Physics-informed meta learning for machining tool wear prediction

可解释性 刀具磨损 机械加工 分段 机器学习 可靠性(半导体) 机床 人工智能 计算机科学 工业工程 机械工程 工程类 数学 物理 数学分析 功率(物理) 量子力学
作者
Yilin Li,Jinjiang Wang,Zuguang Huang,Robert X. Gao
出处
期刊:Journal of Manufacturing Systems [Elsevier BV]
卷期号:62: 17-27 被引量:114
标识
DOI:10.1016/j.jmsy.2021.10.013
摘要

Tool wear prediction plays an important role in ensuring the reliability of machining operation due to their wide-ranging application in smart manufacturing. Massive effort has been devoted into exploring the methods of tool wear prediction. However, it remains a challenge to improve the accuracy of tool wear prediction under varying tool wear rates. To address this issue, this paper presents a new physics-informed meta-learning framework for tool wear prediction under varying wear rates. First, a physics-informed data-driven modeling strategy is proposed by employing the empirical equations’ parameters to improve the interpretability of the modeling and optimization of the data-driven models. The piecewise fitting is adopted to ensure the accuracy of the parameters. Second, the physics-informed model input is investigated to help the data-driven models explore the hidden information about the tool wear under varying tool wear rates. Third, the physics-informed loss term is presented to constrain the optimization of the meta-learning model. An experimental study on a milling machine is performed to validate the effectiveness of the presented method.
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