JP6881137B2 - Product status predictors and methods, manufacturing process control systems, and programs - Google Patents

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本発明は、製造プロセスにより製造される製品の状態を予測する製品の状態予測装置及び方法、製造プロセスの制御システム、並びにプログラムに関する。 The present invention relates to a product state predictor and method for predicting the state of a product manufactured by a manufacturing process, a manufacturing process control system, and a program.

製品を製造する製造プロセスにおいて、製品の状態が所望の状態となるように制御することが求められる。
これを実現するために、過去における製品の状態や製造条件の実績を学習して、学習結果を製造プロセスの制御に加える機械学習の手法が広く用いられている。
例えば鋼板の熱間圧延の冷却では、伝熱理論に基づくモデルで鋼板温度を計算し、冷却装置出側の温度(冷却停止温度)が所望の値となるように操作量である冷却水量や搬送速度を設定する。しかしながら、鋼種毎の表面性状に起因する熱伝達率の違いや設備の経時変化等、モデルで表現しきれない部分があり、誤差が生じることがある。これらの誤差を実績から経験的に予測し、補償するのに機械学習が用いられている。
また、鋼板の熱間圧延の幅制御では、製品幅が所望の値になるように操作量である粗圧延機出側の幅(粗出側幅)狙い値を設定する。ただし、その後の仕上圧延工程で、圧延機間の張力や熱収縮に起因する「幅縮み」が起きる。所望の製品幅となる粗出側幅を得るためには、この幅縮み量を予測する必要があるが、鋼種や張力と幅縮み量の関係を表わした一般的なモデルはいまだに確立していない。そこで、幅縮み量を実績から経験的に予測し、製品幅に反映させるのに機械学習が用いられている。
In the manufacturing process of manufacturing a product, it is required to control the state of the product so as to be in a desired state.
In order to achieve this, a machine learning method is widely used in which the past achievements of product states and manufacturing conditions are learned and the learning results are added to the control of the manufacturing process.
For example, in the cooling of hot rolling of a steel sheet, the temperature of the steel sheet is calculated using a model based on the heat transfer theory, and the amount of cooling water and the amount of cooling water transferred so that the temperature on the outlet side of the cooling device (cooling stop temperature) becomes a desired value. Set the speed. However, there are some parts that cannot be expressed by the model, such as differences in heat transfer coefficient due to the surface properties of each steel type and changes over time in equipment, which may cause errors. Machine learning is used to empirically predict and compensate for these errors from actual results.
Further, in the width control of hot rolling of a steel sheet, the target value of the width on the rough rolling machine output side (rough output side width), which is the operation amount, is set so that the product width becomes a desired value. However, in the subsequent finish rolling process, "width shrinkage" occurs due to tension and heat shrinkage between the rolling mills. It is necessary to predict this amount of width shrinkage in order to obtain the desired product width on the rough side, but a general model showing the relationship between the steel type and tension and the amount of width shrinkage has not yet been established. .. Therefore, machine learning is used to empirically predict the amount of width shrinkage from actual results and reflect it in the product width.

機械学習の方式として、層別学習が知られている。層別学習では、製造条件(例えば鋼板のサイズ、成分、温度等)によって区分された層別テーブルに値を保存しておく。そして、予測対象材が該当する区分の値を目的変数の予測値として出力し、また、実圧延を行った製品が該当する区分の値を目的変数の実績値で更新する。
しかしながら、層別学習では下記のような問題があり、予測精度には限界がある。
・層別が粗すぎると、目的変数の傾向の異なる製品を同じ区分で学習することになり、予測精度が上がらない。
・層別が細かすぎると、1区分に入ってくる実績が少なくなり、学習が進まず、予測精度が上がらない。
・考慮する製造条件数を増やすと、層別が細かくなりすぎ学習が進まないため、考慮可能な製造条件数は高々4条件程度である。そのため、他にも目的変数の変動の要因となりそうな製造条件があっても考慮できず、予測精度が上がらない。
・同一区分内では製造条件によらず目的変数は一値として扱うため、製造条件と目的変数間の関係性を表現できず、予測精度が上がらない。
Stratified learning is known as a method of machine learning. In stratified learning, values are stored in a stratified table classified according to manufacturing conditions (for example, steel plate size, composition, temperature, etc.). Then, the value of the category corresponding to the material to be predicted is output as the predicted value of the objective variable, and the value of the category corresponding to the product subjected to actual rolling is updated with the actual value of the objective variable.
However, stratified learning has the following problems, and the prediction accuracy is limited.
-If the stratification is too coarse, products with different tendencies of objective variables will be learned in the same category, and the prediction accuracy will not improve.
・ If the stratification is too fine, the number of achievements that fall into one category will decrease, learning will not proceed, and prediction accuracy will not improve.
-If the number of manufacturing conditions to be considered is increased, the stratification becomes too detailed and learning does not proceed, so the number of manufacturing conditions that can be considered is at most about 4 conditions. Therefore, even if there are other manufacturing conditions that are likely to cause fluctuations in the objective variable, they cannot be taken into consideration, and the prediction accuracy does not improve.
-Since the objective variable is treated as a single value within the same category regardless of the manufacturing conditions, the relationship between the manufacturing conditions and the objective variable cannot be expressed, and the prediction accuracy does not improve.

そこで、実績データに基づいて回帰モデルを生成することにより、目的変数の予測精度の向上を図る手法が知られている。
特許文献1には、厚鋼板の冷却停止時における温度制御の精度を向上させるため、過去の操業実績をデータベースに保存しておき、次回以降の冷却制御を行う前に、圧延実績や冷却条件等の製造条件が当該厚鋼板と類似した実績データを抽出し、抽出した過去データから、当該厚鋼板の冷却停止温度予測モデルに係る誤差や熱伝達係数補正量を推定し、この誤差や熱伝達係数補正量と温度予測モデルとを組み合わせて、冷却ゾーンの水冷装置の水量や鋼板搬送速度の決定を行う構成が開示されている。
Therefore, there is known a method of improving the prediction accuracy of the objective variable by generating a regression model based on the actual data.
In Patent Document 1, in order to improve the accuracy of temperature control when cooling of thick steel sheets is stopped, past operation results are stored in a database, and before the next and subsequent cooling controls are performed, rolling results, cooling conditions, etc. The actual data whose manufacturing conditions are similar to those of the thick steel sheet are extracted, and the error and heat transfer coefficient correction amount related to the cooling stop temperature prediction model of the thick steel sheet are estimated from the extracted past data, and this error and heat transfer coefficient are estimated. A configuration is disclosed in which the correction amount and the temperature prediction model are combined to determine the water amount and the steel plate transport speed of the water cooling device in the cooling zone.

特許文献1では、製造条件が類似した実績データ(近傍教師データと呼ばれる)を抽出するときに、その類似度を式(1)で表わされるような重み付きユークリッド距離diで定義する。ここで、xi=(xi,1,・・・,xi,j,・・・,xi,mTは過去データの説明変数(製造条件)、iはデータNoを示す添字(i=0:予測対象材)、jは説明変数Noを示す添字、mは製造条件の種類数、qjは重みである。 In Patent Document 1, when the manufacturing conditions to extract the actual data that is similar (referred to as the neighborhood teacher data), defining the similarity weighted Euclidean distance d i, as represented by the formula (1). Here, x i = (x i, 1 , ..., x i, j , ..., x i, m ) T is an explanatory variable (manufacturing condition) of the past data, and i is a subscript indicating the data No. i = 0: Prediction target material), j is a subscript indicating the explanatory variable No, m is the number of types of manufacturing conditions, and q j is the weight.

Figure 0006881137
Figure 0006881137

そして、近傍教師データに基づいて、目的変数の予測値を求める局所回帰モデルを生成する。特許文献1では、局所回帰法として、目的変数の予測値y^(^はyの上に付されているものとする)を回帰係数βとxの線形結合で表わし、実績値yとの誤差二乗和を最小化する線形重回帰(式(2)、式(3))や、製造条件同士の相関関係を排除した新しい変数を生成するPLS(Partial Least Squares)が示されている。yiはデータNo.iの目的変数、βregは誤差二乗和を最小化する回帰係数、nは近傍教師データ数である。 Then, based on the neighborhood teacher data, a local regression model for obtaining the predicted value of the objective variable is generated. In Patent Document 1, as a local regression method, the predicted value y ^ of the objective variable (^ is assumed to be attached above y) is represented by a linear combination of the regression coefficients β and x, and the error from the actual value y. Linear multiple regression (Equations (2) and (3)) that minimizes the sum of squares and PLS (Partial Least Squares) that generate new variables that eliminate the correlation between manufacturing conditions are shown. y i is the objective variable of the data No. i, β reg is the regression coefficient that minimizes the sum of squared errors, and n is the number of neighboring teacher data.

Figure 0006881137
Figure 0006881137

このように近傍教師データに基づいて、目的変数と製造条件との関係性を表現する回帰モデルを生成する手法では、層別学習のように固定の区分が存在せず、製造条件空間内に存在する操業実績の密度に応じて区分の大きさが変わることと同義であるといえる。したがって、層別が粗すぎて目的変数の傾向の異なる製品を同じ区分で学習してしまったり、層別が細かすぎて学習が進まなかったりするというケースが発生しがたい。また、考慮可能な製造条件は理論上無限である。以上の理由から、層別学習よりも良好な目的変数の予測精度が得られる。 In this way, the method of generating a regression model that expresses the relationship between the objective variable and the manufacturing conditions based on the neighborhood teacher data does not have a fixed division as in stratified learning, but exists in the manufacturing condition space. It can be said that it is synonymous with the fact that the size of the division changes according to the density of the operation results. Therefore, it is unlikely that products with different tendencies of objective variables will be learned in the same category because the stratification is too coarse, or that learning will not proceed because the stratification is too fine. Moreover, the manufacturing conditions that can be considered are theoretically infinite. For the above reasons, better prediction accuracy of the objective variable than stratified learning can be obtained.

特許第5682484号公報Japanese Patent No. 5682484

しかしながら、上述したように回帰モデルを生成して目的変数の予測値を求める場合に、目的変数の実績値に対して外れた値を予測値として出力することがある(以下、外れ予測値と呼ぶ)。
本発明者は、外れ予測値が出力されるのは、図6に示すように、ある製造条件において、予測対象材の値(図中の☆)が、近傍教師データ群がとる範囲R外にある外挿の状態になっているケースであることを見出した。図6は、説明変数(製造条件)と目的変数との関係を示す。図6に示すように、計測誤差や操業外乱等のノイズの影響を受けて、局所回帰モデル(図中の実線)が真のモデル(図中の点線)とずれることがある。この場合に、予測対象材の製造条件が近傍教師データに対して外挿の状態(予測対象材の製造条件が、近傍教師データの製造条件の最大値よりも大きい又は最小値より小さい状態)であると、ノイズの影響が大きくなって、目的変数の予測値が真のモデルから大きくかけ離れたものとなることがある。
However, when a regression model is generated and the predicted value of the objective variable is obtained as described above, a value deviating from the actual value of the objective variable may be output as a predicted value (hereinafter, referred to as a deviated predicted value). ).
As shown in FIG. 6, the present inventor outputs the deviation prediction value when the value of the prediction target material (☆ in the figure) is outside the range R taken by the neighborhood teacher data group under certain manufacturing conditions. I found that it was a case of a certain extrapolation. FIG. 6 shows the relationship between the explanatory variables (manufacturing conditions) and the objective variables. As shown in FIG. 6, the local regression model (solid line in the figure) may deviate from the true model (dotted line in the figure) due to the influence of noise such as measurement error and operation disturbance. In this case, when the manufacturing condition of the predicted material is extrapolated to the neighborhood teacher data (the manufacturing condition of the predicted material is larger than the maximum value or smaller than the minimum value of the manufacturing condition of the neighborhood teacher data). If there is, the influence of noise may become large, and the predicted value of the objective variable may be far from the true model.

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製造条件を用いて製品の状態を目的変数として予測する際に、外れ予測値の発生を抑えることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to suppress the occurrence of an outlier predicted value when predicting the state of a product as an objective variable using manufacturing conditions in a manufacturing process.

