JP2024000012A - Teacher data creation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は連続鋳造装置のブレークアウトを教師あり学習で予知するための教師データを作成する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for creating training data for predicting breakouts in continuous casting equipment using supervised learning.
連続鋳造装置でブレークアウトが生じると鋳造不能となりその復旧にも多くの費用を要するため、従来からブレークアウトの予知方法が考案されており、例えば特許文献1に記載の方法(従来方法)等が提案されている。 If a breakout occurs in a continuous casting machine, casting becomes impossible and recovery from the breakout requires a lot of money. Therefore, methods for predicting breakouts have been devised in the past, such as the method described in Patent Document 1 (conventional method). Proposed.
上記従来方法では、連続鋳造装置のモールドに多数の熱電対を埋め込んで、ブレークアウトが発生した時と発生していない時の温度推移データを収集し、これら温度推移データによって、ニューラルネットワークで実現された温度変化パターン検出ネットワークとブレークアウト検知ネットワークを学習させておき、上記温度変化パターン検出ネットワークの出力と、熱電対の出力信号を処理したピーク信号とを上記ブレークアウト検知ネットワークの入力にして、ブレークアウトの予知を行なっている。 In the conventional method described above, a large number of thermocouples are embedded in the mold of a continuous casting machine to collect temperature transition data when breakout occurs and when breakout does not occur. A temperature change pattern detection network and a breakout detection network are trained, and the output of the temperature change pattern detection network and the peak signal obtained by processing the thermocouple output signal are input to the breakout detection network to detect a breakout detection network. We are predicting outs.
しかし、上記従来方法では未だブレークアウト予知の精度が十分でないため、不要に鋳込速度が低下させられることによる生産効率の悪化が問題となっている。 However, since the conventional method described above still does not have sufficient accuracy in predicting breakout, there is a problem of deterioration of production efficiency due to unnecessary reduction of casting speed.
そこで、精度の高いブレークアウトの予知を行って生産効率の向上を図るためにAI(人工知能)の教師あり学習によってブレークアウトの予知をより正確に行うことが考えられるが、AIの教師あり学習を良好に機能させるためには正確かつ多量の教師データを準備して学習させる必要があり、教師データの準備に多大の工数を要するという問題があった。 Therefore, in order to predict breakouts with high accuracy and improve production efficiency, it is possible to use supervised learning of AI (artificial intelligence) to predict breakouts more accurately. In order to function well, it is necessary to prepare a large amount of accurate training data for learning, and there is a problem in that preparing the training data requires a large amount of man-hours.
本発明はこのような課題を解決するもので、連続鋳造装置のブレークアウトを教師あり学習で予知するための正確かつ多量の教師データを自動生成することが可能な教師データ作成方法を提供することを目的とする。 The present invention solves these problems and provides a method for creating training data that can automatically generate accurate and large amounts of training data for predicting breakouts in continuous casting equipment using supervised learning. With the goal.
上記目的を達成するために、本第1発明は、連続鋳造装置のブレークアウトを教師あり学習で予知するための教師データを作成する方法であって、前記連続鋳造装置のモールド(3)に設置された温度検出手段(4)で検出される時系列温度データに対し、タンディッシュ(2)に設けた湯面レベル検出手段で検出される時系列湯面レベルデータを微分して前記時系列温度データのデータ型を判定するとともに、鋳込み速度検出手段で検出される時系列鋳込み速度データを微分して前記データ型の「定常部」の始点及び/又は終点を判定し、さらに既設ブレークアウト検知装置によって前記鋳込み速度データが所定値へ低下させられる領域をブレークアウト部と判定して、前記時系列温度データをラベリングすることにより、前記教師データを作成する。 In order to achieve the above object, the first invention provides a method for creating training data for predicting a breakout in a continuous casting device by supervised learning, the method comprising: The time-series temperature data detected by the temperature detection means (4) is differentiated from the time-series temperature data detected by the hot water level detection means provided in the tundish (2), and the time-series temperature is determined by differentiating the time-series temperature data detected by the temperature detection means (4). In addition to determining the data type of the data, the time-series casting speed data detected by the casting speed detection means is differentiated to determine the starting point and/or end point of the "steady part" of the data type, and the existing breakout detection device The area where the casting speed data is reduced to a predetermined value is determined to be a breakout portion, and the time-series temperature data is labeled, thereby creating the teacher data.
