JP4653547B2 - Apparatus and method for analyzing relation between operation and quality in manufacturing process, computer program, and computer-readable recording medium - Google Patents

Apparatus and method for analyzing relation between operation and quality in manufacturing process, computer program, and computer-readable recording medium Download PDF

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Description

本発明は、製造プロセスにおける操業と製品品質(以下、品質と記す)の関連解析装置、方法、コンピュータプログラム、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関し、特に操業結果として品質が決まるプロセス全般において、複数の操業因子と品質の関連性を明らかにすることによって、品質不合の要因を解明し、望ましい品質を得る為の操業条件を見出す為に用いて好適な技術に関する。   The present invention relates to an analysis device, a method, a computer program, and a computer-readable recording medium relating to operation and product quality (hereinafter referred to as quality) in a manufacturing process, and in particular, in a general process in which quality is determined as an operation result, The present invention relates to a technique suitable for use in elucidating the cause of quality incompatibility by clarifying the relationship between the operation factor and quality, and finding out the operation conditions for obtaining the desired quality.

従来、操業結果として品質が決まるプロセスにおいて、操業条件が品質に与える影響を解析する操業分析手法としては、単一の操業因子と品質との相関係数を用いて評価する相関解析法や、複数の操業因子を入力とし品質を出力とする重回帰モデルを作成して評価する方法が良く知られている。   Conventionally, in the process where the quality is determined as the operation result, as the operation analysis method for analyzing the influence of the operation condition on the quality, a correlation analysis method that evaluates using a correlation coefficient between a single operation factor and quality, It is well known to create and evaluate a multiple regression model with the operational factors of the input as the input and the quality as the output.

また、特許文献1に開示された手法では、鉄鋼プロセスにおける、鋳片のカーボン量等の物性値、鋳造巾等の操業値、及び冷却ゾーンの温度値等を操業因子とし、鋼板の表面欠陥を品質データとして多層神経回路網(multi layer neural network)を用いた品質予測装置で上記品質データと操業データの関連を学習させ品質制御診断を行っている。   Further, in the technique disclosed in Patent Document 1, in the steel process, the physical property value such as the carbon amount of the slab, the operation value such as the casting width, the temperature value of the cooling zone and the like are the operation factors, and the surface defects of the steel sheet are determined. A quality control diagnosis is performed by learning the relation between the quality data and the operation data by a quality prediction device using a multi-layer neural network as quality data.

更に、操業因子と品質のより複雑な関連を人間が理解し易い形式で分析する為のモデルとしては、非特許文献1に述べられている決定木を用いる方法が知られている。   Furthermore, a method using a decision tree described in Non-Patent Document 1 is known as a model for analyzing a more complicated relationship between operation factors and quality in a format that is easy for humans to understand.

また、特許文献2に開示された手法では、操業データ及び品質データを基に、操業データを基底ベクトルとする操業因子空間を幾つかの局所領域に分割して、各局所領域における操業因子と品質の関連性を人間が直感的に理解し易い線形式でモデル化している。そして、各局所線形式が全体の品質に対して、どの程度影響しているかを示す寄与率を操業因子空間の座標の関数として表す活性度関数を操業データから求めて、全体の操業因子と品質の関連を表す数式モデルを導出することにより、複雑な非線形特性を有する多変量の操業因子と品質の関係を人間に理解し易い形式で提示する解析手法を実現している。   Further, in the method disclosed in Patent Document 2, based on the operation data and the quality data, the operation factor space having the operation data as a basis vector is divided into several local regions, and the operation factor and quality in each local region are divided. Is modeled in a line format that is easy for humans to understand intuitively. Then, an activity function that expresses the contribution rate indicating how much each local line format affects the overall quality as a function of the coordinate of the operation factor space is obtained from the operation data, and the overall operation factor and quality are obtained. By deriving a mathematical model that expresses the relationship, the analysis method that presents the relationship between multivariate operating factors with complex nonlinear characteristics and quality in a form that is easy for humans to understand is realized.

特開平6−304723号公報JP-A-6-304723 特開2003−141215号公報JP 2003-141215 A ジェイ・アール・キンラン(J.R Quinlan)著、"ラーニング・ウイズ・コンティニュアス・クラスイズ"(Learning with continuous classes)、Proceedings of the 5th Australian Joint Conference on Artificial Intelligence. AI '92, 1992, Pages 343-348J.R Quinlan, "Learning with continuous classes", Proceedings of the 5th Australian Joint Conference on Artificial Intelligence. AI '92, 1992, Pages 343-348

上述した相関係数や重回帰モデルを用いた方法では、分析対象である操業及び品質データは全ての操業範囲において単一の線形モデルで表現できるとの前提条件に基づいて、相関係数や回帰モデルを導出して分析を行う。その為に、各々異なる特性を有する複数の品質不合要因が存在するプロセスから得られる、操業及び品質データを解析する場合には、両者の関係を正しく捉えることができない問題があった。   In the method using the correlation coefficient and multiple regression model described above, the correlation coefficient and regression are based on the precondition that the operation and quality data to be analyzed can be expressed by a single linear model in the entire operation range. A model is derived and analyzed. Therefore, when analyzing operation and quality data obtained from a process in which a plurality of quality mismatch factors having different characteristics exist, there is a problem that the relationship between the two cannot be correctly grasped.

また,特許文献1に開示された手法では、多層神経回路網を用いて操業因子と品質の関係性を学習したモデルを作成し、品質制御診断に応用している。しかしながら、多層神経回路網は、その制御診断がどのような論理に基づいて成されたかを人間が読み取ることが極めて難しく、制御診断結果の合理性をオペレータが判断できないという問題があった。   In the method disclosed in Patent Document 1, a model in which the relationship between operation factors and quality is learned using a multilayer neural network is created and applied to quality control diagnosis. However, the multilayer neural network has a problem that it is extremely difficult for a human to read what logic the control diagnosis is made based on, and the operator cannot judge the rationality of the control diagnosis result.

さらに、決定木を用いた手法では、操業データを基底ベクトルとする操業因子空間を、操業条件に基づいて分割し、各々の局所空間で操業因子と品質の線形モデルを導出する処理を行うことによって、複数の品質不合要因が存在するプロセスの操業データ解析を行っている。その際、局所領域の境界線を厳格に設定し、その両側で異なる線形方程式が成立するという前提を取っている為、複数不合原因が重畳して品質を決定している境界領域が存在するプロセスのデータについては、十分に精度の高い分析ができない問題が決定木を用いた手法にはあった。   Furthermore, in the method using a decision tree, the operation factor space with the operation data as a basis vector is divided based on the operation conditions, and a process for deriving a linear model of the operation factor and quality in each local space is performed. Analyzing operation data for processes with multiple quality mismatch factors. At that time, since the boundary line of the local region is strictly set and different linear equations are established on both sides, there is a boundary region where the quality is determined by overlapping multiple incompatibility causes However, there was a problem that the decision tree was used for the above data.

特許文献2に開示された手法は、上記の各手法における問題点を解決可能とするもので、操業データを基底ベクトルとする操業因子空間を幾つかの局所領域に分割し、各局所領域における操業因子と品質の関連性を人間が直感的に理解し易い線形式でモデル化することによって、操業範囲全体では複雑な特性を示す操業と品質の関連性を、精度良く、かつ人間に理解し易い形式で捉えることが可能である。また、各局所線形式が、特定の操業条件下において、どの程度全体の品質特性に影響しているかを示す活性度関数を操業データから求めて、全体の品質と操業の関連を活性度関数を重みとする局所線形式の一次結合で表現している。これによって複数不合原因が重畳して品質を決定している境界近傍も精度良く分析することを可能としている。しかしながら、当手法においては、上記局所領域の分割及び活性度関数導出を行う際に、解析対象の操業データが操業因子空間の中で、どのような偏りを有する分布をしているかを考慮せずに分割を行う為、現実の操業データの解析に適用した場合、局所領域内のデータの偏りに起因して局所線形式の精度が劣化する、或いは分割を人手で試行錯誤的に変更する作業が発生して迅速な品質不合要因解明が行えない、といった実用上の問題があった。   The technique disclosed in Patent Document 2 can solve the problems in each of the above-described techniques, and divides an operation factor space having operation data as a basis vector into several local areas, and operates in each local area. By modeling the relationship between factors and quality in a line format that is easy for humans to understand intuitively, the relationship between operations and quality that exhibit complex characteristics throughout the entire operating range is accurate and easy for humans to understand. It can be captured in a form. In addition, an activity function that indicates how much each local line format affects the overall quality characteristics under specific operating conditions is obtained from the operation data, and the relationship between the overall quality and the operation is calculated. It is expressed by a linear combination of local line formats with weights. Thus, it is possible to accurately analyze the vicinity of the boundary where the quality is determined by superimposing a plurality of incompatibility causes. However, this method does not consider the distribution of the operation data subject to analysis in the operation factor space when dividing the local region and deriving the activity function. Therefore, when applied to the analysis of actual operation data, the accuracy of the local line format deteriorates due to the bias of the data in the local area, or the division is manually changed by trial and error There was a practical problem that the cause of the quality mismatch could not be solved quickly.

本発明は、上記のような点に鑑みてなされたものであり、製造プロセスにおける複数の操業因子と品質の関連性を解析するにあたって、操業因子空間を分割する場合に、実際に解析対象となっている操業データの偏りや疎密といったデータの分布状態に応じて適正な空間分割を自動的に行えるようにすることで、比較的少ない分割数で精度の高い品質と操業の関連モデルを構築し、人間が解釈しやすい解析モデルを抽出可能とすることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and when analyzing the relationship between a plurality of operating factors and quality in the manufacturing process, the operating factor space is actually an analysis target. By automatically performing appropriate space division according to the distribution state of data such as bias and sparseness of operation data, a high-quality and operation-related model is built with a relatively small number of divisions, The purpose is to make it possible to extract analysis models that are easy for humans to interpret.