上記の課題を解決するための本発明の要旨は、以下のとおりである。
[1] 製造プロセスにおける製造条件を用いて製品の状態を目的変数として予測する製品の状態予測装置であって、
予測対象材の複数種の製造条件が入力されたことを受けて、実操業における製造条件及び前記目的変数の実績値を含む実績データを蓄積したデータベースから、製造条件の類似度を表わす距離関数に基づいて、前記予測対象材の複数種の製造条件に類似する実績データを近傍教師データとして抽出する抽出手段と、
前記予測対象材の複数種の製造条件のうち少なくとも一種の製造条件について、前記抽出手段で抽出した近傍教師データの製造条件の範囲外にある製造条件が存在するとき、前記データベースから近傍教師データを追加で抽出することにより、前記範囲内に含まれるように近傍教師データを修正する修正手段と、
前記抽出手段で抽出し、前記修正手段で近傍教師データを修正したときは当該修正した近傍教師データに基づいて、前記目的変数の予測値を求める回帰モデルを生成し、生成した回帰モデル及び前記予測対象材の製造条件を用いて前記目的変数の予測値を計算する計算手段とを備えたことを特徴とする製品の状態予測装置。
[2] 前記修正手段は、近傍教師データを追加で抽出するときは、製造条件の類似度を表わす距離関数、実績データの新しさ、及び所定の条件が一致することのうち少なくともいずれかを基準として、近傍教師データを抽出することを特徴とする[1]に記載の製品の状態予測装置。
[3] 前記修正手段で近傍教師データを追加で抽出する場合、前記予測対象材の複数種の製造条件が入力されたことを受けて前記抽出手段で抽出した近傍教師データの少なくとも一部をキャンセルするキャンセル手段を備えたことを特徴とする[1]又は[2]に記載の製品の状態予測装置。
[4] 前記キャンセル手段は、製造条件の類似度を表わす距離関数、及び前記予測対象材の複数種の製造条件が入力されたことを受けて前記抽出手段で抽出した近傍教師データの古さのうち少なくともいずれかを基準として、前記予測対象材の複数種の製造条件が入力されたことを受けて前記抽出手段で抽出した近傍教師データの少なくとも一部をキャンセルすることを特徴とする[3]に記載の製品の状態予測装置。
[5] 前記製品は鋼板であることを特徴とする[1]乃至[4]のいずれか一つに記載の製品の状態予測装置。
[6] [1]乃至[5]のいずれか一つに記載の製品の状態予測装置と、
前記計算手段で計算した目的変数の予測値に基づいて、前記製造プロセスに用いられる設備を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする製造プロセスの制御システム。
[7] 製造プロセスにおける製造条件を用いて製品の状態を目的変数として予測する製品の状態予測方法であって、
予測対象材の複数種の製造条件が入力されたことを受けて、実操業における製造条件及び前記目的変数の実績値を含む実績データを蓄積したデータベースから、製造条件の類似度を表わす距離関数に基づいて、前記予測対象材の複数種の製造条件に類似する実績データを近傍教師データとして抽出する抽出ステップと、
前記予測対象材の複数種の製造条件のうち少なくとも一種の製造条件について、前記抽出ステップで抽出した近傍教師データの製造条件の範囲外にある製造条件が存在するとき、前記データベースから近傍教師データを追加で抽出することにより、前記範囲内に含まれるように近傍教師データを修正する修正ステップと、
前記抽出ステップで抽出し、前記修正ステップで近傍教師データを修正したときは当該修正した近傍教師データに基づいて、前記目的変数の予測値を求める回帰モデルを生成し、生成した回帰モデル及び前記予測対象材の製造条件を用いて前記目的変数の予測値を計算する計算ステップとを有することを特徴とする製品の状態予測方法。
[8] 製造プロセスにおける製造条件を用いて製品の状態を目的変数として予測するためのプログラムであって、
予測対象材の複数種の製造条件が入力されたことを受けて、実操業における製造条件及び前記目的変数の実績値を含む実績データを蓄積したデータベースから、製造条件の類似度を表わす距離関数に基づいて、前記予測対象材の複数種の製造条件に類似する実績データを近傍教師データとして抽出する抽出手段と、
前記予測対象材の複数種の製造条件のうち少なくとも一種の製造条件について、前記抽出手段で抽出した近傍教師データの製造条件の範囲外にある製造条件が存在するとき、前記データベースから近傍教師データを追加で抽出することにより、前記範囲内に含まれるように近傍教師データを修正する修正手段と、
前記抽出手段で抽出し、前記修正手段で近傍教師データを修正したときは当該修正した近傍教師データに基づいて、前記目的変数の予測値を求める回帰モデルを生成し、生成した回帰モデル及び前記予測対象材の製造条件を用いて前記目的変数の予測値を計算する計算手段としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
The gist of the present invention for solving the above problems is as follows.
[1] A product state prediction device that predicts the state of a product as an objective variable using manufacturing conditions in a manufacturing process.
In response to the input of multiple types of manufacturing conditions for the material to be predicted, the database that accumulates the actual data including the actual manufacturing conditions in actual operation and the actual values of the objective variable is converted into a distance function that expresses the similarity of the manufacturing conditions. Based on this, an extraction means for extracting actual data similar to the production conditions of a plurality of types of the predicted target material as neighborhood teacher data, and
When there is a manufacturing condition outside the range of the manufacturing condition of the neighborhood teacher data extracted by the extraction means for at least one of the manufacturing conditions of the plurality of types of the predicted target material, the neighborhood teacher data is obtained from the database. A correction means for modifying the neighborhood teacher data so that it is included in the above range by additionally extracting the data.
When it is extracted by the extraction means and the neighborhood teacher data is modified by the modification means, a regression model for obtaining a predicted value of the objective variable is generated based on the modified neighborhood teacher data, and the generated regression model and the prediction A product state prediction device including a calculation means for calculating a predicted value of the objective variable using the manufacturing conditions of the target material.
[2] When the neighborhood teacher data is additionally extracted, the correction means is based on at least one of a distance function representing the similarity of manufacturing conditions, the novelty of actual data, and matching of predetermined conditions. The product state prediction device according to [1], wherein the neighborhood teacher data is extracted.
[3] When additionally extracting the neighborhood teacher data by the correction means, at least a part of the neighborhood teacher data extracted by the extraction means is canceled in response to the input of the production conditions of a plurality of types of the predicted target material. The state prediction device for a product according to [1] or [2], which comprises a canceling means.
[4] The canceling means is the oldness of the neighborhood teacher data extracted by the extraction means in response to the input of the distance function representing the similarity of the manufacturing conditions and the manufacturing conditions of a plurality of types of the predicted target material. It is characterized in that at least a part of the neighborhood teacher data extracted by the extraction means is canceled in response to the input of the production conditions of a plurality of types of the predicted target material based on at least one of them [3]. Product status predictor described in.
[5] The product state prediction device according to any one of [1] to [4], wherein the product is a steel plate.
[6] The product state prediction device according to any one of [1] to [5] and the product state prediction device.
A manufacturing process control system including a control means for controlling equipment used in the manufacturing process based on a predicted value of an objective variable calculated by the calculation means.
[7] A method for predicting the state of a product by using the manufacturing conditions in the manufacturing process to predict the state of the product as an objective variable.
In response to the input of multiple types of manufacturing conditions for the material to be predicted, the database that accumulates the actual data including the actual manufacturing conditions in actual operation and the actual values of the objective variable is converted into a distance function that expresses the similarity of the manufacturing conditions. Based on this, an extraction step of extracting performance data similar to the production conditions of a plurality of types of the predicted target material as neighborhood teacher data, and
When there is a manufacturing condition outside the range of the manufacturing condition of the neighborhood teacher data extracted in the extraction step for at least one of the manufacturing conditions of the plurality of types of the predicted target material, the neighborhood teacher data is obtained from the database. A modification step that modifies the neighborhood teacher data so that it falls within the above range by additionally extracting,
When the data is extracted in the extraction step and the neighborhood teacher data is modified in the modification step, a regression model for obtaining the predicted value of the objective variable is generated based on the modified neighborhood teacher data, and the generated regression model and the prediction are generated. A method for predicting the state of a product, which comprises a calculation step of calculating a predicted value of the objective variable using the manufacturing conditions of the target material.
[8] A program for predicting the state of a product as an objective variable using manufacturing conditions in a manufacturing process.
In response to the input of multiple types of manufacturing conditions for the material to be predicted, the database that accumulates the actual data including the actual manufacturing conditions in actual operation and the actual values of the objective variable is converted into a distance function that expresses the similarity of the manufacturing conditions. Based on this, an extraction means for extracting actual data similar to the production conditions of a plurality of types of the predicted target material as neighborhood teacher data, and
When there is a manufacturing condition outside the range of the manufacturing condition of the neighborhood teacher data extracted by the extraction means for at least one of the manufacturing conditions of the plurality of types of the predicted target material, the neighborhood teacher data is obtained from the database. A correction means for modifying the neighborhood teacher data so that it is included in the above range by additionally extracting the data.
When it is extracted by the extraction means and the neighborhood teacher data is modified by the modification means, a regression model for obtaining a predicted value of the objective variable is generated based on the modified neighborhood teacher data, and the generated regression model and the prediction are generated. A program for operating a computer as a calculation means for calculating a predicted value of the objective variable using the manufacturing conditions of the target material.

本発明によれば、製造プロセスにおける製造条件を用いて製品の状態を目的変数として予測する際に、外れ予測値の発生を抑えることができる。 According to the present invention, when the state of a product is predicted as an objective variable by using the manufacturing conditions in the manufacturing process, it is possible to suppress the occurrence of an outlier predicted value.

本実施形態に係る製造プロセスの制御システムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the control system of the manufacturing process which concerns on this embodiment. 近傍教師データを修正したときの説明変数と目的変数との関係の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the relationship between the explanatory variable and the objective variable when the neighborhood teacher data is corrected. 近傍教師データ修正部による処理例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing example by the neighborhood teacher data correction part. 数値実験のための機能構成例を示す図である。It is a figure which shows the functional structure example for a numerical experiment. 実施例及び比較例における実績値と予測値との関係の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the relationship between the actual value and the predicted value in an Example and a comparative example. 予測対象材の値が外挿の状態になっているときの説明変数と目的変数との関係の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the relationship between the explanatory variable and the objective variable when the value of the predicted material is extrapolated.

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図1に、本実施形態に係る製造プロセスの制御システムの構成例を示す。本実施形態では、製造プロセスにおける製造条件を用いて製品の状態を目的変数として予測する例を説明する。
本実施形態に係る製造プロセスの制御システムは、図1に示すように、設備1、上位コンピュータ2、コンピュータ3、及びプロセスコンピュータ4を備える。
設備1は、製造プロセスに用いられ、例えば鋼板の冷却装置や粗圧延機である。設備1は、プロセスコンピュータ4から入力される操作量に基づいて操業を実施する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a configuration example of a control system for the manufacturing process according to the present embodiment. In this embodiment, an example of predicting the state of a product as an objective variable using the manufacturing conditions in the manufacturing process will be described.
As shown in FIG. 1, the manufacturing process control system according to the present embodiment includes equipment 1, a higher-level computer 2, a computer 3, and a process computer 4.
Equipment 1 is used in a manufacturing process, for example, a steel sheet cooling device or a rough rolling mill. The equipment 1 operates based on the amount of operation input from the process computer 4.

