JP3579553B2 - Method and apparatus for diagnosing abnormal state of equipment and product process - Google Patents

Method and apparatus for diagnosing abnormal state of equipment and product process Download PDF

Info

Publication number
JP3579553B2
JP3579553B2 JP29784896A JP29784896A JP3579553B2 JP 3579553 B2 JP3579553 B2 JP 3579553B2 JP 29784896 A JP29784896 A JP 29784896A JP 29784896 A JP29784896 A JP 29784896A JP 3579553 B2 JP3579553 B2 JP 3579553B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
abnormal
state
equipment
neural network
diagnosing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP29784896A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH10122917A (en
Inventor
透 明石
哲也 加藤
大樹 平下
健二 前川
智 中嶋
和人 山村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP29784896A priority Critical patent/JP3579553B2/en
Publication of JPH10122917A publication Critical patent/JPH10122917A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3579553B2 publication Critical patent/JP3579553B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧延設備等における設備及び製品プロセス異常状態の診断方法及び装置に関し、特に異常原因と異常状態との因果関係を明確にすることができるようにしたものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、設備及び製品プロセス異常状態の診断を行うための方法や装置が種々提案されている。
【0003】
従来の製品プロセス異常状態を診断す方法としては、線形多変量解析を行う方法が知られている。
【0004】
また、特開平6−74876号公報には、対象設備の状態をオンラインで診断する設備診断方法及び装置として、観測情報をニューラルネットワークに入力し、ニューラルネットワークを使って原因の候補を求め、ニューロンの重みを使って、確率の高い原因の候補を絞り込み、さらにニューラルネットワークを使って、原因の候補によって引き起こされる影響を求め、ニューロンの重みを使って原因の候補によって引き起こされる影響の中から重大な影響を及ぼす原因を求め、実際の設備で影響の有無とその程度を確認し、真の原因を特定するものが開示されている。
【0005】
具体的には、この設備診断方法は、対象設備の状態を測定するセンサまたは運転者の観測情報をその対象設備の状態とその状態を引き起こす原因との因果関係を表すニューラルネットワークに入力し、そのニューラルネットワークの該当するパスを辿って、その状態を引き起こす候補を求め、その状態を引き起こす原因の候補が及ぼす状態をそのニューラルネットワークの該当するパスを逆方向に辿ることによって求め、そのニューラルネットワークで求められた状態を確認することによって真の原因を究明する構成となっていてる。
【0006】
また、このような設備診断方法を行うための装置は、対象設備の状態を測定するセンサまたは運転者の観測情報と、学習装置からの学習情報とを、その対象設備の状態とその状態を引き起こす原因との因果関係を表すニューラルネットワークに入力する入力装置と、その対象設備の状態とその状態を引き起こす原因との因果関係を表すニューラルネットワークと、その対象設備とその状態を引き起こす原因との因果関係の発生率及びその状態を引き起こす原因の候補が及ぼすニューラルネットワークの構造とニューロンの重みとを記憶する記憶装置と、記憶装置に記憶されている因果関係の発生確率と原因の候補が及ぼす影響の度合いとをニューロンの重みとして、そのニューラルネットワークの該当するパスと順方向と逆方向に辿るように制御する制御装置と、そのニューラルネットワークで求められた状態から真の原因を推定する推定装置と、対象設備の状態を測定するセンサまたは運転者の観測情報と推定の結果とを入力することによってニューラルネットワークの構成とニューロンの重みを学習する学習装置と、推論の経過とその結果を表示する表示装置とから構成されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した従来の設備診断方法や設備診断装置では、以下のような問題点があった。
【0008】
すなわち、線形多変量解析を行って製品プロセス異常状態を診断するための方法では、非線形プロセス現象を取り扱うことが困難であり、異常状態を定量的に式化することができないという問題点があった。
【0009】
また、特開平6−74876号公報に開示された、対象設備の状態をオンラインで診断する設備診断方法及び装置では、ニューラルネットワークにより異常要因を分析することが記述されているものの、異常原因と異常状態との因果関係を具体的に導き出す方法が示されていない。すなわち、ニューラルネットワークによる異常原因の同定だけでは、因果関係がブラックボックス化されていて、目的変数である答えから、未知数である説明変数を求める課程が不明であり、実用化に乏しいという問題点がある。
【0010】
本発明は、上記した従来の技術の有する問題点に鑑み提案されたもので、以下の点をその目的とする。
【0011】
請求項1及び請求項4記載の発明は、非線形プロセス現象を取り扱うことが可能で、関数の形状に関係なく取り扱いが容易で、外乱の影響を受け難いとともに、局所解を避けるアルゴリズムを持って、最適化を容易に行うことができる設備及び製品プロセス異常状態の診断方法及び診断装置を提供することを目的とする。
【0012】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明の目的に加えて、異常要因分析の効率化を図るとともに、因果関係を式に表すことでニューラルネットワークのブラックボックス化を防止して、簡易に物理現象に照らし合わせて、異常要因同定の信頼性を確認することができる製品プロセス異常状態の診断方法を提供することを目的とする。
【0013】
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の発明の目的に加えて、より迅速に解を求めることができる製品プロセス異常状態の診断方法を提供することを目的とする。
【0014】
請求項5記載の発明は、請求項4記載の発明の目的に加えて、異常状態を発見した場合に、警報を発して当該異常状態を報知することができる製品プロセス異常状態の診断装置を提供することを目的とする。
【0015】
請求項6記載の発明は、請求項4または5記載の発明の目的に加えて、より迅速に解を求めることができる製品プロセス異常状態の診断装置を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した目的を達成するためのものであり、以下にその内容を説明する。
【0017】
請求項1記載の発明は、非線形プロセス現象を取り扱う対象設備及び製品プロセスの異常状態を、オンラインまたはオフラインで診断する方法において、まず、測定した異常状態が、設備異常または品質異常の問題とならないレベルに設定した所定の閾値を超えた場合に、当該異常に関連する状態説明変数及び異常目的変数を求める。
次に、ニューラルネットワークにより、1あるいは複数の異常要因分析を行って、状態目的変数に対する状態説明変数の影響を同定する。
そして、異常目的変数を所定の閾値内に抑えるために修正すべき状態説明変数の複数の解を、組み合わせ最適化方法によって自動的に導き出す。
【0018】
具体的には、本発明を用いて、例えば、熱延工場の捲取設備を対象設備として、捲取プロセスにおける鋼板の蛇行という異常状態を診断する。
また、上記した状態説明変数とは、設備の異常要因に関する変数のことであり、具体的には、捲取設備におけるピンチロールのギャップや、ピンチロールの荷重等に関する変数である。
また、上記した状態目的変数とは、設備の稼働状態に関する変数のことであり、具体的には、捲取設備における鋼板の蛇行量に関する変数のことである。この状態目的変数のうち、異常状態を示す変数が、異常目的変数である。
【0019】
請求項2記載の発明は、上記した請求項1記載の発明の構成に加えて、異常要因分析工程において因果関係を表す方法では、ニューラルネットワークにおけるニューロンに対応する要因が所定の重み以下である場合には、当該ニューロンに対応する要因を状態説明変数から除外して、判定に必要な要因のみを選別する。
また、評価関数DIを
DI=1/Σ|(ニューラルネットワーク出力)−(自己組織化式出力)|
で表される遺伝的アルゴリズムによって、自己組織化による式化を行う。
【0020】
請求項3記載の発明は、上記した請求項1または2記載の発明の構成に加えて、組合せ最適化方法では、遺伝的アルゴリズムを用いる。
【0021】
請求項4記載の発明は、請求項1〜3記載の非線形プロセス現象を取り扱う設備及び製品プロセス異常の診断方法を実現する診断装置であって、診断に必要なデータを収集するデータ収集手段と、収集したデータを状態説明変数及び異常目的変数にそれぞれ変換して、異常兆候を所定の閾値と比較する演算手段と、パラメータを蓄え、異常兆候が現れた場合に、異常兆候パラメータと異常要因パラメータとからニューラルネットワークを作成して、現象を同定するとともに、同定したニューラルネットワークをベースとして異常要因パラメータを必要な個数だけ選別し、遺伝的アルゴリズムを用いて自己組織化による式化を行う式化手段と、異常兆候を所定の閾値内に抑えるために必要な異常要因の複数の解の選択を、組合せ最適化により求める演算処理手段と、前記データ収集手段、演算手段、式化手段、演算処理手段におけるデータを記憶する記憶手段と、演算の課程及び診断結果を表示する表示手段とを備えている。ここで、現象の同定にニューラルネットワークを用い、異常要因パラメータを選別するのは、計算の効率化を図るためであり、直接、遺伝的アルゴリズムを適用し、式化と同定を同時に実行することも可能である。
【0022】
具体的には、診断に用いるデータは、例えば、オペレータによるキーボードからの入力や、設備の所定箇所に設けられたセンサーにより入力される。
また、データ収集装置、演算手段、式化手段、演算処理手段は、例えば、CPU及び付属機器を備えたコンピュータにより構成され、予め設定されたプログラムに従ってコンピュータが動作することにより、コンピュータがこれらの手段として機能する。
また、記憶手段は、例えば、RAM、ハードディスク記憶装置、その他の磁気的あるいは光学的記憶装置により構成される。
また、表示手段は、例えば、CRT表示装置等により構成される。
【0023】
請求項5記載の発明は、請求項4記載の発明の構成に加えて、異常状態が発生した場合に、警報を発生する警報手段を備えている。
具体的には、警報手段は、例えば、警報音を発生するアンプ及びスピーカや、発光により警報を発生するランプにより構成される。
【0024】
請求項6記載の発明は、請求項4または5記載の発明の構成に加えて、演算処理手段では、遺伝的アルゴリズムを用いた組み合わせ最適化により異常要因の選択を行う。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態の一例を説明する。
図1は、本発明に係る診断装置の概略構成を示したブロック図、図2は、診断装置を応用した熱延工場の捲取設備の概略構成を示した説明図である。
【0026】
本発明に係る診断装置1は、例えば、図2に示すような熱延工場の捲取設備2に取り付けて使用される。そして、この捲取設備2では、圧延された鋼板3をコイル状に捲き取る工程で生じる鋼板3の蛇行を異常状態として検出し、必要な状態説明とその修正量とを表示するようにしている。
【0027】
診断装置1を応用する捲取設備2は、図2に示すように、仕上圧延機(図示せず)で圧延されて送り出された鋼板3の幅方向の両側に、鋼板3をガイディングするガイド4,4をそれぞれ設け、ガイド4,4の下流側に、鋼板3を上下方向から挟み込んで送出する上下2対のピンチロール5…を設け、ピンチロール5…の下流側に、捲取芯となるマンドレル6を設け、マンドレル6の外周には、マンドレル6に鋼板3を捲き取るための補助ロールである4個のラッパーロール7…を配置してある。
【0028】
上記したピンチロール5…は、モータ等のピンチロール駆動装置8に連絡して、回転駆動されている。
上記したマンドレル6は、減速装置9を介してモータ等のマンドレル駆動装置10に連絡して、回転駆動されている。
【0029】
診断装置1は、図1に示すように、オペレータが操作するキーボード等の入力装置11と、上記したピンチロール5…に取り付けら、鋼板3の蛇行量を測定するセンサ12と、診断に必要なデータを収集するデータ収集装置13と、収集したデータを加工演算するデータ加工演算装置14と、ニューラルネットワークを作成し、遺伝的アルゴリズムにより異常要因の同定演算を行う同定演算装置15と、データ収集装置13、データ加工演算装置14、同定演算装置15で取り扱うデータを記憶する記憶装置16と、演算の課程及び診断結果を表示する表示装置17と、異常状態が発生した場合に、警報を発生する警報装置18とを備えている。
【0030】
上記したオペレータが操作するキーボード等からなる入力装置11及びセンサ12がデータ収集手段に対する入力装置として機能する。この場合、オペレータからの入力は、オフラインで行われ、センサ12からの入力はオンラインで行われる。
【0031】
また、データ収集装置13、データ加工演算装置14、同定演算装置15は、例えば、CPU及び付属機器を備えたコンピュータにより構成され、予め設定されたプログラムに従ってコンピュータが動作することにより、コンピュータがこれらの装置として機能する。
【0032】
これらの装置のうち、データ収集装置13が診断に必要なデータを収集するデータ収集手段として機能する。また、データ加工演算装置14及び同定演算装置15が、収集したデータを状態説明変数及び異常目的変数にそれぞれ変換して、異常兆候を所定の閾値と比較する演算手段と、パラメータを蓄え、異常兆候が現れた場合に、異常兆候パラメータと異常要因パラメータとからニューラルネットワークを作成して、現象を同定するとともに、同定したニューラルネットワークをベースとして異常要因パラメータを必要な個数だけ選別し、遺伝的アルゴリズムを用いて自己組織化による式化を行う式化手段と、異常兆候を所定の閾値内に抑えるために必要な異常要因の選択を、遺伝的アルゴリズムを用いた組合せ最適化により求める演算処理手段としてそれぞれ機能する。
【0033】
また、記憶装置16は、例えば、RAM、ハードディスク記憶装置、その他の磁気的あるいは光学的記憶装置により構成され、一連のデータを記憶する記憶手段として機能する。
【0034】
また、表示手段は、例えば、CRT表示装置等により構成され、演算の課程及び診断結果を表示する表示手段として機能する。
【0035】
また、警報装置18は、例えば、警報音を発生するアンプ及びスピーカや、発光により警報を発生するランプにより構成され、異常状態が発生した場合に、警報を発生する警報手段として機能する。
【0036】
上記した診断装置1で利用するニューラルネットワークとは、複数の比較的単純な要素が相互に連結して、単純な信号をやり取りすることで情報処理を行うシステムのことであり、神経細胞(ニューロン)の構造や働きをハードウエアやソフトウエアで模倣し、人間の脳が行っているような高度な情報処理を実現しようと目指す技術のことをいう。このニューラルネットワークは、学習機能を備えていて、入力データと出力データの間に一見して分かる関連性が見いだしにくい場合でも、入力データと出力データの組み合わせを学習させれば、システムは自分で内部に規則を作り出すことができる。
【0037】
また、上記した診断装置1で用いる遺伝的アルゴリズムとは、生物が淘汰、遺伝子の交叉あるいは突然変異を繰り返しながら適応性を上げ進化していることを数学的に模した最適化手法の一つである。遺伝的アルゴリズムを取り入れた最適化問題の解決法の従来技術については、例えば、”Genetic Algorithms Serch Optimization, and Machine Learning” (David E. Goldberg Addison Wesley)、あるいは、「日本設備管理学会春季研究発表大会、論文集」(平成7年6月7日、日本設備管理学会発行)に記載されいる。
【0038】
その概略は、数学的な最適化の対象とする系を決定する変数に初期値を設定しておき、最適化の目的とする評価関数の善し悪しを判断しつつ、変数を改善してゆく。遺伝的アルゴリズムでは、最適化の対象とする系を決定する変数を数列(数列を遺伝子、数列の一部を染色体という)に表し、これにより定まる系を一個体として複数の個体からなる個体群(世代)を発生させ、評価関数より適応度を評価し、適応度の低い個体を減らし、その分、適応度の高い個体を増やし(淘汰)、続いて個体群より幾組かの2個体を確率的に選択し、2個体それぞれに対応した数列の一部同士を入れ替える操作(交叉)を行い、あるいはその後、個体群よりいくつかの個体を確率的に選択し、その各個体に対応した数列の一部を他の数値に置き換える操作(突然変異)を行う。
