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Tipo: Dissertação
Data do documento: 27-Mar-2024
Autor(es): OLIVEIRA, Rafael Barbosa de
Primeiro(a) Orientador(a): OLIVEIRA, Roberto Célio Limão de
Título: Arquitetura de modelos híbridos, machine learning e otimizadores para análise de consumo de energia elétrica e produtividade em pintura automotiva
Citar como: OLIVEIRA, Rafael Barbosa de. Arquitetura de Modelos Híbridos, Machine Learning e Otimizadores para Análise de Consumo de Energia Elétrica e Produtividade em Pintura Automotiva. Orientador: Roberto Célio Limão de Oliveira. 2024. 70 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará, Belém, 2024. Disponível em:https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/16743 . Acesso em:.
Resumo: Estratégias de otimização de consumo energético nas etapas de pintura emergem como fatores primordiais para promover uma produção mais sustentável e competitiva no setor automotivo. Esta dissertação busca prever o consumo energético e maximizar a produtividade na pintura automotiva, utilizando uma abordagem que combina seleção de variáveis, modelos híbridos, hiperparâmetros destes modelos e otimização por meta-heurística em uma arquitetura com 3 etapas. Os processos de pintura automotiva apresentam variáveis em forma de séries temporais que descrevem o histórico do consumo de energia. Na etapa 1, escolhe-se o melhor modelo de aprendizado de máquina (Random Forest, Long-Short Term Memory, XGBoost e GRU-LSTM) para prever séries temporais do consumo energético em t+1. Na etapa 2, avalia-se os modelos RF, XGBoost e Rede Neural Artificial (RNA) Densa para selecionar o melhor preditor de quantidade de veículos produzidos (ciclos). Na etapa 3, seleciona-se a melhor meta-heurística entre Genetic Algorithm (GA), Differential Evolution (DE) e Particle Swarm Optimization (PSO) para otimizar o consumo energético previsto pelo melhor modelo do step 1, usando como medida de fitness o melhor modelo do step 2. A arquitetura final reduziu a energia consumida em até 16% e aumentou o ciclo em 127%, usando os modelos GRU-LSTM na etapa 1, RNA Densa na etapa 2 e DE no etapa 3. Os resultados ressaltam a oportunidade de uso da abordagem proposta para otimizar o consumo de enrgia e a produtividade na pintura automotiva.
Abstract: Strategies for optimizing energy consumption in the painting stages are emerging as key factors in promoting more sustainable and competitive production in the automotive sector. This dissertation seeks to predict energy consumption and maximize productivity in automotive painting, using an approach that combines variable selection, hybrid models, hyperparameters of these models and meta-heuristic optimization in a 3-stage architecture. Automotive painting processes have variables in the form of time series that describe the history of energy consumption. In stage 1, the best machine learning model is chosen (Random Forest, Long-Short Term Memory, XGBoost and GRU-LSTM) to predict energy consumption time series at t+1. In step 2, the RF, XGBoost and Dense Artificial Neural Network (ANN) models are evaluated to select the best predictor of the number of vehicles produced (cycles). In step 3, the best metaheuristic between Genetic Algorithm (GA), Differential Evolution (DE) and Particle Swarm Optimization (PSO) is selected to optimize the energy consumption predicted by the best model from step 1, using the best model from step 2 as a fitness measure. The final architecture reduced the energy consumed by up to 16% and increased the cycle by 127%, using the GRU-LSTM models in step 1, Dense ANN in step 2 and DE in step 3. The results highlight the opportunity to use the proposed approach to optimize energy consumption and productivity in automotive painting.
Palavras-chave: Energia. manufatura
Pintura automotiva
Aprendizado de máquina
Energy. manufacturing
Automotive painting
Machine learning
Área de Concentração: COMPUTAÇÃO APLICADA
Linha de Pesquisa: INTELIGÊNCIA COMPUTACIONAL
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Pará
Sigla da Instituição: UFPA
Instituto: Instituto de Tecnologia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Fonte URI: Disponível via internert através do correio eletrônico: bibliotecaitec@ufpa.br
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