上位コンピュータ2は、プロセスコンピュータ4の上位にあるビジネスコンピュータであり、予測対象材の製造条件を出力する。鋼板の冷却や幅制御であれば、予測対象材の製造条件は、予測対象の鋼板のサイズ、成分、及び温度等の、冷却や幅制御に影響を与える要素となる。なお、予測対象材の製造条件は、製品の生産計画用のコンピュータから出力されるようにしてもよい。 The host computer 2 is a business computer above the process computer 4, and outputs the manufacturing conditions of the material to be predicted. In the case of cooling and width control of steel sheets, the manufacturing conditions of the material to be predicted are factors that affect cooling and width control, such as the size, composition, and temperature of the steel sheet to be predicted. The production conditions of the material to be predicted may be output from the computer for product production planning.

コンピュータ3は、製品の状態予測装置として機能し、製造プロセスにより製造される鋼板の状態を目的変数、製造条件を説明変数とする局所回帰モデルを生成し、その局所回帰モデルを用いて目的変数を予測する。目的変数は、鋼板の冷却であれば例えば冷却停止温度のモデル誤差、幅制御であれば例えば幅縮み量である。コンピュータ3は、詳細は後述するが、データベース31と、データ抽出部32と、近傍教師データ修正部33と、局所回帰モデル生成部34とを備える。なお、本実施形態では、データベース31、データ抽出部32、近傍教師データ修正部33、及び局所回帰モデル生成部34が、それぞれ本発明でいうデータベース、抽出手段、修正手段、及び計算手段として機能する。 The computer 3 functions as a product state predictor, generates a local regression model using the state of the steel plate manufactured by the manufacturing process as an objective variable and manufacturing conditions as explanatory variables, and uses the local regression model to set the objective variable. Predict. The objective variable is, for example, a model error of the cooling shutdown temperature in the case of cooling the steel sheet, and, for example, the amount of width shrinkage in the case of width control. The computer 3 includes a database 31, a data extraction unit 32, a neighborhood teacher data correction unit 33, and a local regression model generation unit 34, which will be described in detail later. In the present embodiment, the database 31, the data extraction unit 32, the neighborhood teacher data correction unit 33, and the local regression model generation unit 34 function as the database, extraction means, correction means, and calculation means, respectively, as referred to in the present invention. ..

プロセスコンピュータ4は、設備1を制御する制御手段として機能する。プロセスコンピュータ4は、予測対象材の製造条件と、コンピュータ3の局所回帰モデル生成部34から入力される目的変数の予測値とに基づいて、設備1の操作量を設定する設定計算部として機能する。設備1の操作量は、鋼板の冷却であれば冷却水量や搬送速度等、鋼板の幅制御であれば粗出側幅狙い値等である。 The process computer 4 functions as a control means for controlling the equipment 1. The process computer 4 functions as a setting calculation unit that sets the operation amount of the equipment 1 based on the manufacturing conditions of the material to be predicted and the predicted value of the objective variable input from the local regression model generation unit 34 of the computer 3. .. The amount of operation of the equipment 1 is the amount of cooling water, the transport speed, etc. for cooling the steel sheet, and the target value for the width on the coarse side in the case of controlling the width of the steel sheet.

次に、コンピュータ3の詳細を説明する。
データベース31は、実操業における製造条件及び目的変数の実績値を含む実績データを蓄積する。実績データには、操業日時の情報が関連付けられる。
Next, the details of the computer 3 will be described.
The database 31 accumulates actual data including actual values of manufacturing conditions and objective variables in actual operation. Information on the operation date and time is associated with the actual data.

データ抽出部32は、データベース31から近傍教師データを抽出する。
データ抽出部32は、上位コンピュータ2から予測対象材の複数種の製造条件が入力されたことを受けて、製造条件の類似度を表わす距離関数に基づいて、予測対象材の複数種の製造条件に類似する実績データを近傍教師データとして抽出し、近傍教師データ修正部33に出力する。ここで、距離関数としては、変数空間における2点間の距離を示す関数を広く用いることができる。一般に、距離関数は2点間の距離が小さいほど小さな値を示す関数であり、データ抽出部32は、距離関数の値が小さい順にデータベース31から所定の数の実績データを近傍教師データとして抽出する。なお、距離関数を2点間の距離が小さいほど大きな値を示す関数とすることも可能であり、その場合には、距離関数の値が大きい順にデータベース31から所定の数の実績データを抽出すればよい。距離関数は、特許文献1にあるようなユークリッド距離に限られず、例えばマハラビノス距離等、製造条件の類似度を表現する尺度となるものであれば適用できる。以下では、予測対象材の製造条件が入力されたことを受けて抽出した近傍教師データを、「はじめに抽出した近傍教師データ」という。
The data extraction unit 32 extracts neighborhood teacher data from the database 31.
The data extraction unit 32 receives the input of the production conditions of a plurality of types of the prediction target material from the host computer 2, and receives the production conditions of the plurality of types of the prediction target material based on the distance function representing the similarity of the production conditions. The actual data similar to the above is extracted as the neighborhood teacher data and output to the neighborhood teacher data correction unit 33. Here, as the distance function, a function indicating the distance between two points in the variable space can be widely used. Generally, the distance function is a function that shows a smaller value as the distance between two points becomes smaller, and the data extraction unit 32 extracts a predetermined number of actual data from the database 31 as neighborhood teacher data in ascending order of the value of the distance function. .. It is also possible to make the distance function a function that shows a larger value as the distance between two points becomes smaller. In that case, a predetermined number of actual data should be extracted from the database 31 in descending order of the value of the distance function. Just do it. The distance function is not limited to the Euclidean distance as described in Patent Document 1, and can be applied as long as it is a measure for expressing the similarity of manufacturing conditions such as the Mahalanobis distance. In the following, the neighborhood teacher data extracted in response to the input of the manufacturing conditions of the material to be predicted will be referred to as "near teacher data extracted first".

また、データ抽出部32は、次に述べるように、近傍教師データ修正部33による指示を受けて、近傍教師データを追加で抽出し、近傍教師データ修正部33に出力する。 Further, as described below, the data extraction unit 32 additionally extracts the neighborhood teacher data in response to the instruction from the neighborhood teacher data correction unit 33, and outputs the data to the neighborhood teacher data correction unit 33.

近傍教師データ修正部33は、予測対象材の複数種の製造条件のうち少なくとも一種の製造条件について、はじめに抽出した近傍教師データの製造条件の範囲外にある製造条件が存在するか否か(すなわち、予測対象材の製造条件がはじめに抽出した近傍教師データに対して外挿の状態であるか否か)を判定する。そして、近傍教師データ修正部33は、はじめに抽出した近傍教師データの製造条件の範囲外にある製造条件が存在するとき、近傍教師データを追加で抽出するようにデータ抽出部32に指示して、前記範囲内に含まれるように(すなわち、予測対象材の製造条件が近傍教師データに対して内挿の状態になるように)近傍教師データを修正する。 The proximity teacher data correction unit 33 determines whether or not there is a production condition outside the range of the production condition of the neighborhood teacher data extracted first for at least one of the production conditions of the plurality of types of the predicted target material (that is,). , Whether or not the manufacturing conditions of the material to be predicted are extrapolated with respect to the neighborhood teacher data extracted first). Then, the neighborhood teacher data correction unit 33 instructs the data extraction unit 32 to additionally extract the neighborhood teacher data when there is a manufacturing condition outside the range of the production conditions of the neighborhood teacher data extracted first. The neighborhood teacher data is modified so that it falls within the above range (that is, the manufacturing conditions of the material to be predicted are interpolated with respect to the neighborhood teacher data).

