Ing. Václav Kůs, Ph.D.
Akustická emise a elasticita hysterezních materiálů ve světle strojových a statistických algoritmů založených na robustních divergenčních mírách a vzdálenostech
| advisor: | Ing. Václav Kůs, Ph.D. |
| e-mail: | show e-mail |
| type: | phd thesis |
| branch of study: | MI_MM, MI_AMSM, MINF |
| key words: | information divergences, acoustic emission, material elasticity, PM space, hysteresis |
| attached file: | 
pdf
|
| description: | Toto matematicko-statisticky-strojové inženýrské téma obsahuje 2 hlavní cílové oblasti: I) V oblasti akustické emise (AE) v defektoskopii materiálů půjde o vývoj pokročilé metody strojového učení pro klasifikaci zdrojů AE (trhlina, únik, opotřebení, poškození, atd.) Snažení bude napnuto do dvou směrů. Jednak do dalšího vývoje vlastní ML klasifikační procedury nazývané SDDT (Supervised Divergence Decision Tree), která v uzlech stromu bude používat nové typy statistických divergencí a vzdáleností pro snížení dimenze single-uzlové klasifikace. Plánujeme použití nelineárních separačních funkcí, tzv. projection persuit, maximalizující divergenční kritérium vzdáleností mezi empirickými odhady oddělovaných podskupin. Druhým směrem snažení bude aplikace architektur CNN, které zpracovávají ‚raw‘ signály akustické emise jako Inception-time a tranformery (a další nově vznikající) a srovnání jejich výsledků s prvním přístupem. V rámci SDDT klasifikace budou vyvíjeny a zkoumány statistické vlastnosti divergencí, především související robustnost a eficience, speciálně vyšetřovaná v klasifikačních, resp. identifikačních nebo diskriminačních úlohách. Jak se ukázalo v dřívější disertaci, přestože dnes existují celé balíky signálových features (Matlab, Python), stejně je nakonec užitečné pro danou aplikaci navrhnout vlastní funkční klasifikační atributy na míru. Budeme se soustředit na ty features využívající vyvíjené divergenční spektrální míry. Pro některé defektoskopické experimenty není možné získat dostatečné množství trénovacích a validačních dat pro použití náročných neuronových metod (pentestové testy, bublinkové kapiláry), ale je efektivnější aplikovat jednodušší rychlé identifikační algoritmy typu SDDT založené na divergenčních spektrálních atributech signálů akustické emise. Součástí práce studenta bude i designování, provádění a klasifikační vyhodnocování vlastních defektoskopických experimentů ve spolupráci s ÚT AV ČR (Odd. D4 – Rázy a vlny v tělesech). Plánován je nový komplexní experiment s degradací kuličkových ložisek. Výsledkem prací studenta by měla být spolehlivá identifikace stupně poškození ložiska a predikce jeho výměny dříve než dojde k vážnější poruše ložiska nebo jeho lůžka. Tato oblast vývoje strojových metod v akustické defektoskopii, jak atributových, divergenčních nebo plnohodnotných strojových, bude také přímo souviset s problematikou malých modulárních reaktorů (SMR) v rámci podaného grantu MŠMT v sekci Mezisektorové spolupráce (ČVUT, ÚT AV, CIIRC), kde by měly být testovány strojové metody k odhalování úniků z primárních okruhů SMR a návrh AI chat-bota vypomáhající s hodnocením bezpečnosti SMR při návrhu jejich systémů nebo po provedených zásazích ze strany dodavatele. II) V oblasti elasticity hysterezních materiálů půjde o nové odhady pravděpodobnostních hustot s trojúhelníkovým supportem v Preisach-Mayergoyzově (PM) prostoru, který reprezentuje pravděpodobnostní zastoupení různých typů elastických jednotek, ze kterého je vytvořena struktura zkoumaného materiálu. Půjde o vývoj metody identifikace hustoty PM prostoru a poté návrh a výpočet nového PM indexu poškození či PM indexu elasticity před a po plastické deformaci materiálu. Pro konstrukci nového PM indexu budou preferovaně použity vyvinuté a testované divergenční informační