JP2012146054A - Quality prediction device and quality prediction program - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To precisely predict quality of a steel product represented as a quantitative variable based on a manufacturing condition.SOLUTION: An arithmetic processing part 4 creates a Bayesian network as a quality prediction model with a manufacturing condition and defect mixing rate as an input value and an output value respectively, using information stored in a result database 3 for storing the manufacturing condition of a steel product and a result value of the defect mixing rate when the steel product is manufactured under the manufacturing condition, in association with each other, and predicts the defect mixing rate when the steel product is manufactured according to requirements, using the created quality prediction model.

Description

本発明は、鉄鋼製品の製造条件から量的変数として表される鉄鋼製品の品質を予測する品質予測装置及び品質予測プログラムに関するものである。   The present invention relates to a quality prediction apparatus and a quality prediction program for predicting the quality of a steel product expressed as a quantitative variable from the manufacturing conditions of the steel product.

鉄鋼製品の品質を良好に維持し、品質不良の鉄鋼製品が多量に発生することを抑制するためには、製造中に鉄鋼製品の品質を予測し、品質不良の鉄鋼製品が発生しそうな場合には、その鉄鋼製品を除外若しくは他の用途に転用する必要がある。また、さらなる品質不良が発生することを抑制するためには、製造条件の変更も必要になる。このため、鉄鋼製品の品質を良好に維持し、品質不良の鉄鋼製品が多量に発生することを抑制するためには、製造条件から鉄鋼製品の品質を精度高く予測することが重要である。   In order to maintain the quality of steel products well and to suppress the occurrence of a large number of poor quality steel products, the quality of the steel products is predicted during production, and when poor quality steel products are likely to occur. The steel product needs to be excluded or diverted to other uses. Moreover, in order to suppress the occurrence of further quality defects, it is necessary to change the manufacturing conditions. For this reason, in order to maintain the quality of steel products satisfactorily and to suppress the occurrence of a large amount of poor quality steel products, it is important to accurately predict the quality of steel products from manufacturing conditions.

このような背景から、製造条件から鉄鋼製品の品質を予測する技術が提案されている。例えば特許文献1には、欠陥の有無などの鉄鋼製品の質的変数を目的変数として、判別指標の値に基づいて製造条件から鉄鋼製品の品質を予測する技術が開示されている。また、特許文献2には、鋳片の表面割れと溶鋼成分の成分分析値との関係を解析し、溶鋼成分の成分分析値に基づいて鋳片の表面割れの発生の有無を予測する技術が開示されている。また、特許文献3には、データベースモデリング技術を利用して、過去の製造条件と要求条件との類似度を算出し、算出された類似度に基づいて要求条件近傍の鉄鋼製品の品質の予測式を作成し、作成された予測式を利用して要求条件に対する鉄鋼製品の品質を計算する技術が開示されている。   Against this background, a technique for predicting the quality of steel products from manufacturing conditions has been proposed. For example, Patent Document 1 discloses a technique for predicting the quality of a steel product from manufacturing conditions based on the value of a discrimination index using a qualitative variable of the steel product such as the presence or absence of a defect as a target variable. Patent Document 2 discloses a technique for analyzing the relationship between the surface crack of the slab and the component analysis value of the molten steel component and predicting the occurrence of the surface crack of the slab based on the component analysis value of the molten steel component. It is disclosed. Patent Document 3 uses a database modeling technique to calculate the similarity between past manufacturing conditions and required conditions, and based on the calculated similarity, a prediction formula for the quality of steel products near the required conditions And a technique for calculating the quality of a steel product with respect to required conditions using the created prediction formula is disclosed.

特開2005−242818号公報JP 2005-242818 A 特開2002−283021号公報JP 2002-283021 A 特開2004−355189号公報JP 2004-355189 A

ところで、近年のセンシング技術の向上やコンピュータサイエンスの発展に伴い、欠陥の有無といった質的変数のデータだけでなく、例えば鋼板表面の欠陥数や単位面積若しくは単位体積あたりの欠陥数などの量的変数のデータが鉄鋼製品の品質に関する情報として製造条件に対し収集できるようになっている。そして、収集された量的変数のデータを活用して、鉄鋼製品の品質を定量的に予測するニーズが高まってきている。しかしながら、特許文献1,2に開示されている技術は、質的変数を予測するものであって、量的変数を予測することはできない。   By the way, with recent improvements in sensing technology and the development of computer science, not only qualitative variable data such as the presence or absence of defects, but also quantitative variables such as the number of defects on the steel sheet surface, the number of defects per unit area or unit volume, etc. Can be collected for manufacturing conditions as information on the quality of steel products. Further, there is an increasing need for quantitatively predicting the quality of steel products by utilizing the collected quantitative variable data. However, the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2 predict a qualitative variable and cannot predict a quantitative variable.