データ抽出部32は、近傍教師データ修正部33による指示を受けて近傍教師データを追加で抽出するときは、製造条件の類似度を表わす距離関数、実績データの新しさ、及び所定の条件が一致することのうち少なくともいずれかを基準として、近傍教師データを追加で抽出する。
距離関数を基準とする場合、できるだけ類似度が高いとされる実績データを優先的に追加で抽出する。できるだけ類似度が高い実績データを近傍教師データとすることにより、目的変数の予測精度を向上させることができる。ここで使用する距離関数は、はじめに近傍教師データを抽出したときに使用する距離関数と同じものでもよいし、異なるものとしてもよい。
また、実績データの新しさを基準とする場合、操業日時の時間軸でみて新しい実績データを優先的に追加で抽出する。設備1には経年変化があり、新しい実績データを近傍教師データとするほうが、目的変数の予測精度を向上させることができる。
また、所定の条件が一致することを基準とする場合、例えば予測対象材と同一鋼種の実績データを優先的に追加で抽出する。同一鋼種の実績データに絞って近傍教師データとすることにより、製品の特性ばらつきを低減し、目的変数の予測精度を向上させることができる。
なお、近傍教師データを追加で抽出するための基準は、ここで挙げたもののうちいずれか一つでも、複数の組み合わせでもよく、さらには他の基準を追加するようにしてもよい。また、追加で抽出する近傍教師データの個数は、例えば予め設定された数としてもよいし、データ抽出部32又は近傍教師データ修正部33が予め定義されたアルゴリズムに従ってその都度決定するようにしてもよい。
When the data extraction unit 32 additionally extracts the neighborhood teacher data in response to the instruction from the neighborhood teacher data correction unit 33, the distance function representing the similarity of the manufacturing conditions, the novelty of the actual data, and the predetermined conditions match. Additional neighborhood teacher data is extracted based on at least one of the things to be done.
When the distance function is used as a reference, the actual data that are considered to have the highest degree of similarity are preferentially extracted additionally. The prediction accuracy of the objective variable can be improved by using the actual data with as high a degree of similarity as the neighborhood teacher data. The distance function used here may be the same as or different from the distance function used when the neighborhood teacher data is first extracted.
In addition, when the newness of the actual data is used as a reference, the new actual data is preferentially additionally extracted in view of the time axis of the operation date and time. The equipment 1 changes over time, and it is possible to improve the prediction accuracy of the objective variable by using the new actual data as the neighborhood teacher data.
In addition, when the standard is that the predetermined conditions are met, for example, the actual data of the same steel type as the forecast target material is additionally extracted preferentially. By narrowing down the actual data of the same steel type to the neighborhood teacher data, it is possible to reduce the variation in the characteristics of the product and improve the prediction accuracy of the objective variable.
The criteria for additionally extracting the neighborhood teacher data may be any one of those listed here, a combination of a plurality of the criteria, or may be added. Further, the number of neighborhood teacher data to be additionally extracted may be, for example, a preset number, or may be determined each time by the data extraction unit 32 or the neighborhood teacher data correction unit 33 according to a preset algorithm. Good.

このように近傍教師データを追加で抽出する場合、はじめに抽出した近傍教師データの少なくとも一部をキャンセル(削除)するようにしてもよい。
近傍教師データ修正部33は、製造条件の類似度を表わす距離関数、及びはじめに抽出した近傍教師データの古さのうち少なくともいずれかを基準として、はじめに抽出した近傍教師データの少なくとも一部をキャンセルする。この場合、近傍教師データ修正部33が、それぞれ本発明でいうキャンセル手段として機能する。
距離関数を基準とする場合、できるだけ類似度が低いとされる近傍教師データをキャンセルする。予測対象材の製造条件から離れた製造条件の近傍教師データは予測対象材とデータ傾向が異なる可能性が高く、そのように類似度が低い実績データに基づいて局所回帰モデルを生成すると、予測誤差を生むおそれがあるからである。ここで使用する距離関数は、はじめに近傍教師データを抽出したときに使用する距離関数や、近傍教師データを追加で抽出するときに使用する距離関数と同じものでもよいし、異なるものとしてもよい。
また、はじめに抽出した近傍教師データの古さを基準とする場合、操業日時の時間軸でみて古い近傍教師データをキャンセルする。設備1には経年変化があり、近傍教師データに古い実績データが含まれていると、それが原因となって予測誤差を生むおそれがあるからである。
なお、近傍教師データをキャンセルするための基準は、ここで挙げたもののうちいずれか一つでも、複数の組み合わせでもよく、さらには他の基準を追加するようにしてもよい。また、キャンセルする近傍教師データの個数は、例えば予め設定された数としてもよいし、データ抽出部32又は近傍教師データ修正部33が予め定義されたアルゴリズムに従ってその都度決定するようにしてもよい。
When additionally extracting the neighborhood teacher data in this way, at least a part of the neighborhood teacher data extracted first may be canceled (deleted).
The neighborhood teacher data correction unit 33 cancels at least a part of the neighborhood teacher data extracted first based on at least one of the distance function representing the similarity of the manufacturing conditions and the age of the neighborhood teacher data extracted first. .. In this case, the neighborhood teacher data correction unit 33 functions as a canceling means according to the present invention.
When the distance function is used as a reference, the neighborhood teacher data that is considered to have the lowest degree of similarity is canceled. Proximity teacher data for manufacturing conditions that are far from the manufacturing conditions for the material to be predicted are likely to have different data trends from the material to be predicted, and if a local regression model is generated based on actual data with such low similarity, the prediction error will occur. This is because there is a risk of producing. The distance function used here may be the same as or different from the distance function used when the neighborhood teacher data is first extracted and the distance function used when the neighborhood teacher data is additionally extracted.
In addition, when the age of the neighborhood teacher data extracted first is used as a reference, the old neighborhood teacher data is canceled in terms of the time axis of the operation date and time. This is because the equipment 1 changes over time, and if the neighborhood teacher data includes old actual data, it may cause a prediction error.
The criteria for canceling the neighborhood teacher data may be any one of those listed here, a combination of a plurality of the criteria, or other criteria may be added. Further, the number of neighborhood teacher data to be canceled may be, for example, a preset number, or may be determined each time by the data extraction unit 32 or the neighborhood teacher data correction unit 33 according to a preset algorithm.

図2は、近傍教師データを修正したときの説明変数と目的変数との関係の例を示す図である。図2には、追加で抽出された近傍教師データ301と、キャンセルされた近傍教師データ302とが示されている。図2に示すように、近傍教師データを修正した結果、予測対象材の製造条件(図中の☆)が範囲R内に含まれるように、すなわち予測対象材の製造条件が近傍教師データに対して内挿の状態になるようにすることができる。 FIG. 2 is a diagram showing an example of the relationship between the explanatory variable and the objective variable when the neighborhood teacher data is modified. FIG. 2 shows the additionally extracted neighborhood teacher data 301 and the canceled neighborhood teacher data 302. As shown in FIG. 2, as a result of modifying the neighborhood teacher data, the manufacturing conditions of the predicted target material (☆ in the figure) are included in the range R, that is, the manufacturing conditions of the predicted target material are relative to the neighborhood teacher data. It can be made into an interpolated state.

局所回帰モデル生成部34は、近傍教師データに基づいて、製造条件を説明変数として目的変数の予測値を求める局所回帰モデルを生成する。ここでいう近傍教師データは、予測対象材の製造条件がはじめに抽出した近傍教師データに対して外挿の状態でなければ、はじめに抽出した近傍教師データそのものとなる。また、予測対象材の製造条件がはじめに抽出した近傍教師データに対して外挿の状態であれば、それを解消するように近傍教師データ修正部33で修正した近傍教師データとなる。そして、局所回帰モデル生成部34は、生成した局所回帰モデル及び予測対象材の製造条件を用いて目的変数の予測値を計算する。局所回帰モデルの生成には、その詳細は省略するが、特許文献1にあるような線形重回帰やPLSを適用すればよく、また、その他にもリッジ回帰やニューラルネット等、公知の回帰法を適用することができる。 The local regression model generation unit 34 generates a local regression model for obtaining the predicted value of the objective variable using the manufacturing conditions as explanatory variables based on the neighborhood teacher data. The neighborhood teacher data referred to here is the neighborhood teacher data itself extracted first unless the manufacturing conditions of the material to be predicted are extrapolated to the neighborhood teacher data extracted first. Further, if the manufacturing condition of the material to be predicted is extrapolated with respect to the neighborhood teacher data extracted first, the neighborhood teacher data is corrected by the neighborhood teacher data correction unit 33 so as to eliminate the extrapolation. Then, the local regression model generation unit 34 calculates the predicted value of the objective variable using the generated local regression model and the manufacturing conditions of the material to be predicted. Although the details are omitted for the generation of the local regression model, linear multiple regression or PLS as described in Patent Document 1 may be applied, and other known regression methods such as ridge regression and neural network may be used. Can be applied.

