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一種知識驅動的基於LLM的決策支持系統,用於激光粉末牀熔融的可解釋缺陷分析與緩解指導

文章摘要

本研究提出了一種知識驅動的決策支持系統,將結構化缺陷知識與基於LLM的推理相結合,以激光粉末牀熔融(LPBF)為例,提供可解釋的缺陷診斷和緩解指導。該系統基於包含27種LPBF缺陷類型的知識庫,支持模糊自然語言查詢、文獻支持的缺陷解釋以及緩解策略指導。此外,多模態圖像評估模塊利用基礎模型進行描述符引導的顯微缺陷圖像解釋。評估表明,完全集成配置的宏觀平均F1得分為0.808,且Cohen's kappa分析顯示模型輸出與文獻參考標籤之間具有高度一致性。

來源arXiv AI作者: Basit Mahmud Shahriar, Md Habibor Rahman
一種知識驅動的基於LLM的決策支持系統,用於激光粉末牀熔融的可解釋缺陷分析與緩解指導
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在增材製造領域,激光粉末牀熔融(LPBF)技術因其複雜工藝而常產生多種缺陷,影響最終產品質量。傳統缺陷分析方法往往缺乏可解釋性和系統性。為應對這一挑戰,研究人員Basit Mahmud Shahriar和Md Habibor Rahman提出了一種知識驅動的決策支持系統,該系統將結構化缺陷知識與大型語言模型(LLM)的推理能力緊密結合,旨在為LPBF工藝提供可解釋的缺陷診斷和緩解指導。

該系統的核心是一個包含27種已知LPBF缺陷類型的知識庫,這些缺陷按照層次類別和因果關係進行組織,形成本體結構。用户可以通過模糊自然語言查詢與系統交互,獲取基於文獻證據的缺陷解釋,以及針對缺陷原因和緩解策略的實用建議。所有推理都基於編碼的過程知識,確保了輸出的可靠性和可追溯性。

此外,系統還集成了一個多模態圖像評估模塊。該模塊利用基礎模型(foundation models)實現描述符引導的顯微缺陷圖像解釋。通過語義對齊評分技術,系統能夠將圖像特徵與缺陷描述進行匹配,從而增強診斷的準確性。這一功能對於實際生產中的快速缺陷識別尤為重要。

研究團隊對系統進行了全面的評估,包括與通用視覺語言模型的定性比較、消融研究以及評估者間信度分析。在文獻推導的數據集上,完全集成的系統配置表現出色,宏觀平均F1分數達到0.808,並在所有配置中表現最優。Cohen's kappa分析進一步證實,模型輸出與文獻參考標籤之間具有高度一致性。

這些結果表明,本體引導的知識表示能夠顯著提升LLM輔助LPBF缺陷分析的一致性、可解釋性和實際應用價值。該研究為增材製造領域的智能質量控制提供了新的思路,有望推動製造過程向更可靠、更透明的方向發展。

展開要點與分析

文章情報

工程師進階

要點

  • 系統整合了27種LPBF缺陷類型的結構化知識庫與LLM推理。
  • 支持模糊自然語言查詢,提供文獻支持的缺陷解釋和緩解指導。
  • 多模態圖像評估模塊基於基礎模型,通過語義對齊評分解釋顯微缺陷圖像。
  • 完全集成配置在文獻數據集上達到0.808的宏觀平均F1分數,與參考標籤高度一致。

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