Supervisión y análisis de procesos con dinámica mediante principios y técnicas de visualización

Abstract

La capacidad actual de adquisición y almacenamiento de datos hace que sea posible disponer de medidas de muchos de los sistemas que tenemos a nuestro alcance. Los nuevos sensores permiten medir una multitud de variables de cualquier sistema que nos interese. Los procesos que pueden resultar estimulantes son aquellos sistemas complejos, con dinámicas no lineales, como por ejemplo procesos industriales, que incluyan varios subsistemas (eléctrico, mecánico, etc) o consumos eléctricos en edificios, donde intervienen varios factores (térmicos, temporales, etc). Esos datos recogidos son una potencial fuente de información sobre el sistema y podrían utilizarse para estudiarlo en detalle. Existen técnicas automáticas que analizan los datos y pueden resultar útiles para varias aplicaciones. Por ejemplo, crean modelos de los sistemas que describen, encuentran patrones y extraen relaciones entre las variables, o predicen comportamientos futuros del sistema. Esta información sería interesante presentarla de manera eficiente. La visualización transmite esta información a través de representaciones gráficas de los datos, en donde se amplifica la cognición del ser humano no sólo para apoyar el razonamiento sobre esos datos (en el desarrollo y evaluación de hipótesis) sino también para facilitar la comunicación de la información. Durante muchos años se han desarrollado algoritmos de reducción de la dimensión, los cuales permiten obtener una visualización basada en una proyección de los datos, donde las muestras (representadas por puntos) son distribuidas por la similitud entre ellas, es decir, puntos cercanos representan muestras similares, y viceversa. Esta tesis se centra en este tipo de técnicas. A lo largo de su desarrollo se estudiarán los distintos tipos que existen y las formas para evaluar las proyecciones resultantes. Se han realizado proyecciones de sistemas complejos con diferentes dinámicas. Por ejemplo, proyecciones para los estados dinámicos de un proceso de laminación, que representan un mapa visual de las condiciones de funcionamiento. En estos mapas se diferencia un fallo denominado chatter, que consiste en una potente vibración durante la laminación y pone en riesgo el proceso productivo. También se han realizado estudios para el análisis de consumos eléctricos en edificios universitarios. Por ejemplo, la obtención de una proyección de datos de todo un año, representando con el color magnitudes como los precios de la tarifa eléctrica o la energía activa consumida. La combinación de la capacidad de cálculo de los ordenadores con las ventajas de la visualización, a través de herramientas interactivas, permite introducir al humano en el proceso de análisis de datos. Este enfoque se ha aplicado en el desarrollo de un prototipo de interfaz web para la exploración de datos de consumos eléctricos, en el cual el usuario, a través de diferentes vistas, puede navegar entre diferentes representaciones de la información organizadas por temporalidades o similitudes. Con un propósito similar, también se ha estudiado la introducción de conocimiento previo del analista (como información de clases) en el proceso de reducción de la dimensión. Para ello se transforman los datos de partida mediante una extensión de características con la información de grupos. Esta información es introducida por el usuario de forma interactiva, lo cual modifica la proyección original de los datos revelando dicha información. Se han realizado varios experimentos con el método propuesto en diferentes escenarios de aplicación. Además, las proyecciones resultantes son evaluadas con medidas cuantitativas para ayudar al analista a decidir el grado de transformación en la proyección final, teniendo en cuenta su mejora visual y