KR101316240B1 - Apparatus and method of predicting impact transition curve of line pipe steel using data mining - Google Patents
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Abstract
데이터 마이닝을 이용한 TMCP강의 충격 천이 곡선 예측 장치 및 방법이 제공된다. 충격 천이 곡선 예측 장치는 TMCP강의 제조 조건을 포함하는 입력 변수 및 상기 입력 변수에 따라 제조되는 TMCP강의 충격 천이 곡선을 도출하는데 필요한 목표 변수를 저장하는 데이터베이스와, 의사결정나무분석을 통해 데이터 베이스에 저장된 입력 변수 중 목표 변수에 영향을 미치는 핵심 원인 변수를 도출하는 원인 변수 도출부와, 도출된 핵심 원인 변수와 목표 변수 간의 관계를 학습함으로써, 인공 신경 모델에 적용될 가중치를 결정하는 인공 신경 모델부와, 결정된 가중치를 인공 신경 모델에 적용함으로써 얻어지는 목표 변수의 연산값을 쌍곡 탄젠트 함수에 적용함으로써, 충격 천이 곡선을 도출하는 충격 천이 곡선 도출부를 포함함으로써, 합금 성분 및 공정 최적화를 통해 원가 절감의 효과를 가져올 수 있으며, 수요자의 신규 저온 인성 요구재를 개발하는데 활용될 수 있다.Apparatus and method for predicting impact transition curve of TMCP steel using data mining are provided. The impact transition curve prediction apparatus stores an input variable including a manufacturing condition of a TMCP steel and a target variable necessary to derive an impact transition curve of a TMCP steel manufactured according to the input variable, and a database stored through a decision tree analysis. A cause variable deriving unit for deriving a key cause variable affecting a target variable among input variables, an artificial neural model unit for determining a weight to be applied to an artificial neural model by learning a relationship between the derived key cause variable and a target variable; By applying the calculated value of the target variable obtained by applying the determined weight to the artificial neural model to the hyperbolic tangent function, it includes the impact transition curve derivation section that derives the impact transition curve, resulting in cost reduction through alloying and process optimization Can demand new low temperature toughness It can be used to develop ashes.
Description
본 발명은 데이터 마이닝을 이용한 TMCP강의 충격 천이 곡선을 예측하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus and method for predicting impact transition curves of TMCP steel using data mining.
신강종의 효율적인 개발 및 이미 개발된 강종의 제조 조건 최적화를 통한 원가 절감을 실현하기 위해서는 강재의 제조 조건 변화에 따른 물성을 예측하는 기술이 요구된다.In order to realize cost reduction through efficient development of new steel grades and optimization of manufacturing conditions of already developed steel grades, a technology for predicting the properties according to the changes in the steel fabrication conditions is required.
이를 위해 NSC나 Dillinger 등의 선진 밀에서는 1980년대부터 다중 회귀 분석(Multiple Regression Analysis)를 통하여 강의 성분, 열처리 등의 제조 조건에 따른 강재의 물성을 예측하는 모델을 개발하였다. 이러한 추세에 따라 포스코에서도 이와 유사하게 다중 회귀 분석을 통한 강재의 재질을 예측하는 시스템을 구축하였다.To this end, advanced mills such as NSC and Dillinger have developed a model to predict the properties of steel according to manufacturing conditions such as steel composition and heat treatment from the 1980s through multiple regression analysis. In line with this trend, POSCO has similarly established a system for predicting steel materials through multiple regression analysis.
이러한 물성 예측 모델은 성분과 열처리 공정에 의해 강재의 성질이 결정되는 일반강에 대해서는 신뢰성 있게 적용 가능하나, 오스테나이트 재결정 현상 및 수냉에 의한 상변태에 의해 추가적인 물성이 결정되는 TMCP(Thermo-Mechanical Controlled Process, 열처리 가공 제어 압연)강의 물성 예측에는 신뢰도가 떨어진다.This property prediction model can be reliably applied to general steels whose properties are determined by component and heat treatment process, but TMCP (Thermo-Mechanical Controlled Process) where additional properties are determined by austenite recrystallization and phase transformation by water cooling The reliability is poor in predicting the properties of steel).
이를 극복하기 위해 Arceler Mitall, Voestalpine, TKS 등의 밀에서는 물리 기반 모델(Physical based model)을 사용하여 Nb 첨가 TMCP강의 강도 물성(항복 강도, 인장 강도)을 예측하는 모델을 개발하였다.In order to overcome this problem, the mills of Arceler Mitall, Voestalpine, and TKS have developed a model to predict the strength properties (yield strength, tensile strength) of Nb-added TMCP steel using a physical based model.
하지만, TMCP강의 수요자는 일반적으로 강도 물성 외에도 충격 인성의 보증을 요구하나, 상술한 모델들로는 이를 예측할 수 없는 문제점이 있다.
However, users of TMCP steel generally require the assurance of impact toughness in addition to the strength properties, but there is a problem that can not be predicted by the above-described models.
본 발명은 TMCP강의 충격 천이 곡선을 예측할 수 있는 데이터 마이닝을 이용한 TMCP 강의 충격 천이 곡선 예측 장치 및 방법을 제공한다.
The present invention provides an apparatus and method for predicting the impact transition curve of TMCP steel using data mining capable of predicting the impact transition curve of TMCP steel.