【0039】
これらの操作を続けて個体群を更新(世代の交代)してゆくと、個体群の中で適応度の高い個体の占める割合が次第に高くなってくる。そこで、適応度の高い個体の占める割合が、予め設定した限界割合を超えた場合などを計算の終了判定条件として、最適解を得ることができる。本手法は、最適化する変数や評価関数を離散的に定義することができ、感度解析が不要であり、また局部的最適解の多い問題に対して大域的な最適解に到達する可能性をもつなど、最適化の信頼性が高い。
【0040】
次に、図3に基づき、上記した診断装置1を用いた診断方法の手順を説明する。図3は、本発明に係る診断方法の手順の概略を説明したフローチャートである。
【0041】
図3に示すように、診断処理が開始すると、まず、オペレータによる入力によるオフラインまたはセンサ12ーからの入力によるオンラインで、状態目的変数の測定を行う(S1)。具体的には、この状態目的変数とは、異常状態を表す鋼板3の蛇行量である。すなわち、鋼板3の蛇行は、捲取形状不良という異常状態につながり、歩留まりを低下させる製品プロセスの異常となる。
【0042】
次に、閾値と状態目的変数(蛇行量)との比較による判定を行う(S2)。 ここで、状態目的変数(蛇行量)が閾値を超えていない場合には、正常状態であると判定して、処理を終了する。
【0043】
一方、状態目的変数(蛇行量)が閾値を超えている場合には、オフラインまたはオンラインでの状態目的変数(蛇行量)の状態説明変数の測定を行う(S3)。具体的には、この状態説明変数とは、ピンチロール5の押し力、ピンチロール5の左右のgap差、ピンチロール5の回転数、ピンチロール5のリード率、各ラッパーロール7の押し力、各ラッパーロール7の左右のgap差、各ラッパーロール7の回転数、各ラッパーロール7のリード率、ガイド4のgap、板巾、板厚、各ロールの噛み込み経過時間である。
【0044】
次に、ニューラルネットワークによる異常要因分析及び状態変数の絞り込みを行う(S4)。
具体的には、状態説明変数の絞り込みで、ニューラルネットワークで閾値を設け、入力層の影響係数が低いものに対しては、削除を行った結果、ピンチロール5の押し力、ピンチロール5の左右のgap差、板巾、ロールの噛み込み経過時間以外は削除した。
【0045】
次に、遺伝的アルゴリズムによる式化(DI=1/Σ|(ニューラルネットワーク出力)−(自己組織化式出力)|)を行う(S5)。
直接、同定及び式化を実行する場合は、DI=1/Σ|(実出力)−(自己組織化式出力)|とする。
【0046】
次に、式化の結果と物理現象の定性的評価を行い(S6)、異常状態の原因の特定を行うとともに(S7)、閾値内に状態目的変数を抑えるために必要な修正すべき状態説明変数を遺伝的アルゴリズムによる組合せ最適化によって導出する(S8)。
【0047】
次に、分析結果及び演算課程を表示装置17に表示し(S9)、警報装置18により異常状態の警報を行って(S10)、処理を終了する。
【0048】
また、上記した式化の結果と物理現象の定性的評価を行った場合に(S6)、原因の特定が行える程度に式化の結果が熟成していない場合には、状態説明変数の測定以下の処理(S3〜S6)を繰り返して行う。
【0049】
上記した処理の内容を、さらに詳しく説明する。
まず、図4に基づいて、上記した状態説明変数の測定(S3)で測定した各データを用いて、ニューラルネットワークによる異常要因分析(同定)(S4)の有効性の検討結果を説明する。
図4は、ニューラルネットワークによるプロセスの同定有効性の検討結果を示したグラフで、縦軸にニューラルネットワーク出力の蛇行量、横軸に鋼板3の蛇行角の実測値が示してある。
【0050】
No.1のピンチロール5から計測したデータを用いて、ニューラルネットワークによる異常要因分析(同定)結果と、鋼板3の蛇行角の実測値を比較したところ、図4に示すように、相関係数が99%となり、非常によい相関関係を示していて、ニューラルネットワークによる同定が有効であることが分かった。
【0051】
次に、上記した遺伝的アルゴリズムによる式化(S5)の手順をさらに詳しく説明する。
遺伝的アルゴリズムによる式化では、不明な現象(異常)を式に表し、因果関係の普遍化を行うことを目的としている。
この遺伝的アルゴリズムによる式化の手順を順を追って説明する。
【0052】
1)表計算ソフト上に目的変数、説明変数を入力し、マクロプログラムによりテキストファイル化する。ここで、各変数の基本統計量を算出し、各Pn平均値±2.5×標準偏差>Pnのパラメータ以外のデータを抽出し、データナンバーとデータ内容を表示装置17に表示して、データの採用あるいは棄却の判断を行う。
【0053】
2)エディターを用いて、遺伝的アルゴリズムのオペレーションの諸仕様を入力する。入力する諸仕様は、例えば、一点あるいは複数交差、初期集団数、突然変異率、禁制事項(制限、打ち切り条件)等である。
【0054】
3)遺伝的アルゴリズムの演算を実行する。
i)初期集団の生成を行う。初期集団の生成におけるツリーの作成では、根に四則演算子あるいはn乗子を入力し、入力した諸仕様の内容で文法に従って、ツリーの制限まで、また乱数によって条件に当てはまるまで繰り返し演算を行い、構造体を生成する。
ii)ツリーによって表現された式に、それぞれ予め作成したテキストファイルの説明変数及び目的変数を代入して、式によって出力される結果(予測)と目的変数の2乗差の総和の逆数を適応度(評価関数)として算出し、遺伝的アルゴリズムオペレータに掛ける。
iii)淘汰に続いて、増殖を行う。
iv)交差の方法は、適応度の高い2組のツリーを適応度の高い確率で選択し、一方を基準にして、基本的には同じ節のランクでの交差を実行する。但し、下のランクでも最大ツリー(節)制限にかからなければ交差を可能とする。
v)突然変異は、ツリーで表された式が成立すれば良い。成立しなければ、成立するまで繰り返す。但し、説明変数係数Kで突然変異を起こす場合には、説明変数係数Kの数値のみを変異させる。
vi)相関係数及びF値検定により、最大適応度の式が所定の数を超えるまで、または事前に設定した時間をオーバーするまで計算を行う。
vii)上記したii)〜vi)を繰り返す。
【0055】
4)遺伝的アルゴリズムの演算結果を途中経過を含めて出力する。
出力する演算結果は、表示装置17に表示され、表示内容は、以下の通りである。
i)最大適応度の式による予測と実績値の分布図、F値、相関関数
ii)世代数を横軸にした最大適応度、平均適応度
iii)選出された平均、最大適応度の式
このようにして遺伝的アルゴリズムを用いて式化を行った結果、以下の式を得た。
【0056】
次に、上記した、ピンチロール5…からマンドレル6までの捲取工程全体でのニューラルネットワークによる同定を行い、所定の閾値内に状態目的変数である蛇行量を抑えるための必要な状態変数とその修正量を求める手順(S8)をさらに詳しく説明する。
この組合せ最適化では、不明な現象(異常)を閾値内に抑えるために、原因となる説明変数と修正量の抽出を行うことを目的としている。
この組合せ最適化の手順を順を追って説明する。
【0057】
1)複数の中間層を持つニューラルネットワークで、異常目的変数、異常説明変数を入力し、異常現象を目的変数として異常原因(説明変数)の同定を行う。
【0058】
2)表計算ソフト上に、ニューラルネットワークの入力層、中間層、出力層の各個数及び目的変数、説明変数等を入力し、マクロプログラムによりテキストファイル化する。ここで、各変数の基本統計量を算出し、各Pn平均値±2.5×標準偏差>Pnのパラメータ以外のデータを抽出し、データナンバーとデータ内容を表示装置17に表示して、データの採用あるいは棄却の判断を行う。
【0059】
3)エディターを用いて、遺伝的アルゴリズムのオペレーションの諸仕様を入力する。入力する諸仕様は、例えば、一点あるいは複数交差、初期集団数、突然変異率、禁制事項(制限、打ち切り条件)等である。
i)ここで、説明変数修正量の修正が不可能な説明変数の指定を行うことも可能とする。指定された説明変数修正量は、遺伝的アルゴリズムオペレーションの対象から外される。
ii)最小の説明変数修正量が出た説明変数が、主原因と判定される。
iii)主原因が修正不可能な場合は、再度、主原因以外の修正説明変数及び修正量を求める。
iv)修正量が大きすぎて修正不可能な場合は、複数の説明変数の抽出を、1→2→3→・・・の順に求める。
【0060】
4)遺伝的アルゴリズムの演算を実行する。
i)初期集団の生成を行う。(ここでは、遺伝的アルゴリズムの対象を数値で表したフィルタα係数を対象とする。)0〜1の実数を8ビットで表現し、説明変数と同じ数だけのビット列を作り、諸仕様で決定した数だけ生成する。遺伝的アルゴリズムのオペレーションは、ビット列で行う。また、ビット列を数値に変換した値を、(修正量)=1−(数値)として定義する。
ii)求めた修正量は、ニューラルネットワークにおける入力層の入り側にフィルタとして設定し、ニューラルネットワークによる演算を行う。
iii)淘汰→増殖→交差→突然変異の順序で、上記したi)〜iii)を所定の適応度または時間まで繰り返す。
【0061】
5)遺伝的アルゴリズムの演算結果を途中経過を含めて出力する。
出力する演算結果は、表示装置17に表示され、表示内容は、以下の通りである。
i)世代数を横軸にした最大適応度、平均適応度
ii)選出された平均、最大適応度の修正係数
【0062】
このように組合せ最適化を行った結果、ピンチロール5…の押さえ力を10%下げることによって、蛇行量が閾値内に収まることが導出された。これに従って、実際に操業設定を変更したところ、蛇行量が閾値内に収まることを確認した。
【0063】
尚、上記した実施の形態では、組合せ最適化の手法として、遺伝的アルゴリズムを用いたが、組合せ最適化の手法は、他の手法、例えば、SA(シミュレーテッド・アニーリング法)やLP(線形計画法)等を用いることもできる。
【0064】
【発明の効果】
本発明は、上記した構成からなるので、以下に説明するような効果を奏することができる。
【0065】
請求項1及び請求項4記載の発明では、ニューラルネットワークを用いたことにより、非線形プロセス現象を取り扱うことが可能で、関数の形状に関係なく取り扱いが容易で、外乱の影響を受け難い。また、遺伝的アルゴリズムを用いたことにより、局所解を避けるアルゴリズムを持って、最適化を容易に行うことができる。
【0066】
請求項2記載の発明では、請求項1記載の発明の効果に加えて、異常要因分析の効率化を図るとともに、因果関係を式に表すことでニューラルネットワークのブラックボックス化を防止して、簡易に物理現象に照らし合わせて、異常要因同定の信頼性を確認することができる。
【0067】
請求項3記載の発明では、請求項1または2記載の発明の効果に加えて、組合せ最適化手法として遺伝的アルゴリズムを用いることにより、より迅速に解を求めることができる。
【0068】
請求項5記載の発明では、請求項4記載の発明の効果に加えて、異常状態を発見した場合に、警報を発して当該異常状態を報知することができる。
【0069】
請求項6記載の発明では、請求項4または5記載の発明の効果に加えて、組合せ最適化手法として遺伝的アルゴリズムを用いることにより、より迅速に解を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る診断装置の概略構成を示したブロック図である。
【図2】診断装置を応用した熱延工場の捲取設備の概略構成を示した説明図である。
【図3】本発明に係る診断方法の手順の概略を説明したフローチャートである。
【図4】ニューラルネットワークによるプロセスの同定有効性の検討結果を示したグラフである。
【符号の説明】
1 診断装置
2 捲取設備
3 鋼板
4 ガイド
5 ピンチロール
6 マンドレル
7 ラッパーロール
8 ピンチロール駆動装置
9 減速装置
10 マンドレル駆動装置
11 入力装置
12 センサ
13 データ収集装置
14 データ加工演算装置
15 同定演算装置
16 記憶装置
17 表示装置
18 警報装置
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and an apparatus for diagnosing an abnormal state of equipment and a product process in a rolling equipment or the like, and in particular, to clarify a causal relationship between an abnormal cause and an abnormal state.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, various methods and apparatuses for diagnosing an abnormal state of equipment and product processes have been proposed.
[0003]
As a conventional method of diagnosing an abnormal state of a product process, a method of performing a linear multivariate analysis is known.
[0004]
JP-A-6-74876 discloses a facility diagnosis method and apparatus for diagnosing the state of a target facility online, by inputting observation information to a neural network, finding a candidate for a cause using the neural network, Use weights to narrow down probable causes and then use neural networks to determine the effects caused by potential causes. It is disclosed that the cause of the problem is determined, the presence or absence of the effect and the degree of the effect are confirmed in actual equipment, and the true cause is specified.
[0005]
Specifically, this equipment diagnosis method inputs a sensor or a driver's observation information that measures the state of the target equipment into a neural network representing a causal relationship between the state of the target equipment and a cause that causes the state, Following the corresponding path of the neural network, a candidate for causing the state is determined, and a state exerted by the candidate for the cause of the state is determined by tracing the corresponding path of the neural network in the reverse direction, and is determined by the neural network. It is designed to determine the true cause by checking the state that was given.
[0006]
