JP7281958B2 - 特徴予測装置、製造条件最適化装置、特徴予測装置の制御方法、制御プログラム - Google Patents
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Description
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。本発明は、複数の工程を含む工業プロセスによって製造される任意の金属材料の特徴について、定量的な精度が高く、かつ物理法則などに基づいて理解可能な予測結果を出力することが可能である。なお、以下では、製造される金属製品の例として、アルミニウム製品を例に挙げて説明するが、これに限定されない。
まず、アルミニウム製品を製造する製造工程を、図9を用いて説明する。図9の(a)は、アルミニウム製品(金属材料)を製造する工業プロセスに含まれる製造工程の一例を示すフローチャートであり、(b)は冷間圧延工程に含まれる工程の一例を示すフローチャートである。
次に、実施形態1に係る特徴予測装置1の構成について、図1を用いて説明する。図1は、本発明の実施形態1に係る特徴予測装置1の概略構成の一例を示すブロック図である。
制御部10は、数式群決定部11、係数決定部12、予測部13、および表示制御部14を備えている。
出力部30は、中間パラメータのうちの少なくとも1つ、および目的予測値を出力する。表示部32に表示させる態様であってもよいし。外部機器に送信する態様であってもよい。外部機器としては、例えば、各製造工程における処理を実行する製造機器群を制御する制御装置などが挙げられる。
次に、特徴予測装置1が中間パラメータおよび目的予測値を算出する処理について図2を用いて説明する。図2は、特徴予測装置1が行う処理の流れの一例を示すフローチャートである。
続いて、係数決定部12が、数式群に含まれる各数式の係数を決定する処理について、図3の(a)を用いて説明する。図3の(a)は、数式の係数を決定する処理の一例を示すフローチャートである。
ステップS132~ステップS135の各処理において、仮目的予測値と実績値との誤差の確率密度関数を用いて効率的に係数を決定してもよい。図3の(b)は、確率密度関数を用いて、数式群の係数を決定する処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、説明の便宜上、図3の(a)にて説明したステップと同じ処理を行うステップについては、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
予測対象となる製造工程に含まれる各工程において設定され得る設定パラメータから、指定された中間パラメータを算出することが可能な経験式が複数存在する可能性がある。図2のステップS13において、数式群決定部11によって決定される数式群には、同じ中間パラメータを算出することが可能な複数の経験式候補、および、同じ目的予測値を算出することが可能な複数の経験式候補が含まれていてもよい。すなわち、ステップS12において、数式群決定部11は、複数の経験式候補を含む数式群候補を決定してもよい。
次に、実績データについて図4を用いて説明する。図4は、実績データベース22に記憶されている実績データの項目の一部の一例を示す図である。なお、図4では、鋳造工程、熱間圧延工程、および冷間圧延工程を含む工業プロセスにより製造されるアルミニウム製品を例に挙げて説明する。
<単パスの冷間圧延工程>
冷間圧延工程を実行する場合、主たる冶金現象は、転位が導入されることによる加工硬化である。しかし、実際は加工発熱により、圧力が加えられる箇所では百数十度まで温度が上昇するため、析出強化や回復軟化など、熱に起因する冶金現象も同時に起きる。それゆえ、冷間圧延工程後に所望の強度を有するアルミニウム製品が得られるように制御することは容易ではない。
複数パスの冷間圧延工程を行う場合、1パス目と2パス目、および2パス目と3パス目との間の保持期間中に、発熱と冷却とが生じる。それゆえ、冷間圧延工程を複数回繰り返す場合、各パスを経た段階の中間製品の強度は複雑な挙動を示す。このことが、冷間圧延工程におけるアルミニウム製品の強度変化を正しく予測し、理解することを困難にしている。
図7は、図6に示すような3パス構成の冷間圧延工程において、各パスにおける加工度、温度、および保持時間などの設定パラメータを用いて、目的予測値として製品強度を予測する特徴予測装置1が表示部32に表示させる表示画面の一例を示している。
図5~図7では、アルミニウム製品を製造する工業プロセスのうち、冷間圧延工程を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、特徴予測装置1は、以下に示す中間パラメータ、および目的予測値を算出することが可能である。
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
図8は、特徴予測装置1を製造条件決定装置101として適用した製造条件最適化システム100の概略構成を示すブロック図である。製造条件最適化システム100は、製造実績蓄積装置102と、製造条件決定装置101と、制御装置110と、を備えている。
特徴予測装置1の制御部10は、集積回路(ICチップ)等に形成された論理回路(ハードウェア)によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。
10 制御部
21 数式群データベース
22 実績データベース
30 出力部
100 製造条件最適化システム
101 製造条件決定装置
102 製造実績蓄積装置
110 制御装置
S12 数式群決定工程
S13 係数決定工程
S14 算出工程
S15 出力工程
Claims (8)
- 複数の製造工程によって製造される金属製品の特徴を予測する特徴予測装置であって、
前記特徴予測装置は、少なくとも1つの記憶部と、少なくとも1つの制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記製造工程の各工程における製造条件として設定される設定パラメータのうちの少なくとも1つと、前記各工程を経た段階の中間製品の特徴を示す中間パラメータのうちの少なくとも1つとの間の関係性を表す数式、および、前記設定パラメータおよび前記中間パラメータのうちの少なくとも1つと、前記製造工程によって製造される金属製品の特徴を示す目的予測値との間の関係性を表す数式を含む数式群を決定し、
前記数式群に含まれる各数式において未確定の係数を抽出し、
抽出された前記係数として適用され得る数値の組み合わせの各々に対応する数式群候補を生成し、
生成された前記複数の数式群候補の各々に対して、過去に前記各工程において設定された実設定値を適用して仮目的予測値を算出し、
前記実設定値と、該実設定値を適用したときに製造された金属製品の特徴を示す実績値とが対応付けられた実績データに基づいて、前記仮目的予測値と前記実績値との誤差が最小となる前記数式群を特定し、特定された前記数式群を用いて、前記中間パラメータおよび前記目的予測値を算出し、
前記中間パラメータのうちの少なくとも1つ、および前記目的予測値を出力する
ことを特徴とする特徴予測装置。 - 前記特徴予測装置は、前記中間パラメータおよび前記目的予測値を算出するための1以上の数式を含む数式群データベースを格納する記憶部をさらに備え、
前記制御部は、
前記記憶部に格納されている前記数式群データベースに含まれる数式の中から前記数式群を決定する
ことを特徴とする請求項1に記載の特徴予測装置。 - 前記数式群は、前記金属製品の材料に関する材料工学の理論式または経験式を含む数式群である
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の特徴予測装置。 - 前記制御部は、
前記数式群に含まれる各数式の係数が異なる複数の数式群候補を生成する、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の特徴予測装置。 - 前記金属製品は、アルミニウム製品であり、
前記製造工程は、原料配合工程、溶解工程、鋳造工程、均質化工程、熱間圧延工程、熱間押出工程、熱間鍛造工程、冷間圧延工程、箔圧延工程、矯正工程、溶体化工程、焼きなまし工程、時効工程のうちの少なくとも1つを含む
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の特徴予測装置。 - 前記金属製品を製造するための各工程を実施する製造機器群における製造条件として設定される設定パラメータを蓄積する製造実績蓄積装置と、
前記各工程において、注目する現工程に対して、前段の工程を経た段階の中間製品の特徴を示す中間パラメータのうちの少なくとも1つ、および後段の工程における製造条件として設定される設定パラメータのうちの少なくとも1つに基づいて、前記現工程における最適な製造条件を決定する製造条件決定装置と、
決定された最適な製造条件に基づいて前記現工程を実施する製造機器群を制御する制御装置と、
を備える製造条件最適化システムであって、
請求項1から5のいずれか1項に記載の特徴予測装置を前記製造条件決定装置として備えることを特徴とする製造条件最適化システム。 - 複数の製造工程によって製造される金属製品の特徴を予測する特徴予測装置の制御方法であって、
前記製造工程に含まれる各工程における製造条件として設定される設定パラメータのうちの少なくとも1つと、前記各工程を経た段階の中間製品の特徴を示す中間パラメータのうちの少なくとも1つとの間の関係性を表す数式、および、前記設定パラメータおよび前記中間パラメータのうちの少なくとも1つと、前記製造工程によって製造される金属製品の特徴を示す目的予測値との間の関係性を表す数式を含む数式群を決定する数式群決定工程と、
前記数式群に含まれる各数式において未確定の係数を抽出し、抽出された前記係数として適用され得る数値の組み合わせの各々に対応する数式群候補を生成し、生成された前記複数の数式群候補の各々に対して、過去に前記各工程において設定された実設定値を適用して仮目的予測値を算出し、前記実設定値と、該実設定値を適用したときに製造された金属製品の特徴を示す実績値とが対応付けられた実績データに基づいて、前記仮目的予測値と前記実績値との誤差が最小となる前記数式群を特定し、特定された前記数式群を用いて、前記中間パラメータおよび前記目的予測値を算出する算出工程と、
前記中間パラメータのうちの少なくとも1つ、および前記目的予測値を出力する出力工程と、
を含むことを特徴とする特徴予測装置の制御方法。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の特徴予測装置としてコンピュータを機能させるための制御プログラムであって、前記制御部としてコンピュータを機能させるための制御プログラム。
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