Generation of manufacturing process knowledge for process optimization : a case study on milling

Industry 4.0, also called the fourth industrial revolution, is aiming to push the digital transformation of the manufacturing sector. The usage of sensors in the machines, which are interconnected with one another, as well as with other levels of the product lifecycle, such as design and operating l...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Σούφλας, Αθανάσιος
Άλλοι συγγραφείς: Souflas, Athanasios
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2021
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/15028
id nemertes-10889-15028
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Milling
Chatter detection
Milling modelling
Machine learning
Knowledge generation
Κατεργασία φρεζαρίσματος
Ανίχνευση chatter
Μοντελοποίηση κατεργασίας φρεζαρίσματος
Μηχανική μάθηση
Παραγωγή γνώσης
spellingShingle Milling
Chatter detection
Milling modelling
Machine learning
Knowledge generation
Κατεργασία φρεζαρίσματος
Ανίχνευση chatter
Μοντελοποίηση κατεργασίας φρεζαρίσματος
Μηχανική μάθηση
Παραγωγή γνώσης
Σούφλας, Αθανάσιος
Generation of manufacturing process knowledge for process optimization : a case study on milling
description Industry 4.0, also called the fourth industrial revolution, is aiming to push the digital transformation of the manufacturing sector. The usage of sensors in the machines, which are interconnected with one another, as well as with other levels of the product lifecycle, such as design and operating life of the product will be introduced in a wide audience. Therefore, technologies that provide the ability to manage this amplitude of data and process them are key elements of this era. As a result, the automated generation of manufacturing process knowledge is highly pursued. To this end, structured approaches to design and develop robust and high-performance knowledge generation systems are required. This work presents an approach based on the DIKW pyramid, where the application of each level of the pyramid is mapped into the manufacturing process context, in order to define the requirements for the knowledge generation system. Physics-based modelling of the process is utilized to enable the identification of the required transformations to climb the DIKW pyramid. The proposed approach is validated in a case study on chatter detection in milling. An acceleration sensor is integrated in the milling machine and Variational Mode Decomposition is utilized to decompose the acceleration signal and keep the component that holds chatter rich information. Features that are sensitive to the phenomenon of chatter are extracted from the signal, in order to capture the transient nature of the phenomenon, compared to the steady-state, stable process, as well as the energy shift from the tooth passing frequencies towards the structural modes of the machine. A Support Vector Machine classifier is trained and utilized towards chatter detection, enabling high classification accuracy and excellent detection speed, which can facilitate the implementation of the knowledge generation system towards real-time monitoring and control of chatter during the milling process.
author2 Souflas, Athanasios
author_facet Souflas, Athanasios
Σούφλας, Αθανάσιος
author Σούφλας, Αθανάσιος
author_sort Σούφλας, Αθανάσιος
title Generation of manufacturing process knowledge for process optimization : a case study on milling
title_short Generation of manufacturing process knowledge for process optimization : a case study on milling
title_full Generation of manufacturing process knowledge for process optimization : a case study on milling
title_fullStr Generation of manufacturing process knowledge for process optimization : a case study on milling
title_full_unstemmed Generation of manufacturing process knowledge for process optimization : a case study on milling
title_sort generation of manufacturing process knowledge for process optimization : a case study on milling
publishDate 2021
url http://hdl.handle.net/10889/15028
work_keys_str_mv AT souphlasathanasios generationofmanufacturingprocessknowledgeforprocessoptimizationacasestudyonmilling
AT souphlasathanasios paragōgēgnōsēsstismēchanourgikeskatergasiesmeskopotēbeltistopoiēsētousmeletēperiptōsēsstēdiadikasiaphrezarismatos
_version_ 1771297289038462976