In addition, an apparatus for performing such a facility diagnosis method uses a sensor or a driver's observation information that measures the state of a target facility and learning information from a learning device to cause the state of the target facility and the state thereof. An input device that inputs to the neural network representing the causal relationship with the cause, the neural network representing the causal relationship between the state of the target facility and the cause that causes the state, and the causal relationship between the target facility and the cause that causes the state Storage device that stores the neural network structure and neuron weights caused by the probability of occurrence of the condition and the cause of the state, and the probability of occurrence of the causal relationship stored in the storage device and the degree of the effect of the cause candidate Is used as the weight of the neuron, so that it follows the path of the neural network in the forward and reverse directions. Control device, an estimating device for estimating the true cause from the state obtained by the neural network, and a sensor or sensor for measuring the state of the target equipment or the observation information of the driver and the neural network by inputting the estimation result. It is composed of a learning device that learns the configuration of the network and the weights of the neurons, and a display device that displays the progress of the inference and its result.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional equipment diagnosis method and equipment diagnosis apparatus have the following problems.
[0008]
In other words, the method for diagnosing an abnormal state of a product process by performing a linear multivariate analysis has a problem that it is difficult to handle a nonlinear process phenomenon, and the abnormal state cannot be quantitatively formulated. .
[0009]
Further, in the equipment diagnosis method and apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-74876 for diagnosing the state of a target equipment online, it is described that the cause of the abnormality is analyzed by using a neural network to analyze the cause of the abnormality. It does not show how to specifically derive a causal relationship with the state. In other words, just by identifying the cause of the abnormality using the neural network, the causal relationship is black-boxed, and the process of finding the explanatory variable, which is an unknown variable, from the answer, which is the objective variable, is unknown. is there.
[0010]
The present invention has been proposed in view of the above-mentioned problems of the related art, and has the following objects.
[0011]
The invention according to claim 1 and claim 4 has an algorithm that can handle nonlinear process phenomena, is easy to handle regardless of the shape of the function, is not easily affected by disturbance, and has an algorithm that avoids a local solution. It is an object of the present invention to provide equipment and a method and apparatus for diagnosing an abnormal state of a product process that can easily perform optimization.
[0012]
According to the invention of claim 2, in addition to the object of the invention of claim 1, the efficiency of abnormal cause analysis is improved, and a causal relationship is represented by an expression, thereby preventing the neural network from becoming a black box, thereby simplifying the process. Another object of the present invention is to provide a method of diagnosing an abnormal state of a product process, which can confirm the reliability of identifying an abnormal factor in light of a physical phenomenon.
[0013]
A third object of the present invention is to provide a method of diagnosing an abnormal state of a product process which can more quickly find a solution, in addition to the object of the first or second embodiment of the present invention.
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, in addition to the object of the fourth aspect of the present invention, there is provided a diagnostic apparatus for a product process abnormal state capable of issuing an alarm and notifying the abnormal state when an abnormal state is found. The purpose is to do.
[0015]
A sixth aspect of the present invention, in addition to the object of the fourth or fifth aspect of the present invention, aims to provide an apparatus for diagnosing an abnormal state of a product process which can more quickly find a solution.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to achieve the above-mentioned object, and its contents will be described below.
[0017]
The invention according to claim 1 isHandling nonlinear process phenomenaIn the method of diagnosing the abnormal state of the target equipment and the product process online or offline, first, when the measured abnormal state exceeds a predetermined threshold set to a level that does not cause a problem of the equipment abnormality or the quality abnormality, the method is performed. A state explanatory variable related to the abnormality and an abnormal target variable are obtained.
Next, one or more abnormal factor analysis is performed by the neural network to identify the influence of the state explanatory variable on the state objective variable.
Then, the state explanatory variable to be corrected to keep the abnormal objective variable within a predetermined threshold valuepluralThe solution is automatically derived by a combinatorial optimization method.
[0018]
Specifically, using the present invention, for example, an abnormal state of meandering of a steel sheet in a winding process is diagnosed for a winding facility of a hot rolling plant as a target facility.
In addition, the above-mentioned state explanatory variables are variables relating to an abnormality factor of the equipment, and specifically, are variables relating to a gap of a pinch roll, a load of the pinch roll in the winding equipment, and the like.
The above-mentioned state objective variable is a variable relating to the operating state of the equipment, and specifically, is a variable relating to the meandering amount of the steel sheet in the winding equipment. Among the state objective variables, a variable indicating an abnormal state is an abnormal objective variable.
[0019]
According to a second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect of the present invention, in the method of expressing a causal relationship in the abnormal factor analysis step, the factor corresponding to the neuron in the neural network is equal to or less than a predetermined weight. In, the factors corresponding to the neuron are excluded from the state explanatory variables, and only the factors necessary for the judgment are selected.
Also, the evaluation function DI is
DI = 1 / Σ | (Neural network output)-(Self-organizing output) |2
Formulation by self-organization is performed by the genetic algorithm expressed by
[0020]
According to a third aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first or second aspect of the present invention, the combination optimization method uses a genetic algorithm.
[0021]
The invention according to claim 4 is the invention according to claims 1 to 3.Handling nonlinear process phenomenaA diagnostic apparatus for implementing a method for diagnosing equipment and product process abnormalities, comprising: a data collecting means for collecting data necessary for the diagnosis; and converting the collected data into a state explanatory variable and an abnormal target variable, respectively. Calculating means for comparing with a predetermined threshold value, storing parameters, and, when an abnormal sign appears, creating a neural network from the abnormal sign parameter and the abnormal cause parameter to identify the phenomenon, and based on the identified neural network. A formulating means for selecting a necessary number of abnormal factor parameters and formulating by self-organization using a genetic algorithm, and an abnormal factor necessary for suppressing an abnormal sign within a predetermined threshold.Multiple solutionsAn arithmetic processing means for determining the selection by combinational optimization, a storage means for storing data in the data collection means, the arithmetic means, the formulating means, the arithmetic processing means, and a display means for displaying a calculation process and a diagnosis result. Have. Here, the reason why the neural network is used to identify the phenomenon and the abnormal factor parameters are selected is to increase the efficiency of the calculation, and it is also possible to apply the genetic algorithm directly and simultaneously execute the formulating and identification. It is possible.
[0022]
Specifically, the data used for the diagnosis is, for example, input from a keyboard by an operator or input by a sensor provided at a predetermined location of the facility.
Further, the data collection device, the arithmetic means, the formulating means, and the arithmetic processing means are constituted by, for example, a computer having a CPU and an auxiliary device, and the computer operates according to a preset program, whereby the computer Function as
Further, the storage means is constituted by, for example, a RAM, a hard disk storage device, or another magnetic or optical storage device.
The display means is constituted by, for example, a CRT display device.
[0023]
According to a fifth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the fourth aspect of the present invention, there is provided an alarm means for generating an alarm when an abnormal state occurs.
Specifically, the alarm means is constituted by, for example, an amplifier and a speaker that generate an alarm sound, and a lamp that generates an alarm by emitting light.
[0024]
According to a sixth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the fourth or fifth aspect, the arithmetic processing means selects an abnormal factor by combination optimization using a genetic algorithm.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a diagnostic device according to the present invention, and FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a winding facility of a hot rolling plant to which the diagnostic device is applied.
[0026]
The diagnostic apparatus 1 according to the present invention is used, for example, by attaching it to a winding facility 2 of a hot rolling mill as shown in FIG. The winding equipment 2 detects a meandering of the steel sheet 3 generated in the step of winding the rolled steel sheet 3 into a coil shape as an abnormal state, and displays a necessary state description and a correction amount thereof. .
[0027]
As shown in FIG. 2, a winding apparatus 2 to which the diagnostic device 1 is applied includes a guide for guiding the steel sheet 3 on both sides in the width direction of the steel sheet 3 rolled and sent out by a finishing mill (not shown). 4 and 4 are provided, and two pairs of upper and lower pinch rolls 5 are provided downstream of the guides 4 and 4 for sandwiching and sending out the steel plate 3 from above and below, and a winding core is provided downstream of the pinch rolls 5. A mandrel 6 is provided, and four wrapper rolls 7 serving as auxiliary rolls for winding up the steel plate 3 on the mandrel 6 are arranged on the outer periphery of the mandrel 6.
[0028]
The above-mentioned pinch rolls 5 are connected to a pinch roll driving device 8 such as a motor and are driven to rotate.
The above-described mandrel 6 is connected to a mandrel driving device 10 such as a motor via a reduction gear 9 and is driven to rotate.
[0029]
As shown in FIG. 1, the diagnostic device 1 includes an input device 11 such as a keyboard operated by an operator, a sensor 12 attached to the pinch rolls 5 to measure the amount of meandering of the steel plate 3, and a diagnostic device necessary for diagnosis. A data collection device 13 for collecting data, a data processing device 14 for processing and processing the collected data, an identification calculation device 15 for creating a neural network and performing an identification calculation of an abnormal factor by a genetic algorithm, and a data collection device 13, a data processing operation device 14, a storage device 16 for storing data handled by the identification operation device 15, a display device 17 for displaying a calculation process and a diagnosis result, and an alarm for generating an alarm when an abnormal state occurs. Device 18.
[0030]
The input device 11 composed of a keyboard or the like operated by the operator and the sensor 12 function as an input device for data collection means. In this case, the input from the operator is performed offline, and the input from the sensor 12 is performed online.
[0031]
Further, the data collection device 13, the data processing operation device 14, and the identification operation device 15 are constituted by, for example, a computer having a CPU and an accessory device, and the computer operates according to a preset program. Functions as a device.
[0032]
Among these devices, the data collection device 13 functions as data collection means for collecting data necessary for diagnosis. Further, the data processing arithmetic unit 14 and the identification arithmetic unit 15 convert the collected data into a state explanatory variable and an abnormal target variable, respectively, and compare the abnormal sign with a predetermined threshold value, and store the parameters to store the abnormal sign. Appears, a neural network is created from the abnormal sign parameter and the abnormal factor parameter to identify the phenomenon, and the required number of abnormal factor parameters are selected based on the identified neural network, and the genetic algorithm is executed. The formulating means for formulating by self-organization using the algorithm and the calculation processing means for selecting the cause of the abnormality necessary to suppress the sign of abnormality within a predetermined threshold by combining and optimizing using a genetic algorithm. Function.
[0033]
The storage device 16 includes, for example, a RAM, a hard disk storage device, and other magnetic or optical storage devices, and functions as a storage unit that stores a series of data.
[0034]
The display means is constituted by, for example, a CRT display device or the like, and functions as a display means for displaying a calculation process and a diagnosis result.
[0035]
The alarm device 18 includes, for example, an amplifier and a speaker that generate an alarm sound, and a lamp that generates an alarm by emitting light, and functions as an alarm unit that generates an alarm when an abnormal state occurs.
[0036]
The neural network used in the above-described diagnostic device 1 is a system in which a plurality of relatively simple elements are interconnected to perform information processing by exchanging simple signals. A technology that mimics the structure and function of a computer with hardware and software, and aims to realize advanced information processing similar to that performed by the human brain. This neural network has a learning function, and even when it is difficult to find a clear relationship between input data and output data, if the system learns the combination of input data and output data, the system Rules can be created.
[0037]
The genetic algorithm used in the above-described diagnostic apparatus 1 is one of optimization techniques that mathematically imitates that an organism is evolving to increase its adaptability while repeating selection, gene crossover or mutation. is there. Conventional techniques for solving an optimization problem incorporating a genetic algorithm are described in, for example, "Genetic Algorithms Search Optimization, and Machine Learning" (David E. Goldberg Addison Wesley) or "Japan Society of Research Management". , Papers "(June 7, 1995, published by the Japan Institute of Equipment Management).
[0038]
The outline is to set an initial value for a variable that determines a system to be subjected to mathematical optimization, and to improve the variable while judging the quality of an evaluation function to be optimized. In the genetic algorithm, variables that determine a system to be optimized are represented by a sequence (a sequence is a gene, and a part of the sequence is a chromosome), and the system determined by this is a group of individuals ( Generation), evaluate fitness from the evaluation function, reduce individuals with low fitness, increase individuals with high fitness by that amount (selection), and then establish several sets of individuals from the population. And then perform an operation (crossover) to replace a part of the sequence corresponding to each of the two individuals (crossover), or select some individuals stochastically from the population and then select the sequence corresponding to each individual Perform an operation (mutation) to replace a part with another numerical value.
[0039]
As these operations are continued to update the population (change of generations), the proportion of individuals with high fitness in the population gradually increases. Therefore, an optimal solution can be obtained using the case where the ratio of individuals with high fitness exceeds a preset limit ratio as a condition for determining the end of calculation. This method can discretely define variables and evaluation functions to be optimized, eliminates the need for sensitivity analysis, and increases the possibility of reaching global optimal solutions for problems with many local optimal solutions. The reliability of optimization is high.
[0040]
Next, a procedure of a diagnostic method using the diagnostic device 1 described above will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart illustrating the outline of the procedure of the diagnostic method according to the present invention.
[0041]
As shown in FIG. 3, when the diagnosis process is started, first, the state objective variable is measured offline by an input from an operator or online by an input from a sensor 12 (S1). Specifically, the state objective variable is a meandering amount of the steel plate 3 representing an abnormal state. That is, the meandering of the steel sheet 3 leads to an abnormal state of defective winding shape, and an abnormal product process that reduces the yield.
[0042]
Next, a determination is made by comparing the threshold value with the state objective variable (the meandering amount) (S2). Here, if the state objective variable (the meandering amount) does not exceed the threshold value, it is determined that the state is the normal state, and the process ends.
[0043]
On the other hand, when the state objective variable (the meandering amount) exceeds the threshold, the state explanatory variable of the state objective variable (the meandering amount) is measured offline or online (S3). Specifically, the state explanatory variables include the pressing force of the pinch roll 5, the gap difference between the left and right of the pinch roll 5, the number of rotations of the pinch roll 5, the lead rate of the pinch roll 5, the pressing force of each wrapper roll 7, The difference between the left and right gaps of each wrapper roll 7, the number of rotations of each wrapper roll 7, the lead rate of each wrapper roll 7, the gap of the guide 4, the plate width, the plate thickness, and the elapsed time of each roll biting.
[0044]
Next, an abnormality factor analysis and state variables are narrowed down by a neural network (S4).
Specifically, a threshold value is set in the neural network by narrowing down the state explanatory variables, and for those having a low influence coefficient of the input layer, the pressing force of the pinch roll 5 and the left and right of the pinch roll 5 are deleted as a result of deletion. , Except for the gap difference, plate width and elapsed time of roll biting.
[0045]
Next, formulating by a genetic algorithm (DI = 1 / Σ | (neural network output) − (self-organizing formula output) |2Is performed (S5).
When the identification and formula are directly executed, DI = 1 / Σ | (actual output) − (self-organized formula output) |2And
[0046]
Next, the result of the formula and the qualitative evaluation of the physical phenomenon are performed (S6), the cause of the abnormal state is specified (S7), and the state to be corrected necessary to suppress the state objective variable within the threshold is explained. Variables are derived by combination optimization using a genetic algorithm (S8).
[0047]
Next, the analysis result and the calculation process are displayed on the display device 17 (S9), and a warning of an abnormal state is issued by the alarm device 18 (S10), and the process is terminated.
[0048]
In addition, when the results of the above formulating and the qualitative evaluation of the physical phenomena are performed (S6), if the results of the formulating are not mature enough to identify the cause, the measurement of the state explanatory variables is performed. (S3 to S6) are repeated.
[0049]
The details of the above processing will be described in more detail.
First, based on FIG. 4, the result of studying the effectiveness of the abnormal factor analysis (identification) (S4) using the neural network will be described using the data measured in the measurement of the state explanatory variables (S3).
FIG. 4 is a graph showing the results of studying the effectiveness of process identification by a neural network. The vertical axis represents the amount of meandering of the output of the neural network, and the horizontal axis represents the measured value of the meandering angle of the steel plate 3.
[0050]
No. Using the data measured from the pinch roll 5 of No. 1 and comparing the abnormal factor analysis (identification) result by the neural network and the actual measurement value of the meandering angle of the steel plate 3, the correlation coefficient was 99 as shown in FIG. %, Showing a very good correlation, indicating that the identification by the neural network is effective.
[0051]
Next, the procedure of formulating (S5) using the above-described genetic algorithm will be described in more detail.
Formulation by a genetic algorithm aims to express unknown phenomena (abnormalities) in formulas and to generalize causality.
The procedure of formulating by the genetic algorithm will be described step by step.
[0052]
1) Input the target variables and explanatory variables on the spreadsheet software, and create a text file by using a macro program. Here, the basic statistic of each variable is calculated, and data other than the parameters of each Pn average value ± 2.5 × standard deviation> Pn are extracted, and the data number and the data content are displayed on the display device 17. Judgment of adoption or rejection.
[0053]
2) Input various specifications of the operation of the genetic algorithm using an editor. The various specifications to be input are, for example, one or more intersections, the initial population number, the mutation rate, forbidden items (restrictions, termination conditions), and the like.
[0054]
3) Execute the operation of the genetic algorithm.
i) Generate an initial population. In the creation of a tree in the generation of the initial group, enter the four arithmetic operators or the n-th multiplier at the root, perform the operation repeatedly according to the grammar according to the contents of the input specifications, up to the limit of the tree, and until the condition is met by random numbers, Create a structure.
ii) The explanatory variable and the objective variable of the text file created in advance are respectively substituted into the expression represented by the tree, and the reciprocal of the sum of the square difference between the result (prediction) output by the expression and the objective variable is calculated as the fitness. (Evaluation function) and multiply by the genetic algorithm operator.
iii) Proliferation is performed following selection.
iv) The intersection method selects two sets of trees with high fitness with a high probability of fitness, and performs an intersection with basically the same rank of a node based on one of them. However, intersection is possible even at the lower rank unless the maximum tree (node) restriction is imposed.
v) Mutation may be performed if an expression represented by a tree is satisfied. If not, repeat until satisfied. However, when a mutation occurs at the explanatory variable coefficient K, only the numerical value of the explanatory variable coefficient K is changed.
vi) By the correlation coefficient and the F-value test, calculation is performed until the expression of the maximum fitness exceeds a predetermined number or until a predetermined time is exceeded.
vii) Repeat ii) to vi) described above.
[0055]
4) Output the calculation result of the genetic algorithm including the progress.
The calculation result to be output is displayed on the display device 17, and the display contents are as follows.
i) Distribution diagram of predicted and actual values by the formula of maximum fitness, F value, correlation function
ii) Maximum fitness and average fitness with the number of generations on the horizontal axis
iii) Formula of the selected average and maximum fitness
As a result of formulating using the genetic algorithm as described above, the following formula was obtained.
[0056]
Next, identification by a neural network in the entire winding process from the pinch rolls 5 to the mandrel 6 described above is performed, and the necessary state variables for suppressing the meandering amount, which is the state objective variable, within a predetermined threshold and The procedure for obtaining the correction amount (S8) will be described in more detail.
The purpose of this combination optimization is to extract an explanatory variable and a correction amount that cause an unknown phenomenon (abnormality) within a threshold value.
The procedure of this combination optimization will be described step by step.
[0057]
1) An abnormal target variable and an abnormal explanatory variable are input by a neural network having a plurality of intermediate layers, and an abnormal cause (explanatory variable) is identified using the abnormal phenomenon as an objective variable.
[0058]
2) Input the number of input layers, intermediate layers, and output layers of the neural network, objective variables, explanatory variables, and the like on spreadsheet software, and create a text file using a macro program. Here, the basic statistic of each variable is calculated, and data other than the parameters of each Pn average value ± 2.5 × standard deviation> Pn are extracted, and the data number and the data content are displayed on the display device 17. Judgment of adoption or rejection.
[0059]
3) Input various specifications of the operation of the genetic algorithm using an editor. The various specifications to be input are, for example, one or more intersections, the initial number of populations, the mutation rate, forbidden items (restrictions, termination conditions), and the like.
i) Here, it is also possible to specify an explanatory variable whose correction amount of the explanatory variable cannot be corrected. The specified explanatory variable correction amount is excluded from the target of the genetic algorithm operation.
ii) The explanatory variable with the smallest explanatory variable correction amount is determined to be the main cause.
iii) If the main cause cannot be corrected, the correction explanatory variable and the correction amount other than the main cause are obtained again.
iv) If the correction amount is too large to be corrected, a plurality of explanatory variables are extracted in the order of 1 → 2 → 3 →.
[0060]
4) Execute the operation of the genetic algorithm.
i) Generate an initial population. (Here, the target of the genetic algorithm is a filter α coefficient expressed by a numerical value.) A real number of 0 to 1 is represented by 8 bits, a bit string of the same number as the explanatory variable is created, and determined by various specifications. Generated as many as The operation of the genetic algorithm is performed on a bit string. Further, a value obtained by converting the bit string into a numerical value is defined as (correction amount) = 1− (numeric value).
ii) The obtained correction amount is set as a filter on the input side of the input layer in the neural network, and the calculation by the neural network is performed.
iii) Repeat the above steps i) to iii) in the order of selection → proliferation → crossing → mutation up to a predetermined fitness or time.
[0061]
5) Output the calculation result of the genetic algorithm including the progress.
The calculation result to be output is displayed on the display device 17, and the display contents are as follows.
i) Maximum fitness and average fitness with the number of generations on the horizontal axis
ii) selected mean, maximum fitness correction factor
[0062]
As a result of performing the combination optimization in this manner, it has been derived that the meandering amount falls within the threshold value by reducing the pressing force of the pinch rolls 5 by 10%. According to this, when the operation setting was actually changed, it was confirmed that the meandering amount was within the threshold value.
[0063]
In the above-described embodiment, a genetic algorithm is used as a combination optimization method. However, another combination method such as SA (simulated annealing method) or LP (linear programming) is used. Method) can also be used.
[0064]
【The invention's effect】
Since the present invention has the above-described configuration, the following effects can be obtained.
[0065]
According to the first and fourth aspects of the present invention, by using the neural network, it is possible to handle a non-linear process phenomenon, and it is easy to handle irrespective of the shape of the function, and is hardly affected by disturbance. Further, by using the genetic algorithm, optimization can be easily performed with an algorithm that avoids a local solution.
[0066]
According to the second aspect of the present invention, in addition to the effect of the first aspect of the present invention, the efficiency of the abnormal factor analysis is improved, and the causal relationship is expressed by an equation, thereby preventing the neural network from being black-boxed, thereby simplifying the process. The reliability of abnormal factor identification can be confirmed in light of physical phenomena.
[0067]
According to the third aspect of the present invention, in addition to the effects of the first or second aspect of the present invention, a solution can be obtained more quickly by using a genetic algorithm as a combination optimization technique.
[0068]
According to the fifth aspect of the present invention, in addition to the effect of the fourth aspect, when an abnormal state is found, an alarm can be issued to notify the abnormal state.
[0069]
According to the sixth aspect of the present invention, in addition to the effect of the fourth or fifth aspect, a solution can be obtained more quickly by using a genetic algorithm as a combination optimization technique.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a diagnostic device according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a winding facility of a hot rolling plant to which a diagnostic device is applied.
FIG. 3 is a flowchart illustrating an outline of a procedure of a diagnostic method according to the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the results of studying the effectiveness of process identification using a neural network.
[Explanation of symbols]
1 Diagnostic device
2 Winding equipment
3 steel plate
4 Guide
5 Pinch roll
6 Mandrel
7 Wrapper roll
8 Pinch roll drive
9 Speed reducer
10 Mandrel drive
11 Input device
12 sensors
13 Data collection device
14 Data processing arithmetic unit
15 Identification arithmetic unit
16 Storage device
17 Display device
18 Alarm device

Claims (6)

非線形プロセス現象を取り扱う対象設備及び製品プロセスの異常状態を、オンラインまたはオフラインで診断する方法において、
測定した異常状態が、設備異常または品質異常の問題とならないレベルに設定した所定の閾値を超えた場合に、当該異常に関連する状態説明変数及び異常目的変数を求め、
ニューラルネットワークにより、1あるいは複数の異常要因分析を行って、状態目的変数に対する状態説明変数の影響を同定し、
異常目的変数を所定の閾値内に抑えるために修正すべき状態説明変数の複数の解を、組み合わせ最適化方法によって自動的に導き出すことを特徴とする設備及び製品プロセス異常状態の診断方法。
In a method for diagnosing an abnormal state of a target facility and a product process that handles a non-linear process phenomenon online or offline,
When the measured abnormal state exceeds a predetermined threshold set at a level that does not cause a problem of equipment abnormality or quality abnormality, determine a state explanatory variable and an abnormal purpose variable related to the abnormality,
The neural network performs one or more anomaly analysis to identify the effect of the state explanatory variable on the state objective variable,
A method for diagnosing equipment and product process abnormal conditions, wherein a plurality of solutions of state explanatory variables to be corrected in order to keep abnormal target variables within a predetermined threshold value are automatically derived by a combination optimization method.
異常要因分析工程において因果関係を表す方法では、
ニューラルネットワークにおけるニューロンに対応する要因が所定の重み以下である場合には、当該ニューロンに対応する要因を状態説明変数から除外して、判定に必要な要因のみを選別し、
評価関数DIを
DI=1/Σ|(ニューラルネットワーク出力)−(自己組織化式出力)|
で表される遺伝的アルゴリズムによって、自己組織化による式化を行うことを特徴とする請求項1記載の設備及び製品プロセス異常状態の診断方法。
In the method of expressing a causal relationship in the abnormal factor analysis process,
When the factor corresponding to the neuron in the neural network is equal to or less than the predetermined weight, the factor corresponding to the neuron is excluded from the state explanatory variables, and only the factors necessary for the determination are selected.
The evaluation function DI is expressed as DI = 1 / Σ | (neural network output) − (self-organizing expression output) | 2
The method for diagnosing an abnormal state of equipment and a product process according to claim 1, wherein the formalization by self-organization is performed by a genetic algorithm represented by:
組合せ最適化方法では、
遺伝的アルゴリズムを用いることを特徴とする請求項1または2記載の設備及び製品プロセス異常状態の診断方法。
In the combination optimization method,
The method for diagnosing an abnormal state of equipment and product processes according to claim 1 or 2, wherein a genetic algorithm is used.
非線形プロセス現象を取り扱う対象設備及び製品プロセスの異常状態を、オンラインまたはオフラインで診断するとともに、その診断結果を出力する設備及び製品プロセス異常状態の診断装置において、
診断に必要なデータを収集するデータ収集手段と、
収集したデータを状態説明変数及び異常目的変数にそれぞれ変換して、異常兆候を所定の閾値と比較する演算手段と、
パラメータを蓄え、異常兆候が現れた場合に、異常兆候パラメータと異常要因パラメータとからニューラルネットワークを作成して、現象を同定するとともに、同定したニューラルネットワークをベースとして異常要因パラメータを必要な個数だけ選別し、遺伝的アルゴリズムを用いて自己組織化による式化を行う式化手段と、
異常兆候を所定の閾値内に抑えるために必要な異常要因の複数の解の選択を、組合せ最適化により求める演算処理手段と、
前記データ収集手段、演算手段、式化手段、演算処理手段におけるデータを記憶する記憶手段と、
演算の課程及び診断結果を表示する表示手段と、
を備えたことを特徴とする設備及び製品プロセス異常状態の診断装置。
In equipment and product process abnormal state diagnostic equipment that diagnoses abnormal conditions of target equipment and product processes that handle nonlinear process phenomena online or offline, and outputs the diagnostic results,
Data collection means for collecting data required for diagnosis;
Calculating means for converting the collected data into a state explanatory variable and an abnormal objective variable, respectively, and comparing the abnormal sign with a predetermined threshold value;
When parameters are stored and an abnormal sign appears, a neural network is created from the abnormal sign parameter and the abnormal cause parameter to identify the phenomenon, and the necessary number of abnormal cause parameters are selected based on the identified neural network. Formulating means for formulating by self-organization using a genetic algorithm,
An arithmetic processing means for selecting a plurality of solutions of the anomaly factors necessary for suppressing the anomalous symptom within a predetermined threshold value by combinational optimization;
Storage means for storing data in the data collection means, calculation means, formulating means, calculation processing means,
Display means for displaying a calculation process and a diagnosis result;
An apparatus for diagnosing an abnormal state of equipment and a product process, comprising:
異常状態が発生した場合に、警報を発生する警報手段を備えたことを特徴とする請求項4記載の設備及び製品プロセス異常状態の診断装置。5. The diagnostic apparatus according to claim 4, further comprising an alarm unit for generating an alarm when an abnormal state occurs. 演算処理手段では、
遺伝的アルゴリズムを用いた組み合わせ最適化により異常要因の選択を行うことを特徴とする請求項4または5記載の設備及び製品プロセス異常状態の診断装置。
In the arithmetic processing means,
6. The apparatus for diagnosing an abnormal state of a facility and a product process according to claim 4, wherein an abnormal factor is selected by combination optimization using a genetic algorithm.
JP29784896A 1996-10-23 1996-10-23 Method and apparatus for diagnosing abnormal state of equipment and product process Expired - Fee Related JP3579553B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29784896A JP3579553B2 (en) 1996-10-23 1996-10-23 Method and apparatus for diagnosing abnormal state of equipment and product process

