Increasing digitalization enables the use of machine learning methods for analyzing and optimizing manufacturing processes. A main application of machine learning is the construction of quality prediction models, which can be used, among other things, for documentation purposes, as assistance systems for process operators, or for adaptive process control. The quality of such machine learning models typically strongly depends on the amount and the quality of data used for training. In manufacturing, the size of available datasets before start of production is often limited. In contrast to data, expert knowledge commonly is available in manufacturing. Therefore, this study introduces a general methodology for building quality prediction models with machine learning methods on small datasets by integrating shape expert knowledge, that is, prior knowledge about the shape of the input-output relationship to be learned. The proposed methodology is applied to a brushing process with $125$ data points for predicting the surface roughness as a function of five process variables. As opposed to conventional machine learning methods for small datasets, the proposed methodology produces prediction models that strictly comply with all the expert knowledge specified by the involved process specialists. In particular, the direct involvement of process experts in the training of the models leads to a very clear interpretation and, by extension, to a high acceptance of the models. Another merit of the proposed methodology is that, in contrast to most conventional machine learning methods, it involves no time-consuming and often heuristic hyperparameter tuning or model selection step.


翻译:计算机学习的主要应用是设计质量预测模型,用于建立质量预测模型,同时采用机器学习方法来对小型数据集进行小型数据集,包括整合成形的专业知识,即事先了解拟学习的输入-输出关系的形式; 拟议的方法应用于一个刷新过程,使用125美元的数据点来预测作为五个过程变量功能的表面粗糙度; 与小型数据集的常规机器学习方法相比,拟议的方法产生了一种严格符合所涉进程专家规定的所有专家知识的预测模型; 特别是,进程专家直接参与模型的培训,往往导致一种非常清晰的进度分析方法,以及一种最精确的模型选择方法; 拟议的方法与小型数据集的常规机器学习方法相比,它产生了一种严格符合所涉进程专家规定的所有专家知识的预测模型。

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