JP2009282740A - Product quality prediction and control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鉄鋼条鋼製品等に代表される製品の品質を制御する方法、及び、当該製品品質の制御に用いられる製品品質の制御装置に関する。 The present invention relates to a method for controlling the quality of products represented by steel products and the like, and a product quality control device used for controlling the product quality.
製品の表面疵や内部欠陥の欠点数、及び、製品の不良品数は、離散確率変数で表される計数値である。そして、欠点数はポアソン分布に、不良品数は二項分布に各々従うものとしてモデル化することができる。従来、ポアソン分布に従う欠点数の管理にはc管理図やu管理図等が用いられ、二項分布に従う不良品個数の管理にはnp管理図やp管理図等が用いられており、管理限界線を越えた場合や、グラフの時間的傾向から管理限界線を越えそうな場合には、製造条件の異常を調査するという方法がとられていた(JIS Z 9020:1999)。 The number of defects on the surface defects and internal defects of the product, and the number of defective products are count values represented by discrete random variables. The number of defects can be modeled as following a Poisson distribution and the number of defective products according to a binomial distribution. Conventionally, the c control chart and u control chart are used to manage the number of defects according to the Poisson distribution, and the np control chart and p control chart are used to manage the number of defective products according to the binomial distribution. When the line is exceeded, or when the control limit line is likely to be exceeded due to the temporal trend of the graph, a method of investigating abnormal manufacturing conditions has been taken (JIS Z 9020: 1999).
これらの管理図による製品品質管理によれば、品質が悪くなる傾向にあることは検出できるが、どの製造条件が悪いのか、また、どの方向に修正すれば改善するのかが不明である。そのため、品質悪化の原因となる製造条件を特定して品質改善を図るべく、製造条件データから製品品質指標を予測する方法や、予測結果に基づき製造条件を制御する方法が、これまでに提案されている。 According to the product quality control based on these control charts, it can be detected that the quality tends to be deteriorated, but it is unclear which manufacturing condition is bad and in which direction the improvement is made. For this reason, methods for predicting product quality indicators from manufacturing condition data and methods for controlling manufacturing conditions based on the prediction results have been proposed so far in order to identify manufacturing conditions that cause quality deterioration and improve quality. ing.
例えば、特許文献1では、上工程の製造実績と材質推定値とその推定誤差から、要求仕様を満足する製品を製造することが可能な下工程操業条件指示値を出力する製品品質制御装置が開示されている。また、品質予測に適用可能な、一般化線形モデルとよばれる方法が、非特許文献1に開示されている。
特許文献1に開示されている技術では、制御対象の製品材質を、機械試験特性値等の物理的連続値と仮定している。その仮定ゆえに、推定対象の操業条件に類似した過去の操業条件実績値に対応する材質実績値の平均を用いて、推定対象の操業条件での材質を推定できる。ところが、製品の欠点数や不良品率などの品質指標は、離散分布する計数値に基づいており、その確率分布はポアソン分布や二項分布に代表される離散確率分布で近似され、連続値の確率分布である正規分布とは異なる。すなわち、特許文献1に開示されている技術のように、推定ばらつき算出のために実績値の標準偏差を計算しても、推定対象操業条件でのばらつきを正しく推定できない。このため、特許文献1に開示されている技術を用いて製品品質の制御を行うと品質の推定精度が低く、特に下流工程において要求される品質範囲を逸脱する虞があるという問題があった。 In the technique disclosed in Patent Document 1, it is assumed that the product material to be controlled is a physical continuous value such as a mechanical test characteristic value. Therefore, the material under the operation condition of the estimation target can be estimated by using the average of the material actual value corresponding to the past operation condition actual value similar to the operation condition of the estimation target. However, quality indicators such as the number of product defects and the defective product rate are based on discretely distributed counts, and the probability distribution is approximated by discrete probability distributions typified by Poisson distribution and binomial distribution. It is different from normal distribution which is probability distribution. That is, as in the technique disclosed in Patent Document 1, even if the standard deviation of the actual value is calculated for calculating the estimated variation, the variation under the estimation target operation condition cannot be estimated correctly. For this reason, when product quality is controlled using the technique disclosed in Patent Document 1, there is a problem that the quality estimation accuracy is low, and there is a risk of deviating from the quality range required particularly in the downstream process.
また、特許文献1に開示されている技術では、過去の操業条件や材質実績値を蓄積しておき、予測対象操業条件に類似した操業条件を検索する必要がある。そのため、特許文献1に開示されている技術を実現するためには、計算機装置だけではなく、大規模かつ高性能なオンラインデータベース検索システムが必要となり、多大なコストが必要になるという問題があった。 Further, in the technique disclosed in Patent Document 1, it is necessary to accumulate past operation conditions and material performance values and search for operation conditions similar to the prediction target operation conditions. Therefore, in order to realize the technique disclosed in Patent Document 1, not only a computer device but also a large-scale and high-performance online database search system is required, and there is a problem that enormous costs are required. .
非特許文献1には、製品品質の制御に適用する方法については開示されていない。非特許文献1に開示されている方法を製品品質の制御に適用することには、通常は目的変数の製品品質一項目に対する説明変数は数倍から数十倍の項目数があるため、品質制御のために説明変数の最適な値を決定することが困難であるという技術的阻害要因があった。 Non-Patent Document 1 does not disclose a method applied to product quality control. In order to apply the method disclosed in Non-Patent Document 1 to control of product quality, the explanatory variable for one item of product quality of the objective variable usually has several times to several tens of times the number of items. Because of this, there was a technical impediment that it was difficult to determine the optimal value of the explanatory variables.
そこで、本発明は、高精度の予測結果に基づいて製品の品質を制御することが可能な製品品質の制御方法、及び、当該制御方法を実施することが可能な製品品質の制御装置を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention provides a product quality control method capable of controlling product quality based on a highly accurate prediction result, and a product quality control apparatus capable of executing the control method. This is the issue.
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするため、添付図面の参照符号を括弧書きにて付記することがあるが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。 The present invention will be described below. In order to facilitate understanding of the present invention, reference numerals in the accompanying drawings may be added in parentheses, but the present invention is not limited to the illustrated form.
第1の本発明は、製品の品質を制御する方法であって、製造条件に応じた製品の品質を、線形回帰式で定義する、第1工程と、制御される製品の品質を、離散確率分布に基づく確率モデルを用いて数式化する、第2工程と、製品製造工程中における実際の製造条件のばらつきを、任意の確率モデルで数式化する、第3工程と、第1工程で定義された線形回帰式、第2工程で特定された数式、及び、第3工程で特定された製造条件のばらつきの確率モデル式を用いて、製品製造工程中の任意の時点で製品の品質を予測する第4工程と、を備えることを特徴とする、製品品質の制御方法により、上記課題を解決する。 A first aspect of the present invention is a method for controlling the quality of a product, wherein the quality of the product according to manufacturing conditions is defined by a linear regression equation, and the quality of the controlled product is determined by a discrete probability. Defined using a probability model based on the distribution, defined in the second step, the third step, and the first step, formulating the actual manufacturing condition variation in the product manufacturing process using an arbitrary probability model The product quality is predicted at an arbitrary point in the product manufacturing process using the linear regression formula, the formula specified in the second process, and the probability model formula of the variation in manufacturing conditions specified in the third process. The above-mentioned problem is solved by a product quality control method comprising: a fourth step.
第1の本発明及び以下に示す本発明(以下において、単に「本発明」という。)において、「製品の品質」は、品質不良の発生確率が小さいものであれば特に限定されるものではなく、その具体例としては、鋼材の表面疵や内部欠陥等に代表される欠点数や、製品の不良品数等を挙げることができる。また、「製造条件」の具体例としては、製造装置の設定値、鋼材に代表される製品又は中間製品の物理量(温度、形状、組成等)、及び、製品を製造する各工程の時間等を挙げることができる。さらに、「製品製造工程中における実際の製造条件のばらつきを、任意の確率モデルで数式化する」とは、製品の製造中において必ずしも目標値(設定値)とはならない製造条件のばらつきを任意の確率モデルで数式化することによって、その製造条件のばらつきの確率モデル式を特定することを意味する。 In the first invention and the invention shown below (hereinafter simply referred to as “the present invention”), “product quality” is not particularly limited as long as the probability of occurrence of quality defects is small. Specific examples thereof include the number of defects represented by surface flaws and internal defects of steel materials, the number of defective products, and the like. Specific examples of “manufacturing conditions” include the set values of the manufacturing equipment, the physical quantities (temperature, shape, composition, etc.) of products or intermediate products represented by steel materials, and the time of each process for manufacturing the products. Can be mentioned. Furthermore, “formation of actual manufacturing condition variations in the product manufacturing process with an arbitrary probability model” means that manufacturing condition variations that do not necessarily become target values (set values) during product manufacturing By formulating with a probability model, this means specifying a probability model formula for variations in manufacturing conditions.
上記第1の本発明において、製品の全数の製造が終了する前に、第4工程によって品質が予測され、第4工程で予測された品質が予め定めた目標範囲に属しない場合には、該品質が目標範囲に属することとなるように、後続製造工程の製造条件を変更する第5工程が備えられることが好ましい。 In the first aspect of the present invention, the quality is predicted by the fourth step before the production of all the products is completed, and when the quality predicted in the fourth step does not belong to the predetermined target range, It is preferable that a fifth process for changing the manufacturing conditions of the subsequent manufacturing process is provided so that the quality belongs to the target range.
また、第5工程が備えられる上記第1の本発明において、第5工程で変更される製造条件は、第1工程で定義された線形回帰式における該製造条件に対する係数を用いた1次式を目的関数とするとともに、第5工程で変更される製造条件に関する数式を制約条件とする、最適化問題を解くことにより特定されることが好ましい。 In the first aspect of the present invention provided with the fifth step, the manufacturing condition changed in the fifth step is a linear expression using a coefficient for the manufacturing condition in the linear regression equation defined in the first step. It is preferable that the objective function is specified by solving an optimization problem using a mathematical expression relating to the manufacturing condition changed in the fifth step as a constraint.
本発明において、最適化問題を解く際に用いられる方法は特に限定されるものではない。当該方法の具体例としては、線形計画法等を挙げることができる。 In the present invention, the method used when solving the optimization problem is not particularly limited. Specific examples of the method include linear programming.
また、上記第1の本発明(変形例も含む。以下同じ。)において、第1工程で定義される線形回帰式の係数を、品質の測定結果、及び/又は、製造条件の実績データに基づいて算出する算出工程が、第1工程の前工程として備えられることが好ましい。 In the first aspect of the present invention (including modifications, the same shall apply hereinafter), the coefficient of the linear regression equation defined in the first step is based on the quality measurement result and / or the production condition actual data. It is preferable that the calculation process calculated in this step is provided as a previous process of the first process.
また、上記第1の本発明において、制御される製品の品質が欠点数である場合には、第2工程で用いる確率モデルとしてポアソン分布が用いられることが好ましい。 In the first aspect of the present invention, when the quality of the controlled product is the number of defects, the Poisson distribution is preferably used as the probability model used in the second step.
また、上記第1の本発明において、制御される製品の品質が不良品数又は不良品率である場合には、第2工程で用いる確率モデルとして二項分布が用いられることが好ましい。 In the first aspect of the present invention, when the quality of the controlled product is the number of defective products or the defective product rate, it is preferable to use a binomial distribution as a probability model used in the second step.
また、上記第1の本発明において、製品が鋼材であることが好ましい。 In the first aspect of the present invention, the product is preferably a steel material.
本発明において、鋼材製品の具体例としては、鉄鋼条鋼製品等を挙げることができる。 In the present invention, specific examples of steel products include steel products.
第2の本発明は、製品の品質を制御するために用いられる制御装置であって、製造条件に応じた製品の品質を線形回帰式で定義する、回帰式定義部(1)と、制御される製品の品質を、離散確率分布に基づく確率モデルを用いて数式化する、数式化部(2)と、製品製造工程中における実際の製造条件のばらつきを、任意の確率モデルで数式化する、ばらつき定式化部(3)と、回帰式定義部で定義された線形回帰式、数式化部で特定された数式、及び、ばらつき定式化部で特定された前記製造条件のばらつきの確率モデル式を用いて、製品製造工程中の任意の時点で製品の品質を予測する、品質予測部(4)と、を備えることを特徴とする、製品品質の制御装置により、上記課題を解決する。 The second aspect of the present invention is a control device used for controlling the quality of a product, and is controlled by a regression equation defining unit (1) that defines the quality of a product according to manufacturing conditions by a linear regression equation. Formulating the quality of the product using a probability model based on a discrete probability distribution, and formulating a variation in actual manufacturing conditions during the product manufacturing process using an arbitrary probability model, The variation formulation unit (3), the linear regression formula defined by the regression formula definition unit, the formula specified by the formula formulation unit, and the probability model formula of the variation of the manufacturing conditions specified by the variation formulation unit And a quality prediction unit (4) for predicting the quality of the product at an arbitrary point in time during the product manufacturing process.
上記第2の本発明において、製品の全数の製造が終了する前に、品質予測部(4)によって品質が予測され、品質予測部で予測された品質が予め定めた目標範囲に属しない場合には、該品質が目標範囲に属することとなるように後続製造工程の製造条件を変更する、製造条件変更部(7)が、さらに備えられることが好ましい。 In the second aspect of the present invention, the quality is predicted by the quality prediction unit (4) before the production of all the products is finished, and the quality predicted by the quality prediction unit does not belong to a predetermined target range. Is preferably further provided with a manufacturing condition changing unit (7) for changing the manufacturing conditions of the subsequent manufacturing process so that the quality belongs to the target range.
ここに、「後続製造工程」とは、製品の製造ラインに第1製造工程及び第2製造工程が備えられる場合において、第1製造工程後に予測された結果に基づいて第2製造工程の製造条件が変更される場合には、当該第2製造工程を意味する。 Here, the “subsequent manufacturing process” refers to a manufacturing condition of the second manufacturing process based on a result predicted after the first manufacturing process when the product manufacturing line includes the first manufacturing process and the second manufacturing process. When is changed, it means the second manufacturing process.
また、製造条件変更部が備えられる上記第2の本発明において、製造条件変更部で特定される製造条件は、回帰式定義部で定義された線形回帰式における該製造条件に対する係数を用いた1次式を目的関数とするとともに、製造条件変更部で変更される製造条件に関する数式を制約条件とする、最適化問題を解くことにより特定されることが好ましい。 In the second aspect of the present invention provided with the manufacturing condition changing unit, the manufacturing condition specified by the manufacturing condition changing unit is 1 using a coefficient for the manufacturing condition in the linear regression equation defined by the regression equation defining unit. It is preferable that the following equation is used as an objective function, and is specified by solving an optimization problem using a mathematical expression relating to the manufacturing condition changed by the manufacturing condition changing unit as a constraint.
また、上記第2の本発明(変形例も含む。以下同じ。)において、さらに、回帰式定義部(1)で定義される線形回帰式の係数を、品質の測定結果、及び/又は、製造条件の実績データに基づいて算出する算出部(5)が備えられることが好ましい。 In the second aspect of the present invention (including modifications, the same shall apply hereinafter), the coefficient of the linear regression equation defined by the regression equation definition unit (1) is further used as the quality measurement result and / or manufacturing. It is preferable that a calculation unit (5) for calculating based on the condition result data is provided.
また、上記第2の本発明において、制御される製品の品質が欠点数である場合には、数式化部で用いる確率モデルとしてポアソン分布が用いられることが好ましい。 In the second aspect of the present invention, when the quality of the controlled product is the number of defects, the Poisson distribution is preferably used as the probability model used in the formulating unit.
また、上記第2の本発明において、制御される製品の品質が不良品数又は不良品率である場合には、数式化部で用いる確率モデルとして二項分布が用いられることが好ましい。 In the second aspect of the present invention, when the quality of the controlled product is the number of defective products or the defective product rate, a binomial distribution is preferably used as a probability model used in the formulating unit.
また、上記第2の本発明において、製品が鋼材であることが好ましい。 In the second aspect of the present invention, the product is preferably a steel material.
第1の本発明によれば、離散確率分布に基づく確率モデルで特定された数式と、後続製造工程における実際の製造条件のばらつきの確率モデル式と、を用いて、製品の品質が予測されるので、製品の欠点数や不良品数等に代表される製品品質を、後続製造工程の製造条件制御精度も考慮して、高精度に予測することが可能になる。したがって、第1の本発明によれば、高精度の予測結果に基づいて製品の品質を制御することが可能な、製品品質の制御方法を提供することができる。さらに、第1の本発明において、予測された製品品質に基づいて後続製造工程の製造条件を変更する第5工程が備えられることにより、上流工程で製品の品質が悪化するような不具合が生じても、後続製造工程の製造条件を変更することにより、最終的な製品品質の悪化を防止することが可能な、製品品質の制御方法を提供することができる。 According to the first aspect of the present invention, the quality of a product is predicted using a mathematical expression specified by a probability model based on a discrete probability distribution and a probability model expression of variation in actual manufacturing conditions in a subsequent manufacturing process. Therefore, the product quality represented by the number of defects of the product, the number of defective products, etc. can be predicted with high accuracy in consideration of the manufacturing condition control accuracy in the subsequent manufacturing process. Therefore, according to the first aspect of the present invention, it is possible to provide a product quality control method capable of controlling the quality of a product based on a highly accurate prediction result. Furthermore, in the first aspect of the present invention, since the fifth process for changing the manufacturing conditions of the subsequent manufacturing process based on the predicted product quality is provided, there is a problem that the quality of the product deteriorates in the upstream process. In addition, it is possible to provide a product quality control method capable of preventing the deterioration of the final product quality by changing the manufacturing conditions in the subsequent manufacturing process.
第2の本発明によれば、離散確率分布に基づく確率モデルを用いて製品の品質を数式化する数式化部と、後続製造工程における実際の製造条件のばらつきを任意の確率モデルで数式化するばらつき定式化部と、が備えられるので、製品の欠点数や不良品数等に代表される製品品質を、後続製造工程の製造条件制御精度も考慮して、高精度に予測することが可能になる。したがって、第2の本発明によれば、高精度の予測結果に基づいて製品の品質を制御することが可能な、製品品質の制御装置を提供することができる。さらに、第2の本発明において、予測された製品品質に基づいて後続製造工程の製造条件を変更する製造条件変更部が備えられることにより、上流工程で製品の品質が悪化するような不具合が生じても、後続製造工程の製造条件を変更することにより、最終的な製品品質の悪化を防止することが可能な、製品品質の制御装置を提供することができる。 According to the second aspect of the present invention, a formulating unit that formulates product quality using a probability model based on a discrete probability distribution, and a variation in actual manufacturing conditions in a subsequent manufacturing process is expressed by an arbitrary probability model. Because it is equipped with a variation formulation unit, it is possible to predict the product quality represented by the number of product defects and the number of defective products with high accuracy in consideration of the manufacturing condition control accuracy in the subsequent manufacturing process. . Therefore, according to the second aspect of the present invention, a product quality control device capable of controlling the quality of a product based on a highly accurate prediction result can be provided. Further, in the second aspect of the present invention, a manufacturing condition changing unit that changes the manufacturing conditions of the subsequent manufacturing process based on the predicted product quality is provided, thereby causing a problem that the quality of the product deteriorates in the upstream process. However, it is possible to provide a product quality control device capable of preventing the deterioration of the final product quality by changing the manufacturing conditions of the subsequent manufacturing process.
以下、本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
1.製品品質の制御方法
工業製品製造過程における製品製造条件は、製造工程における製品又は中間製品に関する物理量(温度、形状、組成等)の測定結果、製造装置に関する物理量(温度、圧力等)の測定結果、これらの物理量の制御目標値、運転条件設定値、及び、製造装置間において測定・設定される値等によって構成される群から選択される一又は複数の製造条件によって構成される。以下の本発明の説明において、製造条件はxで表し、ある一の製品nに対する製造条件を指す場合はxn(ただし、nは1以上の整数。)で表す。また、製品nに対する製造条件xnが複数ある場合で、それらを区別する必要がある場合には、一の製造条件をxnk(ただし、kは1以上の整数。)で表す。さらに、製造条件xnがK個ある場合にそれら全体を組み合わせたベクトルをxnv=[xn1 xn2 … xnK]Tとする。
1. Product Quality Control Method Product manufacturing conditions in the manufacturing process of industrial products are measured results of physical quantities (temperature, shape, composition, etc.) related to products or intermediate products in the manufacturing process, measured results of physical quantities (temperature, pressure, etc.) related to manufacturing equipment, These physical quantities are configured by one or a plurality of manufacturing conditions selected from a group consisting of control target values, operating condition setting values, values measured and set between manufacturing apparatuses, and the like. In the following description of the present invention, the production condition is represented by x, and x n (where n is an integer of 1 or more) is used to indicate the production condition for a certain product n. Further, in case of manufacturing conditions x n to the product n is more, if it is necessary to distinguish them, one of the production conditions x nk (Here, k is an integer of 1 or more.) Represented by. Furthermore, when there are K manufacturing conditions x n, a vector obtained by combining all of them is set to x nv = [x n1 x n2 ... X nK ] T.
また、欠点数や不良品数等に代表される品質に関する測定データをyで表す。本発明では、品質に関する測定データyを目的変数とし、製造条件xを説明変数とする回帰モデルによって、品質モデルを構成する。本発明では、品質モデルを構成するにあたり、目的変数の確率モデルとして二項分布やポアソン分布等の離散確率分布を仮定し、製造条件に対する品質の期待値を単調増加関数で変換し、線形回帰式でモデル化する一般化線形モデルと呼ばれる方法を用いる。なお、本発明における品質モデルの構成では、線形回帰式の係数を最尤法で推定する。 Moreover, the measurement data regarding quality represented by the number of defects, the number of defective products, etc. is represented by y. In the present invention, the quality model is constituted by a regression model having the measurement data y related to quality as an objective variable and the manufacturing condition x as an explanatory variable. In the present invention, in constructing the quality model, a discrete probability distribution such as a binomial distribution or a Poisson distribution is assumed as a probability model of the objective variable, the expected quality value for the manufacturing conditions is converted by a monotonically increasing function, and a linear regression equation A method called a generalized linear model is used. In the configuration of the quality model in the present invention, the coefficient of the linear regression equation is estimated by the maximum likelihood method.
1.1.第1実施形態
図1は、第1実施形態にかかる本発明の製品品質の制御方法(以下、「第1実施形態にかかる制御方法」という。)に備えられる工程を示すフローチャートである。図1に示すように、第1実施形態にかかる制御方法は、データ集計工程(工程S11)と、第1工程(工程S12)と、第2工程(工程S13)と、第3工程(工程S14)と、第4工程(工程S15)と、を備える。
1.1. First Embodiment FIG. 1 is a flowchart showing steps provided in a product quality control method of the present invention according to a first embodiment (hereinafter referred to as “control method according to the first embodiment”). As shown in FIG. 1, the control method according to the first embodiment includes a data aggregation step (step S11), a first step (step S12), a second step (step S13), and a third step (step S14). ) And a fourth step (step S15).
<工程S11>
工程S11では、個々の製品と製造条件及び品質の実現値とを対応付けた製造条件データ又は品質データが作成されるとともに、製造条件データ又は品質データの集合が作成される。製品番号をn=1、2、…、Nとして、製造条件データはベクトルxnvと表す。製造条件データの集合は、一又は複数の製造条件データxnvを要素とする集合であり、ベクトルxnvを転置して行方向に並べた行列X=[x1v x2v …xNv]Tで表す。また、着目する計数値で表される製品品質はyとし、製品品質データをynと表す。製品品質データの集合は、一又は複数の製品品質データynを要素とする集合であり、ynを転置して行方向に並べたベクトルY=[y1 y2 … yN]Tで表す。
<Step S11>
In step S11, manufacturing condition data or quality data in which individual products are associated with manufacturing conditions and quality realization values are created, and a set of manufacturing condition data or quality data is created. The product condition data is represented as a vector x nv where n = 1, 2,... The set of manufacturing condition data is a set having one or a plurality of manufacturing condition data x nv as elements, and is a matrix X = [x 1v x 2v ... N N ] T in which the vector x nv is transposed and arranged in the row direction. To express. Furthermore, product quality is represented by the count value of interest is the y, represents the product quality data and y n. The set of product quality data is a set having one or a plurality of product quality data y n as elements, and is represented by a vector Y = [y 1 y 2 ... Y N ] T obtained by transposing y n and arranging them in the row direction. .
<工程S12>
工程S12は、製造条件に応じた製品の品質を線形回帰式で定義する工程である。回帰係数ベクトル(以下、「回帰パラメータ」ということがある。)をc=[c0 c1 … cK]Tとするとき、線形回帰式は下記式1により表すことができる。
<Step S12>
Step S12 is a step of defining the quality of the product according to the manufacturing conditions by a linear regression equation. When a regression coefficient vector (hereinafter also referred to as “regression parameter”) is c = [c 0 c 1 ... C K ] T , the linear regression equation can be expressed by the following equation 1.
<工程S13>
工程S13は、制御される製品の品質を、離散確率分布に基づく確率モデルを用いて数式化する工程である。制御される製品の品質が、一の条鋼製品当たりの表面疵や内部欠陥の数などのように、ゼロ以上の離散値であり、かつ、上限が不明なものである場合、一の条鋼製品当たりの欠点数の平均をλとすると、対象量W(W個の製品からなる1ロット)における欠点数yは、平均λWのポアソン分布に従う確率変数であり、その確率は下記式2により表すことができる。
<Step S13>
Step S13 is a step of formulating the quality of the controlled product using a probability model based on a discrete probability distribution. If the quality of the controlled product is a discrete value of zero or more and the upper limit is unknown, such as the number of surface defects and the number of internal defects per steel product, If the average of the number of defects is λ, the number of defects y in the target amount W (one lot consisting of W products) is a random variable according to the Poisson distribution of the average λW, and the probability can be expressed by the
しかし、欠点数は一の製品当たりの個数で比較されるものなので、一の製品当たり欠点数の平均λを下記式3のように定義する。
λ(x,c)=expS(x,c) …(式3)
However, since the number of defects is compared by the number per product, the average λ of the number of defects per product is defined as in the
λ (x, c) = expS (x, c) (Formula 3)
上記式2および式3を用いると、製造条件xに対する対象量Wにおける欠点数yの確率分布は下記式4で表すことができる。ここで、変数x(製造条件)は、製品製造工程中においてばらつく確率変数なので、欠点数yの確率分布はxを条件とする条件付き確率で表される。
When the
次に、回帰パラメータcの推定を行う。回帰パラメータcの推定は、最尤法によって行うことができる。具体的には、対数尤度Lを、製品品質データ集合Y及び製造条件データ集合Xを用いて下記式5で定義し、これを最大化する回帰パラメータcを求めることにより行う。
Next, the regression parameter c is estimated. The estimation of the regression parameter c can be performed by the maximum likelihood method. Specifically, the log likelihood L is defined by the
上記式5において、Wn=[W1 W2 … WN]Tである。
In the
上記式3〜式5より、対数尤度Lは下記式6で表すことができる。
From
式6で表される対数尤度Lを最大にする回帰パラメータcは、下記式7で表される必要条件を満たす解を、ニュートン法等により求め、その解の中から対数尤度Lを最大にするものを選択する方法や、遂次二次計画法のような非線形最適化法により求めることができる。
The regression parameter c for maximizing the log likelihood L expressed by
これに対し、制御される製品の品質が、一ロット中の不良品数などのように、ゼロ以上の離散値であり、かつ、上限が有限であるものである場合、対象製品個数Mに対する不良品数y(この場合、0≦y≦M)は、一回試行した場合に発生する確率がρの事象をM回試行する場合における、発生回数に関する二項分布に従う確率変数であり、その確率分布は、一つの製品が不良品になる確率をρとして、下記式8により表すことができる。 On the other hand, if the quality of the controlled product is a discrete value of zero or more, such as the number of defective products in one lot, and the upper limit is finite, the number of defective products with respect to the target product number M y (in this case, 0 ≦ y ≦ M) is a random variable that follows a binomial distribution with respect to the number of occurrences when an event with a probability of ρ occurring once is tried M times, and the probability distribution is The probability that one product will be defective can be expressed by the following equation (8).
ここで、不良品の発生確率ρは下記式9により表すことができる。 Here, the occurrence probability ρ of a defective product can be expressed by the following formula 9.
また、上記式8および式9を用いて、製造条件xに対する対象個数Mにおける不良品数yの確率分布は、下記式10により表すことができる。 Further, the probability distribution of the number of defective products y in the target number M with respect to the manufacturing condition x can be expressed by the following formula 10 using the above formula 8 and formula 9.
制御される製品の品質が不良品数の場合、最尤法による回帰パラメータcの推定は、対数尤度Lを、製品品質データ集合及び製造条件データ集合を用いて下記式11で定義し、これを最大化する回帰パラメータcを求めることにより行う。
When the quality of the controlled product is the number of defective products, the regression parameter c is estimated by the maximum likelihood method. The log likelihood L is defined by the following
上記式9〜式11より、対数尤度Lは下記式12で表すことができる。
From the above formulas 9 to 11, the log likelihood L can be expressed by the following
上記式12で表される対数尤度Lを最大にする回帰パラメータcは、制御される製品の品質が欠点数である場合と同様の方法により、求めることができる。
The regression parameter c that maximizes the log likelihood L expressed by the
<工程S14>
工程S14は、上記工程S12で定義した線形回帰式中の変数xで表されている製造条件の製品製造工程中における実際の値の確率密度分布を特定する工程である。ある製造条件xcが目標値tcに一致するように制御されている場合、xcは必ずしもtcとは一致せず、未知の外乱や制御装置の状況によりばらつきが生じる。この場合に、そのばらつきの確率分布をp(xc,tc)で表す。この確率分布は、例えば制御偏差実績値のヒストグラムなどから、正規分布などの確率密度関数で近似することができる。
<Step S14>
Step S14 is a step of specifying the probability density distribution of actual values during the product manufacturing process of the manufacturing conditions represented by the variable x in the linear regression equation defined in step S12. If there manufacturing conditions x c is controlled to match the target value t c, x c is not necessarily coincident with t c, variations occur depending on the situation of the unknown disturbance or control device. In this case, the probability distribution of the variation is represented by p (x c , t c ). This probability distribution can be approximated by a probability density function such as a normal distribution from, for example, a histogram of actual control deviation values.
<工程S15>
工程S15は、上記工程S12で定義した線形回帰式、上記工程S13で特定した数式、及び、上記工程S14で特定した確率モデル式を用いて、製品の品質を予測する工程である。製品の品質を、製造工程の途中に定められた特定の時点で予測する場合には、後続製造工程(下流工程)のうち変更可能な製造条件の予測段階における予定値を並べたベクトルをxe、上流工程の製造条件実績値又は下流工程の製造条件のうち変更できない製造条件の予定値を並べたベクトルをxpとする。線形回帰式は特にxpおよびxeを明示してS(xp,xe,c)として表す。
<Step S15>
Step S15 is a step of predicting product quality using the linear regression equation defined in step S12, the equation specified in step S13, and the probability model equation specified in step S14. When predicting the quality of a product at a specific time determined in the middle of a manufacturing process, a vector in which planned values in a prediction stage of a changeable manufacturing condition in a subsequent manufacturing process (downstream process) are arranged is set to x e. In addition, let x p be a vector in which scheduled production values that cannot be changed out of the actual manufacturing condition values in the upstream process or the manufacturing conditions in the downstream process are arranged. In particular, the linear regression equation expresses x p and x e as S (x p , x e , c).
製造工程途中において、製品欠点数または不良品数の確率分布は、(y,xc)の同時確率分布のxcに関する周辺分布なので、xpの値およびxcの確率分布を用いて、 In the course of manufacturing process, the probability distribution of the product number of defects or defectives is, (y, x c), the peripheral distribution about x c of the joint probability distribution of using the probability distribution of the values and x c of x p,
上記式14の積分はxcがベクトルの場合は多次元になるため、解析的に求めることは難しい。このような場合には、確率分布p(xc,tc)から発生した十分多数のN個のサンプルxc1、…、xcNをもちいたモンテカルロ法により、 For integration of the equation 14 x c is to be multi-dimensional in the case of vector, it is difficult to determine analytically. In such a case, by the Monte Carlo method using a sufficiently large number of N samples x c1 ,..., X cN generated from the probability distribution p (x c , t c ),
このように、第1実施形態にかかる制御方法では、離散確率分布に基づく確率モデルで特定された数式と、後続製造工程における製造条件のばらつきの確率モデル式と、を用いて、欠点数や不良品数等の製品品質を、後続製造工程の製造条件制御精度も考慮して予測する。欠点数や不良品数等に代表される、発生確率の小さい対象の確率分布は、正規分布から大きく異なり、ポアソン分布や二項分布等の離散確率分布によって高精度に近似することができるので、第1実施形態にかかる制御方法によれば、製品の品質を高精度に予測することができ、当該予測結果に基づいて製品の品質を制御することが可能になる。 As described above, in the control method according to the first embodiment, the number of defects and defects are determined by using the mathematical expression specified by the probability model based on the discrete probability distribution and the probability model expression of the variation in the manufacturing condition in the subsequent manufacturing process. Product quality such as the number of products is predicted in consideration of manufacturing condition control accuracy in the subsequent manufacturing process. The probability distribution of objects with low probability of occurrence, represented by the number of defects and the number of defective products, is significantly different from the normal distribution and can be approximated with high accuracy by discrete probability distributions such as Poisson distribution and binomial distribution. According to the control method according to the embodiment, the quality of the product can be predicted with high accuracy, and the quality of the product can be controlled based on the prediction result.
1.2.第2実施形態
図2は、第2実施形態にかかる本発明の製品品質の制御方法(以下、「第2実施形態にかかる制御方法」という。)に備えられる工程を示すフローチャートである。図2に示すように、第2実施形態にかかる制御方法は、データ集計工程(工程S21)と、第1工程(工程S22)と、第2工程(工程S23)と、第3工程(工程S24)と、第4工程(工程S25)と、を備え、さらに、第5工程(工程S26)を備える。
1.2. Second Embodiment FIG. 2 is a flowchart showing steps provided in a product quality control method of the present invention according to a second embodiment (hereinafter referred to as “control method according to the second embodiment”). As shown in FIG. 2, the control method according to the second embodiment includes a data aggregation step (step S21), a first step (step S22), a second step (step S23), and a third step (step S24). ) And a fourth step (step S25), and further includes a fifth step (step S26).
<工程S21>
工程S21では、個々の製品と製造条件及び品質の実現値とを対応付けた製造条件データ又は品質データが作成されるとともに、製造条件データ又は品質データの集合が作成される。工程S21は上記工程S11と同様の工程であるため、説明は省略する。
<Step S21>
In step S21, manufacturing condition data or quality data in which individual products are associated with manufacturing conditions and quality realization values are created, and a set of manufacturing condition data or quality data is created. Since step S21 is the same as step S11, description thereof is omitted.
<工程S22>
工程S22は、製造条件に応じた製品の品質を線形回帰式で定義する工程である。工程S22は上記工程S12と同様の工程であるため、説明は省略する。
<Step S22>
Step S22 is a step of defining the quality of the product according to the manufacturing conditions by a linear regression equation. Since step S22 is the same as step S12, description thereof is omitted.
<工程S23>
工程S23は、制御される製品の品質を、離散確率分布に基づく確率モデルを用いて数式化する工程である。工程S23は上記工程S13と同様の工程であるため、説明は省略する。
<Step S23>
Step S23 is a step of formulating the quality of the controlled product using a probability model based on a discrete probability distribution. Since step S23 is the same as step S13, description thereof is omitted.
<工程S24>
工程S24は、上記工程S22で定義した線形回帰式中の変数であらわされる製造条件の製品製造工程中における実際の値の確率密度分布を特定する工程である。工程S24は上記工程S14と同様の工程であるため、説明は省略する。
<Step S24>
Step S24 is a step of specifying the probability density distribution of actual values during the product manufacturing process of the manufacturing conditions represented by the variables in the linear regression equation defined in step S22. Since step S24 is the same as step S14, description thereof is omitted.
<工程S25>
工程S25は、上記工程S22で定義した線形回帰式、上記工程S23で特定した数式、及び、上記工程S24で特定した確率モデル式を用いて、製品の品質を予測する工程である。工程S25は上記工程S15と同様の工程であるため、説明は省略する。
<Step S25>
Step S25 is a step of predicting product quality using the linear regression equation defined in step S22, the equation specified in step S23, and the probability model equation specified in step S24. Since step S25 is the same as step S15, description thereof is omitted.
<工程S26>
工程S26は、上記工程S25で予測された品質が所定の範囲に属する確率を算出する工程である。製品品質が所定の上限値を上回る確率は、欠点数や不良品数についての上記確率分布により、算出できる。例えば、制御される品質が欠点数である場合、対象量Wにおける欠点数の予測値yeが上限値y*を上回る確率p(ye>y*)は、式3、式4、式14及び下記式16によって表すことができる。
<Step S26>
Step S26 is a step of calculating a probability that the quality predicted in step S25 belongs to a predetermined range. The probability that the product quality exceeds the predetermined upper limit value can be calculated from the probability distribution regarding the number of defects and the number of defective products. For example, if the quality is controlled is the number of drawbacks, probability estimate y e number shortcomings in the target amount W exceeds the upper limit value y * p (y e> y *) of the
また、制御される品質が不良品数である場合、対象製造個数Mにおける不良品数の予測値yeが不良品数の上限値y*を上回る確率p(ye>y*)は、式8、式9、式14及び下記式17によって表すことができる。
Also, if the quality is controlled is defectives, probability estimate y e of defectives in a subject production number M exceeds the defectives upper limit y * p (y e> y *) of the formula 8, formula 9 and
さらに、工程S26におけるxcの目標値tcに対するp(y>y*)の分布をもとめ、確率p(y>y*)が品質管理基準p*より小さくなるxcの目標値tcの範囲をあらわす、回帰パラメータcを用いた不等式18を求める。 Further, determine the distribution of p (y> y *) with respect to the target value t c of x c at step S26, the probability p (y> y *) is a target value t c quality control standards p * from the small x c An inequality 18 using the regression parameter c that represents the range is obtained.
