JP7610112B2 - Rolling mill spindle abnormality diagnosis device, method and program - Google Patents
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Description
本発明は、圧延機のスピンドルの異常診断装置、方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to an abnormality diagnosis device, method, and program for a spindle of a rolling mill .
金属板の圧延に用いられる圧延機に生じた異常を診断する技術がある。
特許文献1には、圧延機のロールにかかる荷重ベクトルの水平方向成分の合力を、各分割補強ロールの荷重検出装置からの荷重検出値より演算し、演算した合力の値が予め設定した許容範囲を超えた場合に、各分割補強ロールの荷重検出装置の故障発生を検知する板圧延機の設備診断方法が開示されている。
また、特許文献2には、圧延機の異常をARモデルで診断することが開示されている。
また、特許文献3には、異常診断装置に発生する弾性波を検出する少なくとも1個以上のAEセンサの信号に基づいて異常を診断する解析手段であって、AEセンサで検出された弾性波に基づいてスピンドルの異常を解析する解析手段が開示されている。
また、特許文献4には、自己回帰モデルに改良を加えた修正された自己回帰モデルが開示されている。
There is a technique for diagnosing abnormalities that occur in rolling mills used for rolling metal sheets.
Moreover, Patent Document 2 discloses diagnosing an abnormality in a rolling mill using an AR model.
Furthermore, Patent Document 3 discloses an analysis means for diagnosing an abnormality based on a signal from at least one AE sensor that detects elastic waves generated in an abnormality diagnosis device, and for analyzing an abnormality in a spindle based on the elastic waves detected by the AE sensor.
Moreover, Patent Document 4 discloses a modified autoregressive model that is an improvement over the autoregressive model.
圧延機に含まれるロールのスピンドルの異常をより精度よく診断することが要望されている。しかし、特許文献1は、荷重検出装置の診断を行う技術であり、圧延機に含まれるロールに接続され、このロールの回転に用いられるスピンドルの異常を診断できなかった。また、特許文献2、3では、診断に用いられる音響や振動のデータに含まれるノイズの影響で、診断の精度には限界があった。
本発明は、圧延機に含まれるロールに接続され、このロールの回転に用いられるスピンドルの異常をより精度よく診断することを目的とする。
There is a demand for a more accurate diagnosis of abnormalities in the spindles of rolls included in a rolling mill. However, the technology disclosed in
An object of the present invention is to more accurately diagnose abnormalities in a spindle that is connected to a roll included in a rolling mill and used to rotate the roll.
本発明の圧延機のスピンドルの異常診断装置は、金属板を圧延する圧延機であって、前記金属板の圧延に用いられるロールと前記ロールを支持するチョックとを含む前記圧延機を用いた前記金属板の圧延の際に、周期的に計測された前記チョックに対してかかる圧延方向の力を示す計測データを取得する取得手段と、前記取得手段により取得された前記計測データに基づいて、修正された自己回帰モデルにおける係数である修正係数を決定する決定手段と、前記決定手段により決定された前記修正係数に基づいて、前記ロールに接続されたスピンドルであって、前記ロールの回転に用いられる前記スピンドルの異常を診断する診断手段と、を有し、前記修正された自己回帰モデルは、前記計測データの実績値と、前記実績値に対する前記修正係数と、を用いて、前記計測データの予測値を表す式であり、前記決定手段は、前記計測データから導出される自己相関行列を特異値分解することで導出される前記自己相関行列の固有値を対角成分とする対角行列と、前記自己相関行列の固有ベクトルを列成分とする直交行列と、から導出される第1の行列を係数行列とし、前記計測データから導出される自己相関ベクトルを定数ベクトルとする方程式を用いて、前記修正係数を決定し、前記自己相関ベクトルは、時差が1から前記修正された自己回帰モデルで用いられる前記実績値の数であるmまでの前記計測データの自己相関を成分とするベクトルであり、前記自己相関行列は、時差が0からm-1までの前記計測データの自己相関を成分とする行列であり、前記第1の行列は、1以上且つm未満の設定された数であるsに対して、前記自己相関行列のs個の固有値と前記対角行列とから導出される第2の行列Σsと、前記s個の固有値と前記直交行列とから導出される第3の行列Usと、から導出される行列UsΣsUs Tであり、前記第2の行列は、前記対角行列の部分行列であって、前記s個の固有値を対角成分とする行列であり、前記第3の行列は、前記直交行列の部分行列であって、前記s個の固有値に対応する固有ベクトルを列成分ベクトルとする行列である。 The abnormality diagnosis device for a rolling mill spindle of the present invention includes: an acquisition means for acquiring measurement data indicating a force in a rolling direction applied to a chock used for rolling a metal plate using the rolling mill, the rolling mill including a roll used for rolling the metal plate and a chock supporting the roll; a determination means for determining a correction coefficient which is a coefficient in a modified autoregressive model based on the measurement data acquired by the acquisition means; and a diagnosis means for diagnosing an abnormality in the spindle connected to the roll and used for rotating the roll, based on the correction coefficient determined by the determination means, wherein the modified autoregressive model is an