JP2006323523A - Operation variable selection device, operation variable selection method, operation variable selection program, and computer readable recording medium recording the same - Google Patents

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JP2006323523A JP2005144434A JP2005144434A JP2006323523A JP 2006323523 A JP2006323523 A JP 2006323523A JP 2005144434 A JP2005144434 A JP 2005144434A JP 2005144434 A JP2005144434 A JP 2005144434A JP 2006323523 A JP2006323523 A JP 2006323523A
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Manabu Kano
学 加納
Koichi Fujiwara
幸一 藤原
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Kyoto University
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Kyoto University
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To select an operation variable to be operated for improving quality in consideration of variation in quality and balance of operation cost. <P>SOLUTION: This operation variable selection device comprises an evaluation function arithmetic section 14 for calculating each operation variable of an evaluation function having, as any nonlinear function of three terms, a term of showing influence of variation of the operation variable of an objective process to quality variable of the objective process, a term of showing the nonlinearity between the operation variable and the quality variable, and a term of showing the cost and penalty related to the operation. The operation variable selection device also comprises an operation variable selection section 15 for selecting operation variable for minimizing the evaluation function from arithmetic result of the evaluation function arithmetic section 14. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、産業プロセスの解析・制御・管理を支援する操作変数選択装置、操作変数選択方法、操作変数選択プログラムおよびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関するものである。   The present invention relates to an operation variable selection device, an operation variable selection method, an operation variable selection program that supports analysis, control, and management of an industrial process, and a computer-readable recording medium that records the operation variable selection program.

今日、製品のライフサイクルが短くなるにつれ、いかに短期間で品質や歩留まりを改善できるかは、ますます重要な課題となっている。   Today, as product lifecycles become shorter, how quickly quality and yield can be improved is an increasingly important issue.

従来、この課題へのアプローチとして、統計的品質管理が広く採用されていた。また、田口らによって品質工学という手法が提案されている。しかし、これらは主に計画された実験によって、希望品質を実現できる運転条件を探索する手法であり、対象のプロセスによっては満足に実験が行えるとは限らない。   Traditionally, statistical quality control has been widely adopted as an approach to this challenge. Taguchi et al. Have proposed a method called quality engineering. However, these are techniques for searching for operating conditions that can achieve the desired quality mainly through planned experiments, and depending on the target process, the experiments may not be satisfactory.

近年、希望品質を実現できる運転条件を決定する手法として、多変量解析に基づいたDDQI(Data-Driven Quality Improvement)が提案されている(非特許文献1)。一方、半導体産業などでは、バッチごとに運転条件を調整し、品質を希望値に制御するRun-to-Run(R2R)制御が広く用いられている(非特許文献2)。また、プロセスの異常検出と診断を目的として統計的プロセス管理(Multivariate Statistical Process Control;MSPC)(非特許文献3)が、広く利用されている。   In recent years, DDQI (Data-Driven Quality Improvement) based on multivariate analysis has been proposed as a method for determining an operation condition that can realize desired quality (Non-patent Document 1). On the other hand, in the semiconductor industry and the like, run-to-run (R2R) control that adjusts operating conditions for each batch and controls quality to a desired value is widely used (Non-Patent Document 2). In addition, statistical process control (MSPC) (Non-Patent Document 3) is widely used for the purpose of process abnormality detection and diagnosis.

なお、本願発明に関連する先行技術文献としては、次の非特許文献1〜5、特許文献1がある。これらの文献は、本発明の一般的な背景技術を記載したものである。   As prior art documents related to the present invention, there are the following non-patent documents 1 to 5 and patent document 1. These documents describe the general background art of the present invention.

非特許文献1は、本発明の発明者らが、モデル構築、要因解析、運転条件最適化などの機能を有するDDQIと呼ぶシステムを提案した論文である。本発明である「操作変数選択方法」は、これまでのDDQIにはなかった新機能である。ただし、本発明の「操作変数選択方法」は、DDQIとは無関係に、単独で利用できる技術である。   Non-Patent Document 1 is a paper in which the inventors of the present invention have proposed a system called DDQI having functions such as model construction, factor analysis, and operation condition optimization. The “manipulated variable selection method” according to the present invention is a new function that did not exist in the previous DDQI. However, the “manipulated variable selection method” of the present invention is a technique that can be used independently regardless of DDQI.

非特許文献2は、Run-to-Run制御に関する文献である。バッチプロセスを制御対象として、バッチごとにどのように運転条件を変化させるべきかを決める技術である。Run-to-Run制御では、制御変数と操作変数があらかじめ選択されており、制御変数の測定値に基づいて、操作変数をどのように調整するかが問題となる。本発明である「操作変数選択方法」は、Run-to-Run制御に用いる操作変数を適切に選択するためにも利用できる技術である。   Non-Patent Document 2 is a document related to run-to-run control. This is a technology that determines how operating conditions should be changed for each batch with a batch process as a control target. In the run-to-run control, the control variable and the operation variable are selected in advance, and the problem is how to adjust the operation variable based on the measured value of the control variable. The “operation variable selection method” according to the present invention is a technique that can also be used to appropriately select an operation variable used for run-to-run control.

非特許文献3、4は、統計的プロセス管理(異常の検出や診断)に関する論文である。統計的プロセス管理は、本発明である「操作変数選択方法」とは直接関係しないが、本発明である「操作変数選択方法」とともに、発明者が提案する階層型品質改善システムを構成する一要素となるものである。   Non-Patent Documents 3 and 4 are papers on statistical process management (detection and diagnosis of abnormality). Statistical process management is not directly related to the “operation variable selection method” according to the present invention, but together with the “operation variable selection method” according to the present invention, one element constituting the hierarchical quality improvement system proposed by the inventor. It will be.

非特許文献5は、多変量解析手法について述べた論文である。   Non-Patent Document 5 is a paper describing a multivariate analysis technique.

特許文献1には、多変量解析を用いてプロセスデータからプロセス状態を判定する技術が記載されている。
M.Kano, K.Fujiwara, S.Hasebe, and H.Ohno:Data-Driven Quality Improvement: Handling Qualitative Variables, IFAC DYCOPS, CD-ROM, Cambridge, July 5-7(2004) E.D.Castillo and A.M.Huriwitz: Run-to-Run process control: Literature review and extensions, J.Qual.Technol., 29, 184/196 (1997) T.Kourti and J.F.MacGregor: Process Analysis, Monitoring and Diagnosis, Using Multivariate Projection Methods, Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, 28, 3/21 (1995) Jackson, J.E. and G.S.Mudholkar: Control Procedures for Residuals Associated with Principal Component Analysis, Technometrics, 21, 341/349 (1979) Y.Takane and T.Shibayama: Principal Component Analysis with External Infomation on both Subject and Variables, Psichometrica, 56, 134/143 (1991) 特開2004−303007号公報(公開日:平成16年10月28日)
Patent Document 1 describes a technique for determining a process state from process data using multivariate analysis.
M.Kano, K.Fujiwara, S.Hasebe, and H.Ohno: Data-Driven Quality Improvement: Handling Qualitative Variables, IFAC DYCOPS, CD-ROM, Cambridge, July 5-7 (2004) EDCastillo and AMHuriwitz: Run-to-Run process control: Literature review and extensions, J.Qual.Technol., 29, 184/196 (1997) T. Kourti and JFMacGregor: Process Analysis, Monitoring and Diagnosis, Using Multivariate Projection Methods, Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, 28, 3/21 (1995) Jackson, JE and GSMudholkar: Control Procedures for Residuals Associated with Principal Component Analysis, Technometrics, 21, 341/349 (1979) Y.Takane and T.Shibayama: Principal Component Analysis with External Infomation on both Subject and Variables, Psichometrica, 56, 134/143 (1991) JP 2004-303007 A (publication date: October 28, 2004)

産業プロセスの品質に関わる大きな問題として、品質のばらつきがあり、これを抑制することは歩留まりを向上させるために非常に重要である。そして、品質改善のためには、操作すべき入力変数を選択して、それを変更する必要がある。ただし、現実のプロセスでは操作条件の変更は容易ではなく、変更はできるだけ少ない変数で行う必要がある。   As a major problem related to the quality of industrial processes, there is a variation in quality, and suppressing this is very important for improving the yield. In order to improve quality, it is necessary to select an input variable to be manipulated and change it. However, it is not easy to change operating conditions in an actual process, and it is necessary to make changes with as few variables as possible.

操作変数と品質の関係が強い非線形性を有する場合、線形モデルに基づくDDQIやR2R制御では希望品質への到達が困難となるばかりでなく、予想外の品質を発生させることもある。特に、R2R制御を行う場合、希望品質に到達するまで操作変数を調整するため、次回バッチで逆に希望品質から遠ざかったり、いつまでも品質が一定とならず、ばらつく可能性がある。したがって、品質のばらつきを抑制するためには、制御系のパラメータを適切に調整することはもちろん、操作変数と品質の間の非線形性を考慮して、操作変数を選択するべきである。   When the relation between the manipulated variable and the quality has a strong non-linearity, it is difficult not only to reach the desired quality by DDQI or R2R control based on the linear model, but also an unexpected quality may be generated. In particular, when R2R control is performed, the operating variable is adjusted until the desired quality is reached, so that the desired batch may be moved away from the desired quality in the next batch, or the quality may not be constant and may vary. Therefore, in order to suppress the variation in quality, the operating variable should be selected in consideration of the nonlinearity between the operating variable and the quality as well as appropriately adjusting the parameters of the control system.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、品質改善のために操作すべき操作変数を、品質のばらつきと操作コストのバランスを考慮して選択できる操作変数選択装置、操作変数選択方法、操作変数選択プログラムおよびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を実現することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and the object of the present invention is to select an operation variable that can be selected for operation quality improvement in consideration of a balance between quality variation and operation cost. An object is to realize an apparatus, an operation variable selection method, an operation variable selection program, and a computer-readable recording medium on which the apparatus variable selection program is recorded.