본 발명의 제1 실시 형태에 의하면,According to the first embodiment of the present invention,
TMCP강의 제조 조건을 포함하는 입력 변수 및 상기 입력 변수에 따라 제조되는 TMCP강의 충격 천이 곡선을 도출하는데 필요한 목표 변수를 저장하는 데이터베이스;A database for storing input variables including manufacturing conditions of TMCP steel and target variables required for deriving an impact transition curve of TMCP steel manufactured according to the input variables;
의사결정나무분석을 통해 상기 데이터 베이스에 저장된 입력 변수 중 상기 목표 변수에 영향을 미치는 핵심 원인 변수를 도출하는 원인 변수 도출부;A cause variable deriving unit for deriving a key cause variable affecting the target variable among input variables stored in the database through a decision tree analysis;
상기 도출된 핵심 원인 변수와 상기 목표 변수 간의 관계를 학습함으로써, 인공 신경 모델에 적용될 가중치를 결정하는 인공 신경 모델부; 및An artificial neural model unit which determines a weight to be applied to an artificial neural model by learning a relationship between the derived key cause variable and the target variable; And
상기 결정된 가중치를 상기 인공 신경 모델에 적용함으로써 얻어지는 상기 목표 변수의 연산값을 쌍곡 탄젠트 함수에 적용함으로써, 상기 충격 천이 곡선을 도출하는 충격 천이 곡선 도출부를 포함하는 충격 천이 곡선 예측 장치를 제공한다.
The present invention provides an impact transition curve prediction device including an impact transition curve derivation unit for deriving the impact transition curve by applying an operation value of the target variable obtained by applying the determined weight to the artificial neural model to a hyperbolic tangent function.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 원인 변수 도출부는,According to an embodiment of the invention, the cause variable derivation unit,
상기 의사결정나무분석을 통해 얻은 원인 변수들 중 중요도가 0.2 이상인 원인 변수들을 상기 핵심 원인 변수로 결정할 수 있다.
Cause variables having a importance level of 0.2 or more among the cause variables obtained through the decision tree analysis may be determined as the key cause variables.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 인공 신경 모델부는,According to the embodiment of the present invention, the artificial nerve model unit,
상기 목표 변수의 연산값과 상기 목표 변수의 실제값의 평균 제곱근 편차(Root Mean Square Error, RMSE)가 미리 설정된 값 이하가 될 때까지 상기 가중치를 수정할 수 있다.
The weight may be corrected until the root mean square error (RMS) of the calculated value of the target variable and the actual value of the target variable is equal to or less than a preset value.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 인공 신경 모델부는,According to the embodiment of the present invention, the artificial nerve model unit,
상기 핵심 원인 변수에 가중치를 부여하는 단일의 은닉층을 포함하며,A single hidden layer that weights the key cause variable,
상기 단일의 은닉층은 2 내지 20개 사이의 은닉 마디를 포함할 수 있다.
The single hidden layer may comprise between 2 and 20 hidden nodes.
본 발명의 제2 실시 형태에 의하면, 데이터베이스에서, TMCP강의 제조 조건을 포함하는 입력 변수 및 상기 입력 변수에 따라 제조되는 TMCP강의 충격 천이 곡선을 도출하는데 필요한 목표 변수를 저장하는 단계;According to a second embodiment of the present invention, there is provided a data storage method comprising: storing, in a database, an input variable including a manufacturing condition of a TMCP steel and a target variable required for deriving an impact transition curve of a TMCP steel manufactured according to the input variable;
원인 변수 도출부에서, 의사결정나무분석을 통해 상기 데이터 베이스에 저장된 입력 변수 중 상기 목표 변수에 영향을 미치는 핵심 원인 변수를 도출하는 단계;Deriving, from the cause variable deriving unit, a key cause variable affecting the target variable among input variables stored in the database through decision tree analysis;
인공 신경 모델부에서, 상기 도출된 핵심 원인 변수와 상기 목표 변수 간의 관계를 학습함으로써, 인공 신경 모델에 적용될 가중치를 결정하는 단계; 및Determining, by the artificial neural model unit, weights to be applied to the artificial neural model by learning a relationship between the derived key cause variable and the target variable; And
충격 천이 곡선 도출부에서, 상기 결정된 가중치를 상기 인공 신경 모델에 적용함으로써 얻어지는 상기 목표 변수의 연산값을 쌍곡 탄젠트 함수에 적용함으로써, 상기 충격 천이 곡선을 도출하는 단계를 포함하는 충격 천이 곡선 예측 방법을 제공한다.
In the impact transition curve derivation unit, the impact transition curve prediction method comprising the step of deriving the impact transition curve by applying the operation value of the target variable obtained by applying the determined weight to the artificial neural model to the hyperbolic tangent function to provide.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 핵심 원인 변수를 도출하는 단계는,According to an embodiment of the invention, the step of deriving the key cause variable,
상기 원인 변수 도출부에서, 상기 의사결정나무분석을 통해 얻은 원인 변수들 중 중요도가 0.2 이상인 원인 변수들을 상기 핵심 원인 변수로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
The cause variable deriving unit may include determining, as the key cause variable, cause variables having a importance level of 0.2 or more among the cause variables obtained through the decision tree analysis.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 가중치를 결정하는 단계는,According to an embodiment of the present invention, the step of determining the weights,
상기 인공 신경 모델부에서, 상기 목표 변수의 연산값과 상기 목표 변수의 실제값의 평균 제곱근 편차(Root Mean Square Error, RMSE)가 미리 설정된 값 이하가 될 때까지 상기 가중치를 수정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
In the artificial neural model unit, further comprising the step of correcting the weight until the root mean square error (RMS) of the calculated value of the target variable and the actual value of the target variable is less than a preset value; can do.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 인공 신경 모델부는,According to the embodiment of the present invention, the artificial nerve model unit,
상기 핵심 원인 변수에 가중치를 부여하는 단일의 은닉층을 포함하며,A single hidden layer that weights the key cause variable,
상기 단일의 은닉층은 2 내지 20개 사이의 은닉 마디를 포함할 수 있다.
The single hidden layer may comprise between 2 and 20 hidden nodes.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 데이터 마이닝 기법을 통해 TMCP강의 충격 천이 곡선을 예측함으로써, 합금 성분 및 공정 최적화를 통해 원가 절감의 효과를 가져올 수 있으며, 수요자의 신규 저온 인성 요구재를 개발하는데 활용될 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, by predicting the impact transition curve of TMCP steel through data mining techniques, it is possible to bring down the cost savings through the optimization of alloying components and processes, and to use to develop new low temperature toughness requirements of the consumer Can be.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 의한 데이터 마이닝을 이용한 TMCP강의 충격 천이 곡선 예측 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 인공 신경 모델부의 계층 구조를 설명한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 의한 충격 천이 곡선 예측 장치로부터 구한 충격 천이 곡선을 도시한 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시 형태에 의해 다양한 제조 조건하에서구한 충격 천이 곡선을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 데이터 마이닝을 이용한 TMCP강의 충격 천이 곡선 예측 방법을 설명하는 흐름도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a block diagram of the impact transition curve prediction apparatus of TMCP steel using data mining which concerns on one Embodiment of this invention.
2 is a diagram illustrating a hierarchical structure of an artificial neural model unit according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing an impact transition curve obtained from the impact transition curve predicting apparatus according to the embodiment of the present invention.
4A to 4C are diagrams illustrating impact transition curves obtained under various manufacturing conditions according to one embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a method of predicting an impact transition curve of TMCP steel using data mining according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The shape and the size of the elements in the drawings may be exaggerated for clarity and the same elements are denoted by the same reference numerals in the drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 의한 데이터 마이닝을 이용한 TMCP강의 충격 천이 곡선 예측 장치의 구성도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 인공 신경 모델부의 계층 구조를 설명한 도면이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 의한 충격 천이 곡선 예측 장치로부터 구한 충격 천이 곡선을 도시한 도면이며, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시 형태에 의해 다양한 제조 조건하에서구한 충격 천이 곡선을 도시한 도면이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a block diagram of the impact transition curve prediction apparatus of TMCP steel using data mining which concerns on one Embodiment of this invention, and FIG. 2 is a figure explaining the hierarchical structure of the artificial neural model part by one Embodiment of this invention. 3 is a diagram showing an impact transition curve obtained from the impact transition curve predicting apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 4A to 4C illustrate an impact transition obtained under various manufacturing conditions according to an embodiment of the present invention. It is a figure which shows a curve.
도 1에 도시된 바와 같이, 데이터 마이닝을 이용한 TMCP강의 충격 천이 곡선 예측 장치는, TMCP강의 제조 조건을 포함하는 입력 변수 및 입력 변수에 따라 제조되는 TMCP강의 충격 천이 곡선을 도출하는데 필요한 목표 변수를 저장하는 데이터베이스(110)와, 의사결정나무분석을 통해 데이터 베이스(110)에 저장된 입력 변수 중 목표 변수에 영향을 미치는 핵심 원인 변수를 도출하는 원인 변수 도출부(120)와, 도출된 핵심 원인 변수와 목표 변수 간의 관계를 학습함으로써, 인공 신경 모델에 적용될 가중치를 결정하는 인공 신경 모델부(130)와, 결정된 가중치를 인공 신경 모델에 적용함으로써 얻어지는 목표 변수의 연산값을 쌍곡 탄젠트 함수에 적용함으로써, 충격 천이 곡선을 도출하는 충격 천이 곡선 도출부(140)를 포함할 수 있다.
As shown in FIG. 1, the impact transition curve prediction apparatus of TMCP steel using data mining stores an input variable including a manufacturing condition of TMCP steel and a target variable required to derive an impact transition curve of TMCP steel manufactured according to the input variable. A cause
이하, 도 1 내지 도 4c을 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 데이터 마이닝을 이용한 TMCP강의 충격 천이 곡선 예측 장치를 상세하게 설명한다.
Hereinafter, an apparatus for predicting an impact transition curve of TMCP steel using data mining according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4C.
도 1을 참조하면, 데이터베이스(110)는 TMCP강의 제조 조건을 포함하는 입력 변수 및 입력 변수에 따라 제조되는 TMCP강의 충격 천이 곡선을 도출하는데 필요한 목표 변수를 저장할 수 있다.Referring to FIG. 1, the
구체적으로, 입력 변수로서, 중량 %로 탄소(C): 0.05 ~ 0.07%, 실리콘(Si): 0.15 ~ 0.25%, 망간(Mn): 1.5 ~ 2.0%, 인(P): 0.005 ~ 0.012%, 황(S): 0.001 ~ 0.003%, 몰리브덴(Mo): 0 ~ 0.15%, 크롬(Cr): 0 ~ 0.1%, 니켈(Ni): 0.1 ~ 0.35%, 구리(Cu): 0 ~ 0.176%, 알루미늄(Al): 0.020 ~ 0.035%, 티타늄(Ti): 0.01 ~ 0.02%, 니오븀(Nb): 0.03 ~ 0.05%, 바나듐(V): 0 ~ 0.05%, 질소(N):0.0032 ~ 0.0051%, 인 슬라브에 대해 가열로 추출온도: 1080 ~ 1160℃, 균열대 재로시간: 60 ~ 140분, 조압연 폭내기 누적 압하량: 0 ~ 44%, 조압연 평균 압하율: 1 ~ 9%, 조압연 길이내기 평균 압하율: 3 ~ 20%, 조압연 누적 압하량: 58 ~ 67%, 사상 압연 시작 온도: 800 ~ 920℃, 사상 압연 종료 온도: 760 ~ 860℃, 사상 압연 누적 압하율: 60 ~ 80%, 가속 냉각 시작 온도: 690 ~ 800℃, 가속 냉각 종료 온도: 360 ~ 520℃, 냉각 속도: 10 ~ 45℃/S로 제조된 TMCP강(상술한 제조 조건 및 이하의 데이터는 TMCP강 중 라인 파이프 강의 실시예에 관한 것임)의 제조 조건이 포함될 수 있다. Specifically, as input variables, carbon (C): 0.05 to 0.07%, silicon (Si): 0.15 to 0.25%, manganese (Mn): 1.5 to 2.0%, phosphorus (P): 0.005 to 0.012%, Sulfur (S): 0.001 to 0.003%, molybdenum (Mo): 0 to 0.15%, chromium (Cr): 0 to 0.1%, nickel (Ni): 0.1 to 0.35%, copper (Cu): 0 to 0.176%, Aluminum (Al): 0.020 to 0.035%, Titanium (Ti): 0.01 to 0.02%, Niobium (Nb): 0.03 to 0.05%, Vanadium (V): 0 to 0.05%, Nitrogen (N): 0.0032 to 0.0051%, Furnace extraction temperature for phosphor slab: 1080 ~ 1160 ℃, cracking zone ashing time: 60 ~ 140 minutes, cumulative rolling reduction cumulative reduction: 0 ~ 44%, crude rolling average rolling reduction: 1 ~ 9%, rough rolling Length rolling average rolling reduction: 3 to 20%, rough rolling cumulative reduction: 58 to 67%, finishing rolling start temperature: 800 to 920 ° C, finishing rolling end temperature: 760 to 860 ° C, finishing rolling cumulative rolling rate: 60 to 80%, accelerated cooling start temperature: 690-800 ° C., accelerated cooling end temperature: 360-520 ° C., cooling rate: TMCP steel manufactured at 10-45 ° C./S (prepared conditions and below The rotor may be related to manufacturing conditions of the line pipe steel in the TMCP steel).
또한, 입력 변수에 따라 제조되는 TMCP강의 충격 천이 곡선을 도출하는데 필요한 목표 변수가 저장될 수 있는데, 목표 변수에 대해서는 도 3을 참조하여 후술한다.In addition, a target variable required to derive the impact transition curve of the TMCP steel manufactured according to the input variable may be stored, which will be described later with reference to FIG. 3.
하기의 표 1은 데이터베이스(110)에 저장되는 입력 변수와 목표 변수를 도시한 것이다.Table 1 below shows input variables and target variables stored in the
(C, Si, Mn, P, S, Mo, Cr, Ni, Cu, Al, Ti, Nb, V, N)ingredient
(C, Si, Mn, P, S, Mo, Cr, Ni, Cu, Al, Ti, Nb, V, N)
(가열로 추출 온도, 균열대 재로 시간, 조압연 폭내기 누적압하량, ,..., 가속 냉각 시작 온도, 가속냉각 종료 온도, 냉각 속도)Manufacture conditions
(Heating extraction temperature, time for cracking zone, cumulative pressure drop for rough rolling demolition, ..., accelerated cooling start temperature, accelerated cooling end temperature, cooling rate)
A, B, C, T0
한편, 원인 변수 도출부(120)는 의사결정나무분석을 통해 핵심 원인 변수를 도출할 수 있다. 여기서, 핵심 원인 변수는 데이터 베이스(110)에 저장된 입력 변수 중 목표 변수에 영향을 미치는 원인 변수를 의미한다.
Meanwhile, the cause
여기서, 의사결정나무분석은, 후술한 인공 신경망과 마찬가지로, 많은 데이터 가운데 숨겨져 있는 유용한 상관관계를 발견하여, 미래에 실행 가능한 정보를 추출해 내고 의사 결정에 이용하는 과정인 데이터마이닝 중 하나이다.
Here, decision tree analysis is one of data mining processes that find useful correlations hidden among many data, extract information that can be executed in the future, and use it for decision making, like artificial neural networks described below.
이러한 의사결정나무분석은 의사결정규칙(decision rule)에 따라 목표 변수를 분류하고 예측할 수 있는 방법으로, 원인 변수들간의 교호 효과(interaction) 또는 비선형성(nonlinearity)을 자동적으로 찾아내고 이를 통하여 핵심 원인 변수를 찾아낼 수 있다. 또한, 의사결정나무분석에 의해 목표 변수에 영향을 미치는 원인 변수의 중요도를 0~1 사이의 값으로 판단할 수 있다. 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 중요도가 1인 원인 변수에 비해 중요도가 0.2 미만인 원인 변수들은 신경 회로 모델의 구축 과정에서 미미한 영향을 미치므로, 중요도가 0.2 이상인 원인 변수들만을 상술한 핵심 원인 변수로 결정할 수 있다.This decision tree analysis classifies and predicts target variables according to decision rules, and automatically finds the interaction or nonlinearity between the causal variables and thereby identifies the key causes. Can find variables In addition, the decision tree analysis can determine the importance of the causative variable affecting the target variable as a value between 0 and 1. According to an embodiment of the present invention, since the cause variables having a importance of less than 0.2 compared to the cause variables having a importance of 1 have a slight influence in the construction of the neural circuit model, only the cause variables having the importance of 0.2 or more are described above. Can be determined.
