Optimizing quality control through the integration of neural networks and Lean Six Sigma: A case study in the steel industry

Authors

DOI:

https://doi.org/10.52152/9nm6rn37

Keywords:

Neural networks, DMAIC, industrial artificial intelligence, lean manufacturing, steel rolling

Abstract

Steelmaking processes, due to their continuous and highly automated nature, generate a large amount of data with exponential growth, making the use of advanced tools essential for its analysis and utilization. In this context, this research addresses the implementation of artificial intelligence (AI) through neural networks in an industrial process in the steelmaking sector, employing a hybrid approach to Lean Manufacturing and Six Sigma to identify defects during the rolling process at an international structural steel manufacturing company.

By applying a structured diagnostic approach using DMAIC (Define, Measure, Analyze, Improve, and Control), the critical defects with the greatest impact were identified. This finding guided the design of an AI-based solution aimed at modeling the high variability inherent in the steelmaking process. The proposal evaluates the use of the Sigmoid and ReLU activation functions for binary defect classification, testing different types of optimizers such as Adam and SGD, and training different network models by evaluating network architectures and configurations.

The results demonstrate that the integration of AI with continuous improvement methodologies can optimize critical processes in complex industrial environments. The proposed model demonstrates its adaptability and scalability for integration into real-time monitoring systems, offering optimal efficiencies for identifying defective products. The methodological approach of this proposal represents a significant contribution to the body of technical knowledge, particularly in the improvement of critical processes with high variability and continuous production, with complex and costly production lines, as is the case in the steel sector.

Author Biographies

  • Rafael Granillo-Macías, Universidad Autonoma del Estado de Hidalgo

    El Dr. Rafael Granillo Macías es miembro del Sistema Nacional de Investigadores (SNI) graduado en Ingeniería Industrial por la Escuela Superior de Cd. Sahagún de la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo (UAEH), Licenciado en Administración de Empresas por la Universidad Tecmilenio, Maestro en Ciencias con especialidad en Ingeniería Industrial por el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (ITESM) Campus Estado de México y Doctor en Logística y Dirección de la Cadena de Suministro por la Universidad Popular Autónoma del Estado de Puebla (UPAEP). En el ámbito profesional ha colaborado en el área de abastecimientos y logística en Coca Cola FEMSA. Cuenta con certificaciones internacionales como Certificated Supply Chain Professional por la American Production and Inventory Control Society (APICS) y Certificate Associated Project Management Professional por el Project Management Institute (PMI).

  • Héctor Rivera-Gómez, Universidad Autonoma del Estado de Hidalgo

    El Dr. Héctor Rivera-Gómez es profesor-investigador de Ingeniería Industrial en el Área Académica de Ingeniería y Arquitectura del ICBI. Es ingeniero industrial por parte de la UAEH y cuenta con la Maestría en Ciencias en Ingeniería Industrial por la misma institución. Obtuvo su doctorado en la École de Technologie Supérieure de la Université du Quebec, en Montreal Canadá en el 2013. Ha realizado diversas estancias postdoctorales en el Laboratoire de Conception et Contrôle des Systèmes de Production, Montréal, Canadá. Es miembro habitual del SMIO (Sociedad Mexicana de Investigación de Operaciones), además actualmente es miembro del Sistema Nacional de Investigadores en el Nivel 2 y cuenta con el perfil deseable PRODEP. Cuenta con diversas publicaciones en revistas Clase A de prestigio internacional, indexadas en el cuartil uno del JCR. Sus temas específicos de investigación son la aplicación de técnicas de investigación de operaciones en especial la programación dinámica, simulación de sistemas y programación estocástica en el análisis, simulación y control de sistemas de producción, además se interesa en el diseño y planeación de cadenas de suministro, la fiabilidad, la logística y la planeación de la producción. El profesor Rivera-Gómez recibió el premio SMIO en el 2021 a la mejor tesis, por dirigir una investigación en la categoría de licenciatura.

Published

2025-11-20

Issue

Section

Special ISSUE: NEW PROCESSES AND TOOLS FOR INTELLIGENT MANUFACTURING (Nov.2025)