上記課題を解決するために、本発明に係る操作変数選択装置は、対象プロセスの操作変数の変化が該対象プロセスの品質変数に与える影響を表す項、上記操作変数と上記品質変数の間の非線形性を表す項、操作に関わるコストおよびペナルティを表す項、これら3項の任意の非線形関数として与えられる評価関数を、各操作変数について演算する評価関数演算手段と、上記評価関数演算手段の演算結果から、上記評価関数を最小化する操作変数を選択する操作変数選択手段と、を備えることを特徴としている。   In order to solve the above problems, an operation variable selection device according to the present invention includes a term representing an effect of a change in an operation variable of a target process on a quality variable of the target process, and a nonlinearity between the operation variable and the quality variable. A term representing sex, a term representing the cost and penalty associated with the operation, an evaluation function given as an arbitrary non-linear function of these three terms for each manipulated variable, and a calculation result of the evaluation function computing unit And an operation variable selection means for selecting an operation variable that minimizes the evaluation function.

また、本発明に係る操作変数選択方法は、操作変数選択装置における操作変数選択方法であって、上記操作変数選択装置の評価関数演算手段が、対象プロセスの操作変数の変化が該対象プロセスの品質変数に与える影響を表す項、上記操作変数と上記品質変数の間の非線形性を表す項、操作に関わるコストおよびペナルティを表す項、これら3項の任意の非線形関数として与えられる評価関数を、各操作変数について演算する評価関数演算ステップと、上記操作変数選択装置の操作変数選択手段が、上記評価関数演算手段の演算結果から、上記評価関数を最小化する操作変数を選択する操作変数選択ステップと、を含むことを特徴としている。   An operation variable selection method according to the present invention is an operation variable selection method in an operation variable selection device, wherein the evaluation function calculation means of the operation variable selection device determines that the change in the operation variable of the target process is the quality of the target process. A term representing the influence on the variable, a term representing the nonlinearity between the manipulated variable and the quality variable, a term representing the cost and penalty associated with the operation, and an evaluation function given as an arbitrary nonlinear function of these three terms, An evaluation function calculation step for calculating an operation variable; and an operation variable selection step in which the operation variable selection means of the operation variable selection device selects an operation variable that minimizes the evaluation function from the calculation result of the evaluation function calculation means; It is characterized by including.

上記評価関数は、操作変数の変化が品質変数に与える影響、操作変数と品質変数の間の非線形性、ならびに操作に関わるコスト(経済性)およびペナルティ(操作困難性)を評価する式である。なお、操作に関わるコストおよびペナルティを表す項は、操作変数の関数であってもよいし、定数であってもよい。よって、上記評価関数の値が小さい操作変数は、品質がばらつきにくく、かつ、操作が比較的容易な操作条件であることを意味する。   The evaluation function is an expression for evaluating the influence of the change of the operation variable on the quality variable, the non-linearity between the operation variable and the quality variable, and the cost (economic efficiency) and penalty (operation difficulty) related to the operation. The term representing the cost and penalty associated with the operation may be a function of the operation variable or a constant. Therefore, an operation variable having a small value of the evaluation function means an operation condition in which the quality is unlikely to vary and the operation is relatively easy.

よって、上記の構成によれば、上記評価関数を最小化する操作変数を選択することによって、品質改善のために操作すべき操作変数を、品質のばらつきと操作コストのバランスを考慮して選択できる。   Therefore, according to the above configuration, by selecting an operation variable that minimizes the evaluation function, an operation variable to be operated for quality improvement can be selected in consideration of a balance between quality variation and operation cost. .

また、本発明に係る操作変数選択装置は、対象プロセスの操作変数データをU∈Rn×m、状態変数データをX∈Rn×l、品質変数データをY∈Rn×k(nはサンプル数、m、l、kは各変数の数)とするとき、各操作変数について、次の評価関数 In addition, the operation variable selection device according to the present invention is configured such that the operation variable data of the target process is UεR n × m , the state variable data is XεR n × l , and the quality variable data is YεR n × k (n is The number of samples, m, l, and k are the number of each variable).

Figure 2006323523
Figure 2006323523

:操作変数、
:基準とする操作条件、
:操作変数が品質変数に与える影響を表すベクトル、
fi(U)(i=p+1、…、l):任意の非線形関数(非線形モデルをp+1番目からl番目(p+1≦l)の状態変数に導入)、
α∈Rk×1:品質変数の相対的な重要性を表す係数、
β∈Rl×1:非線形性に対するペナルティ係数、
γ:操作コスト指標(操作変数の任意の関数であり、操作コスト(経済性)およびペナルティ(操作困難性)を表す)、
を演算する評価関数演算手段と、上記評価関数演算手段の演算結果から、上記評価関数を最小化する操作変数を選択する操作変数選択手段と、を備えることを特徴としている。
u j : manipulated variable,
u 0 : standard operating condition,
k j : vector representing the influence of the manipulated variable on the quality variable,
fi (U) (i = p + 1,..., l): Arbitrary nonlinear function (introducing a nonlinear model into the p + 1th to lth (p + 1 ≦ l) state variables),
α∈R k × 1 : coefficient representing the relative importance of quality variables,
β∈R 1 × 1 : Penalty coefficient for nonlinearity,
γ j : operation cost index (which is an arbitrary function of operation variables, and represents operation cost (economic) and penalty (operation difficulty)),
And an operation variable selection means for selecting an operation variable that minimizes the evaluation function from the calculation result of the evaluation function calculation means.

上記評価関数は、対象プロセスの操作変数の変化が該対象プロセスの品質変数に与える影響を表す項、上記操作変数と上記品質変数の間の非線形性を表す項、操作に関わるコストおよびペナルティを表す項、これら3項の線形関数となっている。なお、上記評価関数では、各品質の重要度および非線形性に対するペナルティを考慮した重み付けがされている。   The evaluation function represents a term representing the influence of a change in the operation variable of the target process on the quality variable of the target process, a term representing non-linearity between the operation variable and the quality variable, and a cost and penalty related to the operation. The term is a linear function of these three terms. The evaluation function is weighted in consideration of the importance of each quality and the penalty for non-linearity.

すなわち、上記評価関数は、操作変数の変化が品質変数に与える影響、操作変数と品質変数の間の非線形性、ならびに操作に関わるコスト(経済性)およびペナルティ(操作困難性)を評価する式である。よって、上記評価関数の値が小さい操作変数は、品質がばらつきにくく、かつ、操作が比較的容易な操作条件であることを意味する。   In other words, the above evaluation function is an expression that evaluates the effect of changes in operating variables on quality variables, the nonlinearity between operating variables and quality variables, and the costs (economics) and penalties (operating difficulties) associated with operations. is there. Therefore, an operation variable having a small value of the evaluation function means an operation condition in which the quality is unlikely to vary and the operation is relatively easy.

したがって、上記の構成によれば、上記評価関数を最小化する操作変数を選択することによって、品質改善のために操作すべき操作変数を、品質のばらつきと操作コストのバランスを考慮して選択できる。   Therefore, according to the above configuration, by selecting an operation variable that minimizes the evaluation function, an operation variable to be operated for quality improvement can be selected in consideration of a balance between quality variation and operation cost. .

また、評価関数を最小化する操作変数を選択する際に、操作コストのみに着目し、品質のばらつきに関連する係数をゼロとすれば、操作コストを最小とする操作変数を選択することができる。一方、品質のばらつきを重視し、操作コストに関連する係数をゼロとすれば、品質のばらつきを抑制可能な操作変数を選択することができる。すなわち、係数α、β、指標γを適切に調整することにより、品質のばらつきと操作コストのバランスを考慮した操作変数選択が可能となる。 Further, when selecting an operation variable that minimizes the evaluation function, focusing on only the operation cost and setting the coefficient related to the quality variation to zero, the operation variable that minimizes the operation cost can be selected. . On the other hand, if importance is attached to the quality variation and the coefficient related to the operation cost is set to zero, an operation variable capable of suppressing the quality variation can be selected. That is, by appropriately adjusting the coefficients α and β and the index γ j , it is possible to select an operation variable in consideration of the balance between quality variation and operation cost.

また、本発明に係る操作変数選択装置は、対象プロセスの操作変数データをU∈Rn×m、状態変数データをX∈Rn×l、品質変数データをY∈Rn×k(nはサンプル数、m、l、kは各変数の数)とするとき、各操作変数について、次の評価関数 In addition, the operation variable selection device according to the present invention is configured such that the operation variable data of the target process is UεR n × m , the state variable data is XεR n × l , and the quality variable data is YεR n × k (n is The number of samples, m, l, and k are the number of each variable).

Figure 2006323523
Figure 2006323523

:操作変数、
:基準とする操作条件、
:操作変数が品質変数に与える影響を表すベクトル、
fi(U)(i=p+1、…、l):任意の非線形関数(非線形モデルをp+1番目からl番目(p+1≦l)の状態変数に導入)、
α∈Rk×1:品質変数の相対的な重要性を表す係数、
β∈Rl×1:非線形性に対するペナルティ係数、
γ:操作コスト指標(操作変数の任意の関数であり、操作コスト(経済性)およびペナルティ(操作困難性)を表す)、
:それまでに選択されたS個の変数が品質に与える影響を表すベクトルk(s=1,…,S)が張る空間とベクトルkの直交性を表す指標、
を演算する評価関数演算手段と、上記評価関数演算手段の演算結果から、上記評価関数を最小化する操作変数を選択する操作変数選択手段と、上記操作変数選択手段が操作変数を選択するたびに、上記指標Cを演算して、所定の個数の操作変数を選択するまで、上記評価関数演算手段および上記操作変数選択手段の処理を繰り返す繰返制御手段と、を備えることを特徴としている。
u j : manipulated variable,
u 0 : standard operating condition,
k j : vector representing the influence of the manipulated variable on the quality variable,
fi (U) (i = p + 1,..., l): Arbitrary nonlinear function (introducing a nonlinear model into the p + 1th to lth (p + 1 ≦ l) state variables),
α∈R k × 1 : coefficient representing the relative importance of quality variables,
β∈R 1 × 1 : Penalty coefficient for nonlinearity,
γ j : operation cost index (which is an arbitrary function of operation variables, and represents operation cost (economic) and penalty (operation difficulty)),
C j : an index representing the orthogonality between the space formed by the vector k s (s = 1,..., S) representing the influence of the S variables selected so far on the quality and the vector k j ,
An evaluation function calculation means for calculating the operation function, an operation variable selection means for selecting an operation variable that minimizes the evaluation function from the calculation results of the evaluation function calculation means, and each time the operation variable selection means selects an operation variable And the repetition control means that repeats the processing of the evaluation function calculation means and the operation variable selection means until the index C j is calculated and a predetermined number of operation variables are selected.

上記評価関数は、対象プロセスの操作変数の変化が該対象プロセスの品質変数に与える影響を表す項、上記操作変数と上記品質変数の間の非線形性を表す項、操作に関わるコストおよびペナルティを表す項、これら3項の線形関数となっている。なお、上記評価関数では、各品質の重要度および非線形性に対するペナルティを考慮した重み付けがされている。   The evaluation function represents a term representing the influence of a change in the operation variable of the target process on the quality variable of the target process, a term representing non-linearity between the operation variable and the quality variable, and a cost and penalty related to the operation. The term is a linear function of these three terms. The evaluation function is weighted in consideration of the importance of each quality and the penalty for non-linearity.

すなわち、上記評価関数は、操作変数の変化が品質変数に与える影響、操作変数と品質変数の間の非線形性、ならびに操作に関わるコスト(経済性)およびペナルティ(操作困難性)を評価する式である。よって、上記評価関数の値が小さい操作変数は、品質がばらつきにくく、かつ、操作が比較的容易な操作条件であることを意味する。   In other words, the above evaluation function is an expression that evaluates the effect of changes in operating variables on quality variables, the nonlinearity between operating variables and quality variables, and the costs (economics) and penalties (operating difficulties) associated with operations. is there. Therefore, an operation variable having a small value of the evaluation function means an operation condition in which the quality is unlikely to vary and the operation is relatively easy.

したがって、上記の構成によれば、上記評価関数を最小化する操作変数を選択することによって、品質改善のために操作すべき操作変数を、品質のばらつきと操作コストのバランスを考慮して選択できる。   Therefore, according to the above configuration, by selecting an operation variable that minimizes the evaluation function, an operation variable to be operated for quality improvement can be selected in consideration of a balance between quality variation and operation cost. .

また、評価関数を最小化する操作変数を選択する際に、操作コストのみに着目し、品質のばらつきに関連する係数をゼロとすれば、操作コストを最小とする操作変数を選択することができる。一方、品質のばらつきを重視し、操作コストに関連する係数をゼロとすれば、品質のばらつきを抑制可能な操作変数を選択することができる。すなわち、係数α、β、指標γを適切に調整することにより、品質のばらつきと操作コストのバランスを考慮した操作変数選択が可能となる。 Further, when selecting an operation variable that minimizes the evaluation function, focusing on only the operation cost and setting the coefficient related to the quality variation to zero, the operation variable that minimizes the operation cost can be selected. . On the other hand, if importance is attached to the quality variation and the coefficient related to the operation cost is set to zero, an operation variable capable of suppressing the quality variation can be selected. That is, by appropriately adjusting the coefficients α and β and the index γ j , it is possible to select an operation variable in consideration of the balance between quality variation and operation cost.

さらに、上記評価関数では、複数の操作変数を選択するために、各操作変数が品質に与える影響の違いを表す指標(C)が付加されている。よって、複数の変数を選択する場合でも、上記評価関数によれば、指標Cを順次更新しながら、操作変数を選択すればよいため、計算負荷の高い組み合わせ最適化問題を解くことなく、複数の操作変数を選択することができる。 Further, in the evaluation function, in order to select a plurality of operation variables, an index (C j ) representing a difference in influence of each operation variable on quality is added. Therefore, even when a plurality of variables are selected, according to the evaluation function, it is only necessary to select an operation variable while sequentially updating the index C j, so that it is possible to select a plurality of variables without solving a combination optimization problem with a high calculation load. Can be selected.

なお、上記操作変数選択装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記各手段として動作させることにより上記操作変数選択装置をコンピュータにて実現させる操作変数選択装置の操作変数選択プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。   The manipulated variable selection device may be realized by a computer. In this case, the manipulated variable of the manipulated variable selection device that realizes the manipulated variable selection device by the computer by operating the computer as each of the above means. The selection program and a computer-readable recording medium on which the selection program is recorded also fall within the scope of the present invention.

以上のように、本発明に係る操作変数選択装置は、対象プロセスの操作変数の変化が該対象プロセスの品質変数に与える影響を表す項、上記操作変数と上記品質変数の間の非線形性を表す項、操作に関わるコストおよびペナルティを表す項、これら3項の任意の非線形関数として与えられる評価関数を、各操作変数について演算する評価関数演算手段と、上記評価関数演算手段の演算結果から、上記評価関数を最小化する操作変数を選択する操作変数選択手段と、を備える構成である。   As described above, the operation variable selection device according to the present invention represents a term representing the influence of the change in the operation variable of the target process on the quality variable of the target process, and represents the non-linearity between the operation variable and the quality variable. A term representing a term, a cost related to an operation and a penalty, an evaluation function given as an arbitrary non-linear function of these three terms, an evaluation function calculating means for calculating each operation variable, and a calculation result of the evaluation function calculating means And an operation variable selection unit that selects an operation variable that minimizes the evaluation function.

また、本発明に係る操作変数選択方法は、操作変数選択装置における操作変数選択方法であって、上記操作変数選択装置の評価関数演算手段が、対象プロセスの操作変数の変化が該対象プロセスの品質変数に与える影響を表す項、上記操作変数と上記品質変数の間の非線形性を表す項、操作に関わるコストおよびペナルティを表す項、これら3項の任意の非線形関数として与えられる評価関数を、各操作変数について演算する評価関数演算ステップと、上記操作変数選択装置の操作変数選択手段が、上記評価関数演算手段の演算結果から、上記評価関数を最小化する操作変数を選択する操作変数選択ステップと、を含む方法である。   An operation variable selection method according to the present invention is an operation variable selection method in an operation variable selection device, wherein the evaluation function calculation means of the operation variable selection device determines that the change in the operation variable of the target process is the quality of the target process. A term representing the influence on the variable, a term representing the nonlinearity between the manipulated variable and the quality variable, a term representing the cost and penalty associated with the operation, and an evaluation function given as an arbitrary nonlinear function of these three terms, An evaluation function calculation step for calculating an operation variable; and an operation variable selection step in which the operation variable selection means of the operation variable selection device selects an operation variable that minimizes the evaluation function from the calculation result of the evaluation function calculation means; , Including.

したがって、上記評価関数を最小化する操作変数を選択することによって、品質改善のために操作すべき操作変数を、品質のばらつきと操作コストのバランスを考慮して選択できるという効果を奏する。   Therefore, by selecting an operation variable that minimizes the evaluation function, it is possible to select an operation variable to be operated for quality improvement in consideration of a balance between quality variation and operation cost.

本発明の一実施の形態について図1から図11に基づいて説明すれば、以下のとおりである。   An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

図1は、本実施の形態の操作変数選択装置1の構成の概略を示す機能ブロック図である。   FIG. 1 is a functional block diagram showing an outline of the configuration of the manipulated variable selection device 1 of the present embodiment.

上記操作変数選択装置1が実行する操作変数選択方法は、産業プロセスにおいて品質改善のために操作すべき少数の入力変数を選択する方法である。   The operation variable selection method executed by the operation variable selection device 1 is a method of selecting a small number of input variables to be operated for quality improvement in an industrial process.

操作変数と品質の関係が強い非線形性を有する場合、線形モデルに基づくDDQIやR2R制御では希望品質への到達が困難となるばかりでなく、予想外の品質を発生させることもある。特に、R2R制御を行う場合、希望品質に到達するまで操作変数を調整するため、次回バッチで逆に希望品質から遠ざかったり、いつまでも品質が一定とならず、ばらつく可能性がある。したがって、品質のばらつきを抑制するためには、制御系のパラメータを適切に調整することはもちろん、操作変数と品質の間の非線形性を考慮して、操作変数を選択するべきである。   When the relation between the manipulated variable and the quality has a strong non-linearity, it is difficult not only to reach the desired quality by DDQI or R2R control based on the linear model, but also an unexpected quality may be generated. In particular, when R2R control is performed, the operating variable is adjusted until the desired quality is reached, so that the desired batch may be moved away from the desired quality in the next batch, or the quality may not be constant and may vary. Therefore, in order to suppress the variation in quality, the operating variable should be selected in consideration of the nonlinearity between the operating variable and the quality as well as appropriately adjusting the parameters of the control system.

ここで、上記操作変数選択装置1では、対象プロセスの操作変数データをU∈Rn×m、状態変数データをX∈Rn×l、品質変数データをY∈Rn×k(nはサンプル数、m、l、kは各変数の数)とするとき、次の評価関数を最小化する操作変数を選択する。 Here, in the operation variable selection device 1, the operation variable data of the target process is U∈R n × m , the state variable data is X∈R n × l , and the quality variable data is Y∈R n × k (n is a sample) When the number, m, l, and k are the number of each variable), the operation variable that minimizes the next evaluation function is selected.

Figure 2006323523
Figure 2006323523

:操作変数、
:基準とする操作条件、
:操作変数が品質変数に与える影響を表すベクトル、
fi(U)(i=p+1、…、l):任意の非線形関数(非線形モデルをp+1番目からl番目(p+1≦l)の状態変数に導入)、
α∈Rk×1:品質変数の相対的な重要性を表す係数、
β∈Rl×1:非線形性に対するペナルティ係数、
γ:操作コスト指標(操作変数の任意の関数であり、操作コスト(経済性)およびペナルティ(操作困難性)を表す)、
なお、操作に関わるコスト(経済性)およびペナルティ(操作困難性)を表す操作コスト指標γは、操作変数の関数であり、γPのように定義することもできる。ここで、γは操作コストに対する係数、Pは操作変数の任意の関数であり、操作コスト(経済性)およびペナルティ(操作困難性)を表す指標である。
u j : manipulated variable,
u 0 : standard operating condition,
k j : vector representing the influence of the manipulated variable on the quality variable,
fi (U) (i = p + 1,..., l): Arbitrary nonlinear function (introducing a nonlinear model into the p + 1th to lth (p + 1 ≦ l) state variables),
α∈R k × 1 : coefficient representing the relative importance of quality variables,
β∈R 1 × 1 : Penalty coefficient for nonlinearity,
γ j : operation cost index (which is an arbitrary function of operation variables, and represents operation cost (economic) and penalty (operation difficulty)),
The operation cost index γ j representing the cost (economic efficiency) and penalty (operation difficulty) related to the operation is a function of the operation variable and can be defined as γP j . Here, γ is a coefficient for the operation cost, and P j is an arbitrary function of the operation variable, and is an index representing the operation cost (economic) and penalty (operation difficulty).

上記評価関数では、操作変数の変化が品質に与える影響を、線形項   In the above evaluation function, the effect of changes in the manipulated variables on quality is expressed in a linear term.

Figure 2006323523
Figure 2006323523

と、非線形項 And the nonlinear term

Figure 2006323523
Figure 2006323523

とに分けて考えることができる。線形項kは操作変数uから品質への影響の大きさ、すなわち感度を表す係数であり、変数選択に際しては、品質に対する感度の大きい、すなわちkの大きな操作変数を選択すべきである。一方、品質のばらつきを抑制し、線形モデルに基づくDDQIやR2R制御で高精度の品質制御を実現するためには、品質に対して大きな非線形効果を持つ操作変数を選択すべきではない。 Can be divided into The linear term k j is a coefficient representing the magnitude of the influence on the quality, that is, the sensitivity, from the manipulated variable u j , and when selecting the variable, an manipulated variable having a large sensitivity to quality, that is, a large k j should be selected. . On the other hand, in order to suppress quality variation and realize high-precision quality control by DDQI or R2R control based on a linear model, an operation variable having a large nonlinear effect on quality should not be selected.

以上より、上記操作変数選択装置1は、   From the above, the operation variable selection device 1 is

Figure 2006323523
Figure 2006323523

が大きく、かつ、 Is big and

Figure 2006323523
Figure 2006323523

が小さい変数を選択する。 Select a variable with a small.

ところで、プロセスによっては唯一の変数を選択するのではなく、複数の変数を選択する場合も考えられる。これは組み合わせ最適化問題となるが、基本的には上記の方法をそのまま拡張することで対応できる。ただし、複数の変数を選択する場合には、選択された複数の変数が品質に及ぼす影響ができるだけ異なることが望まれる。例えば、品質に対して全く同じ効果を有する2つの変数を選択しても無意味である。   By the way, depending on the process, it may be possible to select a plurality of variables instead of selecting a single variable. This is a combinatorial optimization problem, but can basically be dealt with by extending the above method as it is. However, when a plurality of variables are selected, it is desired that the influence of the selected variables on the quality is as different as possible. For example, it makes no sense to select two variables that have exactly the same effect on quality.

そこで、上記操作変数選択装置1では、複数の操作変数を選択するために、上記評価関数(1)に各変数が品質に与える影響の違いを表す指標   Therefore, in the operation variable selection device 1, in order to select a plurality of operation variables, an index representing the difference in the influence of each variable on quality in the evaluation function (1).

Figure 2006323523
Figure 2006323523

を付け加えた、次の評価関数を用いる。 The following evaluation function with the added is used.

Figure 2006323523
Figure 2006323523

ここで、
θ:それまでに選択されたS個の変数が品質に与える影響を表すベクトルk(s=1、…、S)が張る空間とkがなす角、
φ:重み係数。
here,
θ j : the angle formed by k j and the space formed by the vector k s (s = 1,..., S) representing the influence of the S variables selected so far on the quality,
φ: Weighting factor.

上記評価関数(7)によれば、計算負荷の高い組み合わせ最適化問題は解かず、操作変数を順番に選択することができる。   According to the evaluation function (7), it is possible to select the operation variables in order without solving the combination optimization problem with a high calculation load.

以下、操作変数選択装置1による操作変数選択方法の手順を詳細に説明する。   Hereinafter, the procedure of the operation variable selection method by the operation variable selection device 1 will be described in detail.

1.準備
測定されている変数を、品質変数、操作変数、状態変数の3種類に分類する。ここで、品質変数とは製品品質を表す変数、操作変数とは直接操作できる変数であり、状態変数とは、品質変数でも操作変数でもなく、対象プロセスの状態を表す変数とする。
1. Preparation The measured variables are classified into three types: quality variables, manipulated variables, and state variables. Here, the quality variable is a variable representing product quality, and the operation variable is a variable that can be directly manipulated, and the state variable is not a quality variable or an operation variable, but a variable representing the state of the target process.

2.データの前処理
対象プロセスにおいて測定され、データ蓄積装置19のデータベース(測定データD1)に保存されている操作変数データをU∈Rn×m、状態変数データをX∈Rn×l、品質変数データをY∈Rn×kとする。ここで、nはサンプル数、m、l、kは各変数の数である。要素まで書くと、次式のようになる。
2. Pre-processing of data U * εR n × m , operation variable data measured in the target process and stored in the database (measurement data D1) of the data storage device 19, and state variable data X * εR n × l , Let the quality variable data be Y * εR nxk. Here, n is the number of samples, and m, l, and k are the numbers of each variable. If you write down to the element, it becomes like the following formula.

Figure 2006323523
Figure 2006323523

統計手法を適用するために、すべての運転データに前処理を施す。具体的には、すべての変数の平均が0となるように、データを変換する。さらに、必要があれば、変数の分散が指定した値となるように、データを変換する。例えば、すべての変数を平均0、分散1に変換する場合には、   In order to apply the statistical method, all the operation data are pre-processed. Specifically, the data is converted so that the average of all variables becomes zero. Furthermore, if necessary, the data is converted so that the variance of the variable becomes a specified value. For example, to convert all variables to mean 0 and variance 1,

Figure 2006323523
Figure 2006323523

のようになる。ここで、/u(‘/’は‘ ̄’を意味する)は変数uの平均値、σujは変数uの標準偏差である。このような変換を経て得られる、変換後のデータ行列を次式のように表す。 become that way. Here, / u j (“/” means “ ̄”) is an average value of the variable u j , and σ uj is a standard deviation of the variable u j . The data matrix after conversion obtained through such conversion is expressed as follows.

Figure 2006323523
Figure 2006323523

変換後のデータ行列、各変数の平均値とスケーリングファクター(標準偏差など)を前処理後データD3としてデータ蓄積装置19に保存する。   The data matrix after conversion, the average value of each variable, and the scaling factor (standard deviation, etc.) are stored in the data storage device 19 as preprocessed data D3.

3.線形モデルの構築
変換後のデータ行列を用いて、品質変数を出力とするモデル
3. Building a linear model A model that uses a transformed data matrix and outputs quality variables

Figure 2006323523
Figure 2006323523

と、状態変数を出力とするモデル And model with state variables as output

Figure 2006323523
Figure 2006323523

を構築する。ここで、K∈Rm×k、K∈Rl×k、Kex∈Rm×lは回帰係数行列であり、D∈Rn×k、E∈Rn×lは残差行列である。回帰係数行列の決定には、最小二乗法、主成分回帰(PCR)、部分的最小二乗法(PLS)などの線形回帰手法を用いる。モデル構築後、 Build up. Here, K u εR m × k , K x εR l × k , K ex εR m × l are regression coefficient matrices, and DεR n × k , EεR n × l are residual matrices. It is. For the determination of the regression coefficient matrix, a linear regression method such as least square method, principal component regression (PCR), or partial least square method (PLS) is used. After building the model,

Figure 2006323523
Figure 2006323523

を計算する。 Calculate

求めたすべての回帰係数行列と残差行列を線形モデルデータD5としてデータ蓄積装置19に保存する。   All the obtained regression coefficient matrices and residual matrices are stored in the data storage device 19 as linear model data D5.

4.非線形モデルの構築
(16)式を(15)式に代入すると、
4). Construction of nonlinear model Substituting equation (16) into equation (15),

Figure 2006323523
Figure 2006323523

を得る。(18)式において、EKは、品質変数の変動のうち、状態変数を入力とする線形モデルでは表現できたが、操作変数を入力とする線形モデルでは表現できなかった部分である。そこで、対応するKの要素が大きく、かつ分散の大きな残差変数eについてのみ、操作変数を入力、残差変数を出力とする非線形モデルを構築する。 Get. In equation (18), EK x is a part of the variation of the quality variable that can be expressed by the linear model with the state variable as an input but cannot be expressed with the linear model with the operation variable as an input. Therefore, a non-linear model is constructed in which the manipulated variable is input and the residual variable is output only for the residual variable e i having a large corresponding K x element and large variance.

まず、判断基準となる閾値~k、~σを設定する。つづいて、 First, threshold values ˜k x , ˜σ e as judgment criteria are set. Next,

Figure 2006323523
Figure 2006323523

の2つの条件を同時に満たす残差変数eを選択する。ここで、kxi∈Rk×lはKのi番目の行を列としたベクトルであり、max|kxi|は絶対値が最大となるkxiの要素である。なお、ここでは、絶対値が最大となる要素を選択する方法について述べたが、平均値などを利用してもよい。また、2つの条件を1つにまとめて、 The residual variable e i that satisfies the two conditions is selected. Here, k xi ∈ R k × l is a vector with the i-th row of K x as a column, and max i | k xi | is an element of k xi having the maximum absolute value. Although the method for selecting the element having the maximum absolute value has been described here, an average value or the like may be used. Also, combine the two conditions into one,

Figure 2006323523
Figure 2006323523

などとしてもよい。 And so on.

非線形モデルを導入するのはp+1番目からl番目(p+1≦l)の状態変数だとすると、   If it is p + 1 to l (p + 1 ≦ l) state variables that introduce the nonlinear model,

Figure 2006323523
Figure 2006323523

となる。ここで、fi(i=p+1、…、l)は任意の非線形関数とする。 It becomes. Here, fi (i = p + 1,..., L) is an arbitrary nonlinear function.

求めた非線形モデル、設定した閾値、計算値を非線形モデルデータD7としてデータ蓄積装置19に保存する。   The obtained nonlinear model, the set threshold value, and the calculated value are stored in the data storage device 19 as nonlinear model data D7.

5.操作変数の選択
変数選択の基準として、
5. Selection of operation variables

Figure 2006323523
Figure 2006323523

を用いる。ここで、uは基準とする操作条件であり、α∈Rk×1は品質変数の相対的な重要性を表す係数、β∈Rl×1は非線形性に対するペナルティ係数、γは操作コスト指標(操作変数の任意の関数であり、操作コスト(経済性)およびペナルティ(操作困難性)を表す)である。また、θは、それまでに選択されたS個の操作変数が品質に与える影響を表すベクトルk(s=1、…、S)が張る空間とkがなす角であり、φは重み係数である。それぞれの係数は、各項の相対的な重要性を考慮して決定する。 Is used. Here, u 0 is a reference operating condition, α∈R k × 1 is a coefficient representing the relative importance of the quality variable, β∈R 1 × 1 is a penalty coefficient for nonlinearity, and γ j is an operation. A cost index (which is an arbitrary function of the manipulated variable and represents the operating cost (economic) and penalty (operating difficulty)). Also, the theta j, vector k s of the S operating variable selected until it represents the influence on the quality (s = 1, ..., S ) is an angle space and k j spanned by, phi is It is a weighting factor. Each coefficient is determined in consideration of the relative importance of each term.

操作コスト指標γには、それぞれの操作変数を変化させるために必要なコストおよびペナルティを与える。操業難易度などの定性的な情報から決定することも、操作変数を単位量変化させるために要するコストと希望品質を実現するために必要な操作変数uの変化量の積から計算することも可能である。 The operation cost index γ j is given a cost and penalty necessary for changing each operation variable. It can be determined from qualitative information such as operational difficulty, or it can be calculated from the product of the cost required to change the manipulated variable in unit quantity and the change in manipulated variable u j required to achieve the desired quality. Is possible.

プロセスによっては唯一の変数を選択するのではなく、複数の変数を選択する場合も考えられる。そのような場合には、選択された複数の変数が品質に及ぼす影響ができるだけ異なることが望まれる。例えば、品質に対して全く同じ効果を有する2つの変数を選択しても無意味である。そこで、複数の変数を選択する際には、評価関数に   Depending on the process, a single variable may be selected instead of a single variable. In such a case, it is desirable that the influence of the selected variables on the quality be as different as possible. For example, it makes no sense to select two variables that have exactly the same effect on quality. Therefore, when selecting multiple variables,

Figure 2006323523
Figure 2006323523

を付け加えることにより、計算負荷の高い組み合わせ最適化問題は解かず、操作変数を順番に選択する。なお、ここでは関数cosを使用する例を示したが、空間とベクトルの直交性を表す指標であれば、どのような関数でもよい。 By adding, it does not solve the combinatorial optimization problem with a high calculation load, but selects the operation variables in order. In this example, the function cos is used. However, any function may be used as long as it is an index representing the orthogonality between the space and the vector.

また、(23)式では、各項の線形和で評価関数を構成しているが、これは評価関数の一例であり、各項の任意の非線形関数として与えられる評価関数を利用できる。   Further, in equation (23), the evaluation function is configured by a linear sum of each term, but this is an example of the evaluation function, and an evaluation function given as an arbitrary nonlinear function of each term can be used.

設定した係数、求めた評価関数の値、選択した操作変数を選択操作変数データD10としてデータ蓄積装置19に保存する。   The set coefficient, the obtained evaluation function value, and the selected operation variable are stored in the data storage device 19 as selected operation variable data D10.

6.ケーススタディ
ケーススタディを通して、本発明の操作変数選択方法の有効性を確認する。ケーススタディでは、バッチで運転される仮想的なプロセスを想定する。
6). Case study The effectiveness of the method for selecting manipulated variables of the present invention is confirmed through a case study. The case study assumes a virtual process that operates in batches.

6.1.データの発生
本ケーススタディでは、バッチで運転される仮想的なプロセスを想定し、147サンプルの運転データを発生させた。対象プロセスは、操作変数u=[u、状態変数x=[x、品質変数y=[yからなる非線形性と外乱を有するプロセスである。プロセスは次式で与えられるものとする。
6.1. Data Generation In this case study, 147 sample operation data was generated assuming a virtual process operated in batch. The target process has non-linearity consisting of an operation variable u = [u 1 u 2 u 3 ] T , a state variable x = [x 1 x 2 x 3 x 4 ] T , and a quality variable y = [y 1 y 2 ] T. It is a process with disturbance. The process shall be given by:

Figure 2006323523
Figure 2006323523

なお、それぞれの変数の測定には雑音が混入するものとする。操作変数データU∈R147×3、状態変数データをX∈R147×4、品質変数データをY∈R147×2をそれぞれ図4、5、6に示す。さらに、これらを平均0、分散1に標準化し、解析の対象とした。 It is assumed that noise is mixed in the measurement of each variable. Operation variable data U * εR 147 × 3 , state variable data X * εR 147 × 4 , and quality variable data Y * εR 147 × 2 are shown in FIGS. Furthermore, these were standardized to an average of 0 and a variance of 1 to be analyzed.

6.2.モデル構築
収集した運転データに主成分回帰を適用して、(15)、(16)式の線形モデルを構築した。得られた回帰係数行列は
6.2. Model Construction Principal component regression was applied to the collected operation data to construct a linear model of equations (15) and (16). The obtained regression coefficient matrix is

Figure 2006323523
Figure 2006323523

である。構築したモデルによる品質変数の測定値と予測値の相関係数は[0.88 0.94]であった。また、残差行列Eについて、残差変数の分散は It is. The correlation coefficient between the measured value and the predicted value of the quality variable by the constructed model was [0.88 0.94]. For the residual matrix E, the variance of the residual variable is

Figure 2006323523
Figure 2006323523

であった。 Met.

6.3.操作変数選択
品質改善を実現するために操作すべき変数を選択する。操作変数は3変数あるが、品質変数は2変数であるため、ここでは2変数を選択する。本ケーススタディでは、(i)操作コスト最小を目的とする場合、(ii)品質のばらつき抑制を目的とする場合、について説明する。
6.3. Selection of operation variables Select variables to be operated to achieve quality improvement. There are three operation variables, but there are two quality variables, so two variables are selected here. In this case study, (i) the case of aiming at the minimum operation cost and (ii) the case of aiming at suppressing the variation in quality will be described.

6.3.1.操作コスト最小を目的とする場合
いま、各操作変数の単位量あたりの操作に要するコストを[5 1 7]とする。各データは標準化されているため、操作コストもそれぞれの標準偏差を用いて変換すると、[1.01 0.16 2.28]となる。現在の操作条件(これまでの運転の平均的な状態)から新しい操作条件(選択した操作変数を調整することにより希望品質を実現できる操作条件)への変更に要するコストを最小とすべき評価関数として、操作変数選択を実施した結果、[u]を選択すべきとなった。
6.3.1. In the case where the objective is to minimize the operation cost, the cost required for the operation per unit quantity of each operation variable is set to [5 1 7]. Since each data is standardized, the operation cost is converted to [1.01 0.16 2.28] when converted using the standard deviation. An evaluation function that should minimize the cost required to change from the current operating conditions (average state of previous driving) to new operating conditions (operating conditions that can achieve the desired quality by adjusting the selected operating variables) As a result of selecting the manipulated variable, [u 1 u 2 ] should be selected.

この結果の妥当性を検証するため、3変数すべてを操作する場合と2変数を操作する場合のすべての組み合わせについて、現在の操作条件から新しい操作条件への変更に要するコストを計算した結果を表1に示す。   In order to verify the validity of this result, the calculation result of the cost required to change from the current operating condition to the new operating condition is shown for all combinations of operating all three variables and operating two variables. It is shown in 1.

Figure 2006323523
Figure 2006323523

この結果より、3変数すべてを操作する場合と[u]を選択した場合の操作コストが等しいことがわかる。これはuの操作に要するコストが大きいため、uを操作しない操作条件変更が最適となるためである。また、[u]以外の組み合わせを選択した場合には、操作コストが大きくなることも確認できる。 From this result, it can be seen that the operation costs are the same when all three variables are operated and when [u 1 u 2 ] is selected. This is because the cost required for the operation of u 3 is large, and thus the operation condition change without operating u 3 is optimal. It can also be confirmed that the operation cost increases when a combination other than [u 1 u 2 ] is selected.

6.3.2.品質のばらつき抑制を目的とする場合
次に、品質のばらつき抑制を目的とした操作変数選択を行う。ここでは、コストは評価に一切用いないものとする。上述のKとσの計算結果から、eの分散が大きく、かつyへの影響も大きいことがわかる。すなわち、eがyのばらつきの原因となっている可能性が高い。
6.3.2. When the purpose is to suppress quality variation Next, an operation variable is selected for the purpose of suppressing quality variation. Here, no cost is used for evaluation. From the calculation results of K x and σ e described above, it can be seen that the dispersion of e 4 is large and the influence on y 1 is also large. That is, it is highly possible that e 4 is a cause of variation in y 1 .

ここでは、線形モデルでは捉えられないeへの操作変数の影響を表現するため、2次の非線形モデル Here, in order to represent the effect of operating variables to e 4 not caught a linear model, the second-order nonlinear model

Figure 2006323523
Figure 2006323523

を用いる場合を例として説明する。最小2乗法を用いて係数a(i=1、…、6)を求めた結果、 As an example, description will be given. As a result of obtaining the coefficients a i (i = 1,..., 6) using the least square method,

Figure 2006323523
Figure 2006323523

となった。以上の結果に基づいて、それぞれの操作変数について、(23)式の評価関数を計算したところ、[0.5361 1.2635 0.5474]となった。したがって、操作変数を1つだけ選択する場合には、uを選択すべきである。また、操作変数を2つ選択する場合には、(24)式で表現される、各変数が品質に与える影響の違いを考慮して、[u]を選択すべきという結果を得た。 It became. Based on the above results, the evaluation function of equation (23) was calculated for each manipulated variable, and the result was [0.5361 1.2635 0.5474]. Therefore, when selecting the operation variable by one should select u 1. Further, when selecting two manipulated variables, the result that [u 1 u 3 ] should be selected in consideration of the difference in the influence of each variable on the quality expressed by the equation (24) is obtained. It was.