本発明の製造プロセスにおける操業と品質の関連解析装置は、製造プロセスにおける複数の操業項目(以下、「操業因子」という。)のデータ(以下、「操業データ」という。)と対応する品質データを基に各操業因子と品質の関連を解析するにあたり、
製造プロセスの操業データと対応する品質データを入力するデータ入力手段と、
前記データ入力手段によって入力された製造プロセスの複数の操業データに基づいて操業因子を基底ベクトルとする操業因子空間を複数の局所領域に分割する操業空間分割手段と、
前記各局所領域における複数の操業データと品質データに基づいて操業因子と品質の関連を表す線形多項式による局所品質モデルを、該局所品質モデルによる予測誤差が最小となるように未定係数を決定することにより構築する局所品質モデル作成手段と、
前記各局所領域の局所品質モデルに重み関数を掛け合わせたものを全局所領域について加算して、操業範囲全体の品質特性を表す全体品質モデルを作成する全体品質モデル作成手段とを具備し、
前記全体品質モデル作成手段によって作成された全体品質モデルが所定の条件を満たす場合に、該全体品質モデルを作成する局所品質モデルを少なくとも提示する操業プロセスにおける操業と品質の関連解析装置であって、
前記操業空間分割手段は、
分割するべき局所領域を選択する分割対象領域選択手段と、
前記分割対象領域選択手段によって選択された各局所領域の範囲内に分布する操業データを選択して抽出する局所データ選択手段と、
前記局所データ選択手段によって抽出された操業データを各操業の軸に射影した分布情報に基づいて、データグルーピング領域分割手段及び等データ数分割グループ手段のいずれか一つを分割手段として選択する適正分割法判定手段と、
前記データグルーピング領域分割手段又は前記等データ数分割グループ手段によって得られる情報に基づいて局所領域の細分割を実行する領域細分割手段とを備え、
前記データグルーピング領域分割手段は、
前記局所データ選択手段によって抽出された操業データの初期重心点を作成する初期重心点作成手段と、
前記局所データ選択手段によって抽出された操業データと重心点との距離を算出する重心点−操業データ間距離評価手段と、
前記重心点−操業データ間距離評価手段によって算出された距離に基づいて、互いに近接しているとみなせる操業データ同士をグループ化する操業データグループ作成手段と、
前記操業データグループ作成手段によって作成されたグループについて、そのグループに属する操業データ座標を用いて重心点を更新する重心点更新手段と、
更新前後の重心点及び前記操業データグループ作成手段によって作成されたグループ作成結果の情報に基づいて、適正なグルーピング結果に収束したかを判定し、収束していれば、重心点と操業データグループの情報を前記領域細分割手段に引き渡すグルーピング結果判定手段とを備え、
前記等データ数分割グループ手段は、
前記局所データ選択手段によって抽出された操業データの個数が、細分割後の各領域で等しくなる等データ数分割位置を各操業軸に対して算出する等データ数分割位置算出手段と、
前記局所データ選択手段によって抽出された操業データが、前記等データ数分割位置算出手段による細分割後のどの領域に属するかを算出してグループ化する等データ数分割グループ作成手段と、
前記等データ数分割位置算出手段による細分割後の領域の重心点を算出して、前記等データ数分割位置算出手段及び等データ数分割グループ作成手段によって得られた等データ数分割位置、及び操業データのグループ化結果と共に、前記領域細分割手段に引き渡す等データ数分割重心点算出手段とを備えることを特徴とする。
本発明の製造プロセスにおける操業と品質の関連解析方法は、製造プロセスにおける複数の操業項目(以下、「操業因子」という。)のデータ(以下、「操業データ」という。)と対応する品質データを基に各操業因子と品質の関連を解析するにあたり、
データ入力手段が、製造プロセスの操業データと対応する品質データを入力するデータ入力工程と、
操業空間分割手段が、前記データ入力工程によって入力された製造プロセスの複数の操業データに基づいて操業因子を基底ベクトルとする操業因子空間を複数の局所領域に分割する操業空間分割工程と、
局所品質モデル作成手段が、前記各局所領域における複数の操業データと品質データに基づいて操業因子と品質の関連を表す線形多項式による局所品質モデルを、該局所品質モデルによる予測誤差が最小となるように未定係数を決定することにより構築する局所品質モデル作成工程と、
全体品質モデル作成手段が、前記各局所領域の局所品質モデルに重み関数を掛け合わせたものを全局所領域について加算して、操業範囲全体の品質特性を表す全体品質モデルを作成する全体品質モデル作成工程とを有し、
前記全体品質モデル作成手段によって作成された全体品質モデルが所定の条件を満たす場合に、該全体品質モデルを作成する局所品質モデルを少なくとも提示する操業プロセスにおける操業と品質の関連解析方法であって、
前記操業空間分割工程は、
分割対象領域選択手段が、分割するべき局所領域を選択する分割対象領域選択工程と、
局所データ選択工程が、前記分割対象領域選択工程によって選択された各局所領域の範囲内に分布する操業データを選択して抽出する局所データ選択工程と、
適正分割法判定手段が、前記局所データ選択工程によって抽出された操業データを各操業の軸に射影した分布情報に基づいて、データグルーピング領域分割工程及び等データ数分割グループ工程のいずれか一つを分割工程として選択する適正分割法判定工程と、
領域細分割手段が、前記データグルーピング領域分割工程又は前記等データ数分割グループ工程によって得られる情報に基づいて局所領域の細分割を実行する領域細分割工程とを有し、
前記データグルーピング領域分割工程は、
初期重心点作成手段が、前記局所データ選択工程によって抽出された操業データの初期重心点を作成する初期重心点作成工程と、
重心点−操業データ間距離評価手段が、前記局所データ選択工程によって抽出された操業データと重心点との距離を算出する重心点−操業データ間距離評価工程と、
操業データグループ作成手段が、前記重心点−操業データ間距離評価工程によって算出された距離に基づいて、互いに近接しているとみなせる操業データ同士をグループ化する操業データグループ作成工程と、
重心点更新手段が、前記操業データグループ作成工程によって作成されたグループについて、そのグループに属する操業データ座標を用いて重心点を更新する重心点更新工程と、
グルーピング結果判定手段が、更新前後の重心点及び前記操業データグループ作成工程によって作成されたグループ作成結果の情報に基づいて、適正なグルーピング結果に収束したかを判定し、収束していれば、重心点と操業データグループの情報を前記領域細分割工程に引き渡すグルーピング結果判定工程とを有し、
前記等データ数分割グループ工程は、
等データ数分割位置算出手段が、前記局所データ選択工程によって抽出された操業データの個数が、細分割後の各領域で等しくなる等データ数分割位置を各操業軸に対して算出する等データ数分割位置算出工程と、
等データ数分割グループ作成手段が、前記局所データ選択工程によって抽出された操業データが、前記等データ数分割位置算出工程による細分割後のどの領域に属するかを算出してグループ化する等データ数分割グループ作成工程と、
等データ数分割重心点算出手段が、前記等データ数分割位置算出工程による細分割後の領域の重心点を算出して、前記等データ数分割位置算出工程及び等データ数分割グループ作成工程によって得られた等データ数分割位置、及び操業データのグループ化結果と共に、前記領域細分割工程に引き渡す等データ数分割重心点算出工程とを有することを特徴とする。
本発明のコンピュータプログラムは、製造プロセスにおける複数の操業項目(以下、「操業因子」という。)のデータ(以下、「操業データ」という。)と対応する品質データを基に各操業因子と品質の関連を解析するにあたり、
製造プロセスの操業データと対応する品質データを入力するデータ入力処理と、
前記データ入力処理によって入力された製造プロセスの複数の操業データに基づいて操業因子を基底ベクトルとする操業因子空間を複数の局所領域に分割する操業空間分割処理と、
前記各局所領域における複数の操業データと品質データに基づいて操業因子と品質の関連を表す線形多項式による局所品質モデルを、該局所品質モデルによる予測誤差が最小となるように未定係数を決定することにより構築する局所品質モデル作成処理と、
前記各局所領域の局所品質モデルに重み関数を掛け合わせたものを全局所領域について加算して、操業範囲全体の品質特性を表す全体品質モデルを作成する全体品質モデル作成処理とをコンピュータに実行させ、
前記全体品質モデル作成処理によって作成された全体品質モデルが所定の条件を満たす場合に、該全体品質モデルを作成する局所品質モデルを少なくとも提示するようにしたコンピュータプログラムであって、
前記操業空間分割処理は、
分割するべき局所領域を選択する分割対象領域選択処理と、
前記分割対象領域選択処理によって選択された各局所領域の範囲内に分布する操業データを選択して抽出する局所データ選択処理と、
前記局所データ選択処理によって抽出された操業データを各操業の軸に射影した分布情報に基づいて、データグルーピング領域分割処理及び等データ数分割グループ処理のいずれか一つを分割処理として選択する適正分割法判定処理と、
前記データグルーピング領域分割処理又は前記等データ数分割グループ処理によって得られる情報に基づいて局所領域の細分割を実行する領域細分割処理とをコンピュータに実行させ、
前記データグルーピング領域分割処理は、
前記局所データ選択処理によって抽出された操業データの初期重心点を作成する初期重心点作成処理と、
前記局所データ選択処理によって抽出された操業データと重心点との距離を算出する重心点−操業データ間距離評価処理と、
前記重心点−操業データ間距離評価処理によって算出された距離に基づいて、互いに近接しているとみなせる操業データ同士をグループ化する操業データグループ作成処理と、
前記操業データグループ作成処理によって作成されたグループについて、そのグループに属する操業データ座標を用いて重心点を更新する重心点更新処理と、
更新前後の重心点及び前記操業データグループ作成処理によって作成されたグループ作成結果の情報に基づいて、適正なグルーピング結果に収束したかを判定し、収束していれば、重心点と操業データグループの情報を前記領域細分割処理に引き渡すグルーピング結果判定処理とをコンピュータに実行させ、
前記等データ数分割グループ処理は、
前記局所データ選択処理によって抽出された操業データの個数が、細分割後の各領域で等しくなる等データ数分割位置を各操業軸に対して算出する等データ数分割位置算出処理と、
前記局所データ選択処理によって抽出された操業データが、前記等データ数分割位置算出処理による細分割後のどの領域に属するかを算出してグループ化する等データ数分割グループ作成処理と、
前記等データ数分割位置算出処理による細分割後の領域の重心点を算出して、前記等データ数分割位置算出処理及び等データ数分割グループ作成処理によって得られた等データ数分割位置、及び操業データのグループ化結果と共に、前記領域細分割処理に引き渡す等データ数分割重心点算出処理とをコンピュータに実行させることを特徴とする。
本発明のコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、本発明のコンピュータプログラムを記録したことを特徴とする。
The operation and quality related analysis device in the manufacturing process of the present invention provides the quality data corresponding to the data ( hereinafter referred to as “ operation data ) of a plurality of operation items ( hereinafter referred to as “ operation factors ) in the manufacturing process . Based on the analysis of the relationship between each operating factor and quality,
A data input means for inputting quality data corresponding to operation data of the manufacturing process;
An operation space dividing means for dividing an operation factor space having an operation factor as a base vector based on a plurality of operation data of the manufacturing process input by the data input means into a plurality of local regions;
Determining a local quality model based on a linear polynomial representing a relation between an operation factor and quality based on a plurality of operation data and quality data in each local region, and determining an undetermined coefficient so that a prediction error due to the local quality model is minimized. and local quality model creation means be constructed by,
A global quality model creating means for creating a global quality model that represents the quality characteristics of the entire operating range by adding the local quality model of each local region multiplied by a weighting function for all local regions ,
When the overall quality model created by the overall quality model creating means satisfies a predetermined condition, an operation and quality related analysis device in an operation process presenting at least a local quality model for creating the overall quality model ,
The operating space dividing means is
A division target area selecting means for selecting a local area to be divided;
Local data selection means for selecting and extracting operation data distributed within the range of each local area selected by the division target area selection means;
Based on the distribution information obtained by projecting the operation data extracted by the local data selection unit onto the axis of each operation, an appropriate division that selects any one of the data grouping area division unit and the equal data number division group unit as the division unit Legal decision means;
Area subdivision means for performing subdivision of a local area based on information obtained by the data grouping area division means or the equal data number division group means,
The data grouping area dividing means includes
An initial barycentric point creating means for creating an initial barycentric point of operation data extracted by the local data selecting unit;
Center-of-gravity point-operation data distance evaluation means for calculating the distance between the operation data extracted by the local data selection means and the center of gravity point;
Based on the distance calculated by the center-of-gravity point-operation data distance evaluation means, operation data group creation means for grouping operation data that can be regarded as being close to each other;
For the group created by the operation data group creating means, the center-of-gravity point updating means for updating the center-of-gravity point using the operation data coordinates belonging to the group;
Based on the center of gravity point before and after the update and the information on the group creation result created by the operation data group creation means, it is determined whether it has converged to an appropriate grouping result, and if it has converged, the center of gravity point and the operation data group A grouping result determination unit that delivers information to the region subdivision unit;
The equal data number division group means includes:
An equal data number division position calculating means for calculating an equal data number division position for each operation axis in which the number of operation data extracted by the local data selection means is equal in each area after subdivision;
An equal data number division group creating means for calculating and grouping which region the operation data extracted by the local data selection means belongs to which region after the subdivision by the equal data number division position calculating means,
An equal data number division position obtained by the equal data number division position calculating means and the equal data number division group creating means by calculating a barycentric point of the area after subdivision by the equal data number division position calculating means, and an operation A data center division center point calculation unit is provided, which is delivered to the region subdivision unit together with the data grouping result .
The method for analyzing the relation between operation and quality in the manufacturing process according to the present invention is based on the data of a plurality of operation items ( hereinafter referred to as “ operation factors ) in the manufacturing process ( hereinafter referred to as “ operation data ) and the corresponding quality data. Based on the analysis of the relationship between each operating factor and quality,
A data input step in which the data input means inputs quality data corresponding to operation data of the manufacturing process;
An operation space dividing step of dividing the operation factor space into a plurality of local regions, the operation factor space having the operation factor as a basis vector based on the plurality of operation data of the manufacturing process input by the data input step ,
The local quality model creating means is adapted to minimize a prediction error caused by the local quality model by using a linear polynomial representing a relation between the operation factor and the quality based on the plurality of operation data and the quality data in each local region. A local quality model creation process constructed by determining undetermined coefficients in
The overall quality model creation means creates the overall quality model that represents the quality characteristics of the entire operating range by adding the local quality model of each local area multiplied by the weight function for all the local areas. A process,
When the overall quality model created by the overall quality model creating means satisfies a predetermined condition, an operation and quality related analysis method in an operation process presenting at least a local quality model for creating the overall quality model ,
The operation space dividing step is
A division target region selection step in which the division target region selection means selects a local region to be divided;
A local data selection step for selecting and extracting operation data distributed within the range of each local region selected by the division target region selection step; and
Based on the distribution information obtained by projecting the operation data extracted in the local data selection step onto the axis of each operation, the appropriate division method determination means performs either one of the data grouping region division step and the equal data number division group step. An appropriate division method determination step to be selected as a division step; and
An area subdivision means has an area subdivision process for performing subdivision of a local area based on information obtained by the data grouping area division process or the equal data number division group process,
The data grouping area dividing step includes:
An initial barycentric point creation means for creating an initial barycentric point of operation data extracted by the local data selection step,
Center-of-gravity point-operation data distance evaluation means calculates a distance between the operation data extracted by the local data selection step and the center-of-gravity point;
The operation data group creation means groups operation data that can be regarded as being close to each other based on the distance calculated by the center of gravity point-operation data distance evaluation step,
Center of gravity point update means, for the group created by the operation data group creation step, the center of gravity point update step of updating the center of gravity point using the operation data coordinates belonging to the group,
The grouping result determination means determines whether or not the grouping result has converged to an appropriate grouping result based on the center of gravity points before and after the update and the group creation result information created by the operation data group creation step. A grouping result determination step of transferring information on points and operation data groups to the region subdivision step,
The equal data number division group process includes:
Equal data number division position calculating means calculates the equal data number division position for each operation axis, where the number of operation data extracted by the local data selection step is equal in each area after subdivision A division position calculating step;
The equal data number division group creation means calculates and groups which operation data extracted by the local data selection step belongs to which region after subdivision by the equal data number division position calculation step belongs Split group creation process,
The equal data number division centroid calculation means calculates the centroid of the area after the subdivision by the equal data number division position calculation step, and is obtained by the equal data number division position calculation step and the equal data number division group creation step. And an equal data number division centroid point calculation step delivered to the region subdivision step together with the obtained equal data number division position and the operation data grouping result .
The computer program of the present invention is based on quality data corresponding to data ( hereinafter referred to as “ operation data ) of a plurality of operation items ( hereinafter referred to as “ operation factors ) in the manufacturing process . In analyzing the relationship,
A data input process for entering manufacturing process operation data and corresponding quality data;
An operation space dividing process for dividing an operation factor space having an operation factor as a base vector based on a plurality of operation data input by the data input process into a plurality of local regions;
Determining a local quality model based on a linear polynomial representing a relation between an operation factor and quality based on a plurality of operation data and quality data in each local region, and determining an undetermined coefficient so that a prediction error due to the local quality model is minimized. and local quality model creation process be constructed by,
The computer executes the overall quality model creation process for creating the overall quality model representing the quality characteristics of the entire operating range by adding the local quality model of each local area multiplied by the weight function for all the local areas. ,
When the overall quality model created by the overall quality model creation process satisfies a predetermined condition, a computer program that presents at least a local quality model for creating the overall quality model ,
The operation space dividing process is
A division target area selection process for selecting a local area to be divided;
Local data selection processing for selecting and extracting operation data distributed within the range of each local region selected by the division target region selection processing;
Proper division based on distribution information obtained by projecting the operation data extracted by the local data selection process onto the axis of each operation, and selecting either one of the data grouping area division process and the equal data number division group process as the division process Legal decision processing;
Causing the computer to execute an area subdivision process for performing subdivision of a local area based on information obtained by the data grouping area division process or the equal data number division group process,
The data grouping area dividing process includes:
An initial barycentric point creation process for creating an initial barycentric point of operation data extracted by the local data selection process;
Center-of-gravity point-operation data distance evaluation processing for calculating the distance between the operation data extracted by the local data selection processing and the center of gravity point;
Based on the distance calculated by the center-of-gravity point-operation data distance evaluation processing, operation data group creation processing for grouping operation data that can be regarded as close to each other,
For the group created by the operation data group creation process, the center of gravity point update process for updating the center of gravity point using the operation data coordinates belonging to the group, and
Based on the center of gravity point before and after the update and the information of the group creation result created by the operation data group creation process, it is determined whether or not it has converged to an appropriate grouping result. Causing the computer to execute a grouping result determination process for transferring information to the area subdivision process,
The equal data number division group processing is:
An equal data number division position calculation process for calculating an equal data number division position for each operation axis, in which the number of operation data extracted by the local data selection process is equal in each region after subdivision,
An equal data number division group creation process for calculating and grouping which region the operation data extracted by the local data selection process belongs to after subdivision by the equal data number division position calculation process;
Calculate the barycentric point of the area after the subdivision by the equal data number division position calculation process, the equal data number division position obtained by the equal data number division position calculation process and the equal data number division group creation process, and the operation In addition to the data grouping result, the computer is caused to execute an equal data number division centroid calculation process handed over to the area subdivision process .
The computer-readable recording medium of the present invention is recorded with the computer program of the present invention.