míry. Provedeme opět srovnání s přímou identifikací poškození pomocí strojových metod, kterým plánujeme předložit ke klasifikaci přímo hysterezní smyčku z testových laboratorních zkoušek. Pro různé materiály jsou vytipovány distribuce, kterým může podléhat přidružený PM prostor, jedná se např. o Guyerovo nebo Koenovo typy hustot, Laplaceovské a jiné směsi distribucí. Úkolem práce bude tyto různé směsi identifikovat strojovými metodami s regresním výstupem nebo empirickými Bayesovskými metodami (parametrickými i neparametrickými) a následně je robustně statisticky odhadnout a porovnat se standardními ML odhady jejich PM prostorů. Vyvinuté identifikace využijeme k predikci hysterezního chování materiálu při zbrusu nových podmínkách jejich nasazení v praxi, např. v případě vyššího stress-strain zatížení (např. u brzd) nebo vibračního přetížení (např. zemětřesného). Celá vyvinutá metoda bude odzkoušena na datech spolupracující University v Granadě, která vlastní velký ‚shaking table‘ simulující zemětřesné vibrace, působící na nosníky velkých výškových konstrukcí chráněných pomocí disipativních zemětřesných příčných tlumičů (dampers) o speciálních profilech, vyrobených z různých typů materiálů schopných plastifikace a přejímání degradace. Druhá aplikace PM identifikace by měla vzniknout ve spolupráci s automobilovým průmyslem pro frikční materiály brzd, které vykazují hysterezní vlastnosti při quasi-statickém silovém zatížení typu strain-stress. PM stupeň degradace tohoto materiálu bude srovnán s degradací brzdových desek zjištěnou pomocí běžné ultrazvukového skenování. |
| references: | Relevantní literatura školitele přímo k PGS tématu (IF/WoS/Scopus): Zavadil, J.; Kůs, V.; Chlada, M., Algorithmic feature selection and dimensionality reduction in signal classification tasks, In: Mathematical Modeling in Physical Sciences. Cham: Springer Nature Switzerland AG, 2024. Springer Proceedings in Mathematics & Statistics. ISSN 2194-1009. ISBN 978-3-031-52967-2. Dvořáková, Z.; dos Santos, S.; Kůs, V.; Převorovský, Z. , Localization and classification of scattered nonlinear ultrasonic signatures in bio-mechanical media using time reversal approach, JOURNAL OF THE ACOUSTICAL SOCIETY OF AMERICA. 2023, 154(3), 1684-1695. ISSN 0001-4966. Hrabáková, J. , Probability density estimators, their properties and applications, Praha: Defense date 2023-03-07. PhD Thesis. CESKE VYSOKE UCENI TECHNICKE V PRAZE. Supervised by V.KŮS. Bielčík, J.; Hladká, K.; Kramárik, L.; Kůs, V. , Machine learning classification for D-0 meson signal extraction in d+Au collisions, Journal of Instrumentation. 2022, 17 ISSN 1748-0221. Kůs, V.; Dolejš, E., Elasticity index evaluation based on le Cam divergence and kernel density estimator in PM space, Journal of Physics Conference Series. 2021, 1730(1), ISSN 1742-6588. Kůs, V.; Morales, D.; Hrabáková, J.; Frýdlová, I., Existence, Consistency and Computer Simulation for Selected Variants of Minimum Distance Estimators, Kybernetika. 2018, 54(2), 336-350. ISSN 0023-5954. Kožená, C.; Kůs, V.; Galego, A.; Benavent-Climent, A., Damage assessment of earthquake dampers based on Preisach-Mayergoyz model, In: 2018 16th Biennial Baltic Electronics Conference (BEC). USA: IEEE Computer Society, 2018. p. 1-4. ISSN 1736-3705. ISBN 978-1-5386-7312-6. Hrabáková, J.; Kůs, V. , Notes on consistency of some minimum distance estimators with simulation results, Metrika. 2017, 80(2), 243-257. ISSN 0026-1335. |
