Sistemática para seleção de variáveis e determinação da condição ótima de operação em processos contínuos multivariados em múltiplos estágios

Abstract

Esta tese apresenta uma sistemática para seleção de variáveis de processo e determinação da condição ótima de operação em processos contínuos multivariados e em múltiplos estágios. O método proposto é composto por seis etapas. Um pré-tratamento nos dados é realizado após a identificação das variáveis de processo e do estabelecimento dos estágios de produção, onde são descartadas observações com valores espúrios e dados remanescentes são padronizados. Em seguida, cada estágio é modelado através de uma regressão Partial Least Squares (PLS) que associa a variável dependente daquele estágio às variáveis independentes de todos os estágios anteriores. A posterior seleção de variáveis independentes apoia-se nos coeficientes da regressão PLS; a cada interação, a variável com menor coeficiente de regressão é removida e um novo modelo PLS é gerado. O erro de predição é então avaliado e uma nova eliminação é promovida até que o número de variáveis remanescentes seja igual ao número de variáveis latentes (condição limite para geração de novos modelos PLS). O conjunto com menor erro determina as variáveis de processo mais relevantes para cada modelo. O conjunto de modelos PLS constituído pelas variáveis selecionadas é então integrado a uma programação quadrática para definição das condições de operação que minimizem o desvio entre os valores preditos e nominais das variáveis de resposta. A sistemática proposta foi validada através de dois exemplos numéricos. O primeiro utilizou dados de uma empresa do setor avícola, enquanto que o segundo apoiou-se em dados simulados.

This dissertation proposes a novel approach for process variable selection and determination of the optimal operating condition in multiple stages, multivariate continuous processes. The proposed framework relies on six steps. First, a pre-treatment of the data is carried out followed by the definition of production stages and removal of outliers. Next, each stage is modeled by a Partial Least Squares regression (PLS) which associates the dependent variable of each stage to all independent variables from previous stages. Independent variables are then iteratively selected based on PLS regression coefficients as follows: the variable with the lowest regression coefficient is removed and a new PLS model is generated. The prediction error is then evaluated and a new elimination is promoted until the number of remaining variables is equal to the number of latent variables (boundary condition for the generation of new PLS models). The subset of independent variables yielding the lowest predictive in each PLS model error is chosen. The set of PLS models consisting of the selected variables is then integrated to a quadratic programming aimed at defining the optimal operating conditions that minimize the deviation between the predicted and nominal values of response variables. The proposed approach was validated through two numerical examples. The first was applied to data from a poultry company, while the second used simulated data.