6.4.操作変数選択の効果
操作変数選択結果の妥当性を検証するために、品質改善のシミュレーションを実施した。あらかじめ設定された第1バッチを始点とし、それ以降、R2R制御によって品質制御を行った。
6.4. Effect of operating variable selection In order to verify the validity of the operating variable selection results, a quality improvement simulation was conducted. The first batch set in advance was used as the starting point, and thereafter quality control was performed by R2R control.

R2R制御は前回バッチの品質実現値をフィードバックすることで、品質を希望品質に近づける手法である。n回目バッチ終了後、当該バッチの出力測定値y∈Rk×1と統計モデルによる予測値^yから、希望品質~yを与える新しい運転条件un+1∈Rm×1を推定する。R2R制御にはいくつかのアルゴリズムがあるが、ここではEWMA(Exponentially Weighted Moving Average)アルゴリズムを用いた。EWMAアルゴリズムは線形モデルに基づいたアルゴリズムであり、各バッチ終了後にモデルのバイアスを更新する。n+1回目バッチで予測されるバイアス^εn+1∈Rk×1R2R control is a method of bringing the quality closer to the desired quality by feeding back the quality realization value of the previous batch. After the n-th batch termination, the output measured value of the batch y n ∈R k × 1 and the predicted value according to a statistical model from ^ y n, and estimates the new operating conditions uplifting quality ~ y u n + 1 ∈R m × 1. There are several algorithms for R2R control. Here, the EWMA (Exponentially Weighted Moving Average) algorithm is used. The EWMA algorithm is based on a linear model and updates the model bias after each batch. The bias ^ ε n + 1 εR k × 1 predicted in the (n + 1) th batch is

Figure 2006323523
Figure 2006323523

で与えられる。ここで、K∈Rm×kは品質モデルの係数行列、ωはパラメータである。このバイアス^εn+1を補正するように、新しい運転条件un+1を決定する。今回は、EWMAアルゴリズムのパラメータωを0.3とした。 Given in. Here, KεR m × k is a coefficient matrix of the quality model, and ω is a parameter. A new operating condition u n + 1 is determined so as to correct this bias ^ ε n + 1 . This time, the parameter ω of the EWMA algorithm is set to 0.3.

希望品質は~y=[160 80]とし、±1の範囲内であればオンスペックとする。変数選択を行わなかった場合(ケース1)、2変数を選択した場合(ケース2〜4)の制御シミュレーション結果を図7、8、9、10に示す。なお、ケース2は2変数[u]を選択した場合、ケース3は2変数[u]を選択した場合、ケース4は2変数[u]を選択した場合である。 The desired quality is ~ y = [160 80] T, and if it is within ± 1, it is on-spec. 7, 8, 9, and 10 show control simulation results when variable selection is not performed (case 1) and when two variables are selected (cases 2 to 4). Case 2 is a case where 2 variables [u 1 u 2 ] are selected, Case 3 is a case where 2 variables [u 1 u 3 ] are selected, and Case 4 is a case where 2 variables [u 2 u 3 ] are selected. is there.

図中、Nは品質が共にスペックを満たすまでのバッチ回数であり、グラフ中ではNバッチ目を○で示した。また、CostはNバッチ目までに要した操作コストであり、N以降20バッチにおける各品質のばらつき(標準偏差)を示している。   In the figure, N is the number of batches until the quality satisfies the specifications, and the Nth batch is indicated by a circle in the graph. Cost is an operation cost required up to the Nth batch, and indicates a variation (standard deviation) of each quality in 20 batches after N.

これらの結果より、操作コストを重視して[u]を選択した場合、他の選択法に比べて操作コストは小さくなるが、品質のばらつきは抑制されていないことが確認できる。一方、品質のばらつき抑制を目的として[u]を選択した場合には、yのばらつきが低減されていることを確認できる。また、[u]を選択した場合には、操作コストも品質のばらつきも大きく、3種類の操作変数選択の中で最も悪い結果となった。これは、uとuの回帰係数ベクトルkとkが類似している(kとkのなす角が小さい)ために、操作性が著しく低下したことが原因である。以上より、本発明の操作変数選択法の有効性が確認された。 From these results, when [u 1 u 2 ] is selected with emphasis on the operation cost, it can be confirmed that the operation cost is smaller than other selection methods, but the quality variation is not suppressed. On the other hand, when [u 1 u 3 ] is selected for the purpose of suppressing the variation in quality, it can be confirmed that the variation in y 1 is reduced. In addition, when [u 2 u 3 ] was selected, the operation cost and the quality variation were large, and the worst result among the three types of operation variable selection was obtained. This is because the operability is significantly reduced because the regression coefficient vectors k 2 and k 3 of u 2 and u 3 are similar (the angle formed by k 2 and k 3 is small). From the above, the effectiveness of the manipulated variable selection method of the present invention was confirmed.

また、上記の結果から、最初は操作コストを重視して選択した操作変数[u]を利用して運転し、品質が設定値に十分近づいた後は、品質のばらつき抑制を目的として選択した操作変数を[u]を利用して運転することによって、操作コストを小さく、かつ品質のばらつきも小さくできる。実際にこのような条件でシミュレーションを実施した結果(ケース5)を、図11に示す。操作コストおよび品質のばらつきが共に小さくなるという期待された結果が達成されており、状況に応じて操作変数を変更する手法の有効性が確認された。 In addition, from the above results, the operation variable [u 1 u 2 ] that was initially selected with an emphasis on the operation cost is used for operation, and after the quality is sufficiently close to the set value, for the purpose of suppressing quality variation By operating the selected operation variable using [u 1 u 3 ], the operation cost can be reduced and the quality variation can be reduced. FIG. 11 shows the result (case 5) of the simulation actually performed under such conditions. Expected results were achieved that both operational cost and quality variability were reduced, confirming the effectiveness of the method of changing the operating variables depending on the situation.

つづいて、図1、図2および図3を参照しながら、操作変数選択装置1の構成および動作について詳細に説明する。図1は、操作変数選択装置1の構成の概略を示す機能ブロック図である。   Next, the configuration and operation of the manipulated variable selection device 1 will be described in detail with reference to FIGS. 1, 2, and 3. FIG. 1 is a functional block diagram showing an outline of the configuration of the manipulated variable selection device 1.

図1に示すように、操作変数選択装置1は、前処理部11、線形モデル構築部12、非線形モデル構築部13、評価関数演算部14、操作変数選択部15、繰返制御部16、表示部17、ユーザインターフェイス18、データ蓄積装置19を備えて構成されている。   As shown in FIG. 1, the operation variable selection device 1 includes a preprocessing unit 11, a linear model construction unit 12, a nonlinear model construction unit 13, an evaluation function calculation unit 14, an operation variable selection unit 15, a repetition control unit 16, and a display. A unit 17, a user interface 18, and a data storage device 19 are provided.

ここで、上記操作変数選択装置1は、パーソナルコンピュータ等の汎用のコンピュータをベースに構成できる。よって、前処理部11、線形モデル構築部12、非線形モデル構築部13、評価関数演算部14、操作変数選択部15、繰返制御部16、表示部17は、CPUが各機能を実現するソフトウェアを実行することによって実現される。ユーザインターフェイス18は、表示装置、キーボードやマウス等であり、操作者からデータの入力を受けるとともに、操作者に対して結果を提示する。データ蓄積装置19は、ハードディスクやメモリであり、操作変数選択装置1の処理に関わるデータを長期的に、あるいは処理過程において一時的に保存する。   Here, the operation variable selection device 1 can be configured based on a general-purpose computer such as a personal computer. Therefore, the preprocessing unit 11, the linear model construction unit 12, the nonlinear model construction unit 13, the evaluation function calculation unit 14, the operation variable selection unit 15, the repetition control unit 16, and the display unit 17 are software that allows the CPU to realize each function. It is realized by executing. The user interface 18 is a display device, a keyboard, a mouse, or the like, and receives data input from the operator and presents the result to the operator. The data storage device 19 is a hard disk or a memory, and stores data related to processing of the manipulated variable selection device 1 for a long period of time or temporarily in the course of processing.

図2および図3は、操作変数選択装置1が実行する操作変数選択方法の手順を示すフローチャートである。   2 and 3 are flowcharts showing the procedure of the operation variable selection method executed by the operation variable selection device 1.

まず図2に示すように、ステップS1では、前処理部11が、品質変数データY、操作変数データU、状態変数データX(測定データD1)をデータ蓄積装置19から読み込み、前処理用設定データD2によって指定された方法で、データの前処理を行う。そして、前処理部11は、変換後のデータ行列Y、U、X、各変数の平均値、標準偏差等のスケーリングファクターを、前処理後データD3としてデータ蓄積装置19に保存する。 First, as shown in FIG. 2, in step S1, the preprocessing unit 11 reads quality variable data Y * , operation variable data U * , and state variable data X * (measurement data D1) from the data storage device 19, and performs preprocessing. The data is preprocessed by the method specified by the setting data D2. Then, the preprocessing unit 11 stores the converted data matrix Y, U, X, scaling factors such as the average value and standard deviation of each variable in the data storage device 19 as preprocessed data D3.

次に、ステップS2では、線形モデル構築部12が、線形モデル構築用データD4によって指定された方法で、ステップS1で得たデータを用いて、線形モデルを構築し、回帰係数行列K、K、Kex、K、および残差行列D、Eを求める。このとき、線形モデル構築用データD4では、線形モデル構築方法(最小二乗法、主成分回帰、部分的最小二乗法などの指定、およびそのパラメータ)が設定される。そして、線形モデル構築部12は、求めた回帰係数行列K、K、Kex、K、残差行列D、E、および用いたモデル構築パラメータ(主成分や潜在変数の数など)を、線形モデルデータD5としてデータ蓄積装置19に保存する。 Next, in step S2, the linear model construction unit 12 constructs a linear model using the data obtained in step S1 by the method specified by the linear model construction data D4, and the regression coefficient matrices K u , K Find x 1 , K ex , K, and residual matrices D and E. At this time, in the linear model construction data D4, a linear model construction method (designation such as least square method, principal component regression, partial least square method, and parameters thereof) is set. Then, the linear model construction unit 12 uses the obtained regression coefficient matrices K u , K x , K ex , K, the residual matrices D and E, and the used model construction parameters (such as the number of principal components and latent variables), The data is stored in the data storage device 19 as linear model data D5.