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29784896A JP3579553B2 (en) 1996-10-23 1996-10-23 Method and apparatus for diagnosing abnormal state of equipment and product process

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH10122917A JPH10122917A (en) 1998-05-15
JP3579553B2 true JP3579553B2 (en) 2004-10-20

Family

ID=17851941

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP29784896A Expired - Fee Related JP3579553B2 (en) 1996-10-23 1996-10-23 Method and apparatus for diagnosing abnormal state of equipment and product process

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3579553B2 (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000288877A (en) * 1999-04-05 2000-10-17 Toshiba Corp Deriving system for causal relationship between data and deriving method for causal relationship in database
WO2015151241A1 (en) 2014-04-02 2015-10-08 三菱電機株式会社 Motor control device and motor control system
JP6673216B2 (en) * 2014-11-19 2020-03-25 日本電気株式会社 Factor analysis device, factor analysis method and program, and factor analysis system
JP7088720B2 (en) * 2018-03-30 2022-06-21 株式会社トプコン Surveying instruments and surveying systems
JP7037988B2 (en) * 2018-03-30 2022-03-17 株式会社トプコン Surveying system
CN110333392B (en) * 2019-06-18 2021-07-13 重庆市轨道交通(集团)有限公司 Driver controller detection device
JP7031713B1 (en) * 2020-10-22 2022-03-08 Jfeスチール株式会社 Abnormality diagnosis model construction method, abnormality diagnosis method, abnormality diagnosis model construction device and abnormality diagnosis device

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0674876A (en) * 1992-08-28 1994-03-18 Kawasaki Steel Corp Method and device for diagnosing facility
US5442562A (en) * 1993-12-10 1995-08-15 Eastman Kodak Company Method of controlling a manufacturing process using multivariate analysis
JP3347462B2 (en) * 1994-04-11 2002-11-20 新日本製鐵株式会社 Estimation method of blast furnace bottom condition

Also Published As

Publication number Publication date
JPH10122917A (en) 1998-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5179086B2 (en) Industrial process monitoring method and monitoring system
US5511004A (en) Diagnostic method for an evolutionary process
Charongrattanasakul et al. Minimizing the cost of integrated systems approach to process control and maintenance model by EWMA control chart using genetic algorithm
CN113255848B (en) Water turbine cavitation sound signal identification method based on big data learning
CN106682781A (en) Power equipment multi-index prediction method
Garg et al. A two-phase approach for reliability and maintainability analysis of an industrial system
JPH11338848A (en) Data abnormality detector
CN111445103A (en) Power transmission cable production quality management feedback system based on industrial internet
CN113762329A (en) Method and system for constructing state prediction model of large rolling mill
CN114757309A (en) Multi-physical-field monitoring data collaborative fusion engineering disaster early warning method and system
JP3579553B2 (en) Method and apparatus for diagnosing abnormal state of equipment and product process
Amiri et al. Multi-objective economic-statistical design of MEWMA control chart
CN111612149A (en) Main network line state detection method, system and medium based on decision tree
CN113868948A (en) User-oriented dynamic threshold model training system and method
CN113554229A (en) Three-phase voltage unbalance abnormality detection method and device
CN111079348B (en) Method and device for detecting slowly-varying signal
Sharma Fuzzy reliability analysis of repairable industrial systems using soft-computing based hybridized techniques
JP3892614B2 (en) Equipment and product process abnormality diagnosis method and apparatus
Buceti et al. Automatic validation of the five-channel DCN interferometer in ENEA-FTU based on soft-computing techniques
CN113780852A (en) Diagnosis method for quality defects in plate and strip rolling process
Lajoie et al. A data-driven framework to deal with intrinsic variability of industrial processes: An application in the textile industry
CN114004360B (en) Intelligent equipment diagnosis equipment and method based on fuzzy expert model
Grishin Development of intelligent algorithms for the continuous diagnostics and condition monitoring subsystem of the equipment as part of the process control system of a stainless steel pipe production enterprise
Najar et al. Comparative Machine Learning Study for Estimating Peak Cladding Temperature in AP1000 Under LOFW
CN115780530B (en) Steel rolling fault tracing method and device based on expert knowledge and data combined driving

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20040123

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040203

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040402

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20040706

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20040716

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070723

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080723

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080723

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090723

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090723

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100723

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110723

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120723

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130723

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130723

Year of fee payment: 9

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130723

Year of fee payment: 9

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130723

Year of fee payment: 9

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130723

Year of fee payment: 9

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees