شماره ركورد
28876
پديد آورنده
احمد خشيف
عنوان
افزايش كيفيت محصول در ساخت افزودني: نظارت هوشمند بر فرآيند و مدل سازي پيش بيني
مقطع تحصيلي
دكتري تخصصي (PhD)
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك- مهندسي مكاترونيك
سال تحصيل
1398
تاريخ دفاع
1402/7/17
استاد راهنما
رامين هاشمي
استاد مشاور
محمد شهبازي
دانشكده
مهندسي مكانيك
چكيده
ظهور توليد افزودني (AM) يك تغيير پارادايم در توليد صنعتي ايجاد كرده است و امكان ايجاد طرح هاي پيچيده و هندسه هاي پيچيده را فراهم مي كند. با اين حال، چالش حياتي تضمين ويژگيهاي محصول با كيفيت بالا، پذيرش AM را در كاربردهاي حياتي محدود كرده است. در پاسخ به اين چالش، اين پاياننامه دكترا سفري نوآورانه را براي افزايش اثربخشي AM با استفاده از روشهاي پيشرفته براي نظارت بر فرآيند هوشمند و مدلسازي پيشبيني، با تمركز ويژه بر مدلسازي رسوب ذوب شده آغاز ميكند. تكنيك (FDM). اين تحقيق با بررسي پتانسيل شبكههاي حافظه كوتاهمدت بلند مدت (LSTM) به عنوان ابزاري قوي براي نظارت بر فرآيند FDM در زمان واقعي آغاز ميشود. مدلهاي هيبريدي LSTM پيشنهادي با استفاده از روشهاي پيشپردازش پيچيده شامل استخراج ويژگيهاي دستساز و نمايش مبتني بر تصوير، به دقت و سازگاري بينظيري دست مييابند. قابل ذكر است، اين مدل هاي LSTM مبتني بر تصوير با دستيابي به دقت متوسط قابل توجه 99.85 درصد، خود را متمايز مي كنند. با تكيه بر اين نتايج اميدواركننده، تعالي به بخش دوم گسترش مييابد، كه به كدگذاري سيگنال به تصوير و مدلهاي تركيبي يادگيري عميق براي تركيب دادههاي چند سنسوري (MSDF) در حوزه نظارت بر فرآيند ميپردازد. از طريق اجراي همجوشي در سطح ويژگي، متمركز بر تصاوير ناهنجاري طرح تكرار (RP)، دقت استثنايي تا 99.6٪ به دست ميآيد كه انعطافپذيري قابلتوجهي در برابر ناهنجاريهاي سيگنال و پيشي گرفتن از روشهاي مرسوم را نشان ميدهد. اين پيشرفت يكپارچه از مدلهاي يادگيري عميق به همجوشي سطح ويژگي، تعهد ما را به ارتقاي اثربخشي ساخت افزودني تقويت ميكند و از قدرت نمايشهاي مبتني بر تصوير براي دقت و سازگاري استفاده ميكند. اين پايان نامه بيشتر به بهينه سازي پارامتر فرآيند AM با استفاده از روش تاگوچي مي پردازد. در مدلسازي پيشبيني، شبكههاي عصبي مصنوعي (ANN) بهعنوان پيشتاز ظاهر ميشوند و داراي ضرايب همبستگي تا 98 درصد ميباشند و در نتيجه قابليت اطمينان و پتانسيل تبديل AM را در كاربردهاي حياتي تقويت ميكنند. يك مدل پيشبيني مبتني بر داده براي FDM معرفي شده است، كه از دادههاي حرارتي و ارتعاشي براي دستيابي به ضريب همبستگي چشمگير تقريباً 99% استفاده ميكند و پيشبينيهاي بلادرنگ خواص مكانيكي خاص را تسهيل ميكند. اين مطالعه با كاوش در يادگيري ماشين بدون نظارت براي افزايش AM با خوشهبندي هوشمند حالتهاي چاپ در چارچوب FDM به اوج خود ميرسد. اين تحقيق شامل مقايسه استخراج دستي ويژگي با نمايش مبتني بر تصوير براي پردازش دادههاي حسگر خام است. با استفاده از تكنيكهاي انتخاب و كاهش ويژگيهاي نظارت شده و بدون نظارت، حالتهاي چاپ را به طور موثر خوشهبندي ميكند. معيارهاي ارزيابي، از جمله امتياز F1 مانند، v-measure و silhouette، به طور مداوم از برتري نمايش مبتني بر تصوير پشتيباني مي كنند. در نتيجه، اين ادغام تكنيكهاي پيشرفته آيندهاي را پيشبيني ميكند كه با محصولات دقيق و باكيفيت مشخص ميشود و جايگاه AM را به عنوان يك نيروگاه نوآوري در چشمانداز صنعتي تأييد ميكند.