F(tc)=f0+cc T・tc>0 (式18)
ただし、f0は切片、ベクトルccは後続製造条件に対する回帰パラメータcである。
F (t c ) = f 0 + c c T · t c > 0 (Equation 18)
Here, f 0 is an intercept, and vector c c is a regression parameter c for subsequent manufacturing conditions.
工程S25において、確率p(y>y*)を、式15を用いてモンテカルロ法で数値的にもとめている場合には、目標値tcを繰り返し変更しながらp(y>y*)を算出し、確率p(y>y*)<p*となる場合の目標値tcが満たす不等式として式18をもとめる。このとき、f0は、下記式19および式20の連立方程式の数値解としてもとめられる。
Calculated in step S25, the probability p (y> y *), if you are determined numerically by the Monte Carlo
F(tc)=f0+cc T・tc=0 (式19)
p(y>y*)=p* (式20)
F (t c ) = f 0 + c c T · t c = 0 (Equation 19)
p (y> y * ) = p * (Formula 20)
後続製造工程(下流工程)の製造条件は、欠点数や不良品数が基準より大きくなる確率が基準確率より小さくなり、かつ操業上の制約条件(温度上下限、搬送時間の物理的上下限)などを満たすものの中から選択する。後続製造工程における、操業上制約条件がtcに関する1次式または1次不等式で表されている場合には、下記の線形計画問題の実行可能解の一つtc=tcaを求めることに帰着できる。 The manufacturing conditions of the subsequent manufacturing process (downstream process) are such that the probability that the number of defects and the number of defective products are larger than the standard is smaller than the standard probability, and operational constraints (temperature upper and lower limits, physical upper and lower limits of transport time), etc. Choose from those that meet When the operational constraints in the subsequent manufacturing process are expressed by a linear expression or a linear inequality regarding t c , one of the feasible solutions of the following linear programming problem, t c = t ca is obtained. I can return.
「後続製造工程の製造条件決定問題」
・変数:tc
・目的関数:F(tc)→最大化 −F(tc)→最小化
・制約条件
tc≦xc,max (式21)
xc,min≦tc (式22)
dtc T+d0≧0 (式23)
F(tc)=f0+cc T・tc>0 (式24)
`` Problems for determining manufacturing conditions for subsequent manufacturing processes ''
・ Variable: t c
Objective function: F (t c ) → maximization −F (t c ) → minimization / constraint condition t c ≦ x c, max (Equation 21)
x c, min ≦ t c (Formula 22)
dt c T + d 0 ≧ 0 (Equation 23)
F (t c ) = f 0 + c c T · t c > 0 (Equation 24)
ただし、上記式21におけるxc,maxは、後続製造工程における製造条件の上限値を並べたベクトルであり、上記式22におけるxc,minは、後続製造工程における製造条件の下限値を並べたベクトルである。また、上記式23は、製造スケジュールや製造条件相互の関係を表した式である。また、上記式24は欠点数または不良品数が所定の数を上回る確率が所定の品質基準を下回る条件を表した式である。
However, x c, max in the
この線形計画問題に実行可能解が存在しない場合には、確率p(ye>y*)<p*となる後続製造工程の製造条件がないことになるので、この場合には、後続製造工程に対し、品質が悪化する可能性が高いことに対して注意を促す属性情報等を付す(製品品質に要注意コード等を付す)ことができる。 If there is no feasible solution in this linear programming problem, there is no manufacturing condition for the subsequent manufacturing process with probability p (y e > y * ) <p * . In this case, the subsequent manufacturing process On the other hand, it is possible to attach attribute information or the like to call attention to the possibility that the quality is likely to deteriorate (attach a caution code or the like to the product quality).
2.製品品質の制御装置
2.1.第1実施形態
図3は、第1実施形態にかかる本発明の製品品質の制御装置(以下、「第1実施形態にかかる制御装置」という。)の形態例を示す概念図である。図3に示すように、第1実施形態にかかる制御装置10は、回帰式定義部1と、数式化部2と、ばらつき定式化部3と、品質予測部4と、算出部5と、結果表示部6と、を備えている。
2. Product quality control device 2.1. First Embodiment FIG. 3 is a conceptual diagram showing a configuration example of a product quality control apparatus (hereinafter referred to as “control apparatus according to a first embodiment”) according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the control device 10 according to the first embodiment includes a regression equation defining unit 1, a formulating
算出部5には、作業者によって入力された製造条件データや品質データに関する情報が送られ、当該情報に基づいて、上記工程S11や工程S21の作業が行われる。さらに、算出部5では、線形回帰式の係数が計算される。算出部5で算出された数値等に関する情報は、回帰式定義部1へと送られ、当該回帰式定義部1において、上記工程S12や工程S22の作業、すなわち、線形回帰式が定義される。
Information relating to the manufacturing condition data and quality data input by the operator is sent to the
一方、ばらつき定式化部3は、算出部5で算出された後続製造工程の製造条件に関するデータにもとづき、そのばらつきの確率モデルを数式化する。すなわち、ばらつき定式化部3において、上記工程S14や工程S24の作業が行われる。
On the other hand, the
数式化部2は、算出部5で算出された品質等に関するデータ等と、ばらつき定式化部3で算出された後続製造条件の実現時ばらつきに関する確率モデル、及び、離散確率分布に基づく確率モデルを用いて、制御される製品品質を数式化する。すなわち、数式化部2において、上記工程S13や工程S23の作業が行われる。
The formulating
このようにして、回帰式定義部1で線形回帰式が定義され、数式化部2で数式が特定され、さらにばらつき定式化部3で製造条件のばらつきをあらわす確率分布が特定されたら、これらに関する情報が品質予測部4へと送られ、当該品質予測部4において、製品の品質が予測される。すなわち、品質予測部4において、上記工程S15や上記工程S25の作業が行われる。
In this way, when the linear regression equation is defined by the regression equation defining unit 1, the mathematical formula is specified by the formulating
なお、結果表示部6は、品質予測部4で算出した品質の予測値等を表示する部分である。
The
このように、制御装置10によれば、上記第1実施形態にかかる制御方法を実施することができるので、本発明によれば、高精度の予測結果に基づいて製品の品質を制御することが可能な、製品品質の制御装置10を提供することができる。なお、制御装置10における回帰式定義部1、数式化部2、ばらつき定式化部3、品質予測部4、及び、算出部6は、実際には、パーソナルコンピュータやプロセスコンピュータの中央処理装置(CPU)等に、その機能を担わせることができる。
Thus, according to the control apparatus 10, since the control method concerning the said 1st Embodiment can be implemented, according to this invention, quality of a product can be controlled based on a highly accurate prediction result. A possible product quality control device 10 can be provided. Note that the regression equation defining unit 1, the formulating
2.2.第2実施形態
図4は、第2実施形態にかかる本発明の製品品質の制御装置(以下、「第2実施形態にかかる制御装置」という。)の形態例を示す概念図である。図4において、図3と同様の構成を採るものには、図3で使用した符号と同符号を付し、その説明を適宜省略する。以下、図3及び図4を参照しつつ、第2実施形態にかかる制御装置について説明する。
2.2. Second Embodiment FIG. 4 is a conceptual diagram showing an example of a product quality control apparatus (hereinafter referred to as “control apparatus according to a second embodiment”) of the present invention according to a second embodiment. 4, components having the same configuration as in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals as those used in FIG. 3, and description thereof is omitted as appropriate. Hereinafter, the control apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
図4に示すように、第2実施形態にかかる制御装置20は、回帰式定義部1と、数式化部2と、ばらつき定式化部3と、品質予測部4と、製造条件変更部7と、算出部5と、結果表示部6と、を備えている。
As shown in FIG. 4, the
製造条件変更部7は、上記工程S26の作業を行う部位であり、品質予測部4で予測された品質が、予め定めた目標範囲内に入るように、後続製造工程の製造条件を変更すべく、例えば、上記線形計画問題を解くことにより、変更後の製造条件を特定する。なお、制御装置20における結果表示部6には、予測した品質に関する結果や、欠点数や不良品数が基準を上回る確率のほか、上記線形計画問題で得られた後続製造工程の製造条件に関する指示値や、実行可能解がない場合の要注意コード付与に関する情報等が表示される。
The manufacturing condition changing unit 7 is a part that performs the operation of the above-described step S26, and should change the manufacturing conditions of the subsequent manufacturing process so that the quality predicted by the quality prediction unit 4 falls within a predetermined target range. For example, the changed manufacturing conditions are specified by solving the linear programming problem. In addition, the
このように、制御装置20によれば、上記第2実施形態にかかる制御方法を実施することができるので、本発明によれば、上流工程で製品の品質が悪化するような不具合が生じても、後続製造工程の製造条件を変更することにより、最終的な製品品質の悪化を防止することが可能な、製品品質の制御装置20を提供することができる。なお、制御装置20における回帰式定義部1、数式化部2、ばらつき定式化部3、品質予測部4、製造条件変更部7、及び、算出部5は、実際には、パーソナルコンピュータやプロセスコンピュータの中央処理装置(CPU)等に、その機能を担わせることができる。
Thus, according to the
実施例の結果を参照しつつ、本発明についてさらに説明する。 The present invention will be further described with reference to the results of the examples.
