Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Teses
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dc.creatorVASCONCELOS, Guilherme Augusto Vilas Boas-
dc.date.issued2025-07-07-
dc.identifier.citationVASCONCELOS, Guilherme Augusto Vilas Boas. Otimização robusta no processo de fresamento de topo do aço inoxidável duplex UNS S32205 por meio de aprendizagem de máquina. 2025. 157 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2025.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4285-
dc.description.abstractThe growing demand for energy efficiency and cost reduction in manufacturing processes has driven the need for optimization in operations such as end milling, especially when machining complex materials like duplex stainless steel UNS S32205. Although this material exhibits excellent mechanical strength and corrosion resistance, it has low machinability due to its tendency to work harden and its low thermal conductivity—factors that compromise process stability and directly affect surface finish quality. In the end milling of this steel, the precise definition of cutting parameters becomes even more challenging due to the presence of noise variables inherent to the process. Given this complexity, the application of machine learning models emerges as a promising approach, provided it is combined with appropriate techniques to construct robust models, that is, models capable of maintaining high predictive performance even in the presence of noise. This thesis aims to develop and validate machine learning models for predicting surface roughness (Ra) in the end milling of duplex stainless steel UNS S32205, simultaneously considering control variables and noise variables. The experiments were conducted based on a central composite design, combining the input variables (cutting speed, feed per tooth, width of cut, and depth of cut) with noise variables (tool flank wear, fluid flow rate, and tool overhang). The study applied the concept of robust parameter design, response surface methodology, and machine learning techniques. The models used included Support Vector Machines (SVM), Decision Tree Regressors (DTR), Random Forests (RF), and Artificial Neural Networks (ANN). Performance evaluation metrics included RMSE, MAE, MSE, and cross-validation using average R2. The ANN models showed the best performance, with the 7-20-14-1 architecture standing out, achieving an R2 of 0.92, RMSE of 0.06, and average R2 of 0.90 in surface roughness prediction. The ANN model was then used as the objective function in an optimization process conducted using the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm, aiming to identify cutting parameters that minimize roughness. Confirmation experiments, performed using a Taguchi L9 array, validated the obtained results, demonstrating that the selected machine learning model was effective in simulating and optimizing the real behavior of the process.pt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Itajubápt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectInteligência artificialpt_BR
dc.subjectRugosidade superficialpt_BR
dc.subjectIndústria 4.0pt_BR
dc.subjectRedes neurais artificiais,pt_BR
dc.subjectPSOpt_BR
dc.titleOtimização robusta no processo de fresamento de topo do aço inoxidável duplex UNS S32205 por meio de aprendizagem de máquinapt_BR
dc.typeTesept_BR
dc.date.available2025-09-19-
dc.date.available2025-09-19T17:51:49Z-
dc.date.accessioned2025-09-19T17:51:49Z-
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/8922649967544135pt_BR
dc.contributor.advisor1MELO, Mírian de Lourdes Noronha Motta-
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7222063849735570pt_BR
dc.contributor.advisor-co1FRANCISCO, Matheus Brendon-
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8699242021339583pt_BR
dc.description.resumoA crescente busca por eficiência energética e redução de custos em processos de manufatura tem impulsionado a necessidade de otimização em operações como o fresamento de topo, sobretudo na usinagem de materiais complexos, como o aço inoxidável duplex UNS S32205. Esse material, embora apresente excelente resistência mecânica e à corrosão, possui baixa usinabilidade devido à sua tendência ao encruamento e à baixa condutividade térmica. No fresamento de topo desse aço, a definição precisa dos parâmetros de corte torna-se ainda mais desafiadora devido à presença de variáveis de ruído inerentes ao processo. Diante dessa complexidade, a aplicação de modelos de aprendizado de máquina desponta como uma abordagem promissora, desde que aliada a técnicas adequadas para a construção de modelos robustos, isto é, capazes de manter alto desempenho preditivo mesmo diante de ruídos. Esta tese tem como objetivo desenvolver e validar modelos de aprendizado de máquina para a previsão da rugosidade superficial (Ra) no fresamento de topo do aço inoxidável duplex UNS S32205, considerando simultaneamente variáveis de controle e variáveis de ruído. Os ensaios foram conduzidos com base em um planejamento composto central, combinando as variáveis de entrada (velocidade de corte, avanço por dente, largura fresada e profundidade de corte) com as variáveis de ruído (desgaste do flanco da ferramenta, vazão de fluido e comprimento em balanço). Foram aplicados o conceito de projeto de parâmetro robusto, a metodologia de superfície de resposta e técnicas de aprendizado de máquina. Os modelos utilizados incluíram Máquinas de Vetores de Suporte (SVM), Árvores de Decisão (DTR), Florestas Aleatórias (RF) e Redes Neurais Artificiais (RNA). As métricas de avaliação de desempenho abrangeram RMSE, MAE, MSE e validação cruzada por R2 médio. Os modelos de RNA apresentaram os melhores desempenhos, com destaque para a arquitetura 7-20-14-1, que obteve R2 de 0,92, RMSE de 0,06 e R2 médio de 0,90 na previsão da rugosidade superficial. O modelo de RNA foi então utilizado como função objetivo em um processo de otimização conduzido pelo algoritmo de enxame de partículas (PSO), com o intuito de identificar os parâmetros de corte que minimizam a rugosidade. Os experimentos de confirmação, realizados por meio do arranjo L9 de Taguchi, confirmaram os resultados obtidos, evidenciando que o modelo de aprendizado de máquina selecionado foi eficaz para simular e otimizar o comportamento real do processo.pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentIEM - Instituto de Engenharia Mecânicapt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Mecânicapt_BR
dc.publisher.initialsUNIFEIpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELÉTRICApt_BR
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