تاريخ ورود اطلاعات
1402/07/25
عنوان به انگليسي
Enhancing Product Quality in Additive Manufacturing: Intelligent Process Monitoring and Predictive Modeling
تاريخ بهره برداري
10/8/2024 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
احمد خشيف
چكيده به لاتين
The advent of additive manufacturing (AM) has brought about a paradigm shift in industrial production, enabling the creation of intricate designs and complex geometries. However, the crit- ical challenge of ensuring consistent high-quality product properties has limited AM’s adoption in vital applications. As a response to this challenge, this doctoral thesis embarks on an innovative journey to enhance the effectiveness of AM by employing state-of-the-art methodologies for intel- ligent process monitoring and predictive modeling, with a specific focus on the fused deposition modeling (FDM) technique. The research commences by exploring the potential of long short-term memory (LSTM) net- works as a robust tool for real-time FDM process monitoring. Leveraging sophisticated pre-processing methods encompassing handcrafted feature extraction and image-based representation, the pro- posed hybrid LSTM models attain unparalleled precision and adaptability. Notably, these image- based LSTM models distinguish themselves by achieving a remarkable mean accuracy of 99.85%. Building upon these promising outcomes, the pursuit of excellence extends into the second section, which delves into signal-to-image encoding and deep learning fusion models for multi-sensor data fusion (MSDF) in the realm of process monitoring. Through the implementation of feature-level fu- sion, centered around recurrence plot (RP) anomaly images, exceptional accuracies of up to 99.6% are attained, illustrating remarkable resilience against signal anomalies and surpassing conventional methodologies. This seamless progression from deep learning models to feature-level fusion rein- forces our commitment to advancing the effectiveness of Additive Manufacturing, harnessing the power of image-based representations for precision and adaptability. The thesis further delves into AM process parameter optimization using the Taguchi method. In predictive modeling, artificial neural networks (ANNs) emerge as the frontrunners, boasting corre- lation coefficients of up to 98%, thereby reinforcing AM’s reliability and transformative potential in critical applications. A data-driven predictive model is introduced for FDM, leveraging thermo- graphic and vibration data to achieve an impressive correlation coefficient of approximately 99%, facilitating real-time predictions of specific mechanical properties. The study culminates with an exploration of unsupervised machine learning for enhancing AM by intelligently clustering printing states in the FDM framework. This investigation includes a comparison of manual feature extraction with image-based representation for processing raw sensor data. Utilizing supervised and unsupervised feature selection and reduction techniques, it efficiently clusters printing states. evaluation metrics, including the F1-like score, v-measure, and silhouette, consistently support the superiority of image-based representation. In conclusion, this integration of advanced techniques foresees a future characterized by precise, high-quality products, reaffirming AM’s standing as an innovation powerhouse within the industrial landscape.
كليدواژه هاي فارسي
ساخت افزودني , مدلسازي رسوب ذوبي
كليدواژه هاي لاتين
additive manufacturing , Fused deposition modeling
Author
Ahmed Khusheef
SuperVisor
Dr. Ramin Hashemi