Manutenzione Predittiva Uncertainty-Aware: Sviluppo e Validazione di un Framework per la Stima della Remaining Useful Life e il Supporto Decisionale
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Author
Cukali, Xhesi <2000>
Date
2026-10-14Data available
2026-10-22Abstract
La digitalizzazione progressiva dei sistemi produttivi ha abilitato lo sviluppo di metodologie di
manutenzione predittiva fondate su tecniche di Machine Learning, permettendo di stimare la
Remaining Useful Life (RUL) degli asset con precisione crescente. Una limitazione critica delle stime
puntuali risiede tuttavia nell’assenza di informazioni circa l’affidabilità della previsione stessa – un
gap particolarmente rilevante quando tali stime supportano decisioni manutentive di portata
operativa. La presente tesi si propone di analizzare il ruolo della Uncertainty Quantification nella
Predictive Maintenance, sviluppando un framework integrato che combina la previsione della RUL,
la quantificazione e calibrazione dell’incertezza, e il supporto al processo decisionale.
La sperimentazione, condotta sul dataset NASA C-MAPSS FD001, confronta Random Forest,
XGBoost e LSTM rispetto ad accuratezza, stabilità e qualità degli intervalli di previsione, mediante
calibrazione tramite Conformal Prediction. I risultati evidenziano che LSTM raggiunge le migliori
prestazioni predittive, mentre XGBoost offre maggiore stabilità e il miglior equilibrio tra copertura e
precisione degli intervalli. L'inclusione dell'incertezza nelle logiche decisionali migliora il
rilevamento di condizioni critiche, introducendo però una componente di falsi positivi. Il framework
mette in luce il delicato trade-off tra accuratezza prognostica, affidabilità informativa e prudenza
manutentiva. The progressive digitalization of production systems has enabled the development of predictive
maintenance methodologies grounded in Machine Learning techniques, allowing for increasingly
accurate estimation of asset Remaining Useful Life (RUL). A critical limitation of point estimates,
however, lies in their inability to communicate the inherent uncertainty of predictions—a gap of
particular significance when such estimates inform operational maintenance decisions. This thesis
addresses the role of Uncertainty Quantification in Predictive Maintenance by proposing an integrated
framework that combines RUL forecasting, uncertainty quantification and calibration, and decision
support mechanisms.
The experimental investigation, conducted on the NASA C-MAPSS FD001 dataset, compares
Random Forest, XGBoost, and LSTM across predictive accuracy, model stability, and prediction
interval quality, employing Conformal Prediction for calibration purposes. Findings indicate that
LSTM achieves superior predictive performance, while XGBoost demonstrates enhanced stability
and the most favorable balance between interval coverage and width. Integrating uncertainty into
decision-making logic improves the detection of critical conditions at the cost of increased false
positives. The framework ultimately reveals a fundamental trade-off between prognostic accuracy,
information reliability, and maintenance conservatism—a tension that warrants careful consideration
in operational deployment.
Type
info:eu-repo/semantics/masterThesisCollections
- Laurea Magistrale [8404]