また、特許文献3に開示されている技術では、データベースモデリング技術を利用して量的変数を予測するので、量的変数を精度高く予測することができない。すなわち、例えば表面欠陥は、製造条件が同じであっても発生する場合と発生しない場合とがあり、偶然の要素によって発生する。このため、データベースモデリング技術のような決定論的な手法では、表面欠陥をうまくモデリングすることができないために、表面欠陥の数を精度高く予測することができない。この結果、特許文献3に開示されている技術によれば、品質不良発生の発見が遅れて不良品が大量に出たり、品質不良でないのにも係わらず品質不良と誤判定することによって生産ラインが停止し生産性が悪くなったりする可能性がある。   Further, in the technique disclosed in Patent Document 3, a quantitative variable is predicted using a database modeling technique. Therefore, the quantitative variable cannot be predicted with high accuracy. That is, for example, surface defects may or may not occur even if the manufacturing conditions are the same, and are generated by chance. For this reason, since a deterministic method such as a database modeling technique cannot model surface defects well, the number of surface defects cannot be predicted with high accuracy. As a result, according to the technique disclosed in Patent Document 3, the discovery of quality defects is delayed and a large number of defective products come out. May stop and productivity may deteriorate.

以上のことから、量的変数として表される鉄鋼製品の品質を製造条件から精度高く予測可能な技術の提供が期待されている。   From the above, it is expected to provide a technology capable of predicting the quality of steel products expressed as quantitative variables with high accuracy from manufacturing conditions.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、量的変数として表される鉄鋼製品の品質を製造条件から精度高く予測可能な品質予測装置及び品質予測プログラムを提供することにある。   This invention is made | formed in view of the said subject, The objective provides the quality prediction apparatus and quality prediction program which can predict the quality of the steel products represented as a quantitative variable with high precision from manufacturing conditions. There is.

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る品質予測装置は、鉄鋼製品の製造条件と該製造条件で鉄鋼製品を製造した際の量的変数として表される鉄鋼製品の品質の実績値とを関連付けして記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶されている情報を用いて、前記製造条件及び前記鉄鋼製品の品質の実績値をそれぞれ入力値及び出力値とするベイジアンネットワークを品質予測モデルとして作成する品質モデル作成手段と、前記品質モデル作成手段によって作成された前記品質予測モデルを用いて、要求条件で鉄鋼製品を製造した際の量的変数として表される鉄鋼製品の品質を予測する予測手段と、を備える。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the quality prediction apparatus according to the present invention is a steel product production condition and the quality of the steel product represented as a quantitative variable when the steel product is produced under the production condition. A storage unit that associates and stores the actual value of the product, and a Bayesian network that uses the information stored in the storage unit as an input value and an output value for the manufacturing condition and the actual value of the quality of the steel product, respectively. Of the steel product represented as a quantitative variable when the steel product is manufactured under the required conditions using the quality prediction model created by the quality model creation means and the quality prediction model created by the quality model creation means. Predicting means for predicting quality.

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る品質予測プログラムは、鉄鋼製品の製造条件と該製造条件で鉄鋼製品を製造した際の量的変数として表される鉄鋼製品の品質の実績値とを用いて、前記製造条件及び前記鉄鋼製品の品質の実績値をそれぞれ入力値及び出力値とするベイジアンネットワークを品質予測モデルとして作成する品質モデル作成処理、前記品質モデル作成処理によって作成された前記品質予測モデルを用いて、要求条件で鉄鋼製品を製造した際の量的変数として表される鉄鋼製品の品質を予測する予測処理と、をコンピュータに実行させる。   In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the quality prediction program according to the present invention provides the manufacturing conditions of the steel products and the quality of the steel products expressed as quantitative variables when the steel products are manufactured under the manufacturing conditions. The quality model creation process for creating a Bayesian network as a quality prediction model using the actual production value and the actual quality value of the steel product as input values and output values, respectively, and the quality model creation process. The computer is caused to perform a prediction process for predicting the quality of the steel product represented as a quantitative variable when the steel product is manufactured under the required conditions using the quality prediction model.

本発明に係る品質予測装置及び品質予測プログラムによれば、量的変数として表される鉄鋼製品の品質を製造条件から精度高く予測することができる。   According to the quality prediction device and the quality prediction program according to the present invention, the quality of a steel product represented as a quantitative variable can be predicted with high accuracy from manufacturing conditions.

