性能指标比较智能模型。该项目应用观察者设计技术，使用回归分类层次模型来检测天然气管道中的泄漏，其中智能模型充当回归器，并且修改后的逻辑回归模型充当分类器。该项目使用四个星期的管道数据流研究了五个智能模型（梯度提升，决策树，随机森林，支持向量机和人工神经网络）。结果表明，虽然支持向量机和人工神经网络比其他网络更好，但由于其内部复杂性和所使用的数据量，它们并未提供最佳的泄漏检测结果。随机森林和决策树模型是最敏感的，因为它们可以在大约2小时内检测到标称流量的0.1％的泄漏。所有智能模型在测试阶段中具有高可靠性，错误警报率为零。将所有智能模型泄漏检测的平均时间与文献中的实时短暂模型进行了比较。结果表明，智能模型在泄漏检测问题中的表现相对较好。该结果表明，可以与实时瞬态模型一起使用智能模型，以显着改善泄漏检测结果。

我们展示了一个端到端框架，以提高人造系统对不可预见的事件的弹性。该框架基于基于物理的数字双胞胎模型和三个负责实时故障诊断，预后和重新配置的模块。故障诊断模块使用基于模型的诊断算法来检测和分离断层，并在系统中产生干预措施，以消除不确定的诊断解决方案。我们通过使用基于物理学的数字双胞胎的平行化和替代模型来扩展故障诊断算法为所需的实时性能。预后模块跟踪故障进度，并训练在线退化模型，以计算系统组件的剩余使用寿命。此外，我们使用降解模型来评估断层进程对操作要求的影响。重新配置模块使用基于PDDL的计划，并带有语义附件来调整系统控件，从而最大程度地减少了对系统操作的故障影响。我们定义一个弹性度量，并以燃料系统模型的示例来说明该指标如何通过我们的框架改进。

许多工业部门都在收集大传感器数据。借助最近用于处理大数据的技术，公司可以利用此功能来自动故障检测和预防。我们提出了第一种完全自动化的故障分析方法，来自具有连续变量的原始观察数据中的机器学习故障树。我们的方法缩放得很好，并在荷兰的国内加热器操作的现实世界中进行了测试，其中有3100万个独特的加热器读数，每个读数包含27个传感器和11个失败变量。我们的方法建立在上一个之前的两个过程中：C4.5决策树学习算法和升降故障树学习算法从布尔数据中。 C4.5预处理每个连续变量：它学习了一个最佳数值阈值，该阈值区分了顶级系统的错误和正常操作。这些阈值可以离散变量，从而使升力能够学习故障树，以建模系统的根部故障机理并可以解释。我们获得了11个故障变量的故障树，并通过两种方式进行评估：具有显着性评分，并且在定性上，与域专家进行定性评估。一些学到的断层树几乎具有最大的显着性（高于0.95），而另一些则具有中低意义（约0.30左右），这反映了从大型，嘈杂，现实世界传感器数据中学习的困难。域专家确认，断层树模型变量之间有意义的关系。

冠状质量弹出（CME）是最地理化的空间天气现象，与大型地磁风暴有关，有可能引起电信，卫星网络中断，电网损失和故障的干扰。因此，考虑到这些风暴对人类活动的潜在影响，对CME的地理效果的准确预测至关重要。这项工作着重于在接近太阳CME的白光冠状动脉数据集中训练的不同机器学习方法，以估计这种新爆发的弹出是否有可能诱导地磁活动。我们使用逻辑回归，k-nearest邻居，支持向量机，向前的人工神经网络以及整体模型开发了二进制分类模型。目前，我们限制了我们的预测专门使用太阳能发作参数，以确保延长警告时间。我们讨论了这项任务的主要挑战，即我们数据集中的地理填充和无效事件的数量以及它们的众多相似之处以及可用变量数量有限的极端失衡。我们表明，即使在这种情况下，这些模型也可以达到足够的命中率。

The ongoing transition from a linear (produce-use-dispose) to a circular economy poses significant challenges to current state-of-the-art information and communication technologies. In particular, the derivation of integrated, high-level views on material, process, and product streams from (real-time) data produced along value chains is challenging for several reasons. Most importantly, sufficiently rich data is often available yet not shared across company borders because of privacy concerns which make it impossible to build integrated process models that capture the interrelations between input materials, process parameters, and key performance indicators along value chains. In the current contribution, we propose a privacy-preserving, federated multivariate statistical process control (FedMSPC) framework based on Federated Principal Component Analysis (PCA) and Secure Multiparty Computation to foster the incentive for closer collaboration of stakeholders along value chains. We tested our approach on two industrial benchmark data sets - SECOM and ST-AWFD. Our empirical results demonstrate the superior fault detection capability of the proposed approach compared to standard, single-party (multiway) PCA. Furthermore, we showcase the possibility of our framework to provide privacy-preserving fault diagnosis to each data holder in the value chain to underpin the benefits of secure data sharing and federated process modeling.

