A Data-Driven Approach for Internal Crack Prediction in Continuous Casting of HSLA Steels Using CTGAN and CatBoost

人工智能 计算机科学 机器学习 支持向量机 可靠性(半导体) 人工神经网络 可视化 灵敏度(控制系统) 模式识别(心理学) 数据挖掘 工程类 功率(物理) 物理 量子力学 电子工程
作者
Mengying Geng,Haonan Ma,Shuangli Liu,Zhongrong Zhou,Lei Xing,Yibo Ai,Weidong Zhang
出处
期刊:Materials [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:18 (15): 3599-3599
标识
DOI:10.3390/ma18153599
摘要

Internal crack defects in high-strength low-alloy (HSLA) steels during continuous casting pose significant challenges to downstream processing and product reliability. However, due to the inherent class imbalance in industrial defect datasets, conventional machine learning models often suffer from poor sensitivity to minority class instances. This study proposes a predictive framework that integrates conditional tabular generative adversarial network (CTGAN) for synthetic minority sample generation and CatBoost for classification. A dataset of 733 process records was collected from a continuous caster, and 25 informative features were selected using mutual information. CTGAN was employed to augment the minority class (crack) samples, achieving a balanced training set. Feature distribution analysis and principal component visualization indicated that the synthetic data effectively preserved the statistical structure of the original minority class. Compared with the other machine learning methods, including KNN, SVM, and MLP, CatBoost achieved the highest metrics, with an accuracy of 0.9239, precision of 0.9041, recall of 0.9018, and F1-score of 0.9022. Results show that CTGAN-based augmentation improves classification performance across all models. These findings highlight the effectiveness of GAN-based augmentation for imbalanced industrial data and validate the CTGAN–CatBoost model as a robust solution for online defect prediction in steel manufacturing.
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