Machine Learning Applications for Thermal Manufacturing Processes

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	19 December 2019
Referee:	Prof. Dr. Elmar Wolfgang Lang
Date of exam:	16 December 2019
Institutions:	Biology, Preclinical Medicine > Institut für Biophysik und physikalische Biochemie > Prof. Dr. Elmar Lang
Keywords:	Machine Learning, NMF, Blind Source Separation, Metal Casting, Artificial Intelligence, Matrix decomposition
Dewey Decimal Classification:	000 Computer science, information & general works > 004 Computer science 500 Science > 530 Physics
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	41301

Abstract (English)

This thesis introduces a novel approach for the extraction of physically meaningful thermal component time series during the manufacturing of casting parts. I treat their extraction as Blind Source Separation (BSS) problem by exploiting process-related prior knowledge. The proposed method arranges temperature time series into a data matrix, which is then decomposed by Non-negative Matrix ...

Abstract (English)

This thesis introduces a novel approach for the extraction of physically meaningful thermal component time series during the manufacturing of casting parts. I treat their extraction as Blind Source Separation (BSS) problem by exploiting process-related prior knowledge. The proposed method arranges temperature time series into a data matrix, which is then decomposed by Non-negative Matrix Factorization (NMF). The latter is guided by a knowledge-based strategy, which initializes the NMF component matrix with time curves designed according to basic physical processes. It is shown how to extract components linked to physical phenomena that typically occur during production and cannot be monitored directly. The proposed methods are applied to real world data, collected in a foundry during the series production of casting parts for the automobile industry.

Translation of the abstract (German)

In dieser Arbeit wird ein neuer Ansatz für die Extraktion von physikalisch interpretierbaren Komponenten aus Temperaturzeitreihen beschreiben, welche typischerweise bei thermischen, industriellen Fertigungsprozessen aufgenommen werden. Der Ansatz behandelt das Problem aus der Sicht der "Blind Source Separation" (BSS) und erlaubt es Expertenwissen über den Prozess miteinzubeziehen. Die ...

Translation of the abstract (German)

In dieser Arbeit wird ein neuer Ansatz für die Extraktion von physikalisch interpretierbaren Komponenten aus Temperaturzeitreihen beschreiben, welche typischerweise bei thermischen, industriellen Fertigungsprozessen aufgenommen werden. Der Ansatz behandelt das Problem aus der Sicht der "Blind Source Separation" (BSS) und erlaubt es Expertenwissen über den Prozess miteinzubeziehen. Die beschriebene Methodik basiert auf der Anwendung der Nicht-negativen Matrixzerlegung (NMF) auf eine Aneinanderreihung der in Prozess aufgezeichneten Temperaturzeitreihen. Die NMF wird dabei mit einer geschickten, auf physikalischen Prozessen basierenden Initialisierungsstrategie initialisiert. Schließlich wird gezeigt, wie die extrahierten Komponenten interpretiert und mit typischen Phänomenen im industriellen Fertigungsprozess verknüpft werden können.

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