図1は、本発明の一実施形態である品質予測装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a quality prediction apparatus according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の一実施形態である品質予測処理の流れを示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing the flow of quality prediction processing according to an embodiment of the present invention. 図3は、ロジット変換前の欠陥混入率の分布状態を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a distribution state of the defect mixture rate before logit conversion. 図4は、ロジット変換後の欠陥混入率の分布状態を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a distribution state of the defect mixture rate after logit conversion. 図5は、製造条件及び欠陥混入率をそれぞれ入力値及び出力値とするベイジアンネットワークの一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a Bayesian network in which a manufacturing condition and a defect mixture rate are input values and output values, respectively. 図6は、従来手法を用いて欠陥混入率を予測した場合における、欠陥混入率の実績値と予測値との相関関係を示す散布図である。FIG. 6 is a scatter diagram showing the correlation between the actual value of the defect mixing rate and the predicted value when the defect mixing rate is predicted using the conventional method. 図7は、本願発明の手法を用いて欠陥混入率を予測した場合における、欠陥混入率の実績値と予測値との相関関係を示す散布図である。FIG. 7 is a scatter diagram showing the correlation between the actual value of the defect mixing rate and the predicted value when the defect mixing rate is predicted using the method of the present invention. 図8は、図5に示すベイジアンネットワークの一例における、冷延条件部の条件付確率表の一例を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a conditional probability table of a cold rolling condition unit in the example of the Bayesian network illustrated in FIG.

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である品質予測装置の構成について説明する。   Hereinafter, a configuration of a quality prediction apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

〔品質予測装置の構成〕
始めに、図1を参照して、本発明の一実施形態である品質予測装置の構成について説明する。
[Configuration of quality prediction device]
First, with reference to FIG. 1, the structure of the quality prediction apparatus which is one Embodiment of this invention is demonstrated.

図1は、本発明の一実施形態である品質予測装置の構成を示すブロック図である。図1に示すように、本発明の一実施形態である品質予測装置1は、入力部2と、実績データベース3と、演算処理部4と、出力部5とを備える。入力部2は、キーボードやテンキーなどの入力装置によって構成され、オペレータの操作入力情報を演算処理部4に入力する。実績データベース3は、鉄鋼製品の操業ライン側に設けられた図示しない操業用計算機に接続されている。図示しない操業用計算機は、製鋼工程,熱延工程,冷延工程,焼鈍工程,表面処理工程などの鉄鋼製品の製造工程の製造条件を管理するための装置である。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a quality prediction apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a quality prediction apparatus 1 according to an embodiment of the present invention includes an input unit 2, a performance database 3, an arithmetic processing unit 4, and an output unit 5. The input unit 2 is configured by an input device such as a keyboard or a numeric keypad, and inputs operation input information of an operator to the arithmetic processing unit 4. The performance database 3 is connected to an operation computer (not shown) provided on the operation line side of the steel product. A computer for operation (not shown) is an apparatus for managing the manufacturing conditions of the manufacturing process of steel products such as a steelmaking process, a hot rolling process, a cold rolling process, an annealing process, and a surface treatment process.

図示しない操業用計算機には、例えば各製造工程が完了する度毎に鉄鋼製品の製造条件とその製造条件で鉄鋼製品を製造した際の鉄鋼製品の品質に関するデータが入力され、図示しない操業用計算機は入力されたデータを実績データベース3内に格納する。鉄鋼製品の製造条件に関するデータとしては、鋼中のC(カーボン)濃度などの量的変数を例示することができる。鉄鋼製品の品質に関するデータとしては、スケール性の表面欠陥の発生確率である欠陥混入率(単位長さあたりに表出する欠陥数)などの量的変数を例示することができる。   For example, every time each manufacturing process is completed, the operation computer (not shown) receives the manufacturing condition of the steel product and the data related to the quality of the steel product when the steel product is manufactured under the manufacturing condition. Stores the input data in the results database 3. As data regarding the manufacturing conditions of steel products, quantitative variables such as C (carbon) concentration in steel can be exemplified. Examples of the data relating to the quality of steel products include quantitative variables such as a defect mixing rate (the number of defects that appear per unit length), which is the probability of occurrence of a scale-like surface defect.

