Fault cause identification in automated manufacturing lines is challenging due to the system's complexity, frequent reconfigurations, and the limited reusability of existing Failure Mode and Effects Analysis (FMEA) knowledge. Although FMEA worksheets contain valuable expert insights, their reuse across heterogeneous lines is hindered by natural language variability, inconsistent terminology, and process differences. To address these limitations, this study proposes a process-aware framework that enhances FMEA reusability by combining manufacturing-domain conceptualization with graph neural network (GNN) reasoning. First, FMEA worksheets from multiple manufacturing lines are transformed into a unified knowledge graph through ontology-guided large language model (LLM) extraction, capturing domain concepts such as actions, states, components, and parameters. Second, a Relational Graph Convolutional Network (RGCN) with the process-aware scoring function learns embeddings that respect both semantic relationships and sequential process flows. Finally, link prediction is employed to infer and rank candidate fault causes consistent with the target line's process flow. A case study on automotive pressure sensor assembly lines demonstrates that the proposed method outperforms a state-of-the-art retrieval-augmented generation (RAG) baseline (F1@20 = 0.267) and an RGCN approach (0.400), achieving the best performance (0.523) in fault cause identification. Ablation studies confirm the contributions of both LLM-driven domain conceptualization and process-aware learning. These results indicate that the proposed framework significantly improves the transferability of FMEA knowledge across heterogeneous lines, thereby supporting operators in diagnosing failures more reliably and paving the way for future domain-adaptive LLM applications in smart manufacturing.


翻译:自动化制造产线的故障原因识别具有挑战性,这源于系统的复杂性、频繁的重新配置以及现有故障模式与影响分析(FMEA)知识的有限可复用性。尽管FMEA工作表包含宝贵的专家见解,但其在异构产线间的复用受到自然语言变异性、术语不一致性以及过程差异的阻碍。为应对这些局限,本研究提出一种过程感知框架,通过将制造领域概念化与图神经网络(GNN)推理相结合,以增强FMEA的可复用性。首先,通过本体引导的大型语言模型(LLM)提取,将来自多条制造产线的FMEA工作表转化为统一的知识图谱,捕获诸如动作、状态、组件和参数等域概念。其次,采用具有过程感知评分函数的关系图卷积网络(RGCN)学习同时尊重语义关系和顺序过程流的嵌入表示。最后,利用链接预测来推断并排序与目标产线过程流一致的候选故障原因。一项关于汽车压力传感器装配产线的案例研究表明,所提方法在故障原因识别中优于最先进的检索增强生成(RAG)基线(F1@20 = 0.267)和RGCN方法(0.400),取得了最佳性能(0.523)。消融研究证实了LLM驱动的领域概念化和过程感知学习的贡献。这些结果表明,所提框架显著提高了FMEA知识在异构产线间的可迁移性,从而支持操作员更可靠地诊断故障,并为未来智能制造中领域自适应的LLM应用铺平了道路。

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