| note: | Další nezávislá literatura o Akustické emisi, Elasticitě v PM prostoru a o informačních divergencích bude poskytnuta školitelem v průběhu PGS. Účast pgs studenta na grantech a ve spolupracujících institucích: - Ústav Termomechaniky AVČR (Oddělení D4 – Rázy a vlny v tělesech). - VVI LM2023061 Velké Výzkumné Infrastruktury FNAL (FzÚ, ČVUT, MatFyz, ÚI AV). - Podaný grant ‚Small Modular Reactors‘ (SMR) v Mezisektorové spolupráci MŠMT. - SGS při KM. Možné výjezdy pgs studenta na stáže a pobyty: - Universidad de Granada, ES (prof. Antolino Gallego, elasticity, defectoscopy) - Universidad de Elche, ES (prof. Domingo Morales, divergence measures, statistics) - CERN CH/FR (protoDUNE) a FNAL (NOvA, DUNE) US/IL |
| last update: | 18.05.2024 17:38:28 |
Akustická emise ve světle strojových a statistických algoritmů založených na robustních divergenčních vzdálenostech
| advisor: | Ing. Václav Kůs, Ph.D. |
| e-mail: | show e-mail |
| type: | bachelor thesis, master thesis |
| branch of study: | MI_MM, MI_AMSM, MINF |
| key words: | material defectoscopy, acoustic signals, statistical and AI classification |
| description: | Jde o matematicko-statisticky-strojové inženýrské téma: V oblasti akustické emise (AE) v defektoskopii materiálů půjde o vývoj pokročilé metody strojového učení pro klasifikaci zdrojů AE (trhlina, únik, opotřebení, poškození, atd.) Snažení bude napnuto do dvou směrů. Jednak do dalšího vývoje vlastní ML klasifikační procedury nazývané SDDT (Supervised Divergence Decision Tree), která v uzlech stromu bude používat nové typy statistických divergencí a vzdáleností pro snížení dimenze single-uzlové klasifikace. Plánujeme použití nelineárních separačních funkcí, tzv. projection persuit, maximalizující divergenční kritérium vzdáleností mezi empirickými odhady oddělovaných podskupin. Druhým směrem snažení bude aplikace architektur CNN, které zpracovávají ‚raw‘ signály akustické emise jako Inception-time a tranformery (a další nově vznikající) a srovnání jejich výsledků s prvním přístupem. V rámci SDDT klasifikace budou vyvíjeny a zkoumány statistické vlastnosti divergencí, především související robustnost a eficience, speciálně vyšetřovaná v klasifikačních, resp. identifikačních nebo diskriminačních úlohách. Jak se ukázalo v dřívější disertaci, přestože dnes existují celé balíky signálových features (Matlab, Python), stejně je nakonec užitečné pro danou aplikaci navrhnout vlastní funkční klasifikační atributy na míru. Budeme se soustředit na ty features využívající vyvíjené divergenční spektrální míry. Pro některé defektoskopické experimenty není možné získat dostatečné množství trénovacích a validačních dat pro použití náročných neuronových metod (pentestové testy, bublinkové kapiláry), ale je efektivnější aplikovat jednodušší rychlé identifikační algoritmy typu SDDT založené na divergenčních spektrálních atributech signálů akustické emise. Součástí práce studenta bude i designování, provádění a klasifikační vyhodnocování vlastních defektoskopických experimentů ve spolupráci s ÚT AV ČR (Odd. D4 – Rázy a vlny v tělesech). Plánován je nový komplexní experiment s degradací kuličkových ložisek. Výsledkem prací studenta by měla být spolehlivá identifikace stupně poškození ložiska a predikce jeho výměny dříve než dojde k vážnější poruše ložiska nebo jeho lůžka. Tato oblast vývoje strojových metod v akustické defektoskopii, jak atributových, divergenčních nebo plnohodnotných strojových, bude také přímo souviset s problematikou malých modulárních reaktorů (SMR) v rámci podaného grantu MŠMT v sekci Mezisektorové spolupráce (ČVUT, ÚT AV, CIIRC), kde by měly být testovány strojové metody k odhalování úniků z primárních okruhů SMR (prediktivní údržba). |