spelling nemertes-10889-150282022-09-05T20:41:26Z Generation of manufacturing process knowledge for process optimization : a case study on milling Παραγωγή γνώσης στις μηχανουργικές κατεργασίες με σκοπό τη βελτιστοποίησή τους : μελέτη περίπτωσης στη διαδικασία φρεζαρίσματος Σούφλας, Αθανάσιος Souflas, Athanasios Milling Chatter detection Milling modelling Machine learning Knowledge generation Κατεργασία φρεζαρίσματος Ανίχνευση chatter Μοντελοποίηση κατεργασίας φρεζαρίσματος Μηχανική μάθηση Παραγωγή γνώσης Industry 4.0, also called the fourth industrial revolution, is aiming to push the digital transformation of the manufacturing sector. The usage of sensors in the machines, which are interconnected with one another, as well as with other levels of the product lifecycle, such as design and operating life of the product will be introduced in a wide audience. Therefore, technologies that provide the ability to manage this amplitude of data and process them are key elements of this era. As a result, the automated generation of manufacturing process knowledge is highly pursued. To this end, structured approaches to design and develop robust and high-performance knowledge generation systems are required. This work presents an approach based on the DIKW pyramid, where the application of each level of the pyramid is mapped into the manufacturing process context, in order to define the requirements for the knowledge generation system. Physics-based modelling of the process is utilized to enable the identification of the required transformations to climb the DIKW pyramid. The proposed approach is validated in a case study on chatter detection in milling. An acceleration sensor is integrated in the milling machine and Variational Mode Decomposition is utilized to decompose the acceleration signal and keep the component that holds chatter rich information. Features that are sensitive to the phenomenon of chatter are extracted from the signal, in order to capture the transient nature of the phenomenon, compared to the steady-state, stable process, as well as the energy shift from the tooth passing frequencies towards the structural modes of the machine. A Support Vector Machine classifier is trained and utilized towards chatter detection, enabling high classification accuracy and excellent detection speed, which can facilitate the implementation of the knowledge generation system towards real-time monitoring and control of chatter during the milling process. Η τέταρτη βιομηχανική επανάσταση έχει ως στόχο την προώθηση του ψηφιακού μετασχηματισμού του κλάδου μεταποίησης. Η χρήση αισθητήρων σε μηχανές, οι οποίες είναι διασυνδεδεμένες μεταξύ τους, καθώς και με άλλα επίπεδα του κύκλου ζωής του προϊόντος, όπως ο σχεδιασμός και η λειτουργία του θα εισαχθεί σε ένα ευρύ πλαίσιο. Επομένως, τεχνολογίες, οι οποίες δίνουν τη δυνατότητα διαχείρισης και επεξεργασίας αυτής της πληθώρας δεδομένων, είναι κύρια στοιχεία της σημερινής εποχής. Ως αποτέλεσμα, η αυτοματοποίηση της παραγωγής γνώσης στις μηχανουργικές κατεργασίες είναι επιδιώκεται συνεχώς. Για την επίτευξη αυτής της αυτοματοποίησης, είναι απαραίτητο να υπάρξουν δομημένες προσεγγίσεις όσον αφορά το σχεδιασμό και την εξέλιξη συστημάτων παραγωγής γνώσης με υψηλή απόδοση. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται μία προσέγγιση με βάση την πυραμίδα DIKW, όπου εξετάζεται η εφαρμογή κάθε επιπέδου της πυραμίδας στο πλαίσιο των μηχανουργικών κατεργασιών, ώστε να καθοριστούν οι απαιτήσεις για το σχεδιασμό ενός αυτοματοποιημένου συστήματος παραγωγής γνώσης. Θεωρητικά μοντέλα της κατεργασίας χρησιμοποιούνται για να εντοπιστούν οι απαραίτητοι μετασχηματισμοί για την άνοδο μεταξύ των επιπέδων της πυραμίδας DIKW. Η προσέγγιση της παρούσας εργασίας εξετάζεται σε μία μελέτη περίπτωσης που αφορά την ανίχνευση του φαινομένου του chatter σε κατεργασίες φρεζαρίσματος. Ένας αισθητήρας επιτάχυνσης ενσωματώνεται σε μία εργαλειομηχανή και ο αλγόριθμος Variational Mode Decomposition χρησιμοποιείται για την αποσύνθεση του σήματος της επιτάχυνσης και τη διατήρηση του μέρους, το οποίο περιέχει πληροφορίες σχετικά με το chatter. Χαρακτηριστικά του σήματος με ευαισθησία στο φαινόμενο χρησιμοποιούνται, ώστε να αποκαλυφθεί η παροδική φύση του φαινομένου, σε σχέση με την ομαλή κατεργασία, καθώς και η μεταφορά ενέργειας του σήματος από τις συχνότητες έλευσης του κοπτικού προς τις ιδιοσυχνότητες τις μηχανής. Μία Μηχανή Υποστηρικτικών Διανυσμάτων εκπαιδεύεται και χρησιμοποιείται για την ανίχνευση του chatter, παρέχοντας υψηλή ακρίβεια κατηγοριοποίησης και εξαιρετική ταχύτητα ανίχνευσης, δίνοντας τη δυνατότητα για χρήση του συστήματος σε εφαρμογές παρακολούθησης και ελέγχου του chatter σε πραγματικό χρόνο. 2021-07-16T05:10:45Z 2021-07-16T05:10:45Z 2021-07-15 http://hdl.handle.net/10889/15028 en application/pdf