JPH11129030A - 金属板圧延品質監視システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧延機の性能劣化等による品質を監視し、限
界以上の品質低下があった場合、警報を発し、品質低下
原因を推定するシステムを提供すること。 【解決手段】 オフゲージ率などの品質指標の経時変化
を規格別、材質別、圧延寸法別などで層別して把握し、
経時変化を表示する。また、品質の急激な変化または限
界以上の悪化を検出し、警報を発信する。さらに品質要
求レベルの変化との関連、制御コンピュータなどの圧延
制御系の制御パラメータ変化との関連から、品質低下原
因を推定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は金属板、とくに鉄鋼
業の鋼板などの圧延における板厚精度、板形状等に関す
る品質管理を支援する圧延品質監視システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】金属板製品は熱間圧延、冷間圧延により
製造される。圧延工程では注文仕様に従い所定の幅、板
厚、長さに圧延するが、圧延設備は長期間使用すること
により、設備の磨耗や腐食による老朽化、電機制御機器
の作動不良などを生じ、板厚精度や板形状に悪影響を及
ぼす。また、板厚精度や板形状はオペレータの熟練度に
よる影響も大きい。

【０００３】従来、制御コンピュータが装備された圧延
機では、板厚精度や板形状の品質管理をするため、圧延
機に設置された板厚計や板形状計の信号を取り込み、設
定値の上下限外れ（以下、板厚の場合をオフゲージとい
い、板形状の場合を板形状外れという）をオフゲージ率
（オフゲージ長さ／コイル長さ）、板形状外れ率（板形
状外れ長さ／コイル長さ）などを算出し圧延オペレータ
に提供している。これらコイル毎の情報は制御コンピュ
ータから生産管理コンピュータに伝送され、生産管理コ
ンピュータは品質指標を定期的に集約し、製造技術者に
提供している。

【０００４】圧延機のオペレータまたは製造技術者（以
下、総称してオペレータという）はこれら集約された品
質情報を随時チェックし、問題を発見したとき、特定品
種の素材または製品、特定寸法の製品、特定の圧延条件
などについて、製造過程でのチャートやログシートなど
をさらに解析して、品質低下の原因究明、対策の検討を
行っている。

【０００５】例えば、オペレータが「最近オフゲージ率
が増加傾向にあるようだ」との感触をつかんだとき、特
定の板厚の製品にオフゲージが多いのか、板厚に関係な
くオフゲージが多いのかによって、調査範囲とその対策
が異なる。前者であれば特定板厚に関連した制御コンピ
ュータの制御モデルのパラメータ設定の不具合が考えら
れるし、後者であれば圧下装置の不具合が考えられる。
これらの詳細を調査するには、不具合個所の仮説を立て
て、データを層別し、統計解析を行わねばならない。

【０００６】しかし、上記の方法は生産管理コンピュー
タが品質情報を集約するまでの時間が必要であり、さら
にオペレータがチェックし、品質低下原因を解析するた
めの時間が必要であって、対策処置が遅れがちである。
従って、対策が完了するまでの間に大量の品質不良が発
生する恐れがある。また、一層の品質、歩留の向上に向
けて、オペレータは設備の弱点や問題個所を常時監視し
把握することが要求されている。

【０００７】特開平２−１６５８０８号公報には、圧延
機スタンド入側の板厚計で検出された板厚をスタンド出
側板厚計下まで位相させた（入側と出側でマスフローが
一定として、入側板厚と入側対出側の速度比から出側板
厚を計算すること）ときの板厚を算出する板厚変換手段
と、この板厚変換手段によって得られた板厚とスタンド
出側の板厚計で測定された実板厚とを比較する手段と、
この比較手段の比較結果に基づいてシステムレベルでの
故障診断を行う故障診断手段とを備え、システムレベル
で故障診断を行う方法が開示されている。同公報の方法
よって圧延機に設置された板厚計、パルスジェネレータ
および駆動装置などの故障をきわめて迅速に発見でき、
高品質で製造ができるとしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記特開平２−１６５
８０８号公報に開示された技術には以下の問題がある。 (a) 同公報の技術は圧延機の入側板厚を出側板厚に位相
させ、計算出側板厚と実際の板厚とを比較し、計算値と
実測値の差を判定する際用いる計算モデル自体を正しい
ものと仮定している。しかるに、同公報の技術はマスフ
ローゲージを基準としているため、過渡状態（加速中な
どの速度変動）の異常把握はできない。すなわち、パル
ス発生器、圧下駆動装置または板厚計のゼロ点変動のみ
監視対象としているため、板厚精度自体の問題点を抽出
できない。また、品質向上の改善のための設備の弱点、
問題個所の把握ができない。

【０００９】(b) 板厚精度や板形状は板厚区分、素材の
材質あるいは圧延オペレータの技能によるところが大き
く、同公報の技術ではどこで問題が起きているのかを判
断することはできない。 (c) 板厚精度は要求される品質レベルによって決定され
る相対的なものであるが、同公報の技術は品質仕様に関
する考慮はしていない。

【００１０】このように、同公報に開示された技術は圧
延品質の経時変化を管理するものではなく、あくまでも
圧延機の設備の劣化防止を主眼にしたものである。本発
明の課題は、圧延工程の板厚精度や板形状など品質を総
合的にとらえ、日常的に品質異常、品質変化傾向を監視
し、警報の発信や品質悪化傾向の情報を提供することに
よって、オペレータの負担を軽減し、品質向上を支援す
る金属板圧延品質監視システムを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは圧延設備や
圧延作業を品質作り込みのプロセス（以下、品質プロセ
スという）としてとらえ、品質システムとは品質作り込
みプロセスの入力、出力、およびプロセス外乱とからな
るシステムとして着眼した。

【００１２】図１は圧延機における品質システムの概念
図である。品質プロセス４０の入力３０としては素材情
報、圧延指示情報および製品情報があり、出力５０はオ
フゲージや板形状外れなどの品質の実績であり品質関連
の計測器によって捉えられるものである。品質プロセス
４０への外乱６０とは季節変動や電源電圧変動その他の
予測不能な要因である。

【００１３】品質プロセス４０には圧延設備および制御
機器の性能からくる圧延機制御特性およびオペレータ技
能が含まれる。いま、品質プロセス４０をブラックボッ
クス、すなわち監視すべき対象と考え、品質プロセス４
０の特性変化をとらえるには、品質プロセスの入力３０
と出力５０の関係から、品質プロセス４０の特性を推定
することが考えられる。即ち、入力３０が一定のとき、
出力５０（すなわち品質実績）が低下したとき、品質プ
ロセス４０に何らかの特性変化があったものと考えられ
る。

【００１４】入力３０を「一定」とするためには素材仕
様、圧延仕様および製品仕様が一定であるものを抽出し
て、入力対出力の関係を調べればよい。すなわち、素材
仕様、圧延仕様および製品仕様の特定範囲を層別して常
時監視し、出力５０すなわち品質実績が急激に変化した
場合、あるいは設定された品質限界を超えたときには警
報を発信し、緩慢な変化に対しては経時変化グラフを提
供し、これらの品質低下原因を推定してオペレータに情
報提供するシステムが有効と考えられる。

【００１５】品質プロセス４０のうち、製造プロセス４
１はブラックボックスであるが、品質管理基準４２は圧
延指示の一部として与えられる既知の情報であるため、
品質悪化は品質基準の厳格化によるものと、製造プロセ
スそのものの劣化とを分離することが可能である。

【００１６】一方、製造プロセス４１の中に含まれるオ
ペレータ技能の要因についても、入力３０を一定にし
（層別し）、オペレータを一定にして（層別して）、出
力５０を比較すればオペレータ技能の差異が抽出でき
る。

【００１７】従来、ＱＣ活動などで、オペレータ技能の
向上のため、作業班別の品質実績の差異を比較しようと
しても、品種構成が異なっていると判定は困難であった
が、前記のように入力一定の条件、すなわち品種構成を
層別化して比較することにより、オペレータ技能の比較
が可能になる。また、月度毎に層別されたデータを長期
にわたって経時変化を見れば、季節変動が明らかにな
る。

【００１８】オペレータがこれらの警報や経時変化を見
ることによって、設備故障などの早期発見と迅速な対
処、設備予防保全、およびオペレータの注意喚起と技能
教育、などの予防措置が可能になると考えられる。

【００１９】上記の着想に基づき、本発明の要旨は「素
材情報、圧延指示情報および製品情報の入力手段と、品
質管理基準の入力手段と、品質計測値の入力手段と、圧
延機周辺プロセス信号の入力手段とを備え、圧延制御系
の制御パラメータの入力手段および圧延中の手動介入状
態の入力手段の少なくとも一つの入力手段とを備え、前
記の各入力手段からのデータを保存する品質データベー
スと、品質データベースを管理区分別に層別して検索
し、品質情報を抽出する機能とを備え、品質情報を統計
演算して統計値を求める機能を備え、統計値があらかじ
め設定された限界を超えたとき警報を発信する機能と、
統計値があらかじめ設定された変化量の限界を超えたと
き警報を発する機能と、統計値の経時変化を表示する機
能、および、素材、圧延指示に関する構成比率の値、品
質管理基準および圧延制御系の制御パラメータの値のう
ち、少なくとも一つの値の前回までの値と今回の値とを
比較することにより前記警報を発信するに至った原因を
推定する機能のうち少なくとも一つの機能とを備えたこ
とを特徴とする金属板圧延品質監視システム」にある。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下では鉄鋼業の鋼板の冷間圧延
における板厚精度と板形状の品質管理を支援する品質監
視システムに関して説明する。

【００２１】図２は本発明の金属板圧延品質監視システ
ム（以下、本システムという）の構成概要図である。同
図の帆布型のブロックは入力または出力ファイル、矩形
ブロックは処理機能を表す。本システムが監視する圧延
機は単スタンド可逆式の冷間圧延機を例示している。同
図において、圧延機設備として圧延ロール４を組み込ん
だ圧延機２、巻取リール３などがある。電機制御システ
ムには駆動モータ７を制御する主幹制御装置６、圧下装
置８を制御する板厚制御装置１０、板形状制御駆動装置
９を制御する板形状制御装置１１、ならびに主幹制御な
どに用いられるロードセル１２、板速計１３、張力計１
４等があり、品質計測器には板厚計１５、板形状計１６
がある。これらの機器は機械的または電気的な劣化の可
能性があり、品質に影響を与える要素である。制御コン
ピュータ１７は圧延機の統括制御を行っている。制御コ
ンピュータの制御パラメータは適切に設定されていない
と、品質に悪影響をもたらす。

【００２２】電機制御システム、品質計測器、制御コン
ピュータ１７および生産管理コンピュータ１８はＦＡネ
ットワーク１９に接続され、機器相互間で情報授受が可
能である。電機制御システムおよび計測器の信号および
制御コンピュータ１７で収集されたデータは品質データ
ベース２０に蓄積される。品質データベース２０は任意
の情報項目をキーにして、検索、並べ替えなどのデータ
処理が可能なリレーショナル型データベースシステムを
採用するのが好適である。本システムへの情報要求、指
示はオペレータ用の複数台の入力／表示装置２１から行
い、本システムからの出力も同装置から表示出力され
る。

【００２３】図３に本システムのフローチャートを示
す。同図において、素材情報３１、圧延指示情報３２お
よび製品情報３３は生産管理コンピュータから与えられ
る情報であって、図１の入力３０に相当する。品質管理
基準４２は板厚公差および板形状公差などの一連の品質
管理基準値を含む情報であり、製品情報３３の一部とし
て与えられる。品質計測値４３は板厚計、板形状計等の
品質計測器の実測値である。圧延機周辺プロセス信号４
４は主幹制御装置、板厚制御装置および板形状制御装置
等、各制御機器の制御状態、板速度、圧延荷重等のプロ
セス信号である。制御パラメータ４５は制御コンピュー
タの制御モデル中の制御定数と板厚制御装置および板形
状制御装置の制御定数である。

【００２４】識別情報４７は素材番号、コイルの位置識
別、作業者識別および日付などの情報で、生産管理コン
ピュータや制御コンピュータから与えられるものと、本
システムが判断して付与するものとがある。表１に本シ
ステムへの入力情報を示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】これら入力情報は品質データベース２０に
蓄積される。本システムは一定期間毎、例えば毎日、週
毎、月度毎に、もしくはオペレータの要求があるごとに
品質監視を行う。品質監視は特定の管理区分ごとに行
う。管理区分とは、素材に関連した材質グループ別、素
材幅板厚、製品板厚、板幅などの寸法グループ別、製品
用途別、規格別、重要管理指標別、コイル部位別、作業
班別など、単独または組み合わせに従い層別された分類
区分のことである。これら管理区分はあらかじめ本シス
テムに設定しておくほか、オペレータが設定してもよ
い。表２に本システムの管理区分を示す。

【００２７】

【表２】

【００２８】本システムの検索機能５１は上記の管理区
分またはその組み合わせ毎に、品質データベース２０を
検索し、該当する管理区分毎に層別された品質情報５２
を抽出する。この品質情報５２とはオフゲージ率および
板形状外れに関する情報である。さらにこの品質情報５
２を統計演算機能５３で平均値、標準偏差等の演算を行
い、統計値５４を求める。この統計値５４が本システム
の監視対象データである。

【００２９】本システムの限界チェック機能５５は統計
値５４のオフゲージおよび板形状外れ実績を監視し、警
報５７を発する。例えば、あらかじめ、オフゲージ率の
管理限界を「製造公差で２％、規格公差で１％」のよう
に設定しておき、何らかの原因でオフゲージ率が上限を
超えたとき、どの管理区分で変化があったのかを監視す
る機能である。

【００３０】本システムの変化量チェック機能５６は前
記管理区分毎に品質実績を保存、蓄積し、最新のデータ
が前回までのデータに対してあらかじめ設定された変化
範囲、例えば１０％以上変化したときに警報５７を発す
る。前回までのデータとしては、前回の当該期間の平
均、複数期間の移動平均、または加重平均を用いればよ
い。

【００３１】本システムは、(a) 品質実績レベルの変
化、(b) 品質要求レベルの変化、の２つの観点から品質
を監視している。前記、(b) 品質要求レベルとは、客先
からの品質要求が厳しくなったり、厳しい品質要求の品
種の比率（品種構成）が増加することが考えられ、板厚
精度や板形状精度が同じでもオフゲージ率や板形状外れ
率が増加することを考慮したものである。

【００３２】従って、前記の限界チェック機能５５や変
化量チェック機能５６は品質実績のみならず、品質要求
レベルの変化についても監視する。品質実績レベルの悪
化は必ずしも圧延機の劣化もしくはオペレータの技能低
下によるのではなく、品質の要求レベル自体が厳しくな
っているため、見かけ上品質実績レベルが悪化する場合
もあるためである。

【００３３】一般に品質管理基準４２に含まれる規格公
差は製品用途、客先によって変わり、品質要求レベルも
変化するが、製造公差は板厚区分など寸法、材質などか
ら絶対的に決まる。従って、製造公差の品質実績レベル
を監視すれば、圧延機の精度劣化やオペレータの技能低
下など、いわゆる「圧延の実力」がわかる。本システム
には品質の経時変化表示機能５８があり、品質実績と品
質要求レベルの経時変化をグラフ表示する。

【００３４】本システムの警報原因推定機能５９は、オ
ペレータが検討すべき品質悪化の原因究明を自動化する
機能である。例えば、規格公差に対するオフゲージ率が
悪化していて、製造公差に対するオフゲージ率には変化
が無いとき、「オフゲージ率の悪化は規格公差が厳しく
なっているためと推定される」や「オフゲージ率の悪化
は重要ユーザー向け品が増加しているためと推定され
る」旨のメッセージを出力したり、制御コンピュータ等
の制御パラメータに変化がある場合、「オフゲージ率の
悪化は制御パラメータの調整不良のためと推定される」
旨のメッセージを出力する。これらの品質悪化の原因推
定はある程度限られたものになるが、オペレータの調査
の手間を省くことができる。表３に本発明のシステムの
出力情報項目を示す。

【００３５】

【表３】

【００３６】

【実施例】図４は本発明によるオフゲージ警報出力の表
示例である。同図はある管理区分でオフゲージ率が急激
に増加した例を示す。同図は、規格公差によるオフゲー
ジ率が増加しているが、製造公差のオフゲージ率には変
化が見られないことから、オフゲージ率増加の原因は客
先の品質要求レベルが高くなったことなどが推定され、
その旨のメッセージが出力されたものである。

【００３７】図５はオフゲージ警報出力の表示の他の例
である。同図はオフゲージ率が管理限界を超えたときの
警報表示例である。この場合のＡＧＣの制御ゲインに変
化が見られたことから、ＡＧＣの調整（もしくは学習に
よる自動調整）がかえってオフゲージ率を増加させるこ
とになったと推定され、その旨のメッセージが出力され
たものである。

【００３８】図６は作業班別の実績比較の表示例であ
る。同図は各作業班Ａ〜Ｄのオフゲージ率の比較を示し
てている。図７は本発明による経時変化表示の例を示
す。同図は週単位の品質要求レベル（板厚公差幅）の経
時変化と品質実績（オフゲージ率）の経時変化を表した
ものである。これによって、品質要求レベルの変化と品
質実績が一目で分かるため品質悪化の原因究明を直観化
でき、オペレータの品質管理意識の高揚とＱＣ活動に活
用することができた。

【００３９】

【発明の効果】本発明により、金属板の圧延品質の悪化
を迅速に捉えることができ、悪化原因の概要を把握でき
るので、大量不良の発生を防止し、品質の改善に効果が
ある。また、オペレータや製造技術者が品質の調査解析
に要する工数を大幅に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】品質システムの概念図である。

【図２】本発明のシステムの概要図である。

【図３】本発明のシステムの動作を示すフローチャート
である。

【図４】本発明のシステムによるオフゲージ率が急変し
たの場合の警報の表示例である。

【図５】本発明のシステムによるオフゲージ率が管理限
界を超えた場合の警報の表示例である。

【図６】本発明のシステムによる作業班別のオフゲージ
品質実績比較の表示例である。

【図７】本発明のシステムによる品質の経時変化の表示
例である。

【符号の説明】

１ 鋼板 ３１ 素材情報 ２ 圧延機 ３２ 圧延指示情報 ３ 巻取リール ３３ 製品情報 ４ 圧延ロール ４０ 品質プロセス ５ 測定ロール ４１ 製造プロセス ６ 主幹制御装置 ４２ 品質管理基準 ７ 駆動モータ ４３ 品質計測値 ８ 圧下装置 ４４ 圧延機周辺プロセ
ス信号 ９ 板形状制御駆動装置 ４５ 制御パラメータ １０ 板厚制御装置 ４６ 手動介入状態 １１ 板形状制御装置 ４７ 識別情報 １２ ロードセル ５０ 出力 １３ 板速計 ５１ 検索機能 １４ 張力計 ５２ 品質情報 １５ 板厚計 ５３ 統計演算機能 １６ 板形状計 ５４ 統計値 １７ 制御コンピュータ ５５ 限界チェック機能 １８ 生産管理コンピュータ ５６ 変化量チェック機
能 １９ ＦＡネットワーク ５７ 警報 ２０ 品質データベース ５８ 経時変化表示 ２１ 入力／表示装置 ５９ 警報原因推定機能 ３０ 入力 ６０ 外乱

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 素材情報、圧延指示情報および製品情報
   の入力手段と、品質管理基準の入力手段と、品質計測値
   の入力手段と、圧延機周辺プロセス信号の入力手段とを
   備え、圧延制御系の制御パラメータの入力手段および圧
   延中の手動介入状態の入力手段の少なくとも一つの入力
   手段とを備え、前記の各入力手段からのデータを保存す
   る品質データベースと、品質データベースを管理区分別
   に層別して検索し、品質情報を抽出する機能とを備え、
   品質情報を統計演算して統計値を求める機能を備え、統
   計値があらかじめ設定された限界を超えたとき警報を発
   信する機能と、統計値があらかじめ設定された変化量の
   限界を超えたとき警報を発する機能と、統計値の経時変
   化を表示する機能、および、素材、圧延指示に関する構
   成比率の値、品質管理基準および圧延制御系の制御パラ
   メータの値のうち、少なくとも一つの値の前回までの値
   と今回の値とを比較することにより前記警報を発信する
   に至った原因を推定する機能のうち少なくとも一つの機
   能とを備えたことを特徴とする金属板圧延品質監視シス
   テム。