Challenges in the Development of Soft Sensors for Bioprocesses: A Critical Review

软传感器 过程(计算) 变量(数学) 计算机科学 上游(联网) 范围(计算机科学) 现状 动态时间归整 数据挖掘 人工智能 数学 电信 操作系统 经济 数学分析 程序设计语言 市场经济
作者
Vincent Brunner,Manuel Siegl,Dominik Geier,Thomas Becker
出处
期刊:Frontiers in Bioengineering and Biotechnology [Frontiers Media]
卷期号:9: 722202-722202 被引量:80
标识
DOI:10.3389/fbioe.2021.722202
摘要

Among the greatest challenges in soft sensor development for bioprocesses are variable process lengths, multiple process phases, and erroneous model inputs due to sensor faults. This review article describes these three challenges and critically discusses the corresponding solution approaches from a data scientist's perspective. This main part of the article is preceded by an overview of the status quo in the development and application of soft sensors. The scope of this article is mainly the upstream part of bioprocesses, although the solution approaches are in most cases also applicable to the downstream part. Variable process lengths are accounted for by data synchronization techniques such as indicator variables, curve registration, and dynamic time warping. Multiple process phases are partitioned by trajectory or correlation-based phase detection, enabling phase-adaptive modeling. Sensor faults are detected by symptom signals, pattern recognition, or by changing contributions of the corresponding sensor to a process model. According to the current state of the literature, tolerance to sensor faults remains the greatest challenge in soft sensor development, especially in the presence of variable process lengths and multiple process phases.
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