diplomová práce

Predikce životnosti komponent LMIS u elektronových mikroskopů

Text práce 3.2 MB

Autor práce: Ing. Lukáš Kaprál

Ak. rok: 2025/2026

Vedoucí: Ing. Radek Hranický, Ph.D.

Oponent: Ing. Ivana Burgetová, Ph.D.

Abstrakt:

Zdroj tekutých kovových iontů (LMIS) je klíčovou součástí systémů se zaměřeným iontovým paprskem (FIB) používaných v duálních elektronových mikroskopech. Životnost LMIS se však značně liší v důsledku složitých interakcí mezi mechanickým opotřebením, elektronickou stabilitou a provozními faktory. Tato práce představuje komplexní studii předpovědi životnosti LMIS prostřednictvím modelování založeného na datech. Projekt čerpá z provozních dat z reálných diagnostických údajů, údajů o údržbě a diagnostického softwaru a integruje teoretické poznatky především z oborově specifických technických popisů, doplněné empirickými údaji o životnosti. Teoretické pozadí zahrnuje fyziku LMIS, emisní mechanismy a poruchové režimy, jako jsou emisní oscilace a nadproud. Explorativní analýza dat identifikuje klíčové prediktory ovlivňující degradaci zdroje, včetně provozní doby, napětí extraktoru a topných cyklů. Prediktivní model založený na regresních a strojových učení technikách je vyvinut a ověřen pomocí reálných dat, čímž je dosaženo spolehlivého odhadu životnosti v rámci definovaných mezí spolehlivosti.

Klíčová slova:

Elektronový mikroskop, LMIS, Datová věda, Strojové učení

Termín obhajoby

22.06.2026

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Student nejprve prezentoval výsledky, kterých dosáhl v rámci své práce. Komise se poté seznámila s hodnocením vedoucího a posudkem oponenta práce. Student následně odpověděl na otázky oponenta a na další otázky přítomných. Komise se na základě posudku oponenta, hodnocení vedoucího, přednesené prezentace a odpovědí studenta na položené otázky rozhodla práci hodnotit stupněm A.

Otázky k obhajobě

  1. Řešil jste v rámci Vaší implementace nějakým způsobem reprodukovatelnost svých experimentů?

Jazyk práce

angličtina

Fakulta

Ústav

Studijní program

Informační technologie a umělá inteligence (MITAI)

Specializace

Kybernetická bezpečnost (NSEC)

Složení komise

doc. Mgr. Kamil Malinka, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Ondřej Ryšavý, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Zbyněk Křivka, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Ivan Homoliak, Ph.D. (člen)
Ing. Libor Polčák, Ph.D. (člen)
Ing. Radek Hranický, Ph.D. (člen)

Posudek vedoucího
Ing. Radek Hranický, Ph.D.

Student řešil netriviální firemní zadání s vysokou praktickou relevancí, které vyžadovalo i porozumění řadě technikálií mimo obor IT. Oceňuji především aktivní přístup studenta, systematický postup, iterativní experimentování a vhodně zvolené metriky. Dosažené výsledky považuji za velmi dobrý základ pro další rozvoj a praktické využití.


Pozitivně hodnotím také skutečnost, že nad rámec zadání student vytvořil také praktickou aplikaci pro vizualizaci výsledných predikcí společně s původními průběhy signálů.


Celkově práci hodnotím jako velmi kvalitní a prakticky přínosnou.


Navrhuji tedy hodnocení stupněm "A".

Kritérium hodnocení Slovní hodnocení
Informace k zadání

Jedná se o firemní zadání pro společnost Thermo Fisher Scientific, které si student sám navrhl na základě praktického problému, kterému firma čelí. Pan Kaprál hledal způsoby jak u elektronových mikroskopů na základě provozních a diagnostických logů predikovat okamžik selhání komponenty LMIS.

Zadání považuji za obtížnější, neboť vyžadovalo poměrně detailní porozumění specifické technické doméně, práci s nečistými průmyslovými daty a návrh prediktivního systému, pro který dosud neexistovalo jiné řešení.

Aktivita při dokončování

Práce byla dokončena v rozumném předstihu před termínem odevzdání. Její obsah jsem připomíkoval a mé připomínky student následně zapracoval.