| references: | Relevantní literatura školitele přímo k tématu (IF/WoS/Scopus): Zavadil, J.; Kůs, V.; Chlada, M., Algorithmic feature selection and dimensionality reduction in signal classification tasks, In: Mathematical Modeling in Physical Sciences. Cham: Springer Nature Switzerland AG, 2024. Springer Proceedings in Mathematics & Statistics. ISSN 2194-1009. ISBN 978-3-031-52967-2. Dvořáková, Z.; dos Santos, S.; Kůs, V.; Převorovský, Z. , Localization and classification of scattered nonlinear ultrasonic signatures in bio-mechanical media using time reversal approach, JOURNAL OF THE ACOUSTICAL SOCIETY OF AMERICA. 2023, 154(3), 1684-1695. ISSN 0001-4966. Hrabáková, J. , Probability density estimators, their properties and applications, Praha: Defense date 2023-03-07. PhD Thesis. CESKE VYSOKE UCENI TECHNICKE V PRAZE. Supervised by V. KŮS. Bielčík, J.; Hladká, K.; Kramárik, L.; Kůs, V. , Machine learning classification for D-0 meson signal extraction in d+Au collisions, Journal of Instrumentation. 2022, 17 ISSN 1748-0221. Kůs, V.; Dolejš, E., Elasticity index evaluation based on le Cam divergence and kernel density estimator in PM space, Journal of Physics Conference Series. 2021, 1730(1), ISSN 1742-6588. Kůs, V.; Morales, D.; Hrabáková, J.; Frýdlová, I., Existence, Consistency and Computer Simulation for Selected Variants of Minimum Distance Estimators, Kybernetika. 2018, 54(2), 336-350. ISSN 0023-5954. Kožená, C.; Kůs, V.; Galego, A.; Benavent-Climent, A., Damage assessment of earthquake dampers based on Preisach-Mayergoyz model, In: 2018 16th Biennial Baltic Electronics Conference (BEC). USA: IEEE Computer Society, 2018. p. 1-4. ISSN 1736-3705. ISBN 978-1-5386-7312-6. Hrabáková, J.; Kůs, V. , Notes on consistency of some minimum distance estimators with simulation results, Metrika. 2017, 80(2), 243-257. ISSN 0026-1335. |
| note: | Konkrétní partii k BP / DP vybereme společně podle zájmu studenta po osobní domluvě. Možnosti výjezdů na každoroční konferenci nebo výzkumný pobyt na spolupracujících institucích (např. UMH ES, UG ES). |
| last update: | 18.05.2024 18:12:30 |
Elasticita hysterezních materiálů ve světle strojových a statistických algoritmů pro identifikaci PM prostoru
| advisor: | Ing. Václav Kůs, Ph.D. |
| e-mail: | show e-mail |
| type: | bachelor thesis, master thesis |
| branch of study: | MI_MM, MI_AMSM, MINF |
| key words: | elasticity, hysteresis, PM space, model identification |
| description: | Jde o matematicko-statisticky-strojové inženýrské téma v oblasti materiálové defektoskopie: V oblasti elasticity hysterezních materiálů půjde o nové odhady pravděpodobnostních hustot s trojúhelníkovým supportem v Preisach-Mayergoyzově (PM) prostoru, který reprezentuje pravděpodobnostní zastoupení různých typů elastických jednotek, ze kterého je vytvořena struktura zkoumaného materiálu. Půjde o vývoj metody identifikace hustoty PM prostoru a poté návrh a výpočet nového PM indexu poškození či PM indexu elasticity před a po plastické deformaci materiálu. Pro konstrukci nového PM indexu budou preferovaně použity vyvinuté a testované divergenční informační míry. Provedeme opět srovnání s přímou identifikací poškození pomocí strojových metod, kterým plánujeme předložit ke klasifikaci přímo hysterezní smyčku z testových laboratorních zkoušek. Pro různé materiály jsou vytipovány distribuce, kterým může podléhat přidružený PM prostor, jedná se např. o Guyerovo nebo Koenovo typy hustot, Laplaceovské a jiné směsi distribucí. Úkolem práce bude tyto různé směsi identifikovat strojovými metodami s regresním výstupem nebo empirickými Bayesovskými metodami (parametrickými i neparametrickými) a následně je robustně statisticky odhadnout a porovnat se standardními ML odhady jejich PM prostorů. Vyvinuté identifikace využijeme k predikci hysterezního chování materiálu při zbrusu nových podmínkách jejich nasazení v praxi, např. v případě vyššího stress-strain zatížení (např. u brzd) nebo vibračního přetížení (např. zemětřesného). Celá vyvinutá metoda bude odzkoušena na datech spolupracující University v Granadě, která vlastní velký ‚shaking table‘ simulující zemětřesné vibrace, působící