Machine Learning Methods for Product Quality Monitoring in Electric Resistance Welding
Creators: name: Zhou, Baifan
Publisher: name: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Year: 2021
Subjects: machine learning
manufacturing
industry 4.0
resistance welding
data mining
condition monitoring
quality monitoring
ontology
semantic technology
application

description: Elektrisches Widerstandsschweißen (Englisch: Electric Resistance Welding, ERW) ist eine Gruppe von vollautomatisierten Fertigungsprozessen, bei denen metallische Werkstoffe durch Wärme verbunden werden, die von elektrischem Strom und Widerstand erzeugt wird. Eine genaue Qualitätsüberwachung von ERW kann oft nur teilweise mit destruktiven Methoden durchgeführt werden. Es besteht ein großes industrielles und wirtschaftliches Potenzial, datengetriebene Ansätze für die Qualitätsüberwachung in ERW zu entwickeln, um die Wartungskosten zu senken und die Qualitätskontrolle zu verbessern. Datengetriebene Ansätze wie maschinelles Lernen (ML) haben aufgrund der enormen Menge verfügbarer Daten, die von Technologien der Industrie 4.0 bereitgestellt werden, viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Datengetriebene Ansätze ermöglichen eine zerstörungsfreie, umfassende und präzise Qualitätsüberwachung, wenn eine bestimmte Menge präziser Daten verfügbar ist. Dies kann eine umfassende Online-Qualitätsüberwachung ermöglichen, die ansonsten mit herkömmlichen empirischen Methoden äußerst schwierig ist. Es gibt jedoch noch viele Herausforderungen bei der Adoption solcher Ansätze in der Fertigungsindustrie. Zu diesen Herausforderungen gehören: effiziente Datensammlung, die dasWissen von erforderlichen Datenmengen und relevanten Sensoren für erfolgreiches maschinelles Lernen verlangt; das anspruchsvolle Verstehen von komplexen Prozessen und facettenreichen Daten; eine geschickte Selektion geeigneter ML-Methoden und die Integration von Domänenwissen für die prädiktive Qualitätsüberwachung mit inhomogenen Datenstrukturen, usw. Bestehende ML-Lösungen für ERW liefern keine systematische Vorgehensweise für die Methodenauswahl. Jeder Prozess der ML-Entwicklung erfordert ein umfassendes Prozess- und Datenverständnis und ist auf ein bestimmtes Szenario zugeschnitten, das schwer zu verallgemeinern ist. Es existieren semantische Lösungen für das Prozess- und Datenverständnis und Datenmanagement. Diese betrachten die Datenanalyse als eine isolierte Phase. Sie liefern keine Systemlösungen für das Prozess- und Datenverständnis, die Datenaufbereitung und die ML-Verbesserung, die konfigurierbare und verallgemeinerbare Lösungen für maschinelles Lernen ermöglichen. Diese Arbeit versucht, die obengenannten Herausforderungen zu adressieren, indem ein Framework für maschinelles Lernen für ERW vorgeschlagen wird, und demonstriert fünf industrielle Anwendungsfälle, die das Framework anwenden und validieren. Das Framework überprüft die Fragen und Datenspezifitäten, schlägt eine simulationsunterstützte Datenerfassung vor und erörtert Methoden des maschinellen Lernens, die in zwei Gruppen unterteilt sind: Feature Engineering und Feature Learning. Das Framework basiert auf semantischen Technologien, die eine standardisierte Prozess- und Datenbeschreibung, eine Ontologie-bewusste Datenaufbereitung sowie halbautomatisierte und Nutzer-konfigurierbare ML-Lösungen ermöglichen. Diese Arbeit demonstriert außerdem die Übertragbarkeit des Frameworks auf einen hochpräzisen Laserprozess. Diese Arbeit ist ein Beginn des Wegs zur intelligenten Fertigung von ERW, der mit dem Trend der vierten industriellen Revolution korrespondiert.