하기의 표 2에는 이렇게 결정된 핵심 원인 변수들을 도시하고 있다.
Table 2 below shows the key cause variables thus determined.
다시 도 1을 참조하면, 인공 신경 모델부(130)는 도출된 핵심 원인 변수와 목표 변수 간의 관계를 학습함으로써, 인공 신경 모델에 적용될 가중치를 결정할 수 있다.Referring back to FIG. 1, the artificial
여기서, 인공 신경 모델이 적용되는 신경 회로망은 인간 두뇌의 신경망을 흉내내 실제 자신이 가진 데이터로부터 반복적인 학습 과정을 거쳐 데이터에 숨어 있는 패턴을 찾아내는 모델링 기법으로, 원인 변수 도출부(120)에서 도출된 핵심 원인 변수들을 인공 신경 모델에 적용하여 출력 값을 계산하며, 인공 신경 모델로부터의 출력 값과 실측값을 비교한 후 비교 결과에 따라 원하는 출력 값을 생성할 수 있도록 가중치 조절하는 과정으로 설명될 수 있다.
Here, the neural network to which the artificial neural model is applied is a modeling technique that mimics the neural network of the human brain and finds patterns hidden in the data through an iterative learning process from the data of the human brain. The calculated key value variables are applied to the artificial neural model to calculate the output value. Can be.
구체적으로, 인공 신경 모델부(130)는 인공 신경 모델로부터의 출력 값과 실측값의 평균 제곱근 편차(Root Mean Square Eror, RMSE)가 미리 설정된 값 이하가 될 때까지 상술한 가중치를 수정할 수 있다. 수정된 가중치에 따라 최종 인공 신경 모델이 결정될 수 있으며, 수정된 가중치에 따라 연산된 목표 변수의 연산값은 충격 천이 곡선 도출부(140)로 전달될 수 있다.
In detail, the artificial
상술한 인공 신경 모델부(130)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 입력층(Input Layer)(L1), 은닉층(Hidden Layer)(L2), 출력층(Output Layer)(L3)으로 구성될 수 있다.
As described above, the artificial
구체적으로, 도 2를 참조하면, 입력층(L2)은 다수의 마디들(X1, X2, X3, X4,..,Xn)을 통해 입력된 핵심 원인 변수들을 은닉층(L2)으로 전달할 수 있다.Specifically, referring to FIG. 2, the input layer L2 may transfer key cause variables input through the plurality of nodes X1, X2, X3, X4, .., Xn to the hidden layer L2.
은닉층(L2)은 다수의 은닉 마디들(H1, H2, H3,..,Hm)으로 구성되어 입력층(L2)으로부터 전달되는 핵심 원인 변수들의 선형 결합을 비선형 함수로 처리하여 출력층(L3) 또는 다른 은닉층으로 전달할 수 있다.
The hidden layer L2 is composed of a plurality of hidden nodes H1, H2, H3, .., Hm and processes the linear combination of key causal variables transmitted from the input layer L2 as a nonlinear function to output the L3 or Can be transferred to another hidden layer.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 과적합 문제를 해결하기 위해 은닉층(L2)의 수를 1층으로 제한하였으며, 데이터베이스(110)에 저장된 데이터들 중 60%는 초기 인공 신경 모델을 구축하는데 사용하고, 나머지 40%는 구축된 인공 신경 모델을 수정하는데 사용할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, in order to solve the overfit problem, the number of hidden layers L2 is limited to one layer, and 60% of the data stored in the
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 다수의 은닉 마디의 갯수를 최적화하기 위해 은닉 마디의 갯수를 2 ~ 20개까지 변화시켜 가며, 상술한 인공 신경 모델을 구축하였다.In addition, according to one embodiment of the present invention, in order to optimize the number of many hidden nodes, the number of hidden nodes is varied from 2 to 20, and the artificial nerve model described above is constructed.
하기의 표 3에 목표 변수에 따른 최적의 은닉 마디의 수와 해당 평균 제곱근 편차(RMSE)를 도시하였다.Table 3 below shows the optimal number of hidden nodes according to the target variable and the corresponding root mean square deviation (RMSE).
한편, 출력층(L3)은 목표 변수에 대응하는 마디로 구성(도 2에서는 하나의 마디만을 도시함)되어 은닉층(L2)으로부터 전달된 목표 변수의 연산값을 충격 천이 곡선 도출부(140)로 전달할 수 있다.
On the other hand, the output layer (L3) is composed of a node corresponding to the target variable (only one node in FIG. 2) is to be transmitted to the impact transition
마지막으로, 충격 천이 곡선 도출부(140)는 결정된 가중치를 인공 신경 모델에 적용함으로써 얻어지는 목표 변수의 연산값을 하기의 수학식 1의 쌍곡 탄젠트 함수에 적용함으로써, 도 3에 도시된 바와 같은 충격 천이 곡선을 도출할 수 있다.Finally, the impact transition
[수학식 1][Equation 1]
여기서, A, B, C, T0는 핵심 원인 변수를, y는 충격 흡수 에너지를, X는 충격 흡수 온도를 의미할 수 있다.
Here, A, B, C, and T0 may be a key cause variable, y may be energy absorption, and X may be shock absorption temperature.
구체적으로, 충격 천이 곡선은 도 3에 도시된 바와 같은 쌍곡 탄젠트 함수(Hyperbolic tangent) 형태일 수 있으며, A는 하부 흡수 에너지(대략 0에 가까움)를, B는 충격 흡수 에너지의 진폭(대략 400 정도), T0는 충격 흡수 곡선의 천이 구간의 중간 온도(대략 -75℃ 정도), C는 A+B를 의미할 수 있다.
Specifically, the impact transition curve may be in the form of a hyperbolic tangent as shown in FIG. 3, where A is the lower absorbed energy (approximately close to 0), and B is the amplitude of the shock absorbed energy (approximately 400). ), T0 may mean the intermediate temperature (about -75 ℃) of the transition period of the shock absorption curve, C may mean A + B.
한편, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시 형태에 따른 다양한 제조 조건을 입력 변수로 하여 도출된 충격 천이 곡선을 도시한 것이다.On the other hand, Figures 4a to 4c shows the impact transition curve derived by using a variety of manufacturing conditions according to an embodiment of the present invention as an input variable.
구체적으로, 도 4a는 Cr: 0.1, Ti: 0.015, 추출 온도: 1134℃, 조압연 평균압하율: 0.07, 조압연 폭내기 압하량: 43.50, 조압연 누적 압하량: 64.51, 조압연 길이내기 평균압하율: 0.07, 사상 압연 누적 압하량: 78, 냉각 시작 온도: 716.4℃, 냉각 속도: 43.0℃/S, 예측값(A): 250.3, 예측값(B):230.6, 예측값(T0): -98.6, 예측값(C):26.5, 실측값(A): 238.6, 실측값(B):258.3, 실측값(T0): -110.8, 실측값(C):42.4인 경우의 제조 조건을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 따라 도출된 충격 천이 곡선(402)이 실측값에 기초한 실제 충격 천이 곡선(401)에 유사하게 도출됨을 알 수 있다.
Specifically, Figure 4a is Cr: 0.1, Ti: 0.015, extraction temperature: 1134 ℃, rough rolling average rolling reduction: 0.07, rough rolling demolition rolling amount: 43.50, rough rolling cumulative rolling amount: 64.51, rough rolling length average Rolling reduction rate: 0.07, finishing rolling cumulative reduction amount: 78, cooling start temperature: 716.4 ° C, cooling rate: 43.0 ° C / S, predicted value (A): 250.3, predicted value (B): 230.6, predicted value (T0): -98.6, The manufacturing conditions in the case of predicted value (C): 26.5, measured value (A): 238.6, measured value (B): 258.3, measured value (T0): -110.8, measured value (C): 42.4 are shown. As shown, it can be seen that the
또한, 도 4b는 Cr: 0.09, Ti: 0.015, 추출 온도: 1129℃, 조압연 평균압하율: 0.07, 조압연 폭내기 압하량: 43.75, 조압연 누적 압하량: 66.61, 조압연 길이내기 평균압하율: 0.09, 사상 압연 누적 압하량: 78, 냉각 시작 온도: 712.4℃, 냉각 속도: 41.5℃/S, 예측값(A): 235.8, 예측값(B):226.6, 예측값(T0): -102.6, 예측값(C):21.1, 실측값(A): 230.5, 실측값(B):227.3, 실측값(T0): -110.4, 실측값(C):23.3인 경우의 제조 조건을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 따라 도출된 충격 천이 곡선(402)이 실측값에 기초한 실제 충격 천이 곡선(401)에 유사하게 도출됨을 알 수 있다.
4B, Cr: 0.09, Ti: 0.015, extraction temperature: 1129 ° C, crude rolling average rolling reduction: 0.07, crude rolling explosive rolling reduction: 43.75, crude rolling cumulative rolling reduction: 66.61, crude rolling length average rolling reduction Rate: 0.09, finishing rolling cumulative reduction: 78, cooling start temperature: 712.4 ° C., cooling rate: 41.5 ° C./S, predicted value (A): 235.8, predicted value (B): 226.6, predicted value (T0): -102.6, predicted value (C): 21.1, found value (A): 230.5, found value (B): 227.3, found value (T0): -110.4, found value (C): 23.3. As shown, it can be seen that the
또한, 도 4c는 Cr: 0.02, Ti: 0.015, 추출 온도: 1086℃, 조압연 평균압하율: 0.05, 조압연 폭내기 압하량: 30.98, 조압연 누적 압하량: 58.70, 조압연 길이내기 평균압하율: 0.08, 사상 압연 누적 압하량: 67, 냉각 시작 온도: 731.4℃, 냉각 속도: 13.5℃/S, 예측값(A): 237.8, 예측값(B):226.4, 예측값(T0): -79.9, 예측값(C):47.4, 실측값(A): 235.3, 실측값(B):221.2, 실측값(T0): -76.3, 실측값(C):30.1인 경우의 제조 조건을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 따라 도출된 충격 천이 곡선(401)이 실측값에 기초한 실제 충격 천이 곡선(402)에 유사하게 도출됨을 알 수 있다.
4C, Cr: 0.02, Ti: 0.015, extraction temperature: 1086 ° C, crude rolling average rolling reduction: 0.05, crude rolling explosive rolling reduction: 30.98, crude rolling cumulative rolling reduction: 58.70, crude rolling length average rolling reduction Rate: 0.08, finishing rolling cumulative reduction: 67, cooling start temperature: 731.4 ° C., cooling rate: 13.5 ° C./S, predicted value (A): 237.8, predicted value (B): 226.4, predicted value (T0): -79.9, predicted value (C): 47.4, measured value (A): 235.3, measured value (B): 221.2, measured value (T0): -76.3, measured value (C): 30.1. As shown, it can be seen that the
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 데이터 마이닝 기법을 통해 TMCP강의 충격 천이 곡선을 예측함으로써, 합금 성분 및 공정 최적화를 통해 원가 절감의 효과를 가질 수 있으며, 수요자의 신규 저온 인성 요구재를 개발하는데 활용될 수 있다.
As described above, according to one embodiment of the present invention, by predicting the impact transition curve of the TMCP steel through the data mining technique, it is possible to reduce the cost through the optimization of alloy components and processes, and to request the new low-temperature toughness of the consumer It can be used to develop ashes.
한편, 도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 데이터 마이닝을 이용한 TMCP강의 충격 천이 곡선 예측 방법을 설명하는 흐름도이다.
5 is a flowchart illustrating a method for predicting an impact transition curve of TMCP steel using data mining according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 도 1 내지 도 5를 참조하여 데이터 마이닝을 이용한 TMCP 강의 충격 천이 곡선 예측 방법을 상세하게 설명한다. 다만, 발명의 간명화를 위해 도 1 내지 도 4c와 관련하여 중복된 부분에 대한 설명은 생략하기로 한다.
Hereinafter, a method of predicting an impact transition curve of a TMCP steel using data mining will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 5. However, for the sake of brevity of the invention, descriptions of overlapping parts with respect to FIGS. 1 to 4C will be omitted.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 우선 데이터베이스(110)는 TMCP강의 제조 조건을 포함하는 입력 변수 및 입력 변수에 따라 제조되는 TMCP강의 충격 천이 곡선을 도출하는데 필요한 목표 변수를 저장할 수 있다(S501). 구체적으로, 입력 변수에 대해서는 상술한 바와 같다.
1 through 5, first, the
다음, 원인 변수 도출부(120)는 의사결정나무분석을 통해 핵심 원인 변수를 도출할 수 있다(S502). 여기서, 핵심 원인 변수는 데이터 베이스(110)에 저장된 입력 변수 중 목표 변수에 영향을 미치는 원인 변수를 의미한다.
Next, the cause
여기서, 의사결정나무분석은, 후술한 인공 신경망과 마찬가지로, 많은 데이터 가운데 숨겨져 있는 유용한 상관관계를 발견하여, 미래에 실행 가능한 정보를 추출해 내고 의사 결정에 이용하는 과정인 데이터마이닝 중 하나이다.
Here, decision tree analysis is one of data mining processes that find useful correlations hidden among many data, extract information that can be executed in the future, and use it for decision making, like artificial neural networks described below.
그리고, 인공 신경 모델부(130)는 도출된 핵심 원인 변수와 목표 변수 간의 관계를 학습함으로써, 인공 신경 모델에 적용될 가중치를 결정할 수 있다(S503).
In addition, the artificial
여기서, 인공 신경 모델이 적용되는 신경 회로망은 인간 두뇌의 신경망을 흉내내 실제 자신이 가진 데이터로부터 반복적인 학습 과정을 거쳐 데이터에 숨어 있는 패턴을 찾아내는 모델링 기법으로, 원인 변수 도출부(120)에서 도출된 핵심 원인 변수들을 인공 신경 모델에 적용하여 출력 값을 계산하며, 인공 신경 모델로부터의 출력 값과 실측값을 비교한 후 비교 결과에 따라 원하는 출력 값을 생성할 수 있도록 가중치 조절하는 과정으로 설명될 수 있다.
Here, the neural network to which the artificial neural model is applied is a modeling technique that mimics the neural network of the human brain and finds patterns hidden in the data through an iterative learning process from the data of the human brain. The calculated key value variables are applied to the artificial neural model to calculate the output value. Can be.
구체적으로, 인공 신경 모델부(130)는 인공 신경 모델로부터의 출력 값과 실측값의 평균 제곱근 편차(Root Mean Square Eror, RMSE)가 미리 설정된 값 이하가 될 때까지 상술한 가중치를 수정할 수 있다. 수정된 가중치에 따라 최종 인공 신경 모델이 결정될 수 있으며, 수정된 가중치에 따라 연산된 목표 변수의 연산값은 충격 천이 곡선 도출부(140)로 전달될 수 있다.
In detail, the artificial
마지막으로, 충격 천이 곡선 도출부(140)는 결정된 가중치를 인공 신경 모델에 적용함으로써 얻어지는 목표 변수의 연산값을 상술한 수학식 1의 쌍곡 탄젠트 함수에 적용함으로써, 충격 천이 곡선을 도출할 수 있다.
Finally, the impact transition
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 데이터 마이닝 기법을 통해 TMCP강의 충격 천이 곡선을 예측함으로써, 합금 성분 및 공정 최적화를 통해 원가 절감의 효과를 가질 수 있으며, 수요자의 신규 저온 인성 요구재를 개발하는데 활용될 수 있다.
As described above, according to one embodiment of the present invention, by predicting the impact transition curve of the TMCP steel through the data mining technique, it is possible to reduce the cost through the optimization of alloy components and processes, and to request the new low-temperature toughness of the consumer It can be used to develop ashes.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
The present invention is not limited by the above-described embodiment and the accompanying drawings. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be self-evident.
110: 데이터 베이스
120: 원인 변수 도출부
130: 인공 신경 모델부
140: 충격 천이 곡선 도출부
L1: 입력층
L2: 은닉층
L3: 출력층 110: database
120: cause variable derivation unit
130: artificial nerve model
140: impact transition curve derivation unit
L1: input layer
L2: Hidden Layer
L3: output layer
Claims (8)
의사결정나무분석을 통해 상기 데이터 베이스에 저장된 입력 변수 중 상기 목표 변수에 영향을 미치는 핵심 원인 변수를 도출하는 원인 변수 도출부;
상기 도출된 핵심 원인 변수와 상기 목표 변수 간의 관계를 학습함으로써, 인공 신경 모델에 적용될 가중치를 결정하는 인공 신경 모델부; 및
상기 결정된 가중치를 상기 인공 신경 모델에 적용함으로써 얻어지는 상기 목표 변수의 연산값을 쌍곡 탄젠트 함수에 적용함으로써, 상기 충격 천이 곡선을 도출하는 충격 천이 곡선 도출부를 포함하는 충격 천이 곡선 예측 장치.
A database for storing input variables including manufacturing conditions of TMCP steel and target variables required for deriving an impact transition curve of TMCP steel manufactured according to the input variables;
A cause variable deriving unit for deriving a key cause variable affecting the target variable among input variables stored in the database through a decision tree analysis;
An artificial neural model unit which determines a weight to be applied to an artificial neural model by learning a relationship between the derived key cause variable and the target variable; And
And an impact transition curve derivation unit for deriving the impact transition curve by applying the calculated value of the target variable obtained by applying the determined weight to the artificial neural model to a hyperbolic tangent function.
상기 원인 변수 도출부는,
상기 의사결정나무분석을 통해 얻은 원인 변수들 중 중요도가 0.2 이상인 원인 변수들을 상기 핵심 원인 변수로 결정하는 충격 천이 곡선 예측 장치.
The method of claim 1,
The cause variable derivation unit,
Impact transition curve prediction device for determining the cause variables of importance factor of 0.2 or more of the cause variables obtained through the decision tree analysis as the key cause variable.
상기 인공 신경 모델부는,
상기 목표 변수의 연산값과 상기 목표 변수의 실제값의 평균 제곱근 편차(Root Mean Square Error, RMSE)가 미리 설정된 값 이하가 될 때까지 상기 가중치를 수정하는 충격 천이 곡선 예측 장치.
The method of claim 1,
The artificial nerve model unit,
And modifying the weight value until the root mean square error (RMS) of the calculated value of the target variable and the actual value of the target variable is equal to or less than a preset value.
상기 인공 신경 모델부는,
상기 핵심 원인 변수에 가중치를 부여하는 단일의 은닉층을 포함하며,
상기 단일의 은닉층은 2 내지 20개 사이의 은닉 마디를 포함하는 충격 천이 곡선 예측 장치.
The method of claim 1,
The artificial nerve model unit,
A single hidden layer that weights the key cause variable,
And wherein said single hidden layer comprises between 2 and 20 hidden nodes.
원인 변수 도출부에서, 의사결정나무분석을 통해 상기 데이터 베이스에 저장된 입력 변수 중 상기 목표 변수에 영향을 미치는 핵심 원인 변수를 도출하는 단계;
인공 신경 모델부에서, 상기 도출된 핵심 원인 변수와 상기 목표 변수 간의 관계를 학습함으로써, 인공 신경 모델에 적용될 가중치를 결정하는 단계; 및
충격 천이 곡선 도출부에서, 상기 결정된 가중치를 상기 인공 신경 모델에 적용함으로써 얻어지는 상기 목표 변수의 연산값을 쌍곡 탄젠트 함수에 적용함으로써, 상기 충격 천이 곡선을 도출하는 단계를 포함하는 충격 천이 곡선 예측 방법.
Storing, in a database, an input variable including a manufacturing condition of the TMCP steel and a target variable necessary for deriving an impact transition curve of the TMCP steel manufactured according to the input variable;
Deriving, from the cause variable deriving unit, a key cause variable affecting the target variable among input variables stored in the database through decision tree analysis;
Determining, by the artificial neural model unit, weights to be applied to the artificial neural model by learning a relationship between the derived key cause variable and the target variable; And
And in the impact transition curve derivation unit, deriving the impact transition curve by applying an operation value of the target variable obtained by applying the determined weight value to the artificial neural model to a hyperbolic tangent function.
상기 핵심 원인 변수를 도출하는 단계는,
상기 원인 변수 도출부에서, 상기 의사결정나무분석을 통해 얻은 원인 변수들 중 중요도가 0.2 이상인 원인 변수들을 상기 핵심 원인 변수로 결정하는 단계를 포함하는 충격 천이 곡선 예측 방법.
The method of claim 5,
Deriving the key cause variable,
And determining, by the cause variable deriving unit, cause variables having a importance level of 0.2 or more among the cause variables obtained through the decision tree analysis as the key cause variables.
상기 가중치를 결정하는 단계는,
상기 인공 신경 모델부에서, 상기 목표 변수의 연산값과 상기 목표 변수의 실제값의 평균 제곱근 편차(Root Mean Square Error, RMSE)가 미리 설정된 값 이하가 될 때까지 상기 가중치를 수정하는 단계를 더 포함하는 충격 천이 곡선 예측 방법.
The method of claim 5,
Determining the weight,
In the artificial neural model unit, further comprising the step of correcting the weight until the root mean square error (RMS) of the calculated value of the target variable and the actual value of the target variable is less than a preset value; Impact transition curve prediction method.
상기 인공 신경 모델부는,
상기 핵심 원인 변수에 가중치를 부여하는 단일의 은닉층을 포함하며,
상기 단일의 은닉층은 2 내지 20개 사이의 은닉 마디를 포함하는 충격 천이 곡선 예측 방법.The method of claim 5,
The artificial nerve model unit,
A single hidden layer that weights the key cause variable,
And wherein said single hidden layer comprises between 2 and 20 hidden nodes.
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