na nosníky velkých výškových konstrukcí chráněných pomocí disipativních zemětřesných příčných tlumičů (dampers) o speciálních profilech, vyrobených z různých typů materiálů schopných plastifikace a přejímání degradace. Druhá aplikace PM identifikace by měla vzniknout ve spolupráci s automobilovým průmyslem pro frikční materiály brzd, které vykazují hysterezní vlastnosti při quasi-statickém silovém zatížení typu strain-stress. PM stupeň degradace tohoto materiálu bude srovnán s degradací brzdových desek zjištěnou pomocí běžné ultrazvukového skenování. |
| references: | Relevantní literatura školitele přímo k tématu (IF/WoS/Scopus): Zavadil, J.; Kůs, V.; Chlada, M., Algorithmic feature selection and dimensionality reduction in signal classification tasks, In: Mathematical Modeling in Physical Sciences. Cham: Springer Nature Switzerland AG, 2024. Springer Proceedings in Mathematics & Statistics. ISSN 2194-1009. ISBN 978-3-031-52967-2. Dvořáková, Z.; dos Santos, S.; Kůs, V.; Převorovský, Z. , Localization and classification of scattered nonlinear ultrasonic signatures in bio-mechanical media using time reversal approach, JOURNAL OF THE ACOUSTICAL SOCIETY OF AMERICA. 2023, 154(3), 1684-1695. ISSN 0001-4966. Hrabáková, J. , Probability density estimators, their properties and applications, Praha: Defense date 2023-03-07. PhD Thesis. CESKE VYSOKE UCENI TECHNICKE V PRAZE. Supervised by V. KŮS. Bielčík, J.; Hladká, K.; Kramárik, L.; Kůs, V. , Machine learning classification for D-0 meson signal extraction in d+Au collisions, Journal of Instrumentation. 2022, 17 ISSN 1748-0221. Kůs, V.; Dolejš, E., Elasticity index evaluation based on le Cam divergence and kernel density estimator in PM space, Journal of Physics Conference Series. 2021, 1730(1), ISSN 1742-6588. Kůs, V.; Morales, D.; Hrabáková, J.; Frýdlová, I., Existence, Consistency and Computer Simulation for Selected Variants of Minimum Distance Estimators, Kybernetika. 2018, 54(2), 336-350. ISSN 0023-5954. Kožená, C.; Kůs, V.; Galego, A.; Benavent-Climent, A., Damage assessment of earthquake dampers based on Preisach-Mayergoyz model, In: 2018 16th Biennial Baltic Electronics Conference (BEC). USA: IEEE Computer Society, 2018. p. 1-4. ISSN 1736-3705. ISBN 978-1-5386-7312-6. Hrabáková, J.; Kůs, V. , Notes on consistency of some minimum distance estimators with simulation results, Metrika. 2017, 80(2), 243-257. ISSN 0026-1335. |
| note: | Konkrétní partii k BP / DP vybereme společně podle zájmu studenta po osobní domluvě. Možnosti výjezdů na každoroční konferenci nebo výzkumný pobyt na spolupracujících institucích (např. UMH ES, UG ES). |
| last update: | 18.05.2024 18:12:41 |
Optimální uchopení robotem pomocí polyedrických a polynomiálních optimalizačních metod
| advisor: | doc. Ing. Tomáš Pajdla, Ph.D. |
| e-mail: | show e-mail |
| type: | bachelor thesis, master thesis |
| branch of study: | MI_MM, MI_AMSM, MINF |
| key words: | robotics, polyhedral and polynomial optimization, 3D Object Grasp Synthesis Algorithms |
| link: | http://people.ciirc.cvut.cz/~pajdla/ |
| description: | Cílem práce je studium metod polyedrické [1] a polynomiální optimalizace [2], které jsou relevantní pro optimální uchopování [3] s jednoduchými geometrickými a fyzikálními cíli a omezeními. Výsledky práce budou ověřeny na příkladech praktických problémů vznikajících v průmyslové robotice [4]. |
| references: | [1] Tetsuyou Watanabe, Tsuneo. Yoshikawa (2007). Grasping Optimization Using a Required External Force Set. Automation Science and Engineering, IEEE Transactions on. 4. 52 - 66. 10.1109/TASE.2006.873005. [2] Li Han, Jeff C. Trinkle, and Zexiang X. Li. Grasp Analysis as Linear Matrix Inequality Problems. 2000. [3] Anis Sahbani, Sahar El-Khoury, Philippe Bidaud. An Overview of 3D Object Grasp Synthesis Algorithms. 2012. [4] B. Hichri and S. Kedziora, \"Optimization of Stable Robotic Grasp in Industrial Pick and Place Application,\" 2022 10th International Conference on Systems and Control (ICSC), Marseille, France, 2022, pp. 465-470, doi: 10.1109/ICSC57768.2022.9993843. |
| last update: | 18.05.2024 18:58:59 |
Odhady hustot pravděpodobnosti a jejich statistické vlastnosti
| advisor: | Ing. Václav Kůs, Ph.D. |
| e-mail: | show e-mail |
| type: | bachelor thesis, master thesis |
| branch of study: | MI_MM, MI_AMSM, MINF |
| key words: | metriky, informační divergence, odhady s minimální vzdáleností, robustnost, eficience |
| description: | Obsahem tématu jsou odhady hustot pravděpodobnosti založené na metodě minimální vzdálenosti (MDE) a zkoumání jejich statistických vlastností. Divergence v jistém smyslu zobecňuje na prostoru distribučních funkcí pojem metriky - nepožaduje obecně symetrii a platnost trojúhelníkové nerovnosti. Nejznámější příklady divergencí jsou Shannonova, Kullback-Leiblerova, Pearson-Neymannova divergence, Power disparita, ale i například metrická Totální variace, apod. Pro danou vzdálenost D definujeme odhad f hustoty f_0 jako takovou hustotu z dané uvažované množiny hustot, pro kterou je vzdálenost D jí odpovídající distribuční funkce F od empirické distribuční funkce F_n minimální. Pro takovéto odhady bude vyšetřována jejich konsistence, robustnost a eficience v různých informačních divergencích a metrikách. Těžištěm práce by bylo teoretické odvozování kvantitativní robustnosti různých vybraných vzdáleností na prostoru distribučních funkcí nebo hustot pravděpodobností. Následně naprogramované robustní metody odhadu hustot budou odzkoušeny na generovaných pseudonáhodných posloupnostech, numericky bude ověřen řád konsistence v dané divergenci D a numericky prošetřena robustnost odhadu, tzn. citlivost odhadu na "nepřesnosti/chyby" v datech při různém stupni a typu znečištění datových souborů. Uvážíme např. epsilon-znečištění Gaussovým, Uniformním, Cauchyho, Logistickým, Laplaceovým či Weibullovým rozdělením. Posledně zmíněné tří-parametrické Weibullovo rozdělení je velmi často používáno v oblastech analýzy dat o přežití a v teorii spolehlivosti konstrukcí v mnoha různých oblastech průmyslu, pojišťovnictví, ekonomie,... Tedy konečným cílem výzkumu bude zjistit, jak dobře lze pomocí divergencí a jiných metrických či nemetrických vzdáleností identifikovat skutečný statistický model, kterému potenciálně podléhají naměřená detekovaná data. |
| references: | Relevantní literatura k tématu (IF/WoS/Scopus): Hrabáková, J., Probability density estimators, their properties and applications, Praha: Defense date 2023-03-07. PhD Thesis. CESKE VYSOKE UCENI TECHNICKE V PRAZE. Supervised by V. KŮS. Kůs, V.; Morales, D.; Hrabáková, J.; Frýdlová, I., Existence, Consistency and Computer Simulation for Selected Variants of Minimum Distance Estimators, Kybernetika. 2018, 54(2), 336-350. ISSN 0023-5954. Hrabáková, J.; Kůs, V. , Notes on consistency of some minimum distance estimators with simulation results, Metrika. 2017, 80(2), 243-257. ISSN 0026-1335. a další viz systém V3S/ČVUT. |
| note: | Konkrétní partii k BP / DP vybereme společně podle zájmu studenta po osobní domluvě. Možnosti výjezdů na každoroční konferenci nebo výzkumný pobyt na spolupracujících institucích (např. UMH ES). |
| last update: | 18.05.2024 19:06:57 |
V3S Database
The application records results of science and research, and other academic activities. The V3S application serves as a tool for submitting data to the RIV database, exporting data for statistic analyses, and internal evaluation of research.
List of publications in V3S
administrator for this page:
Radek Fučík | last update: 08/07/2011