本第2発明では、通常操業時の前記教師データのラベリングは、「定常部」「立上り部+定常部」「定常部+立下り部」「立上り部+定常部+立下り部」の四種であり、ブレークアウト予知時の前記教師データのラベリングは、「定常部+ブレークアウト部」「立上り部+定常部+ブレークアウト部」の二種である。 In the second invention, there are four types of labeling of the teacher data during normal operation: "steady part", "rising part + steady part", "steady part + falling part", "rising part + steady part + falling part". The labeling of the teacher data at the time of breakout prediction is of two types: "steady part + breakout part" and "rising part + steady part + breakout part".
上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を参考的に示すものである。 The above reference numerals in parentheses indicate for reference the correspondence with specific means described in the embodiments to be described later.
本発明の教師データ作成方法によれば、連続鋳造装置のブレークアウトを教師あり学習で予知するための正確かつ多量の教師データを自動生成することができる。 According to the teaching data creation method of the present invention, it is possible to automatically generate a large amount of accurate teaching data for predicting a breakout of a continuous casting machine by supervised learning.
なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。 Note that the embodiments described below are merely examples, and various design improvements made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention are also included within the scope of the present invention.
図1にはブレークアウト(BO)予知の対象となる連続鋳造装置の概略を示す。図1において、取鍋1から溶鋼Smがタンディッシュ2に供給され、タンディッシュ2からモールド3を経て、未凝固の溶鋼Smが薄い凝固シェルで包まれた状態の鋳片Stが、多数のサポートロール31間に引き出される。 FIG. 1 schematically shows a continuous casting apparatus that is the target of breakout (BO) prediction. In Fig. 1, molten steel Sm is supplied from a ladle 1 to a tundish 2, and from the tundish 2 passes through a mold 3, a slab St in which unsolidified molten steel Sm is wrapped in a thin solidified shell is formed on a large number of supports. It is pulled out between rolls 31.
このような連続鋳造装置において、上述したようにモールド3内での凝固シェルの拘束や破断によるBOを予知して鋳込速度を低下させることによりBOの発生を未然に防止しているが、予知の精度が低いと頻繁に鋳込速度が低下させられることになって生産効率が悪化する。 In such a continuous casting apparatus, as described above, the generation of BO is prevented by predicting BO due to restraint or breakage of the solidified shell in the mold 3 and reducing the casting speed. If the accuracy is low, the casting speed will be lowered frequently and production efficiency will deteriorate.
このためBO予知の精度向上が求められており、AIの教師あり学習によって予知精度を向上させることが考えられる。教師あり学習を良好に行うためには正確かつ多量の教師データが必要であり、以下、このような教師データを自動生成することが可能な本発明方法を具体的に説明する。 For this reason, there is a need to improve the accuracy of BO prediction, and it is possible to improve the prediction accuracy through supervised learning of AI. In order to successfully perform supervised learning, accurate and large amounts of teaching data are required.Hereinafter, a method of the present invention that can automatically generate such teaching data will be specifically described.
図2にはモールド3の概観を示す。図2において、四角容器状のモールド3の側壁外周には温度検出手段たる多数の熱電対4が設置されて、モールド3の全周に亘って鋳込み方向(図中矢印)の温度変化が測定されている。これら熱電対4の温度信号が、例えば上記従来方法を使用した予知システムに入力して、BOが予知された時には鋳込速度が低下させられるようになっている。 FIG. 2 shows an overview of the mold 3. In FIG. 2, a large number of thermocouples 4 serving as temperature detection means are installed on the outer periphery of the side wall of a square container-shaped mold 3, and temperature changes in the casting direction (arrow in the figure) are measured over the entire circumference of the mold 3. ing. The temperature signals from these thermocouples 4 are input to a prediction system using, for example, the above conventional method, so that when BO is predicted, the casting speed is reduced.
モールド3の側壁外周の四面の各熱電対4の配置は実際には図3に示すようになっており、本実施形態では全部で28個の熱電対4が設けられている。熱電対4の温度信号は上述したように従来方法を使用した予知システムに入力するとともに、以下に説明する本発明方法を実施するためのコンピュータ5にも入力している。コンピュータ5には28個の各熱電対4からのモールド温度信号4aが入力する以外に、モールド3内の溶鋼の高さを検出した湯面レベル計からの湯面レベル信号5aと、ピンチロールの回転速度から算出された鋳込速度信号5bがそれぞれ入力し、これら各信号4a,5a,5bはデジタルデータに変換されて後述のようにコンピュータ5内で処理される。 The arrangement of the thermocouples 4 on the four sides of the outer periphery of the side wall of the mold 3 is actually as shown in FIG. 3, and in this embodiment, a total of 28 thermocouples 4 are provided. The temperature signal of the thermocouple 4 is input to a prediction system using the conventional method as described above, and is also input to a computer 5 for implementing the method of the present invention described below. In addition to inputting mold temperature signals 4a from each of the 28 thermocouples 4, the computer 5 also receives a molten metal level signal 5a from a molten metal level meter that detects the height of molten steel in the mold 3, and a molten metal level signal 5a from a pinch roll. A casting speed signal 5b calculated from the rotational speed is input, and each of these signals 4a, 5a, 5b is converted into digital data and processed in the computer 5 as described later.
図4(1)~(4)には、正常操業時のモールド温度(実際には各熱電対の検出温度毎に色分けされている)、湯面レベル、鋳込み速度の経時変化の四つの例を示し、図5(1)~(4)には、既設の予知システムでBOが予知された場合のモールド温度(実際には各熱電対の検出温度毎に色分けされている)、湯面レベル、鋳込み速度の経時変化の四つの例を示す。 Figures 4 (1) to (4) show four examples of changes over time in mold temperature (actually color-coded according to the temperature detected by each thermocouple), molten metal level, and pouring speed during normal operation. Figures 5 (1) to (4) show the mold temperature (actually color-coded according to the temperature detected by each thermocouple), the hot water level, and the temperature when BO is predicted by the existing prediction system. Four examples of changes in pouring speed over time are shown.
図4、図5より明らかなように、湯面レベルデータは、モールド温度データの立ち上り部と立ち下り部に対応して大きな値を示し(図4、図5の矢印)、これによってモールド温度データの四種のデータ型「定常部」「立上り部+定常部」「定常部+立下り部」「立上り部+定常部+立下り部」が判定できる。鋳込速度データの変化態様が急変する境界(図4、図5の矢印)はモールド温度データのデータ型中の「定常部」の始点及び/又は終点に対応している。また、既設の予知システムでBOが予知されると鋳込み速度データは所定値又は0へ急落させられ(図5の矢印)、このBO予知点は「定常部」の終点となる。 As is clear from Figs. 4 and 5, the hot water level data shows large values corresponding to the rising and falling parts of the mold temperature data (arrows in Figs. 4 and 5). Four types of data types can be determined: ``steady part,'' ``rising part + steady part,'' ``steady part + falling part,'' and ``rising part + steady part + falling part.'' The boundaries (arrows in FIGS. 4 and 5) where the change mode of the casting speed data suddenly changes correspond to the start and/or end points of the "steady part" in the data type of the mold temperature data. Further, when BO is predicted by the existing prediction system, the casting speed data is suddenly dropped to a predetermined value or 0 (arrow in FIG. 5), and this BO prediction point becomes the end point of the "steady part".
このような知見に基づいて、コンピュータ5内では以下に示す手順で教師あり学習用の、ラベリングされた教師データが作成される。コンピュータ5内での教師データの作成手順を図6に示す。図6のステップ101では、油面レベルデータを微分してモールド温度データの上述したデータ型を判定する。ステップ102では鋳込速度データに平滑化処理を加えてノイズを除去し、ステップ103で鋳込み速度データを微分してその傾きが急変する境界を、モールド温度データのデータ型中の「定常部」の始点及び/又は終点と判定する。ステップ104では、モールド温度データが正常操業時のものかBO予知時のものかによって以下のステップに分岐する。 Based on such knowledge, labeled teacher data for supervised learning is created in the computer 5 according to the following procedure. The procedure for creating teacher data within the computer 5 is shown in FIG. In step 101 of FIG. 6, the oil level data is differentiated to determine the above-mentioned data type of the mold temperature data. In step 102, smoothing processing is applied to the casting speed data to remove noise, and in step 103, the casting speed data is differentiated to find the boundary where the slope suddenly changes, which is the "steady part" in the data type of mold temperature data. Determine the start point and/or end point. In step 104, the process branches to the following steps depending on whether the mold temperature data is from normal operation or from BO prediction.
モールド温度データが正常操業時のものであれば、ステップ101とステップ103でそれぞれ判定されたデータ型と始点及び/又は終点位置とからラベリングされた教師データを生成する(ステップ105)。この場合の教師データのラベリングは、「定常部」「立上り部+定常部」「定常部+立下り部」「立上り部+定常部+立下り部」の四種である。 If the mold temperature data is during normal operation, labeled teacher data is generated from the data type and the start point and/or end point position determined in step 101 and step 103, respectively (step 105). In this case, the teacher data is labeled in four types: "steady part," "rising part + steady part," "steady part + falling part," and "rising part + steady part + falling part."
モールド温度データがBO予知時のものであれば、ステップ106で鋳込み速度データが急落する時点以降をBO部とし、続くステップ107で、ステップ101とステップ103でそれぞれ判定されるデータ型と始点及び/又は終点位置と、これらに加えてBO部とでラベリングされた教師データを生成する(ステップ107)。このステップ107では、データ型の「立下り部」は、BO予知後の鋳込み速度が急減される「BO部」に置き換えられる。したがって、この場合の教師データのラベリングは、「定常部+BO部」「立上り部+定常部+BO部」の二種である。 If the mold temperature data is at the time of BO prediction, in step 106, the period after the point when the casting speed data suddenly drops is set as the BO part, and in the following step 107, the data type, starting point, and/or data determined in step 101 and step 103 are determined, respectively. Alternatively, teacher data labeled with the end point position and, in addition to these, the BO portion is generated (step 107). In this step 107, the "falling part" of the data type is replaced with the "BO part" in which the casting speed after BO prediction is suddenly reduced. Therefore, the labeling of the teacher data in this case is of two types: "steady part + BO part" and "rising part + steady part + BO part".
図7には、正常操業時の、ラベリングされた教師データの一例を示す。モールド温度の経時変化に合わせて、「立上り部+定常部+立下り部」がラベリングされ、ラベリングは数字列で表されて、各数字「0」「1」「2」がそれぞれ「立上り部」、「定常部」、「立下り部」を表わしている。立上がり部と定常部の境界が始点、定常部と立ち下り部の境界が終点となっている。 FIG. 7 shows an example of labeled teacher data during normal operation. "Rising part + steady part + falling part" is labeled according to the change in mold temperature over time, and the labeling is represented by a string of numbers, with each number "0", "1", and "2" representing the "rising part". , "steady part", and "falling part". The boundary between the rising part and the steady part is the starting point, and the boundary between the steady part and the falling part is the ending point.
図8には、BO予知時の、ラベリングされた教師データの一例を示す。モールド温度の経時変化に合わせて「立上り部+定常部+BO部」がラベリングされ、ラベリングは数字列で表されて、各数字「0」「1」「3」がそれぞれ「立上り部」、「定常部」、「立下り部」を表わしている。立上がり部と定常部の境界が始点、定常部とBO部の境界が終点となっている。 FIG. 8 shows an example of labeled teacher data at the time of BO prediction. "Rising part + Steady part + BO part" is labeled according to the change in mold temperature over time, and the labeling is represented by a string of numbers, with each number "0", "1", and "3" indicating "Rising part" and "Steady part". "falling part" and "falling part". The boundary between the rising part and the steady part is the starting point, and the boundary between the steady part and the BO part is the ending point.
以上のようにして、正常操業時とBO予知時の多数のモールド温度データに対して、それぞれ「定常部」「立上り部」「立下り部」「BO部」が適宜ラベリングされた同数の多数の教師データが自動生成される。このようにして生成される教師データは人手を介さないために正確であり、このような教師データを使用してAIに教師あり学習をさせることによって、BO発生の予知を正確に行うことが可能となり、生産効率を向上させることができる。 As described above, for a large number of mold temperature data during normal operation and during BO prediction, the same number of mold temperature data, which are appropriately labeled as "steady part," "rising part," "falling part," and "BO part," are prepared. Training data is automatically generated. The training data generated in this way is accurate because it does not involve human intervention, and by using such training data to perform supervised learning on AI, it is possible to accurately predict the occurrence of BO. Therefore, production efficiency can be improved.
1…取鍋、2…タンディッシュ、3…モールド、4…熱電対(温度検出手段)、5…コンピュータ。 1... Ladle, 2... Tundish, 3... Mold, 4... Thermocouple (temperature detection means), 5... Computer.
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