次に、ステップS3では、非線形モデル構築部13が、非線形モデル構築用データD6によって指定された方法で、非線形モデルを導入する残差変数eを選択する。このとき、非線形モデル構築用データD6では、判断基準となる閾値~k、~σが設定される。つづいて、非線形モデル構築部13は、非線形モデル構築用データD6によって指定された方法で、選択した残差変数eを出力とし、操作変数Uを入力とする非線形モデルfを構築する。このとき、非線形モデル構築用データD6では、状態変数に導入する非線形関数が設定される。そして、非線形モデル構築部13は、用いた残差変数選択方法や閾値、および非線形モデルを、非線形モデルデータD7としてデータ蓄積装置19に保存する。 Next, in step S3, the nonlinear model construction unit 13 selects a residual variable e i into which the nonlinear model is introduced by the method specified by the nonlinear model construction data D6. At this time, in the nonlinear model construction data D6, threshold values ˜k x , ˜σ e serving as judgment criteria are set. Subsequently, non-linear model construction section 13, in the manner specified by the non-linear model construction data D6, and outputs a residual variable e i selected, to construct a non-linear model f i which receives the manipulated variable U. At this time, in the nonlinear model construction data D6, a nonlinear function to be introduced into the state variable is set. Then, the nonlinear model construction unit 13 stores the used residual variable selection method, threshold value, and nonlinear model in the data storage device 19 as nonlinear model data D7.

つづいて図3に示すように、ステップS4では、評価関数演算部14が、評価関数設定データD8によって指定された評価関数((23)式)を、操作変数を変えながら演算し、操作変数選択部15が、評価関数を最小化する操作変数を選択する。繰返制御部16の制御に従って、評価関数演算部14および操作変数選択部15が、選択した操作変数を候補から除きながら、評価関数に基づいて操作変数を選択する処理を、選択した数が選択する数と等しくなるまで繰り返す(S5)。このとき、評価関数設定データD8によって、評価関数演算部14に評価関数、係数α、β、指標γが設定される。また、選択する操作変数の数D9によって、繰返制御部16に選択する操作変数の数が設定される。 Subsequently, as shown in FIG. 3, in step S4, the evaluation function calculation unit 14 calculates the evaluation function (Equation (23)) specified by the evaluation function setting data D8 while changing the operation variable, and selects the operation variable. The unit 15 selects an operation variable that minimizes the evaluation function. According to the control of the repetition control unit 16, the evaluation function calculation unit 14 and the operation variable selection unit 15 select the number of selected processes for selecting the operation variable based on the evaluation function while excluding the selected operation variable from the candidates. It repeats until it becomes equal to the number to do (S5). At this time, an evaluation function, coefficients α, β, and an index γ j are set in the evaluation function calculation unit 14 by the evaluation function setting data D8. Further, the number of operation variables to be selected is set in the repetition control unit 16 by the number D9 of operation variables to be selected.

そして、操作変数選択部15は、操作変数を選択するたびに、評価関数、係数α、β、指標γ、係数φ、評価関数の値、選択した操作変数を、選択操作変数データD10としてデータ蓄積装置19に保存する。 Then, every time an operation variable is selected, the operation variable selection unit 15 stores the evaluation function, the coefficients α, β, the index γ j , the coefficient φ, the value of the evaluation function, and the selected operation variable as selected operation variable data D10. Save in the storage device 19.

最後に、ステップS6では、表示部17が、データ蓄積装置19から読み出した選択操作変数データD9に基づき、選択した操作変数とその操作変数に対応する評価関数の値を表示する。   Finally, in step S6, the display unit 17 displays the selected operation variable and the value of the evaluation function corresponding to the operation variable based on the selected operation variable data D9 read from the data storage device 19.

なお、1つの操作変数のみを選択する場合には、評価関数演算部14には、(1)式の評価関数が設定される。もちろん、繰返制御部16は省略することができる。   When only one manipulated variable is selected, the evaluation function of the expression (1) is set in the evaluation function calculation unit 14. Of course, the repetition control unit 16 can be omitted.

また、図1〜図3では、処理ごとに得られたデータをデータ蓄積装置19に記録したが、次の処理へ入力するだけにしてもよい。また、処理のための設定データをデータ蓄積装置19から読み出す場合について説明したが、操作者がユーザインターフェイス18を用いて入力してもよい。   In FIG. 1 to FIG. 3, the data obtained for each process is recorded in the data storage device 19, but it may be simply input to the next process. Moreover, although the case where the setting data for processing is read from the data storage device 19 has been described, the operator may input using the user interface 18.

以上のように、上記操作変数選択装置1は、(a)1つの操作変数のみを選択する場合、(1)式の評価関数を最小化する操作変数を選択する、(b)2つ以上の操作変数を選択する場合、(1)式に(6)式を加えた(7)式の評価関数を最小化する操作変数を選択する。   As described above, the operation variable selection device 1 selects (a) an operation variable that minimizes the evaluation function of the expression (1) when selecting only one operation variable, (b) two or more When selecting an operation variable, an operation variable that minimizes the evaluation function of the expression (7) obtained by adding the expression (6) to the expression (1) is selected.

ただし、(6)式では関数cosを使用しているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、それまでに選択されたS個の変数が品質に与える影響を表すベクトルkが張る空間とベクトルkの直交性を表す指標(C)であれば、どのような関数でもよい。 However, although the function cos is used in the expression (6), the present invention is not limited to this. That is, any function may be used as long as it is an index (C j ) representing the orthogonality between the space formed by the vector k s representing the influence of the S variables selected so far on the quality and the vector k j .

また、(1)式、(7)式では、各項の線形和で評価関数を構成しているが、本発明は線形和での表現に限定されない。すなわち、各項の任意の非線形関数として与えられる関数が評価関数として利用できる。   Moreover, in (1) Formula and (7) Formula, although the evaluation function is comprised by the linear sum of each term, this invention is not limited to the expression by a linear sum. That is, a function given as an arbitrary nonlinear function of each term can be used as an evaluation function.

また、評価関数を最小化する操作変数を選択する際に、操作コスト指標(操作に関わるコストおよびペナルティ)のみに着目し、品質のばらつきに関連する係数をゼロとすれば、操作コスト指標を最小とする操作変数を選択することができる。一方、品質のばらつきを重視し、操作コスト指標をゼロとすれば、品質のばらつきを抑制可能な操作変数を選択することができる。すなわち、係数α、β、指標γ、θを適切に調整することにより、品質のばらつきと操作コストのバランスを考慮した操作変数選択が可能となる。 Also, when selecting an operation variable that minimizes the evaluation function, paying attention only to the operation cost index (cost and penalty related to operation), if the coefficient related to quality variation is set to zero, the operation cost index is minimized. Can be selected. On the other hand, if importance is attached to quality variation and the operation cost index is set to zero, an operation variable capable of suppressing quality variation can be selected. That is, by appropriately adjusting the coefficients α and β and the indices γ j and θ j , it is possible to select an operation variable in consideration of the balance between quality variation and operation cost.

最後に、操作変数選択装置1の各ブロック、特に評価関数演算部14、操作変数選択部15、および繰返制御部16は、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにCPUを用いてソフトウェアによって実現してもよい。   Finally, each block of the operation variable selection device 1, particularly the evaluation function calculation unit 14, the operation variable selection unit 15, and the repetition control unit 16 may be configured by hardware logic, and the CPU is configured as follows. And may be realized by software.

すなわち、操作変数選択装置1は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するCPU(central processing unit)、上記プログラムを格納したROM(read only memory)、上記プログラムを展開するRAM(random access memory)、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置(記録媒体)などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである操作変数選択装置1の制御プログラムのプログラムコード(実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム)をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、上記操作変数選択装置1に供給し、そのコンピュータ(またはCPUやMPU)が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。   That is, the operation variable selection device 1 includes a CPU (central processing unit) that executes instructions of a control program that realizes each function, a ROM (read only memory) that stores the program, and a RAM (random access memory) that expands the program. ), A storage device (recording medium) such as a memory for storing the program and various data. An object of the present invention is a recording medium in which a program code (execution format program, intermediate code program, source program) of a control program of the operation variable selection device 1 which is software for realizing the functions described above is recorded so as to be readable by a computer. Can also be achieved by reading the program code recorded on the recording medium and executing it by the computer (or CPU or MPU).

上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー(登録商標)ディスク/ハードディスク等の磁気ディスクやCD−ROM/MO/MD/DVD/CD−R等の光ディスクを含むディスク系、ICカード(メモリカードを含む)/光カード等のカード系、あるいはマスクROM/EPROM/EEPROM/フラッシュROM等の半導体メモリ系などを用いることができる。   Examples of the recording medium include tapes such as magnetic tapes and cassette tapes, magnetic disks such as floppy (registered trademark) disks / hard disks, and disks including optical disks such as CD-ROM / MO / MD / DVD / CD-R. Card system such as IC card, IC card (including memory card) / optical card, or semiconductor memory system such as mask ROM / EPROM / EEPROM / flash ROM.

また、操作変数選択装置1を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、LAN、ISDN、VAN、CATV通信網、仮想専用網(virtual private network)、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、IEEE1394、USB、電力線搬送、ケーブルTV回線、電話線、ADSL回線等の有線でも、IrDAやリモコンのような赤外線、Bluetooth(登録商標)、802.11無線、HDR、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。   Further, the operation variable selection device 1 may be configured to be connectable to a communication network, and the program code may be supplied via the communication network. The communication network is not particularly limited. For example, the Internet, intranet, extranet, LAN, ISDN, VAN, CATV communication network, virtual private network, telephone line network, mobile communication network, satellite communication. A net or the like is available. Also, the transmission medium constituting the communication network is not particularly limited. For example, even in the case of wired such as IEEE 1394, USB, power line carrier, cable TV line, telephone line, ADSL line, etc., infrared rays such as IrDA and remote control, Bluetooth ( (Registered trademark), 802.11 wireless, HDR, mobile phone network, satellite line, terrestrial digital network, and the like can also be used. The present invention can also be realized in the form of a computer data signal embedded in a carrier wave in which the program code is embodied by electronic transmission.