実績データベース3は、鉄鋼製品の製造条件とその製造条件で鉄鋼製品を製造した際の鉄鋼製品の品質に関するデータとを関連付けして記憶する。実績データベース3は、本発明に係る記憶手段として機能する。演算処理部4は、パーソナルコンピュータやワークステーションなどの演算処理装置によって構成されている。演算処理部4の機能については後述する。演算処理部4は、本発明に係る品質モデル作成手段、予測手段、及びロジット変換手段として機能する。出力部5は、表示装置や印刷装置などの出力装置によって構成され、演算処理部4の処理結果を出力する。   The results database 3 stores the manufacturing conditions of the steel products and the data related to the quality of the steel products when the steel products are manufactured under the manufacturing conditions in association with each other. The record database 3 functions as a storage unit according to the present invention. The arithmetic processing unit 4 is configured by an arithmetic processing device such as a personal computer or a workstation. The function of the arithmetic processing unit 4 will be described later. The arithmetic processing unit 4 functions as a quality model creation unit, a prediction unit, and a logit conversion unit according to the present invention. The output unit 5 includes an output device such as a display device or a printing device, and outputs the processing result of the arithmetic processing unit 4.

〔品質予測処理〕
このような構成を有する品質予測装置1では、演算処理部4が以下に示す品質予測処理を実行することにより、製造条件から量的変数として表される鉄鋼製品の品質を精度高く予測する。以下、図2に示すフローチャートを参照して、この品質予測処理を実行する際の演算処理部4の動作について説明する。
[Quality prediction processing]
In the quality prediction apparatus 1 having such a configuration, the quality of the steel product represented as a quantitative variable is predicted with high accuracy from the manufacturing conditions by the arithmetic processing unit 4 executing the quality prediction process shown below. Hereinafter, with reference to the flowchart shown in FIG. 2, the operation of the arithmetic processing unit 4 when executing the quality prediction processing will be described.

図2に示すフローチャートは、本発明の一実施形態である品質予測処理の流れを示すフローチャートである。図2に示すフローチャートは、入力部2を介して品質予測の対象となる鉄鋼製品の製造条件(要求条件)が入力されたタイミングで開始となり、品質予測処理はステップS1の処理に進む。なお、以下に示す演算処理部4の動作は、CPUなどの演算処理部4内の演算処理装置がROMなどの記憶装置に予め記憶されているコンピュータプログラムを実行することによって実現される。また、以下に示すステップS1〜ステップS5の処理を予め実行しておき、要求条件が入力されたタイミングでステップS6の処理を実行するようにしてもよい。   The flowchart shown in FIG. 2 is a flowchart showing the flow of quality prediction processing according to an embodiment of the present invention. The flowchart shown in FIG. 2 starts at the timing when the manufacturing condition (requirement condition) of the steel product that is the target of quality prediction is input via the input unit 2, and the quality prediction process proceeds to the process of step S1. The operation of the arithmetic processing unit 4 shown below is realized by an arithmetic processing device in the arithmetic processing unit 4 such as a CPU executing a computer program stored in advance in a storage device such as a ROM. Moreover, the process of step S1-step S5 shown below may be performed previously, and the process of step S6 may be performed at the timing when a requirement condition was input.

ステップS1の処理では、演算処理部4が、実績データベース3から量的変数である製造条件のデータを読み出し、読み出された製造条件のデータを質的変数に変換する。具体的には、演算処理部4は、読み出された製造条件が鋼中のC濃度である場合、その値の大きさに応じてC濃度を大,中,小の3つのレベルの質的変数に変換する。なお、質的変数のレベルの数は、3つに限定されることはなく、1以上の整数であればよい。詳しくは、レベルの数は、後述するベイジアンネットワークの条件確率表が完全に充足するという制約の下で、品質予測モデルの精度が最も高くなる値に決定される。これにより、ステップS1の処理は完了し、品質予測処理はステップS2の処理に進む。   In the process of step S1, the arithmetic processing unit 4 reads out manufacturing condition data, which is a quantitative variable, from the performance database 3, and converts the read manufacturing condition data into a qualitative variable. Specifically, when the read manufacturing condition is C concentration in the steel, the arithmetic processing unit 4 qualitatively expresses the C concentration in three levels of large, medium, and small according to the magnitude of the value. Convert to variable. The number of qualitative variable levels is not limited to three, and may be an integer of 1 or more. Specifically, the number of levels is determined to a value that provides the highest accuracy of the quality prediction model under the constraint that a Bayesian network condition probability table, which will be described later, is completely satisfied. Thereby, the process of step S1 is completed and a quality prediction process progresses to the process of step S2.

ステップS2の処理では、演算処理部4が、実績データベース3から欠陥混入率のデータを鉄鋼製品の品質の実績値として読み出し、読み出された欠陥混入率のデータをロジット変換することによって欠陥混入率の分布状態を正規分布状態に変換する。ここで、一般的な欠陥混入率のヒストグラムを図3に示す。図3に示すように、一般に、欠陥混入率はポアソン分布状に分布している。品質予測モデルのパラメータを同定する際には最小二乗法が多用されるが、残差が正規分布にならないと偏差が生じることが知られている(参考文献:相良節夫,秋月影雄,中溝高好,片山徹、システム同定、計測自動制御学会(1981))。このため、図3に示す分布状態の欠陥混入率をそのまま利用した場合には偏差が生じてしまう。そこで、演算処理部4は、予測モデルの残差を正規分布に近づけるために、欠陥混入率をロジット変換する。   In the process of step S2, the arithmetic processing unit 4 reads the defect mixing rate data from the result database 3 as the actual value of the quality of the steel product, and converts the read defect mixing rate data by logit conversion. Is transformed into a normal distribution state. Here, a histogram of a general defect mixing rate is shown in FIG. As shown in FIG. 3, generally, the defect mixture rate is distributed in a Poisson distribution. The least squares method is often used to identify the parameters of the quality prediction model, but it is known that deviation will occur if the residuals do not have a normal distribution (reference: Sagara Nobuo, Akizuki Kageo, Nakamizo Takashi Yoshi, Toru Katayama, System Identification, Society of Instrument and Control Engineers (1981)). For this reason, when the defect mixing ratio in the distribution state shown in FIG. 3 is used as it is, a deviation occurs. Therefore, the arithmetic processing unit 4 performs logit conversion on the defect mixture rate in order to bring the residual of the prediction model closer to a normal distribution.

一般に、ロジット変換は以下に示す数式(1)のように表される。数式(1)中、L(P)の値をロジットと呼び、P/(1−P)をオッズと呼ぶ。また、lnは自然対数である。数式(1)に示すパラメータPに欠陥混入率を代入することによって、欠陥混入率をロジット変換することができる。一方、数式(1)をPについて解くと以下の数式(2)のようになり、数式(2)はロジット変換の逆変換と呼ばれる。ロジット変換後の欠陥混入率のヒストグラムを図4に示す。図4に示すように、ロジット変換後の欠陥混入率は正規分布状に分布している。従って、ロジット変換後の欠陥混入率を用いることにより、偏差が生じることを抑制できる。これにより、ステップS2の処理は完了し、品質予測処理はステップS3の処理に進む。   In general, the logit transformation is expressed as the following formula (1). In equation (1), the value of L (P) is called logit, and P / (1-P) is called odds. In is a natural logarithm. The defect mixture rate can be logit transformed by substituting the defect contamination rate into the parameter P shown in Equation (1). On the other hand, when Equation (1) is solved for P, Equation (2) below is obtained, and Equation (2) is called inverse transformation of logit transformation. A histogram of the defect mixing rate after logit conversion is shown in FIG. As shown in FIG. 4, the defect mixture rate after logit conversion is distributed in a normal distribution. Therefore, the occurrence of deviation can be suppressed by using the defect mixture rate after logit conversion. Thereby, the process of step S2 is completed and the quality prediction process proceeds to the process of step S3.

Figure 2012146054
Figure 2012146054
Figure 2012146054
Figure 2012146054

ステップS3の処理では、演算処理部4が、ステップS1の処理によって生成された製造条件の質的変数とステップS2の処理によって生成されたロジット変換後の欠陥混入率とを用いて、製造条件及び欠陥混入率をそれぞれ入力値及び出力値とする図5に示すようなベイジアンネットワークの基本構造を決定する。図5に示すベイジアンネットワークは、製鋼工程,熱延工程,冷延工程,及び表面処理工程からなる鉄鋼製品の一連の製造工程において、複数の製鋼条件A〜AN1の処理結果Aoutが複数の熱延条件B〜BN2の処理結果Boutに影響し、複数の熱延条件B〜BN2の処理結果Boutが複数の冷延条件C〜CN3の処理結果Coutに影響し、複数の冷延条件C〜CN3の処理結果Coutが複数の表面処理条件D〜DN4の処理結果Doutに影響し、複数の表面処理条件D〜DN4の処理結果Doutが鉄鋼製品の欠陥混入率として現れることを意味している。 In the process of step S3, the arithmetic processing unit 4 uses the qualitative variable of the manufacturing condition generated by the process of step S1 and the defect mixture rate after logit conversion generated by the process of step S2, and the manufacturing condition and The basic structure of a Bayesian network as shown in FIG. The Bayesian network shown in FIG. 5 has a plurality of processing results A out of a plurality of steelmaking conditions A 1 to A N1 in a series of manufacturing processes of steel products including a steelmaking process, a hot rolling process, a cold rolling process, and a surface treatment process. processing results of the hot-rolling conditions B 1 .about.B N2 affects B out, the processing result C out of a plurality of hot rolling conditions B 1 .about.B N2 processing result B out multiple cold rolling condition C 1 -C N3 effect, and the processing result C out of a plurality of cold rolling condition C 1 -C N3 affects the processing result D out of a plurality of surface treatment conditions D 1 to D N4, processing of a plurality of surface treatment conditions D 1 to D N4 It means that the result Dout appears as a defect mixing rate of steel products.

図8は条件付確率表の一例であり、冷延工程部における熱延工程処理結果Bout及び冷延条件C〜CN3とその処理結果Coutにおける条件付確率表の一例を示す。ここでは、N3=3であり,Cは酸洗槽塩酸濃度、Cは酸洗槽塩酸温度、Cはライン速度であり、Cは「低」と「高」の2つのレベル、Cは「低」と「高」の2つのレベル、Cは「低」と「高」の2つのレベルに変換されている。Boutは熱延工程までの欠陥混入率を表す量的変量であるが、「低」、「中」及び「高」の3つのレベルの質的変量に変換されている。それぞれの場合の条件付き確率が、pwxyzで示される。 FIG. 8 is an example of the conditional probability table, and shows an example of the conditional probability table in the hot rolling process processing result B out and the cold rolling conditions C 1 to C N3 and the processing result C out in the cold rolling process section. Here, N3 = a 3, C 1 pickling tank hydrochloric acid concentration, C 2 pickling bath hydrochloric temperature, C 3 is the line speed, C 1 two levels of "low" and "high", C 2 is converted into two levels of “low” and “high”, and C 3 is converted into two levels of “low” and “high”. Bout is a quantitative variable representing the defect mixing rate up to the hot rolling process, but is converted into three levels of qualitative variables of “low”, “medium”, and “high”. The conditional probability in each case is denoted p wxyz .

なお、ベイジアンネットワークは、本願発明の出願時点で既に公知であるので詳細な説明は省略するが、複数の確率変数の間の定性的な依存関係をグラフ構造によって表し、その間の定量的な関係を条件付確率で表した計算モデルを意味する。詳しくは、ベイジアンネットワークとは、確率変数をノードとする非循環の有向グラフであって、子ノードと親ノードとの間の条件付き確率表を有するグラフである。より詳しくは、参考文献(木村陽一,岩崎弘利、ベイジアンネットワーク技術 ユーザ・顧客のモデル化と不確実性推論,東京電機大学出版局(2006))を参照されたい。これにより、ステップS3の処理は完了し、品質予測処理はステップS4の処理に進む。   The Bayesian network is already known at the time of the filing of the present invention and will not be described in detail. However, a qualitative dependency between a plurality of random variables is represented by a graph structure, and a quantitative relationship between them is expressed. It means a calculation model expressed by conditional probability. Specifically, a Bayesian network is a non-circular directed graph having a random variable as a node and a conditional probability table between a child node and a parent node. For more details, refer to the references (Yoichi Kimura, Hirotoshi Iwasaki, Bayesian network technology user / customer modeling and uncertainty inference, Tokyo Denki University Press (2006)). Thereby, the process of step S3 is completed and a quality prediction process progresses to the process of step S4.

ステップS4の処理では、演算処理部4が、ステップS3の処理によって決定されたベイジアンネットワークの基本構造における矢印の向きや有無を決定することによって、製造条件及び欠陥混入率をそれぞれ入力値及び出力値とするベイジアンネットワークの構造を決定する。具体的には、演算処理部4は、市販の株式会社数理システム製のベイジアンネットワーク構築システムBayonet(Bayesian Network Construction System)に搭載されているK2アルゴリズムを利用してステップS3の処理によって決定されたベイジアンネットワークの基本構造を最適化することによって、製造条件及び欠陥混入率をそれぞれ入力値及び出力値とするベイジアンネットワークの構造を決定する。これにより、ステップS4の処理は完了し、品質予測処理はステップS5の処理に進む。   In the process of step S4, the arithmetic processing unit 4 determines the direction and presence / absence of an arrow in the basic structure of the Bayesian network determined by the process of step S3, so that the manufacturing condition and the defect mixture rate are respectively input and output values. Determine the structure of the Bayesian network. Specifically, the arithmetic processing unit 4 uses the K2 algorithm installed in a commercially available Bayesian network construction system Bayonet (Bayesian Network Construction System) manufactured by Mathematical Systems Co., Ltd. to determine the Bayesian determined by the processing in step S3. By optimizing the basic structure of the network, the structure of the Bayesian network with the manufacturing conditions and the defect contamination rate as input values and output values, respectively, is determined. Thereby, the process of step S4 is completed and the quality prediction process proceeds to the process of step S5.

ステップS5の処理では、演算処理部4が、ステップS4の処理によって決定されたベイジアンネットワークを構成する各ノードの条件付確率表をベイジアンネットワーク構築システムBayonetに搭載されているEMアルゴリズムを利用して最適化する。これにより、ステップS5の処理は完了し、品質予測処理はステップS6の処理に進む。   In the process of step S5, the arithmetic processing unit 4 optimizes the conditional probability table of each node constituting the Bayesian network determined by the process of step S4 using the EM algorithm installed in the Bayesian network construction system Bayonet. Turn into. Thereby, the process of step S5 is completed and the quality prediction process proceeds to the process of step S6.

ステップS6の処理では、演算処理部4が、ステップS5の処理によって各ノードの条件付確率表が最適化されたベイジアンネットワークに入力部2を介して入力された要求条件を入力することによって、要求条件で鉄鋼製品を製造した場合における鉄鋼製品の欠陥混入率を予測する。そして、出力部5は、演算処理部4によって予測された鉄鋼製品の欠陥混入率を出力する。これにより、ステップS6の処理は完了し、一連の品質予測処理は終了する。   In the process of step S6, the arithmetic processing unit 4 inputs a request condition input via the input unit 2 to the Bayesian network in which the conditional probability table of each node is optimized by the process of step S5. Predict the defect contamination rate of steel products when steel products are manufactured under conditions. Then, the output unit 5 outputs the defect mixture rate of the steel product predicted by the arithmetic processing unit 4. Thereby, the process of step S6 is completed and a series of quality prediction processes are complete | finished.

〔実験例〕
従来手法であるデータベース型モデリング技術を利用して、製造条件から欠陥混入率を予測するモデルを構築し、欠陥混入率の実績値と構築したモデルによる予測値との相関係数(重相関係数)を評価した。図6は、従来手法を用いて欠陥混入率を予測した場合における、欠陥混入率の実績値と予測値との相関関係を示す散布図である。評価の結果、従来手法を用いて欠陥混入率を予測した場合、重相関係数は0.40であった。
[Experimental example]
Using a conventional database modeling technique, a model that predicts the defect contamination rate from the manufacturing conditions is constructed, and the correlation coefficient between the actual value of the defect contamination rate and the predicted value based on the constructed model (multiple correlation coefficient) ) Was evaluated. FIG. 6 is a scatter diagram showing the correlation between the actual value of the defect mixing rate and the predicted value when the defect mixing rate is predicted using the conventional method. As a result of the evaluation, when the defect mixture rate was predicted using the conventional method, the multiple correlation coefficient was 0.40.

本願発明の手法によって構築されたベイジアンネットワークを利用して欠陥混入率を予測し、予測値を利用して欠陥混入率の実績値とモデル予測値との重相関係数を評価した。図7は、本願発明の手法を用いて欠陥混入率を予測した場合における、欠陥混入率の実績値と予測値との相関関係を示す散布図である。評価の結果、本願発明の手法を用いた場合、重相関係数は0.56であった。このことから、本願発明の手法によれば、従来手法と比較して、欠陥混入率を精度高く予測可能であることが明らかとなった。   The defect mixture rate was predicted using the Bayesian network constructed by the method of the present invention, and the multiple correlation coefficient between the actual value of the defect mixture rate and the model predicted value was evaluated using the predicted value. FIG. 7 is a scatter diagram showing the correlation between the actual value of the defect mixing rate and the predicted value when the defect mixing rate is predicted using the method of the present invention. As a result of the evaluation, when the method of the present invention was used, the multiple correlation coefficient was 0.56. From this, it became clear that according to the method of the present invention, the defect mixing rate can be predicted with higher accuracy than the conventional method.

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である品質予測装置1によれば、演算処理部4が、鉄鋼製品の製造条件と製造条件で鉄鋼製品を製造した際の欠陥混入率の実績値とを関連付けして記憶する実績データベース3に記憶されている情報を用いて、製造条件及び欠陥混入率をそれぞれ入力値及び出力値とするベイジアンネットワークを品質予測モデルとして作成し、作成された品質予測モデルを用いて、要求条件で鉄鋼製品を製造した際の欠陥混入率を予測するので、欠陥混入率を製造条件から精度高く予測することができる。   As is apparent from the above description, according to the quality prediction apparatus 1 according to an embodiment of the present invention, the defect processing rate when the arithmetic processing unit 4 manufactures a steel product under the steel product manufacturing conditions and manufacturing conditions. Using the information stored in the record database 3 that stores the record values in association with each other, a Bayesian network having the manufacturing conditions and the defect contamination rate as input values and output values, respectively, is created as a quality prediction model. Therefore, the defect contamination rate when the steel product is manufactured under the required conditions is predicted using the quality prediction model, so that the defect contamination rate can be predicted with high accuracy from the manufacturing conditions.

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者などによりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術などは全て本発明の範疇に含まれる。   Although the embodiment to which the invention made by the present inventor is applied has been described above, the present invention is not limited by the description and the drawings that form a part of the disclosure of the present invention according to this embodiment. That is, other embodiments, examples, operational techniques, and the like made by those skilled in the art based on the present embodiment are all included in the scope of the present invention.

1 品質予測装置
2 入力部
3 実績データベース
4 演算処理部
5 出力部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Quality prediction apparatus 2 Input part 3 Results database 4 Arithmetic processing part 5 Output part

Claims (4)

鉄鋼製品の製造条件と該製造条件で鉄鋼製品を製造した際の量的変数として表される鉄鋼製品の品質の実績値とを関連付けして記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されている情報を用いて、前記製造条件及び前記鉄鋼製品の品質の実績値をそれぞれ入力値及び出力値とするベイジアンネットワークを品質予測モデルとして作成する品質モデル作成手段と、
前記品質モデル作成手段によって作成された前記品質予測モデルを用いて、要求条件で鉄鋼製品を製造した際の量的変数として表される鉄鋼製品の品質を予測する予測手段と、
を備えることを特徴とする品質予測装置。
Storage means for associating and storing the production condition of the steel product and the actual quality value of the steel product represented as a quantitative variable when the steel product is produced under the production condition;
Using the information stored in the storage means, a quality model creating means for creating a Bayesian network with the manufacturing condition and the actual quality value of the steel product as input values and output values, respectively, as a quality prediction model;
Using the quality prediction model created by the quality model creation means, a prediction means for predicting the quality of the steel product represented as a quantitative variable when the steel product is manufactured under the required conditions;
A quality prediction apparatus comprising:
前記記憶手段に記憶されている品質の実績値をロジット変換するロジット変換手段を備え、前記品質モデル作成手段は、該ロジット変換手段によってロジット変換された実績値を用いて前記品質予測モデルを作成することを特徴とする請求項1に記載の品質予測装置。   Logit conversion means for logit converting the actual quality value stored in the storage means, and the quality model creation means creates the quality prediction model using the actual value logit transformed by the logit conversion means. The quality prediction apparatus according to claim 1. 前記鉄鋼製品の品質の実績値は、鉄鋼製品の単位長さあたりに表出する欠陥数であることを特徴とする請求項1又は2に記載の品質予測装置。   The quality prediction device according to claim 1, wherein the actual value of the quality of the steel product is the number of defects expressed per unit length of the steel product. 鉄鋼製品の製造条件と該製造条件で鉄鋼製品を製造した際の量的変数として表される鉄鋼製品の品質の実績値とを用いて、前記製造条件及び前記鉄鋼製品の品質の実績値をそれぞれ入力値及び出力値とするベイジアンネットワークを品質予測モデルとして作成する品質モデル作成処理、
前記品質モデル作成処理によって作成された前記品質予測モデルを用いて、要求条件で鉄鋼製品を製造した際の量的変数として表される鉄鋼製品の品質を予測する予測処理と、
をコンピュータに実行させることを特徴とする品質予測プログラム。
Using the production conditions of the steel product and the actual value of the quality of the steel product represented as a quantitative variable when the steel product is manufactured under the production condition, the production condition and the actual value of the quality of the steel product are respectively determined. Quality model creation process for creating a Bayesian network as input and output values as a quality prediction model,
Using the quality prediction model created by the quality model creation process, a prediction process for predicting the quality of the steel product represented as a quantitative variable when the steel product is manufactured under the required conditions;
A quality prediction program characterized by causing a computer to execute.
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