本発明によれば、製造プロセスにおける複数の操業因子と製品品質の複雑な関連を、精度良く、かつ人間に理解し易い形式で解析することができる。特に複数の操業因子と品質の関連性を解析するにあたって操業因子空間を局所領域に分割する場合に、実際に解析対象となっている操業データの偏りや疎密といったデータの分布状態に応じて適正な空間分割を自動的に行うことで、比較的少ない分割数で精度の高い品質と操業の関連モデルを、迅速に構築することができる。従って、解析結果を利用して、品質不合が発生した場合に、その原因を迅速に見出し、高品質な製品を得るよう適操業範囲を変更する等の対策アクションを早急に実行することで、不良品の発生が抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to analyze a complicated relationship between a plurality of operating factors and product quality in a manufacturing process with high accuracy and in a format that is easy for humans to understand. In particular, when analyzing the relationship between multiple operating factors and quality, when dividing the operating factor space into local regions, it is appropriate depending on the distribution of data such as the bias or sparseness of the actual operating data being analyzed. By automatically performing space division, it is possible to quickly build a high-quality and operation-related model with a relatively small number of divisions. Therefore, when quality mismatch occurs using the analysis results, the cause is quickly found, and countermeasures such as changing the appropriate operation range to obtain a high-quality product are promptly executed. Generation of non-defective products can be suppressed.

以下、図面を参照して、本発明の製造プロセスにおける操業と品質の関連解析装置、方法、コンピュータプログラム、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体の好適な実施の形態について説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, with reference to the drawings, a preferred embodiment of an operation and quality relation analysis device, method, computer program, and computer-readable recording medium in the manufacturing process of the present invention will be described.

図1は、本実施の形態の製造プロセスにおける操業と品質の関連解析装置の構成を示すブロック図である。また、図1における各ブロックをそれぞれ工程とみなした処理フローは、本実施の形態の製造プロセスにおける操業と品質の関連解析方法を示す例である。同図において、101はデータ入力部であり、関連解析装置には、製造プロセスの操業データと当該操業に対応した品質データが入力される。このデータ入力部101は、キーボード、データシートを読み込むOCR、又は工場内のLAN等で構成されている。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an operation and quality relation analysis apparatus in the manufacturing process of the present embodiment. Moreover, the processing flow which considered each block in FIG. 1 as a process is an example which shows the relational analysis method of the operation and quality in the manufacturing process of this Embodiment. In the figure, reference numeral 101 denotes a data input unit, and operation data of a manufacturing process and quality data corresponding to the operation are input to a related analysis device. The data input unit 101 includes a keyboard, an OCR that reads a data sheet, or a LAN in a factory.

上記操業データは、例えば鉄鋼プロセスでは連続鋳造工程の湯面変動量や熱延工程の加熱炉温度等であり、連続値として与えられる。複数p個の操業因子u1,u2,…,upがN個の製品について与えられた場合、入力操業データはN行p列の行列となる。   For example, in the steel process, the operation data is a fluctuation amount of the molten metal surface in a continuous casting process, a heating furnace temperature in a hot rolling process, and the like, and is given as a continuous value. When a plurality of p operation factors u1, u2,..., Up are given for N products, the input operation data is a matrix of N rows and p columns.

また、上記品質データとしては、例えば鉄鋼プロセスにて製造される鋼板コイル1本当りの表面欠陥個数等であり、連続値として与えられる。操業データに対応してNケースの品質データが与えられた場合、入力品質データはN次元のベクトルとなる。   The quality data is, for example, the number of surface defects per steel plate coil manufactured by a steel process, and is given as a continuous value. When N cases of quality data are given corresponding to the operation data, the input quality data is an N-dimensional vector.

N行p列の行列である入力操業データとN次元ベクトルである品質データが与えられた場合、線形代数理論より、上記操業データはu1〜upを基底とするp次元の操業因子空間に分布しているN個の点とみなすことができる。このとき、品質を記号yで表すとすると、操業データと品質は対応づけられるから、一般に写像関数f(・)を介した次式(1)の関係にあるとみなすことができる。   Given input operation data that is an N-by-p matrix and quality data that is an N-dimensional vector, the operation data is distributed in a p-dimensional operation factor space based on u1 to up by linear algebra theory. It can be regarded as N points. At this time, if the quality is represented by the symbol y, the operation data and the quality are associated with each other, and therefore, it can be considered that the relationship is generally represented by the following expression (1) via the mapping function f (•).

Figure 0004653547
Figure 0004653547

上記の写像関数f(・)は、操業領域全体では一般に非線形・多変量の複雑な関数であり、操業領域全体に渡る適正な関数式を見出すのは難しい。そこで、本発明では、操業領域を幾つかの局所領域に分割し、各局所領域において比較的簡単で理解が容易な関数で表す品質モデルを構築して、それらを組み合わせて製造プロセス全体における操業データと品質の間の関係すなわち品質モデルを構築することによって、人間が理解し易い解析モデルを迅速に作成する装置を実現している。   The above mapping function f (•) is generally a nonlinear / multivariate complex function in the entire operation region, and it is difficult to find an appropriate functional expression over the entire operation region. Therefore, in the present invention, the operation area is divided into several local areas, a quality model represented by a function that is relatively simple and easy to understand in each local area is constructed, and these are combined to operate data in the entire manufacturing process. By constructing a relationship between quality and quality, that is, a quality model, an apparatus that quickly creates an analysis model that is easy for humans to understand is realized.

102は初期分割作成部である。操業と品質の関連を解析を実行する際に、事前におおよその適正な操業領域の分割区分が判明している場合は、この時点で初期分割を行い、以降の処理は、この初期分割から開始する。おおよその適正分割が判らない場合は、全体の操業域を初期分割として、分割対象領域選択部103以降の処理を実行すれば良い。具体的には、与えられた複数の操業データについて、操業因子空間の基底u1〜up各軸での最小値(下式(2))と最大値(下式(3))を算出し、この最小値・最大値(下式(4))を頂点とするp次元の超立方体を全体の操業域に対応した初期分割とする方法がある。   Reference numeral 102 denotes an initial division creation unit. When an analysis of the relationship between operation and quality is performed, if an approximate division of the appropriate operation area is known in advance, an initial division is performed at this point, and subsequent processing starts from this initial division. To do. If the approximate proper division is not known, the process after the division target area selection unit 103 may be executed with the entire operation area as the initial division. Specifically, for a plurality of given operation data, the minimum value (the following expression (2)) and the maximum value (the following expression (3)) are calculated for each base u1 to up of the operation factor space. There is a method in which a p-dimensional hypercube having apexes of the minimum value and the maximum value (the following expression (4)) is used as an initial division corresponding to the entire operation area.

Figure 0004653547
Figure 0004653547

その他操業因子空間の分割を行う方法としては、p次元の空間を一般的な平面や曲面で分割する方法が考えられる。しかし、この分割方法では、品質に影響を及ぼす操業因子の個数が4個以上で、操業因子空間の次元が4次元以上となる場合、基底軸に平行でない一般的な平面や曲面で分割を行っても、それを人間に理解し易い形式で提示するのは容易ではない。従って、人間に理解し易い解析結果とする為には、分割面を操業因子空間の基底軸u1〜upのいずれか一つに平行な平面とすることが有効である。このように分割することで、分割された局所領域もp次元の超立方体となり、例えば局所領域Lが下式(5)を頂点となるよう分割した場合、下記の(6)と言ったように、局所品質モデルが成立する範囲を、具体的な操業条件の範囲として提示することが容易である。図2は、2つの操業因子u1,u2を基底とする操業因子空間を例として、u2に平行な線で分割を行った場合を説明する図である。   As another method of dividing the operation factor space, a method of dividing a p-dimensional space by a general plane or curved surface can be considered. However, in this division method, when the number of operating factors affecting quality is 4 or more and the dimension of the operating factor space is 4 or more, the division is performed on a general plane or curved surface that is not parallel to the base axis. However, it is not easy to present it in a form that is easy for humans to understand. Therefore, in order to obtain an analysis result that can be easily understood by humans, it is effective to make the dividing plane a plane parallel to any one of the base axes u1 to up of the operation factor space. By dividing in this way, the divided local region also becomes a p-dimensional hypercube. For example, when the local region L is divided so that the following expression (5) becomes a vertex, as described in (6) below It is easy to present a range where the local quality model is established as a range of specific operating conditions. FIG. 2 is a diagram for explaining a case where the division is performed with a line parallel to u2, taking an operation factor space based on two operation factors u1 and u2 as an example.

Figure 0004653547
Figure 0004653547

103は分割対象領域選択部である。初期分割作成部102で作成された局所領域の中で、更に分割(細分割)するべき局所領域を選択する処理を行う。細分割される局所領域の選択方法としては、例えば、各局所領域毎に局所品質モデルを作成して、局所モデルによる予測品質と品質実績から算出されるモデル誤差を評価し、最も誤差の大きい局所領域を細分割するよう選択する方法がある。図3に、二次元の操業因子空間を例として、分割対象領域を選択して、領域を細分割する過程を説明する図を示す。全ての操業データを含むu1,u2の二次元平面内の長方形を空間初期分割とし、後述する空間分割操作によってu2軸に平行な分割軸が設定される。次に細分割された領域2−1及び2−2の局所品質モデルの誤差に基づいて、領域2−2が分割対象領域に選択され、以下同様に、細分割と領域選択を繰り返している。   Reference numeral 103 denotes a division target area selection unit. A process of selecting a local region to be further divided (subdivided) from the local regions created by the initial division creating unit 102 is performed. As a method for selecting a local region to be subdivided, for example, a local quality model is created for each local region, and a model error calculated from the predicted quality and quality results by the local model is evaluated. There is a method of selecting to subdivide the region. FIG. 3 is a diagram illustrating a process of selecting a division target region and subdividing the region, taking a two-dimensional operation factor space as an example. A rectangle in the two-dimensional plane of u1 and u2 including all operation data is set as a space initial division, and a division axis parallel to the u2 axis is set by a space division operation described later. Next, based on the local quality model errors of the subdivided areas 2-1 and 2-2, the area 2-2 is selected as a division target area, and the subdivision and area selection are repeated in the same manner.

104は局所データ選択部であり、分割対象領域選択部103において、細分割するべき局所領域と判断された領域に属している操業データを選択して、取り出す機能を有している。すなわち、局所領域が、前述のp次元超立方体の場合は、この超立方体の頂点の座標値と、操業データの座標値を用いて、各操業データ点が超立方体の内部に位置しているかを判定し、選択を行えば良い。以降の処理では、ここで選択されたデータの分布状態に基づいて、領域の細分割が行われる。   A local data selection unit 104 has a function of selecting and extracting operation data belonging to an area determined as a local area to be subdivided by the division target area selection unit 103. That is, when the local region is the above-described p-dimensional hypercube, the coordinate value of the vertex of the hypercube and the coordinate value of the operation data are used to determine whether each operation data point is located inside the hypercube. It may be determined and selected. In the subsequent processing, the region is subdivided based on the distribution state of the data selected here.

105は初期重心点作成部であり、操業データ分布を考慮して領域を細分割する際に必要な情報を算出する為の操業データグループを作成する為に、重心座標の初期値を作成する。初期重心点の個数は予め設定されているが、これは解析を行う際に、外部より入力しても良い。また、重心座標の初期値の作成方法としては、例えば乱数発生器等を用いて、局所領域に対応したp次元超立方体の内部に位置する任意の点を初期重心個数だけ生成し、初期重心とする方法がある。重心個数をkとした場合、重心座標を、下式(7)のように表すものとする。   An initial barycentric point creation unit 105 creates an initial value of barycentric coordinates in order to create an operation data group for calculating information necessary for subdividing the region in consideration of the operation data distribution. The number of initial center-of-gravity points is set in advance, but this may be input from the outside when performing analysis. In addition, as a method of creating the initial value of the center-of-gravity coordinates, for example, using a random number generator or the like, an arbitrary number of points located inside the p-dimensional hypercube corresponding to the local region are generated by the number of initial centers of gravity, and the initial center of gravity and There is a way to do it. When the number of centroids is k, the centroid coordinates are expressed as the following equation (7).

Figure 0004653547
Figure 0004653547

106は重心点−操業データ間距離評価部であり、局所データ選択部104で選択された操業データと、重心点の距離dを算出する。距離の算出は、各操業データ点について全ての重心点との距離計算が行われる。例えば、下式(8)に示すように、番号iが付された操業データ点については、k個の重心点との距離が算出されることになる。また、距離の計算方法としては、例えば、下式(9)で定義されるユークリッド距離を用いる方法がある。また、他の距離の計算方法としては、例えば宮本定明著「クラスタ分析入門」森北出版(1999年)の84ページに記載されたマハラノビス距離を用いても良く、また2つの変数間の距離評価手法として提案された計算手法であれば、そのいずれを用いても良い。   A centroid point-operation data distance evaluation unit 106 calculates the operation data selected by the local data selection unit 104 and the centroid point distance d. The distance is calculated by calculating the distances from all the gravity center points for each operation data point. For example, as shown in the following equation (8), for the operation data points assigned number i, the distances from k centroid points are calculated. As a distance calculation method, for example, there is a method using the Euclidean distance defined by the following equation (9). As another distance calculation method, for example, the Mahalanobis distance described in page 84 of Miyamoto Sadaaki, “Introduction to Cluster Analysis”, Morikita Publishing (1999) may be used, and distance evaluation between two variables may be used. Any calculation method proposed as a method may be used.

