A sequential cross-product knowledge accumulation, extraction and transfer framework for machine learning-based production process modelling

计算机科学 机器学习 过程(计算) 人工智能 知识转移 数据预处理 数据挖掘 生产(经济) 知识抽取 稀缺 利用 产品(数学) 预处理器 特征选择 特征(语言学) 工业工程 工程类 数学 哲学 宏观经济学 计算机安全 经济 操作系统 微观经济学 知识管理 几何学 语言学
作者
Jiarui Xie,Chonghui Zhang,Manuel Sage,Mutahar Safdar,Yaoyao Fiona Zhao
出处
期刊:International Journal of Production Research [Taylor & Francis]
卷期号:62 (12): 4181-4201 被引量:5
标识
DOI:10.1080/00207543.2023.2254854
摘要

Machine learning is a promising method to model production processes and predict product quality. It is challenging to accurately model complex systems due to data scarcity, as mass customisation leads to various high-variety low-volume products. This study conceptualised knowledge accumulation, extraction, and transfer (KAET) to exploit the knowledge embedded in similar entities to address data scarcity. A sequential cross-product KAET (SeqTrans) is proposed to conduct KAET, integrating data preparation and preprocessing, feature selection (FS), feature learning (FL), and transfer learning (TL). The FS and FL modules conduct knowledge extraction and help address various practical challenges such as changing operating conditions and unbalanced datasets. In this paper, sequential TL is introduced to production modelling to conduct knowledge transfer among multiple entities. The first case study of auxetic material performance prediction demonstrates the effectiveness of sequential TL. Compared with conventional TL, sequential TL can achieve the same test mean square errors with 300 fewer training examples when facing data scarcity. In the second case study, balancing anomaly detection models were constructed for two gas turbines in the same series using real-world production data. With SeqTrans, the F1-score of the anomaly detection model of the data-poor engine was improved from 0.769 to 0.909.

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