JP2023061289A - Prediction and estimation system, learning device, and prediction and estimation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、予測・推定システム、学習装置及び予測・推定装置に関する。 The present invention relates to a prediction/estimation system, a learning device, and a prediction/estimation device.
教師付き機械学習を用いた目的変数の予測・推定においては、一般的に、予測・推定モデルの学習に際して、教師データとなる目的変数及び説明変数が用いられる。また、説明変数を原因としたときの結果となるような因果関係を有する変数として、予測・推定時に入手可能な、目的変数以外の変数である補助的な変数(補助変数)が用いられることもある。 In prediction/estimation of objective variables using supervised machine learning, objective variables and explanatory variables, which serve as teacher data, are generally used in learning prediction/estimation models. In addition, auxiliary variables (auxiliary variables) that are available at the time of prediction/estimation and are other than the objective variable may also be used as variables that have a causal relationship that results when the explanatory variable is the cause. be.
このような予測・推定モデルの学習方法としては、例えば、次のようなものが知られている。まず、複数の実験試料の化学物質の値を目的変数の教師データとし、説明変数の教師データである複数の実験試料の収集されたスペクトルから変換された近赤外スペクトルデータを、その一部を無作為に選択して校正セットとし、一部を検証セットとする。 For example, the following method is known as a method of learning such a prediction/estimation model. First, the values of chemical substances in multiple experimental samples are used as teacher data for objective variables, and the near-infrared spectral data converted from the collected spectra of multiple experimental samples, which are teacher data for explanatory variables, are used as part of the data. A random selection is made into the calibration set and partly into the validation set.
そして、これら校正セットと検証セットを主成分分析してスペクトル特性空間を得て、このスペクトル特性空間においてマハラノビス距離法により、校正セットと検証セットの各サンプルが最も近似したサンプルを校正サブセットとして選択しシンドロームセットとして集める。 Then, the calibration set and the validation set are subjected to principal component analysis to obtain a spectral feature space, and in this spectral feature space, the samples in which the calibration set and the validation set are most similar are selected as the calibration subset by the Mahalanobis distance method. Collect as a Syndrome Set.
その後、シンドロームセットから主成分数を補助変数の教師データとして抽出し、誤差逆伝播法(Backpropagation:BP)ニューラルネットワークの入力層として回帰モデルを構築し、予測・推定モデルを学習する(特許文献1参照)。
After that, extract the number of principal components from the syndrome set as training data for auxiliary variables, build a regression model as an input layer of a backpropagation (BP) neural network, and learn a prediction/estimation model (
しかしながら、上記特許文献1に開示されたシステムでは、説明変数の教師データである近赤外スペクトルデータの代わりに、補助変数の教師データである主成分数を利用して、回帰モデルを構築し予測・推定モデルを学習している。予測・推定の精度を向上させるためには、より多くの教師データにより予測・推定モデルを学習することが望まれる。このため、説明変数と補助変数とを共に教師データとして使用して、予測・推定モデルを学習することも考えられる。
However, in the system disclosed in
しかしながら、上述したようなシステムでは、補助変数が説明変数と相関を有するため、予測・推定の精度が却って悪化するという傾向がある。このような傾向は、特に重回帰分析では多重共線性として広く知られている。 However, in the system as described above, since the auxiliary variables are correlated with the explanatory variables, the accuracy of prediction/estimation tends to deteriorate. Such a tendency is widely known as multicollinearity, especially in multiple regression analysis.
本発明の一態様は、予測・推定の精度を向上させることが可能な予測・推定システム、学習装置及び予測・推定装置である。 One aspect of the present invention is a prediction/estimation system, a learning device, and a prediction/estimation device capable of improving accuracy of prediction/estimation.
本発明の一態様に係る予測・推定システムは、目的変数の教師データと、前記目的変数に作用する説明変数の教師データと、前記目的変数以外の変数で、前記説明変数と相関を有すると共に、前記説明変数が与えられたときに観測される補助変数の教師データと、を入力し、前記目的変数の予測・推定モデルを作成する学習装置と、前記目的変数を予測・推定するための前記説明変数の予測・推定用データと、前記目的変数を予測・推定するための前記補助変数の予測・推定用データと、を入力し、前記学習装置で作成された前記予測・推定モデルに基づいて、前記目的変数の予測・推定値を算出する予測・推定装置と、を備え、前記学習装置は、少なくとも前記補助変数の教師データから、潜在変数の教師データを算出し、潜在変数算出情報を出力する第1潜在変数算出部と、前記目的変数の教師データと、前記説明変数の教師データと、前記第1潜在変数算出部により算出された前記潜在変数の教師データと、を入力し、前記目的変数の予測・推定モデルを作成する予測・推定モデル学習部と、を含み、前記予測・推定装置は、少なくとも前記補助変数の予測・推定用データから、前記潜在変数算出情報に基づいて、潜在変数の予測・推定用データを算出する第2潜在変数算出部と、前記第2潜在変数算出部により算出された前記潜在変数の予測・推定用データと、前記説明変数の予測・推定用データから、前記予測・推定モデルに基づいて、前記目的変数の予測・推定値を算出する予測・推定部と、を含む。 A prediction/estimation system according to an aspect of the present invention includes teacher data of an objective variable, teacher data of an explanatory variable acting on the objective variable, and variables other than the objective variable that are correlated with the explanatory variable, a learning device for inputting teacher data of an auxiliary variable observed when the explanatory variable is given, and creating a prediction/estimation model of the objective variable; and the explanation for predicting/estimating the objective variable. Input data for prediction/estimation of variables and data for prediction/estimation of the auxiliary variables for predicting/estimating the objective variable, and based on the prediction/estimation model created by the learning device, a prediction/estimation device that calculates the prediction/estimation value of the objective variable, wherein the learning device calculates teacher data of the latent variable from at least the teacher data of the auxiliary variable, and outputs latent variable calculation information. A first latent variable calculation unit, training data of the objective variable, training data of the explanatory variable, and training data of the latent variable calculated by the first latent variable calculation unit are input, and the objective variable and a prediction/estimation model learning unit that creates a prediction/estimation model of at least the auxiliary variable, based on the latent variable calculation information, from the prediction/estimation data of the auxiliary variable. a second latent variable calculation unit that calculates prediction/estimation data; and from the prediction/estimation data of the latent variables calculated by the second latent variable calculation unit and the prediction/estimation data of the explanatory variables, the a prediction/estimation unit that calculates a prediction/estimation value of the objective variable based on the prediction/estimation model.
本発明の一態様に係る予測・推定システムによれば、目的変数の教師データと、説明変数の教師データと、補助変数の教師データと、を入力し、少なくとも補助変数の教師データから潜在変数の教師データを算出し、潜在変数算出情報と目的変数の予測・推定モデルとが作成される。このため、説明変数の教師データとの間又は相互間の相関を補助変数よりも減らした潜在変数の教師データを使用することで、より多くの教師データを使用すること、及び、教師データ間の相関が排除されることにより、より精度の高い予測・推定モデルの作成が可能となる。また、少なくとも補助変数の予測・推定用データから、潜在変数算出情報に基づいて、潜在変数の予測・推定用データが算出され、この算出された潜在変数の予測・推定用データと、説明変数の予測・推定用データとから、予測・推定モデルに基づいて、目的変数の予測・推定値が算出される。このため、説明変数の予測・推定用データとの間又は相互間の相関を補助変数よりも減らした潜在変数の予測・推定用データを使用することで、より多くの予測・推定用データを使用すること、及び、予測・推定用データ間の相関が排除されることにより、より高精度の目的変数の予測・推定値を得ることが可能となる。 According to the prediction/estimation system according to one aspect of the present invention, the teacher data of the objective variable, the teacher data of the explanatory variables, and the teacher data of the auxiliary variables are input, and at least the teacher data of the auxiliary variables are used to predict the potential variables. Teacher data is calculated, and latent variable calculation information and a prediction/estimation model of objective variables are created. For this reason, by using teacher data of latent variables in which the correlation between explanatory variables and teacher data or between each other is reduced more than that of auxiliary variables, more teacher data can be used, and between teacher data By eliminating correlation, it becomes possible to create a more accurate prediction/estimation model. Further, from at least the data for prediction/estimation of the auxiliary variable, the data for prediction/estimation of the latent variable is calculated based on the latent variable calculation information, and the calculated data for prediction/estimation of the latent variable and the explanatory variable are combined. Based on the prediction/estimation data, the prediction/estimation value of the objective variable is calculated based on the prediction/estimation model. For this reason, more data for prediction/estimation can be used by using prediction/estimation data for latent variables whose correlation between explanatory variables and data for prediction/estimation is reduced more than for auxiliary variables. and the elimination of the correlation between the prediction/estimation data, it becomes possible to obtain a more highly accurate prediction/estimation value of the objective variable.
本発明の一態様によれば、より多くのデータを利用して予測・推定の精度を向上させることができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to improve the accuracy of prediction/estimation using more data.
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態に係る予測・推定システム、学習装置及び予測・推定装置を詳細に説明する。ただし、以下の実施の形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施の形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。また、以下の実施の形態においては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合、及び一部の構成要素が省略されている場合がある。 Hereinafter, a prediction/estimation system, a learning device, and a prediction/estimation device according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following embodiments do not limit the invention according to each claim, and all combinations of features described in the embodiments are essential to the solution of the invention. Not exclusively. Further, in the following embodiments, the scale and dimensions of each component may be exaggerated, and some components may be omitted.
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係る予測・推定システムの基本的構成を示す説明図である。図2は、予測・推定システムの学習装置及び/又は予測・推定装置の基本的なハードウェア構成を示す説明図である。
[First embodiment]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the basic configuration of the prediction/estimation system according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram showing a basic hardware configuration of a learning device and/or a prediction/estimation device of the prediction/estimation system.