equation expressing a predicted value of the measurement data using actual values of the measurement data and the correction coefficient for the actual values, The determination means determines the correction coefficients using an equation in which a first matrix derived from a diagonal matrix having eigenvalues of the autocorrelation matrix derived by singular value decomposition of the autocorrelation matrix derived from the measurement data as diagonal components and an orthogonal matrix having eigenvectors of the autocorrelation matrix as column components is a coefficient matrix and an autocorrelation vector derived from the measurement data is a constant vector, the autocorrelation vector being a vector having autocorrelation of the measurement data from a time difference of 1 to m which is the number of the actual values used in the corrected autoregressive model as components, the autocorrelation matrix being a matrix having autocorrelation of the measurement data from a time difference of 0 to m-1 as components, and the first matrix being a second matrix Σ derived from s eigenvalues of the autocorrelation matrix and the diagonal matrix for s which is a set number equal to or greater than 1 and less than m. a matrix U s Σ s U s T derived from the s eigenvalues and the orthogonal matrix, the second matrix being a submatrix of the diagonal matrix and having the s eigenvalues as diagonal components, and the third matrix being a submatrix of the orthogonal matrix and having eigenvectors corresponding to the s eigenvalues as column component vectors.
本発明によれば、圧延機に含まれるロールに接続され、このロールの回転に用いられるスピンドルの異常をより精度よく診断することができる。 The present invention makes it possible to more accurately diagnose abnormalities in spindles that are connected to rolls included in a rolling mill and used to rotate the rolls.
<実施形態1>
以下、本発明の一実施形態について図面に基づいて説明する。
<
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(本実施形態の処理の概要)
本実施形態の情報処理装置800は、特許文献4に開示されている修正された自己回帰モデル(以下では、修正自己回帰モデルとする)の手法を用いて、圧延機の作業ロールに接続されたスピンドルにおける異常の診断を行う。作業ロールとは、圧延機において、直接的に金属板を圧延するロールである。スピンドルにおける異常とは、疵の有る状態、亀裂の有る状態、折損の有る状態、変形の有る状態、摩耗の有る状態、及びこれらが複合した状態等である。
(Overview of the processing of this embodiment)
The
(修正自己回帰モデル)
ここで、特許文献4に開示されている修正自己回帰モデルについて説明する。
時系列データyにおけるある時刻k(1≦k≦M)に対応する値をykとする。Mは、時系列データyがどの時刻までのデータを含むかを示す数である。ykを近似する自己回帰モデルは、例えば、以下の式1のようになる。式1に示すように、自己回帰モデルとは、時系列データにおけるある時刻k(m+1≦k≦M)のデータの予測値y^k(式において^はyの上に付けて表記)を、時系列データにおけるその時刻よりも前の時刻k-l(1≦l≦m)のデータの実績値yk-lを用いて表す式である。
(Modified autoregressive model)
Here, the modified autoregressive model disclosed in Patent Document 4 will be described.
A value corresponding to a certain time k (1≦k≦M) in the time series data y is denoted as yk . M is a number indicating up to what time the time series data y includes data. An autoregressive model approximating yk is, for example, as shown in the following
式1におけるαは、自己回帰モデルの係数である。また、mは、自己回帰モデルにおいてある時刻kにおける時系列データyの値であるykを、その時刻よりも前の過去幾つのデータを用いて近似するかを示すM未満の整数である。
続いて、最小二乗法を用いて、自己回帰モデルによる予測値y^kが実測値であるykに近似するための条件式を求める。自己回帰モデルによる予測値y^kが実測値であるykに近似するための条件として、式1で与えられるy^kとykとの二乗誤差を最小化することを考える。即ち、本実験では、自己回帰モデルによる予測値y^kをykに近似するために最小二乗法を用いる。以下の式2は、時系列データと自己回帰モデルによる予測値との二乗誤差を最小にするための条件式である。
In
Next, a conditional equation for approximating the predicted value y^ k by the autoregressive model to the measured value yk is obtained using the least squares method. As a condition for approximating the predicted value y^ k by the autoregressive model to the measured value yk , minimizing the squared error between y^ k and yk given by
式2より、以下の式3の関係を満たす。 From equation 2, the relationship in equation 3 below is satisfied.
