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Análise da convexidade de funções de superfície de resposta em processos de fabricação

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dc.creator MOTTA, Leticia Dias Carnevalli
dc.date.issued 2025-10-02
dc.identifier.citation MOTTA, Leticia Dias Carnevalli. Análise da convexidade de funções de superfície de resposta em processos de fabricação. 2025. 119 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Produção) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2025. pt_BR
dc.identifier.uri https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4461
dc.description.abstract Response Surface Methodology (RSM) has proven to be highly relevant in the optimization of industrial processes, as it provides a comprehensive understanding of the relationship between input and output variables while minimizing the number of experiments required for analysis. However, the complexity associated with obtaining saddle-type functions represents a critical challenge, demanding effective approaches to overcome limitations in the search for global optima in multivariate experiments. The convexity of objective functions generated by RSM designs can be analyzed through spectral decomposition. This work presents an analysis of the convexity of functions derived from RSM in different manufacturing processes, applying the aforementioned theory. The study involves the calculation and classification of eigenvalues to identify concave, convex, and saddle-type functions, as well as curvature tests to verify the presence of significant quadratic components. The main consequence of using saddle-type objective functions is that, for this type of optimization, the optima—usually constrained—tend to fall in regions far from the experimental design center, where the prediction variance is extremely high, compromising the quality of optimization models. In this work, an extended set of 240 objective functions obtained from RSM with Central Composite Design (CCD) arrangements was analyzed. The investigation revealed that 71.25% of the analyzed functions exhibited a “saddle-type” behavior, while 14.17% were “concave” and 14.58% “convex.” It was found that 80.42% of the models showed statistically significant curvature and that, in approximately 80% of the cases, the experiments were conducted with fewer center points than recommended, which contributed to increased variance and predictive instability. Among the saddle-type functions, 92.40% required active experimental-space constraints, reinforcing the importance of controlling the hypersphere radius (ρ) to ensure more stable predictions. The results demonstrate that an appropriate balance between the expected response value and variance, combined with the use of additional center points and suitable constraints, constitutes an effective strategy to ensure statistical stability and reliability in the application of RSM to manufacturing processes. pt_BR
dc.language por pt_BR
dc.publisher Universidade Federal de Itajubá pt_BR
dc.rights Acesso Aberto pt_BR
dc.subject Metodologia de superfície de resposta pt_BR
dc.subject Decomposição espectral pt_BR
dc.subject Processos de fabricação pt_BR
dc.subject Método de Jacobi pt_BR
dc.subject Convexidade pt_BR
dc.subject Funções tipo sela pt_BR
dc.title Análise da convexidade de funções de superfície de resposta em processos de fabricação pt_BR
dc.type Dissertação pt_BR
dc.date.available 2026-07-02
dc.date.available 2026-07-02T18:00:31Z
dc.date.accessioned 2026-07-02T18:00:31Z
dc.creator.Lattes http://lattes.cnpq.br/9531806549630436 pt_BR
dc.contributor.advisor1 PAIVA, Anderson Paulo de
dc.contributor.advisor1Lattes http://lattes.cnpq.br/4728106898297335 pt_BR
dc.description.resumo A Metodologia de Superfície de Resposta (RSM) mostra-se relevante na otimização de processos industriais, proporcionando o completo entendimento da relação entre variáveis de entrada e saída, ao mesmo tempo em que permite a minimização do número de experimentos necessários para análise. No entanto, a complexidade associada à obtenção de funções tipo sela representa um ponto de atenção, exigindo abordagens eficazes para superar limitações na busca por pontos ótimos globais em experimentos multivariados. É possível analisar a convexidade das funções objetivo geradas pelos arranjos de RSM por meio de decomposição espectral. Este trabalho apresenta uma análise da convexidade de funções derivadas da RSM em diferentes processos de fabricação, utilizando a teoria mencionada. O estudo é feito através do cálculo e classificação dos autovalores para identificar funções côncavas, convexas e do tipo sela, além de aplicar testes de curvatura para verificar a existência de componentes quadráticos significativos. A principal consequência da utilização de funções objetivo do tipo “Sela” é que, para este tipo de otimização, os pontos de ótimo – geralmente restritos – cairão em regiões muito distantes do centro do arranjo experimental, nas quais a variância de previsão é extremamente elevada, compromentendo a qualidade dos modelos de otimização. Neste trabalho, analisou-se um conjunto ampliado de 240 funções objetivo obtidas a partir de RSM com arranjos do tipo Central Composite Design (CCD). A investigação revelou que 71,25% das funções analisadas apresentam comportamento do tipo “Sela”, enquanto 14,17% são “Côncavas” e 14,58% “Convexas”. Verificou-se que 80,42% dos modelos apresentaram curvatura estatisticamente significativa e que, em aproximadamente 80% dos casos, os experimentos foram conduzidos com número de pontos centrais inferior ao recomendado, o que contribui para o aumento da variância e da instabilidade preditiva. Entre as funções tipo “Sela”, 92,40% exigiram restrições ativas ao espaço experimental, reforçando a importância do controle do raio da hiperesfera (ρ) para garantir previsões mais estáveis. Os resultados evidenciam que o adequado balanceamento entre o valor esperado da resposta e a variância, associado ao uso de pontos centrais adicionais e restrições adequadas, constitui estratégia eficaz para garantir estabilidade estatística e confiabilidade na aplicação da RSM em processos de manufatura. Palavras- pt_BR
dc.publisher.country Brasil pt_BR
dc.publisher.department IEPG - Instituto de Engenharia de Produção e Gestão pt_BR
dc.publisher.program Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia de Produção pt_BR
dc.publisher.initials UNIFEI pt_BR
dc.subject.cnpq CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE PRODUÇÃO pt_BR


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