Discover and Explore Weak Causality and Causal Disposition in Images for Smart Manufacturing Tasks
Julkaisuvuosi
2025
Tekijät
Streltsov, Oleksii; Terziyan, Vagan; Vitko, Oleksandra
Tiivistelmä
In the context of Industry 4.0 and smart manufacturing, effective machine learning models must not only predict outcomes but also understand the underlying causal relationships for tasks such as predictive and prescriptive maintenance. However, traditional Convolutional Neural Networks (CNNs) are often limited by their inability to explicitly capture and utilize these causal relationships within image data, which can lead to suboptimal performance and limited interpretability in industrial applications. This paper addresses these limitations by advancing our prior work on Causality-Aware Convolutional Neural Networks (CA-CNNs), which are designed to identify and utilize hidden causal factors within images. Through a series of empirical validations, we demonstrate that: CA-CNNs outperform conventional CNNs in classification tasks by employing causality maps; pre-trained CNNs enhance the computation of these maps, while weighting features based on causality maps leads to superior performance; the “Lehmer” method improves noise tolerance and adversarial robustness, and the use of “causality shadows” derived from saliency maps increases classification accuracy. We further explore integration strategies, including Knowledge-Informed Machine Learning schemas, to merge the discovered features effectively with their causal relationships. Our findings highlight the significant potential of CA-CNNs and their modifications in industrial applications, offering improved predictive capabilities, and explainability in smart manufacturing. See presentation slides: https://ai.it.jyu.fi/ISM-2024-CA-CNN-Experiments.pptx Find code and details on experiments: https://github.com/Alexiush/weak-causality-and-causal-disposition-in-images
Näytä enemmänOrganisaatiot ja tekijät
Julkaisutyyppi
Julkaisumuoto
Artikkeli
Emojulkaisun tyyppi
Konferenssi
Artikkelin tyyppi
Muu artikkeli
Yleisö
TieteellinenVertaisarvioitu
VertaisarvioituOKM:n julkaisutyyppiluokitus
A4 Artikkeli konferenssijulkaisussaJulkaisukanavan tiedot
Emojulkaisun nimi
6th International Conference on Industry 4.0 and Smart Manufacturing
Emojulkaisun toimittajat
Solina, Vittorio; Longo, Francesco; Romero, David
Kustantaja
Sivut
187-198
ISSN
Julkaisufoorumi
Julkaisufoorumitaso
1
Avoin saatavuus
Avoin saatavuus kustantajan palvelussa
Kyllä
Julkaisukanavan avoin saatavuus
Kokonaan avoin julkaisukanava
Rinnakkaistallennettu
Kyllä
Muut tiedot
Tieteenalat
Tietojenkäsittely ja informaatiotieteet
Avainsanat
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
Julkaisumaa
Alankomaat
Kustantajan kansainvälisyys
Kansainvälinen
Kieli
englanti
Kansainvälinen yhteisjulkaisu
Kyllä
Yhteisjulkaisu yrityksen kanssa
Ei
DOI
10.1016/j.procs.2025.01.082
Julkaisu kuuluu opetus- ja kulttuuriministeriön tiedonkeruuseen
Kyllä