Publikační činnost, ocenění
Práce s literaturou

Student využil doporučené literatury a další relevantní zdroje si samostatně dohledal. Výběr vhodných pramenů zde byl náročnější, neboť elektronové mikroskopy jsou převážně proprietární systémy a ne vždy je pro dílčí komponenty volně dostupná relevantní dokumentace.

Aktivita během řešení, konzultace, komunikace

Student byl během řešení aktivní a velmi samostatný. Práci průběžně konzultoval jak se mnou, tak se zástupci firmy. Dohodnuté termíny plnil a na konzultace docházel vždy dobře připraven.

Výsledný počet bodů navržený vedoucím: 95

Známka navržená vedoucím: A

V rámci diplomové práce student řešil problém predikce životnosti LMIS součástek, pro který zatím žádný použitelný přístup neexistuje. Student navrhl a implementoval celý proces potřebný pro realizaci predikce - od přípravy datasetu, přes extrakci rysů, trénování modelů až po rozhodovací nadstavbu, která vyhodnocuje jednotlivé pravděpodobnosti poruchy a řeší spuštění alarmů. Vytvořený postup je plně funkční a dosahuje rozumné přesnosti. Vzhledem ke komplexnosti celého řešení navrhuji hodnocení stupněm A.

Kritérium hodnocení Slovní hodnocení Body Max. body
Rozsah splnění požadavků zadání

Stupeň hodnocení: zadání splněno

Rozsah technické zprávy

Stupeň hodnocení: je v obvyklém rozmezí

Prezentační úroveň technické zprávy

Logická struktura technické zprávy je dobrá a jednotlivé kapitoly na sebe dobře navazují. Lepšímu pochopení textu ale brání to, že text se občas vyhýbá konkrétním informacím - např. nejsou uvedeny přesné počty trénovacích a testovacích vzorků, vytvořené atributy jsou popsány poněkud mlhavě, stejně jako algoritmus použitý pro ohlášení alertů. Tyto informace v textu práce chybí, pravděpodobně z důvodu ochrany vlastního know-how. 

75 100
Formální úprava technické zprávy

Po jazykové stránce se jedná o kvalitní práci s několika drobnými prohřešky (zdvojené členy apod). Z typografického hlediska se jedná o standardní práci. 

85 100
Práce s literaturou

Výběr studijních pramenů je dobrý a vybrané zdroje dobře pokrývají řešenou problematiku. Převzaté prvky jsou řádně odlišeny od vlastních výsledků a úvah.

88 100
Realizační výstup

V rámci realizačního výstupu student vytvořil sadu skriptů, která umožňuje predikci životnosti LMIS součástek. Skripty řeší získání potřebných informací z dostupných logů o využití těchto součástek a jejich zpracování do použitelného tvaru. Dále řeší extrakci vhodných atributů - systém využívá jak numerické atributy, tak i textové zprávy z logů, které kóduje dvěma různými způsoby. Dále řeší trénování dvou různých typů klasifikačních modelů a dále pak ještě rozhodovací logiku, která pracuje nad výstupy získanými klasifikátory pro jednotlivé pracovní cykly. Pro snadnější využití dosažených výsledků byla také vytvořena aplikace, která pro vstupní logy zobrazí predikce natrénovaného modelu a rozhodovací logiky. Realizační výstup je plně funkční. 

99 100
Využitelnost výsledků

Práce přináší použitelné řešení predikce životnosti součástek LMIS. Vzhledem k tomu, že jiné řešení v této oblasti neexistuje, tak navržený způsob s přesností predikce 0,78 může být využitelný v praxi. Za důležitý přínos považuji také vytvoření vstupní datové sady z dostupných logů. Informace z těchto logů totiž nejsou snadno a přímočaře použitelné. 

Náročnost zadání

Stupeň hodnocení: obtížnější zadání

V rámci řešení diplomové práce se student věnoval predikci životnosti LMIS součástek. Práce vyžadovala poměrně detailní studium problematiky těchto součástek, aby student mohl navrhnout vhodné prediktory jejich životnosti. Proto považuji toto zadání za mírně obtížnější.

Otázky k obhajobě:
  1. Řešil jste v rámci Vaší implementace nějakým způsobem reprodukovatelnost svých experimentů?
Výsledný počet bodů navržený oponentem: 93

Známka navržená oponentem: A

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová