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alkame/EV-Battery-SoH-RUL-Predictive-Maintenance

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Deutsch

Titel: Predictive Maintenance (Regression + Klassifikation)

Ziel:
Frühzeitige Erkennung von Störungen an Maschinenlagern und Sensordaten, bevor akustische oder physische Schäden auftreten.
Kombination aus Restnutzungsdauer-Schätzung (RUL, Regression) und Frühwarnsignal (Klassifikation).

Vorgehen:

  1. GPU-Setup: Nutzung von LightGBM mit GPU-Beschleunigung
  2. Datenaufbereitung: Laden von Sensordaten (CSV), Zeitstempel, Feature-Lags, Condition-Indicator
  3. Zielvariablen:
    • time_to_failure (Regression)
    • y_cls_early_window (binary classification, 60-Minuten-Fenster)
    • Klassengewichte gegen Class-Imbalance
  4. Feature Engineering: Skalierung, One-Hot-Encoding, Ordinal-Encoding (severity)
  5. Modellierung: LightGBM Regressor + Classifier, Hyperparameter-Tuning mit HalvingRandomSearchCV
  6. Cross-Validation: TimeSeriesSplit zur Sicherung zeitlicher Konsistenz
  7. Metriken:
    • Regression: MAE, MAPE
    • Klassifikation: PR-AUC, F1-Score
    • Kosten-sensitive Schwellenwertoptimierung (FN=5, FP=1)
  8. Visualisierungen: ROC-Kurve, Precision-Recall, Konfusionsmatrix, Feature-Importance, Residuen-Analysen
  9. Artefakte:
    • Modelle (rul_lgbm.joblib, earlywarn_lgbm.joblib, preprocessor.joblib)
    • Schwellenwert (earlywarn_threshold.joblib)
    • Metriken (metrics_summary_pm2.csv)
    • Grafiken (viz/)

Ergebnis:

  • PR-AUC = 0.87
  • Downtime-Reduktion: 10–12 %

English

Title: Predictive Maintenance (Regression + Classification)

Objective:
Early detection of failures in bearings and sensor data before acoustic or physical damage occurs.
Combines Remaining Useful Life estimation (RUL, regression) with early warning classification.

Workflow:

  1. GPU setup: Using LightGBM with GPU acceleration
  2. Data preprocessing: Load CSV sensor data, timestamps, feature lags, condition indicator
  3. Target variables:
    • time_to_failure (regression)
    • y_cls_early_window (binary classification, 60-minute window)
    • Class weights to handle imbalance
  4. Feature Engineering: Scaling, one-hot encoding, ordinal encoding (severity)
  5. Modeling: LightGBM regressor + classifier, hyperparameter tuning with HalvingRandomSearchCV
  6. Cross-validation: TimeSeriesSplit to ensure temporal consistency
  7. Metrics:
    • Regression: MAE, MAPE
    • Classification: PR-AUC, F1-score
    • Cost-sensitive threshold optimization (FN=5, FP=1)
  8. Visualizations: ROC curve, precision-recall, confusion matrix, feature importance, residual analysis
  9. Artifacts:
    • Models (rul_lgbm.joblib, earlywarn_lgbm.joblib, preprocessor.joblib)
    • Threshold (earlywarn_threshold.joblib)
    • Metrics (metrics_summary_pm2.csv)
    • Plots (viz/)

Result:

  • PR-AUC = 0.87
  • Downtime reduction: 10–12 %

About

Dieses Projekt befasst sich mit der Vorhersage von Maschinenstörungen mittels Predictive Maintenance. Der Datensatz wurde aufbereitet und mit LightGBM analysiert. Durch die Auswertung von ROC- und Precision-Recall-Kurven wird die Modellleistung beurteilt, um Ausfallzeiten zu reduzieren und Wartungsprozesse zu optimieren.

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