図1に示すように、第1実施形態に係る予測・推定システム100は、様々な種類の目的変数の予測・推定値8を得るためのシステムである。予測・推定システム100は、目的変数の教師データ1と、目的変数に作用する説明変数の教師データ2と、目的変数以外の変数で、説明変数と相関を有すると共に、説明変数が与えられたときに観測される補助変数の教師データ3と、を入力し、例えば機械学習によって目的変数の予測・推定モデル7を作成する学習装置10と、目的変数を予測・推定するための説明変数の予測・推定用データ4と、目的変数を予測・推定するための補助変数の予測・推定用データ5と、を入力し、学習装置10で作成された予測・推定モデル7に基づいて、目的変数の予測・推定値8を算出する予測・推定装置20と、を備える。
As shown in FIG. 1, a prediction/
学習装置10は、少なくとも補助変数の教師データ3から、補助変数の教師データ3よりも説明変数の教師データ2との間又は相互間の相関が小さい(相関を減じた)潜在変数の教師データ(図示せず)を算出し、潜在変数算出情報6を出力する第1潜在変数算出部11と、目的変数の教師データ1と、説明変数の教師データ2と、第1潜在変数算出部11により算出された潜在変数の教師データと、を入力し、例えば機械学習を行って、目的変数の予測・推定モデル7を作成する予測・推定モデル学習部12と、を含む。
The
予測・推定装置20は、少なくとも補助変数の予測・推定用データ5から、潜在変数算出情報6に基づいて、補助変数の予測・推定用データ5よりも説明変数の予測・推定用データ4との間又は相互間の相関が小さい(相関を減じた)潜在変数の予測・推定用データ(図示せず)を算出する第2潜在変数算出部21と、第2潜在変数算出部21により算出された潜在変数の予測・推定用データと、説明変数の予測・推定用データ4とから、予測・推定モデル7に基づいて、目的変数の予測・推定値8を算出する予測・推定部22と、を含む。
The prediction/
なお、予測・推定システム100は、上述したように様々な種類の目的変数の予測・推定値を得ることが可能なシステムであるが、一例として後述するレーザ溶接の溶接強度の推定システムに適用した場合、例えば目的変数としては、溶接強度F(N/mm2)が挙げられる。また、例えば説明変数としては、溶接条件(レーザ出力値、レーザ照射時間等)が挙げられる。さらに、説明変数と相関を有する補助変数としては、例えば溶接時又は溶接後に観測される物理量(溶接温度、音、光、色等)が挙げられる。なお、予測・推定システム100で用いられる目的変数、説明変数及び補助変数は、これら例示したものに限定されるものではない。
The prediction/
また、学習装置10の第1潜在変数算出部11及び予測・推定装置20の第2潜在変数算出部21で算出される潜在変数の教師データ及び潜在変数の予測・推定用データは、それぞれ補助変数よりも説明変数との間又は相互間の相関を減じるように補助変数が、又は補助変数及び説明変数が、例えば次元削減又は次元圧縮されたものである。
Further, the latent variable teacher data and the latent variable prediction/estimation data calculated by the first latent
すなわち、潜在変数は、本実施形態においては、説明変数と同様に目的変数を特徴付ける変数であり、直接は観測されないが観測された変数(補助変数)から推定される変数である。言い換えれば、潜在変数は、観測された変数を特徴付ける変数であって少なくとも補助変数から次元削減又は次元圧縮されたものを意味する。 That is, in the present embodiment, a latent variable is a variable that characterizes an objective variable like an explanatory variable, and is a variable that is estimated from an observed variable (auxiliary variable) but not directly observed. In other words, a latent variable means a variable that characterizes the observed variable and is dimensionality-reduced or dimensionality-compressed from at least the auxiliary variables.
予測・推定システム100で用いられる説明変数、目的変数、潜在変数、並びに潜在変数算出情報6は、各々1つ以上の変数又はパラメータから構成され得る。本明細書においては、「目的変数の予測・推定」とは、「目的変数の予測」又は「目的変数の推定」の意味で用いられる。「目的変数の予測」は、未来(将来)に実現すると考えられる目的変数を想定することを意味し、「目的変数の推定」は、現在実現しているが、直接観測することのできない目的変数を推し量ることを意味する。「相関」とは、複数の変数の間の線形の関係に限定せず、線形、非線形にかかわらず、複数の変数の間で、1つの変数が変化すれば他の変数が変化するという関係を意味する。
The explanatory variables, objective variables, latent variables, and latent
学習装置10の第1潜在変数算出部11は、学習装置10に入力された目的変数の教師データ1、説明変数の教師データ2及び補助変数の教師データ3を含むデータのうち、少なくとも補助変数の教師データ3を含むデータから潜在変数の教師データを算出する。第1潜在変数算出部11は、潜在変数の教師データの算出を、例えば所定のアルゴリズムを用いて行う。アルゴリズムは、例えば、回帰分析(Regression Analysis:RA)、主成分分析(Principal Component Analysis:PCA)、特異値分解(Singular Value Decomposition:SVD)、線形判別分析(Linear Discriminant Analysis:LDA)、独立成分分析(Independent Component Analysis:ICA)、及びガウス過程潜在変数モデル(Gaussian Process Latent Variable Model:GPLVM)の少なくとも一つを含む。なお、アルゴリズムは、これらに限定されるものではない。潜在変数算出情報6は、第1潜在変数算出部11において、潜在変数の教師データの算出に際して決定され、追加の潜在変数の算出に際して用いられる各種情報を意味し、例えば各種パラメータ、各種式及び/又はアルゴリズムが含まれる。
The first latent
学習装置10の予測・推定モデル学習部12は、学習装置10に入力された目的変数の教師データ1、説明変数の教師データ2、及び第1潜在変数算出部11で算出された潜在変数の教師データを入力して、目的変数の予測・推定モデル7の作成を、例えば機械学習によって行う。学習方法は、回帰、分類、クラスタリング、判別、補間、特徴量抽出、及び時系列モデリング等のアルゴリズムを含むが、これに限定されるものではない。予測・推定モデル学習部12で学習された予測・推定モデル7は、学習モデルを特徴付ける予測・推定のための各種パラメータ、各種式及び/又はアルゴリズムを含む。そして、学習装置10は、少なくとも潜在変数算出情報6と予測・推定モデル7と、を予測・推定装置20に対して出力する。
The prediction/estimation
一方、予測・推定装置20の第2潜在変数算出部21は、少なくとも補助変数の予測・推定用データ5から、潜在変数算出情報6に基づいて、潜在変数の予測・推定用データを算出する。従って、潜在変数算出情報6がアルゴリズムを含んでいる場合、第2潜在変数算出部21は、学習装置10の第1潜在変数算出部11で潜在変数の教師データの算出に用いられたアルゴリズムと同じアルゴリズムを用いて、潜在変数の予測・推定用データの算出を行う。このように、予測・推定時においても、学習時と同じアルゴリズムを用いて潜在変数を算出することで、同一の予測・推定モデル7を用いた予測・推定が可能になる。
On the other hand, the second
予測・推定装置20の予測・推定部22は、予測・推定装置20に入力された説明変数の予測・推定用データ4、予測・推定モデル7、及び第2潜在変数算出部21で算出された潜在変数の予測・推定用データに基づいて、目的変数の予測・推定値8を算出し、出力する。
The prediction/
なお、学習装置10側から予測・推定装置20側へ渡される潜在変数算出情報6は、学習装置10又は予測・推定装置20で潜在変数の算出に適切なものが選択され得る。例えば、学習装置10における潜在変数の教師データの算出が主成分分析によって行われる場合、潜在変数パラメータとして、主成分ベクトル及び固有値であって良く、これらに加え特定の補助変数の教師データ3の寄与率が所定値よりも高い主成分ベクトルを除外した潜在変数パラメータを選択するようにしても良い。これにより、補助変数よりも説明変数との間又は相互間の相関が小さい潜在変数を説明変数と共に教師データ及び予測・推定用データに用いることができるので、多重共線性に起因する予測・推定精度の悪化が回避可能となる。
The latent
予測・推定システム100における目的変数の教師データ1、説明変数の教師データ2、補助変数の教師データ3、説明変数の予測・推定用データ4、及び補助変数の予測・推定用データ5の各データは、例えば図示しない据置型若しくは可搬性を有する記憶装置又は記憶媒体に記憶され得る。また、各データは、例えばインターネット等の情報通信媒体を介して送受信され得るもので、図示しないセンサ等の測定装置によって取得された生データであっても良い。また、潜在変数算出情報6及び予測・推定モデル7は、学習装置10及び予測・推定装置20間で上記記憶媒体又は情報通信媒体を介して入出力されても良い。
Objective
図2に示すように、予測・推定システム100の学習装置10及び/又は予測・推定装置20は、基本的なハードウェア構成として、例えばCPU201と、RAM202と、ROM203と、HDD(ハードディスクドライブ)204と、SSD(ソリッドステートドライブ)205と、メモリカード206と、を備える。また、学習装置10及び/又は予測・推定装置20は、例えば入力I/F(インタフェース)207と、出力I/F(インタフェース)208と、通信I/F(インタフェース)209と、を備える。各構成部201~209は、それぞれバス200によって相互に接続されている。
As shown in FIG. 2, the
CPU201は、RAM202、ROM203、HDD204、SSD205等に記憶された各種プログラムを実行することで、学習装置10及び/又は予測・推定装置20を制御する。CPU201は、学習装置10においては学習プログラムを実行することで、上記第1潜在変数算出部11及び予測・推定モデル学習部12の機能を実現する。また、CPU201は、予測・推定装置20においては予測・判定プログラムを実行することで、上記第2潜在変数算出部21及び予測・推定部22の機能を実現する。なお、学習装置10及び予測・推定装置20の各CPU201が協働することで、予測・推定システム100の全体を制御するように構成し得る。
The
RAM202は、CPU201の演算処理の作業領域として使用され得る。ROM203は、上記の各種プログラムを少なくとも読み出し可能に格納する。HDD204及びSSD205は、上述した各種のデータを読み書き可能に記憶する。メモリカード206は、これら各種のデータを読み書き可能に記憶すると共に、各装置10,20に対して着脱自在な記憶媒体を構成する。HDD204、SSD205及びメモリカード206は、上述した記憶装置又は記憶媒体の機能を実現する。
The
入力I/F207には、例えばセンサ212が接続されて検出情報が取得される。センサ212は、温度センサ、光センサ、音響センサ、画像センサ等の各種センサが含まれる。なお、入力I/F207は、学習装置10及び/又は予測・推定装置20の操作部又は入力部として機能するタッチパネル211が接続され、予測・推定システム100のユーザからの操作入力に伴う情報を受け付ける。入力I/F207には、図示しないキーボード及びマウス(トラックボールマウスを含む)等の各種の入力デバイスも接続され得る。
For example, a
出力I/F208には、例えば表示装置としてのディスプレイ210が接続され、学習装置10及び/又は予測・推定装置20でモニタ表示される各種情報が出力される。タッチパネル211は、ディスプレイ210上に設けられていても良い。また、学習装置10及び/又は予測・推定装置20は、通信I/F209を介して、図示しないインターネット等のネットワークに接続されたサーバ装置及び外部機器等と間接的又は直接的に接続され得る。
For example, a
第1実施形態の予測・推定システム100では、学習装置10の第1潜在変数算出部11で少なくとも補助変数の教師データ3を含むデータから潜在変数の教師データを算出し、この潜在変数の教師データを含むデータを用いて予測・推定モデル学習部12で予測・推定モデル7の学習・作成を行う。そして、学習装置10で潜在変数の教師データの算出で決定された潜在変数算出情報6を予測・推定装置20に与える。潜在変数算出情報6が与えられた予測・推定装置20の第2潜在変数算出部21では、第1潜在変数算出部11が利用したアルゴリズムと同じアルゴリズムを用いて、少なくとも補助変数の予測・推定用データ5を含むデータから潜在変数の予測・推定用データを算出し、この潜在変数の予測・推定用データを含むデータを用いて予測・推定部22で目的変数の予測・推定値8を算出する。これにより、第1実施形態の予測・推定システム100によれば、補助変数を潜在変数に変換することによって、予測・推定の精度を向上させることができる。
In the prediction/
[第2実施形態]
図3は、本発明の第2実施形態に係る予測・推定システムの基本的構成を示す説明図である。なお、図3を含む以降の説明においては、第1の実施形態及びその変形例と同一の構成要素に関しては同一の符号を付しているので、以下では重複する説明は省略する。
[Second embodiment]
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the basic configuration of the prediction/estimation system according to the second embodiment of the present invention. In the following description including FIG. 3, the same reference numerals are given to the same constituent elements as those of the first embodiment and its modification, so redundant description will be omitted below.
図3に示すように、第2実施形態に係る予測・推定システム100Aでは、学習装置10の第1潜在変数算出部11は、説明変数の教師データ2と、補助変数の教師データ3とを入力し、潜在変数の教師データ(図示せず)を算出し、潜在変数算出情報6を出力する。また、予測・推定装置20の第2潜在変数算出部21は、説明変数の予測・推定用データ4と、補助変数の予測・推定用データ5とを入力し、潜在変数算出情報6に基づき潜在変数の予測・推定用データ(図示せず)を算出する。
As shown in FIG. 3, in the prediction/
すなわち、第2実施形態の予測・推定システム100Aでは、学習装置10の第1潜在変数算出部11が、潜在変数の教師データを算出するために入力するデータとして、補助変数の教師データ3の他に、説明変数の教師データ2も含む点で、第1実施形態の予測・推定システム100の学習装置10とは相違している。また、予測・推定装置20の第2潜在変数算出部21が、潜在変数の予測・推定用データを算出するために入力するデータとして、補助変数の予測・推定用データ5の他に、説明変数の予測・推定用データ4も含む点で、第1実施形態の予測・推定システム100の予測・推定装置20とは相違している。
That is, in the prediction/
第2実施形態によれば、学習装置10の第1潜在変数算出部11及び予測・推定装置20の第2潜在変数算出部21において、それぞれ説明変数に関するデータも利用して各潜在変数の教師データ及び予測・推定用データを算出している。このため、説明変数と補助変数との間の相関を減じた潜在変数を用いた高精度な予測・推定が可能になる。また、第2実施形態によれば、潜在変数の算出のために、より多くのデータを使用するので、より高次元及び高度なアルゴリズムに基づいて潜在変数を算出することができる。これにより、相関による予測・推定精度の悪化を回避しつつ、補助変数を利用した予測・推定の精度をより向上させることができる。
According to the second embodiment, the first latent
[第3実施形態]
図4は、本発明の第3実施形態に係る予測・推定システムの基本的構成を示す説明図である。図4に示すように、第3実施形態に係る予測・推定システム100Bでは、予測・推定装置20の第2潜在変数算出部21は、説明変数の予測・推定用データ4及び補助変数の予測・推定用データ5に加えて、更に、説明変数の教師データ2と、補助変数の教師データ3と、学習装置10の第1潜在変数算出部11で算出された潜在変数の教師データ13と、に基づき潜在変数の予測・推定用データ23を算出する。
[Third Embodiment]
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the basic configuration of the prediction/estimation system according to the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, in the prediction/
すなわち、第3実施形態の予測・推定システム100Bでは、予測・推定装置20の第2潜在変数算出部21が、潜在変数の予測・推定用データ23を算出するための入力データとして、補助変数の予測・推定用データ5及び説明変数の予測・推定用データ4と共に、説明変数の教師データ2、補助変数の教師データ3及び潜在変数の教師データ13も含む点で、第2実施形態の予測・推定システム100Aとは相違している。
That is, in the prediction/
第3実施形態によれば、予測・推定装置20の第2潜在変数算出部21において、説明変数及び補助変数の教師データ2,3も利用して潜在変数の予測・推定用データ23を算出している。このため、第2実施形態よりも多くのデータを用いて潜在変数の予測・推定用データ23を算出することができる。これにより、更に高度なアルゴリズムを適用し、相関による予測・推定精度の悪化を回避しつつ、補助変数を利用した予測・推定の精度をより向上させることができる。
According to the third embodiment, in the second latent
[第4実施形態]
図5は、本発明の第4実施形態に係る予測・推定システムの基本的構成を示す説明図である。第4実施形態に係る予測・推定システム100Cでは、学習装置10の第1潜在変数算出部11は、所定のアルゴリズム(潜在変数算出情報6)として、回帰分析及び主成分分析を用いて潜在変数の教師データ(図示せず)を算出する。また、予測・推定装置20の第2潜在変数算出部21は、第1潜在変数算出部11で用いられたアルゴリズム(潜在変数算出情報6)を用いて潜在変数の予測・推定用データ(図示せず)を算出する。
[Fourth Embodiment]
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the basic configuration of the prediction/estimation system according to the fourth embodiment of the present invention. In the prediction/
より具体的には、図5に示すように、第4実施形態に係る予測・推定システム100Cでは、学習装置10の第1潜在変数算出部11は、補助変数の教師データ3を説明変数の教師データ2で回帰分析し回帰モデルを作成する第1回帰分析部14と、第1回帰分析部14による回帰分析の回帰誤差15を主成分分析し潜在変数の教師データ(図示せず)を算出する第1主成分分析部16と、を含む。潜在変数算出情報6は、回帰モデルのパラメータ及び回帰式と、主成分分析の主成分ベクトル及び固有値と、を含む。また、予測・推定装置20の第2潜在変数算出部21は、潜在変数算出情報6に基づき補助変数の予測・推定用データ5を説明変数の予測・推定用データ4で回帰分析し回帰モデルを作成する第2回帰分析部24と、潜在変数算出情報6に基づき第2回帰分析部24による回帰誤差25を主成分分析して潜在変数の予測・推定用データ(図示せず)を算出する第2主成分分析部26と、を含む。
More specifically, as shown in FIG. 5, in the prediction/
すなわち、第4実施形態の予測・推定システム100Cは、学習装置10の第1潜在変数算出部11及び予測・推定装置20の第2潜在変数算出部21が第1回帰分析部14及び第1主成分分析部16を含み、回帰分析及び主成分分析を行って潜在変数の教師データを算出する点、並びに第2潜在変数算出部21が第2回帰分析部24及び第2主成分分析部26を含み、回帰分析及び主成分分析を行って潜在変数の予測・推定用データを算出する点で、第2実施形態に係る予測・推定システム100Aとは相違している。
That is, in the prediction/
第4実施形態の予測・推定システム100Cでは、学習装置10の第1潜在変数算出部11の第1回帰分析部14において、補助変数の教師データ3を説明変数の教師データ2で回帰分析(RA)し、回帰モデルが作成される。第1回帰分析部14で作成された回帰モデルの回帰誤差15は、第1主成分分析部16において主成分分析(PCA)され、これにより潜在変数の教師データが算出される。このとき、例えば主成分パラメータとして、説明変数と補助変数との間の相関が小さい主成分ベクトルを選択する。これにより、学習装置10の第1潜在変数算出部11においては、説明変数の教師データ2と相関が小さい潜在変数の教師データを算出することができる。
In the prediction/
予測・推定モデル学習部12では、このように算出された相関の小さな潜在変数の教師データを含むデータを用いて予測・推定モデル7の作成が、例えば機械学習により行われる。これにより、補助変数の教師データ3と説明変数の教師データ2の相関に起因する予測・推定精度の悪化を避けることが可能となる。なお、この場合、潜在変数算出情報6に含まれる回帰モデルは、回帰係数等のデータを含んでいても良い。また、潜在変数算出情報6に含まれる主成分パラメータは、主成分ベクトル及び標本分散行列の固有値等のデータを含んでいても良い。
In the prediction/estimation
そして、予測・推定装置20の第2潜在変数算出部21において、第1潜在変数算出部11での回帰モデルのパラメータ及び回帰式、並びに主成分分析の主成分パラメータを含む潜在変数算出情報6が用いられる。この潜在変数算出情報6を用いて、第2回帰分析部24において、補助変数の予測・推定用データ5を説明変数の予測・推定用データ4で回帰分析(RA)し、回帰モデルが作成される。第2回帰分析部24で作成された回帰モデルの回帰誤差25は、第2主成分分析部26において主成分分析(PCA)され、これにより潜在変数の予測・推定用データが算出される。従って、予測・推定装置20においては、説明変数の予測・推定用データ4と相関が小さい潜在変数の予測・推定用データの算出を、学習装置10と同様の潜在変数算出情報6を用いて行うことが可能となる。
Then, in the second latent
予測・推定部22では、このように算出された相関の小さな潜在変数の予測・推定用データを含むデータを用いて目的変数の予測・推定値8が算出される。これにより、補助変数の予測・推定用データ5と説明変数の予測・推定用データ4の相関に起因する予測・推定精度の悪化を低減した上で、目的変数の予測・推定値8をより高精度に得ることが可能となる。
In the prediction/
[第5実施形態]
図6は、本発明の第5実施形態に係る予測・推定システムの基本的構成を示す説明図である。図6に示すように、第5実施形態に係る予測・推定システム100Dでは、学習装置10の第1潜在変数算出部11は、ガウス過程潜在変数モデル(GPLVM)により潜在変数の教師データ13を算出し、潜在変数算出情報6は、ガウス過程潜在変数モデル(GPLVM)のハイパーパラメータを含む。また、学習装置10の予測・推定モデル学習部12は、ガウス過程回帰(GPR)により、例えば機械学習を行って、目的変数の予測・推定モデル7を作成する。また、予測・推定装置20の第2潜在変数算出部21は、ガウス過程潜在変数モデル(GPLVM)により潜在変数の予測・推定用データ23を算出し、予測・推定装置20の予測・推定部22は、ガウス過程回帰(GPR)により目的変数の予測・推定値8を算出する。
[Fifth embodiment]
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the basic configuration of the prediction/estimation system according to the fifth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, in the prediction/
すなわち、第5実施形態の予測・推定システム100Dでは、学習装置10の第1潜在変数算出部11及び予測・推定装置20の第2潜在変数算出部21が、潜在変数の教師データ13及び潜在変数の予測・推定用データ23の算出にガウス過程潜在変数モデル(GPLVM)のアルゴリズムを用いている点、並びに学習装置10の予測・推定モデル学習部12及び予測・推定装置20の予測・推定部22が、目的変数の予測・推定モデル7の学習及び目的変数の予測・推定値8の算出にガウス過程回帰(GPR)のアルゴリズムを用いている点で、第3実施形態の予測・推定システム100Bとは相違している。
That is, in the prediction/
第5実施形態によれば、第1潜在変数算出部11及び第2潜在変数算出部21において潜在変数の教師データ13及び潜在変数の予測・推定用データ23をガウス過程潜在変数モデル(GPLVM)を用いて算出し、予測・推定モデル学習部12及び予測・推定部22において予測・推定モデル7及び予測・推定値8をガウス過程回帰(GPR)を用いて学習・算出しているので、第3実施形態の予測・推定システム100Bと同様の作用効果を奏することができると共に、主成分分析(PCA)や独立成分分析(ICA)のような線形モデルではなく、非線形モデルを用いた予測・推定に特化したシステムを実現することができる。
According to the fifth embodiment, in the first latent
[第6実施形態]
図7は、本発明の第6実施形態に係る予測・推定システムが適用されたレーザ溶接の溶接強度の推定システムの基本的構成を示す説明図である。図7に示すように、第6実施形態の溶接強度の推定システム100Eは、第1~第5実施形態に係る予測・推定システム100~100Dの構成を適用可能な推定システムとして構成され得る。
[Sixth Embodiment]
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the basic configuration of a welding strength estimation system for laser welding to which a prediction/estimation system according to a sixth embodiment of the present invention is applied. As shown in FIG. 7, the welding
なお、第6実施形態の推定システム100Eにおいて、目的変数は、レーザ溶接機9によるレーザ溶接の溶接強度(溶接強度データ1A)又は溶接品質(図示せず)であり、説明変数は、レーザ溶接の溶接条件(溶接条件データ2A)であり、補助変数は、レーザ溶接に関してレーザ溶接時又は溶接後に観測可能な物理量(溶接温度データ3A)である。また、例えば説明変数の予測・推定用データとしては、レーザ溶接機9に設定される溶接条件データ4Aが挙げられ、補助変数の予測・推定用データとしては、レーザ溶接機9においてレーザ溶接時又は溶接後に観測される物理量の一つである溶接温度データ5Aが挙げられる。
In the
溶接強度データ1Aは、例えばレーザ溶接機9により下記溶接条件データ2Aに基づきレーザ溶接が施される被加工物の種類に応じて、被加工物の溶接部の許容応力度と材料強度により定まる溶接強度F(N/mm2)を表す。溶接品質は、例えば上記のようなレーザ溶接が施される被加工物の種類に応じて求められた溶接強度Fに基づいて、予め定められた溶接の品質(優良、良、可、不可等)を表す。
The
溶接条件データ2Aは、例えば被加工物の仕様(材質、厚さ等)、レーザ溶接機9のレーザ出力値、レーザ照射時間、レーザ光の焦点位置、レーザ光の周波数やデューティ比等のパルス条件、溶接速度、照射開始からピークパワーまでの到達時間、ピークパワーから照射終了までの経過時間、レンズ焦点距離、レンズ焦点位置、照射点のレーザ径、ファイバ径、及びスポット径(レンズ・ファイバ・焦点位置の組み合わせ)の各種情報を含み、レーザ溶接のために設定される任意のパラメータである。なお、溶接温度データ3Aは、例えば溶接条件データ2Aに基づくレーザ溶接時に検出される溶接温度を表す。
The
溶接条件データ4Aは、レーザ溶接機9に実際に設定される溶接条件に関するデータであり、溶接条件データ2Aと同様に構成される。溶接温度データ5Aは、レーザ溶接機9に備えられた溶接温度センサ17で検出された実際のレーザ溶接時に検出され取得された溶接温度を表す。なお、溶接温度センサ17は上述したセンサ212に含まれる。また、溶接強度データ1A、溶接条件データ2A及び溶接温度データ3Aは、例えばネットワーク90に接続された図示しない外部の記憶装置又は記憶媒体に、読み出し可能な状態で記憶されている。なお、ネットワーク90は、データを受け渡しするための媒体であれば良く、インターネット、LAN等のネットワークに止まらず、機器を構成するバス、USB、或いはHDD等の可搬性を有する記憶媒体等であっても良く、その形態に特に制約はない。
The
推定システム100Eは、ネットワーク90を介して互いに通信可能に接続された上述した学習装置10として機能する学習サーバ30と、上述した予測・推定装置20として機能する推定エッジサーバ40と、を備える。また、推定システム100Eは、潜在変数算出情報6及び溶接強度推定モデル7A(の少なくとも一つ)を記憶する記憶装置50を備える。なお、本実施形態では、学習サーバ30にも、記憶装置50と同様の機能を有する記憶部50Aが備えられている。また、図示は省略するが、記憶部50Aと同等の記憶部は、推定エッジサーバ40に備えられていても良い。
The
学習サーバ30は、目的変数の教師データと、目的変数に作用する説明変数の教師データと、目的変数以外の変数で、説明変数と相関を有すると共に、説明変数が与えられたときに観測される補助変数の教師データと、を入力可能に構成される。また、学習サーバ30は、少なくとも補助変数の教師データから、補助変数の教師データよりも説明変数の教師データとの間又は相互間の相関が小さい潜在変数の教師データ(図示せず)を算出し、潜在変数算出情報6を出力する潜在変数算出部(第1潜在変数算出部31)と、目的変数の教師データと、説明変数の教師データと、潜在変数算出部(第1潜在変数算出部31)により算出された潜在変数の教師データと、を入力し、例えば機械学習を行って、目的変数の予測・推定モデル(溶接強度推定モデル7A)を作成する予測・推定モデル学習部(溶接強度推定モデル学習部32)と、を備える。
The learning
一方、推定エッジサーバ40は、目的変数の教師データと、目的変数に作用する説明変数の教師データと、目的変数以外の変数で、説明変数と相関を有すると共に、説明変数が与えられたときに観測される補助変数の教師データから、潜在変数算出情報6に基づき算出された、潜在変数の教師データと、を用いて予め学習された目的変数の予測・推定モデル(溶接強度推定モデル7A)に基づいて、目的変数の予測・推定値(溶接強度の推定値8A)を算出する予測・推定装置20である。また、推定エッジサーバ40は、少なくとも補助変数の予測・推定用データから、潜在変数算出情報6に基づいて、補助変数の予測・推定用データよりも説明変数の予測・推定用データとの間又は相互間の相関が小さい潜在変数の予測・推定用データ(図示せず)を算出する潜在変数算出部(第2潜在変数算出部41)と、潜在変数算出部(第2潜在変数算出部41)により算出された潜在変数の予測・推定用データと、説明変数の予測・推定用データとから、予測・推定モデル(溶接強度推定モデル7A)に基づいて、目的変数の予測・推定値(溶接強度の推定値8A)を算出する予測・推定部(溶接強度推定部42)と、を備える。
On the other hand, the estimated
なお、学習サーバ30及び推定エッジサーバ40は、それぞれ上述した学習装置10及び予測・推定装置20として機能することができるため、第1~第5実施形態において既に説明した全ての態様を実現することが可能である。このため、以降においては、学習装置10及び予測・推定装置20の各構成要素と重複する説明については省略する。
In addition, since the learning
[推定システムの動作]
外部の記憶装置又は記憶媒体に記憶された溶接強度データ1A、溶接条件データ2A及び溶接温度データ3Aは、それぞれ目的変数、説明変数及び補助変数の教師データとして学習サーバ30に入力され記憶部50Aに記憶される。学習サーバ30は、これらの入力されたデータのうち、少なくとも溶接温度データ3Aを含むデータに基づき第1潜在変数算出部31において潜在変数の教師データを算出する。また、学習サーバ30は、溶接強度推定モデル学習部32において溶接強度データ1Aと、溶接条件データ2Aと、第1潜在変数算出部31により算出された潜在変数の教師データと、を入力し、例えば機械学習を行って、溶接強度推定モデル7Aを作成する。学習サーバ30は、潜在変数の教師データの算出に際して決定された潜在変数算出情報6及び溶接強度推定モデル7Aを、記憶部50Aに記憶すると共に、ネットワーク90を介して記憶装置50に出力する。記憶装置50は、入力された潜在変数算出情報6及び溶接強度推定モデル7Aを記憶する。なお、溶接強度データ1A、溶接条件データ2A及び溶接温度データ3Aは、外部の記憶装置又は記憶媒体ではなく、例えば記憶装置50に記憶されていても良い。
[Operation of estimation system]
The
一方、レーザ溶接機9においては、設定された溶接条件データ4Aに基づいてレーザ溶接が実行され、レーザ溶接機9に付属の溶接温度センサ17によって、推定対象(例えば、被加工物の溶接部)のレーザ溶接時の溶接温度データ5Aが取得される。レーザ溶接機9の溶接条件データ4A及び溶接温度センサ17からの溶接温度データ5Aは、それぞれ説明変数の予測・推定用データ及び補助変数の予測・推定用データとして推定エッジサーバ40に入力される。また、記憶装置50に記憶された潜在変数算出情報6及び溶接強度推定モデル7Aも、推定エッジサーバ40に入力される。
On the other hand, in the
推定エッジサーバ40は、これら入力されたデータを記憶部に記憶すると共に、これらのデータのうち、少なくとも溶接温度データ5Aを含むデータから、第2潜在変数算出部41において潜在変数算出情報6に基づき潜在変数の予測・推定用データを算出する。また、推定エッジサーバ40は、溶接強度推定部42において第2潜在変数算出部41により算出された潜在変数の予測・推定用データと、溶接条件データ4Aとから、溶接強度推定モデル7Aに基づいて、溶接強度の推定値8Aを算出する。算出された潜在変数の予測・推定用データと溶接強度の推定値8Aは記憶部に記憶されると共に、溶接強度の推定値8Aは、表示、印刷等適宜利用可能な形態で推定エッジサーバ40から出力され得る。
The estimated
第6実施形態の推定システム100Eでは、溶接強度データ1Aの補助変数の教師データである溶接温度データ3Aに基づき潜在変数の教師データを算出した上で、潜在変数の教師データを用いた溶接強度推定モデル7Aが作成される。また、潜在変数の教師データの算出の際に決定された潜在変数算出情報6に基づき、補助変数の予測・推定用データである溶接温度データ5Aから潜在変数の予測・推定用データを算出した上で、説明変数の予測・推定用データである溶接条件データ4Aと潜在変数の予測・推定用データとから溶接強度推定モデル7Aに基づいて、溶接強度の推定値8Aが算出される。
In the
従って、第6実施形態の推定システム100Eによれば、レーザ溶接の溶接条件に関するデータと溶接時の温度に関するデータから、非破壊で推定対象(被加工物の溶接部)の溶接強度を推定することが可能となる。一般的にレーザ溶接においては、同一の溶接条件でレーザ溶接を施した場合であっても、被加工物の材質、溶接環境のばらつき等の要因によって溶接強度は変化するので、製品を破壊しなければ溶接強度を測定することはできないという問題がある。しかし、第6実施形態の推定システム100Eは、より多くのデータを利用した予測・推定精度の向上及び相関による予測・推定精度の悪化の回避を図ることができる構成を採用するため、この問題を解決することができると共に、第1~第5実施形態と同様の作用効果を奏することが可能となる。
Therefore, according to the
なお、第6実施形態の推定システム100Eは、レーザ溶接の溶接強度の推定を目的としているが、これに限定されず、例えばスパッタやポロシティ等の溶接品質に関する各種の物理現象の予測・推定を行うことも可能である。この場合、目的変数をレーザ溶接の溶接品質とすれば良い。また、補助変数として、溶接温度データ3A,5Aを例にして説明したが、補助変数はこれに限定されるものではなく、溶接時の音、光、色等の溶接時に観測される物理量、或いは溶接後の溶接部の溶接幅、色、スパッタの個数等の溶接後に観測される物理量であっても良い。推定システム100Eは、学習サーバ30、推定エッジサーバ40、及び記憶装置50を、例えばそれぞれレーザ溶接機9の設置箇所と同じ現場に集中して或いは遠隔地に別々に設置可能であるので、レーザ溶接の溶接強度の推定に関して、グローバルな展開をも想定した多種多様な運用が可能となる。
The
[第7実施形態]
図8は、本発明の第7実施形態に係る予測・推定システムが適用される非破壊測定システムの学習装置の基本的構成を示す説明図である。図9は、非破壊測定システムの非破壊試験装置の基本的構成を示す説明図である。図8及び図9に示すように、第7実施形態の非破壊測定システム100Fは、第1~第5実施形態に係る予測・推定システム100~100Dの構成を適用可能な非破壊測定システムとして構成され得る。
[Seventh Embodiment]
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the basic configuration of a learning device of a nondestructive measurement system to which the prediction/estimation system according to the seventh embodiment of the present invention is applied. FIG. 9 is an explanatory diagram showing the basic configuration of a nondestructive testing device of the nondestructive measurement system. As shown in FIGS. 8 and 9, the
非破壊測定システム100Fは、図8に示すような学習装置33と、図9に示すような予測・推定装置43を含む非破壊試験装置49と、を備える。学習装置33は、第1潜在変数算出部34と、予測・推定モデル学習部35と、を備える。非破壊試験装置49の予測・推定装置43は、第2潜在変数算出部44と、予測・推定部45と、を備える。
The
なお、非破壊測定システム100Fにおいて、目的変数は、コンクリートの強度(強度性状データ1B)であり、説明変数は、測定可能なコンクリートの強度の影響要因・条件(影響要因・条件データ2B)であり、補助変数は、強度の測定時の弾性波伝搬特性(弾性波伝搬特性データ3B)である。また、例えば説明変数の予測・推定用データとしては、強度の予測・推定を行うコンクリートにおける影響要因・条件データ4Bが挙げられ、補助変数の予測・推定用データとしては、測定装置(音響センサ18)で取得されたデータに基づく弾性波伝搬特性データ5Bが挙げられる。強度性状データ1B、強度の影響要因・条件データ2B及び弾性波伝搬特性データ3Bは、学習装置33に入力され、強度の影響要因・条件データ4B及び弾性波伝搬特性データ5Bは、非破壊試験装置49の予測・推定装置43に入力される。
In the
強度性状データ1Bは、例えばコンクリートの強度を表すものとして、圧縮強度、引張強度、曲げ強度、せん断強度、支圧強度、付着強度、疲労強度等を含み得るが、本実施形態ではコンクリートの圧縮強度F(N/mm2)を表す。強度の影響要因・条件データ2Bは、例えばコンクリートの材料であるセメント種別、セメント水比、セメント添加剤、材齢、コンクリートの打設時から強度測定時までの温度及び湿度等の各種情報を含むが、これらに限定されるものではない。
The
弾性波伝搬特性データ3Bは、弾性波伝搬速度、弾性波反射特性等を表すが、これらに限定されるものではなく、非破壊測定システム100Fにおける非破壊測定で得られる特性データであれば、種々のものが適用可能である。強度の影響要因・条件データ4Bは、強度を予測・推定するコンクリートの強度の影響要因・条件に関するデータであり、学習装置33に入力される強度の影響要因・条件データ2Bと同様に構成される。弾性波伝搬特性データ5Bは、音響センサ18で検出された音響データから導出された弾性波伝搬特性を表し、学習装置33に入力される弾性波伝搬特性データ3Bと同様に構成される。なお、音響センサ18は上述したセンサ212に含まれる。
The elastic wave propagation characteristic data 3B represents the elastic wave propagation velocity, the elastic wave reflection characteristic, etc., but is not limited to these. are applicable. The strength influence factor/
[非破壊測定システムの動作]
強度性状データ1B、強度の影響要因・条件データ2B及び弾性波伝搬特性データ3Bは、それぞれ目的変数、説明変数及び補助変数の教師データとして学習装置33に入力される。学習装置33は、これら入力されたデータのうち、少なくとも強度の影響要因・条件データ2B及び弾性波伝搬特性データ3Bを含むデータに基づき第1潜在変数算出部34において潜在変数の教師データを算出する。また、学習装置33は、予測・推定モデル学習部35において強度性状データ1Bと、強度の影響要因・条件データ2Bと、第1潜在変数算出部34により算出された潜在変数の教師データと、を入力し、例えば機械学習を行って、コンクリート強度の予測・推定モデル7を作成する。学習装置33は、潜在変数の教師データの算出に際して決定された潜在変数算出情報6及びコンクリート強度の予測・推定モデル7を、外部に出力する。
[Operation of non-destructive measurement system]
The
一方、非破壊試験装置49には、学習装置33から出力された潜在変数算出情報6及び予測・推定モデル7が備えられる。なお、これら潜在変数算出情報6及び予測・推定モデル7は、非破壊試験装置49が有する記憶媒体又は非破壊試験装置49に着脱自在な可搬性の記憶媒体に記憶されたり、インターネット等の情報伝達媒体から取得されたりして、非破壊試験装置49に備えられる。
On the other hand, the
また、非破壊試験装置49には、音響センサ18により検出されたコンクリート打撃時の音響データが入力され、この音響データに基づき導出された弾性波伝搬特性データ5Bが備えられる。そして、非破壊試験装置49の予測・推定装置43には、潜在変数算出情報6、予測・推定モデル7、及び弾性波伝搬特性データ5Bと共に、強度の影響要因・条件データ4Bが入力される。
The
予測・推定装置43は、これら入力されたデータのうち、少なくとも強度の影響要因・条件データ4B及び弾性波伝搬特性データ5Bを含むデータから、第2潜在変数算出部44において潜在変数算出情報6に基づき潜在変数の予測・推定用データを算出する。また、予測・推定装置43は、予測・推定部45において第2潜在変数算出部44により算出された潜在変数の予測・推定用データと、強度の影響要因・条件データ4Bと、弾性波伝搬特性データ5Bとから、コンクリート強度の予測・推定モデル7に基づいて、コンクリート強度の予測・推定値8を算出する。算出された予測・推定値8は、表示、印刷等適宜利用可能な形態で非破壊試験装置49から出力され得る。
The prediction/
第7実施形態の非破壊測定システム100Fでは、強度性状データ1Bの補助変数の教師データである弾性波伝搬特性データ3B及び説明変数の教師データである強度の影響要因・条件データ2Bに基づき潜在変数の教師データを算出した上で、潜在変数の教師データを用いたコンクリート強度の予測・推定モデル7が作成される。また、潜在変数の教師データの算出の際に決定された潜在変数算出情報6に基づき、補助変数の予測・推定用データである弾性波伝搬特性データ5B及び説明変数の予測・推定用データである強度の影響要因・条件データ4Bから潜在変数の予測・推定用データを算出した上で、強度の影響要因・条件データ4B、弾性波伝搬特性データ5B、及び潜在変数の予測・推定用データからコンクリート強度の予測・推定モデル7に基づいて、コンクリート強度の予測・推定値8が算出される。
In the
従って、第7実施形態の非破壊測定システム100Fによれば、打設時の要因等を表すコンクリートの強度の影響要因・条件に関するデータと弾性波法を用いた非破壊試験における弾性波伝搬特性に関するデータから、非破壊で推定対象(コンクリート)の強度を予測・推定することが可能となる。このため、より多くのデータを利用した予測・推定精度の向上及び相関による予測・推定精度の悪化の回避を図ることができ、第1~第5実施形態と同様の作用効果を奏することが可能となる。なお、補助変数として弾性波伝搬特性データ3B,5B以外のデータを利用する場合は、音響センサ18に代わり補助変数に応じた種々のセンサ等を利用して、補助変数を得るように構成しても良い。
Therefore, according to the
[第8実施形態]
図10は、本発明の第8実施形態に係る予測・推定システムが適用されたレーザ切断装置の切断品質の品質判定予測システムの基本的構成を示す説明図である。図10に示すように、第8実施形態の品質判定予測システム100Gは、第1~第5実施形態に係る予測・推定システム100~100Dの構成を適用可能な品質判定予測システムとして構成され得る。
[Eighth Embodiment]
FIG. 10 is an explanatory diagram showing the basic configuration of a quality judgment/prediction system for cutting quality of a laser cutting apparatus to which the prediction/estimation system according to the eighth embodiment of the present invention is applied. As shown in FIG. 10, the quality
