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Type: Tese
Title: Contribuições ao problema de predição das propriedades mecânicas de vergalhões de aço usando regressão por máquinas de Kernel
Title in English: Contributions to the problem of predicting the mechanical properties of steel rebars using Kernel machine regression
Authors: Bessa, Renan
Advisor: Barreto, Guilherme de Alencar
Co-advisor: Moura, Elineudo Pinho de
Keywords in Brazilian Portuguese : Aço - Propriedades mecânicas;Limite de Escoamento;Limite de resistência à tração;Deformabilidade plástica;Regressão por vetores suporte via mínimo quadrado
Keywords in English : Steel - Mechanical properties;Yield Strength;Tensile strength limit;Plastic deformability;Support vector regression via least squares
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Issue Date: 2024
Citation: BESSA, Renan. Contribuições ao problema de predição das propriedades mecânicas de vergalhões de aço usando regressão por máquinas de Kernel. 2024. 75 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.
Abstract in Brazilian Portuguese: Visando garantir a qualidade do produto e reduzir o custo da fabricação do aço, desenvolvem-se modelos de regressão não linear para prever as propriedades mecânicas de vergalhões de aço usando técnicas de aprendizado de máquina. Tendo isso em mente, revisita-se esse problema desenvolvendo uma metodologia de arquitetura que combina dois conceitos chaves na construção de modelos parcimoniosos: (i) esparsidade, propriedade na qual um modelo preditivo é construído com menos elementos relevantes (e.g., vetores suporte (VSs)) e, consequente, com menos parâmetros associados, e (ii) localidade, propriedade na qual vários modelos mais simples que são ajustados a partições menores dos dados. Nesse contexto, desenvolvem-se dois modelos de regressão baseados no modelo regressão por vetores suporte via mínimos quadrados (least squares support vector regression, LSSVR). O primeiro é uma versão esparsa aprimorada e o segundo é um novo modelo de regressão local baseado em LSSVR. A tarefa de interesse é a previsão de quatro variáveis que são usadas para avaliar as propriedades mecânicas do vergalhão de aço produzido, a saber: o limite de escoamento (LE), o limite de resistência à tração (LRT), a razão LRT/LE e o alongamento percentual (AP) com base em informações sobre sua composição química (12 variáveis) e os parâmetros do tratamento térmico de laminação (6 variáveis). Avaliam-se os modelos propostos usando dados reais coletados da fabricação de vergalhões de aço e comparam-se com o modelo global de LSSVR em termos de acurácia e eficiência. A abordagem local e esparsa do modelo LSSVR com o kernel de Cauchy consegue consistentemente superar a abordagem padrão de modelo de regressão único com o kernel gaussiano na tarefa de interesse, alcançando melhorias médias no R2 em relação aos estudos anteriores: 6,49% para LE, 6,47% para LRT, 2,72% para LRT/LE e 4,95% para AP. Além disso, a esparsificação do modelo e a abordagem de regressão local reduzem significativamente o número de operações com VSs, utilizando em média 36,25% do total de VSs disponíveis para a estimativa de LE, 38,75% para LRT, 31,83% para LRT/LE e 36,73% para AP, reduzindo aproximadamente 52% do tempo de cálculo de previsão das saídas do modelo.
Abstract: Aiming to ensure product quality and reduce the cost of steel manufacturing, nonlinear regression models are developed to predict the mechanical properties of steel rebar using machine learning techniques. Bearing this in mind, this problem is revisited by developing an architectural methodology that combines two key concepts in the construction of parsimonious models: (i) sparsity, a property in which a predictive model is built with fewer relevant elements (e.g., support vectors) and consequently with fewer associated parameters, and (ii) locality, a property in which several simpler models are fitted to smaller partitions of the data. In this context, two regression models based on the (least squares support vector regression, LSSVR) model are developed. The first is an enhanced sparse version, and the second is a new local regression model based on LSSVR. The task of interest is the prediction of four variables used to evaluate the mechanical properties of the produced steel rebar, namely: yield strength (YS), ultimate tensile strength (UTS), the UTS/YS ratio, and percent elongation (PE) based on information about its chemical composition (12 variables) and the parameters of the rolling heat treatment (6 variables). The proposed models are evaluated using real data collected from steel rebar manufacturing and compared with the global LSSVR model in terms of accuracy and efficiency. The local and sparse approach of the LSSVR model with the Cauchy kernel consistently outperforms the standard single regression model approach with the Gaussian kernel in the task of interest, achieving average improvements in R2 compared to previous studies: 6.49% for YS, 6.47% for UTS, 2.72% for UTS/YS, and 4.95% for PE. Additionally, the model sparsification and local regression approach significantly reduce the number of operations with support vectors, using an average of 36.25% of the total available support vectors for the estimation of YS, 38.75% for UTS, 31.83% for UTS/YS, and 36.73% for PE, reducing approximately 52% of the calculation time for predicting the model outputs.
Description in Brazilian Portuguese: Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/83974
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/8389870393118688
Advisor's ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7002-1216
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/8902002461422112
Co-advisor's ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3414-7951
Co-advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/7610478327010192
Access Rights: Acesso Aberto
Appears in Collections:DETE - Teses defendidas na UFC

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