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope shown in the claims. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately modified within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention.

本発明は、品質改善のために操作すべき操作変数を、品質のばらつきと操作コストのバランスを考慮して選択できるため、様々な産業プロセスの解析・制御・管理を支援する用途に広く適用できる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely applied to applications that support analysis, control, and management of various industrial processes because an operation variable to be operated for quality improvement can be selected in consideration of the balance between quality variation and operation cost. .

本発明の一実施の形態に係る操作変数選択装置の構成の概略を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the outline of a structure of the manipulated variable selection apparatus which concerns on one embodiment of this invention. 図1に示した操作変数選択装置が実行する操作変数選択方法の手順の前半を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the first half of the procedure of the operation variable selection method which the operation variable selection apparatus shown in FIG. 1 performs. 図1に示した操作変数選択装置が実行する操作変数選択方法の手順の後半を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing the second half of the procedure of the operation variable selection method executed by the operation variable selection device shown in FIG. 1. ケーススタディの操作変数データである。Manipulated variable data for case studies. ケーススタディの状態変数データである。State variable data for case studies. ケーススタディの品質変数データである。Quality variable data for case studies. ケーススタディにおいて変数選択を行わなかった場合(ケース1)の制御シミュレーションの結果を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the result of the control simulation when variable selection is not performed in the case study (case 1). ケーススタディにおいて2変数[u]を選択した場合(ケース2)の制御シミュレーションの結果を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the result of the control simulation when two variables [u 1 u 2 ] are selected in the case study (case 2). ケーススタディにおいて2変数[u]を選択した場合(ケース3)の制御シミュレーションの結果を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the result of the control simulation when two variables [u 1 u 3 ] are selected in the case study (case 3). ケーススタディにおいて2変数[u]を選択した場合(ケース4)の制御シミュレーションの結果を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the result of the control simulation when two variables [u 2 u 3 ] are selected in the case study (case 4). ケーススタディのケース5の制御シミュレーションの結果を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the result of the control simulation of case 5 of case study.

符号の説明Explanation of symbols

1 操作変数選択装置
14 評価関数演算部(評価関数演算手段)
15 操作変数選択部(操作変数選択手段)
16 繰返制御部(繰返制御手段)
1 Operating Variable Selection Device 14 Evaluation Function Calculation Unit (Evaluation Function Calculation Unit)
15 Operation variable selection part (operation variable selection means)
16 Repeat control unit (Repetition control means)

Claims (6)

対象プロセスの操作変数の変化が該対象プロセスの品質変数に与える影響を表す項、上記操作変数と上記品質変数の間の非線形性を表す項、操作に関わるコストおよびペナルティを表す項、これら3項の任意の非線形関数として与えられる評価関数を、各操作変数について演算する評価関数演算手段と、
上記評価関数演算手段の演算結果から、上記評価関数を最小化する操作変数を選択する操作変数選択手段と、を備えることを特徴とする操作変数選択装置。
A term representing the effect of the change in the operation variable of the target process on the quality variable of the target process, a term representing the non-linearity between the operation variable and the quality variable, a term representing the cost and penalty associated with the operation, and these three terms An evaluation function calculation means for calculating an evaluation function given as an arbitrary non-linear function for each manipulated variable;
An operation variable selection device comprising: an operation variable selection unit that selects an operation variable that minimizes the evaluation function from a calculation result of the evaluation function calculation unit.
対象プロセスの操作変数データをU∈Rn×m、状態変数データをX∈Rn×l、品質変数データをY∈Rn×k(nはサンプル数、m、l、kは各変数の数)とするとき、
各操作変数について、次の評価関数
Figure 2006323523
:操作変数、
:基準とする操作条件、
:操作変数が品質変数に与える影響を表すベクトル、
fi(U)(i=p+1、…、l):任意の非線形関数(非線形モデルをp+1番目からl番目(p+1≦l)の状態変数に導入)、
α∈Rk×1:品質変数の相対的な重要性を表す係数、
β∈Rl×1:非線形性に対するペナルティ係数、
γ:操作コスト指標(操作変数の任意の関数であり、操作コストおよびペナルティを表す)、
を演算する評価関数演算手段と、
上記評価関数演算手段の演算結果から、上記評価関数を最小化する操作変数を選択する操作変数選択手段と、を備えることを特徴とする操作変数選択装置。
The operation variable data of the target process is U∈R n × m , the state variable data is X∈R n × l , the quality variable data is Y∈R n × k (where n is the number of samples, m, l, and k are the variables Number)
For each manipulated variable, the following evaluation function
Figure 2006323523
u j : manipulated variable,
u 0 : standard operating condition,
k j : vector representing the influence of the manipulated variable on the quality variable,
fi (U) (i = p + 1,..., l): Arbitrary nonlinear function (introducing a nonlinear model into the p + 1th to lth (p + 1 ≦ l) state variables),
α∈R k × 1 : coefficient representing the relative importance of quality variables,
β∈R 1 × 1 : Penalty coefficient for nonlinearity,
γ j : operation cost index (which is an arbitrary function of the operation variable and represents the operation cost and penalty),
An evaluation function calculating means for calculating
An operation variable selection device comprising: an operation variable selection unit that selects an operation variable that minimizes the evaluation function from a calculation result of the evaluation function calculation unit.
対象プロセスの操作変数データをU∈Rn×m、状態変数データをX∈Rn×l、品質変数データをY∈Rn×k(nはサンプル数、m、l、kは各変数の数)とするとき、
各操作変数について、次の評価関数
Figure 2006323523
:操作変数、
:基準とする操作条件、
:操作変数が品質変数に与える影響を表すベクトル、
fi(U)(i=p+1、…、l):任意の非線形関数(非線形モデルをp+1番目からl番目(p+1≦l)の状態変数に導入)、
α∈Rk×1:品質変数の相対的な重要性を表す係数、
β∈Rl×1:非線形性に対するペナルティ係数、
γ:操作コスト指標(操作変数の任意の関数であり、操作コストおよびペナルティを表す)、
:それまでに選択されたS個の変数が品質に与える影響を表すベクトルk(s=1,…,S)が張る空間とベクトルkの直交性を表す指標、
を演算する評価関数演算手段と、
上記評価関数演算手段の演算結果から、上記評価関数を最小化する操作変数を選択する操作変数選択手段と、
上記操作変数選択手段が操作変数を選択するたびに、上記指標Cを演算して、所定の個数の操作変数を選択するまで、上記評価関数演算手段および上記操作変数選択手段の処理を繰り返す繰返制御手段と、を備えることを特徴とする操作変数選択装置。
The operation variable data of the target process is U∈R n × m , the state variable data is X∈R n × l , the quality variable data is Y∈R n × k (where n is the number of samples, m, l, and k are the variables Number)
For each manipulated variable, the following evaluation function
Figure 2006323523
u j : manipulated variable,
u 0 : standard operating condition,
k j : vector representing the influence of the manipulated variable on the quality variable,
fi (U) (i = p + 1,..., l): Arbitrary nonlinear function (introducing a nonlinear model into the p + 1th to lth (p + 1 ≦ l) state variables),
α∈R k × 1 : coefficient representing the relative importance of quality variables,
β∈R 1 × 1 : Penalty coefficient for nonlinearity,
γ j : operation cost index (which is an arbitrary function of the operation variable and represents the operation cost and penalty),
C j : an index representing the orthogonality between the space formed by the vector k s (s = 1,..., S) representing the influence of the S variables selected so far on the quality and the vector k j ,
An evaluation function calculating means for calculating
An operation variable selection unit that selects an operation variable that minimizes the evaluation function from the calculation result of the evaluation function calculation unit,
Each time the operation variable selection means selects an operation variable, the index C j is calculated, and the processes of the evaluation function calculation means and the operation variable selection means are repeated until a predetermined number of operation variables are selected. And an operation variable selection device.
操作変数選択装置における操作変数選択方法であって、
上記操作変数選択装置の評価関数演算手段が、対象プロセスの操作変数の変化が該対象プロセスの品質変数に与える影響を表す項、上記操作変数と上記品質変数の間の非線形性を表す項、操作に関わるコストおよびペナルティを表す項、これら3項の任意の非線形関数として与えられる評価関数を、各操作変数について演算する評価関数演算ステップと、
上記操作変数選択装置の操作変数選択手段が、上記評価関数演算手段の演算結果から、上記評価関数を最小化する操作変数を選択する操作変数選択ステップと、を含むことを特徴とする操作変数選択方法。
An operation variable selection method in an operation variable selection device,
The evaluation function computing means of the manipulated variable selection device includes a term representing the effect of a change in the manipulated variable of the target process on the quality variable of the subject process, a term representing nonlinearity between the manipulated variable and the quality variable, and an operation An evaluation function calculating step for calculating an evaluation function given as an arbitrary nonlinear function of these three terms for each manipulated variable;
The operation variable selection unit of the operation variable selection device includes an operation variable selection step of selecting an operation variable that minimizes the evaluation function from the calculation result of the evaluation function calculation unit. Method.
請求項1から3のいずれか1項に記載の操作変数選択装置を動作させる操作変数選択プログラムであって、コンピュータを上記の各手段として機能させるための操作変数選択プログラム。   An operation variable selection program for operating the operation variable selection device according to any one of claims 1 to 3, wherein the operation variable selection program causes a computer to function as each of the above means. 請求項5に記載の操作変数選択プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。   A computer-readable recording medium on which the operation variable selection program according to claim 5 is recorded.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010282547A (en) * 2009-06-08 2010-12-16 Fuji Electric Systems Co Ltd Input variable selection support apparatus
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