ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 28 № 2 2026 318 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Прогнозирование интенсивности изнашивания твёрдых PVD-покрытий с использованием гибридной модели Taguchi-RSM-ML с интерпретируемостью на основе SHAP-анализа Умеш Субхаш Патхаркар 1, a, Сунил Аппарао Патил 1, b, Нитин Амбхоре 2, c, * 1 Государственный инженерный колледж, Чх. Самбхаджинагар, 431005, Махараштра, Индия 2 Технологический институт Вишвакарма, Пунский университет имени Савитрибаи Пхуле, Пуна, 411037, Махараштра, Индия a https://orcid.org/0009-0005-9303-641X, patharkarumeshsubhash@gmail.com; b https://orcid.org/0009-0000-4804-0720, sakpatil967@gmail.com; c https://orcid.org/0000-0001-8468-8057, nitin.ambhore@vit.edu Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2026 Том 28 № 2 с. 318–334 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2026-28.2-318-334 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Физическое осаждение из паровой фазы (PVD) стало широко используемым методом нанесения твердых покрытий, необходимых для повышения производительности и долгоИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.793.18:621.891:004.85 История статьи: Поступила: 06 апреля 2026 Рецензирование: 11 апреля 2026 Принята к печати: 30 апреля 2026 Доступно онлайн: 15 июня 2026 Ключевые слова: PVD-покрытия Износ Методология поверхности отклика Случайный лес Градиентный бустинг SHAP-анализ АННОТАЦИЯ Введение. Поведение твердых покрытий, нанесенных методом физического осаждения из паровой фазы (PVD), трудно прогнозировать из-за нелинейной взаимосвязи между химическим составом покрытия, толщиной осажденного слоя, рабочей температурой и приложенной контактной нагрузкой. Многомерное картирование параметров с помощью исчерпывающих экспериментов требует значительных временных и финансовых затрат. Цель работы: реализовать гибридную архитектуру, работающую с небольшими объемами данных, которая объединяет планирование Taguchi, метод анализа поверхности отклика (RSM) и машинное обучение (ML) для прогнозирования и оптимизации износостойкости на основе небольшого набора данных (n = 28). Методы. Три типа покрытий – AlTiN, CrN и TiC – были испытаны в диапазоне температур 40…50 °C, диапазоне контактных нагрузок 5…15 Н и диапазоне толщины покрытия 2…4 мкм. Был проведен дисперсионный анализ (ANOVA) для выявления параметра, оказывающего наиболее сильное влияние на износ. С использованием метода анализа поверхности отклика разработана прогностическая модель износа. Результаты и обсуждение. Дисперсионный анализ показал, что нагрузка и химический состав покрытия являются факторами, оказывающими наиболее сильное влияние на износ. В исследованном диапазоне температура и толщина не были признаны значимыми факторами. RSM-модель оказалась статистически значимой для прогнозирования контактной нагрузки и химического состава покрытия с R2 = 0,901 (скорректированный R2 = 0,834, RMSE = 0,0076). Среди протестированных моделей машинного обучения с использованием пятикратной перекрестной проверки алгоритм случайного леса (RF) показал наивысшую обобщающую способность (CV R2 = 0,755), а градиентный бустинг (GB) – наилучшее общее соответствие (R2 = 0,913). SHAPанализ показал, что основной вклад вносит химический состав покрытия, затем контактная нагрузка, а вклад температуры незначителен. Оптимизация с помощью градиентного бустинга показала, что AlTiN-покрытие с толщиной 4 мкм под контактной нагрузкой 15 Н и при температуре 50 °C проявляет себя наилучшим образом, при этом ожидаемая интенсивность износа составляет 0,010823 мм3/(Н·м). Предложенная структура демонстрирует достоверное и интерпретируемое прогнозирование износа с использованием ограниченных экспериментальных данных. Для цитирования: Патхаркар У., Патил С., Амбхоре Н. Прогнозирование интенсивности изнашивания твёрдых PVD-покрытий с использованием гибридной модели Taguchi-RSM-ML с интерпретируемостью на основе SHAP-анализа // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2026. – Т. 28, № 2. – С. 318–334. – DOI: 10.17212/1994-6309-2026-28.2-318-334. ______ *Адрес для переписки Амбхоре Нитин, к.т.н., доцент Технологический институт Вишвакарма, 411037, Пуна, Махараштра, Индия Тел.: +91-2026950441, e-mail: nitin.ambhore@vit.edu вечности режущих инструментов, штампов для формовки и прецизионных механических компонентов. PVD-покрытия полезны тем, что перераспределяют напряжения в контактной зоне, уменьшают адгезионный перенос и снижают интенсивность абразивного износа благодаря формированию тонкого износостойкого слоя на контактной границе, что значительно увеличивает срок службы компонентов [1, 2]. Среди различных типов покрытий нитрид титана и алюминия
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1