本実施例で取り上げる鉄鋼条鋼製品の製造プロセス例を図5に示す。二次精錬後に連続鋳造機で鋳造されたブルーム鋳片を加熱炉で加熱・分塊し、その後、分塊圧延工程及び条鋼圧延工程等を経て、棒鋼・線材等の鉄鋼条鋼製品が製造される。本実施例では、連続鋳造機での鋳造終了後に分塊圧延及び条鋼圧延を施した後、条鋼圧延よりも上流側の製造条件が原因で発生する製品表面疵による不良率を予測した。本実施例では、製造条件のうち変更可能なものが、分塊加熱炉までの運搬時間と加熱炉における在炉時間であると仮定した。この二つの変数の和には、分塊圧延スケジュールを守るため、上限値及び下限値が存在する。 FIG. 5 shows an example of the manufacturing process of the steel product taken up in this embodiment. Bloom slabs cast by a continuous casting machine after secondary refining are heated and slabbed in a heating furnace, and then steel strip products such as bar and wire rods are manufactured through the slabbing and strip rolling processes. . In this example, after the end of casting in the continuous casting machine, after performing the block rolling and the steel bar rolling, the defect rate due to the product surface defects generated due to the production conditions upstream of the steel bar rolling was predicted. In this example, it was assumed that the production conditions that could be changed were the transportation time to the block heating furnace and the in-furnace time in the heating furnace. In the sum of these two variables, there is an upper limit value and a lower limit value in order to keep the split rolling schedule.
本実施例における制御装置では、品質指標として製品表面疵不良品率を選択し、製造条件として、溶鋼成分、連続鋳造における製造条件、及び、分塊圧延における製造条件等、合計14項目を選択した。また、算出部では、各製造条件を項目ごとに平均0、分散1となるように規準化し、過去の製造実績データを用いて、回帰パラメータcを算出した。表1に、算出した回帰パラメータcを示す。また、図6に、過去の製造実績データを用いた線形回帰式の係数計算における、線形回帰式の値と不良品率の推定値との関係を示す。 In the control apparatus in the present embodiment, the product surface defect rate was selected as the quality index, and a total of 14 items were selected as the production conditions, such as the molten steel component, the production conditions in continuous casting, and the production conditions in block rolling. . Further, the calculation unit normalized each manufacturing condition so that the average was 0 and the variance 1 for each item, and the regression parameter c was calculated using past manufacturing performance data. Table 1 shows the calculated regression parameter c. FIG. 6 shows the relationship between the value of the linear regression equation and the estimated value of the defective product rate in the calculation of the coefficient of the linear regression equation using past manufacturing performance data.
表1において、xp1、xp2、…、xp12は、上流側工程の製造条件を意味する。 In Table 1, x p1 , x p2 ,..., X p12 mean manufacturing conditions for the upstream process.
また、本実施例における不良率の基準は、「不良率が5%以下」であり、品質予測の時点では「不良率が5%以下になる確率が基準値p*=0.999以上」である。本実施例に供した製造ロットの製造予定個数は1700個である。 In addition, the standard of the defect rate in this embodiment is “the defect rate is 5% or less”, and “the probability that the defect rate is 5% or less is the reference value p * = 0.999 or more” at the time of quality prediction. is there. The planned production number of production lots used in this example is 1700.
線形回帰式S(x,c)は、表1に示す係数、及び、選択した14の製造条件を上記式1へ適用することにより定義する。ここで、本実施例に供した製造ロットは1700個製造予定だったので、疵による不良品が85個以下である確率が0.999以上である必要がある。この製造ロットの連続鋳造終了時点における上流工程各製造条件の規準化した値は表2のとおりだった。 The linear regression equation S (x, c) is defined by applying the coefficients shown in Table 1 and the selected 14 manufacturing conditions to Equation 1 above. Here, since 1700 production lots provided for this example were scheduled to be produced, the probability that the number of defective products due to defects is 85 or less must be 0.999 or more. Table 2 shows the standardized values of the manufacturing conditions for each upstream process at the end of continuous casting of this production lot.
表2において、xp1、xp2、…、xp12は、上流工程における製造条件である。 In Table 2, x p1 , x p2 ,..., X p12 are manufacturing conditions in the upstream process.
運搬時間と在炉時間の制御ばらつきを調べた結果、目標値に対して、運搬時間は標準偏差が5分、在炉時間は標準偏差が8分の正規分布にしたがうものとして近似できることがわかった。規準化した運搬時間の制御ばらつきの標準偏差は0.253、また規準化した在炉時間の制御ばらつきの標準偏差は0.347である。これらの規準化した標準偏差と平均0により定まる正規分布をもちいて、運搬時間と在炉時間の各々の値に対して、式17において、M=1700としてモンテカルロ法により、不良品が85個を越える確率を計算する。図7は運搬時間と在炉時間でできる平面での等高線図上に、不良品数が85個以下となる確率が0.001以下かつ、運搬時間と在炉時間の制約条件を満たす実行可能解の存在領域を示した図である。 As a result of investigating the control variation of the transportation time and the in-furnace time, it was found that the transportation time can be approximated to follow the normal distribution with a standard deviation of 5 minutes and the in-furnace time with a standard deviation of 8 minutes. . The standard deviation of the control variation of the standardized transportation time is 0.253, and the standard deviation of the control variation of the standardized in-furnace time is 0.347. Using these normalized standard deviations and a normal distribution determined by an average of 0, for each value of transport time and in-furnace time, in Equation 17, M = 1700 and 85 defective products are obtained by the Monte Carlo method. Calculate the probability of exceeding. Fig. 7 shows the feasible solution on the contour map in the plane that can be defined by the transportation time and the in-furnace time. It is the figure which showed the presence area.
運搬時間をtc1、在炉時間をtc2とし、正規化した値で後続製造工程の製造条件決定問題を表すと、以下のようになる。
・変数:tc=[tc1 tc2]
・目的関数:f1tc1+f2tc2→最小化
・制約条件:
-3.98≦tc1≦3.25 (式25)
-4.26≦tc2≦3.39 (式26)
-7.7839≦19.7405tc1+23.0149tc2≦92.2161 (式27)
cc1tc1+cc2tc2<-3.333256 (式28)
When the transport time is t c1 , the in-furnace time is t c2, and the manufacturing condition determination problem in the subsequent manufacturing process is expressed by a normalized value, it is as follows.
Variable: t c = [t c1 t c2 ]
Objective function: f 1 t c1 + f 2 t c2 → minimization / constraint conditions:
-3.98 ≦ t c1 ≦ 3.25 (Formula 25)
-4.26 ≦ t c2 ≦ 3.39 (Formula 26)
-7.7839 ≦ 19.7405t c1 + 23.0149t c2 ≦ 92.2161 (Formula 27)
c c1 t c1 + c c2 t c2 <−3.3333256 (Formula 28)
式25は、運搬時間の制約条件を表した式である。下限値−3.98は運搬機器速度等物理的制約から特定される値であり、実際の時間に換算すると47分となる。これに対し、上限値3.25は過去の操業上の経験から設定した値であり、実際の時間に換算すると190分となる。
また、式26は、在炉時間の制約条件を表した式である。下限値−4.26は加熱炉の搬送速度及び過去の操業上の経験から特定される値であり、実際の時間に換算すると34分となる。これに対し、上限値3.39は過去の操業上の経験から設定した値であり、実際の時間に換算すると210分となる。
Moreover,
また、式27は、圧延スケジュールに合わせるための運搬時間と在炉時間の合計時間に関する制約条件を表した式である。実際の時間における下限制約条件は250分、及び、上限制約条件は350分だが、上記式23における下限値−7.7839は実際の時間における下限値250分と、運搬時間及び在炉時間各々の平均値の合計値との差であり、上限値92.2161は実際の時間における上限値350分と、運搬時間及び在炉時間各々の平均値の合計値との差である。一方、tc1の係数19.7405は運搬時間の規準化変数への変換スケールであり、tc2の係数23.0149は在炉時間の規準化変数への変換スケールである。
Moreover, Formula 27 is a formula showing the constraint conditions regarding the total time of the conveyance time and in-furnace time for matching with a rolling schedule. The lower limit constraint in the actual time is 250 minutes and the upper limit constraint is 350 minutes. However, the lower limit value −7.77839 in the
また、上記式28は、不良品数が85個以上になる確率が0.001以下になる条件を表した式である。 Moreover, the said Formula 28 is a type | formula showing the conditions from which the probability that the number of inferior goods will be 85 or more becomes 0.001 or less.
上記線形計画問題を解くと、目的関数の最小値は−0.5247となり、最適解は、tc1=0.7183、tc2=3.390となった。したがって、このときの不良品数<85となる確率は式15の値をモンテカルロ法により計算すると、0.000357であり、規準を下回った。また、上記tc1及びtc2の最適解を現実の値に変換すると、運搬時間=140分、在炉時間=210分となる。
When the linear programming problem was solved, the minimum value of the objective function was −0.5247, and the optimal solutions were t c1 = 0.7183 and t c2 = 3.390. Therefore, the probability that the number of defective products <85 at this time is 0.000357 when the value of
本実施例にかかる製造ロットでは、この製造条件を目標としたが、運搬時間147分、在炉時間153分の条件で1683個の製品を製造した。その結果、不良品数は45個となり、本発明の効果を確認できた。 In the production lot according to the present example, this production condition was targeted, but 1683 products were produced under conditions of a transportation time of 147 minutes and a furnace time of 153 minutes. As a result, the number of defective products was 45, and the effects of the present invention could be confirmed.
以上、現時点において、最も実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う製品品質の制御方法および制御装置もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。 Although the present invention has been described with reference to the most practical and preferred embodiments at the present time, the present invention is not limited to the embodiments disclosed herein. However, the present invention can be changed as appropriate without departing from the spirit or concept of the invention that can be read from the claims and the entire specification, and the product quality control method and control device accompanying such changes are also within the technical scope of the present invention. It must be understood as included.
1…回帰式定義部
2…数式化部
3…ばらつき定式化部
4…品質予測部
5…算出部
6…結果表示部
7…製造条件変更部
10、20…製品品質の制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Regression
Claims (14)
製造条件に応じた前記製品の品質を、線形回帰式で定義する、第1工程と、
制御される前記製品の品質を、離散確率分布に基づく確率モデルを用いて数式化する、第2工程と、
製品製造工程中における実際の前記製造条件のばらつきを、任意の確率モデルで数式化する、第3工程と、
前記第1工程で定義された前記線形回帰式、前記第2工程で特定された数式、及び、前記第3工程で特定された前記製造条件のばらつきの確率モデル式を用いて、製品製造工程中の任意の時点で前記製品の品質を予測する、第4工程と、
を備えることを特徴とする、製品品質の制御方法。 A method for controlling the quality of a product,
A first step of defining a quality of the product according to manufacturing conditions by a linear regression equation;
A second step of formulating the quality of the product to be controlled using a probability model based on a discrete probability distribution;
A third step of formulating the actual variation of the manufacturing conditions in the product manufacturing process with an arbitrary probability model;
During the product manufacturing process, using the linear regression equation defined in the first step, the mathematical formula specified in the second step, and the probability model formula of variation in the manufacturing conditions specified in the third step. A fourth step of predicting the quality of the product at any point in time;
A method for controlling product quality, comprising:
前記第4工程で予測された前記品質が予め定めた目標範囲に属しない場合には、該品質が前記目標範囲に属することとなるように、後続製造工程の前記製造条件を変更する第5工程が備えられることを特徴とする、請求項1に記載の製品品質の制御方法。 Before the production of all the products is completed, the quality is predicted by the fourth step,
A fifth step of changing the manufacturing conditions of the subsequent manufacturing step so that the quality belongs to the target range when the quality predicted in the fourth step does not belong to the predetermined target range. The method for controlling product quality according to claim 1, wherein:
製造条件に応じた前記製品の品質を線形回帰式で定義する、回帰式定義部と、
制御される前記製品の品質を、離散確率分布に基づく確率モデルを用いて数式化する、数式化部と、
製品製造工程中における実際の前記製造条件のばらつきを、任意の確率モデルで数式化する、ばらつき定式化部と、
前記回帰式定義部で定義された前記線形回帰式、前記数式化部で特定された数式、及び、前記ばらつき定式化部で特定された前記製造条件のばらつきの確率モデル式を用いて、製品製造工程中の任意の時点で前記製品の品質を予測する、品質予測部と、
を備えることを特徴とする、製品品質の制御装置。 A control device used to control the quality of the product,
A regression equation defining unit that defines the quality of the product according to manufacturing conditions by a linear regression equation;
A formulating unit for formulating the quality of the controlled product using a probability model based on a discrete probability distribution;
A variation formulation unit that formulates the actual variation of the manufacturing conditions during the product manufacturing process with an arbitrary probability model;
Using the linear regression formula defined by the regression formula definition unit, the formula specified by the formula formulation unit, and the probability model formula of the variation of the manufacturing conditions specified by the variation formulation unit, A quality prediction unit for predicting the quality of the product at an arbitrary point in the process;
A product quality control device comprising:
前記品質予測部で予測された前記品質が予め定めた目標範囲に属しない場合には、該品質が前記目標範囲に属することとなるように後続製造工程の前記製造条件を変更する、製造条件変更部が、さらに備えられることを特徴とする、請求項8に記載の製品品質の制御装置。 Before the production of all the products is completed, the quality is predicted by the quality prediction unit,
When the quality predicted by the quality prediction unit does not belong to a predetermined target range, the manufacturing condition is changed to change the manufacturing condition in the subsequent manufacturing process so that the quality belongs to the target range. 9. The product quality control apparatus according to claim 8, further comprising a unit.
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