JP2012137813A - Quality prediction device, quality prediction method, program and computer readable recording medium - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a quality prediction device predicting quality with high accuracy from a number of operating variables.SOLUTION: Based on process operation data and quality data, operating variable space having the operation data as a base vector is divided into a plurality of local areas, and an activity function is calculated for calculating a contribution ratio to the totality of a local relational expression indicating relations between quality and operating variables in each local area based on the operation data, to determine a coefficent of the local relational expression by minimizing the weighting sum of a first item indicating magnitude of a prediction error in a quality prediction value and a second item indicating magnitude of the coefficient of the local relational expression. Further, mathematical models indicating relations between the operating variables and the quality are derived as superposition of the local relational expression and the local area with the activity function so as to select the minimum error mathematical model among a plurality of division patterns of mathematical models. If an error of the minimum error mathematical model is greater than a convergence determination variable of a given condition, the operating variable space is to be subdivided again and the respective steps are to be repeated to display a mathematical model of a convergence result as an analysis result.

Description

本発明は、製造プロセスにおける品質予測装置、品質予測方法、コンピュータプログラム、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関し、特に操業結果として品質が決まるプロセス全般において、操業変数と品質との関係が複雑な非線形特性を有し多変量である場合にも適用可能な製造プロセスにおける品質予測装置、品質予測方法、コンピュータプログラム、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関する。   The present invention relates to a quality prediction apparatus, a quality prediction method, a computer program, and a computer-readable storage medium in a manufacturing process, and in particular, in a general process in which quality is determined as an operation result, nonlinear characteristics in which the relationship between operation variables and quality is complex. The present invention relates to a quality prediction apparatus, a quality prediction method, a computer program, and a computer-readable storage medium in a manufacturing process that can be applied even in the case of multivariate.

従来、操業条件に基づいて品質が決まる製造プロセスにおいて、製品の製造過程で品質を予測する手法としては、品質不良発生のメカニズムに関する知識を元に作成した物理モデルや、或いは操業データと品質データに重回帰分析を適用して得られる線形式のモデル(以下、重回帰モデル)を用いて品質を予測する手法が良く知られている。このようなモデルを用いる方法では、製品の操業データをモデルに入力して品質の予測値を算出し、その予測値を評価することによって品質を予測する。   Conventionally, in a manufacturing process in which quality is determined based on operating conditions, methods for predicting quality in the manufacturing process of products include physical models created based on knowledge about the mechanism of quality defects, or operation data and quality data. A technique for predicting quality using a linear model obtained by applying multiple regression analysis (hereinafter, multiple regression model) is well known. In a method using such a model, product operation data is input to the model, a quality prediction value is calculated, and the prediction value is evaluated to predict the quality.

また、特許文献1に開示された手法では、操業データ及び品質データを基に、操業データを基底ベクトルとする操業変数空間を幾つかの局所領域に分割して、各局所領域における操業変数と品質の関連性を人間が直感的に理解し易い線形式でモデル化している。そして、各局所線形式が全体の品質に対して、どの程度影響しているかを示す寄与率を操業変数空間の座標の関数として表す活性度関数を操業データから求めて、全体の操業変数と品質の関連を表す数式モデルを導出することにより、複雑な非線形特性を有する多変量の操業変数と品質の関係を人間に理解し易い形式で提示する解析手法を実現している。   Further, in the method disclosed in Patent Document 1, based on operation data and quality data, an operation variable space having operation data as a base vector is divided into several local regions, and the operation variables and quality in each local region are divided. Is modeled in a line format that is easy for humans to understand intuitively. Then, an activity function that expresses the contribution rate indicating how much each local line format affects the overall quality as a function of the coordinate of the operation variable space is obtained from the operation data, and the overall operation variable and quality are determined. By deriving a mathematical model that expresses the relationship between the two, we have realized an analysis method that presents the relationship between multivariate operational variables with complex nonlinear characteristics and quality in a form that is easy for humans to understand.

特許第3875875号公報Japanese Patent No. 3875875

C・M・ビショップ著、パターン認識と機械学習 上、シュプリンガー・ジャパン株式会社(2007)By CM Bishop, Pattern Recognition and Machine Learning, Springer Japan, Inc. (2007) 玉置久著、システム最適化、オーム社(2005)P73〜79Tamaki Hisashi, System Optimization, Ohmsha (2005) P73-79 坂本慶行ら著、情報量統計学、共立出版(1983)Sakamoto Yoshiyuki et al., Information Statistics, Kyoritsu Shuppan (1983)

従来の重回帰モデルを用いた方法では、分析対象である操業及び品質変数は全ての操業範囲において単一の線形モデル、具体的には線形多項式で表現できるとの前提条件に基づいて、相関係数や回帰モデルを導出して分析を行う。そのために、各々異なる特性を有する複数の品質不合要因が存在する非線形なプロセスから得られる、操業変数および品質変数を解析する場合には、必要な精度を有する品質予測モデルの作成が困難で両者の関係を正しく捉えることができない問題があった。   In the method using the conventional multiple regression model, the relations based on the precondition that the operation and quality variables to be analyzed can be expressed by a single linear model, specifically a linear polynomial, in the entire operation range. Derive numbers and regression models for analysis. For this reason, when analyzing operational variables and quality variables obtained from a non-linear process with multiple quality mismatch factors having different characteristics, it is difficult to create a quality prediction model with the required accuracy. There was a problem that could not grasp the relationship correctly.

特許文献1に開示された手法は、操業変数を基底ベクトルとする操業変数空間を幾つかの局所領域に分割して、各局所領域における操業変数と品質変数との関連性を人間が直感的に理解し易い線形式でモデル化し、該線形式と局所領域との活性度関数の積の和で全体の関係式を算出することで、従来の重回帰モデルの問題であった非線形特性を有する多変量の操業と品質との関連性を精度良く表現することを可能とするものである。これにより、各局所領域の線形モデルが適用される操業範囲や、各操業範囲での線形モデルの係数の値から、モデルの妥当性を従来の経験と照らし合わせて評価することも可能になった。   In the technique disclosed in Patent Document 1, an operation variable space having an operation variable as a basis vector is divided into several local regions, and a human intuitively understands the relationship between the operation variable and the quality variable in each local region. By modeling in an easy-to-understand line format and calculating the overall relational expression by the sum of products of the activity functions of the line format and the local region, it has many nonlinear characteristics that have been a problem of the conventional multiple regression model. This makes it possible to accurately represent the relationship between the variable operation and quality. As a result, it became possible to evaluate the validity of the model in comparison with conventional experience from the operation range to which the linear model of each local region is applied and the value of the coefficient of the linear model in each operation range. .

特許文献1に開示された手法では、全体領域における操業変数と品質との関係の非線形特性が強い場合に、局所領域の分割数を増やすほどモデルの精度が向上することが期待される。しかしながら、特許文献1に開示された手法では、局所線形式の導出を行う際に、局所領域の分割が進んで局所領域が小さくなり、少数となった局所領域内の操業データに対して局所線形式が過剰に適合し、与えられた操業データ以外に対しては予測精度が上がらない、或いは、かえって予測精度が悪くなるという過学習が引き起こる問題があった。   In the method disclosed in Patent Document 1, when the nonlinear characteristic of the relationship between the operation variable and the quality in the entire region is strong, it is expected that the accuracy of the model is improved as the number of divisions in the local region is increased. However, in the method disclosed in Patent Document 1, when the local line format is derived, the local area is divided and the local area becomes small, and the local line is reduced with respect to the operation data in the local area. There is a problem that over-learning that the format is excessively adapted and the prediction accuracy does not increase except for the given operation data or that the prediction accuracy deteriorates on the contrary.

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、操業変数空間を分割した各局所領域の局所関係式において過学習の影響を低減することによって、操業変数空間を分割する回数(分割数)を大きくすることにより品質予測精度が更に改善され、操業変数と品質との関係が複雑な非線形特性を有し多変量である場合にも、高い精度で品質を予測することの可能な、新規かつ改良された品質予測装置、品質予測方法、プログラムおよびコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することにある。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is to reduce the influence of over-learning in the local relational expression of each local region obtained by dividing the operation variable space. The accuracy of quality prediction is further improved by increasing the number of divisions (number of divisions) of the operation variable space, and even when the relationship between the operation variables and quality has complex nonlinear characteristics and is multivariate, it is highly accurate. It is an object of the present invention to provide a new and improved quality prediction apparatus, quality prediction method, program, and computer-readable recording medium capable of predicting quality.

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、製造プロセスにおける操業データと品質データとの関連性を解析して、該関連性と操業データとから品質を予測する品質予測装置が提供される。かかる品質予測装置は、複数の製品に関する操業データおよび品質データを記憶するデータベースから、所定の選択条件に該当する操業データおよび品質データを抽出するデータ抽出部と、抽出された操業データについて、操業データに含まれる操業変数が値としてとる領域を全体領域として、当該全体領域を複数の局所領域に分割する分割パターン候補を複数個作成する分割パターン候補作成部と、各分割パターン候補について、各局所領域における、操業データと品質データとの関係を表し、操業変数を独立変数とし、独立変数と該独立変数の係数とで構成される局所関係式を算出する局所関係式算出部と、分割パターン候補作成部により作成された各分割パターン候補について、操業変数がとる領域の分割パターンを表す分割座標情報に基づき、各分割パターン候補の各局所領域における各局所関係式の、全体領域における操業データと品質データとの関係への寄与率を表す活性度関数を算出する活性度関数算出部と、活性度関数と局所関係式とに基づいて、全体領域における操業データと品質データとの関係を表す関係式を算出する関係式算出部と、関係式算出部にて算出された関係式および操業データから算出される品質予測値と品質データとに基づいて各分割パターン候補について算出された関係式の予測誤差をそれぞれ算出し、当該予測誤差が最小となる関係式の分割パターン候補を選択する最小誤差関係式選択部と、最小誤差関係式選択部により選択された分割パターンの予測誤差と、予め設定された評価基準値との比較結果に基づいて、予測誤差の収束が十分であるか否かを判定する学習誤差評価部と、学習誤差評価部にて収束が十分であると判定された分割パターンの関係式を製品の品質を予測するための関係式として、製品の予測される品質を表す品質予測値を出力する品質予測値出力部と、局所関係式算出部は、各分割パターン候補について、各局所領域に対する局所関係式によって算出される品質予測値の予測誤差の大きさを表す第1の項と、独立変数の係数の大きさを表す第2の項との重み付け和を最小化することにより、各局所領域における局所関係式の係数を決定し、学習誤差評価部にて収束が不十分であると判定された場合、分割パターン候補作成部は、最小誤差関係式選択部にて選択された分割パターン候補の分割数を増やして複数の新たな分割パターン候補を生成することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, according to one aspect of the present invention, there is provided a quality prediction apparatus that analyzes the relationship between operation data and quality data in a manufacturing process and predicts quality from the relationship and operation data. Provided. Such a quality prediction apparatus includes a data extraction unit that extracts operation data and quality data corresponding to a predetermined selection condition from a database that stores operation data and quality data regarding a plurality of products, and operation data for the extracted operation data. An area that the operation variable included in the value takes as a whole area, a divided pattern candidate creation unit that creates a plurality of divided pattern candidates that divide the whole area into a plurality of local areas, and for each divided pattern candidate, each local area Represents the relationship between the operation data and quality data, the operation variable is an independent variable, a local relational expression calculation unit that calculates a local relational expression composed of the independent variable and the coefficient of the independent variable, and a division pattern candidate creation Coordinate information indicating the division pattern of the area taken by the operation variable for each division pattern candidate created by the department An activity function calculation unit that calculates an activity function that represents a contribution ratio of each local relational expression in each local region of each divided pattern candidate to the relationship between operation data and quality data in the entire region, and an activity function And a relational expression calculation unit that calculates a relational expression representing the relationship between the operation data and the quality data in the entire area based on the local relational expression and the relational expression and the operation data calculated by the relational expression calculating unit. Select the minimum error relational expression that calculates the prediction error of the relational expression calculated for each divided pattern candidate based on the quality prediction value and the quality data, and selects the divided pattern candidate of the relational expression that minimizes the prediction error And the prediction error of the divided pattern selected by the minimum error relational expression selection unit, and the prediction error converges sufficiently based on the comparison result of the preset evaluation reference value A learning error evaluation unit that determines whether or not a product is predicted as a relational expression for predicting product quality is a relational expression of a division pattern that is determined to have sufficient convergence by the learning error evaluation unit. The quality prediction value output unit that outputs a quality prediction value that represents the quality to be output and the local relational expression calculation unit, for each divided pattern candidate, the magnitude of the prediction error of the quality prediction value calculated by the local relational expression for each local region The coefficient of the local relational expression in each local region is determined by minimizing the weighted sum of the first term representing the coefficient and the second term representing the magnitude of the coefficient of the independent variable, and the learning error evaluation unit If it is determined that the convergence is insufficient, the division pattern candidate creation unit increases the number of division pattern candidates selected by the minimum error relational expression selection unit and generates a plurality of new division pattern candidates. With features To do.

また、局所関係式は、複数の操業変数を独立変数とする線形多項式としてもよい。   The local relational expression may be a linear polynomial having a plurality of operation variables as independent variables.

さらに、独立変数の係数の大きさを表す項は、該係数の絶対値の和としてもよい。   Furthermore, the term representing the magnitude of the coefficient of the independent variable may be the sum of the absolute values of the coefficient.

また、局所関係式算出部は、各局所領域について、品質変数および操業変数の各データを標準化する標準化処理部と、標準化処理部により生成された品質変数および操業変数の標準化データにより表された第1の項と第2の項との重み付け和を最適化して、標準化データについて設定された局所関係式の独立変数の係数である標準化係数を取得する最適化処理部と、最適化処理部により取得された標準化係数から、局所関係式の独立変数の係数を取得するする後処理部と、を備えてもよい。   Further, the local relational expression calculation unit is represented by a standardization processing unit that standardizes each data of the quality variable and the operation variable for each local region, and a standardized data of the quality variable and the operation variable generated by the standardization processing unit. Obtained by an optimization processing unit that optimizes the weighted sum of the first term and the second term and obtains a standardization coefficient that is a coefficient of an independent variable of the local relational expression set for the standardized data, and an optimization processing unit A post-processing unit that obtains the coefficient of the independent variable of the local relational expression from the standardized coefficient.

また、鉄鋼プロセスの連続亜鉛メッキラインに適用され、品質データは、溶融亜鉛メッキコイルの亜鉛と鉄の合金化割合であり、鋼材の厚みおよび巾である寸法に関する変数と、冷延率である鋼材の加工に関する変数と、鋼材に含まれる成分値に関する変数と、焼きなまし工程の板温に関わる温度変数と、ラインスピードおよび加熱在炉時間である設備および処理に関する変数を、少なくとも一つ以上操業データに選択してもよい。   Also applied to continuous galvanizing line of steel process, the quality data is the alloying ratio of zinc and iron of hot dip galvanized coil, the steel thickness is the thickness and width of the steel material and the cold rolling rate is the steel material At least one or more variables related to machining, variables related to the component values contained in steel materials, temperature variables related to the plate temperature of the annealing process, and equipment and processing variables such as line speed and heating time You may choose.

また、課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、製造プロセスにおける操業データと品質データとの関連性を解析して、該関連性と操業データとから品質を予測する品質予測方法が提供される。かかる品質予測方法では、複数の製品に関する操業データおよび品質データを記憶するデータベースから、所定の選択条件に該当する操業データおよび品質データを抽出するデータ抽出ステップと、抽出された操業データについて、操業データに含まれる操業変数が値としてとる領域を全体領域として、当該全体領域を複数の局所領域に分割する分割パターン候補を複数個作成する分割パターン候補作成ステップと、各分割パターン候補について、各局所領域における、操業データと品質データとの関係表し、操業変数を独立変数とし、独立変数と該独立変数の係数とで構成される局所関係式算出ステップと、分割パターン候補作成ステップにおいて作成された各分割パターン候補について、操業変数がとる領域の分割パターンを表す分割座標情報に基づき、各分割パターン候補の各局所領域における各局所関係式の、全体領域における操業データと品質データとの関係への寄与率を表す活性度関数を算出する活性度関数算出ステップと、活性度関数と局所関係式とに基づいて、全体領域における操業データと品質データとの関係を表す関係式を算出する関係式算出ステップと、操業データと品質データとの関係を表す関係式および操業データから算出される品質予測値と品質データとに基づいて各分割パターン候補について算出された関係式の予測誤差をそれぞれ算出し、当該予測誤差が最小となる関係式の分割パターン候補を選択する最小誤差関係式選択ステップと、最小誤差関係式選択ステップにおいて選択された分割パターンの予測誤差と、予め設定された評価基準値との比較結果に基づいて、予測誤差の収束が十分であるか否かを判定する学習誤差評価ステップと、学習誤差評価ステップにおいて収束が十分であると判定された分割パターンの関係式を製品の品質を予測するための関係式として、製品の予測される品質を表す品質予測値を出力する品質予測値出力ステップと、を含み、局所関係式算出ステップは、各分割パターン候補について、各局所領域に対する局所関係式によって算出される品質予測値の予測誤差の大きさを表す第1の項と、独立変数の係数の大きさを表す第2の項との重み付け和を最小化することにより、各局所領域における局所関係式の係数を決定し、学習誤差評価ステップにおいて予測誤差の収束が不十分であると判定された場合、分割パターン候補作成ステップは、最小誤差関係式選択ステップにおいて選択された分割パターン候補の分割数を増やして複数の新たな分割パターン候補を生成することを特徴とする。   In order to solve the problem, according to another aspect of the present invention, the quality prediction is performed by analyzing the relationship between the operation data and the quality data in the manufacturing process and predicting the quality from the relationship and the operation data. A method is provided. In such a quality prediction method, a data extraction step for extracting operation data and quality data corresponding to a predetermined selection condition from a database storing operation data and quality data regarding a plurality of products, and operation data for the extracted operation data. An area that the operation variable included in the value takes as a whole area, a divided pattern candidate creating step for creating a plurality of divided pattern candidates for dividing the whole area into a plurality of local areas, and for each divided pattern candidate, each local area Represents the relationship between the operation data and the quality data, the operation variable is an independent variable, the local relational expression calculation step composed of the independent variable and the coefficient of the independent variable, and each division created in the division pattern candidate creation step Dividing points that represent the division pattern of the region taken by the operation variable for pattern candidates An activity function calculating step for calculating an activity function representing a contribution ratio of each local relational expression in each local area of each divided pattern candidate to the relationship between the operation data and the quality data in the entire area based on the information; A relational expression calculating step for calculating a relational expression representing the relation between the operation data and the quality data in the whole area based on the degree function and the local relational expression, and a relational expression representing the relation between the operation data and the quality data and the operation data. The minimum error for calculating the prediction error of the relational expression calculated for each division pattern candidate based on the quality prediction value and quality data calculated from the above and selecting the division pattern candidate of the relational expression that minimizes the prediction error The prediction error of the division pattern selected in the relational expression selection step, the minimum error relational expression selection step, and a preset evaluation reference value Based on the comparison results, the learning error evaluation step for determining whether the convergence of the prediction error is sufficient, and the relational expression of the divided pattern determined to be sufficient for the convergence in the learning error evaluation step A quality prediction value output step for outputting a quality prediction value representing the predicted quality of the product as a relational expression for prediction, and the local relational expression calculation step includes a local expression for each local region for each divided pattern candidate. Each local region is obtained by minimizing the weighted sum of the first term representing the magnitude of the prediction error of the quality prediction value calculated by the relational expression and the second term representing the magnitude of the coefficient of the independent variable. If the coefficient of the local relational expression is determined and the convergence of the prediction error is determined to be insufficient in the learning error evaluation step, the divided pattern candidate creation step A plurality of new division pattern candidates are generated by increasing the number of divisions of the division pattern candidates selected in the selection step.

さらに、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、コンピュータに上記の品質予測装置として機能させるためのプログラムが提供される。かかるプログラムは、コンピュータが備える記憶装置に格納され、コンピュータが備えるCPUに読み込まれて実行されることにより、そのコンピュータを上記の品質予測装置として機能させる。また、当該プログラムが記録された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供される。記録媒体は、例えば磁気ディスクや光ディスクなどである。   Furthermore, in order to solve the above-described problems, according to another aspect of the present invention, a program for causing a computer to function as the above-described quality prediction apparatus is provided. Such a program is stored in a storage device included in the computer, and read and executed by a CPU included in the computer, thereby causing the computer to function as the quality prediction device. A computer-readable recording medium on which the program is recorded is also provided. The recording medium is, for example, a magnetic disk or an optical disk.

以上説明したように本発明によれば、操業変数空間を分割した各局所領域の局所関係式において過学習を回避することによって、操業変数空間の分割数を大きくすることにより、品質予測精度が更に改善され、操業変数と品質との関係が複雑な非線形特性を有し多変量である場合にも、高い精度で品質を予測する品質予測装置、品質予測方法、プログラムおよびコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することができる。   As described above, according to the present invention, the quality prediction accuracy is further improved by increasing the number of divisions of the operation variable space by avoiding over-learning in the local relational expression of each local region obtained by dividing the operation variable space. Improved quality prediction device, quality prediction method, program, and computer-readable recording medium for predicting quality with high accuracy even when the relationship between operational variables and quality is multivariate with complicated nonlinear characteristics Can be provided.

本発明の実施形態に係る品質予測装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the quality prediction apparatus which concerns on embodiment of this invention. 同実施形態に係る品質予測装置による品質予測処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the quality prediction process by the quality prediction apparatus which concerns on the embodiment. 分割パターン候補作成部による分割パターン候補の作成処理を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the production | generation process of the division pattern candidate by a division pattern candidate production part. 二次元の操業変数空間において、分割パターン候補を作成する手順を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the procedure which produces a division | segmentation pattern candidate in a two-dimensional operation variable space. 3分割された二次元の操業変数空間において、分割パターン候補を作成する手順を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the procedure which produces a division | segmentation pattern candidate in the two-dimensional operation variable space divided into three. 1次元の操業変数空間を4つに分割した場合の局所活性度関数分布を示すグラフである。It is a graph which shows local activity function distribution at the time of dividing | segmenting a one-dimensional operation variable space into four. 2次元の操業変数空間を3つに分割した場合の局所活性度関数分布を示すグラフである。It is a graph which shows local activity function distribution at the time of dividing | segmenting a two-dimensional operation variable space into three. スパース学習を用いて操業変数が2つの場合の線形多項式を求めるときの、最適化問題の幾何学的な構造を示す図である。It is a figure which shows the geometric structure of an optimization problem when calculating | requiring a linear polynomial in case of two operation variables using sparse learning. スパース学習の調整パラメータλを変更させたときの線形回帰モデルの係数の変化のグラフである。It is a graph of the change of the coefficient of a linear regression model when the adjustment parameter (lambda) of sparse learning is changed. 同実施形態に係る局所関係式算出部による局所関係式処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the local relational expression process by the local relational expression calculation part which concerns on the embodiment. 本発明の実施形態に係る品質予測装置のハードウェア構成の一構成例を示すブロック図であるIt is a block diagram which shows one structural example of the hardware constitutions of the quality prediction apparatus which concerns on embodiment of this invention. クロスバリデーションにおける従来法と本発明との予測精度(誤差二乗和)を比較したグラフである。It is the graph which compared the prediction accuracy (error sum of squares) of the conventional method and the present invention in cross validation. 従来法および本発明のそれぞれ予測の精度が最も良い時の局所関係式における各操業変数の係数の分割領域に対する平均値のグラフである。It is a graph of the average value with respect to the division | segmentation area | region of the coefficient of each operation variable in the local relational expression when the precision of each prediction of the conventional method and this invention is the best.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。   Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.

上述の課題を解決するためには、分割数を大きくしてもモデルの予測精度を維持しつつ、分割段階において、各局所領域のデータ数が減少し、少数となった品質変数のデータに対して局所関係式が過剰に適合しないよう、局所関係式の係数の大きさの増大を抑えることが必要となる。特許文献1では、局所関係式の予測値と局所領域の品質変数のデータに対する誤差二乗和が最小となるように局所関係式の係数を決定していたが、本発明では、その誤差二乗和に線形モデルの係数の大きさに対するペナルティを付加した値を最小化することによって、与えられる品質変数のデータに対する予測誤差だけではなく係数の大きさも考慮する。これにより、ある程度モデルの予測精度を維持しつつ、品質変数のデータに対する過剰な適合である局所関係式の過学習を防ぐことを可能にする。以下、このような考えに基づき構成された本発明の一実施形態である品質予測装置の構成とその機能について、詳細に説明する。   In order to solve the above-mentioned problems, the number of data in each local area decreases in the division stage while maintaining the model prediction accuracy even if the number of divisions is increased. Therefore, it is necessary to suppress an increase in the magnitude of the coefficient of the local relational expression so that the local relational expression does not fit excessively. In Patent Document 1, the coefficient of the local relational expression is determined so that the error square sum with respect to the predicted value of the local relational expression and the quality variable data of the local region is minimized. By minimizing the value with a penalty for the coefficient size of the linear model, not only the prediction error for the given quality variable data but also the coefficient size is taken into account. This makes it possible to prevent overlearning of the local relational expression, which is an excessive fit to the quality variable data, while maintaining the prediction accuracy of the model to some extent. Hereinafter, the configuration and function of a quality prediction apparatus which is an embodiment of the present invention configured based on such an idea will be described in detail.

<1.実施形態>
[品質予測装置の構成]
<1. Embodiment>
[Configuration of quality prediction device]

まず、図1に基づいて、本発明の実施形態に係る製造プロセスにおける品質予測装置の構成について説明する。なお、図1は、本実施形態に係る品質予測装置100の構成を示すブロック図である。   First, based on FIG. 1, the structure of the quality prediction apparatus in the manufacturing process which concerns on embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of the quality prediction apparatus 100 according to the present embodiment.

本実施形態に係る製造プロセスにおける品質予測装置100は、品質予測を行う対象の品質を予測する装置である。品質予測装置100により予測する品質としては、例えば鉄鋼プロセスの場合では、薄板や厚板などの各種製品の、表面疵や内部欠陥の発生個数、抗張力や降伏応力、伸び率などの機械強度特性値、波高さなどの形状平坦度、板厚・板幅・板長さなどの製品サイズ、亜鉛メッキにおける亜鉛と鉄との合金化の割合、および、内部応力などの直接顧客から要求される最終製品の各種品質指標がある。また、これら最終品質に影響を及ぼすプロセス値も予測する品質となる。   The quality prediction apparatus 100 in the manufacturing process according to the present embodiment is an apparatus that predicts the quality of a target for which quality prediction is performed. As the quality predicted by the quality prediction apparatus 100, for example, in the case of a steel process, mechanical strength characteristic values such as the number of surface defects and internal defects, tensile strength, yield stress, and elongation rate of various products such as thin plates and thick plates. , Shape flatness such as wave height, product size such as plate thickness, width and length, ratio of alloying of zinc and iron in galvanization, and final product required directly by customers such as internal stress There are various quality indicators. In addition, process values that affect these final qualities are also predicted qualities.

このような品質予測装置100は、図1に示すように、データ抽出部110と、分割パターン候補作成部120と、活性度関数算出部130と、局所関係式算出部140と、関係式算出部150と、最小誤差関係式選択部160と、学習誤差評価部170と、品質予測値出力部180と、データベース190とを備える。   As shown in FIG. 1, the quality prediction apparatus 100 includes a data extraction unit 110, a division pattern candidate creation unit 120, an activity function calculation unit 130, a local relational expression calculation unit 140, and a relational expression calculation unit. 150, a minimum error relational expression selection unit 160, a learning error evaluation unit 170, a quality prediction value output unit 180, and a database 190.

データ抽出部110は、データベース190より、製造プロセスにおける複数の操業データと当該操業に対応した品質データを抽出する。操業データは、例えば鉄鋼プロセスでは、精錬工程で測定された溶鋼の各種元素の成分量や、連続鋳造工程における湯面変動量や鋳造速度、更には連続溶融亜鉛メッキ工程のラインスピードやラインに配置されるインダクションヒーターの温度等である。データ抽出部110は、データベース190から抽出したデータを分割パターン候補作成部120へ出力する。   The data extraction unit 110 extracts a plurality of operation data in the manufacturing process and quality data corresponding to the operation from the database 190. For example, in the steel process, the operation data includes the amounts of various elements of the molten steel measured in the refining process, the amount of molten metal fluctuation and casting speed in the continuous casting process, and the line speed and line in the continuous hot dip galvanizing process. For example, the temperature of the induction heater. The data extraction unit 110 outputs the data extracted from the database 190 to the division pattern candidate creation unit 120.

分割パターン候補作成部120は、操業変数からなる全体領域を、複数の局所領域に分割した分割パターン候補を複数個作成する処理を行う。すなわち、分割パターン候補作成部120は、データ抽出部110から入力された操業データの全体領域を分割して、複数の分割パターン候補を作成する。   The division pattern candidate creation unit 120 performs a process of creating a plurality of division pattern candidates obtained by dividing the entire area composed of operation variables into a plurality of local areas. That is, the division pattern candidate creation unit 120 divides the entire operation data input from the data extraction unit 110 to create a plurality of division pattern candidates.

本実施形態にかかる分割パターン候補作成部120は、全体領域を構成する操業変数を分割して生成された複数の分割パターン候補を全体領域の分割パターン候補とする。そして、分割パターン候補作成部120は、作成された複数の分割パターン候補を活性度関数算出部130へ出力する。   The division pattern candidate creation unit 120 according to the present embodiment sets a plurality of division pattern candidates generated by dividing operation variables constituting the whole area as division pattern candidates for the whole area. Then, the division pattern candidate creation unit 120 outputs the created plurality of division pattern candidates to the activity function calculation unit 130.

活性度関数算出部130は、分割パターン候補作成部120から入力されたすべての分割パターン候補に対して、操業変数の分割座標情報に基づきそれぞれ活性度関数を算出する。活性度関数は、後述する局所関係式算出部140により算出される局所関係式の、全体領域における操業データと品質データとの関係を表す関係式への寄与率を表すものである。局所関係式の活性度関数算出部130は、算出した活性度関数を局所関係式算出部140および関係式算出部150へ出力する。   The activity function calculation unit 130 calculates an activity function for each of the division pattern candidates input from the division pattern candidate creation unit 120 based on the division coordinate information of the operation variable. The activity function represents a contribution ratio of a local relational expression calculated by the local relational expression calculation unit 140 described later to a relational expression representing a relation between operation data and quality data in the entire region. The local relational expression activity function calculation unit 130 outputs the calculated activity function to the local relational expression calculation unit 140 and the relational expression calculation unit 150.

局所関係式算出部140は、標準化処理部142、最適化処理部144、後処理部146で構成される。本実施形態では、線形多項式による局所関係式を用いる。標準化処理部142は、各局所領域の操業変数および品質変数のデータからそれぞれの標準偏差および平均値を求め、品質変数および操業変数の各データについて、平均値を引いた値を標準偏差で割るという標準化の処理を行い、平均値を0、標準偏差を1とする操業変数および品質変数の標準化データを作成する。その後、最適化処理部144は、操業変数および品質変数の標準化データから求められる線形モデルの予測値の、品質変数の標準化データに対する誤差二乗和に、線形モデルの係数の大きさの和の値を加えた評価値を最適化することで、係数の大きさのペナルティを考慮した線形モデルを算出する。そして、後処理部146は、最適化処理部144により算出された線形モデルを用いて操業変数の実績値から品質変数を予測できるよう、操業変数および品質変数のデータの標準偏差および平均値を含む所定の変換式にもとづいて最適化処理部144の係数を補正し、各局所領域の局所関係式を決定する。局所関係式算出部140の後処理部146は、決定した局所関係式を関係式算出部150へ出力する。   The local relational expression calculation unit 140 includes a standardization processing unit 142, an optimization processing unit 144, and a post-processing unit 146. In this embodiment, a local relational expression using a linear polynomial is used. The standardization processing unit 142 obtains respective standard deviations and average values from the operation variable and quality variable data of each local region, and divides the value obtained by subtracting the average value for each quality variable and operation variable data by the standard deviation. Standardization processing is performed, and standardized data of operation variables and quality variables having an average value of 0 and a standard deviation of 1 is created. After that, the optimization processing unit 144 sets the value of the sum of the magnitudes of the coefficients of the linear model to the error square sum of the predicted value of the linear model obtained from the standardized data of the operation variable and the quality variable. By optimizing the added evaluation value, a linear model considering the penalty of the coefficient size is calculated. Then, the post-processing unit 146 includes the standard deviation and the average value of the data of the operation variable and the quality variable so that the quality variable can be predicted from the actual value of the operation variable using the linear model calculated by the optimization processing unit 144. The coefficient of the optimization processing unit 144 is corrected based on a predetermined conversion formula, and a local relational expression for each local region is determined. The post-processing unit 146 of the local relational expression calculation unit 140 outputs the determined local relational expression to the relational expression calculation unit 150.

関係式算出部150は、活性度関数算出部130で算出された活性度関数と、局所関係式算出部140で求められた局所関係式とを用いて、全体領域における操業データと品質データとの関係式を作成する。関係式算出部150は、作成した操業データと品質データとの関係式を最小誤差関係式選択部160へ出力する。   The relational expression calculation unit 150 uses the activity function calculated by the activity function calculation unit 130 and the local relational expression obtained by the local relational expression calculation unit 140 to calculate operation data and quality data in the entire area. Create a relational expression. The relational expression calculation unit 150 outputs the created relational expression between the operation data and the quality data to the minimum error relational expression selection unit 160.

最小誤差関係式選択部160は、すべての分割パターン候補それぞれに対して作成された操業データと品質データとの関係式から算出された誤差と、関係式算出部150にて算出された関係式から算出された誤差とを比較して、これらの誤差が最小となる関係式を選択する。最小誤差関係式選択部160は、選択した関係式を学習誤差評価部170へ出力する。   The minimum error relational expression selection unit 160 uses the error calculated from the relational expression between the operation data and the quality data created for each of the divided pattern candidates and the relational expression calculated by the relational expression calculation unit 150. The calculated error is compared and a relational expression that minimizes these errors is selected. The minimum error relational expression selection unit 160 outputs the selected relational expression to the learning error evaluation unit 170.

学習誤差評価部170は、最小誤差関係式選択部160で選択された関係式(以下、「誤差最小の関係式」という。)の誤差と予め設定された評価基準値とを比較して、十分な精度を有する関係式が構築されたか否かを判定する。学習誤差評価部170は、収束したと判定した場合、すなわち十分な精度を有する関係式が構築されたと判定した場合には、当該関係式を表現するための情報である活性度関数および局所関係式の係数を、品質予測値出力部180へ出力する。一方、収束が不十分であると判定した場合、すなわち十分な精度を有する関係式が構築されていないと判定した場合、学習誤差評価部170は、分割パターン候補作成部120に対して、最小誤差関係式選択部160において選択された分割パターンをさらに分割して新たな分割パターン候補を作成する指示を行う。   The learning error evaluation unit 170 compares the error of the relational expression selected by the minimum error relational expression selection unit 160 (hereinafter referred to as “minimum error relational expression”) with a preset evaluation reference value, and It is determined whether or not a relational expression having high accuracy has been constructed. When the learning error evaluation unit 170 determines that it has converged, that is, when it is determined that a relational expression having sufficient accuracy has been constructed, an activity function and a local relational expression that are information for expressing the relational expression Are output to the quality prediction value output unit 180. On the other hand, when it is determined that the convergence is insufficient, that is, when it is determined that a relational expression having sufficient accuracy is not constructed, the learning error evaluation unit 170 determines the minimum error for the division pattern candidate creation unit 120. An instruction is given to further divide the division pattern selected by the relational expression selection unit 160 to create a new division pattern candidate.

品質予測値出力部180は、学習誤差評価部170から入力された関係式を表現するための情報と別途入力される操業データとに基づいて品質予測値を算出し、算出した品質予測値を外部へ出力する。品質予測値出力部180から出力された品質予測値は、例えば、オペレータへのガイダンスやプロセス制御系への入力信号として用いることができる。   The quality prediction value output unit 180 calculates a quality prediction value based on information for expressing the relational expression input from the learning error evaluation unit 170 and operation data input separately, and outputs the calculated quality prediction value to the external Output to. The quality prediction value output from the quality prediction value output unit 180 can be used, for example, as guidance for an operator or an input signal to a process control system.

データベース190は、製造プロセスにおける過去の操業データ及び品質データや、各製造工程での製造時刻、向け先などの注文情報、製品を特定するための製品番号などを関連付けて記憶する記憶部である。これらの情報は、外部から所定のタイミングでデータベース190に入力され、記録される。データベース190に記憶された情報は、上記段落0024に記載したように、データベース抽出部110により抽出され、品質予測に用いられる。   The database 190 is a storage unit that associates and stores past operation data and quality data in a manufacturing process, manufacturing time in each manufacturing process, order information such as a destination, a product number for specifying a product, and the like. These pieces of information are input and recorded in the database 190 from outside at a predetermined timing. The information stored in the database 190 is extracted by the database extraction unit 110 and used for quality prediction as described in paragraph 0024 above.

[品質予測装置による品質予測処理]
次に、図2〜図10に基づいて、本実施形態に係る品質予測装置100による品質予測処理について詳細に説明する。なお、図2は、本実施形態に係る品質予測装置による品質予測処理を示すフローチャートである。図3は、分割パターン候補作成部120による分割パターン候補の作成処理を示す説明図である。図4は、二次元の操業変数空間において、分割パターン候補を作成する手順を模式的に示す説明図である。図5は、3分割された二次元の操業変数空間において、分割パターン候補を作成する手順を模式的に示す説明図である。図6は、1次元の操業変数空間を4つに分割した場合の局所活性度関数分布を示す図である。図7は、2次元の操業変数空間を3つに分割した場合の局所活性度関数分布を示す図である。図8は、スパース学習を用いて操業変数が2つの場合の線形多項式を求めるときの、最適化問題の幾何学的な構造を示す図である。図9は、スパース学習の調整パラメータλを変更させたときの線形回帰モデルの係数の変化のグラフである。図10は、本実施形態に係る局所関係式算出部による局所関係式処理のフローチャートである。
[Quality prediction processing by the quality prediction device]
Next, based on FIGS. 2-10, the quality prediction process by the quality prediction apparatus 100 which concerns on this embodiment is demonstrated in detail. FIG. 2 is a flowchart showing quality prediction processing by the quality prediction apparatus according to the present embodiment. FIG. 3 is an explanatory diagram showing a process of creating a division pattern candidate by the division pattern candidate creation unit 120. FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing a procedure for creating candidate division patterns in a two-dimensional operation variable space. FIG. 5 is an explanatory diagram schematically showing a procedure for creating a division pattern candidate in a three-dimensional two-dimensional operation variable space. FIG. 6 is a diagram showing a local activity function distribution when the one-dimensional operation variable space is divided into four. FIG. 7 is a diagram showing a local activity function distribution when a two-dimensional operation variable space is divided into three. FIG. 8 is a diagram illustrating a geometric structure of the optimization problem when obtaining a linear polynomial in the case of two operation variables using sparse learning. FIG. 9 is a graph showing changes in the coefficients of the linear regression model when the adjustment parameter λ of sparse learning is changed. FIG. 10 is a flowchart of local relational expression processing by the local relational expression calculation unit according to the present embodiment.

p個の操業変数u、u、・・・、uを持つN個の操業データが与えられた場合、入力操業データはN行p列の行列となる。操業データに対応してNケースの品質データが与えられた場合、品質データはN次元のベクトルとなる。N行p列の行列である入力操業データとN次元ベクトルである品質変数が与えられた場合、線形代数理論より、品質操業はu〜uを基底とするp次元の操業変数空間に分布しているN個の点と見なすことができる。従って、品質を記号yで表すとすると、操業変数と品質変数は、一般に写像関数f(・)を介した下記式(1)で表すことができる。 When N pieces of operation data having p operation variables u 1 , u 2 ,..., u p are given, the input operation data is a matrix of N rows and p columns. When quality data of N cases is given corresponding to the operation data, the quality data is an N-dimensional vector. If the quality variable is given an N-p input operation data and the N-dimensional vector is a matrix of columns, from linear algebra theory, quality operation is distributed operating variable space of p dimensions to the base of u 1 ~u p It can be regarded as N points. Therefore, if the quality is represented by the symbol y, the operation variable and the quality variable can be generally represented by the following equation (1) via the mapping function f (•).

・・・(1) ... (1)

ここでu_=[u ・・・ u(u_はuの下に_が添えられているものとする)は、p個の操業変数からなる列ベクトルを表し、tは行列の転置を表す。 Here, u _ = [u 1 u 2 ... U p ] t (where u_ is a symbol under u) represents a column vector composed of p operation variables, and t is a matrix. Represents the transpose of.

写像関数f(・)は、通常の製造プロセスの場合、非線形・多変量の複雑な関数であり、操業変数空間全体に渡る適正な関数式を見出すのは難しい。そこで、本実施形態においては、操業変数からなる全体領域をそれぞれ複数の局所領域に分割する複数の分割パターン候補を作成し、各局所領域における品質との関連性が高い操業変数だけを選択し、選択された操業変数と品質変数との関係を表す局所関係式y’(u_)と、局所関係式の全体領域内の各点における予測値への寄与率を表す活性度関数Φ(u_)との積の和である式(2)によって、全体の関係式y^(y^はyの上に^が添えられているものとする)を表すものとする。なお、式(2)中のΣは項の和を表し、Mは局所領域の個数(分割数)を表す。 The mapping function f (•) is a nonlinear / multivariate complex function in the case of a normal manufacturing process, and it is difficult to find an appropriate functional expression over the entire operation variable space. Therefore, in the present embodiment, a plurality of division pattern candidates that divide the entire region made up of operation variables into a plurality of local regions are created, and only operation variables that are highly relevant to quality in each local region are selected, A local relational expression y i ′ (u_) representing the relationship between the selected operation variable and the quality variable, and an activity function Φ i (u_) representing the contribution ratio to the predicted value at each point in the entire region of the local relational expression. ) And the whole relational expression y ^ (y ^ is assumed to be attached to y). In Equation (2), Σ represents the sum of terms, and M represents the number of local regions (number of divisions).

・・・(2) ... (2)

本実施形態に係る品質予測装置100による品質予測処理では、図2に示すように、まず、データ抽出部110によりデータベース190から品質予測を行う対象に関する操業データおよび品質データを抽出する(S100)。データ抽出部110は、抽出した操業データおよび品質データを分割パターン候補作成部120へ出力する。   In the quality prediction process by the quality prediction apparatus 100 according to the present embodiment, as shown in FIG. 2, first, operation data and quality data relating to a target for which quality prediction is performed are extracted from the database 190 by the data extraction unit 110 (S100). The data extraction unit 110 outputs the extracted operation data and quality data to the division pattern candidate creation unit 120.

次に、分割パターン候補作成部120は操業データのうち操業変数からなる全体領域から複数の分割パターン候補を作成する(S102)。本実施形態では、操業変数の領域から分割パターン候補を作成する。図3に示すように、分割パターン候補作成部120は、分割されていない二次元の操業変数空間について当該空間を2つの局所領域(M=2)に分割する処理を行う。ここで、操業変数空間の分割は、各操業変数に平行な軸で、分割点が設定される。つまり、図4に示すように、二次元の操業変数空間は2つの操業変数u、uからなる。したがって、領域1−1に対して、操業変数u軸に平行な分割と、操業変数u軸に平行な分割とが行われる。このように、領域1−1が2つの局所領域2−1、2−2に分割される。分割点の設定を変えて、図3に示すように複数の分割パターン候補を作成する。 Next, the division pattern candidate creation unit 120 creates a plurality of division pattern candidates from the entire area composed of operation variables in the operation data (S102). In the present embodiment, a division pattern candidate is created from the operation variable area. As illustrated in FIG. 3, the division pattern candidate creation unit 120 performs a process of dividing the space into two local regions (M = 2) for a two-dimensional operation variable space that is not divided. Here, in the division of the operation variable space, a division point is set on an axis parallel to each operation variable. That is, as shown in FIG. 4, the two-dimensional operation variable space is composed of two operation variables u 1 and u 2 . Therefore, a division parallel to the operation variable u 1 axis and a division parallel to the operation variable u 2 axis are performed on the region 1-1. In this way, the area 1-1 is divided into two local areas 2-1 and 2-2. By changing the setting of the dividing points, a plurality of dividing pattern candidates are created as shown in FIG.

また、操業変数空間が既に幾つかの局所領域に分割されている場合は、後述の活性度関数による重み付き誤差評価関数である式(7)、式(11)で各局所関係式の誤差を算出し、この中で最も誤差の大きな局所領域を2つに分割する。一例として、図5に、既に3分割された操業変数空間を4分割(M=4)する手順を示す。図5に示すように、最も誤差の大きい領域が領域3−2であるとすると、操業変数uまたはu軸に平行な軸で領域3−2を2分するように分割点が設定される。このとき、残りの領域3−1および3−3は分割されない。 Further, when the operation variable space is already divided into several local regions, the error of each local relational expression is expressed by Equation (7) and Equation (11) which are weighted error evaluation functions based on the activity function described later. The local area with the largest error is divided into two. As an example, FIG. 5 shows a procedure for dividing an operation variable space that has already been divided into three into four (M = 4). As shown in FIG. 5, if the region with the largest error is the region 3-2, the dividing point is set so that the region 3-2 is divided into two by an axis parallel to the operation variable u 1 or u 2 axis. The At this time, the remaining areas 3-1 and 3-3 are not divided.

図3において、操業変数空間を2分割したとき、最も誤差の大きい領域が領域2−1であったとすると、操業変数uまたはu軸に平行な軸で領域2−1を2分するように分割点が設定される。このように、操業変数については、現在の分割パターンから新たな複数の分割パターン候補が生成される。 3, when the two divided operations variable space, most if large areas of the error is assumed to be an area 2-1 to 2 minutes regions 2-1 axis parallel to the operating variables u 1 or u 2 axes A division point is set at. As described above, for the operation variable, a plurality of new division pattern candidates are generated from the current division pattern.

操業変数の分割パターン候補を作成するに際して分割候補点が必要となる。例えば、一つの操業変数のデータを抽出して、このデータを複数のグループに分割し、各グループの境界となる操業変数の値を求める処理を全ての操業変数について行い、得られた値を分割候補点として使用することができる。具体的には、例えばクラスタリング法を用いて操業変数データを複数のグループに分割し、各グループに含まれる操業変数の値の最小値及び最大値を算出する。そして、隣接するグループのうち、操業変数の値が小さい方のグループの最大値と、操業変数の値が大きい方のグループの最小値との平均値を分割候補点の値とすることができる。或いは、操業変数のデータ値に対して、操業オペレータや担当者が、同一の操業水準とみなすことができるグループの範囲を設定できる場合は、人手で設定した分割候補点を用いても良い。   In creating a division pattern candidate for an operation variable, division candidate points are required. For example, the data of one operation variable is extracted, this data is divided into a plurality of groups, the process of obtaining the value of the operation variable that becomes the boundary of each group is performed for all the operation variables, and the obtained value is divided. Can be used as a candidate point. Specifically, the operation variable data is divided into a plurality of groups using, for example, a clustering method, and the minimum value and the maximum value of the operation variable values included in each group are calculated. Then, among the adjacent groups, an average value of the maximum value of the group having the smaller value of the operation variable and the minimum value of the group having the larger value of the operation variable can be set as the value of the division candidate point. Alternatively, if the operation operator or the person in charge can set the range of groups that can be regarded as the same operation level for the data value of the operation variable, the division candidate points set manually may be used.

分割パターン候補が作成されると、すべての分割パターン候補に対してそれぞれ活性度関数、局所関係式および全体の関係式が算出される(S104〜S108)。   When the division pattern candidates are created, the activity function, the local relational expression, and the entire relational expression are calculated for all the division pattern candidates (S104 to S108).

まず、活性度関数算出部130により、分割パターン候補作成部120で求めたすべての分割パターン候補に対して、活性度関数がそれぞれ算出される(S104)。活性度関数には、次式で表現される正規条件を満たす任意の関数を用いることができる。   First, the activity function calculation unit 130 calculates the activity functions for all the division pattern candidates obtained by the division pattern candidate creation unit 120 (S104). As the activity function, any function that satisfies the normal condition expressed by the following equation can be used.

・・・(3) ... (3)

具体的には、例えば、下記式(4)で表現される局所領域の重心に中心を持つ正規分布関数μに基づいて式(5)で定義される正規メンバシップ関数を、活性度関数として用いることができる。 Specifically, for example, the normal membership function defined in Expression (5) based on the normal distribution function μ i centered at the center of gravity of the local region expressed by Expression (4) below is used as the activity function. Can be used.

・・・(4)
・・・(5)
... (4)
... (5)

ここで、cijは局所領域の中心点、σijは正規分布関数の標準偏差を表す。図6に、1次元の操業変数空間を4つの局所領域に分割した場合の正規分布関数と活性度関数の例を示す。また、図7に、2次元の操業変数空間を3つの局所領域に分割した例を示す。局所領域の境界領域に着目すれば、境界線の両側の領域における活性度関数は、滑らかに重複していることから、複数の局所関係式が重畳して品質を決定している状況が表現されていることがわかる。 Here, c ij represents the center point of the local region, and σ ij represents the standard deviation of the normal distribution function. FIG. 6 shows an example of a normal distribution function and an activity function when a one-dimensional operation variable space is divided into four local regions. FIG. 7 shows an example in which a two-dimensional operation variable space is divided into three local regions. Focusing on the boundary area of the local area, the activity functions in the areas on both sides of the boundary line are smoothly overlapped, so the situation where the quality is determined by overlapping multiple local relational expressions is expressed. You can see that

次いで、局所関係式算出部140は、各局所領域について操業変数と品質の関連を数式で表現した関係式を作成する(S106)。局所関係式算出部140は、図1に示したように、標準化処理部142と、最適化処理部144、後処理部146からなる。本実施形態では、局所関係式を、式(6)の線形多項式としている。   Next, the local relational expression calculation unit 140 creates a relational expression that expresses the relation between the operation variable and the quality for each local region by a mathematical formula (S106). As shown in FIG. 1, the local relational expression calculation unit 140 includes a standardization processing unit 142, an optimization processing unit 144, and a post-processing unit 146. In this embodiment, the local relational expression is a linear polynomial of Expression (6).

・・・(6) ... (6)

ここで、特許文献1では、上記の係数w=[wi0i1i2 ・・・ wip] を式(7)のように活性度関数Φ(l)を考慮した誤差二乗和の最小化によって求めていた。 Here, in Patent Document 1, the above-described coefficient w i = [w i0 w i1 w i2 ... W ip] t is the sum of squared errors in which the activity function Φ i (l) is considered as in equation (7). It was calculated by minimizing.

・・・(7) ... (7)

y(l)はN個のうちのl番目のサンプルの品質変数の実績値、y’(l)はサンプルl番目の品質変数に対応する操業変数u_での式(6)の予測値、Φ(l)はl番目のサンプルの品質変数の実績値に対応する操業変数u_を用いて計算したときの活性度関数の値である。式(7)で局所関係式である線形多項式を求める場合では、操業データの領域の分割数が大きくなり、局所領域のデータの数が少なくなると、非特許文献1のP4〜11で述べられているように、線形多項式の係数を大きくし、少数の品質変数のデータに対して線形多項式を過剰に適合させるという過学習が起こり、線形多項式による予測において、与えていない操業データの予測精度が変わらない、むしろ、大きな係数によって操業データの実績値と予測値の誤差がかえって大きくなってしまうことがある。 y (l) is the actual value of the quality variable of the lth sample out of N, y ′ i (l) is the predicted value of equation (6) with the operation variable u_ corresponding to the lth quality variable of the sample, Φ i (l) is a value of the activity function when calculated using the operation variable u_ corresponding to the actual value of the quality variable of the l-th sample. In the case of obtaining a linear polynomial which is a local relational expression in Expression (7), when the number of divisions of the operation data area increases and the number of local area data decreases, it is described in Non-Patent Document 1, P4 to 11. As described above, over-learning occurs in which the coefficient of the linear polynomial is increased and the linear polynomial is excessively adapted to the data of a small number of quality variables. Rather, the error between the actual value and the predicted value of the operation data may be increased by a large coefficient.

そこで、本実施形態では、係数の大きさの増大によって引き起こされる過学習を低減するため、係数の大きさに対するペナルティを与える正則化項を考慮する。ここで、正則化項とは、局所関係式の係数の大きさの増大を抑えるための局所関係式の線形モデルの係数で構成される項である。下記式(8)のように、式(7)の誤差二乗和(第1の項)に正則化項g(w)(第2の項)を付加した値を、係数wについて最小化することで、係数の大きさを考慮した局所関係式の係数wが求められる。 Therefore, in this embodiment, in order to reduce overlearning caused by an increase in the coefficient size, a regularization term that gives a penalty for the coefficient size is considered. Here, the regularization term is a term composed of a coefficient of a linear model of a local relational expression for suppressing an increase in the magnitude of the coefficient of the local relational expression. As shown in the following equation (8), the value obtained by adding the regularization term g (w i ) (second term) to the sum of squared errors (first term) of equation (7) is minimized with respect to the coefficient w i . By doing so, the coefficient w i of the local relational expression in consideration of the magnitude of the coefficient is obtained.

・・・(8)
正則化項
... (8)
Regularization term

本実施形態では、式(9)のように、各係数の絶対値|wij|(jは操業変数のj番目を意味する)の和である正則化項を誤差二乗和に付加し、その値を係数wijについて最小化することによって局所関係式の係数wijを算出する。 In the present embodiment, a regularization term that is the sum of absolute values | w ij | (j means the j-th of the operation variable) of each coefficient is added to the sum of squared errors as shown in Equation (9), calculating the coefficients w ij of the local equation by minimizing the value for the coefficient w ij.

・・・(9) ... (9)

ここで、λは調整パラメータであり、λによって重み付き誤差二乗和の項と正則化項の相対的な重要度を調節することができる。式(9)の最適化問題を解いて係数wijを求める方法をスパース学習とよび、この最適化問題は二次計画問題に帰着し、一意的に最適解を求めることが可能である。非特許文献1のP142〜144に記載されているように、式(9)は、目的関数OJと制約条件STをOJ+ηST(ηはスカラー値)とした関数(ラグランジュ関数)の極値を求め、解析学的に最適化問題を解く手法であるラグランジュ乗数法の形で表記されている。よって、式(9)は、下記式(10)に示す制約条件の下で、下記式(11)を最小化することに相当する。 Here, λ is an adjustment parameter, and the relative importance of the weighted error square sum term and the regularization term can be adjusted by λ. A method of solving the optimization problem of Equation (9) to obtain the coefficient w ij is called sparse learning. This optimization problem can be reduced to a quadratic programming problem, and an optimum solution can be obtained uniquely. As described in P142 to 144 of Non-Patent Document 1, Equation (9) calculates an extreme value of a function (Lagrange function) in which the objective function OJ and the constraint condition ST are OJ + ηST (η is a scalar value), It is written in the form of Lagrange multiplier method, which is an analytical method for solving optimization problems. Therefore, equation (9) corresponds to minimizing the following equation (11) under the constraints shown in the following equation (10).

・・・(10)
・・・(11)
... (10)
(11)

ここで、式(10)のh(λ)は正の値をとり、λに対して単調減少する関数である。例えばp=2の操業変数が2つの場合で考えると、式(9)のスパース学習の最適化問題は、図8に示すような幾何学的な構造で考えることができる。式(10)の制約条件がない場合、下に凸の関数である式(11)の重み付き誤差二乗和の極値である図8中の点(b)が式(11)の目的関数の最適値となる。しかし、式(10)の制約条件がある場合、係数wi1および係数wi2は式(10)の制約条件の領域B内の点でなければならない。このため、図8において、式(11)の重み付き誤差二乗和を表す等高線Aと、式(10)の制約条件を表す領域Bの端点の交点である点(a)が最適値になりやすいことがわかる。 Here, h (λ) in Equation (10) is a function that takes a positive value and monotonously decreases with respect to λ. For example, considering the case where there are two operation variables with p = 2, the sparse learning optimization problem of Equation (9) can be considered with a geometric structure as shown in FIG. When there is no constraint condition of Expression (10), the point (b) in FIG. 8 which is the extreme value of the weighted error sum of squares of Expression (11) which is a downward convex function is the objective function of Expression (11). It becomes the optimum value. However, when there is a constraint condition of Expression (10), the coefficient w i1 and the coefficient w i2 must be points in the region B of the constraint condition of Expression (10). For this reason, in FIG. 8, the point (a) that is the intersection of the contour line A representing the weighted error sum of squares of the equation (11) and the end point of the region B representing the constraint condition of the equation (10) is likely to be an optimum value. I understand that.

調整パラメータλの変更は制約条件の領域を狭める、または、領域を広めることに相当する。すなわち、調整パラメータλを大きくすると制約条件の領域Bを狭めることになり、係数wijの値が小さくなる。一方、調整パラメータλを小さくすると制約条件の領域Bを広めることになり、係数wijの値が大きくなる。ここで、式(10)の制約条件がある場合の最小値である点(a)が、係数wi1=0、係数wi2≠0であるように、どちらか一方の係数が0となる線形多項式が算出されやすい。同様に、pが3以上、つまり操業変数が3つ以上の場合にも、図8と同様に式(9)の最適化問題の求解によって、いずれかの操業変数の係数wijが0となる線形多項式が算出されやすく、一般的に調整パラメータλを大きくすると、0となる係数wijの数が増加する。 Changing the adjustment parameter λ corresponds to narrowing the area of the constraint condition or widening the area. That is, when the adjustment parameter λ is increased, the region B of the constraint condition is narrowed, and the value of the coefficient w ij is decreased. On the other hand, if the adjustment parameter λ is decreased, the restriction condition region B is expanded, and the value of the coefficient w ij is increased. Here, the point (a) which is the minimum value in the case where there is the constraint condition of the equation (10) is linear in which one of the coefficients is 0 such that the coefficient w i1 = 0 and the coefficient w i2 ≠ 0. Polynomials are easy to calculate. Similarly, when p is 3 or more, that is, when there are 3 or more operation variables, the coefficient w ij of any operation variable becomes 0 by solving the optimization problem of Expression (9) as in FIG. A linear polynomial can be easily calculated. Generally, when the adjustment parameter λ is increased, the number of coefficients w ij that become zero increases.

図9は、操業変数44項目から品質変数を予測する線形回帰モデルの場合において、スパース学習の調整パラメータλを変更したときの線形回帰モデルの係数の変化を示したグラフである。ここでは、調整パラメータλ=1、10、50と変化させたときの線形回帰モデルの係数の変化を示しており、各グラフは、横軸に操業変数の番号、縦軸に線形モデルの係数の値を示している。図9より、調整パラメータλを大きくするにつれて、各操業変数に対する係数の値が減少することがわかる。また、調整パラメータλを大きくするにつれて、0となる操業変数の係数の数が増加することも確認できる。一方で、調整パラメータλを大きくすることは、式(9)における誤差二乗和(第1項)の評価を相対的に低くすることになり、調整パラメータλを大きくし過ぎると、予測誤差の増大につながる。   FIG. 9 is a graph showing changes in the coefficients of the linear regression model when the sparse learning adjustment parameter λ is changed in the case of a linear regression model that predicts quality variables from 44 operation variables. Here, the change of the coefficient of the linear regression model when the adjustment parameter is changed to λ = 1, 10, 50 is shown, and each graph shows the number of the operation variable on the horizontal axis and the coefficient of the linear model on the vertical axis. The value is shown. FIG. 9 shows that the coefficient value for each operating variable decreases as the adjustment parameter λ increases. It can also be confirmed that as the adjustment parameter λ is increased, the number of coefficients of the operation variable that becomes 0 increases. On the other hand, increasing the adjustment parameter λ results in a relatively low evaluation of the sum of squared errors (first term) in Equation (9). If the adjustment parameter λ is too large, the prediction error increases. Leads to.

このように、スパース学習を適用すれば、調整パラメータλの変更によって係数wijの大きさを制御することができ、局所関係式の導出において係数wijの大きさの増大を抑えて品質変数のデータへの過剰な適合を防ぐことが可能となる。さらに、調整パラメータλの変更によって、局所関係式の0となる操業変数の係数の数を増加させる、つまり、局所関係式の予測変数に用いる操業変数の数を減少させることができる。このため、すべての操業変数を用いた局所関係式よりも単純な線形多項式で局所関係式を表現することになり、品質変数のデータに対する過剰な適合をより低減することが可能となる。以下、スパース学習を用いた、式(6)の局所関係式を導出するプロセスを図10のフローチャートに従って説明する。 As described above, when sparse learning is applied, the size of the coefficient w ij can be controlled by changing the adjustment parameter λ, and an increase in the size of the coefficient w ij can be suppressed in the derivation of the local relational expression. It is possible to prevent excessive adaptation to data. Furthermore, by changing the adjustment parameter λ, it is possible to increase the number of coefficients of the operation variable that is 0 in the local relational expression, that is, to decrease the number of operation variables used as the prediction variable of the local relational expression. For this reason, the local relational expression is expressed by a simple linear polynomial rather than the local relational expression using all the operation variables, and it is possible to further reduce the excessive adaptation to the data of the quality variable. Hereinafter, the process of deriving the local relational expression of Expression (6) using sparse learning will be described with reference to the flowchart of FIG.

まず、標準化処理部142では、式(9)の最適化問題へと定式化する上で必要となる正則化項を計算するため、操業変数および品質変数のデータを標準化した操業変数および品質変数の標準化データを求める。データの標準化は、式(9)の最適化問題を解く上で必要な処理であり、各操業変数の尺度(スケール)を合わせることで、正則化項において各操業変数の係数wijの大きさに対する単位などの偏りがなくなるため、スケール面で同等に扱うことができるようになる。局所関係式を導出するプロセスを開始すると(S1000)、標準化処理部142は、操業変数のデータおよび品質変数のデータからそれぞれの平均値と標準偏差を求め(S1002)、式(12)、式(13)によって、平均値が0、分散が1となる操業変数の標準化データu 、品質変数の標準化データyを求める(S1004)。 First, in the standardization processing unit 142, in order to calculate a regularization term necessary for formulating the optimization problem of Equation (9), the operation variable and the quality variable of the operation variable and the quality variable are standardized. Find standardized data. Data standardization is a process necessary for solving the optimization problem of Equation (9), and by adjusting the scale of each operating variable, the magnitude of the coefficient w ij of each operating variable in the regularization term. Since there is no deviation in units, etc., it can be handled equally on the scale surface. When the process of deriving the local relational expression is started (S1000), the standardization processing unit 142 obtains respective average values and standard deviations from the operation variable data and the quality variable data (S1002), and the expressions (12), ( 13), the operation data standardized data u * j and the quality variable standardized data y * having an average value of 0 and a variance of 1 are obtained (S1004).

・・・(12)
・・・(13)
(12)
... (13)

ここで、u-(”-“は上つきのバーを示す)は操業変数uの平均値、σujは操業変数uの標準偏差、y-(”-“は上つきのバーを示す)は品質変数yの平均値、σは品質変数yの標準偏差である。 Here, uj ( "-" bar shown in superscript) the average value of the operating variable u j, σ uj is the standard deviation of the operating variables u j, y - ( "- " indicates a bar of superscript) Is the average value of the quality variable y, and σ y is the standard deviation of the quality variable y.

次に、最適化処理部144では、活性度関数Φ(l)、操業変数および品質変数の標準化データu_=[u ・・・u 、yで表現される誤差二乗和の項(第1の項)と、式(15)の係数の絶対値|w ij|の和とする正則化項(第2の項)との重み付け和である評価関数(式(14))を、調整パラメータλを設定した上で最適化する(S1006)。 Next, in the optimization processing unit 144, the activity function Φ i (l), the standardized data u * _ = [u * 1 u * 2 u * 3 ... U * p ] t , the operation variable and the quality variable. Weighted sum of the sum of squared errors expressed by y * (first term) and the regularization term (second term) that is the sum of the absolute value | w * ij | of the coefficient in equation (15) The evaluation function (equation (14)) is optimized after setting the adjustment parameter λ (S1006).

・・・(14)
・・・(15)
(14)
... (15)

ここで、標準化した操業変数のデータおよび品質変数のデータの平均値は0であるので、w =[w i1 i2 ・・・ w ip]について式(6)におけるバイアス項wi0を考慮する必要がない。このため、式(15)の操業変数と品質変数の標準化データから算出される線形モデルy’ (u_)には、式(6)と異なりバイアス項が含められていない。そして、式(14)、式(15)で表される最適化問題は、下記式(16)、式(17)の制約付き二次計画問題に書き換えることができる。 Here, since the average value of the standardized operation variable data and quality variable data is 0, w * i = [w * i1 w * i2 ... W * ip ] t with respect to the bias term in equation (6). There is no need to consider w i0 . Therefore, unlike the equation (6), the bias term is not included in the linear model y ′ * i (u * _) calculated from the standardized data of the operation variable and the quality variable of the equation (15). And the optimization problem represented by Formula (14) and Formula (15) can be rewritten into the constrained quadratic programming problem of the following Formula (16) and Formula (17).

・・・(16)
・・・(17)
... (16)
... (17)

ここで、v=[v ・・・ vは、式(14)における正則化項を、非線形項から式(16)に示すように線形項へ変形するために使用する変数である。w ijおよびvについて、式(16)、式(17)の最適化問題を解くことで、操業変数および品質変数の標準化データから線形モデルの係数(標準化した操業変数のデータおよび品質変数のデータについて設定された局所関係式の独立変数の係数なので「標準化係数」とも称する。)w ijが求められる。式(16)、式(17)の制約付き二次計画問題は、例えば非特許文献2に記載される外点ペナルティ関数法、乗数法、または、逐次2次計画法等を用いることで、解くことが可能である。調整パラメータλは、過学習を低減しつつ、ある程度の予測精度を得ることができる値に設定され、例えば0.1〜2の範囲に設定することができる。なお、調整パラメータλは、取り扱う問題に応じて適宜変化するものであり、上記数値範囲は一例である。 Here, v = [v 1 v 2 ... V p ] t is a variable used for transforming the regularization term in Equation (14) from a nonlinear term to a linear term as shown in Equation (16). It is. For w * ij and v j, equation (16), by solving the optimization problem of Equation (17), the normalized data of the operational variables and quality variables of the linear model coefficients (the standardized operating variables of the data and quality variables Since it is a coefficient of an independent variable of a local relational expression set for data, it is also referred to as a “standardized coefficient”.) W * ij is obtained. The constrained quadratic programming problem of Equation (16) and Equation (17) is solved by using, for example, the outer point penalty function method, the multiplier method, or the sequential quadratic programming method described in Non-Patent Document 2. It is possible. The adjustment parameter λ is set to a value that can obtain a certain degree of prediction accuracy while reducing overlearning, and can be set to a range of 0.1 to 2, for example. The adjustment parameter λ changes as appropriate according to the problem to be handled, and the above numerical range is an example.

S1006における最適化処理では、上記段落0074に記載した評価関数の、勾配の情報を利用した探索手法である逐次2次計画法等によって、式(17)の制約のもとで、式(16)の第1の項と第2の項との和を最小とする係数の探索が行われる。これにより、具体的な局所関係式が決定される。   In the optimization processing in S1006, Equation (16) is obtained under the constraints of Equation (17) by sequential quadratic programming or the like that is a search method using gradient information of the evaluation function described in paragraph 0074 above. A search for a coefficient that minimizes the sum of the first term and the second term is performed. Thereby, a specific local relational expression is determined.

後処理部146では、式(6)の局所関係式として式(15)を扱うことができるように、標準化処理142の操業変数および品質変数のデータの平均値と標準偏差u−、σuj、y−、σを含む所定の変換式を用いて、最適化処理部144の係数w ijから局所関係式の係数wijへ変換する(S1008)。このとき、バイアス項のwi0および各操業変数の係数wijの変換式は、それぞれ下記式(18)、式(19)で表される。 In the post-processing unit 146, the average value and the standard deviations u− j and σ uj of the data of the operation variable and the quality variable of the standardization process 142 are used so that the expression (15) can be handled as the local relational expression of the expression (6). , y-, sigma using a predetermined conversion expression including y, converts the coefficients w * ij optimization processing unit 144 to the coefficient w ij of the local equation (S1008). At this time, conversion equations for the bias term w i0 and the coefficient w ij of each operation variable are expressed by the following equations (18) and (19), respectively.

・・・(18)
・・・(19)
... (18)
... (19)

上記の処理によって、式(6)の局所関係式が導出される。すなわち、i=1〜Mの各領域について、操業データの標準化、最適化問題の求解、そして、式(6)への変換(S1000〜S1010)の手順によって、局所関係式を求めることができる。   By the above processing, the local relational expression of Expression (6) is derived. That is, for each region of i = 1 to M, a local relational expression can be obtained by standardizing operation data, finding an optimization problem, and converting to expression (6) (S1000 to S1010).

図2に戻り、関係式算出部150は、上記活性度関数算出部130及び局所関係式算出部140で求められた活性度関数と局所関係式とを用いて、すべての分割パターンについての操業データと品質データとの関係式(式(2))を構成する(S108)。   Returning to FIG. 2, the relational expression calculation unit 150 uses the activity functions and local relational expressions obtained by the activity function calculation unit 130 and the local relational expression calculation unit 140 to operate data on all divided patterns. And a relational expression (equation (2)) between the quality data are constructed (S108).

式(2)の操業データと品質データとの関係式が構成された後、最小誤差関係式選択部160は、分割パターン候補作成部120で作成された複数の分割パターン候補の中から、最も誤差が小さくなる関係式を選択する(S110)。作成された複数の分割パターン候補すべてに対して式(2)で示す操業データと品質データの関係式が作成される。最小誤差関係式選択部160は、これを用いて、下記の式(20)で定義される誤差評価式で誤差を評価する。そして、最小誤差関係式選択部160は、式(20)により算出された誤差が最も小さい分割パターンの関係式を選択する。   After the relational expression between the operation data and the quality data in Expression (2) is constructed, the minimum error relational expression selection unit 160 selects the most error among the plurality of division pattern candidates created by the division pattern candidate creation unit 120. A relational expression that decreases is selected (S110). The relational expression between the operation data and the quality data shown in Expression (2) is created for all the plurality of divided pattern candidates created. Using this, the minimum error relational expression selection unit 160 evaluates an error with an error evaluation expression defined by the following expression (20). Then, the minimum error relational expression selection unit 160 selects the relational expression of the divided pattern with the smallest error calculated by Expression (20).

・・・(20) ... (20)

最小誤差関係式選択部160で1つの関係式が選択されると、学習誤差評価部170は、最小誤差関係式選択部160で選択した誤差最小の関係式の誤差と、予め設定された評価基準値とを比較して、学習が十分であるか、すなわち誤差が収束したか否かを判定する。収束判定の方法としては、例えば、関係式の誤差を収束判定変数(評価基準値)と比較する方法、局所領域分割の増分に対する関係式誤差の変化量を収束判定変数(評価基準値)と比較する方法、分割数と誤差を考慮した指標、例えば非特許文献3に記載された赤池の情報量指標など学習誤差のみならず局所領域の個数も評価に加えた指標を用い、分割の増加に対して該指標が増加した時点で分割を打ち切る方法などを用いることができる。   When one relational expression is selected by the minimum error relational expression selection unit 160, the learning error evaluation part 170 determines the error of the minimum error relational expression selected by the minimum error relational expression selection part 160 and a preset evaluation criterion. The value is compared to determine whether learning is sufficient, that is, whether the error has converged. Convergence judgment methods include, for example, a method of comparing the error of the relational expression with the convergence judgment variable (evaluation reference value), and a comparison of the change amount of the relational expression error with respect to the increment of the local region division with the convergence judgment variable (evaluation reference value). And an index that takes into account the number of divisions and errors, for example, an information amount index of Akaike described in Non-Patent Document 3, an index that adds not only learning errors but also the number of local regions to the evaluation, Thus, a method of stopping the division when the index increases can be used.

学習誤差評価部170は、このような収束判定の方法を用いて誤差を評価し、該誤差が評価基準値より大きい場合には、十分な精度でデータを説明できる関係式はまだ構築されておらず、誤差の収束は不十分であると判定する。この場合、学習誤差評価部170は、分割パターン候補作成部120に対して、分割パターンの分割数Mを1つ増やして、分割パターン候補作成の処理を行う。そして、学習誤差評価にて十分な精度でデータを説明できる関係式が構築されたと判定されるまで、分割パターン処理作成から操業と品質の関係式算出の処理を繰り返す。   The learning error evaluation unit 170 evaluates the error using such a convergence determination method, and if the error is larger than the evaluation reference value, a relational expression that can explain the data with sufficient accuracy has not yet been constructed. Therefore, it is determined that the error convergence is insufficient. In this case, the learning error evaluation unit 170 increases the division number M of the division pattern by one with respect to the division pattern candidate creation unit 120 and performs the process of creating the division pattern candidate. Then, until it is determined that a relational expression that can explain the data with sufficient accuracy is constructed in the learning error evaluation, the process of calculating the relational expression between operation and quality is repeated from the creation of the divided pattern process.

一方、誤差が評価基準値以下であれば、学習誤差評価部170は、十分な精度でデータを説明できる関係式が構築されたと判定し、当該関係式を、品質予測値出力部108で用いる確定した関係式として決定する。そして、学習誤差評価部170は、得られた関係式を表現する為の情報である活性度関数、局所関係式の係数を抽出して、品質予測値出力部180へ出力する。品質予測値出力部180は、入力された関係式の情報と、別途入力される操業データとを用いて、式(2)より品質予測値を算出し、外部へ出力する。品質予測値出力部180により算出された品質予測値は、例えば、品質予測オペレータへのガイダンスや、プロセス制御系への入力信号として用いることができる。   On the other hand, if the error is equal to or less than the evaluation reference value, the learning error evaluation unit 170 determines that a relational expression that can explain the data with sufficient accuracy is constructed, and confirms that the relational expression is used in the quality prediction value output unit 108. Determined as a relational expression. Then, the learning error evaluation unit 170 extracts an activity function, which is information for expressing the obtained relational expression, and a coefficient of the local relational expression, and outputs them to the quality prediction value output unit 180. The quality prediction value output unit 180 calculates the quality prediction value from the equation (2) using the input relational expression information and the operation data separately input, and outputs it to the outside. The quality prediction value calculated by the quality prediction value output unit 180 can be used, for example, as guidance to the quality prediction operator or as an input signal to the process control system.

以上、本発明の実施形態に係る品質予測装置100とこれによる品質予測方法について説明した。本実施形態に係る品質予測装置100によれば、操業変数空間を分割した各局所領域の局所関係式の導出において、局所関係式の予測値と品質変数の実績値に対する誤差二乗和と、局所関係式の係数の絶対値の和との重み付け和である関数を最小化することにより、品質予測モデルを生成する。このように、与えられる操業データに対する予測誤差だけではなく局所関係式の係数の大きさも考慮することで、ある程度予測精度を維持しつつも、係数の大きさの増大を抑え、過学習の影響を低減することができる。これにより、操業変数空間の分割数を大きく設定でき、細かく分割した局所領域が得られ、精度の高い品質予測モデルを構築することができる。   The quality prediction apparatus 100 and the quality prediction method using the quality prediction apparatus 100 according to the embodiment of the present invention have been described above. According to the quality prediction apparatus 100 according to the present embodiment, in the derivation of the local relational expression of each local region obtained by dividing the operation variable space, the sum of squared errors with respect to the predicted value of the local relational expression and the actual value of the quality variable, and the local relation A quality prediction model is generated by minimizing a function that is a weighted sum with the sum of absolute values of the coefficients of the equation. In this way, by considering not only the prediction error for the given operation data but also the size of the coefficient of the local relational expression, while suppressing the increase in the coefficient size and maintaining the prediction accuracy to some extent, the influence of over-learning is reduced. Can be reduced. Thereby, the division | segmentation number of operation variable space can be set largely, the local area | region finely divided | segmented can be obtained, and a highly accurate quality prediction model can be constructed | assembled.

<2.ハードウェアの構成>
本発明の実施形態にかかる製造プロセスにおける品質予測装置100は、コンピュータにより実現可能である。図11に、本発明の実施形態にかかる品質予測装置100として機能し得るコンピュータシステム400の構成例を示す。コンピュータシステム400は、CPU401と、ROM402と、RAM403と、キーボードコントローラ(KBC)405と、CRTコントローラ(CRTC)406と、ディスクコントローラ(DKC)407と、ネットワークインタフェースコントローラ(NIC)408とが、システムバス404を介して互いに通信可能に接続されている。
<2. Hardware configuration>
The quality prediction apparatus 100 in the manufacturing process according to the embodiment of the present invention can be realized by a computer. FIG. 11 shows a configuration example of a computer system 400 that can function as the quality prediction apparatus 100 according to the embodiment of the present invention. The computer system 400 includes a CPU 401, a ROM 402, a RAM 403, a keyboard controller (KBC) 405, a CRT controller (CRTC) 406, a disk controller (DKC) 407, and a network interface controller (NIC) 408. They are connected to each other via 404.

CPU401は、ROM402或いはHD411に記憶されたソフトウェア、或いはFD412より供給されるソフトウェアを実行し、システムバス404に接続された各構成部を総括的に制御する。すなわち、CPU401は、所定の処理シーケンスに従った処理プログラムを、ROM402、或いはHD411、或いはFD412から読み出して実行し、本実施形態での品質予測装置100の機能を実現するための制御を行う。   The CPU 401 executes software stored in the ROM 402 or the HD 411 or software supplied from the FD 412 and comprehensively controls each component connected to the system bus 404. That is, the CPU 401 reads out and executes a processing program according to a predetermined processing sequence from the ROM 402, the HD 411, or the FD 412, and performs control for realizing the function of the quality prediction apparatus 100 in the present embodiment.

RAM403は、CPU401の主メモリ或いはワークエリア等として機能する。KBC405は、KB409や図示しないポインティングデバイス等からの指示入力を制御する。CRTC406は、表示部であるCRT410の表示を制御する。DKC407は、ブートプログラム、種々のアプリケーション、編集ファイル、ユーザファイル、ネットワーク管理プログラム、及び本実施形態における所定の処理プログラム等を記憶するHD411及びFD412とのアクセスを制御する。NIC408は、LAN420上の装置或いはシステムと双方向にデータをやりとりするものである。   The RAM 403 functions as a main memory or work area for the CPU 401. The KBC 405 controls instruction input from the KB 409, a pointing device (not shown), or the like. The CRTC 406 controls the display of the CRT 410 that is a display unit. The DKC 407 controls access to the HD 411 and the FD 412 that store a boot program, various applications, an editing file, a user file, a network management program, a predetermined processing program in the present embodiment, and the like. The NIC 408 exchanges data bidirectionally with devices or systems on the LAN 420.

なお、コンピュータに対し、本発明の実施形態である品質予測装置の手段、及び品質予測装置の各工程の機能を実現するための処理を記載したソフトウェアのプログラムを供給して、コンピュータに格納された該プログラムに従って各種デバイスを動作させることによって実施するものも本発明の範疇に含まれる。   In addition, the program of the software which described the process for implement | achieving the function of the process of each step of the quality prediction apparatus which is embodiment of this invention and the quality prediction apparatus of this invention was supplied, and was stored in the computer What is implemented by operating various devices according to the program is also included in the scope of the present invention.

また、この場合、ソフトウェアのプログラム自体が本実施形態の品質予測装置100の処理機能を実現することになり、そのプログラム自体が、本発明の範疇に含まれる。なお、該プログラムコードの伝送媒体として、プログラムを電気信号として伝播させて供給するコンピュータネットワークシステムなどの通信媒体を用いることもできる。   In this case, the software program itself realizes the processing function of the quality prediction apparatus 100 of the present embodiment, and the program itself is included in the scope of the present invention. As a transmission medium for the program code, a communication medium such as a computer network system that transmits the program as an electric signal can be used.

さらにプログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを格納した記憶媒体も本発明の範疇に含まれる。かかるプログラムコードを記憶する記憶媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、CD−R、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM等を用いることができる。   Furthermore, means for supplying the program to the computer, for example, a storage medium storing the program is also included in the scope of the present invention. As a storage medium for storing the program code, for example, a flexible disk, a hard disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a CD-R, a magnetic tape, a nonvolatile memory card, a ROM, or the like can be used.

以下では、鉄鋼プロセスにおける連続溶融亜鉛メッキラインを対象とした実施例を説明する。連続溶融亜鉛メッキラインは鋼板の加工性を向上させる焼きなまし処理工程から鋼板への亜鉛メッキ処理工程を連続して行えるように工程を一貫してつなげた製造ラインであり、主に自動車向合金化溶融亜鉛めっき鋼板が製造される。   Below, the Example which made object the continuous hot-dip galvanizing line in a steel process is described. The continuous hot dip galvanizing line is a production line that connects the processes from the annealing process that improves the workability of the steel sheet to the galvanizing process on the steel sheet in a consistent manner. A galvanized steel sheet is produced.

解析対象は、プロセスコンピュータを介して収集された2939本のコイルに対するデータである。鋼材の注文厚や鋼材に含まれる成分Si、成分Mn、成分P、成分S、成分Nb、成分Ti、成分Alとった鋼板の特徴に関わる操業変数を22変数、焼きなまし工程などに関わる温度の操業変数を13変数、ラインスピードおよび加熱在炉時間といった設備や処理にかかわる操業変数を9変数として、計44項目を操業変数とし、溶融亜鉛メッキコイルの亜鉛と鉄の合金化割合(以下、Fe%)を品質データとした。従来は特許文献1に記載の方法を利用し、Fe%の品質データの予測モデルを構築し、操業に利用していた。   The analysis target is data for 2939 coils collected via the process computer. Operational temperature related to the annealing process, etc., 22 variables for the steel thickness of the steel, the component Si, the component Mn, the component P, the component S, the component Nb, the component Ti, and the component characteristic of the steel plate. There are 13 variables, 9 operating variables related to equipment and processing such as line speed and heating furnace time, and a total of 44 items as operating variables. The alloying ratio of zinc and iron in hot-dip galvanized coils (hereinafter referred to as Fe%) ) As quality data. Conventionally, a prediction model of Fe% quality data was constructed using the method described in Patent Document 1 and used for operation.

クロスバリデーションを用いて、本発明の実施形態に係る手法が、分割数を増やしたとしても予測精度が劣化することなく従来法より予測精度が向上することの検証を行なった。ここで、クロスバリデーションとは未知のデータに対するモデルの汎用性、すなわち、学習に用いたデータ以外のデータに対するモデルの精度を評価する方法である。クロスバリデーションでは、まず、与えられるデータを複数のセットに分割し、その中の一つのデータセットを除いたデータセットを用いてモデルを作成し、除いたデータセットを利用してモデルを評価する。次に、前回とは別のデータセットを除いた残りの組み合わせでモデルを作成し、除いたデータセットを用いてそのモデルの評価を行う。そして、データセットの組み合わせを順次換えながら分割したすべてのデータセットについてモデルの評価を行ない、各データセットの組み合わせにおける評価の結果から総合的にモデルの汎用性を評価する。   Using cross validation, it was verified that the method according to the embodiment of the present invention improves the prediction accuracy over the conventional method without degrading the prediction accuracy even when the number of divisions is increased. Here, the cross-validation is a method for evaluating the versatility of the model for unknown data, that is, the accuracy of the model for data other than the data used for learning. In cross-validation, first, given data is divided into a plurality of sets, a model is created using a data set excluding one of the data sets, and the model is evaluated using the removed data set. Next, a model is created with the remaining combinations excluding a data set different from the previous one, and the model is evaluated using the removed data set. Then, the models are evaluated for all the data sets divided while sequentially changing the combination of the data sets, and the versatility of the model is comprehensively evaluated from the evaluation results of the combinations of the data sets.

以下、図12〜13を用いて、本発明の実施形態に係る手法についての検証結果を示す。なお、図12および図13において、「本発明」との記載は、「本発明の実施形態に係る手法」を意味するものであり、以下の説明において、「本発明の実施形態に係る手法」を「本発明に係る手法」と称することもある。図12は、クロスバリデーションにおける従来法(特許文献1の手法)と本発明に係る手法による予測精度(誤差二乗和)の比較である。図12は、従来法および本発明に係る手法のそれぞれについて、領域分割数と誤差二乗和との関係を示すグラフであり、横軸は分割数を示し、縦軸は誤差二乗和を示している。図13は、誤差二乗和が最小となるとき、つまり、最も予測の精度が良いとき(従来法は33分割時、本発明は38分割時)における各局所関係式についての操業変数に対する係数(操業変数および品質変数の標準化データから求めたときの係数w ij)の分割領域に対する平均値である。図13は、横軸は各変数名を示し、縦軸は各局所関係式の操業変数に対する係数w ijの分割領域に対する平均値を示している。なお、図12および図13において、調整パラメータλは0.1に設定されている。 Hereinafter, the verification result about the method which concerns on embodiment of this invention is shown using FIGS. In FIG. 12 and FIG. 13, the description “the present invention” means “the method according to the embodiment of the present invention”, and in the following description, “the method according to the embodiment of the present invention”. May be referred to as “method according to the present invention”. FIG. 12 is a comparison of prediction accuracy (sum of error squares) between the conventional method (method of Patent Document 1) and the method according to the present invention in cross validation. FIG. 12 is a graph showing the relationship between the number of area divisions and the sum of squared errors for each of the conventional method and the method according to the present invention, where the horizontal axis shows the number of divisions and the vertical axis shows the sum of error squares. . FIG. 13 shows the coefficients (operations) for the operating variables for each local relational expression when the error sum of squares is minimized, that is, when the prediction accuracy is the best (when the conventional method is 33 divisions and when the present invention is 38 divisions) It is an average value for the divided area of the coefficient w * ij ) obtained from the standardized data of the variable and the quality variable. In FIG. 13, the horizontal axis indicates the name of each variable, and the vertical axis indicates the average value of the coefficient w * ij for the operation variable of each local relational expression for the divided region. 12 and 13, the adjustment parameter λ is set to 0.1.

図12は、クロスバリデーションでの評価用データに対する誤差二乗和を予測精度の指標とした、従来法と本発明に係る手法との比較結果である。クロスバリデーションの結果、分割数を増やしていくと、従来法では12分割付近で誤差二乗和の減少が停滞し、それ以降は誤差二乗和が780付近にとどまっていることが読み取れる。一方、本発明に係る手法では、12分割以降でも誤差二乗和は減少し、38分割まで誤差二乗和が減少することが読み取れる。最も良い予測精度のとき、すなわち、従来法では33分割時、本発明では38分割時のときには、従来法より本発明に係る手法の予測精度が優れることが確認され、予測精度の向上の効果を得ることができた。これについては、図13の結果から、従来法の係数の値と比較して、本発明に係る手法の係数の値が小さいことが読み取れ、局所領域の分割数が増えて局所領域内のデータ数が減ったときでも係数の値の増大を抑えることによって過学習の影響を低減し、予測精度の向上が図られていることが分かる。   FIG. 12 shows a comparison result between the conventional method and the method according to the present invention, in which the sum of squared errors with respect to the evaluation data in cross validation is used as an index of prediction accuracy. As a result of cross-validation, it can be seen that when the number of divisions is increased, in the conventional method, the decrease in the sum of squared errors stagnate in the vicinity of 12 divisions, and the sum of squared errors remains around 780 after that. On the other hand, in the method according to the present invention, it can be seen that the error sum of squares decreases even after 12 divisions and the error sum of squares decreases to 38 divisions. In the case of the best prediction accuracy, that is, in the case of 33 divisions in the conventional method and in the case of 38 divisions in the present invention, it is confirmed that the prediction accuracy of the method according to the present invention is superior to that of the conventional method. I was able to get it. With respect to this, it can be seen from the results of FIG. 13 that the coefficient value of the technique according to the present invention is small compared to the coefficient value of the conventional method, and the number of divisions in the local area increases and the number of data in the local area increases. It can be seen that even when the value decreases, the influence of over-learning is reduced by suppressing the increase in the coefficient value, and the prediction accuracy is improved.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.

例えば、上記実施形態では、いずれもコンピュータ上のプログラムとして品質予測装置を実現したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、演算装置、メモリ等を組み合わせたハードウェアによって構成されるものであっても良い。また、本発明の操業と品質の関連解析装置は、複数の機器から構成されるものであっても、一つの機器から構成されるものであっても良い。   For example, in the above embodiments, the quality prediction apparatus is realized as a program on a computer, but the present invention is not limited to such an example. For example, it may be configured by hardware combining an arithmetic device, a memory, and the like. Further, the operation / quality relation analysis apparatus of the present invention may be composed of a plurality of devices or a single device.

また、上記実施形態では、分割パターン候補生成部による局所領域の分割は2分割するものであったが、本発明はかかる例に限定されず、例えば局所領域を3分割するものであってもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the division | segmentation of the local area | region by a division | segmentation pattern candidate production | generation part divided | segmented into 2 parts, this invention is not limited to this example, For example, a local area | region may be divided into 3 parts. .

100 品質予測装置
110 データ抽出部
120 分割パターン候補作成部
122 数値分割作成部
124 コード分割作成部
130 活性度関数算出部
140 局所関係式算出部
142 標準化処理部
144 最適化処理部
146 後処理部
150 関係式算出部
160 最小誤差関係式選択部
170 学習誤差評価部
180 品質予測値出力部
190 データベース
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Quality prediction apparatus 110 Data extraction part 120 Division pattern candidate creation part 122 Numerical value division creation part 124 Code division creation part 130 Activity function calculation part 140 Local relational expression calculation part 142 Standardization processing part 144 Optimization processing part 146 Post-processing part 150 Relational expression calculation unit 160 Minimum error relational expression selection unit 170 Learning error evaluation unit 180 Quality prediction value output unit 190 Database

Claims (8)

製造プロセスにおける操業データと品質データとの関連性を解析して、該関連性と操業データとから品質を予測する品質予測装置であって、
複数の製品に関する操業データおよび品質データを記憶するデータベースから、所定の選択条件に該当する操業データおよび品質データを抽出するデータ抽出部と、
抽出された前記操業データについて、前記操業データに含まれる操業変数が値としてとる領域を全体領域として、当該全体領域を複数の局所領域に分割する分割パターン候補を複数個作成する分割パターン候補作成部と、
前記各分割パターン候補について、前記各局所領域における、前記操業データと前記品質データとの関係を表し、前記操業変数を独立変数とし、該独立変数と該独立変数の係数とで構成される局所関係式を算出する局所関係式算出部と、
前記分割パターン候補作成部により作成された前記各分割パターン候補について、前記操業変数がとる領域の分割パターンを表す分割座標情報に基づき、前記各分割パターン候補の各局所領域における前記各局所関係式の、全体領域における操業データと品質データとの関係への寄与率を表す活性度関数を算出する活性度関数算出部と、
前記活性度関数と前記局所関係式とに基づいて、前記全体領域における操業データと品質データとの関係を表す関係式を算出する関係式算出部と、
前記関係式算出部にて算出された関係式および前記操業データから算出される品質予測値と前記品質データとに基づいて前記各分割パターン候補について算出された関係式の予測誤差をそれぞれ算出し、当該予測誤差が最小となる関係式の分割パターン候補を選択する最小誤差関係式選択部と、
前記最小誤差関係式選択部により選択された分割パターンの予測誤差と、予め設定された評価基準値との比較結果に基づいて、前記予測誤差の収束が十分であるか否かを判定する学習誤差評価部と、
前記学習誤差評価部にて収束が十分であると判定された前記分割パターンの関係式を製品の品質を予測するための関係式として、製品の予測される品質を表す品質予測値を出力する品質予測値出力部と、
を備え、
前記局所関係式算出部は、前記各分割パターン候補について、前記各局所領域に対する局所関係式によって算出される品質予測値の予測誤差の大きさを表す第1の項と、前記独立変数の係数の大きさを表す第2の項との重み付け和を最小化することにより、前記各局所領域における局所関係式の係数を決定し、
前記学習誤差評価部にて収束が不十分であると判定された場合、前記分割パターン候補作成部は、前記最小誤差関係式選択部にて選択された分割パターン候補の分割数を増やして複数の新たな分割パターン候補を生成することを特徴とする、品質予測装置。
A quality prediction device that analyzes the relationship between operation data and quality data in a manufacturing process and predicts quality from the relationship and operation data,
A data extraction unit for extracting operation data and quality data corresponding to a predetermined selection condition from a database storing operation data and quality data related to a plurality of products;
With respect to the extracted operation data, a division pattern candidate creation unit that creates a plurality of division pattern candidates that divide the whole region into a plurality of local regions, with the region taken as the value of the operation variable included in the operation data as a whole region When,
For each divided pattern candidate, the relationship between the operation data and the quality data in each local region, the operation variable as an independent variable, and a local relationship composed of the independent variable and the coefficient of the independent variable A local relational expression calculation unit for calculating an expression;
For each of the division pattern candidates created by the division pattern candidate creation unit, based on the division coordinate information representing the division pattern of the area taken by the operation variable, the local relational expression of each local area of each division pattern candidate , An activity function calculation unit that calculates an activity function representing a contribution rate to the relationship between the operation data and the quality data in the entire area,
Based on the activity function and the local relational expression, a relational expression calculating unit that calculates a relational expression representing a relation between the operation data and the quality data in the entire area;
Calculating a prediction error of the relational expression calculated for each of the divided pattern candidates based on the relational expression calculated by the relational expression calculation unit and the quality prediction value calculated from the operation data and the quality data, A minimum error relational expression selection unit that selects a division pattern candidate of a relational expression that minimizes the prediction error;
A learning error for determining whether or not the convergence of the prediction error is sufficient based on a comparison result between the prediction error of the division pattern selected by the minimum error relational expression selection unit and a preset evaluation reference value An evaluation unit;
Quality that outputs a quality prediction value representing the predicted quality of the product, using the relational expression of the division pattern determined to be sufficiently converged by the learning error evaluation unit as a relational expression for predicting the quality of the product A predicted value output unit;
With
The local relational expression calculation unit includes, for each of the divided pattern candidates, a first term representing a magnitude of a prediction error of a quality prediction value calculated by a local relational expression for each local region, and a coefficient of the independent variable Determining a coefficient of the local relational expression in each local region by minimizing the weighted sum with the second term representing the magnitude;
When the learning error evaluation unit determines that the convergence is insufficient, the division pattern candidate creation unit increases the number of divisions of the division pattern candidates selected by the minimum error relational expression selection unit to A quality prediction apparatus, characterized by generating a new division pattern candidate.
前記局所関係式は、複数の前記操業変数を独立変数とする線形多項式であることを特徴とする、請求項1に記載の品質予測装置。   The quality prediction apparatus according to claim 1, wherein the local relational expression is a linear polynomial having a plurality of the operation variables as independent variables. 前記独立変数の係数の大きさを表す項は、該係数の絶対値の和であることを特徴とする、請求項2に記載の品質予測装置。   The quality prediction apparatus according to claim 2, wherein the term representing the magnitude of the coefficient of the independent variable is a sum of absolute values of the coefficient. 前記局所関係式算出部は、
前記各局所領域について、品質変数および操業変数の各データを標準化する標準化処理部と、
前記標準化処理部により生成された品質変数および操業変数の標準化データにより表された前記第1の項と前記第2の項との重み付け和を最適化して、前記標準化データについて設定された前記局所関係式の独立変数の係数である標準化係数を取得する最適化処理部と、
前記最適化処理部により取得された標準化係数から、前記局所関係式の独立変数の係数を取得するする後処理部と、
を備えることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の品質予測装置。
The local relational expression calculating unit
For each local region, a standardization processing unit that standardizes each data of quality variables and operation variables;
The local relation set for the standardized data by optimizing the weighted sum of the first term and the second term represented by the standardized data of the quality variable and the operation variable generated by the standardization processing unit An optimization processing unit that obtains a standardization coefficient that is a coefficient of an independent variable of the equation;
A post-processing unit that acquires a coefficient of an independent variable of the local relational expression from the standardization coefficient acquired by the optimization processing unit;
The quality prediction apparatus according to claim 1, comprising:
鉄鋼プロセスの連続亜鉛メッキラインに適用され、
前記品質データは、溶融亜鉛メッキコイルの亜鉛と鉄の合金化割合であり、
鋼材の厚みおよび巾である寸法に関する変数と、冷延率である鋼材の加工に関する変数と、鋼材に含まれる成分値に関する変数と、焼きなまし工程の板温に関わる温度変数と、ラインスピードおよび加熱在炉時間である設備および処理に関する変数を、少なくとも一つ以上操業データに選択することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の品質予測装置。
Applied to continuous galvanizing line of steel process,
The quality data is the alloying ratio of zinc and iron in hot dip galvanized coils,
Variables related to dimensions, which are the thickness and width of the steel, variables related to the processing of the steel, which is the cold rolling rate, variables related to the component values contained in the steel, temperature variables related to the plate temperature of the annealing process, line speed and heating conditions The quality prediction apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein at least one or more variables relating to equipment and processing that are furnace times are selected as operation data.
製造プロセスにおける操業データと品質データとの関連性を解析して、該関連性と操業データとから品質を予測する品質予測方法であって、
複数の製品に関する操業データおよび品質データを記憶するデータベースから、所定の選択条件に該当する操業データおよび品質データを抽出するデータ抽出ステップと、
抽出された前記操業データについて、前記操業データに含まれる操業変数が値としてとる領域を全体領域として、当該全体領域を複数の局所領域に分割する分割パターン候補を複数個作成する分割パターン候補作成ステップと、
前記各分割パターン候補について、前記各局所領域における、前記操業データと前記品質データとの関係を表し、前記操業変数を独立変数とし、該独立変数と該独立変数の係数とで構成される局所関係式を算出する局所関係式算出ステップと、
前記分割パターン候補作成ステップにおいて作成された前記各分割パターン候補について、前記操業変数がとる領域の分割パターンを表す分割座標情報に基づき、前記各分割パターン候補の各局所領域における前記各局所関係式の、全体領域における操業データと品質データとの関係への寄与率を表す活性度関数を算出する活性度関数算出ステップと、
前記活性度関数と前記局所関係式とに基づいて、前記全体領域における操業データと品質データとの関係を表す関係式を算出する関係式算出ステップと、
前記操業データと品質データとの関係を表す関係式および前記操業データから算出される品質予測値と前記品質データとに基づいて前記各分割パターン候補について算出された関係式の予測誤差をそれぞれ算出し、当該予測誤差が最小となる関係式の分割パターン候補を選択する最小誤差関係式選択ステップと、
前記最小誤差関係式選択ステップにおいて選択された分割パターンの予測誤差と、予め設定された評価基準値との比較結果に基づいて、前記予測誤差の収束が十分であるか否かを判定する学習誤差評価ステップと、
前記学習誤差評価ステップにおいて収束が十分であると判定された前記分割パターンの関係式を製品の品質を予測するための関係式として、製品の予測される品質を表す品質予測値を出力する品質予測値出力ステップと、
を含み、
前記局所関係式算出ステップは、前記各分割パターン候補について、前記各局所領域に対する局所関係式によって算出される品質予測値の予測誤差の大きさを表す第1の項と、前記独立変数の係数の大きさを表す第2の項との重み付け和を最小化することにより、前記各局所領域における局所関係式の係数を決定し、
前記学習誤差評価ステップにおいて前記予測誤差の収束が不十分であると判定された場合、前記分割パターン候補作成ステップは、前記最小誤差関係式選択ステップにおいて選択された分割パターン候補の分割数を増やして複数の新たな分割パターン候補を生成することを特徴とする、品質予測方法。
A quality prediction method for analyzing a relationship between operation data and quality data in a manufacturing process and predicting quality from the relationship and operation data,
A data extraction step for extracting operation data and quality data corresponding to a predetermined selection condition from a database storing operation data and quality data for a plurality of products;
With respect to the extracted operation data, a division pattern candidate creation step of creating a plurality of division pattern candidates that divide the whole region into a plurality of local regions, with the region taken as the value of the operation variable included in the operation data as a whole region When,
For each divided pattern candidate, the relationship between the operation data and the quality data in each local region, the operation variable as an independent variable, and a local relationship composed of the independent variable and the coefficient of the independent variable A local relational expression calculating step for calculating an expression;
For each of the division pattern candidates created in the division pattern candidate creation step, based on the division coordinate information representing the division pattern of the region taken by the operation variable, the local relational expression of each local region of each division pattern candidate An activity function calculating step for calculating an activity function representing a contribution rate to the relationship between the operation data and the quality data in the entire area;
Based on the activity function and the local relational expression, a relational expression calculating step for calculating a relational expression representing a relation between the operation data and the quality data in the entire area;
Calculate a prediction error of the relational expression calculated for each of the divided pattern candidates based on the relational expression representing the relation between the operation data and the quality data, the quality prediction value calculated from the operation data, and the quality data, respectively. , A minimum error relational expression selection step for selecting a division pattern candidate of a relational expression that minimizes the prediction error;
A learning error for determining whether or not the convergence of the prediction error is sufficient based on a comparison result between the prediction error of the divided pattern selected in the minimum error relational expression selection step and a preset evaluation reference value An evaluation step;
Quality prediction that outputs a quality prediction value representing the predicted quality of the product, using the relational expression of the divided pattern determined to have sufficient convergence in the learning error evaluation step as a relational expression for predicting the quality of the product A value output step;
Including
The local relational expression calculating step includes, for each of the divided pattern candidates, a first term representing a magnitude of a prediction error of a quality prediction value calculated by a local relational expression for each local region, and a coefficient of the independent variable Determining a coefficient of the local relational expression in each local region by minimizing the weighted sum with the second term representing the magnitude;
When it is determined in the learning error evaluation step that the convergence of the prediction error is insufficient, the division pattern candidate creation step increases the number of divisions of the division pattern candidates selected in the minimum error relational expression selection step. A quality prediction method characterized by generating a plurality of new division pattern candidates.
製造プロセスにおける操業データと品質データとの関連性を解析して、該関連性と操業データとから品質を予測する品質予測装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、
複数の製品に関する操業データおよび品質データを記憶するデータベースから、所定の選択条件に該当する操業データおよび品質データを抽出するデータ抽出手段と、
抽出された前記操業データについて、前記操業データに含まれる操業変数が値としてとる領域を全体領域として、当該全体領域を複数の局所領域に分割する分割パターン候補を複数個作成する分割パターン候補作成手段と、
前記各分割パターン候補について、前記各局所領域における、前記操業データと前記品質データとの関係を表し、前記操業変数を独立変数とし、該独立変数と、該独立変数の係数とで構成される局所関係式を算出する局所関係式算出手段と、
前記分割パターン候補作成手段により作成された前記各分割パターン候補について、前記操業変数がとる領域の分割パターンを表す分割座標情報に基づき、前記各分割パターン候補の各局所領域における前記各局所関係式の、全体領域における操業データと品質データとの関係への寄与率を表す活性度関数を算出する活性度関数算出手段と、
前記活性度関数と前記局所関係式とに基づいて、前記全体領域における操業データと品質データとの関係を表す関係式を算出する関係式算出手段と、
前記関係式算出部にて算出された関係式および前記操業データから算出される品質予測値と前記品質データとに基づいて前記各分割パターン候補について算出された関係式の予測誤差をそれぞれ算出し、当該予測誤差が最小となる関係式の分割パターン候補を選択する最小誤差関係式選択手段と、
前記最小誤差関係式選択手段により選択された分割パターンの予測誤差と、予め設定された評価基準値との比較結果に基づいて、前記予測誤差の収束が十分であるか否かを判定する学習誤差評価手段と、
前記学習誤差評価手段にて収束が十分であると判定された前記分割パターンの関係式を製品の品質を予測するための関係式として、製品の予測される品質を表す品質予測値を出力する品質予測値出力手段と、
を備え、
前記局所関係式算出手段は、前記各分割パターン候補について、前記各局所領域に対する局所関係式によって算出される品質予測値の予測誤差の大きさを表す第1の項と、前記独立変数の係数の大きさを表す第2の項との重み付け和を最小化することにより、前記各局所領域における局所関係式の係数を決定し、
前記学習誤差評価手段にて収束が不十分であると判定された場合、前記分割パターン候補作成手段は、前記最小誤差関係式選択手段にて選択された分割パターン候補の分割数を増やして複数の新たな分割パターン候補を生成する品質予測装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
A program for analyzing a relationship between operation data and quality data in a manufacturing process, and causing a computer to function as a quality prediction device that predicts quality from the relationship and operation data,
Data extraction means for extracting operation data and quality data corresponding to a predetermined selection condition from a database storing operation data and quality data related to a plurality of products;
With respect to the extracted operation data, a division pattern candidate creation unit that creates a plurality of division pattern candidates that divide the entire region into a plurality of local regions, with the region taken as the value of the operation variable included in the operation data. When,
For each divided pattern candidate, the relationship between the operation data and the quality data in each local region is represented, the operation variable is an independent variable, and the local variable is configured by the independent variable and the coefficient of the independent variable. A local relational expression calculating means for calculating the relational expression;
For each of the division pattern candidates created by the division pattern candidate creation means, based on the division coordinate information indicating the division pattern of the area taken by the operation variable, the local relational expression of each local area of each division pattern candidate , An activity function calculating means for calculating an activity function representing a contribution rate to the relationship between the operation data and the quality data in the entire area,
Based on the activity function and the local relational expression, a relational expression calculating means for calculating a relational expression representing the relation between the operation data and the quality data in the entire area;
Calculating a prediction error of the relational expression calculated for each of the divided pattern candidates based on the relational expression calculated by the relational expression calculation unit and the quality prediction value calculated from the operation data and the quality data, A minimum error relational expression selection means for selecting a division pattern candidate of a relational expression that minimizes the prediction error;
A learning error for determining whether or not the convergence of the prediction error is sufficient based on a comparison result between the prediction error of the divided pattern selected by the minimum error relational expression selecting unit and a preset evaluation reference value An evaluation means;
Quality that outputs a quality prediction value representing the predicted quality of the product, using the relational expression of the divided pattern determined to be sufficiently converged by the learning error evaluation means as a relational expression for predicting the quality of the product Predicted value output means;
With
The local relational expression calculating means includes, for each divided pattern candidate, a first term representing a magnitude of a prediction error of a quality prediction value calculated by a local relational expression for each local region, and a coefficient of the independent variable Determining a coefficient of the local relational expression in each local region by minimizing the weighted sum with the second term representing the magnitude;
If the learning error evaluation means determines that the convergence is insufficient, the division pattern candidate creation means increases the number of divisions of the division pattern candidates selected by the minimum error relational expression selection means, and A program for causing a computer to function as a quality prediction apparatus that generates new division pattern candidates.
製造プロセスにおける操業データと品質データとの関連性を解析して、該関連性と操業データとから品質を予測する品質予測装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、
複数の製品に関する操業データおよび品質データを記憶するデータベースから、所定の選択条件に該当する操業データおよび品質データを抽出するデータ抽出手段と、
抽出された前記操業データについて、前記操業データに含まれる操業変数が値としてとる領域を全体領域として、当該全体領域を複数の局所領域に分割する分割パターン候補を複数個作成する分割パターン候補作成手段と、
前記各分割パターン候補について、前記各局所領域における、前記操業データと前記品質データとの関係を表し、前記操業変数を独立変数とし、該独立変数と、該独立変数の係数とで構成される局所関係式を算出する局所関係式算出手段と、
前記分割パターン候補作成手段により作成された前記各分割パターン候補について、前記操業変数がとる領域の分割パターンを表す分割座標情報に基づき、前記各分割パターン候補の各局所領域における前記各局所関係式の、全体領域における操業データと品質データとの関係への寄与率を表す活性度関数を算出する活性度関数算出手段と、
前記活性度関数と前記局所関係式とに基づいて、前記全体領域における操業データと品質データとの関係を表す関係式を算出する関係式算出手段と、
前記関係式算出部にて算出された関係式および前記操業データから算出される品質予測値と前記品質データとに基づいて前記各分割パターン候補について算出された関係式の予測誤差をそれぞれ算出し、当該予測誤差が最小となる関係式の分割パターン候補を選択する最小誤差関係式選択手段と、
前記最小誤差関係式選択手段により選択された分割パターンの予測誤差と、予め設定された評価基準値との比較結果に基づいて、前記予測誤差の収束が十分であるか否かを判定する学習誤差評価手段と、
前記学習誤差評価手段にて収束が十分であると判定された前記分割パターンの関係式を製品の品質を予測するための関係式として、製品の予測される品質を表す品質予測値を出力する品質予測値出力手段とを備え、
前記局所関係式算出手段は、前記各分割パターン候補について、前記各局所領域に対する局所関係式によって算出される品質予測値の予測誤差の大きさを表す第1の項と、前記独立変数の係数の大きさを表す第2の項との重み付け和を最小化することにより、前記各局所領域における局所関係式の係数を決定し、
前記学習誤差評価手段にて収束が不十分であると判定された場合、前記分割パターン候補作成手段は、前記最小誤差関係式選択手段にて選択された分割パターン候補の分割数を増やして複数の新たな分割パターン候補を生成する品質予測装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
A computer-readable storage medium storing a program for causing a computer to function as a quality prediction device that analyzes the relationship between operation data and quality data in a manufacturing process and predicts the quality from the relationship and operation data There,
Data extraction means for extracting operation data and quality data corresponding to a predetermined selection condition from a database storing operation data and quality data related to a plurality of products;
With respect to the extracted operation data, a division pattern candidate creation unit that creates a plurality of division pattern candidates that divide the entire region into a plurality of local regions, with the region taken as the value of the operation variable included in the operation data. When,
For each divided pattern candidate, the relationship between the operation data and the quality data in each local region is represented, the operation variable is an independent variable, and the local variable is configured by the independent variable and the coefficient of the independent variable. A local relational expression calculating means for calculating the relational expression;
For each of the division pattern candidates created by the division pattern candidate creation means, based on the division coordinate information indicating the division pattern of the area taken by the operation variable, the local relational expression of each local area of each division pattern candidate , An activity function calculating means for calculating an activity function representing a contribution rate to the relationship between the operation data and the quality data in the entire area,
Based on the activity function and the local relational expression, a relational expression calculating means for calculating a relational expression representing the relation between the operation data and the quality data in the entire area;
Calculating a prediction error of the relational expression calculated for each of the divided pattern candidates based on the relational expression calculated by the relational expression calculation unit and the quality prediction value calculated from the operation data and the quality data, A minimum error relational expression selection means for selecting a division pattern candidate of a relational expression that minimizes the prediction error;
A learning error for determining whether or not the convergence of the prediction error is sufficient based on a comparison result between the prediction error of the divided pattern selected by the minimum error relational expression selecting unit and a preset evaluation reference value An evaluation means;
Quality that outputs a quality prediction value representing the predicted quality of the product, using the relational expression of the divided pattern determined to be sufficiently converged by the learning error evaluation means as a relational expression for predicting the quality of the product Prediction value output means,
The local relational expression calculating means includes, for each divided pattern candidate, a first term representing a magnitude of a prediction error of a quality prediction value calculated by a local relational expression for each local region, and a coefficient of the independent variable Determining a coefficient of the local relational expression in each local region by minimizing the weighted sum with the second term representing the magnitude;
If the learning error evaluation means determines that the convergence is insufficient, the division pattern candidate creation means increases the number of divisions of the division pattern candidates selected by the minimum error relational expression selection means, and A computer-readable storage medium storing a program for causing a computer to function as a quality prediction device for generating new division pattern candidates.
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