JPWO2019220481A1 - 判定ルール取得装置、判定ルール取得方法および判定ルール取得プログラム - Google Patents

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Abstract

製造済み製品の各製造データに対して主成分分析を行うことで得られた固有ベクトルを用い、OKまたはNGのラベルが付された検証用データの各製造データに対して主成分分析を行うことで検証用データごとに各製造データの主成分得点を算出する主成分分析部と、前記主成分分析部によって算出された前記主成分得点の次元数、前記次元数分の前記主成分得点の組み合わせ、および前記組み合わせの主成分空間での距離の判定閾値を用いて、各検証用データのOK/NGを判定する場合の判定精度を算出する算出部と、前記判定精度が所定条件を満たすための前記次元数、前記組み合わせ、および前記判定閾値を判定ルールとして探索する探索部と、を備えることを特徴とする判定ルール取得装置。

Description

本件は、判定ルール取得装置、判定ルール取得方法、および判定ルール取得プログラムに関する。
出荷前の製品に性能試験を実施して、OK品かNG品かを判定することで、製品の品質が管理されている。しかしながら、性能試験は、試験工数や試験設備費などのコストを要する。そこで、製造途中の製造データから異常を判定する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2004−165216号公報
しかしながら、製造データの中には、完成した製品の性能試験データとは相関が無いものも含まれる。したがって、OK/NG判定の精度が低下するおそれがある。また、製造データの項目数が多い場合には、項目の選択によっては局所的な探索となってしまうおそれもある。したがって、高精度な予測が困難となる。
1つの側面では、本件は、製造データからOK/NG判定を高精度に予測することができる判定ルールを取得可能な判定ルール取得装置、判定ルール取得方法および判定ルール取得プログラムを提供することを目的とする。
1つの態様では、判定ルール取得装置は、製造済み製品の各製造データに対して主成分分析を行うことで得られた固有ベクトルを用い、OKまたはNGのラベルが付された検証用データの各製造データに対して主成分分析を行うことで検証用データごとに各製造データの主成分得点を算出する主成分分析部と、前記主成分分析部によって算出された前記主成分得点の次元数、前記次元数分の前記主成分得点の組み合わせ、および前記組み合わせの主成分空間での距離の判定閾値を用いて、各検証用データのOK/NGを判定する場合の判定精度を算出する算出部と、前記判定精度が所定条件を満たすための前記次元数、前記組み合わせ、および前記判定閾値を判定ルールとして探索する探索部と、を備える。
製造データからOK/NG判定を高精度に予測することができる判定ルールを取得可能な判定ルール取得装置、判定ルール取得方法および判定ルール取得プログラムを提供することができる。
(a)および(b)は第1の予測手法を例示する図である。 (a)および(b)は第2の予測手法を例示する図である。 実施形態に係る品質管理装置の全体構成を例示するブロック図である。 品質管理装置のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。 品質管理装置による品質管理の全体処理を表すフローチャートを例示する図である。 図5のステップS1の詳細を表すフローチャートを例示する図である。 (a)はOK/NG判定ルールの学習について例示する図であり、(b)はOK/NG判定ルールを用いた予測について例示する図である。 図5のステップS2の詳細を表すフローチャートを例示する図である。 (a)は規格化した製造データを例示する図であり、(b)は予測精度を示す図である。
高度な電子機器などの製品は、仕様により定めた品質をクリアしていることが求められる。設計時には、製品の性能のシミュレーションや、それをもとに設定した特性仕様を満たす部品の選定などが行われている。しかしながら、複数の部品での特性ばらつきの組合せや、製造プロセス(例えば部品実装など)でのばらつきなどが、各製品の性能に影響することがある。
そこで、製造済みであって出荷前の製品に性能試験を実施して、仕様の範囲内(OK)か否か(NG)のOK/NG判定を行うことで、製品の品質を管理することが考えられる。しかしながら、性能試験は、試験工数や試験設備費などのコストを要する。したがって、試験の効率化が求められている。そこで、製造途中の仕掛品や半製品からOK/NG判定を高精度に予測できれば、予測の段階でNGと判定された個体について製造後に性能試験を実施すればよく、試験の効率化を実現することができる。
第1の予測手法では、製造済み製品のデータ(製造データと性能試験データ)を用いて性能の予測モデルを構築し、予測対象品のOK/NGを予測する。製造データには、複数の説明変数a〜aが含まれている。例えば、説明変数として、製品に含まれる部品の試験データ(出力電流、出力電圧、耐電圧、抵抗値など)、仕掛品や半製品の試験データ(出力電流、出力電圧、耐電圧、抵抗値など)、製造途中の環境(温度、湿度など)などが含まれる。