なお、本実施形態では、近傍教師データ修正部33がデータ抽出部32に指示して近傍教師データを追加で抽出する構成としたが、データ抽出部32に指示するのではなく、近傍教師データ修正部33がデータベース31から直接的に近傍教師データを追加で抽出する構成としてもかまわない。 In the present embodiment, the neighborhood teacher data correction unit 33 instructs the data extraction unit 32 to additionally extract the neighborhood teacher data, but the data extraction unit 32 is not instructed to correct the neighborhood teacher data. The unit 33 may be configured to additionally extract the neighborhood teacher data directly from the database 31.

図3は、コンピュータ3の近傍教師データ修正部33による処理例を示すフローチャートである。近傍教師データ修正部33には、予測対象材の製造条件x0,j=(xo,1,・・・,x0,m)と、はじめに抽出した近傍教師データxi,jとが入力される。iは鋼板を示す添字(i=1〜n:nは近傍教師データの数)、jは製造条件を示す添字(j=1〜m:mは製造条件の種類数)である。
ステップS1で、近傍教師データ修正部33は、製造条件j=1に設定する。
FIG. 3 is a flowchart showing a processing example by the neighborhood teacher data correction unit 33 of the computer 3. In the neighborhood teacher data correction unit 33, the manufacturing conditions x 0, j = (x o, 1 , ..., X 0, m ) of the material to be predicted and the neighborhood teacher data x i, j extracted first are input. Will be done. i is a subscript indicating a steel sheet (i = 1 to n: n is the number of neighborhood teacher data), and j is a subscript indicating a manufacturing condition (j = 1 to m: m is the number of types of manufacturing conditions).
In step S1, the neighborhood teacher data correction unit 33 sets the manufacturing condition j = 1.

ステップS2で、近傍教師データ修正部33は、予測対象材の製造条件x0,jが、近傍教師データx1,j,・・・,xn,jのうちの最小値よりも小さいか否かを判定する。小さければステップS3に進み、そうでなければステップS4に進む。 In step S2, the neighborhood teacher data correction unit 33 determines whether or not the manufacturing condition x 0, j of the predicted target material is smaller than the minimum value of the neighborhood teacher data x 1, j , ···, x n, j. Is determined. If it is smaller, the process proceeds to step S3, otherwise the process proceeds to step S4.

ステップS3で、近傍教師データ修正部33は、近傍教師データの修正を行う。具体的には、近傍教師データを追加で抽出するようにデータ抽出部32に指示する。データ抽出部32は、近傍教師データ修正部33による指示を受けて、データベース31に蓄積されている実績データの中でxi,j<x0,jとなるもののうち、例えば距離関数で表わされる類似度が高い順にk個だけ近傍教師データを追加で抽出する。また、はじめに抽出した近傍教師データのうち、距離関数で表わされる類似度が低い順にl個だけ近傍教師データをキャンセルする。k,lはいずれも近傍教師データの数nよりも小さい値であり、予め設定されている。 In step S3, the neighborhood teacher data correction unit 33 corrects the neighborhood teacher data. Specifically, the data extraction unit 32 is instructed to additionally extract the neighborhood teacher data. The data extraction unit 32 receives an instruction from the neighborhood teacher data correction unit 33, and among the actual data stored in the database 31 in which x i, j <x 0, j , is represented by, for example, a distance function. Additional k neighborhood teacher data are extracted in descending order of similarity. Further, among the neighborhood teacher data extracted first, only one neighborhood teacher data are canceled in ascending order of similarity represented by the distance function. Both k and l are values smaller than the number n of neighboring teacher data and are set in advance.

ステップS4で、近傍教師データ修正部33は、予測対象材の製造条件x0,jが、近傍教師データx1,j,・・・,xn,jのうちの最大値よりも大きいか否かを判定する。大きければステップS5に進み、そうでなければステップS6に進む。 In step S4, the neighborhood teacher data correction unit 33 determines whether or not the manufacturing condition x 0, j of the predicted target material is larger than the maximum value of the neighborhood teacher data x 1, j , ..., X n, j. Is determined. If it is larger, the process proceeds to step S5, otherwise the process proceeds to step S6.

ステップS5で、近傍教師データ修正部33は、近傍教師データの修正を行う。具体的には、近傍教師データを追加で抽出するようにデータ抽出部32に指示する。データ抽出部32は、近傍教師データ修正部33による指示を受けて、データベース31に蓄積されている実績データの中でxi,j>x0,jとなるもののうち、例えば距離関数で表わされる類似度が高い順にk個だけ近傍教師データを追加で抽出する。また、はじめに抽出した近傍教師データのうち、距離関数で表わされる類似度が低い順にl個だけ近傍教師データをキャンセルする。k,lはいずれも近傍教師データの数nよりも小さい値であり、予め設定されている。 In step S5, the neighborhood teacher data correction unit 33 corrects the neighborhood teacher data. Specifically, the data extraction unit 32 is instructed to additionally extract the neighborhood teacher data. The data extraction unit 32 receives an instruction from the neighborhood teacher data correction unit 33, and among the actual data stored in the database 31, x i, j > x 0, j is represented by, for example, a distance function. Additional k neighborhood teacher data are extracted in descending order of similarity. Further, among the neighborhood teacher data extracted first, only one neighborhood teacher data are canceled in ascending order of similarity represented by the distance function. Both k and l are values smaller than the number n of neighboring teacher data and are set in advance.

ステップS6で、近傍教師データ修正部33は、j=mに達したか否かを判定する。その結果、j=mに達していなければ、ステップS7でjをインクリメントした上でステップS2に戻る。一方、j=mに達していれば、近傍教師データ(修正がない場合ははじめに抽出した近傍教師データ、修正がある場合は修正後の近傍教師データ)を局所回帰モデル生成部34に出力する。 In step S6, the neighborhood teacher data correction unit 33 determines whether or not j = m has been reached. As a result, if j = m has not been reached, j is incremented in step S7 and the process returns to step S2. On the other hand, when j = m is reached, the neighborhood teacher data (the neighborhood teacher data extracted first if there is no correction, and the neighborhood teacher data after correction if there is correction) is output to the local regression model generation unit 34.

以上のように、予測対象材の複数種の製造条件のうち少なくとも一種の製造条件について、はじめに抽出した近傍教師データの製造条件の範囲外にある製造条件が存在するとき、データベース31から近傍教師データを追加で抽出することにより、予測対象材の製造条件が範囲内に含まれるように近傍教師データを修正する。これにより、予測対象材の製造条件が近傍教師データに対して外挿の状態になるのを解消することができる。換言すれば、図2に示すように、予測対象材の製造条件(図中の☆)が近傍教師データに対して内挿の状態(図中の☆が範囲R内に含まれる)になるようにすることができる。この場合、計測誤差や操業外乱等のノイズが乗ったとしても、局所回帰モデル(図中の実線)が真のモデル(図中の点線)に対して大きくずれないようにすることができる。したがって、目的変数の予測値が真のモデルから大きくかけ離れたものとなりにくく、外れ予測値の発生を抑えて、製品の状態の予測精度を向上させることができる。そして、製品の状態の予測精度を向上させることができれば、製品の状態が所望の状態となるように高精度に制御することが可能になる。 As described above, for at least one of the manufacturing conditions of the plurality of types of the predicted target material, when there is a manufacturing condition outside the range of the manufacturing conditions of the neighborhood teacher data extracted first, the neighborhood teacher data from the database 31. By additionally extracting, the neighborhood teacher data is modified so that the manufacturing conditions of the material to be predicted are included in the range. As a result, it is possible to eliminate the case where the manufacturing conditions of the material to be predicted are extrapolated with respect to the neighborhood teacher data. In other words, as shown in FIG. 2, the manufacturing conditions (☆ in the figure) of the material to be predicted are interpolated with respect to the neighboring teacher data (☆ in the figure is included in the range R). Can be. In this case, even if noise such as measurement error or operation disturbance is added, the local regression model (solid line in the figure) can be prevented from being significantly deviated from the true model (dotted line in the figure). Therefore, the predicted value of the objective variable is unlikely to be far from the true model, the occurrence of the outlier predicted value can be suppressed, and the prediction accuracy of the state of the product can be improved. Then, if the prediction accuracy of the state of the product can be improved, it becomes possible to control the state of the product with high accuracy so as to be in a desired state.