また、式3を変形(行列表記)することで、以下の式4のようになる。 Furthermore, by transforming equation 3 (in matrix notation), we obtain the following equation 4.
式4におけるRjlは、時系列データyの自己相関と呼ばれるもので、以下の式5で定義される値である。このときの|j-l|を時差という。 R jl in Equation 4 is called the autocorrelation of the time series data y, and is a value defined by the following Equation 5. In this case, |j-l| is called the time difference.
式4を基に、以下の自己回帰モデルの係数に関する関係式である式6を考える。式6は、自己回帰モデルによる時系列データの予測値と、その予測値に対応する時刻における時系列データと、の誤差を最小化する条件から導出される方程式で、ユール・ウォーカー(Yule-Walker)方程式と呼ばれるものである。また、式6は自己回帰モデルの係数から成るベクトルを変数ベクトルとする線形方程式で、式6における左辺の定数ベクトルは、時差が1からmまでの時系列データの自己相関を成分とするベクトルで、以下では、自己相関ベクトルとする。また、式6における右辺の係数行列は、時差が0からm-1までの時系列データの自己相関を成分とする行列であり、以下では、自己相関行列とする。 Based on Equation 4, consider Equation 6, which is a relational equation related to the coefficients of the autoregressive model below. Equation 6 is an equation derived from the condition for minimizing the error between the predicted value of time series data by the autoregressive model and the time series data at the time corresponding to that predicted value, and is called the Yule-Walker equation. Equation 6 is also a linear equation whose variable vector is a vector made up of the coefficients of the autoregressive model, and the constant vector on the left side of Equation 6 is a vector whose components are the autocorrelation of time series data with time lags from 1 to m, hereinafter referred to as the autocorrelation vector. The coefficient matrix on the right side of Equation 6 is a matrix whose components are the autocorrelation of time series data with time lags from 0 to m-1, hereinafter referred to as the autocorrelation matrix.
また、式6における右辺の自己相関行列(Rjlで構成されるm×mの行列)を、以下の式7のように、自己相関行列Rと表記する。 Moreover, the autocorrelation matrix on the right side of Equation 6 (an m×m matrix composed of R jl ) is expressed as an autocorrelation matrix R as shown in Equation 7 below.
そして、自己相関行列Rの固有値の一部を用いて、時系列データyに含まれるノイズの影響が低減され、信号成分が強調される(SN比を高める)ように自己相関行列Rを書き換えることを行う。
まず、自己相関行列Rを特異値分解する。自己相関行列Rの要素は、対称であるので、自己相関行列Rを特異値分解すると以下の式8のように、直交行列Uと、対角行列Σと、直交行列Uの転置行列との積となる。
Then, using some of the eigenvalues of the autocorrelation matrix R, the autocorrelation matrix R is rewritten so that the effect of noise contained in the time-series data y is reduced and the signal components are emphasized (the signal-to-noise ratio is increased).
First, singular value decomposition is performed on the autocorrelation matrix R. Since the elements of the autocorrelation matrix R are symmetric, singular value decomposition of the autocorrelation matrix R results in a product of an orthogonal matrix U, a diagonal matrix Σ, and a transpose of the orthogonal matrix U, as shown in the following Equation 8.
式8の行列Σは、式9に示すように、対角成分が自己相関行列Rの固有値となる対角行列である。対角行列Σの対角成分を、σ11、σ22、・・・、σmmとする。また、行列Uは、各列成分ベクトルが自己相関行列Rの固有ベクトルとなる直交行列である。直交行列Uの列成分ベクトルを、u1、u2、・・・、umとする。自己相関行列Rの固有ベクトルujに対する固有値がσjjという対応関係が有る。自己相関行列Rの固有値は、自己回帰モデルによる時系列データの予測値の時間波形に含まれる各周波数の成分の強度の和に反映する変数である。 The matrix Σ in Equation 8 is a diagonal matrix whose diagonal components are eigenvalues of the autocorrelation matrix R, as shown in Equation 9. The diagonal components of the diagonal matrix Σ are σ 11 , σ 22 , ..., σ mm . The matrix U is an orthogonal matrix whose column component vectors are eigenvectors of the autocorrelation matrix R. The column component vectors of the orthogonal matrix U are u 1 , u 2 , ..., u m . There is a correspondence between the eigenvalue of the eigenvector u j of the autocorrelation matrix R and σ jj . The eigenvalue of the autocorrelation matrix R is a variable that reflects the sum of the intensities of the components of each frequency included in the time waveform of the predicted value of the time series data by the autoregressive model.
自己相関行列Rの特異値分解の結果得られる対角行列Σの対角成分であるσ11、σ22、・・・、σmmの値は、数式の表記を簡略にするために降順とする。これらの自己相関行列Rの固有値のうち、最大のものから1以上且つm未満の設定された数である使用固有値数s個の固有値を用いて、以下の式10のように、行列R’を定義する。行列R’は、自己相関行列Rの固有値のうち使用固有値数s個の固有値用いて自己相関行列Rを近似した行列である。 The values of σ 11 , σ 22 , ..., σ mm, which are the diagonal components of the diagonal matrix Σ obtained as a result of singular value decomposition of the autocorrelation matrix R, are arranged in descending order to simplify the notation of the formula. Matrix R' is defined as shown in the following formula 10 using s eigenvalues, which is a set number that is equal to or greater than 1 and less than m, from the largest eigenvalue of these eigenvalues of the autocorrelation matrix R. Matrix R' is a matrix obtained by approximating the autocorrelation matrix R using s eigenvalues, which is the number of eigenvalues used, from the eigenvalues of the autocorrelation matrix R.
式10における行列Usは、式8の直交行列Uの左からs個の列成分ベクトル(使用される固有値に対応する固有ベクトル)により構成されるm×s行列である。つまり、行列Usは、直交行列Uから左のm×sの要素を切り出して構成される部分行列である。また、Us
TはUsの転置行列であり、式8の行列UTの上からs個の行成分ベクトルにより構成されるs×m行列である。式10における行列Σsは、式8の対角行列Σの左からs個の列と上からs個の行により構成されるs×s行列である。つまり、行列Σsは、対角行列Σから左上のs×sの要素を切り出して構成される部分行列である。
行列Σs及び行列Usを行列要素表現すれば、以下の式11のようになる。
The matrix Us in Equation 10 is an m×s matrix composed of s column component vectors (eigenvectors corresponding to the eigenvalues used) from the left of the orthogonal matrix U in Equation 8. That is, the matrix Us is a submatrix composed of m×s elements from the left of the orthogonal matrix U. Also, UsT is a transposed matrix of Us , and is an s×m matrix composed of s row component vectors from the top of the matrix U T in Equation 8. The matrix Σs in Equation 10 is an s×s matrix composed of s columns from the left and s rows from the top of the diagonal matrix Σ in Equation 8. That is, the matrix Σs is a submatrix composed of s×s elements from the top left of the diagonal matrix Σ.
If the matrix Σ s and the matrix U s are expressed in terms of matrix elements, the following
自己相関行列Rの代わりに行列R’を用いることで、式6の関係式を、以下の式12のように書き換える。 By using matrix R' instead of autocorrelation matrix R, the relational equation in Equation 6 can be rewritten as Equation 12 below.
式12を変形することで、係数αを求める式13が得られる。式13によって求められた係数αを用いて、式1により予測値y^kを算出するモデルを「修正された自己回帰モデル(修正自己回帰モデル)」とする。修正自己回帰モデルでは、自己相関行列Rの固有値の一部のみを用いることで、ノイズの影響が低減された形で予測値y^kを求めることができる。
これまで対角行列Σの対角成分であるσ11、σ22、・・・、σmmの値を降順として説明したが、係数αの算出過程において対角行列Σの対角成分は降順である必要はなく、その場合には、行列Usは直交行列Uから左のm×sの要素を切り出すのではなく、使用される固有値に対応する列成分ベクトル(固有ベクトル)を切り出して構成される部分行列であり、行列Σsは対角行列Σから左上のs×sの要素を切り出すのではなく、使用される固有値を対角成分とするように切り出される部分行列である。
式13は、修正自己回帰モデルの係数の決定に利用される方程式である。式13の行列Usは、自己相関行列Rの特異値分解により得られる直交行列の部分行列であって、利用される固有値に対応する固有ベクトルを列成分ベクトルとする行列である第3の行列である。また、式13の行列Σsは、自己相関行列Rの特異値分解により得られる対角行列の部分行列であって、利用される固有値を対角成分とする行列である第2の行列である。そして、式13の行列UsΣsUs
Tは、行列Σsと行列Usとから導出される行列である第1の行列である。
Equation 12 is transformed to obtain Equation 13 for calculating the coefficient α. A model for calculating the predicted value y^
Up to this point, the diagonal components σ 11 , σ 22 , ..., σ mm of the diagonal matrix Σ have been described as being in descending order, but the diagonal components of the diagonal matrix Σ do not need to be in descending order in the process of calculating the coefficient α. In that case, the matrix U s is a submatrix constructed by extracting the column component vectors (eigenvectors) corresponding to the eigenvalues to be used, rather than extracting the left m × s elements from the orthogonal matrix U, and the matrix Σ s is a submatrix extracted so that the eigenvalues to be used are the diagonal components, rather than extracting the top left s × s elements from the diagonal matrix Σ.
