Zeitschriftenaufsätze

Recently developed fault classification methods for industrial processes are mainly data-driven. Notably, models based on deep neural networks have significantly improved fault classification accuracy owing to the inclusion of a large number of data patterns. However, these data-driven models are vulnerable to adversarial attacks; thus, small perturbations on the samples can cause the models to provide incorrect fault predictions. Several recent studies have demonstrated the vulnerability of machine learning methods and the existence of adversarial samples. This paper proposes a black-box attack method with an extreme constraint for a safe-critical industrial fault classification system: Only one variable can be perturbed to craft adversarial samples. Moreover, to hide the adversarial samples in the visualization space, a Jacobian matrix is used to guide the perturbed variable selection, making the adversarial samples in the dimensional reduction space invisible to the human eye. Using the one-variable attack (OVA) method, we explore the vulnerability of industrial variables and fault types, which can help understand the geometric characteristics of fault classification systems. Based on the attack method, a corresponding adversarial training defense method is also proposed, which efficiently defends against an OVA and improves the prediction accuracy of the classifiers. In experiments, the proposed method was tested on two datasets from the Tennessee-Eastman process (TEP) and steel plates (SP). We explore the vulnerability and correlation within variables and faults and verify the effectiveness of OVAs and defenses for various classifiers and datasets. For industrial fault classification systems, the attack success rate of our method is close to (on TEP) or even higher than (on SP) the current most effective first-order white-box attack method, which requires perturbation of all variables.

Der Beitrag thematisiert die Erarbeitung von Bewertungsstrategien für ultraschallgeschweißte Litze-Ableiter-Verbindungen unter besonderer Berücksichtigung der Litzenverdichtung als zentralen Punkt der Gesamtverbindungsbildung. Dabei wurde gezeigt, dass unabhängig von der Schwingungswirkrichtung (linear, torsional) eine hinreichende Verdichtung und Anbindung der Litzen an den Ableiter und dadurch sehr gute mechanische und elektrische Eigenschaften erzielt werden können. Zur Untersuchung der Möglichkeiten einer erweiterten Prozessüberwachung wurden zudem die maschinenseitigen Anlagendaten (Schweißkurven) ausgewertet und mit den Verbindungsfestigkeiten verglichen. Hierbei konnte die zusammengesetzte Kenngröße der Sonotrodeneindringgeschwindigkeit eingeführt und mit verschiedenen Kompaktierungszuständen (zum Beispiel „überschweißte“ Verbindungen) korreliert werden. Ebenso konnten eine Methodik zur eindeutigen Bewertung des Prozesses und der Schweißergebnisse erarbeitet sowie der Einfluss verschiedener bauteil- und werkstoffspezifischer Einflussgrößen sowie dessen Auswirkungen auf die Litzenverdichtung und Verbindungsbildung betrachtet werden. So zeigte sich, dass für verschiedene herstellerspezifische Litzenverseilungen Anpassungen der Prozessparameter erforderlich sind, um für jeden Litzentyp sehr gute mechanische Eigenschaften zu erzielen. Als weiterer werkstoffspezifischer Einfluss wurden verschiedene Oberflächenbeschaffenheiten des Litzenkabels untersucht.

Der Schwerpunkt der hier vorgestellten Untersuchungen zum MSG-Verbindungsschweißen mit dem Einsatz von Zusatzheißdraht lag auf der Verringerung der thermischen Beanspruchung durch die Separierung des Werkstoff- und Wärmeeintrags sowie auf der flächenmäßigen Verteilung des Energieeintrags durch eine magnetinduzierte zweidimensionale Lichtbogenauslenkung. Dabei wurde die Auslenkung des Lichtbogens zum einen über einen Gleichstrom(DC)-Heißdraht und eine eigens entwickelte Magneteinheit, zum anderen über das Wechselspiel zweier Wechsel-strom(AC)-Heißdrähte erzeugt. Somit wurden Abschmelzleistungen größer als 15 kg/h ermöglicht und eine davon unabhängige Einstellung der mechanisch-technologischen Eigenschaften erzielt. Hierzu erfolgte eine umfangreiche Charakterisierung der Prozesse am niedriglegierten Baustahl S355 (Zusatzwerkstoff: G4Si1) sowie am hochlegierten, rostfreien Stahl X5CrNi18-10 (Zusatzwerkstoff: G19-9-LSi). Die Abschmelzleistung wurde hinsichtlich des Energieeintrags und des resultierenden Temperatur-Zeit-Verlaufs variiert, um Erkenntnisse zu geometrischen und metallurgischen Eigenschaften zu erarbeiten. Weiter wurden der Einfluss des Heißdrahts auf die Verbindungsausbildung bewertet und geeignete Drahtvorschubverhältnisse erarbeitet. Abschließend wurden unterschiedliche Auslenkmuster untersucht, um die Anbindung der Werkstoffe zueinander sowie das Benetzungs- und Einbrandverhalten gezielt anzupassen. Das Forschungsvorhaben liefert erstmalig Erkenntnisse zum heißdrahtunterstützten MSG-Verbindungsschweißen mit zusätzlicher magnetinduzierter Lichtbogenauslenkung.

A liquid metal flow in the form of a submerged round jet entering a square duct in the presence of a transverse magnetic field is studied experimentally. A range of high Reynolds and Hartmann numbers is considered. Flow velocity is measured using electric potential difference probes. A detailed study of the flow in the duct's cross-section about seven jet's diameters downstream of the inlet reveals the dynamics, which is unsteady and dominated by high-amplitude fluctuations resulting from the instability of the jet. The flow structure and fluctuation properties are largely determined by the value of the Stuart number N. At moderate N, the mean velocity profile retains a central jet with three-dimensional perturbations increasingly suppressed by the magnetic field as N grows. At higher values of N, the flow becomes quasi-two-dimensional and acquires the form of an asymmetric macrovortex, with high-amplitude velocity fluctuations reemerging.