なお、図1では、一つのコンピュータがデータベース31、データ抽出部32、近傍教師データ修正部33、及び局所回帰モデル生成部34として機能するように示したが、複数のコンピュータが相まってデータベース31、データ抽出部32、近傍教師データ修正部33、及び局所回帰モデル生成部34として機能し、ネットワークを介して入出力を行うような形態でもよい。
また、図1では、コンピュータ3をプロセスコンピュータ4とは別途設置する構成例とした。これは、製品の状態予測装置では、データベースを構築し、局所回帰モデルを生成する計算が必要であることから、計算機負荷が大きくなることが想定されるからである。当然ながら一つのコンピュータ(例えばプロセスコンピュータ4)のスペックが十分であれば、一つのコンピュータを製品の状態予測装置及び設定計算部として機能させるようにしてもよい。
In FIG. 1, one computer is shown to function as a database 31, a data extraction unit 32, a neighborhood teacher data correction unit 33, and a local regression model generation unit 34, but a plurality of computers are combined to form the database 31, data. It may function as an extraction unit 32, a neighborhood teacher data correction unit 33, and a local regression model generation unit 34, and input / output via a network.
Further, in FIG. 1, a configuration example in which the computer 3 is installed separately from the process computer 4 is used. This is because the state prediction device of the product requires a calculation to build a database and generate a local regression model, so that the computer load is expected to increase. As a matter of course, if the specifications of one computer (for example, the process computer 4) are sufficient, one computer may be made to function as a state prediction device and a setting calculation unit of the product.

本発明を適用した手法による効果を数値実験により検証した。
図4に、数値実験のための機能構成を示す。パーソナルコンピュータ100でデータベース31、データ抽出部32、近傍教師データ修正部33、及び局所回帰モデル生成部34を再現して、数値実験を行う。工場操業実績からパーソナルコンピュータ100に製造条件を入力する。パーソナルコンピュータ100では、データ抽出部32によりデータベース31から近傍教師データを抽出し、近傍教師データ修正部33により近傍教師データを修正し、局所回帰モデル生成部34により目的変数として幅縮み予測値を出力する。
工場操業実績には幅縮み実績値が保存されているので、数値実験による幅縮み予測値と比較し、その精度を評価した。数値実験では、幅縮みが精度良く予測され、幅制御精度も向上すると考えられる。
The effect of the method to which the present invention was applied was verified by numerical experiments.
FIG. 4 shows a functional configuration for numerical experiments. The personal computer 100 reproduces the database 31, the data extraction unit 32, the neighborhood teacher data correction unit 33, and the local regression model generation unit 34, and performs a numerical experiment. The manufacturing conditions are input to the personal computer 100 based on the factory operation results. In the personal computer 100, the data extraction unit 32 extracts the neighborhood teacher data from the database 31, the neighborhood teacher data correction unit 33 corrects the neighborhood teacher data, and the local regression model generation unit 34 outputs the width reduction prediction value as the objective variable. To do.
Since the actual value of width shrinkage is stored in the factory operation record, the accuracy was evaluated by comparing it with the predicted value of width shrinkage by numerical experiments. In the numerical experiment, it is considered that the width shrinkage is predicted with high accuracy and the width control accuracy is also improved.

局所回帰モデル生成部34ではPLSを用いるものとし、特許文献1に記載の手法を用いた場合(比較例)と、近傍教師データを修正する手法を用いた場合(実施例)とのそれぞれについて幅縮み量の予測精度を評価した。なお、実施例では、図3のフローチャートで説明したように、近傍教師データを追加で抽出するとともに、はじめに抽出した近傍教師データの一部をキャンセルする方式とした。
図5に、数値実験による結果を示す。図5(a)は、実施例における幅縮み実績値と幅縮み予測値との関係を示す図である。また、図5(b)は、比較例における幅縮み実績値と幅縮み予測値との関係を示す図である。比較例では、平均二乗誤差RMSEは1.66mm、決定係数(寄与率)R2は0.834であった。それに対して、実施例では、平均二乗誤差RMSEは1.56mm、決定係数R2は0.835となり、比較例よりも良い結果が得られた。
PLS is used in the local regression model generation unit 34, and the width is wide for each of the case where the method described in Patent Document 1 is used (comparative example) and the case where the method for modifying the neighborhood teacher data is used (example). The prediction accuracy of the amount of shrinkage was evaluated. In the embodiment, as described in the flowchart of FIG. 3, a method is adopted in which the neighborhood teacher data is additionally extracted and a part of the neighborhood teacher data extracted first is canceled.
FIG. 5 shows the results of numerical experiments. FIG. 5A is a diagram showing the relationship between the actual width shrinkage value and the predicted width shrinkage value in the examples. Further, FIG. 5B is a diagram showing the relationship between the actual width shrinkage value and the predicted width shrinkage value in the comparative example. In the comparative example, the mean square error RMSE was 1.66 mm, and the coefficient of determination (contribution rate) R2 was 0.834. On the other hand, in the example, the mean square error RMSE was 1.56 mm and the coefficient of determination R2 was 0.835, which were better results than those in the comparative example.

以上、本発明を一実施形態と共に説明したが、上記実施形態は本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術的思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
本発明は、上記実施形態のように鋼板の冷却や幅制御に適用されるだけでなく、汎用的に適用可能であって、製造プロセスにより製造される製品の状態を予測するのに広く効果を有する。
なお、本発明を適用した製品の状態予測装置は、例えばCPU、ROM、RAM等を備えたコンピュータにより実現される。
また、本発明は、本発明の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータがプログラムを読み出して実行することによっても実現可能である。
Although the present invention has been described above with one embodiment, the above-described embodiment is merely an example of embodiment of the present invention, and the technical scope of the present invention is limitedly interpreted by these. It should not be. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from its technical ideas or its main features.
The present invention is not only applied to cooling and width control of steel sheets as in the above embodiment, but is also universally applicable and has a wide effect in predicting the state of a product manufactured by a manufacturing process. Have.
The state prediction device of the product to which the present invention is applied is realized by, for example, a computer equipped with a CPU, a ROM, a RAM, or the like.
The present invention also provides software (programs) that realize the functions of the present invention to a system or device via a network or various storage media, and the computer of the system or device reads and executes the program. It is feasible.

1:設備、2:上位コンピュータ、3:コンピュータ、4:プロセスコンピュータ、31:データベース、32:データ抽出部、33:近傍教師データ修正部、34:局所回帰モデル生成部 1: Equipment 2: High-level computer 3: Computer 4: Process computer, 31: Database, 32: Data extraction unit, 33: Neighborhood teacher data correction unit, 34: Local regression model generation unit

Claims (8)

製造プロセスにおける製造条件を用いて製品の状態を目的変数として予測する製品の状態予測装置であって、
予測対象材の複数種の製造条件が入力されたことを受けて、実操業における製造条件及び前記目的変数の実績値を含む実績データを蓄積したデータベースから、製造条件の類似度を表わす距離関数に基づいて、前記予測対象材の複数種の製造条件に類似する実績データを近傍教師データとして抽出する抽出手段と、
前記予測対象材の複数種の製造条件のうち少なくとも一種の製造条件について、前記抽出手段で抽出した近傍教師データの製造条件の範囲外にある製造条件が存在するとき、前記データベースから近傍教師データを追加で抽出することにより、前記範囲内に含まれるように近傍教師データを修正する修正手段と、
前記抽出手段で抽出し、前記修正手段で近傍教師データを修正したときは当該修正した近傍教師データに基づいて、前記目的変数の予測値を求める回帰モデルを生成し、生成した回帰モデル及び前記予測対象材の製造条件を用いて前記目的変数の予測値を計算する計算手段とを備えたことを特徴とする製品の状態予測装置。
A product state predictor that predicts the state of a product as an objective variable using manufacturing conditions in the manufacturing process.
In response to the input of multiple types of manufacturing conditions for the material to be predicted, the database that accumulates the actual data including the actual manufacturing conditions in actual operation and the actual values of the objective variable is converted into a distance function that expresses the similarity of the manufacturing conditions. Based on this, an extraction means for extracting actual data similar to the production conditions of a plurality of types of the predicted target material as neighborhood teacher data, and
When there is a manufacturing condition outside the range of the manufacturing condition of the neighborhood teacher data extracted by the extraction means for at least one of the manufacturing conditions of the plurality of types of the predicted target material, the neighborhood teacher data is obtained from the database. A correction means for modifying the neighborhood teacher data so that it is included in the above range by additionally extracting the data.
When it is extracted by the extraction means and the neighborhood teacher data is modified by the modification means, a regression model for obtaining a predicted value of the objective variable is generated based on the modified neighborhood teacher data, and the generated regression model and the prediction A product state prediction device including a calculation means for calculating a predicted value of the objective variable using the manufacturing conditions of the target material.
前記修正手段は、近傍教師データを追加で抽出するときは、製造条件の類似度を表わす距離関数、実績データの新しさ、及び所定の条件が一致することのうち少なくともいずれかを基準として、近傍教師データを抽出することを特徴とする請求項1に記載の製品の状態予測装置。 When the neighborhood teacher data is additionally extracted, the correction means is based on at least one of a distance function representing the similarity of manufacturing conditions, the novelty of actual data, and the matching of predetermined conditions. The product state prediction device according to claim 1, wherein the teacher data is extracted. 前記修正手段で近傍教師データを追加で抽出する場合、前記予測対象材の複数種の製造条件が入力されたことを受けて前記抽出手段で抽出した近傍教師データの少なくとも一部をキャンセルするキャンセル手段を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の製品の状態予測装置。 When the neighborhood teacher data is additionally extracted by the correction means, the canceling means for canceling at least a part of the neighborhood teacher data extracted by the extraction means in response to the input of the manufacturing conditions of a plurality of types of the predicted target material. The product state prediction device according to claim 1 or 2, wherein the product is provided with. 前記キャンセル手段は、製造条件の類似度を表わす距離関数、及び前記予測対象材の複数種の製造条件が入力されたことを受けて前記抽出手段で抽出した近傍教師データの古さのうち少なくともいずれかを基準として、前記予測対象材の複数種の製造条件が入力されたことを受けて前記抽出手段で抽出した近傍教師データの少なくとも一部をキャンセルすることを特徴とする請求項3に記載の製品の状態予測装置。 The canceling means is at least one of the distance function representing the similarity of the manufacturing conditions and the age of the neighborhood teacher data extracted by the extracting means in response to the input of the manufacturing conditions of a plurality of types of the predicted target material. The third aspect of claim 3, wherein at least a part of the neighborhood teacher data extracted by the extraction means is canceled in response to the input of the production conditions of a plurality of types of the predicted target material based on the above. Product status predictor. 前記製品は鋼板であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の製品の状態予測装置。 The product state prediction device according to any one of claims 1 to 4, wherein the product is a steel plate. 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の製品の状態予測装置と、
前記計算手段で計算した目的変数の予測値に基づいて、前記製造プロセスに用いられる設備を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする製造プロセスの制御システム。
The product state prediction device according to any one of claims 1 to 5.
A manufacturing process control system including a control means for controlling equipment used in the manufacturing process based on a predicted value of an objective variable calculated by the calculation means.
製造プロセスにおける製造条件を用いて製品の状態を目的変数として予測する製品の状態予測方法であって、
予測対象材の複数種の製造条件が入力されたことを受けて、実操業における製造条件及び前記目的変数の実績値を含む実績データを蓄積したデータベースから、製造条件の類似度を表わす距離関数に基づいて、前記予測対象材の複数種の製造条件に類似する実績データを近傍教師データとして抽出する抽出ステップと、
前記予測対象材の複数種の製造条件のうち少なくとも一種の製造条件について、前記抽出ステップで抽出した近傍教師データの製造条件の範囲外にある製造条件が存在するとき、前記データベースから近傍教師データを追加で抽出することにより、前記範囲内に含まれるように近傍教師データを修正する修正ステップと、
前記抽出ステップで抽出し、前記修正ステップで近傍教師データを修正したときは当該修正した近傍教師データに基づいて、前記目的変数の予測値を求める回帰モデルを生成し、生成した回帰モデル及び前記予測対象材の製造条件を用いて前記目的変数の予測値を計算する計算ステップとを有することを特徴とする製品の状態予測方法。
It is a product state prediction method that predicts the state of a product as an objective variable using the manufacturing conditions in the manufacturing process.
In response to the input of multiple types of manufacturing conditions for the material to be predicted, the database that accumulates the actual data including the actual manufacturing conditions in actual operation and the actual values of the objective variable is converted into a distance function that expresses the similarity of the manufacturing conditions. Based on this, an extraction step of extracting performance data similar to the production conditions of a plurality of types of the predicted target material as neighborhood teacher data, and
When there is a manufacturing condition outside the range of the manufacturing condition of the neighborhood teacher data extracted in the extraction step for at least one of the manufacturing conditions of the plurality of types of the predicted target material, the neighborhood teacher data is obtained from the database. A modification step that modifies the neighborhood teacher data so that it falls within the above range by additionally extracting,
When the data is extracted in the extraction step and the neighborhood teacher data is modified in the modification step, a regression model for obtaining the predicted value of the objective variable is generated based on the modified neighborhood teacher data, and the generated regression model and the prediction are generated. A method for predicting the state of a product, which comprises a calculation step of calculating a predicted value of the objective variable using the manufacturing conditions of the target material.
製造プロセスにおける製造条件を用いて製品の状態を目的変数として予測するためのプログラムであって、
予測対象材の複数種の製造条件が入力されたことを受けて、実操業における製造条件及び前記目的変数の実績値を含む実績データを蓄積したデータベースから、製造条件の類似度を表わす距離関数に基づいて、前記予測対象材の複数種の製造条件に類似する実績データを近傍教師データとして抽出する抽出手段と、
前記予測対象材の複数種の製造条件のうち少なくとも一種の製造条件について、前記抽出手段で抽出した近傍教師データの製造条件の範囲外にある製造条件が存在するとき、前記データベースから近傍教師データを追加で抽出することにより、前記範囲内に含まれるように近傍教師データを修正する修正手段と、
前記抽出手段で抽出し、前記修正手段で近傍教師データを修正したときは当該修正した近傍教師データに基づいて、前記目的変数の予測値を求める回帰モデルを生成し、生成した回帰モデル及び前記予測対象材の製造条件を用いて前記目的変数の予測値を計算する計算手段としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
A program for predicting the state of a product as an objective variable using the manufacturing conditions in the manufacturing process.
In response to the input of multiple types of manufacturing conditions for the material to be predicted, the database that accumulates the actual data including the actual manufacturing conditions in actual operation and the actual values of the objective variable is converted into a distance function that expresses the similarity of the manufacturing conditions. Based on this, an extraction means for extracting actual data similar to the production conditions of a plurality of types of the predicted target material as neighborhood teacher data, and
When there is a manufacturing condition outside the range of the manufacturing condition of the neighborhood teacher data extracted by the extraction means for at least one of the manufacturing conditions of the plurality of types of the predicted target material, the neighborhood teacher data is obtained from the database. A correction means for modifying the neighborhood teacher data so that it is included in the above range by additionally extracting the data.
When it is extracted by the extraction means and the neighborhood teacher data is modified by the modification means, a regression model for obtaining a predicted value of the objective variable is generated based on the modified neighborhood teacher data, and the generated regression model and the prediction are generated. A program for operating a computer as a calculation means for calculating a predicted value of the objective variable using the manufacturing conditions of the target material.
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