Figure 0004653547
Figure 0004653547

107は操業データグループ作成部であり、重心点−操業データ間距離評価部106で算出された距離に基づいて、各操業データについて最も距離が近いグループ重心点を選択し、この操業データが属するグループ番号を付与する。全ての操業データに対して、グループ番号が付与されたら、同一のグループ番号が付与された操業データを抽出し、これらを一つの操業データグループとしてまとめる処理を行う。   Reference numeral 107 denotes an operation data group creation unit, which selects a group center of gravity closest to each operation data based on the distance calculated by the center-of-gravity point-operation data distance evaluation unit 106, and a group to which the operation data belongs. Give a number. When a group number is assigned to all the operation data, operation data to which the same group number is assigned is extracted, and a process of collecting these as one operation data group is performed.

108は重心点更新部である。操業データグループ作成部107において作成された各グループについて、下式(10)を用いて、そのグループに属する操業データ座標の平均値を求め、このグループにおける新たな重心座標として更新する処理を行う。   Reference numeral 108 denotes a center-of-gravity point update unit. For each group created in the operation data group creation unit 107, the average value of the operation data coordinates belonging to the group is obtained using the following equation (10), and the process is performed to update the coordinates as new centroid coordinates in this group.

Figure 0004653547
Figure 0004653547

109はグルーピング結果判定部である。操業データグループ作成部107で作成されたグループが、初期重心座標を用いて最初に作成されたグループであった場合は、重心点−操業データ間距離評価部106以降の処理を反復して実行する。また、操業データグループ作成部107において作成されたグループが、既に更新処理を経た重心点から算出された場合は、一つ前の反復過程において作成された操業データグループと今回のグループを比較し、グループ分類結果が異なっている場合は、同じく重心点−操業データ間距離評価部106以降の処理を反復実行する。グループ分類結果が前回と全く同一の場合は、最適な重心点に収束したと判定し、次の領域細分割部110が実行される。   Reference numeral 109 denotes a grouping result determination unit. When the group created by the operation data group creation unit 107 is the group created first using the initial barycentric coordinates, the processes after the barycentric point-operation data distance evaluation unit 106 are repeatedly executed. . In addition, when the group created in the operation data group creation unit 107 is calculated from the centroid point that has already undergone the update process, the operation data group created in the previous iteration process is compared with this group, When the group classification results are different, the processing after the gravity center point-operation data distance evaluation unit 106 is repeatedly executed. If the group classification result is exactly the same as the previous one, it is determined that the center of gravity has converged to the optimum center of gravity, and the next area subdivision unit 110 is executed.

以上、初期重心点作成部105からグルーピング結果判定部109までに実行される処理を、本発明では「データグルーピング領域分割」と呼称する。この「データグルーピング領域分割」で行われる処理を、2つの操業因子から成る二次元の操業因子空間を例として概略的に説明したものを図4に示す。この図では、初期重心点の個数を2と設定し、乱数発生器によって生成された実数値から初期重心点座標を決定した。全ての操業データについて重心点との距離を評価し、近い方の重心点に属するとしてデータの分類を行う。次に重心点の更新を行い、操業データとの距離評価とグルーピングを、データ分類結果が変化しなくなるまで繰り返す。   The processing executed from the initial barycentric point creation unit 105 to the grouping result determination unit 109 is referred to as “data grouping area division” in the present invention. FIG. 4 schematically illustrates the processing performed in the “data grouping area division” using a two-dimensional operation factor space composed of two operation factors as an example. In this figure, the number of initial barycentric points is set to 2, and the initial barycentric coordinates are determined from real values generated by a random number generator. The distance from the center of gravity is evaluated for all operation data, and the data is classified as belonging to the nearest center of gravity. Next, the center of gravity is updated, and the distance evaluation with the operation data and the grouping are repeated until the data classification result does not change.

110は領域細分割部であり、グルーピング結果判定部109までの処理で作成された操業データグループに基づいて、局所領域の細分割が実行される。具体的な細分割の方法としては、例えば、各データグループを取り囲む外接の超立方体を作成し、その稜線を含む平面を作成して、その中で適正なものを境界面として採用する方法が考えられる。この場合、操業データは各局所領域の境界で厳格に分離され、その品質特性を表現する局所品質モデルも、境界面の両側では異なる品質モデルが成立することを仮定したことになる。   An area subdivision unit 110 performs subdivision of the local area based on the operation data group created by the processing up to the grouping result determination unit 109. As a specific subdivision method, for example, a circumscribed hypercube surrounding each data group is created, a plane including the ridgeline is created, and an appropriate one is adopted as the boundary surface. It is done. In this case, it is assumed that the operation data is strictly separated at the boundary of each local region, and that the local quality model that expresses the quality characteristic also has different quality models on both sides of the boundary surface.

しかしながら、実際の製造プロセスにおいては、複数の品質不合要因が操業範囲によってそれぞれの影響度を変えながら全体の品質特性を支配していると考えられる。この現象を適切にモデリングする為には、境界近傍の操業データは、隣接する局所領域それぞれに属しており、品質特性も、各局所品質モデルの影響を受けることを仮定した表現が適している。   However, in an actual manufacturing process, it is considered that a plurality of quality incompatibility factors dominate the overall quality characteristics while changing the degree of influence depending on the operation range. In order to appropriately model this phenomenon, operation data in the vicinity of the boundary belongs to each adjacent local region, and an expression that assumes that the quality characteristics are also affected by each local quality model is suitable.

そこで、本実施の形態として、ここではファジー理論の研究から提案されたメンバシップ関数の概念を応用して、操業データが複数の局所領域に所属している状態をモデリングする分割手法を適用する。このような分割法を、データを境界で厳格に分割するハード分割(hard partitioning)の対概念として、ソフト分割(soft partitioning)と呼ぶ場合があり、本発明でも以降は、この名称を使用する。   Therefore, as the present embodiment, here, a partitioning technique for modeling a state in which operation data belongs to a plurality of local regions is applied by applying the concept of the membership function proposed from the study of fuzzy theory. Such a partitioning method is sometimes referred to as soft partitioning as a concept of hard partitioning in which data is strictly partitioned at boundaries, and this name will be used hereinafter in the present invention.

ソフト分割の具体的な方法としては、ここまでの処理で得られた操業データグループと重心点を用いて、メンバシップ関数を作成し、このメンバシップ関数で操業因子空間を局所領域に分割する方法がある。   As a specific method of soft partitioning, a membership function is created using the operation data group and centroid point obtained in the above processing, and the operation factor space is divided into local regions using this membership function. There is.

詳細な分割の手順を説明するにあたり、まずメンバシップ関数による領域分割の概念を図5及び図6を用いて説明する。図5は、一次元の操業因子空間x上に存在する2つの操業データ点PとQを分離するよう領域をハード分割した例である。図に一点鎖線で示した分割境界Sによって、点Pは領域A、点Qは領域Bに属すると分離されている。   In explaining the detailed division procedure, first, the concept of region division by membership function will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is an example in which a region is hard-divided so as to separate two operation data points P and Q existing on the one-dimensional operation factor space x. The point P is separated from the region A, and the point Q is separated from the region B by the dividing boundary S indicated by a one-dot chain line in the figure.

これに対して図6に示すソフト分割では、領域Aに属する割合を表すメンバシップ関数ΦAと、領域Bに関するメンバシップ関数ΦBがデータについて決定されており、点PはΦA=1、ΦB=0、点QはΦA=0.3、ΦB=0.7となっている。ここで、メンバシップ関数は0から1の範囲の値を有し、Φi=1は完全に領域iに属し、Φi=0は領域iには全く属していないことを意味する。   On the other hand, in the soft division shown in FIG. 6, the membership function ΦA representing the ratio belonging to the region A and the membership function ΦB regarding the region B are determined for the data, and the point P is ΦA = 1 and ΦB = 0. The point Q is ΦA = 0.3 and ΦB = 0.7. Here, the membership function has a value in the range of 0 to 1, and Φi = 1 completely belongs to the region i, and Φi = 0 does not belong to the region i at all.

また、本実施の形態においては、メンバシップ関数が複数個存在する場合、空間内の任意の点xにおけるメンバシップ関数の値の総和は必ず1となるように定義されている。従って、図6の例では、点Pは全て領域Aに属し、一方点Qは領域Aに属する割合が0.3、領域Bへの帰属割合は0.7であることを示す。   In the present embodiment, when there are a plurality of membership functions, the sum of the values of the membership functions at an arbitrary point x in the space is always set to 1. Therefore, in the example of FIG. 6, all the points P belong to the region A, while the point Q indicates that the proportion belonging to the region A is 0.3 and the belonging proportion to the region B is 0.7.

このように境界近傍に位置するデータは、その両側の局所領域それぞれに属しており、その帰属割合はメンバシップ関数にて定量的に表現されているのが、ソフト分割の基本的な概念である。図7には、二次元の例として、u1とu2からなる操業因子空間を3つの領域にソフト分割するメンバシップ関数の例を示す。   In this way, the data located in the vicinity of the boundary belongs to each of the local regions on both sides, and the attribution ratio is quantitatively expressed by the membership function is the basic concept of soft partitioning. . FIG. 7 shows, as a two-dimensional example, an example of a membership function that softly divides an operation factor space composed of u1 and u2 into three regions.

次に、メンバシップ関数Φを得る為の具体的な手順を述べる。まず、操業因子空間をM個に分割した中のk番目の局所領域に対応するメンバシップ関数は、操業因子空間の位置uに応じて0から1の範囲をとる関数でなければならない。そこでメンバシップ関数がuの関数であることを明示する為に、下式(11)のように表現する。   Next, a specific procedure for obtaining the membership function Φ will be described. First, the membership function corresponding to the kth local region in the division of the operation factor space into M pieces must be a function that takes a range of 0 to 1 depending on the position u of the operation factor space. Therefore, in order to clarify that the membership function is a function of u, it is expressed as the following expression (11).

Figure 0004653547
Figure 0004653547

次に、本実施の形態におけるメンバシップ関数では、操業因子空間の任意の位置で各関数値の総和が1となる正規条件が必要であり、これは下式(12)のように表現される。   Next, the membership function in the present embodiment requires a normal condition in which the sum of each function value is 1 at an arbitrary position in the operation factor space, and this is expressed as the following equation (12). .

Figure 0004653547
Figure 0004653547

一般には、操業因子空間の位置u_に応じて0から1の範囲をとり、式(12)を満たす任意の関数をメンバシップ関数に採用することができる。例えば、データグループの重心点を直接反映させることが可能で、かつ隣接する領域の境界を滑らかに接続する関数として、下式(13)に示すp次元の正規分布関数を用いて、下式(14)のメンバシップ関数を導出する方法がある。   In general, any function that takes a range from 0 to 1 according to the position u_ of the operation factor space and satisfies Expression (12) can be adopted as the membership function. For example, a p-dimensional normal distribution function shown in the following equation (13) is used as a function that can directly reflect the barycentric point of the data group and smoothly connect the boundary between adjacent regions. There is a method of deriving the membership function 14).

Figure 0004653547
Figure 0004653547

ここで、ck jは局所領域の重心点、σk jは正規分布関数の標準偏差を表す。また、図8には、一次元の操業因子空間に4つの正規分布関数で近似されるデータグループが存在する場合のメンバシップ関数を導出した例を示す。この例ではuが0.1、0.2、0.4及び0.8に重心点を有する正規分布関数を基にして、式(14)を用いてメンバシップ関数を算出しており、作成されたメンバシップ関数は重心点で最大値を有し、境界領域で隣接する関数と重畳する特性を示している。 Here, c k j represents the center of gravity of the local region, and σ k j represents the standard deviation of the normal distribution function. FIG. 8 shows an example in which a membership function is derived when a data group approximated by four normal distribution functions exists in a one-dimensional operation factor space. In this example, the membership function is calculated using equation (14) based on a normal distribution function having centroids at u of 0.1, 0.2, 0.4, and 0.8. The membership function thus obtained has a maximum value at the center of gravity, and shows a characteristic of overlapping with an adjacent function in the boundary region.

従って、式(13)で定義される正規分布関数μを求めることができれば、式(14)によってメンバシップ関数を算出することは容易である。ここで、正規分布関数における重心点ck jについては、初期重心点作成部105及び重心点更新部108でデータ分布を反映した重心点が算出される。領域細分割部110ではもう一つのパラメータである標準偏差σk jをデータより決定する必要がある。具体的な標準偏差を決定する方法としては、例えば、宮本定明著「クラスタ分析入門」森北出版(1999年)の第4章に記載されたEMアルゴリズムがある。EMアルゴリズムは、数理統計学の研究より提案された手法で、ある確率分布関数の形を仮定して、その関数に含まれるパラメータの値を、与えられたデータから推定する為のアルゴリズムである。特に、式(13)のガウス関数が複数個存在する混合密度関数の場合については、そのパラメータの算出手順が知られている。EMアルゴリズムによれば、疵データ集中度合いに応じてガウス関数のパラメータσが決定される。図9は、一次元の空間上にデータグループが2つある場合を例にした、EMアルゴリズムによるσ算出の概念を説明するものである。2つのデータグループの内、グループBはグループAに比してデータ点が中心近傍に集中して分布しており、EMアルゴリズムによれば、この分布を反映してグループBは、標準偏差が小さい正規分布関数となる。 Therefore, if the normal distribution function μ defined by the equation (13) can be obtained, the membership function can be easily calculated by the equation (14). Here, for the barycentric point c k j in the normal distribution function, the barycentric point reflecting the data distribution is calculated by the initial barycentric point creating unit 105 and the barycentric point updating unit 108. The area subdivision unit 110 needs to determine another parameter, the standard deviation σ k j, from the data. As a specific method for determining the standard deviation, for example, there is an EM algorithm described in Chapter 4 of “Introduction to Cluster Analysis” written by Morimoto Publishing, 1999. The EM algorithm is a method proposed by the research of mathematical statistics, and is an algorithm for estimating the value of a parameter included in a function assuming given form of a certain probability distribution function from given data. In particular, in the case of a mixed density function in which a plurality of Gauss functions of Equation (13) exist, the parameter calculation procedure is known. According to the EM algorithm, the parameter σ of the Gaussian function is determined according to the degree of soot data concentration. FIG. 9 illustrates the concept of σ calculation by the EM algorithm, taking as an example the case where there are two data groups in a one-dimensional space. Of the two data groups, group B has data points concentrated near the center as compared to group A. According to the EM algorithm, group B has a small standard deviation reflecting this distribution. It is a normal distribution function.