例えば、図1(a)および下記式(1)で例示するように、製造データa〜aを説明変数として性能試験データFの線形回帰モデルを構築する。次に、下記式(2)のように、予測対象品の製造データa´〜a´を線形回帰モデルに入力して性能試験データの予測値F´を得る。次に、図1(b)で例示するように、予測値F´が仕様の範囲内であればOKと判定(予測)し、予測値F´が仕様の範囲外であればNGと判定(予測)する。
F=k+k・a+k・a+・・・+k・a (1)
F´=k+k・a´+k・a´+・・・+k・a´ (2)
第2の予測手法では、製造済み製品のデータ(製造データと性能試験データ)を用いてOK品の製造データがばらつく範囲を学習し、予測対象品のOK/NGを予測することが考えられる。具体的には、OK品の製造データの各説明変数に対して、平均値と標準偏差とを用いて規格化を行う。次に、図2(a)で例示するように、規格化した説明変数空間におけるOK品およびNG品の分布からOK範囲を学習する。例えば、原点からの距離に設ける判定閾値を学習する。この場合の距離は、単純な幾何学的距離としてもよいが、マハラノビス距離等としてもよい。次に、予測対象品の製造データを入力し、図2(b)で例示するように、規格化した説明変数空間での位置がOK範囲内か否かでOK/NGを判定(予測)する。
しかしながら、第1の予測手法および第2の予測手法では、製造データの中に性能試験データとの相関が高い項目がない場合には、OK/NG予測精度が低くなる。上記第1の予測手法では、予測精度の高い線形回帰モデルを構築できなくなる。上記第2の予測手法では、説明変数空間でOKとNGとの分離が困難となる。製造データ項目数が非常に多い場合、判定に使用する説明変数の選択が困難となる。また、説明変数の組合せ数が膨大になると、総当たりが困難となる。例えば、一般的な変数選択手法としてステップワイズ法を用いることが考えられるが、ステップワイズ法は説明変数(製造データ項目)が非常に多い場合には局所的な探索になるため適していない。
そこで、以下の実施形態では、製造データからOK/NG判定を高精度に予測することができる判定ルールを取得可能な判定ルール取得装置、判定ルール取得方法および判定ルール取得プログラムについて説明する。一例として、製造データに非常に多くの項目があり、かつ、製造データとOK/NG判定結果との間、もしくは、製造データと性能試験データとの間に相関がない場合でも、製造データからOK/NG判定を高精度に予測することができる判定ルールを取得可能な判定ルール取得装置、判定ルール取得方法および判定ルール取得プログラムについて説明する。
(実施形態)
図3は、実施形態に係る判定ルール取得装置100の全体構成を例示するブロック図である。図3で例示するように、判定ルール取得装置100は、判定ルール学習部10、予測部20などを備える。判定ルール学習部10は、分類部11、主成分分析部12、指定部13、算出部14、評価部15および格納部16を備える。予測部20は、主成分分析部21、判定部22および出力部23を備える。
図4は、判定ルール取得装置100のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。図4で例示するように、CPU101、RAM102、記憶装置103、表示装置104等が備わっている。CPU(Central Processing Unit)101は、中央演算処理装置である。CPU101は、1以上のコアを含む。RAM(Random Access Memory)102は、CPU101が実行するプログラム、CPU101が処理するデータなどを一時的に記憶する揮発性メモリである。記憶装置103は、不揮発性記憶装置である。記憶装置103として、例えば、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリなどのソリッド・ステート・ドライブ(SSD)、ハードディスクドライブに駆動されるハードディスクなどを用いることができる。記憶装置103は、判定ルール取得プログラムを記憶している。表示装置104は、処理結果を表示する装置であり、液晶ディスプレイなどである。CPU101が記憶装置103に記憶されている判定ルール取得プログラムを実行することで、判定ルール取得装置100の各部が実現される。なお、判定ルール取得装置100の各部は、専用の回路などのハードウェアであってもよい。
図5は、判定ルール取得装置100による品質管理の全体処理を表すフローチャートを例示する図である。図5で例示するように、判定ルール学習部10は、製造済み製品の製造データを用いてOK/NG判定ルールを学習する(ステップS1)。次に、予測部20は、予測対象品の製造データにOK/NG判定ルールを適用することで、予測対象品のOK/NGを予測する(ステップS2)。次に、予測部20は、判定結果がOKであるか否かを判定する(ステップS3)。ステップS3で「No」と判定された場合、予測部20は、予測対象品の性能試験実施に係る情報を出力する(ステップS4)。それにより、ユーザは、性能試験が必要な製品を把握することができ、当該予測対象品の性能試験が実施されることになる。ステップS3で「Yes」と判定された場合、予測対象品の性能試験実施に係る情報が出力されない。それにより、当該予測対象品の性能試験は実施されない。以上の処理により、NGと予測された予測対象品の性能試験だけが実施されることになる。
図6は、図5のステップS1の詳細を表すフローチャートを例示する図である。図6で例示するように、分類部11は、製造済み製品の製造データを、製品ごとに学習用データと検証用データとに分類する(ステップS11)。例えば、分類部11は、ユーザによって入力される指定情報に従って、各製品の製造データを学習用データと検証用データとに分類する。また、分類部11は、ユーザによって入力される指定情報に従って、学習用データおよび検証用データに、OKまたはNGを指定するラベルを付す。
次に、主成分分析部12は、学習用データの各説明変数に対して主成分分析を行うことで、固有ベクトルを算出する(ステップS12)。固有ベクトルは、格納部16に格納される。次に、指定部13は、判定に使用する次元数mを指定する(ステップS13)。次元数mとは、主成分分析の結果である目的変数(主成分得点)から選択される主成分の数のことである。次に、指定部13は、全主成分の中から、ステップS13で指定された次元数分の主成分の組み合わせを指定する(ステップS14)。次に、指定部13は、指定された組み合わせの主成分得点空間での距離についての判定閾値を指定する(ステップS15)。ここでの距離とは、学習データにおいてOKを指定するラベルを付された製品群の主成分得点空間での重心からの距離のことである。次に、主成分分析部12は、検証用データごとに、ステップS12で算出した固有ベクトルを用いて主成分得点(c〜c)を算出する(ステップS16)。
次に、算出部14は、ステップS16で算出した主成分得点について、ステップS13〜ステップS15で指定した次元数m、次元数分の主成分の組み合わせ、および判定閾値を用いてOK/NG判定を行う。算出部14は、当該OK/NG判定の判定精度を算出する(ステップS17)。判定精度として、一例として、正解率を用いることができる。正解率とは、OKのラベルが付された検証用データがOKと判定され、NGのラベルが付された検証用データがNGと判定される率のことである。次に、評価部15は、ステップS17で算出された判定精度に対して、ペナルティを掛け合わせることで、評価指標を算出する(ステップS18)。ペナルティは、次元数mの増大に応じて単調減少する係数のことであり、一例として、1/mである。
次に、評価部15は、ステップS18で算出された評価指標が最良であるか否かを判定する(ステップS19)。例えば、最適化手法として、遺伝的アルゴリズム、焼きなまし法などの最適なアルゴリズムを用いることができる。または、ステップS18で算出された評価指標が閾値を超えるか否か、などの他の所定条件を用いてもよい。ステップS19で「No」と判定された場合、評価部15は、指定部13に、次元数m、主成分の組み合わせ、および判定閾値の変更を指示する(ステップS20)。その後、ステップS13から再度実行される。この場合、ステップS13〜ステップS15では、次元数m、主成分の組み合わせ、および判定閾値が変更されて指定される。ステップS13〜ステップS20が繰り返されることで最適なOK/NG判定ルールが探索される。ステップS19で「Yes」と判定された場合、評価部15は、ステップS13〜ステップS15で指定された次元数m、主成分の組み合わせ、および判定閾値を、OK/NG判定ルールとして出力する(ステップS21)。出力されたOK/NG判定ルールは、格納部16に格納される。
図7(a)は、OK/NG判定ルールの学習について例示する図である。図7(a)で例示するように、例えば、製造済みの製品1〜製品nについての製造データが検証用データとして得られているものとする。製造データには、説明変数a〜aが含まれている。これらの検証用データに対して、学習データに対して主成分分析を行うことで得られた固有ベクトルを用いて主成分分析が行われる。それにより、各主成分(c〜c)についての主成分得点が算出される。この結果から、所定条件を満たすOK/NG判定ルールが探索される。例えば、図7(a)の例では、「次元数mが3」、「主成分の組み合わせがc、cおよびcの3個」、ならびに「判定閾値が円の半径」、がOK/NG判定ルールとして探索される。
図8は、図5のステップS2の詳細を表すフローチャートを例示する図である。図8で例示するように、主成分分析部21は、予測対象品の製造データに対して、格納部16に格納されている固有ベクトルを用いて主成分得点を算出する(ステップS31)。次に、判定部22は、ステップS31で算出した主成分得点について、格納部16に格納されているOK/NG判定ルールを用いてOK/NG判定を行う(ステップS32)。出力部23は、ステップS32の判定結果(予測結果)を出力する(ステップS33)。
図7(b)は、OK/NG判定ルールを用いた予測について例示する図である。例えば、図7(b)で例示するように、予測対象品の製造データ(説明変数a〜a)が得られているものとする。この予測対象品の製造データに対して、学習データに対して主成分分析を行うことで得られた固有ベクトルを用いて主成分分析が行われる。それにより、各主成分(c〜c)についての主成分得点が算出される。この結果に対して、OK/NG判定ルールを適用する。具体的には、次元数mの主成分の組み合わせから得られる距離が判定閾値未満であればOKと判定され、判定閾値以上であればNGと判定される。
本実施形態によれば、学習用データの各製造データに対して主成分分析を行うことで得られた固有ベクトルを用い、OKまたはNGのラベルが付された検証用データの各製造データに対して主成分分析を行うことで検証用データごとに各製造データの主成分得点が算出される。算出された主成分得点の次元数m、次元数分の主成分得点の組み合わせ、および当該組み合わせの主成分空間での距離の判定閾値を用いて、各検証用データのOK/NGが判定され、判定精度が算出される。この判定精度が所定条件を満たすための次元数m、次元数分の主成分の組み合わせ、および距離の判定閾値が判定ルールとして探索される。この構成によれば、判定精度と相関の高い製造データが選択されることになる。それにより、OK/NG判定を高精度に予測することができる判定ルールを取得することができる。また、取得された判定ルールを用いることで、高精度にOK/NG判定を予測することができる。
上記判定精度に対して、次元数mが増加すると単調減少するペナルティを乗じることで得られる評価指標を算出し、当該評価指標が所定条件を満たすための判定ルールを探索することが好ましい。この場合、次元数mが少なくなるように判定ルールが探索され、大きい次元数が淘汰されていく。それにより、OK/NG予測を短時間で実施できるようになる。
上記評価指標が最大となる次元数m、次元数分の主成分得点の組み合わせ、および距離の判定閾値を判定ルールとして探索することが好ましい。この場合、最適な判定ルールを探索することができるようになる。
なお、判定精度の一例として正解率を用いる場合、NGのラベルが付された製品の正解率と、OKのラベルが付された製品およびNGのラベルが付された製品の全体の正解率とを算出し、NGのラベルが付された製品の正解率が100%という拘束条件のもとで評価指標が所定条件を満たすOK/NG判定ルールを探索してもよいい。この場合、NG品の見逃し判定を抑制することができる。したがって、NG品が市場に流出することを抑制しつつ、試験を効率化することができる。
次に、上記実施形態に従って、実データを基に最適なOK/NG判定ルールを決定した。図9(a)は、規格化した製造データを例示する図である。図9(a)の例では、500個のサンプル(製造済み製品)の製造データが例示されている。また、製造データの説明変数は、300個である。製品となった後の性能試験の判定結果がNGとなったNG品は、10個である。図9(a)の例では、製品となった後の性能試験データと製造データとの間の相関係数は、−0.2〜0.2であって小さい値となっている。
図9(a)の製造データに対して、上記実施形態に従ってOK/NG判定ルールを決定した。500個のサンプルを、250個の学習用データと、250個の検証用データとに分類した。なお、NGのラベルは、学習用データおよび検証用データのそれぞれ5個のサンプルに付した。残りのサンプルにはOKのラベルを付した。なお、分類はランダムとし、ランダムシートを変えた10セットの学習用データ/検証用データを作成し、10回の予測精度(正解率)の平均を算出した。なお、比較例として、上記第1の予測手法および上記第2の予測手法でも予測精度を算出した。上述した第1の予測手法では、変数選択としてステップワイズ法を用いた。上述した第2の予測手法では、マハラノビス距離を使用し、変数選択にステップワイズ法を用いた。
図9(b)は、予測精度を示す図である。図9(b)に示すように、第1の予測手法および第2の予測手法では、予測精度が低かったのに対して、上記実施形態に従ってOK/NG判定ルールを決定することによって、高い予測精度が得られた。このように、上記実施形態に従ってOK/NG判定ルールを決定することによって、高い予測精度を実現する結果が得られた。
上記例において、主成分分析部12が、製造済み製品の各製造データに対して主成分分析を行うことで得られた固有ベクトルを用い、OKまたはNGのラベルが付された検証用データの各製造データに対して主成分分析を行うことで検証用データごとに各製造データの主成分得点を算出する主成分分析部の一例として機能する。算出部14が、前記主成分分析部によって算出された前記主成分得点の次元数、前記次元数分の前記主成分得点の組み合わせ、および前記組み合わせの主成分空間での距離の判定閾値を用いて、各検証用データのOK/NGを判定する場合の判定精度を算出する算出部の一例として機能する。指定部13および評価部15が、前記判定精度が所定条件を満たすための前記次元数、前記組み合わせ、および前記判定閾値を判定ルールとして探索する探索部の一例として機能する。予測部20が、前記固有ベクトルを用いて予測対象品の製造データに対して主成分分析を行うことで主成分得点を算出し、算出された前記主成分得点に前記格納部が格納した前記判定ルールを適用することで、前記予測対象品のOK/NGを予測する予測部の一例として機能する。
以上、本発明の実施形態および実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態および実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
10 判定ルール学習部
11 分類部
12 主成分分析部
13 指定部
14 算出部
15 評価部
16 格納部
20 予測部
21 主成分分析部
22 判定部
23 出力部
100 判定ルール取得装置

Claims (9)

  1. 製造済み製品の各製造データに対して主成分分析を行うことで得られた固有ベクトルを用い、OKまたはNGのラベルが付された検証用データの各製造データに対して主成分分析を行うことで検証用データごとに各製造データの主成分得点を算出する主成分分析部と、
    前記主成分分析部によって算出された前記主成分得点の次元数、前記次元数分の前記主成分得点の組み合わせ、および前記組み合わせの主成分空間での距離の判定閾値を用いて、各検証用データのOK/NGを判定する場合の判定精度を算出する算出部と、
    前記判定精度が所定条件を満たすための前記次元数、前記組み合わせ、および前記判定閾値を判定ルールとして探索する探索部と、を備えることを特徴とする判定ルール取得装置。
  2. 前記探索部は、前記判定精度に対して、前記次元数が増加すると単調減少するペナルティを乗じることで得られる評価指標を算出し、前記評価指標が所定条件を満たすための前記次元数、前記組み合わせ、および前記判定閾値を探索することを特徴とする請求項1記載の判定ルール取得装置。
  3. 前記探索部は、前記評価指標が最大となる前記次元数、前記組み合わせ、および前記判定閾値を前記判定ルールとして探索することを特徴とする請求項2記載の判定ルール取得装置。
  4. 前記探索部は、前記NGのラベルが付された前記検証用データに対するOK/NGの判定の正解率が100%という条件を拘束条件として、前記次元数、前記組み合わせ、および前記判定閾値を探索することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の判定ルール取得装置。
  5. 前記固有ベクトルを用いて予測対象品の製造データに対して主成分分析を行うことで主成分得点を算出し、算出された前記主成分得点に前記判定ルールを適用することで、前記予測対象品のOK/NGを予測する予測部を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の判定ルール取得装置。
  6. 主成分分析部が、製造済み製品の各製造データに対して主成分分析を行うことで得られた固有ベクトルを用い、OKまたはNGのラベルが付された検証用データの各製造データに対して主成分分析を行うことで検証用データごとに各製造データの主成分得点を算出し、
    算出部が、前記主成分分析部によって算出された前記主成分得点の次元数、前記次元数分の前記主成分得点の組み合わせ、および前記組み合わせの主成分空間での距離の判定閾値を用いて、各検証用データのOK/NGを判定する場合の判定精度を算出し、
    探索部が、前記判定精度が所定条件を満たすための前記次元数、前記組み合わせ、および前記判定閾値を判定ルールとして探索する、ことを特徴とする判定ルール取得方法。
  7. 予測部が、前記固有ベクトルを用いて予測対象品の製造データに対して主成分分析を行うことで主成分得点を算出し、算出された前記主成分得点に前記判定ルールを適用することで、前記予測対象品のOK/NGを予測する、ことを特徴とする請求項6記載の判定ルール取得方法。
  8. 前記予測部によってNGと予測された予測対象品に対して、製造が完了した後に性能試験を行うことを特徴とする請求項7記載の判定ルール取得方法。
  9. コンピュータに、
    製造済み製品の各製造データに対して主成分分析を行うことで得られた固有ベクトルを用い、OKまたはNGのラベルが付された検証用データの各製造データに対して主成分分析を行うことで検証用データごとに各製造データの主成分得点を算出する処理と、
    算出された前記主成分得点の次元数、前記次元数分の前記主成分得点の組み合わせ、および前記組み合わせの主成分空間での距離の判定閾値を用いて、各検証用データのOK/NGを判定する場合の判定精度を算出する処理と、
    前記判定精度が所定条件を満たすための前記次元数、前記組み合わせ、および前記判定閾値を判定ルールとして探索する処理と、を実行させることを特徴とする判定ルール取得プログラム。
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