品質判定予測システム100Gは、学習装置36と、レーザ切断装置60と、を備える。学習装置36は、第1潜在変数算出部37と、品質判定予測モデル学習部38と、を備える。レーザ切断装置60は、品質判定予測装置46と、データ格納・転送装置61と、を備える。品質判定予測装置46は、第2潜在変数算出部47と、品質判定予測部48と、を備える。
The quality
なお、品質判定予測システム100Gにおいて、目的変数は、レーザ切断装置60によるレーザ切断の品質判定結果(品質判定結果データ1C)であり、説明変数は、レーザ切断の切断条件(切断条件データ2C)であり、補助変数は、レーザ切断に関する測定可能な物理量(発光強度データ3C)である。また、例えば説明変数の予測・推定用データとしては、レーザ切断装置60に設定される切断条件データ4Cが挙げられ、補助変数の予測・推定用データとしては、レーザ切断装置60で観測される物理量(発光強度データ5C)が挙げられる。
In the quality
ここで、レーザ切断装置60の切断品質の品質判定59とは、例えばレーザ切断装置60によって切断された被加工物の切断面の物理的状態、すなわち例えば表面粗さ、ドロスの付着状況、ガウジング(切断不良)の発生状況等が、その被加工物を使用する上で実用に耐え得るものであるか否かを、装置により自動的に又は人的に判定することである。なお、ドロスとは、切断した材料の下面に溶融付着した金属や酸化物等が堆積したものを意味し、スラグと同義である。また、レーザ切断におけるガウジングとは、例えばレーザ切断の途中にレーザ光が貫通せずに溶融した金属が材料表面に噴出して外観上も汚くなった状態のことを意味する。
Here, the
品質判定結果データ1Cは、上記のような品質判定59の結果として、例えば、「最適」、「優良」、「良」、「可」、「不可」のような離散的なカテゴリー情報として与えられても良いし、0~100までの数値的な情報で与えられても良く、判定されたレーザ切断の品質を表す。切断条件データ2Cは、例えばレーザ切断を行う被加工物の材質及び/又は製品名、レーザ出力値、レーザ照射時間、切断速度等の各種情報を含んで構成され得るもので、レーザ切断に際してレーザ切断装置60に設定する切断条件を表す。また、切断条件データ2Cは、レーザ切断時の気温及び湿度等の環境条件の各種情報を含んでも良いが、切断条件データ2Cにおける各種情報は、これらに限定されるものではない。
The quality
発光強度データ3Cは、例えばレーザ切断に先立って行われるピアス加工時の発光強度を表す。ただし、補助変数の教師データは、発光強度に限られず、例えばピアス加工時の音或いは発光スペクトル等、レーザ切断に伴って測定され得る物理量データであれば良い。切断条件データ4Cは、例えばタッチパネル211を介してユーザにより行われた切断条件の操作入力に伴い設定された切断条件に関するデータであり、切断条件データ2Cと同様に構成される。発光強度データ5Cは、レーザ切断装置60に備えられた光センサ19で検出された実際のピアス加工時に検出された発光強度を表す。なお、光センサ19は上述したセンサ212に含まれる。
The
[品質判定予測システムの動作]
品質判定結果データ1C、切断条件データ2C及び発光強度データ3Cのうち、少なくとも切断条件データ2C及び発光強度データ3Cは、それぞれ説明変数及び補助変数の教師データとして学習装置36に入力される。品質判定結果データ1Cは、目的変数の教師データとして学習装置36に入力可能である。学習装置36は、これら入力されたデータのうち、少なくとも切断条件データ2C及び発光強度データ3Cを含むデータに基づき第1潜在変数算出部37において潜在変数の教師データを算出する。また、学習装置36は、品質判定予測モデル学習部38において品質判定結果データ1Cと、切断条件データ2Cと、第1潜在変数算出部37により算出された潜在変数の教師データと、を入力し、例えば機械学習を行って、レーザ切断の切断品質の品質判定予測モデル7Bを作成する。学習装置36は、潜在変数の教師データの算出に際して決定された潜在変数算出情報6及び品質判定予測モデル7Bを、レーザ切断装置60に出力する。
[Operation of quality judgment prediction system]
Of the quality
レーザ切断装置60には、学習装置36から出力された潜在変数算出情報6及び品質判定予測モデル7Bが備えられる。なお、これら潜在変数算出情報6及び品質判定予測モデル7Bは、レーザ切断装置60が有する記憶媒体又はレーザ切断装置60に着脱自在な可搬性の記憶媒体に記憶されたり、インターネット等の情報伝達媒体から取得されたりして、レーザ切断装置60に備えられる。
The
また、レーザ切断装置60のデータ格納・転送装置61には、光センサ19により検出されたピアス加工時の発光強度データ5C及びタッチパネル211により操作入力された切断条件データ4Cが入力され、一旦格納されている。そして、レーザ切断装置60の品質判定予測装置46には、データ格納・転送装置61に格納された切断条件データ4C及び発光強度データ5Cと共に、潜在変数算出情報6及び品質判定予測モデル7Bが入力される。
Further, the data storage/
品質判定予測装置46は、これら入力されたデータのうち、少なくとも切断条件データ4C及び発光強度データ5Cから、第2潜在変数算出部47において潜在変数算出情報6に基づき潜在変数の予測・推定用データを算出する。また、品質判定予測装置46は、品質判定予測部48において第2潜在変数算出部47により算出された潜在変数の予測・推定用データと、切断条件データ4Cと、発光強度データ5Cとから、品質判定予測モデル7Bに基づいて、切断品質の品質判定予測を行い、品質判定予測値8Bを算出する。算出された品質判定予測値8Bは、表示、印刷等適宜利用可能な形態でレーザ切断装置60から出力され得る。なお、レーザ切断装置60は、実際の切断結果58に関する各種情報を出力し得るので、上述した品質判定59は、この切断結果58に関する各種情報に基づき行われ、品質判定結果データ1Cが作成される。
The quality
また、学習装置36は、潜在変数の教師データの算出及び品質判定予測モデル7Bの作成に際し、データ格納・転送装置61に格納された切断条件データ4C及び発光強度データ5Cを、説明変数及び補助変数の教師データとして切断条件データ2C及び発光強度データ3Cに追加して用いるようにしても良い。このようにすれば、より多くのデータを利用して予測・推定の精度向上に寄与することができる。さらに、学習装置36は、品質判定結果データ1Cを目的変数の教師データとして追加で利用することもできるので、この場合は、更に予測・推定の精度向上を図ることが可能となる。
Further, the
第8実施形態の品質判定予測システム100Gでは、品質判定結果データ1Cの補助変数の教師データである発光強度データ3C(5C)及び説明変数の教師データである切断条件データ2C(4C)に基づき潜在変数の教師データを算出した上で、潜在変数の教師データを用いた切断品質の品質判定予測モデル7Bが作成される。また、潜在変数の教師データの算出の際に決定された潜在変数算出情報6に基づき、補助変数の予測・推定用データである発光強度データ5C及び説明変数の予測・推定用データである切断条件データ4Cから潜在変数の予測・推定用データを算出した上で、切断条件データ4C、発光強度データ5C、及び潜在変数の予測・推定用データから品質判定予測モデル7Bに基づいて、切断品質の品質判定予測値8Bが算出される。
In the quality
従って、第8実施形態の品質判定予測システム100Gによれば、レーザ切断の切断条件に関するデータと切断時の発光強度に関するデータから、レーザ切断前に品質予測対象(被加工物の被切断部)の切断品質を予測することが可能となる。一般的にレーザ切断においては、同一の切断条件でレーザ切断を施した場合であっても、被加工物の材質、切断環境のばらつき等の要因によって切断品質は変化するので、実際にレーザ切断を行わなければ切断品質を判定することはできないという問題がある。しかし、第8実施形態の品質判定予測システム100Gは、より多くのデータを利用した品質判定予測精度の向上及び相関による品質判定予測精度の悪化の回避を図ることができる構成を採用するため、レーザ切断前に切断品質の予測を行ってこの問題を解決することができると共に、第1~第5実施形態と同様の作用効果を奏することが可能となる。
Therefore, according to the quality
なお、第8実施形態の品質判定予測システム100Gにおいては、学習装置36がレーザ切断装置60に組み込まれた態様であっても良く、品質判定予測装置46がレーザ切断装置60とは別体の装置(例えば、エッジサーバ等)として独立したものであっても良い。学習装置36及び品質判定予測装置46における機械学習及び品質判定予測に際しては、アルゴリズムとしては、上述したような回帰分析(RA)、主成分分析(PCA)、特異値分解(SVD)、線形判別分析(LDA)、独立成分分析(ICA)、ガウス過程潜在変数モデル(GPLVM)の他に、ロジスティクス回帰(Logistic Regression:LR)、サポートベクターマシン(Support Vector Machine:SVM)、判別分析(Discriminant Analysis:DA)、ランダムフォレスト(Random Forest:RF)、ランキングSVM(Ranking Support Vector Machine:RSVM)、勾配ブースティング(Gradient Boosting:GB)、ナイーブベイズ(Naive Bayes:NB)、K近接法(K-Nearest Neighbor Algorithm:K-NN)等の各種のアルゴリズムを利用することができる。
In the quality
[他の実施形態]
上述した第1実施形態において、学習装置10及び予測・推定装置20における予測・推定モデル7の学習方法及び予測・推定値8の予測・推定方法は、これらの方法を実行するプログラム及び/又はこのプログラムを記憶したコンピュータに読み取り可能な記憶媒体として実現され得る。また、学習方法及び予測・推定方法は、これらの方法を実行する電子回路、その他物理媒体を利用した論理回路等、各種のハードウェア資源を用いて実現されても良く、これらプログラム等、電子回路及び/又は論理回路等のハードウェア資源を備える装置として実現されていても良い。また、学習方法及び予測・推定方法は、1つのシステムとして実行するプログラム等を記憶した記憶媒体を備える電子計算機及び/又は電子回路、その他論理回路等の各種のハードウェア資源を用いて実現されていても良いし、それぞれが別の記憶媒体を備える1つ以上の電子計算機及び/又は電子回路、その他論理回路等の各種のハードウェア資源を用いて実現されていても良い。また、1つのシステムとして実行される場合は、例えば学習方法がクラウド側で実現され、予測・推定方法がエッジ側で実現されても良く、その逆であっても良い。
[Other embodiments]
In the above-described first embodiment, the learning method of the prediction/
[実施例]
図11は、図5に示した第4実施形態に係る予測・推定システムを実際のレーザ溶接に適用した実施例の補助変数を説明するための溶接温度と経過時間の関係を示すグラフである。図12は、比較例及び実施例における推定値と測定値の関係と、推定値の推定値に対する誤差の度数分布を示すグラフである。
[Example]
FIG. 11 is a graph showing the relationship between welding temperature and elapsed time for explaining auxiliary variables in an example in which the prediction/estimation system according to the fourth embodiment shown in FIG. 5 is applied to actual laser welding. FIG. 12 is a graph showing the relationship between estimated values and measured values and the frequency distribution of errors of estimated values with respect to estimated values in Comparative Example and Example.
実施例のレーザ溶接においては、説明変数を溶接条件(レーザ溶接に用いたレーザの出力強度及び照射時間)とし、目的変数を溶接強度とした。学習装置10においては重回帰分析を用いて予測・推定モデル7を作成することとした。比較例においては上述したような潜在変数を用いていない。
In the laser welding of the example, welding conditions (output intensity and irradiation time of laser used for laser welding) were used as explanatory variables, and welding strength was used as an objective variable. In the
図11に示すように、縦軸にレーザ溶接の溶接点の溶接温度を、横軸にレーザ溶接の経過時間を示したグラフによれば、溶接点の温度は、経過時間T1のレーザ照射開始と同時に急激に上昇を始める。そして、経過時間T1の後のある時点(経過時間T2)において温度上昇が鈍化し、そのまま経過時間T2の後のレーザ照射終了(経過時間T3)と同時に急激に下降し、経過時間T3の後のある時点(経過時間T4)においてレーザ照射開始前の温度に戻る。レーザ溶接の溶接温度は、このような特性を持って推移する。そこで、溶接強度を推定するために用いる補助変数として、温度上昇が鈍化した時点(経過時間T2)での温度TP1及びレーザ照射終了時(経過時間T3)での温度TP2を用いた。 As shown in FIG. 11, according to a graph in which the vertical axis represents the welding temperature at the welding point of the laser welding and the horizontal axis represents the elapsed time of the laser welding, the temperature at the welding point varies from the start of the laser irradiation at the elapsed time T1. At the same time, it begins to rise sharply. Then, at a certain point after the elapsed time T1 (elapsed time T2), the temperature rise slows down, and at the same time the laser irradiation ends after the elapsed time T2 (elapsed time T3), the temperature drops sharply, and after the elapsed time T3 At a certain point (elapsed time T4), the temperature returns to the temperature before the start of laser irradiation. The welding temperature of laser welding changes with such characteristics. Therefore, as auxiliary variables for estimating the welding strength, the temperature TP1 at the time when the temperature rise slows down (elapsed time T2) and the temperature TP2 at the end of laser irradiation (elapsed time T3) are used.
比較例による溶接強度の推定値と実際の溶接強度の測定値は、図12(a)に示すようになった。一方、実施例による溶接強度の推定値と実際の溶接強度の測定値は、図12(b)に示すようになった。図12(a)及び(b)においては、横軸は様々な条件に溶接条件の値を変えたときの溶接強度の測定値を表し、縦軸はその溶接条件に対応する溶接強度の推定値を表している。なお、図12(a)及び(b)では、測定値及び推定値共に最大の溶接強度が1となるように規格化してプロットがされている。 The estimated value of the welding strength and the measured value of the actual welding strength according to the comparative example are shown in FIG. 12(a). On the other hand, the estimated value of the welding strength according to the example and the measured value of the actual welding strength are shown in FIG. 12(b). In FIGS. 12(a) and (b), the horizontal axis represents the measured values of the welding strength when the values of the welding conditions are changed to various conditions, and the vertical axis represents the estimated values of the welding strength corresponding to the welding conditions. represents. In FIGS. 12A and 12B, the plots are normalized so that the maximum welding strength is 1 for both the measured values and the estimated values.
また、比較例による推定値の測定値に対する誤差の度数分布は、図12(c)に示すようになった。一方、実施例による推定値の測定値に対する誤差の度数分布は、図12(d)に示すようになった。図12(c)及び(d)においては、横軸に誤差の範囲を表し、縦軸にその誤差に対応する度数を表している。 Also, the frequency distribution of the errors of the estimated values with respect to the measured values according to the comparative example is shown in FIG. 12(c). On the other hand, the error frequency distribution of the estimated values with respect to the measured values according to the example is shown in FIG. 12(d). In FIGS. 12C and 12D, the horizontal axis represents the error range, and the vertical axis represents the frequency corresponding to the error.
そして、比較例による誤差と実施例による誤差を、平均絶対誤差(MAE:Mean Absolute Error)と平均平方二乗誤差(RMSE:Root Mean Squared Error)で評価した結果は、以下の表1に示すようになった。 Then, the error in the comparative example and the error in the example were evaluated by mean absolute error (MAE) and root mean squared error (RMSE), and the results are shown in Table 1 below. became.
実施例による誤差は、比較例による誤差と比べて、MAE及びRMSEのいずれにおいても小さな値を取った。また、図12(c)及び(d)からも明らかなように、実施例の方が比較例に比べて、推定値が測定値に近づき、誤差の分布の裾(範囲)が狭くなっていることが分かる。従って、実施例の予測・推定システムでは、補助変数も含めたより多くのデータを利用しても予測・推定の精度が改善されていることが証明された。 The errors according to the example took smaller values in both MAE and RMSE than the errors according to the comparative example. Also, as is clear from FIGS. 12(c) and (d), the estimated values are closer to the measured values in the example than in the comparative example, and the tail (range) of the error distribution is narrower. I understand. Therefore, in the prediction/estimation system of the example, it was proved that the accuracy of prediction/estimation was improved even when more data including auxiliary variables were used.