以上のように、領域細分割部110では、グルーピング結果判定部109までの処理で得られたデータグルーピング結果と重心点に基づいて正規分布関数を算出し、それに基づいてメンバシップ関数を導出することで、データ分布を反映し、かつ局所領域の境界近傍ではデータが両側の領域に属するソフト分割を実現することができる。   As described above, the region subdivision unit 110 calculates the normal distribution function based on the data grouping result obtained by the processing up to the grouping result determination unit 109 and the barycentric point, and derives the membership function based on the normal distribution function. Thus, it is possible to realize soft division that reflects the data distribution and in which the data belongs to the regions on both sides in the vicinity of the boundary of the local region.

111は局所品質モデル作成部であり、領域細分割部110までの処理で得られた分割結果の各局所領域について、操業因子と品質の関連を数式で表現した局所品質モデルを作成する。ここで局所品質モデルとしては、数値データである品質指標^yiと操業因子uiの関連を表現できる任意のモデリング手法を採用することができる。モデリング結果が人間に読み取りやすく、かつ十分な精度を有する手法として、例えば式(15)で表現される線形多項式による局所品質モデルを用いることができる。 Reference numeral 111 denotes a local quality model creation unit, which creates a local quality model that expresses the relationship between the operation factor and the quality using mathematical formulas for each local region obtained as a result of the processing up to the region subdivision unit 110. Here, as the local quality model, any modeling method capable of expressing the relationship between the quality index ^ y i that is numerical data and the operation factor u i can be adopted. For example, a local quality model based on a linear polynomial expressed by Expression (15) can be used as a technique in which the modeling result is easily read by humans and has sufficient accuracy.

Figure 0004653547
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次に、領域細分割部110までの処理でソフト分割を行った場合に、式(15)における未定係数を算出する方法について述べる。操業データがp行N列の行列データ、品質データがN次元のベクトルデータの場合、各局所品質モデルは、下式(16)の行列表現で表される。   Next, a method for calculating the undetermined coefficient in Expression (15) when soft division is performed in the processing up to the area subdivision section 110 will be described. When the operation data is matrix data of p rows and N columns and the quality data is N-dimensional vector data, each local quality model is represented by a matrix expression of the following equation (16).

Figure 0004653547
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メンバシップ関数を考慮して未定係数wijを求めるには、下式(20)で表されるメンバシップ関数による重み付き誤差評価関数が最小となるように未定係数を決定すれば良く、これはメンバシップ関数の値が小さい領域での誤差は小さく評価するように重み付けすることを意味している。 In order to obtain the undetermined coefficient w ij in consideration of the membership function, the undetermined coefficient may be determined so that the weighted error evaluation function by the membership function expressed by the following equation (20) is minimized. This means that weighting is performed so that the error in the region where the value of the membership function is small is evaluated to be small.

Figure 0004653547
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式(20)を最小とする未定係数は、下式(21)を満たす係数に等しく、下式(22)の行列演算にて算出することができる。   The undetermined coefficient that minimizes the expression (20) is equal to the coefficient satisfying the following expression (21), and can be calculated by the matrix calculation of the following expression (22).

Figure 0004653547
Figure 0004653547

112は全体品質モデル作成部である。領域細分割部110で作成されたメンバシップ関数を重み関数とする局所品質モデルを用いて、下式(24)の線形結合式を作成し、操業範囲全体の品質特性を表す数式モデルを作成する。   Reference numeral 112 denotes an overall quality model creation unit. Using the local quality model that uses the membership function created by the area subdivision unit 110 as a weight function, a linear combination formula of the following formula (24) is created to create a mathematical model that represents the quality characteristics of the entire operating range. .

Figure 0004653547
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このようにして得られた全体品質モデルは、各局所品質モデルがメンバシップ関数を介して滑らかに接続された構成となっている。ある特定の操業条件において最も品質に大きな影響を及ぼす支配因子を抽出したい場合は、その操業条件でのメンバシップ関数値を評価して、最も大きなメンバシップ関数値をとった領域の局所品質モデルを分析し、その未定係数が一番大きな操業因子を支配因子と考えることができる。図10に、二次元操業因子空間を3つの領域にソフト分割した場合の、全体品質モデル例を示す。操業因子空間は、重心座標を(u1,u2)で表現するとして、領域3−1(0.5,0.75)、領域3−2(0.25,0.25)、領域3−3(0.75、0.25)に重心を有する正規分布関数に基づくメンバシップ関数でソフト分割されており、また各領域では以下の線形式で局所品質モデルが表現されている。
領域3−1:y = 7.65 − 1.56u1 − 5.57u2
領域3−2:y = 13.7 − 12.5u1 − 12.0u2
領域3−3:y = 9.27 − 12.3u1 − 1.50u2
The overall quality model obtained in this way has a configuration in which each local quality model is smoothly connected via a membership function. If you want to extract the governing factors that have the greatest impact on quality under a specific operating condition, evaluate the membership function value under that operating condition and determine the local quality model for the area that has the largest membership function value. Analyzing it, the operating factor with the largest undetermined coefficient can be considered as the controlling factor. FIG. 10 shows an example of the overall quality model when the two-dimensional operation factor space is softly divided into three regions. The operation factor space is expressed as a region 3-1 (0.5, 0.75), a region 3-2 (0.25, 0.25), and a region 3-3, where the center-of-gravity coordinates are expressed by (u1, u2). Software division is performed by a membership function based on a normal distribution function having a center of gravity at (0.75, 0.25), and a local quality model is expressed in the following line format in each region.
Region 3-1: y = 7.65-1.56u1-5.57u2
Region 3-2: y = 13.7-12.5u1-12.0u2
Region 3-3: y = 9.27-12.3u1-1.50u2

全体の品質モデルは、式(24)に示すようにメンバシップ関数を重み関数として、各局所品質モデルを線形結合することに得られ、図のグラフより境界領域においても滑らかな特性を示すモデリングが実現されている。   The overall quality model is obtained by linearly combining the local quality models using the membership function as a weight function as shown in Equation (24), and modeling that shows smooth characteristics even in the boundary region from the graph of the figure. It has been realized.

113は最小誤差モデル選択部である。領域細分割部110で操業因子空間を分割するにあたり、複数の分割自由度がある場合には、複数の分割パターンを作成し、各々についてメンバシップ関数と局所品質モデルを算出した上で、全体品質モデルを構成する。各々の全体モデルについて、下式(25)でモデル誤差を評価し、最も誤差の小さいモデルを採用する。   Reference numeral 113 denotes a minimum error model selection unit. When the operation factor space is divided by the region subdivision unit 110, if there are a plurality of division degrees of freedom, a plurality of division patterns are created, and a membership function and a local quality model are calculated for each, and then the overall quality is calculated. Configure the model. For each overall model, the model error is evaluated by the following equation (25), and the model with the smallest error is adopted.

Figure 0004653547
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114は収束判定部であり、最小誤差モデル選択部113で求めた最小誤差モデルの誤差と、予め設定しておく評価基準値(誤差判定因子)を比較して、十分な精度でデータを説明できる数式モデルが構築されたかを判定する。誤差判定の方法としては、例えば、誤差の絶対値を誤差判定因子と比較する方法、分割の増分に対する誤差の変化量を誤差判定因子と比較する方法、分割数とモデル誤差を考慮した評価関数を算出し分割の増加に対して評価関数が増加した時点で分割を打ち切る方法等が用いられる。いずれの方法においても、収束が不十分と評価された場合には、分割対象領域選択部103以降の処理を反復実行する。   Reference numeral 114 denotes a convergence determination unit that compares the error of the minimum error model obtained by the minimum error model selection unit 113 with an evaluation reference value (error determination factor) set in advance and can explain the data with sufficient accuracy. Determine whether the mathematical model has been built. Examples of error determination methods include a method of comparing the absolute value of an error with an error determination factor, a method of comparing an error change amount with respect to a division increment with an error determination factor, and an evaluation function that takes into account the number of divisions and a model error. For example, a method of canceling the division when the evaluation function increases with respect to the increase of the division is used. In any method, when it is evaluated that the convergence is insufficient, the process after the division target area selecting unit 103 is repeatedly executed.

115は解析結果表示部であり,最終的に得られた品質と操業の数式モデルの領域分割パターンと各局所領域における局所品質モデル式、更にメンバシップ関数分布を表示することによって、操業範囲に応じて異なる品質に影響の高い操業因子と、品質を改善する為の操業変更範囲を提示することができる。   Reference numeral 115 denotes an analysis result display unit, which displays the area division pattern of the finally obtained quality and operation formula model, the local quality model formula in each local area, and the membership function distribution according to the operation range. It is possible to present operational factors that have a high impact on different qualities and operational change ranges for improving quality.

上記に述べた解析装置の構成の中で、分割対象領域選択部103から領域細分割部110によってデータ分布適応型空間分割手段を実現しており、少ない領域分割数で高精度な解析モデルを作成可能としている。   In the configuration of the analysis apparatus described above, the data distribution adaptive space division means is realized by the area subdivision section 110 from the division target area selection section 103, and a highly accurate analysis model is created with a small number of area divisions. It is possible.

次に、操業データの分布状態によっては、上記データ分布適応型空間分割手段を、図12に示す前処理を付与した実施の形態とすることによって、より適切な空間分割を行うことができることを説明する。   Next, it is explained that depending on the distribution state of the operation data, more appropriate space division can be performed by using the data distribution adaptive space dividing means as an embodiment to which the preprocessing shown in FIG. 12 is applied. To do.

図13は、鋼板の製造に関わる操業データの一例として、熱間圧延工程における捲取温度のデータを複数のコイルについて収集し、各コイルの捲取温度平均値の度数分布をヒストグラムとして図示したものである。捲取温度は、抗張力や伸び率等の薄板製品の材質特性として所望の値を得る為に重要な操業条件であり、異なる材質特性値を有するコイルは、異なる巻取温度を狙い値として熱延操業が実施される場合が多い。この為、異なる材質特性値のコイルを含む捲取温度データでは、図13のような複数ピークを有する多峰ヒストグラムを呈するケースが多い。このような多峰ヒストグラムの操業データに対して領域分割する場合は、各ピークに対応した小領域に細分割するのが適切であり、この場合、図8の初期重心点作成部105からグルーピング結果判定部109までのデータグルーピング領域分割を行うことで、適正な分割を行うことができる。   FIG. 13 shows, as an example of operation data related to the manufacture of steel sheets, data on the coiling temperature in the hot rolling process for a plurality of coils, and illustrates the frequency distribution of the coiling temperature average value of each coil as a histogram. It is. The coiling temperature is an important operating condition in order to obtain desired values for the material properties of thin sheet products such as tensile strength and elongation rate. Operations are often carried out. For this reason, there are many cases where the temperature measurement data including coils having different material characteristic values presents a multi-peak histogram having a plurality of peaks as shown in FIG. When such multi-peak histogram operation data is divided into regions, it is appropriate to subdivide into small regions corresponding to each peak. In this case, the grouping result from the initial barycentric point creation unit 105 in FIG. By performing data grouping area division up to the determination unit 109, proper division can be performed.

一方、操業データには、図14に示すような単一のピークが存在する単峰ヒストグラムを呈する操業因子も多数存在する。例えば、圧延工程や板の搬送時における板の巾方向センター位置と通板ラインのセンターとのズレ、いわゆるオフ−センター量は、鋼板のサイズや材質に係らず鋼板をラインセンターに位置させるよう操業が行われる為、種々の材質特性値やサイズの鋼板を含むデータのヒストグラムにおいても、単一ピークの単峰ヒストグラムとなる。このような操業データの場合は、上述したデータグルーピングによる領域分割では、データノイズ等、本質的でない要因に起因した僅かなデータの偏りに分割位置が左右されてしまい、適正な分割が得られない問題がある。従って、このような単峰ヒストグラムの操業データに対しては、分割後の細分割領域内のデータ個数が、ほぼ等しくなるように分割位置を定める等データ数分割によって、データの偏りを考慮した適正分割を行うことができる。   On the other hand, the operation data includes many operation factors that exhibit a single peak histogram in which a single peak as shown in FIG. 14 exists. For example, the misalignment between the center position of the width direction of the plate and the center of the sheet-passing line during the rolling process or sheet conveyance, the so-called off-center amount, operates so that the steel plate is positioned at the line center regardless of the size and material of the steel plate. Therefore, even in a histogram of data including steel sheets of various material characteristic values and sizes, a single peak single peak histogram is obtained. In the case of such operation data, in the area division by the above-described data grouping, the division position is influenced by a slight data bias caused by non-essential factors such as data noise, and appropriate division cannot be obtained. There's a problem. Therefore, for such unimodal histogram operation data, appropriate data considering the data bias by dividing the number of data so that the number of data in the subdivision area after division is almost equal. Division can be performed.

等データ数分割は、例えば以下に述べる手順で実現することができる。まず局所データ選択部104で選択されたデータに対して、一つの操業因子に着目し、その操業データの値の大小に基づいたソート処理を行う。次に選択されたデータの個数をカウントし、これを分割対象領域の細分割個数(領域を2個に細分割する場合は2)で割った値に最も近い整数を求めることで、細分割後領域1つ当りのデータ個数を算出する。次にソートされた操業データを配列とみなし、細分割後領域1つ当りのデータ個数の整数倍の配列位置に格納されている配列要素を抽出して、この値を分割位置の座標として採用する。   The equal data number division can be realized by the following procedure, for example. First, with respect to data selected by the local data selection unit 104, attention is paid to one operation factor, and sort processing is performed based on the magnitude of the value of the operation data. Next, after counting the number of selected data, find the integer closest to the value divided by the number of subdivisions of the area to be divided (2 if subdividing the area into two), and after subdivision The number of data per area is calculated. Next, the sorted operation data is regarded as an array, and array elements stored in array positions that are integer multiples of the number of data per subdivision area are extracted, and this value is used as the coordinates of the partition position. .

図12において、117は等データ数分割位置算出部であって、上述の手順に基づいて、分割対象領域における分割位置を決定する。   In FIG. 12, reference numeral 117 denotes an equal data number division position calculation unit, which determines a division position in the division target area based on the above-described procedure.

118は等データ数分割グループ作成部である。局所データ選択部104で選択されたデータそれぞれに対して、等データ数分割位置算出部117で決定された分割位置で区分される各細分割領域の中のどの領域に属するかを座標値から判定し、データのグルーピングを行う。   Reference numeral 118 denotes an equal data number division group creation unit. For each piece of data selected by the local data selection unit 104, it is determined from the coordinate value which of the subdivision regions divided by the division position determined by the equal data number division position calculation unit 117 belongs from the coordinate value. And data grouping.

119は等データ数分割重心点算出部である。等データ数分割グループ作成部118で決定されたデータグルーピング結果に基づき、各細分割領域に属する操業データの重心点の座標を算出する。具体的な重心点の算出方法としては、例えば式(10)を用いて操業データの平均値を求めれば良い。更に、ここまでの処理で得られたデータグルーピング結果と、重心点算出結果を領域細分割部110に引き渡すことで、以降の正規メンバシップ関数による領域のソフト分割処理を行うのに必要な情報を伝達する。   Reference numeral 119 denotes an equal data number division centroid calculation unit. Based on the data grouping result determined by the equal data number division group creation unit 118, the coordinates of the barycentric point of the operation data belonging to each subdivision area are calculated. As a specific method of calculating the center of gravity, for example, the average value of the operation data may be obtained using Expression (10). Furthermore, by passing the data grouping result obtained by the above processing and the centroid calculation result to the region subdivision unit 110, information necessary for performing the region soft division processing by the normal membership function is obtained. introduce.

116は適正分割法判定部である。薄板製品の品質に影響を及ぼす操業データは複数個あって、それらは近似的には図13の多峰ヒストグラム分布と図14の単峰ヒストグラム分布のいずれかであることから、この両者の分布が混在した操業データと品質の関連を解析する為には、領域を細分割する際に、操業データのヒストグラム分布に応じて、データグルーピング領域分割手段と等データ数分割手段の、いずれか一つを適正な分割手段として選択する必要がある。適正分割法判定部116は、分割対象領域内のデータを各操業の軸に射影してヒストグラムを求め、その分布形態からヒストグラムが単峰か多峰かを判定し、単峰ヒストグラムの操業データであれば等データ数分割手段、多峰ヒストグラムの操業データであればデータグルーピング領域分割手段を選択する。   Reference numeral 116 denotes an appropriate division method determination unit. There are a plurality of operation data affecting the quality of the thin plate product, and these are approximately the multi-peak histogram distribution of FIG. 13 or the single-peak histogram distribution of FIG. In order to analyze the relationship between mixed operation data and quality, when subdividing an area, either one of data grouping area dividing means and equal data number dividing means is selected according to the histogram distribution of the operation data. It is necessary to select as an appropriate dividing means. The proper division method determination unit 116 projects the data in the division target region onto the axis of each operation to obtain a histogram, determines whether the histogram is unimodal or multimodal from the distribution form, and uses the operation data of the unimodal histogram. If there is an equal data number dividing means, if it is operation data of a multi-peak histogram, a data grouping area dividing means is selected.

単峰ヒストグラムか多峰ヒストグラムかを判定する具体的な手段としては、例えば、以下に述べる手順がある。局所データ選択部104で選択されたデータの中で、一つの操業因子に着目し、その操業因子に関するヒストグラムを作成する。このときヒストグラムの区分数としては、おおよそのヒストグラムの形状を判定するという目的からは、必要以上に細かく区分する必要は無く、10程度の区分数で良い。次にヒストグラムの区分の中で、最も大きな度数を有する区分と、二番目に大きな度数を有する区分を抽出し、それぞれの区分の中央値を算出する。この最大度数区分中央値と二番目に大きな度数の区分中央値の差分の絶対値と、操業データの全範囲の比率を評価し、解析者が指定する閾値(例えば全操業範囲を1として閾値0.5)以上の比率であれば、ピークが二つ以上存在する多峰ヒストグラムであってデータグルーピングによる細分割手段が適正と判定する。上記比率が閾値未満の場合は、単峰ヒストグラムであって、この操業因子に対しては等データ数分割手段を選択する。なお、単峰ヒストグラムか多峰ヒストグラムかを判定する手段としては、上記の手段に限るものではなく、他の手段によってヒストグラムの判定を行う実施の形態も、本発明の範疇に含まれる。   As specific means for determining whether the histogram is a single peak histogram or a multi-peak histogram, for example, there is a procedure described below. Focusing on one operating factor among the data selected by the local data selection unit 104, a histogram relating to the operating factor is created. At this time, as the number of sections of the histogram, for the purpose of determining the approximate shape of the histogram, it is not necessary to divide it more finely than necessary, and the number of sections may be about 10. Next, in the histogram sections, the section having the largest frequency and the section having the second largest frequency are extracted, and the median value of each section is calculated. The absolute value of the difference between this maximum frequency category median and the second highest frequency category median and the ratio of the total range of operation data are evaluated, and the threshold value specified by the analyst (for example, the threshold value 0 with the total operation range set to 1) .5) If the ratio is equal to or greater than the above, it is determined that the multi-peak histogram has two or more peaks and the subdivision means based on data grouping is appropriate. When the ratio is less than the threshold value, it is a unimodal histogram, and an equal data number dividing means is selected for this operation factor. The means for determining whether the histogram is a single peak or a multi-peak histogram is not limited to the above means, and embodiments in which the histogram is determined by other means are also included in the scope of the present invention.

以上に述べた本実施の形態による操業と品質の関連解析装置によれば、複数の操業因子と品質の関連性を解析するにあたって操業因子空間を局所領域に分割する場合に、実際に解析対象となっている操業データの偏りや疎密といったデータの分布状態に応じて適正な空間分割を自動的に行うことで、比較的少ない分割数で精度の高い品質と操業の関連モデルを、迅速に構築することができる。また分割された局所領域毎に品質モデルを作成し、それらを各局所領域の境界が滑らかに接続されるメンバシップ関数を構成することで、異なる特性を有する複数の品質不合原因が存在するプロセスから得られるデータを、重畳した領域の影響も考慮して適切に解析することができる。   According to the operation and quality relation analysis apparatus according to the present embodiment described above, when the operation factor space is divided into local regions in analyzing the relationship between the plurality of operation factors and the quality, By automatically performing appropriate space division according to the distribution state of data such as the bias and sparseness of the operation data, it is possible to quickly build high-quality and operation-related models with a relatively small number of divisions. be able to. In addition, by creating a quality model for each divided local region and configuring a membership function that smoothly connects the boundaries of each local region, a process that has multiple causes of quality inconsistencies with different characteristics can be obtained. The obtained data can be appropriately analyzed in consideration of the influence of the superimposed region.

(実施例)
以下では、鉄鋼プロセスにおける鋼板の通板速度、荷重量、板温度、添加元素成分量の4項目を操業因子とし、自動車用メッキ鋼板の表面欠陥個数をコイル重量で正規化した指標を品質データとした実施例について説明する。
(Example)
In the following, quality data is an index obtained by normalizing the number of surface defects of a plated steel sheet for automobiles with the coil weight, using the four items of the sheet feed speed, load amount, plate temperature, and additive element component amount in the steel process as operating factors. The embodiment will be described.

解析対象は、プロセスコンピュータを介して収集された420本のコイルに対するデータで、操業データは,各コイルに対応する操業タイミングでの時系列データを平均処理したものを代表値として用いた。また、解析にあたっては、スケーリングの為に操業実績を存在するデータ範囲で0〜1の値に正規化した。   The analysis target was data for 420 coils collected via the process computer, and the operation data was obtained by averaging the time series data at the operation timing corresponding to each coil as a representative value. In the analysis, the operation results were normalized to a value of 0 to 1 in the existing data range for scaling.

図11は、上記のデータを本発明の操業と品質の関連解析装置で解析した場合の操業因子空間分割数とモデル誤差の様子を表す図である。横軸は分割数、縦軸は品質の実績値とモデル予測値の差を二乗しデータ点数で規格化した誤差を示している。図には、比較の為、領域の細分割に際してデータ分布を考慮することなく、誤差の最も大きな領域を単純に二等分割した例も破線で示してある。本発明で解析した場合には、分割数を4から5に増加させても、誤差の減少量はわずかであり、領域分割数4で収束したものとみなすことができた。一方、領域分割を二等分で行った場合は、同様の収束状況に至るまでに、15個の領域に分割する必要があり、各領域の局所品質モデルの詳細な分析は困難な分割量であった。そこで、解析結果表示部115に示された数式モデルの領域分割パターンと各局所領域における局所品質モデルを分析して、表面疵発生要因を分析した。具体的に、4つの各局所領域における局所品質モデルの線形式は、以下の通りであった。
局所領域1重心:(u1,u2,u3)=(0.5,0.12,0.18,0.5)
y = 13.7079 + 2.7834u1 − 1.0689u2 + 4.8713u3 − 0.2589u4
局所領域2重心:(u1,u2,u3)=(0.5,0.12,0.65,0.5)
y = −0.1959 + 2.7234u1 − 0.2624u2 + 2.4480u3− 0.2712u4
局所領域3重心:(u1,u2,u3)=(0.5,0.61,0.53,0.5)
y = −1.4710 + 2.4671u1 + 6.5374u2 − 0.4656u3−0.1833u4
局所領域4重心:(u1,u2,u3)=(0.5,0.61,0.89,0.5)
y = 5.5674 + 3.4088u1 + 7.9233u2 + 0.3592u3− 0.2276u4
FIG. 11 is a diagram showing the number of operation factor space divisions and model errors when the above data is analyzed by the operation and quality relation analysis apparatus of the present invention. The horizontal axis indicates the number of divisions, and the vertical axis indicates the error obtained by squaring the difference between the actual quality value and the model prediction value and normalizing the number of data points. In the figure, for comparison, an example in which the region with the largest error is simply divided into two equal parts without considering the data distribution when subdividing the region is also indicated by a broken line. In the case of analysis according to the present invention, even when the number of divisions was increased from 4 to 5, the amount of decrease in the error was slight, and it was considered that the convergence was achieved with the number of region divisions of 4. On the other hand, when the region is divided into two equal parts, it is necessary to divide into 15 regions before reaching the same convergence situation, and detailed analysis of the local quality model in each region is difficult. there were. Therefore, the area division pattern of the mathematical model shown in the analysis result display unit 115 and the local quality model in each local area were analyzed to analyze the cause of surface flaws. Specifically, the line format of the local quality model in each of the four local regions was as follows.
Local area 1 centroid: (u1, u2, u3) = (0.5, 0.12, 0.18, 0.5)
y = 13.7079 + 2.7834u1-1.0689u2 + 4.8713u3-0.2589u4
Local area 2 center of gravity: (u1, u2, u3) = (0.5, 0.12, 0.65, 0.5)
y = -0.1959 + 2.7234u1-0.2624u2 + 2.4480u3-0.2712u4
Local area 3 center of gravity: (u1, u2, u3) = (0.5, 0.61, 0.53, 0.5)
y = -1.4710 + 2.4671u1 + 6.5374u2-0.4656u3-0.1833u4
Local area 4 center of gravity: (u1, u2, u3) = (0.5, 0.61, 0.89, 0.5)
y = 5.5674 + 3.4088u1 + 7.9233u2 + 0.3592u3-0.2276u4

上記の結果で、品質モデルの定数項を分析した結果、局所領域1及び4の領域で特に疵発生が多いことが判明した。また、局所品質モデルの係数を分析した結果、局所領域1では、操業因子u3の影響が最も大きく、かつu3を低域側で操業することが疵低減の方向となり、また局所領域4については、影響度の高い操業因子u2を低域側とすることが有効であることが解析結果として示された。   As a result of analyzing the constant term of the quality model as a result of the above results, it was found that the occurrence of wrinkles was particularly large in the local regions 1 and 4. Further, as a result of analyzing the coefficients of the local quality model, in the local region 1, the influence of the operation factor u3 is the largest, and operating u3 on the low frequency side is the direction of reducing wrinkles, and for the local region 4, It was shown as an analysis result that it is effective to set the operation factor u2 having a high influence level to the low frequency side.

上記の結果に基づいて、自動車用メッキ鋼板を生産する場合の作業標準を変更して操業条件を変更したところ、表面疵の発生率が低下し、歩留まり向上、製品手入れの省力化、納期遅れの回避等の効果を得ることができた。   Based on the above results, we changed the operation standard when producing plated steel sheets for automobiles, and changed the operating conditions. As a result, the occurrence rate of surface flaws decreased, yield improved, labor saving in product maintenance, and delay in delivery time Effects such as avoidance could be obtained.

なお、今回の実施例では、コンピュータ上のプログラムとして関連解析装置を実現したが、演算装置、メモリ等を組み合わせたハードウェアによって構成されるものであっても良い。   In the present embodiment, the related analysis device is realized as a program on a computer, but it may be configured by hardware combining an arithmetic device, a memory, and the like.

また、本発明の操業と品質の関連解析装置は、複数の機器から構成されるものであっても、一つの機器から構成されるものであっても良い。また、上述した実施の形態は、コンピュータのCPU或いはMPU、RAM、ROM等で構成されるものであり、RAMやROMに記録されたプログラムが動作することで実施される。したがって、上述した実施の形態の機能を実現する為のソフトウェアのプログラムコードをコンピュータに供給する為の手段、例えばかかるプログラムコードを格納した記憶媒体は本発明の範疇に含まれる。   Further, the operation / quality relation analysis apparatus of the present invention may be composed of a plurality of devices or a single device. Further, the above-described embodiment is configured by a CPU or MPU of a computer, a RAM, a ROM, etc., and is implemented by operating a program recorded in the RAM or ROM. Therefore, means for supplying the computer with program code of software for realizing the functions of the above-described embodiments, for example, a storage medium storing such program code is included in the scope of the present invention.

本実施の形態の製造プロセスにおける操業と品質の関連解析装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the relationship analysis apparatus of the operation and quality in the manufacturing process of this Embodiment. 二次元の操業因子空間を例としてu2軸に平行な線で分割した場合を説明する図である。It is a figure explaining the case where it divides | segments with the line parallel to u2 axis | shaft taking the two-dimensional operation factor space as an example. 分割対象領域を選択して領域を細分割する過程を説明する図である。It is a figure explaining the process of selecting a division | segmentation object area | region and subdividing an area | region. 「データグルーピング領域分割」処理を説明する図である。It is a figure explaining a "data grouping area division" process. 一次元空間上に存在する2つのデータ点を分離するよう領域をハード分割した例を説明する図である。It is a figure explaining the example which divided | segmented the area | region hard so that two data points which exist on a one-dimensional space might be isolate | separated. メンバシップ関数による領域分割の概念を一次元空間上の2つのデータ点を例にして説明する図である。It is a figure explaining the concept of area division by a membership function taking two data points on a one-dimensional space as an example. 二次元の操業因子空間を3つの領域にソフト分割するメンバシップ関数の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the membership function which carries out the soft division | segmentation of the two-dimensional operation factor space into three area | regions. 一次元空間上の4つの正規分布関数を元に導出されたメンバシップ関数を説明する図である。It is a figure explaining the membership function derived | led-out based on four normal distribution functions on a one-dimensional space. EMアルゴリズムによる正規分布関数のパラメータσの算出を説明する図である。It is a figure explaining calculation of parameter (sigma) of a normal distribution function by EM algorithm. 二次元操業因子空間を3領域にソフト分割した場合の、全体品質モデル例を説明する図である。It is a figure explaining the example of a whole quality model at the time of carrying out the soft division | segmentation of the two-dimensional operation factor space into 3 area | regions. 鉄鋼製品である自動車用メッキ鋼板の製造プロセスの製造データと表面欠陥個数データの関連を本発明で解析した例の領域分割個数とモデル誤差を説明する図である。It is a figure explaining the area division | segmentation number and model error of the example which analyzed the relationship between the manufacturing data of the manufacturing process of the plated steel plate for motor vehicles which is a steel product, and surface defect number data by this invention. 適正な分割手段を判定する処理を含む製造プロセスにおける操業と品質の関連解析装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the related analysis apparatus of the operation in a manufacturing process including the process which determines an appropriate division | segmentation means. データグルーピングによる分割が適正な操業データのヒストグラムを示す図である。It is a figure which shows the histogram of the operation data with the appropriate division | segmentation by data grouping. 等データ数分割が適正な操業データのヒストグラムを示す図である。It is a figure which shows the histogram of the operation data in which equal data number division | segmentation is appropriate.

符号の説明Explanation of symbols

101:データ入力部
102:初期分割作成部
103:分割対象領域選択部
104:局所データ選択部
105:初期重心点作成部
106:重心点−操業データ間距離評価部
107:操業データグループ作成部
108:重心点更新部
109:グルーピング結果判定部
110:領域細分割部
111:局所品質モデル作成部
112:全体品質モデル作成部
113:最小誤差モデル選択部
114:収束判定部
115:解析結果表示部
116:適正分割法判定部
117:等データ数分割位置算出部
118:等データ数分割グループ作成部
119:等データ数分割重心点算出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101: Data input part 102: Initial division | segmentation preparation part 103: Division object area | region selection part 104: Local data selection part 105: Initial centroid point preparation part 106: Centroid point-operation data distance evaluation part 107: Operation data group preparation part 108 : Centroid update unit 109: grouping result determination unit 110: area subdivision unit 111: local quality model creation unit 112: overall quality model creation unit 113: minimum error model selection unit 114: convergence determination unit 115: analysis result display unit 116 : Proper division method determination unit 117: equal data number division position calculation unit 118: equal data number division group creation unit 119: equal data number division centroid calculation unit

Claims (10)

製造プロセスにおける複数の操業項目(以下、「操業因子」という。)のデータ(以下、「操業データ」という。)と対応する品質データを基に各操業因子と品質の関連を解析するにあたり、
製造プロセスの操業データと対応する品質データを入力するデータ入力手段と、
前記データ入力手段によって入力された製造プロセスの複数の操業データに基づいて操業因子を基底ベクトルとする操業因子空間を複数の局所領域に分割する操業空間分割手段と、
前記各局所領域における複数の操業データと品質データに基づいて操業因子と品質の関連を表す線形多項式による局所品質モデルを、該局所品質モデルによる予測誤差が最小となるように未定係数を決定することにより構築する局所品質モデル作成手段と、
前記各局所領域の局所品質モデルに重み関数を掛け合わせたものを全局所領域について加算して、操業範囲全体の品質特性を表す全体品質モデルを作成する全体品質モデル作成手段とを具備し、
前記全体品質モデル作成手段によって作成された全体品質モデルが所定の条件を満たす場合に、該全体品質モデルを作成する局所品質モデルを少なくとも提示する操業プロセスにおける操業と品質の関連解析装置であって、
前記操業空間分割手段は、
分割するべき局所領域を選択する分割対象領域選択手段と、
前記分割対象領域選択手段によって選択された各局所領域の範囲内に分布する操業データを選択して抽出する局所データ選択手段と、
前記局所データ選択手段によって抽出された操業データを各操業の軸に射影した分布情報に基づいて、データグルーピング領域分割手段及び等データ数分割グループ手段のいずれか一つを分割手段として選択する適正分割法判定手段と、
前記データグルーピング領域分割手段又は前記等データ数分割グループ手段によって得られる情報に基づいて局所領域の細分割を実行する領域細分割手段とを備え、
前記データグルーピング領域分割手段は、
前記局所データ選択手段によって抽出された操業データの初期重心点を作成する初期重心点作成手段と、
前記局所データ選択手段によって抽出された操業データと重心点との距離を算出する重心点−操業データ間距離評価手段と、
前記重心点−操業データ間距離評価手段によって算出された距離に基づいて、互いに近接しているとみなせる操業データ同士をグループ化する操業データグループ作成手段と、
前記操業データグループ作成手段によって作成されたグループについて、そのグループに属する操業データ座標を用いて重心点を更新する重心点更新手段と、
更新前後の重心点及び前記操業データグループ作成手段によって作成されたグループ作成結果の情報に基づいて、適正なグルーピング結果に収束したかを判定し、収束していれば、重心点と操業データグループの情報を前記領域細分割手段に引き渡すグルーピング結果判定手段とを備え、
前記等データ数分割グループ手段は、
前記局所データ選択手段によって抽出された操業データの個数が、細分割後の各領域で等しくなる等データ数分割位置を各操業軸に対して算出する等データ数分割位置算出手段と、
前記局所データ選択手段によって抽出された操業データが、前記等データ数分割位置算出手段による細分割後のどの領域に属するかを算出してグループ化する等データ数分割グループ作成手段と、
前記等データ数分割位置算出手段による細分割後の領域の重心点を算出して、前記等データ数分割位置算出手段及び等データ数分割グループ作成手段によって得られた等データ数分割位置、及び操業データのグループ化結果と共に、前記領域細分割手段に引き渡す等データ数分割重心点算出手段とを備えることを特徴とする製造プロセスにおける操業と品質の関連解析装置。
In analyzing the relationship between each operation factor and quality based on the quality data corresponding to the data ( hereinafter referred to as “ operation data ) of multiple operation items ( hereinafter referred to as “ operation factors ) in the manufacturing process,
A data input means for inputting quality data corresponding to operation data of the manufacturing process;
An operation space dividing means for dividing an operation factor space having an operation factor as a base vector based on a plurality of operation data of the manufacturing process input by the data input means into a plurality of local regions;
Determining a local quality model based on a linear polynomial representing a relation between an operation factor and quality based on a plurality of operation data and quality data in each local region, and determining an undetermined coefficient so that a prediction error due to the local quality model is minimized. and local quality model creation means be constructed by,
A global quality model creating means for creating a global quality model that represents the quality characteristics of the entire operating range by adding the local quality model of each local region multiplied by a weighting function for all local regions ,
When the overall quality model created by the overall quality model creating means satisfies a predetermined condition, an operation and quality related analysis device in an operation process presenting at least a local quality model for creating the overall quality model ,
The operating space dividing means is
A division target area selecting means for selecting a local area to be divided;
Local data selection means for selecting and extracting operation data distributed within the range of each local area selected by the division target area selection means;
Based on the distribution information obtained by projecting the operation data extracted by the local data selection unit onto the axis of each operation, an appropriate division that selects any one of the data grouping area division unit and the equal data number division group unit as the division unit Legal decision means;
Area subdivision means for performing subdivision of a local area based on information obtained by the data grouping area division means or the equal data number division group means,
The data grouping area dividing means includes
An initial barycentric point creating means for creating an initial barycentric point of operation data extracted by the local data selecting unit;
Center-of-gravity point-operation data distance evaluation means for calculating the distance between the operation data extracted by the local data selection means and the center of gravity point;
Based on the distance calculated by the center-of-gravity point-operation data distance evaluation means, operation data group creation means for grouping operation data that can be regarded as being close to each other;
For the group created by the operation data group creating means, the center-of-gravity point updating means for updating the center-of-gravity point using the operation data coordinates belonging to the group;
Based on the center of gravity point before and after the update and the information on the group creation result created by the operation data group creation means, it is determined whether it has converged to an appropriate grouping result, and if it has converged, the center of gravity point and the operation data group A grouping result determination unit that delivers information to the region subdivision unit;
The equal data number division group means includes:
An equal data number division position calculating means for calculating an equal data number division position for each operation axis in which the number of operation data extracted by the local data selection means is equal in each area after subdivision;
An equal data number division group creating means for calculating and grouping which region the operation data extracted by the local data selection means belongs to which region after the subdivision by the equal data number division position calculating means,
An equal data number division position obtained by the equal data number division position calculating means and the equal data number division group creating means by calculating a barycentric point of the area after subdivision by the equal data number division position calculating means, and an operation An apparatus for analyzing the relation between operation and quality in a manufacturing process , comprising: a data grouping result and an equal data number dividing barycentric point calculating means delivered to the area subdivision means .
前記領域細分割手段が、
前記データグルーピング領域分割手段又は前記等データ数分割手段で作成された各グループの情報を用いて各グループのデータ分布を前記重心点に中心を持つ正規分布関数で近似した正規分布関数を作成する正規分布関作成手段を有し、
前記正規分布関数作成手段で作成された各グループの正規分布関数を組み合わせて、正規メンバシップ関数を構成し、前記正規メンバシップ関数の値に基づいて操業データが分割領域に帰属する割合を決定することで、領域分割を行うようにしたことを特徴とする請求項に記載の製造プロセスにおける操業と品質の関連解析装置。
The region subdivision means comprises:
A normal distribution function that approximates the data distribution of each group with a normal distribution function centered on the barycentric point using the information of each group created by the data grouping area dividing unit or the equal data number dividing unit. has a distribution function number creating means,
A normal membership function is constructed by combining the normal distribution functions of each group created by the normal distribution function creating means, and the ratio of the operation data belonging to the divided region is determined based on the value of the normal membership function. it is, operations in the manufacturing process according to claim 1, characterized in that to perform region segmentation and quality-related analysis apparatus.
鉄鋼プロセスに適用され、前記品質データは、製品の表面及び内部欠陥の個数、或いは鋼板の急峻率等の形状指標、又は鋼材の抗張力や伸び率等の材質指標であることを特徴とする請求項1又は2に記載の製造プロセスにおける操業と品質の関連解析装置。 The quality data is applied to a steel process, and the quality data is a shape index such as the number of product surface and internal defects, a steepness ratio of a steel plate, or a material index such as a tensile strength or elongation rate of a steel material. An operation and quality related analysis device in the manufacturing process according to 1 or 2 . 前記適正分割法判定手段は、前記分布情報において単峰ヒストグラムの操業データであれば前記等データ数分割手段を、多峰ヒストグラムの操業データであれば前記データグルーピング領域分割手段を選択することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の製造プロセスにおける操業と品質の関連解析装置。The appropriate division method determining means selects the equal data number dividing means if the distribution information is operation data of a single peak histogram, and selects the data grouping area dividing means if operation data is a multimodal histogram. The operation and quality related analysis apparatus in the manufacturing process according to any one of claims 1 to 3. 製造プロセスにおける複数の操業項目(以下、「操業因子」という。)のデータ(以下、「操業データ」という。)と対応する品質データを基に各操業因子と品質の関連を解析するにあたり、
データ入力手段が、製造プロセスの操業データと対応する品質データを入力するデータ入力工程と、
操業空間分割手段が、前記データ入力工程によって入力された製造プロセスの複数の操業データに基づいて操業因子を基底ベクトルとする操業因子空間を複数の局所領域に分割する操業空間分割工程と、
局所品質モデル作成手段が、前記各局所領域における複数の操業データと品質データに基づいて操業因子と品質の関連を表す線形多項式による局所品質モデルを、該局所品質モデルによる予測誤差が最小となるように未定係数を決定することにより構築する局所品質モデル作成工程と、
全体品質モデル作成手段が、前記各局所領域の局所品質モデルに重み関数を掛け合わせたものを全局所領域について加算して、操業範囲全体の品質特性を表す全体品質モデルを作成する全体品質モデル作成工程とを有し、
前記全体品質モデル作成手段によって作成された全体品質モデルが所定の条件を満たす場合に、該全体品質モデルを作成する局所品質モデルを少なくとも提示する操業プロセスにおける操業と品質の関連解析方法であって、
前記操業空間分割工程は、
分割対象領域選択手段が、分割するべき局所領域を選択する分割対象領域選択工程と、
局所データ選択工程が、前記分割対象領域選択工程によって選択された各局所領域の範囲内に分布する操業データを選択して抽出する局所データ選択工程と、
適正分割法判定手段が、前記局所データ選択工程によって抽出された操業データを各操業の軸に射影した分布情報に基づいて、データグルーピング領域分割工程及び等データ数分割グループ工程のいずれか一つを分割工程として選択する適正分割法判定工程と、
領域細分割手段が、前記データグルーピング領域分割工程又は前記等データ数分割グループ工程によって得られる情報に基づいて局所領域の細分割を実行する領域細分割工程とを有し、
前記データグルーピング領域分割工程は、
初期重心点作成手段が、前記局所データ選択工程によって抽出された操業データの初期重心点を作成する初期重心点作成工程と、
重心点−操業データ間距離評価手段が、前記局所データ選択工程によって抽出された操業データと重心点との距離を算出する重心点−操業データ間距離評価工程と、
操業データグループ作成手段が、前記重心点−操業データ間距離評価工程によって算出された距離に基づいて、互いに近接しているとみなせる操業データ同士をグループ化する操業データグループ作成工程と、
重心点更新手段が、前記操業データグループ作成工程によって作成されたグループについて、そのグループに属する操業データ座標を用いて重心点を更新する重心点更新工程と、
グルーピング結果判定手段が、更新前後の重心点及び前記操業データグループ作成工程によって作成されたグループ作成結果の情報に基づいて、適正なグルーピング結果に収束したかを判定し、収束していれば、重心点と操業データグループの情報を前記領域細分割工程に引き渡すグルーピング結果判定工程とを有し、
前記等データ数分割グループ工程は、
等データ数分割位置算出手段が、前記局所データ選択工程によって抽出された操業データの個数が、細分割後の各領域で等しくなる等データ数分割位置を各操業軸に対して算出する等データ数分割位置算出工程と、
等データ数分割グループ作成手段が、前記局所データ選択工程によって抽出された操業データが、前記等データ数分割位置算出工程による細分割後のどの領域に属するかを算出してグループ化する等データ数分割グループ作成工程と、
等データ数分割重心点算出手段が、前記等データ数分割位置算出工程による細分割後の領域の重心点を算出して、前記等データ数分割位置算出工程及び等データ数分割グループ作成工程によって得られた等データ数分割位置、及び操業データのグループ化結果と共に、前記領域細分割工程に引き渡す等データ数分割重心点算出工程とを有することを特徴とする製造プロセスにおける操業と品質の関連解析方法。
In analyzing the relationship between each operation factor and quality based on the quality data corresponding to the data ( hereinafter referred to as “ operation data ) of multiple operation items ( hereinafter referred to as “ operation factors ) in the manufacturing process,
A data input step in which the data input means inputs quality data corresponding to operation data of the manufacturing process;
An operation space dividing step of dividing the operation factor space into a plurality of local regions, the operation factor space having the operation factor as a basis vector based on the plurality of operation data of the manufacturing process input by the data input step ,
The local quality model creating means is adapted to minimize a prediction error caused by the local quality model by using a linear polynomial representing a relation between the operation factor and the quality based on the plurality of operation data and the quality data in each local region. A local quality model creation process constructed by determining undetermined coefficients in
The overall quality model creation means creates the overall quality model that represents the quality characteristics of the entire operating range by adding the local quality model of each local area multiplied by the weight function for all the local areas. A process,
When the overall quality model created by the overall quality model creating means satisfies a predetermined condition, an operation and quality related analysis method in an operation process presenting at least a local quality model for creating the overall quality model ,
The operation space dividing step is
A division target region selection step in which the division target region selection means selects a local region to be divided;
A local data selection step for selecting and extracting operation data distributed within the range of each local region selected by the division target region selection step; and
Based on the distribution information obtained by projecting the operation data extracted in the local data selection step onto the axis of each operation, the appropriate division method determination means performs either one of the data grouping region division step and the equal data number division group step. An appropriate division method determination step to be selected as a division step; and
An area subdivision means has an area subdivision process for performing subdivision of a local area based on information obtained by the data grouping area division process or the equal data number division group process,
The data grouping area dividing step includes:
An initial barycentric point creation means for creating an initial barycentric point of operation data extracted by the local data selection step,
Center-of-gravity point-operation data distance evaluation means calculates a distance between the operation data extracted by the local data selection step and the center-of-gravity point;
The operation data group creation means groups operation data that can be regarded as being close to each other based on the distance calculated by the center of gravity point-operation data distance evaluation step,
Center of gravity point update means, for the group created by the operation data group creation step, the center of gravity point update step of updating the center of gravity point using the operation data coordinates belonging to the group,
The grouping result determination means determines whether or not the grouping result has converged to an appropriate grouping result based on the center of gravity points before and after the update and the group creation result information created by the operation data group creation step. A grouping result determination step of transferring information on points and operation data groups to the region subdivision step,
The equal data number division group process includes:
Equal data number division position calculating means calculates the equal data number division position for each operation axis, where the number of operation data extracted by the local data selection step is equal in each area after subdivision A division position calculating step;
The equal data number division group creation means calculates and groups which operation data extracted by the local data selection step belongs to which region after subdivision by the equal data number division position calculation step belongs Split group creation process,
The equal data number division centroid calculation means calculates the centroid of the area after the subdivision by the equal data number division position calculation step, and is obtained by the equal data number division position calculation step and the equal data number division group creation step. A method for analyzing the relation between operation and quality in a manufacturing process , comprising: an equal data number division position, and a grouping result of operation data, and an equal data number division centroid calculation step delivered to the region subdivision step .
前記領域細分割工程が、
正規分布関数作成手段が、前記データグルーピング領域分割工程又は前記等データ数分割工程で作成された各グループの情報を用いて各グループのデータ分布を前記重心点に中心を持つ正規分布関数で近似した正規分布関数を作成する正規分布関作成工程を有し、
前記正規分布関数作成工程で作成された各グループの正規分布関数を組み合わせて、正規メンバシップ関数を構成し、前記正規メンバシップ関数の値に基づいて操業データが分割領域に帰属する割合を決定することで、領域分割を行うようにしたことを特徴とする請求項に記載の製造プロセスにおける操業と品質の関連解析方法。
The region subdivision step includes
The normal distribution function creating means approximates the data distribution of each group with a normal distribution function centered on the barycentric point using the information of each group created in the data grouping region dividing step or the equal data number dividing step . has a normal distribution function number generation step of generating a normal distribution function,
A normal membership function is configured by combining the normal distribution functions of each group created in the normal distribution function creating step, and the ratio of the operation data belonging to the divided region is determined based on the value of the normal membership function. 6. The method for analyzing the relation between operation and quality in the manufacturing process according to claim 5 , wherein the region is divided.
鉄鋼プロセスに適用され、前記品質データは、製品の表面及び内部欠陥の個数、或いは鋼板の急峻率等の形状指標、又は鋼材の抗張力や伸び率等の材質指標であることを特徴とする請求項5又は6に記載の製造プロセスにおける操業と品質の関連解析方法。The quality data is applied to a steel process, and the quality data is a shape index such as the number of product surface and internal defects, a steepness ratio of a steel plate, or a material index such as a tensile strength or elongation rate of a steel material. A method for analyzing the relation between operation and quality in the manufacturing process according to 5 or 6. 前記適正分割法判定工程は、前記分布情報において単峰ヒストグラムの操業データであれば前記等データ数分割工程を、多峰ヒストグラムの操業データであれば前記データグルーピング領域分割工程を選択することを特徴とする請求項5乃至7のいずれか1項に記載の製造プロセスにおける操業と品質の関連解析方法。In the appropriate division method determining step, if the distribution information is operation data of a single peak histogram, the equal data number division step is selected, and if it is operation data of a multi-peak histogram, the data grouping region division step is selected. A method for analyzing the relation between operation and quality in the manufacturing process according to any one of claims 5 to 7. 製造プロセスにおける複数の操業項目(以下、「操業因子」という。)のデータ(以下、「操業データ」という。)と対応する品質データを基に各操業因子と品質の関連を解析するにあたり、
製造プロセスの操業データと対応する品質データを入力するデータ入力処理と、
前記データ入力処理によって入力された製造プロセスの複数の操業データに基づいて操業因子を基底ベクトルとする操業因子空間を複数の局所領域に分割する操業空間分割処理と、
前記各局所領域における複数の操業データと品質データに基づいて操業因子と品質の関連を表す線形多項式による局所品質モデルを、該局所品質モデルによる予測誤差が最小となるように未定係数を決定することにより構築する局所品質モデル作成処理と、
前記各局所領域の局所品質モデルに重み関数を掛け合わせたものを全局所領域について加算して、操業範囲全体の品質特性を表す全体品質モデルを作成する全体品質モデル作成処理とをコンピュータに実行させ、
前記全体品質モデル作成処理によって作成された全体品質モデルが所定の条件を満たす場合に、該全体品質モデルを作成する局所品質モデルを少なくとも提示するようにしたコンピュータプログラムであって、
前記操業空間分割処理は、
分割するべき局所領域を選択する分割対象領域選択処理と、
前記分割対象領域選択処理によって選択された各局所領域の範囲内に分布する操業データを選択して抽出する局所データ選択処理と、
前記局所データ選択処理によって抽出された操業データを各操業の軸に射影した分布情報に基づいて、データグルーピング領域分割処理及び等データ数分割グループ処理のいずれか一つを分割処理として選択する適正分割法判定処理と、
前記データグルーピング領域分割処理又は前記等データ数分割グループ処理によって得られる情報に基づいて局所領域の細分割を実行する領域細分割処理とをコンピュータに実行させ、
前記データグルーピング領域分割処理は、
前記局所データ選択処理によって抽出された操業データの初期重心点を作成する初期重心点作成処理と、
前記局所データ選択処理によって抽出された操業データと重心点との距離を算出する重心点−操業データ間距離評価処理と、
前記重心点−操業データ間距離評価処理によって算出された距離に基づいて、互いに近接しているとみなせる操業データ同士をグループ化する操業データグループ作成処理と、
前記操業データグループ作成処理によって作成されたグループについて、そのグループに属する操業データ座標を用いて重心点を更新する重心点更新処理と、
更新前後の重心点及び前記操業データグループ作成処理によって作成されたグループ作成結果の情報に基づいて、適正なグルーピング結果に収束したかを判定し、収束していれば、重心点と操業データグループの情報を前記領域細分割処理に引き渡すグルーピング結果判定処理とをコンピュータに実行させ、
前記等データ数分割グループ処理は、
前記局所データ選択処理によって抽出された操業データの個数が、細分割後の各領域で等しくなる等データ数分割位置を各操業軸に対して算出する等データ数分割位置算出処理と、
前記局所データ選択処理によって抽出された操業データが、前記等データ数分割位置算出処理による細分割後のどの領域に属するかを算出してグループ化する等データ数分割グループ作成処理と、
前記等データ数分割位置算出処理による細分割後の領域の重心点を算出して、前記等データ数分割位置算出処理及び等データ数分割グループ作成処理によって得られた等データ数分割位置、及び操業データのグループ化結果と共に、前記領域細分割処理に引き渡す等データ数分割重心点算出処理とをコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
In analyzing the relationship between each operation factor and quality based on the quality data corresponding to the data ( hereinafter referred to as “ operation data ) of multiple operation items ( hereinafter referred to as “ operation factors ) in the manufacturing process,
A data input process for entering manufacturing process operation data and corresponding quality data;
An operation space dividing process for dividing an operation factor space having an operation factor as a base vector based on a plurality of operation data input by the data input process into a plurality of local regions;
Determining a local quality model based on a linear polynomial representing a relation between an operation factor and quality based on a plurality of operation data and quality data in each local region, and determining an undetermined coefficient so that a prediction error due to the local quality model is minimized. and local quality model creation process be constructed by,
The computer executes the overall quality model creation process for creating the overall quality model representing the quality characteristics of the entire operating range by adding the local quality model of each local area multiplied by the weight function for all the local areas. ,
When the overall quality model created by the overall quality model creation process satisfies a predetermined condition, a computer program that presents at least a local quality model for creating the overall quality model ,
The operation space dividing process is
A division target area selection process for selecting a local area to be divided;
Local data selection processing for selecting and extracting operation data distributed within the range of each local region selected by the division target region selection processing;
Proper division based on distribution information obtained by projecting the operation data extracted by the local data selection process onto the axis of each operation, and selecting either one of the data grouping area division process and the equal data number division group process as the division process Legal decision processing;
Causing the computer to execute an area subdivision process for performing subdivision of a local area based on information obtained by the data grouping area division process or the equal data number division group process,
The data grouping area dividing process includes:
An initial barycentric point creation process for creating an initial barycentric point of operation data extracted by the local data selection process;
Center-of-gravity point-operation data distance evaluation processing for calculating the distance between the operation data extracted by the local data selection processing and the center of gravity point;
Based on the distance calculated by the center-of-gravity point-operation data distance evaluation processing, operation data group creation processing for grouping operation data that can be regarded as close to each other,
For the group created by the operation data group creation process, the center of gravity point update process for updating the center of gravity point using the operation data coordinates belonging to the group, and
Based on the center of gravity point before and after the update and the information of the group creation result created by the operation data group creation process, it is determined whether or not it has converged to an appropriate grouping result. Causing the computer to execute a grouping result determination process for transferring information to the area subdivision process,
The equal data number division group processing is:
An equal data number division position calculation process for calculating an equal data number division position for each operation axis, in which the number of operation data extracted by the local data selection process is equal in each region after subdivision,
An equal data number division group creation process for calculating and grouping which region the operation data extracted by the local data selection process belongs to after subdivision by the equal data number division position calculation process;
Calculate the barycentric point of the area after the subdivision by the equal data number division position calculation process, the equal data number division position obtained by the equal data number division position calculation process and the equal data number division group creation process, and the operation A computer program for causing a computer to execute an equal data number division centroid calculation process handed over to the area subdivision process together with a data grouping result .
請求項に記載のコンピュータプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 A computer-readable recording medium having recorded thereon the computer program according to claim 9 .
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