在预测和健康管理（PHM）领域内，可以使用健康指标（HI）来帮助生产，例如安排维护并避免失败。但是，HI通常经过特定的过程设计，通常需要大量的历史数据进行设置。对于中小企业来说，这尤其是一个挑战，这种挑战通常缺乏足够的资源和知识来从PHM中受益。在本文中，我们提出了Modularhi，这是在没有历史数据的系统的HI构建中的模块化方法。使用ModularHi，操作员可以选择哪些传感器输入可用，然后Modularhi将根据在燃烧状态期间收集的数据计算基线模型。然后，该基线模型将用于检测系统是否随着时间的推移开始降解。我们在两个开放数据集，CMAPS和N-CMAPS上测试模块化。以前数据集的结果展示了我们系统检测降解的能力，而后者的结果是在该区域内进行进一步研究的方向。结果表明，我们的新方法能够在没有历史数据的情况下检测系统降解。

Different machine learning (ML) models are trained on SCADA and meteorological data collected at an onshore wind farm and then assessed in terms of fidelity and accuracy for predictions of wind speed, turbulence intensity, and power capture at the turbine and wind farm levels for different wind and atmospheric conditions. ML methods for data quality control and pre-processing are applied to the data set under investigation and found to outperform standard statistical methods. A hybrid model, comprised of a linear interpolation model, Gaussian process, deep neural network (DNN), and support vector machine, paired with a DNN filter, is found to achieve high accuracy for modeling wind turbine power capture. Modifications of the incoming freestream wind speed and turbulence intensity, $TI$, due to the evolution of the wind field over the wind farm and effects associated with operating turbines are also captured using DNN models. Thus, turbine-level modeling is achieved using models for predicting power capture while farm-level modeling is achieved by combining models predicting wind speed and $TI$ at each turbine location from freestream conditions with models predicting power capture. Combining these models provides results consistent with expected power capture performance and holds promise for future endeavors in wind farm modeling and diagnostics. Though training ML models is computationally expensive, using the trained models to simulate the entire wind farm takes only a few seconds on a typical modern laptop computer, and the total computational cost is still lower than other available mid-fidelity simulation approaches.

随着Terahertz（THZ）信号产生和辐射方法的最新进展，关节通信和传感应用正在塑造无线系统的未来。为此，预计将在用户设备设备上携带THZ光谱，以识别感兴趣的材料和气态组件。 THZ特异性的信号处理技术应补充这种对THZ感应的重新兴趣，以有效利用THZ频带。在本文中，我们介绍了这些技术的概述，重点是信号预处理（标准的正常差异归一化，最小值 - 最大归一化和Savitzky-Golay滤波），功能提取（主成分分析，部分最小二乘，t，T，T部分，t部分，t部分正方形，T - 分布的随机邻居嵌入和非负矩阵分解）和分类技术（支持向量机器，k-nearest邻居，判别分析和天真的贝叶斯）。我们还通过探索他们在THZ频段的有希望的传感能力来解决深度学习技术的有效性。最后，我们研究了在联合通信和传感的背景下，研究方法的性能和复杂性权衡；我们激励相应的用例，并在该领域提供未来的研究方向。

Fruit is a key crop in worldwide agriculture feeding millions of people. The standard supply chain of fruit products involves quality checks to guarantee freshness, taste, and, most of all, safety. An important factor that determines fruit quality is its stage of ripening. This is usually manually classified by experts in the field, which makes it a labor-intensive and error-prone process. Thus, there is an arising need for automation in the process of fruit ripeness classification. Many automatic methods have been proposed that employ a variety of feature descriptors for the food item to be graded. Machine learning and deep learning techniques dominate the top-performing methods. Furthermore, deep learning can operate on raw data and thus relieve the users from having to compute complex engineered features, which are often crop-specific. In this survey, we review the latest methods proposed in the literature to automatize fruit ripeness classification, highlighting the most common feature descriptors they operate on.

美国宇航局的全球生态系统动力学调查（GEDI）是一个关键的气候使命，其目标是推进我们对森林在全球碳循环中的作用的理解。虽然GEDI是第一个基于空间的激光器，明确优化，以测量地上生物质的垂直森林结构预测，这对广泛的观测和环境条件的大量波形数据的准确解释是具有挑战性的。在这里，我们提出了一种新颖的监督机器学习方法来解释GEDI波形和全球标注冠层顶部高度。我们提出了一种基于深度卷积神经网络（CNN）集合的概率深度学习方法，以避免未知效果的显式建模，例如大气噪声。该模型学会提取概括地理区域的强大特征，此外，产生可靠的预测性不确定性估计。最终，我们模型产生的全球顶棚顶部高度估计估计的预期RMSE为2.7米，低偏差。