以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be embodied in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
1 目的変数の教師データ
2 説明変数の教師データ
3 補助変数の教師データ
4 説明変数の予測・推定用データ
5 補助変数の予測・推定用データ
6 潜在変数算出情報
7 予測・推定モデル
8 予測・推定値
10 学習装置
11 第1潜在変数算出部
12 予測・推定モデル学習部
13 潜在変数の教師データ
20 予測・推定装置
21 第2潜在変数算出部
22 予測・推定部
23 潜在変数の予測・推定用データ
100 予測・推定システム
1 Objective
Claims (12)
前記目的変数を予測・推定するための前記説明変数の予測・推定用データと、前記目的変数を予測・推定するための前記補助変数の予測・推定用データと、を入力し、前記学習装置で作成された前記予測・推定モデルに基づいて、前記目的変数の予測・推定値を算出する予測・推定装置と、
を備え、
前記学習装置は、
少なくとも前記補助変数の教師データから、潜在変数の教師データを算出し、潜在変数算出情報を出力する第1潜在変数算出部と、
前記目的変数の教師データと、前記説明変数の教師データと、前記第1潜在変数算出部により算出された前記潜在変数の教師データと、を入力し、前記目的変数の予測・推定モデルを作成する予測・推定モデル学習部と、
を含み、
前記予測・推定装置は、
少なくとも前記補助変数の予測・推定用データから、前記潜在変数算出情報に基づいて、潜在変数の予測・推定用データを算出する第2潜在変数算出部と、
前記第2潜在変数算出部により算出された前記潜在変数の予測・推定用データと、前記説明変数の予測・推定用データとから、前記予測・推定モデルに基づいて、前記目的変数の予測・推定値を算出する予測・推定部と、
を含む予測・推定システム。 teacher data of an objective variable, teacher data of an explanatory variable acting on the objective variable, and auxiliary variables other than the objective variable that are correlated with the explanatory variable and observed when the explanatory variable is given. a learning device that inputs teacher data of variables and creates a prediction/estimation model of the objective variable;
input data for prediction/estimation of the explanatory variable for predicting/estimating the objective variable and prediction/estimation data for the auxiliary variable for predicting/estimating the objective variable; a prediction/estimation device that calculates a prediction/estimation value of the objective variable based on the created prediction/estimation model;
with
The learning device
a first latent variable calculation unit that calculates latent variable teacher data from at least the auxiliary variable teacher data and outputs latent variable calculation information;
The teacher data of the objective variable, the teacher data of the explanatory variable, and the teacher data of the latent variable calculated by the first latent variable calculation unit are input to create a prediction/estimation model of the objective variable. a prediction/estimation model learning unit;
including
The prediction/estimation device is
a second latent variable calculation unit that calculates prediction/estimation data of a latent variable based on the latent variable calculation information from at least the prediction/estimation data of the auxiliary variable;
Prediction/estimation of the objective variable based on the prediction/estimation model from the prediction/estimation data of the latent variables calculated by the second latent variable calculation unit and the prediction/estimation data of the explanatory variables a prediction/estimation unit that calculates a value;
Forecasting and estimating systems, including
前記予測・推定装置の前記第2潜在変数算出部は、前記説明変数の予測・推定用データと、前記補助変数の予測・推定用データと、に基づき前記潜在変数の予測・推定用データを算出する
請求項1記載の予測・推定システム。 The first latent variable calculation unit of the learning device calculates teacher data of the latent variables based on teacher data of the explanatory variables and teacher data of the auxiliary variables,
The second latent variable calculation unit of the prediction/estimation device calculates prediction/estimation data of the latent variables based on the prediction/estimation data of the explanatory variables and the prediction/estimation data of the auxiliary variables. The prediction/estimation system according to claim 1.
請求項2記載の予測・推定システム。 The second latent variable calculation unit of the prediction/estimation device further predicts/estimates the latent variables based on the teacher data of the explanatory variables, the teacher data of the auxiliary variables, and the teacher data of the latent variables. The prediction/estimation system according to claim 2, wherein the data for the calculation is calculated.
前記アルゴリズムは、次元削減又は次元圧縮の処理を含む
請求項1~3のいずれか1項記載の予測・推定システム。 The latent variable calculation information includes algorithms, formulas and/or parameters,
The prediction/estimation system according to any one of claims 1 to 3, wherein the algorithm includes dimensionality reduction or dimensionality compression processing.
請求項4記載の予測・推定システム。 The algorithm comprises at least one of regression analysis (RA), principal component analysis (PCA), singular value decomposition (SVD), linear discriminant analysis (LDA), independent component analysis (ICA), and Gaussian process latent variable model (GPLVM). The prediction/estimation system of claim 4, comprising:
前記潜在変数算出情報は、前記回帰モデルのパラメータ及び回帰式と、前記主成分分析の主成分ベクトル及び固有値と、を含み、
前記予測・推定装置の前記第2潜在変数算出部は、前記潜在変数算出情報に基づき前記補助変数の予測・推定用データを前記説明変数の予測・推定用データで回帰分析し回帰モデルを作成する第2回帰分析部と、前記潜在変数算出情報に基づき前記第2回帰分析部による回帰誤差を主成分分析して前記潜在変数の予測・推定用データを算出する第2主成分分析部と、を含む
請求項2記載の予測・推定システム。 The first latent variable calculation unit of the learning device includes a first regression analysis unit that performs regression analysis on the teacher data of the auxiliary variables with the teacher data of the explanatory variables to create a regression model, and regression by the first regression analysis unit. a first principal component analysis unit that performs principal component analysis on the regression error of the analysis to calculate teacher data for the latent variable;
The latent variable calculation information includes parameters and regression equations of the regression model and principal component vectors and eigenvalues of the principal component analysis,
The second latent variable calculation unit of the prediction/estimation device performs regression analysis on the prediction/estimation data of the auxiliary variables with the prediction/estimation data of the explanatory variables to create a regression model based on the latent variable calculation information. a second regression analysis unit, and a second principal component analysis unit for calculating prediction/estimation data of the latent variables by performing principal component analysis on the regression error by the second regression analysis unit based on the latent variable calculation information. The prediction/estimation system according to claim 2.
前記潜在変数算出情報は、前記ガウス過程潜在変数モデル(GPLVM)のハイパーパラメータを含み、
前記学習装置の前記予測・推定モデル学習部は、ガウス過程回帰(GPR)により前記目的変数の予測・推定モデルを作成し、
前記予測・推定装置の前記第2潜在変数算出部は、前記ガウス過程潜在変数モデル(GPLVM)により前記潜在変数の予測・推定用データを算出し、
前記予測・推定装置の前記予測・推定部は、前記ガウス過程回帰(GPR)により前記目的変数の予測・推定値を算出する
請求項2記載の予測・推定システム。 The first latent variable calculation unit of the learning device calculates teacher data of the latent variables by a Gaussian process latent variable model (GPLVM),
The latent variable calculation information includes hyperparameters of the Gaussian process latent variable model (GPLVM),
The prediction/estimation model learning unit of the learning device creates a prediction/estimation model of the objective variable by Gaussian process regression (GPR),
The second latent variable calculation unit of the prediction/estimation device calculates data for prediction/estimation of the latent variable by the Gaussian process latent variable model (GPLVM),
The prediction/estimation system according to claim 2, wherein the prediction/estimation unit of the prediction/estimation device calculates the prediction/estimation value of the objective variable by the Gaussian process regression (GPR).
前記説明変数は、前記レーザ溶接の溶接条件であり、
前記補助変数は、前記レーザ溶接に関してレーザ溶接時又は溶接後に観測可能な物理量である
請求項1~7のいずれか1項記載の予測・推定システム。 The objective variable is the welding strength or welding quality of laser welding by a laser welder,
The explanatory variable is a welding condition of the laser welding,
The prediction/estimation system according to any one of claims 1 to 7, wherein the auxiliary variable is a physical quantity observable during or after laser welding with respect to the laser welding.
前記説明変数は、測定可能な前記コンクリートの強度の影響要因・条件であり、
前記補助変数は、前記強度の測定時の弾性波伝搬特性である
請求項1~7のいずれか1項記載の予測・推定システム。 The objective variable is the strength of concrete,
The explanatory variable is a measurable factor/condition affecting the strength of the concrete,
The prediction/estimation system according to any one of claims 1 to 7, wherein the auxiliary variable is elastic wave propagation characteristics when measuring the intensity.
前記説明変数は、前記レーザ切断の切断条件であり、
前記補助変数は、前記レーザ切断に関する測定可能な物理量である、
請求項1~7のいずれか1項記載の予測・推定システム。 The objective variable is a quality judgment result of laser cutting by a laser cutting device,
The explanatory variable is a cutting condition for the laser cutting,
the auxiliary variable is a measurable physical quantity related to the laser cutting;
The prediction/estimation system according to any one of claims 1 to 7.
少なくとも前記補助変数の教師データから、潜在変数の教師データを算出し、潜在変数算出情報を出力する潜在変数算出部と、
前記目的変数の教師データと、前記説明変数の教師データと、前記潜在変数算出部により算出された前記潜在変数の教師データと、を入力し、前記目的変数の予測・推定モデルを作成する予測・推定モデル学習部と、
を備えた学習装置。 teacher data of an objective variable, teacher data of an explanatory variable acting on the objective variable, and auxiliary variables other than the objective variable that are correlated with the explanatory variable and observed when the explanatory variable is given. Enter the variable teacher data and
a latent variable calculation unit that calculates latent variable teacher data from at least the auxiliary variable teacher data and outputs latent variable calculation information;
A prediction/estimation model for creating a prediction/estimation model for the objective variable by inputting the teacher data for the objective variable, the teacher data for the explanatory variable, and the teacher data for the latent variable calculated by the latent variable calculator. an estimation model learning unit;
A learning device with
少なくとも前記補助変数の予測・推定用データから、前記潜在変数算出情報に基づいて、前記潜在変数の予測・推定用データを算出する潜在変数算出部と、
前記潜在変数算出部により算出された前記潜在変数の予測・推定用データと、前記説明変数の予測・推定用データとから、前記予測・推定モデルに基づいて、前記目的変数の予測・推定値を算出する予測・推定部と、
を備えた予測・推定装置。 teacher data of an objective variable, teacher data of an explanatory variable acting on the objective variable, and auxiliary variables other than the objective variable that are correlated with the explanatory variable and observed when the explanatory variable is given. Predicted/estimated value of the objective variable based on the predictive/estimated model of the objective variable learned in advance using the latent variable tutored data calculated based on the latent variable calculation information from the variable tutor data A prediction/estimation device that calculates
a latent variable calculation unit that calculates prediction/estimation data of the latent variable based on the latent variable calculation information from at least the prediction/estimation data of the auxiliary variable;
Based on the prediction/estimation model, the prediction/estimation value of the objective variable is calculated from the prediction/estimation data of the latent variable calculated by the latent variable calculation unit and the prediction/estimation data of the explanatory variable. a prediction/estimation unit that calculates;
Prediction/estimation device with
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