Equation 13 is an equation used to determine the coefficients of the modified autoregressive model. The matrix Us in Equation 13 is a submatrix of an orthogonal matrix obtained by singular value decomposition of the autocorrelation matrix R, and is a third matrix that has eigenvectors corresponding to the eigenvalues to be used as column component vectors. The matrix Σs in Equation 13 is a submatrix of a diagonal matrix obtained by singular value decomposition of the autocorrelation matrix R, and is a second matrix that has diagonal components that are eigenvalues to be used. The matrix UsΣsUsT in Equation 13 is a first matrix that is derived from the matrix Σs and the matrix Us .
式13の右辺を計算することにより、修正自己回帰モデルの係数αが求まる。以上に、修正自己回帰モデルの係数の導出方法の一例について説明してきたが、その基となる自己回帰モデルの係数の導出については直感的に分かり易いように予測値に対して最小二乗法を用いる方法で説明した。しかしながら、一般的には確率過程という概念を用いて自己回帰モデルを定義し、その係数を導出する方法が知られている。その場合に、自己相関は確率過程(母集団)の自己相関で表現されており、この確率過程の自己相関は時差の関数として表されるものである。従って、本実施形態における時系列データの自己相関は、確率過程の自己相関を近似するものであれば他の計算式で算出した値に代えても良く、例えば、R22~Rmmは時差が0の自己相関であるが、これらをR11に置き換えても良い。 The coefficient α of the modified autoregressive model is obtained by calculating the right side of Equation 13. An example of a method for deriving the coefficient of the modified autoregressive model has been described above, and the derivation of the coefficient of the autoregressive model on which it is based has been described using the least squares method for the predicted value for intuitive ease of understanding. However, a method is generally known in which an autoregressive model is defined using the concept of a stochastic process and its coefficient is derived. In that case, the autocorrelation is expressed as the autocorrelation of a stochastic process (population), and the autocorrelation of this stochastic process is expressed as a function of the time difference. Therefore, the autocorrelation of the time series data in this embodiment may be replaced with a value calculated by another calculation formula as long as it approximates the autocorrelation of the stochastic process. For example, R 22 to R mm are autocorrelations with a time difference of 0, but these may be replaced with R 11 .
(実験)
金属板の圧延に用いられる圧延機の作業ロールのチョックに対してかかる圧延方向の力(以下では、圧延方向力とする)は、対応するチョックに対して圧延方向への荷重が生じない限り計測されない物理量である。チョックとは、圧延機のロールを支持する軸受と、この軸受を保持する機構と、を含む機構である。そのため、発明者らは、圧延方向力を、音響や振動に比べてノイズが生じにくい物理量であると考えた。そこで、発明者らは、圧延機を用いた金属板の圧延の際に圧延機の作業ロールのチョックに対してかかる圧延方向力を予測する修正自己回帰モデルの係数に基づいて、この圧延機の作業ロールに接続されたスピンドルの異常を診断できるのではないかとの着想を得た。
発明者らは、得た着想の実効性を検証するための実験を行った。以下では、この実験の詳細について説明する。
(experiment)
The rolling direction force acting on the chocks of the work rolls of a rolling mill used in rolling a metal plate (hereinafter referred to as the rolling direction force) is a physical quantity that is not measured unless a load in the rolling direction is applied to the corresponding chock. A chock is a mechanism that includes a bearing that supports the rolls of the rolling mill and a mechanism that holds the bearing. Therefore, the inventors considered that the rolling direction force is a physical quantity that is less likely to generate noise compared to sound and vibration. Therefore, the inventors came up with the idea that it may be possible to diagnose an abnormality in a spindle connected to the work rolls of the rolling mill based on the coefficients of a modified autoregressive model that predicts the rolling direction force acting on the chocks of the work rolls of the rolling mill when rolling a metal plate using the rolling mill.
The inventors conducted an experiment to verify the effectiveness of the obtained idea. The details of this experiment are described below.
まず、図1、2を用いて本実験に用いた圧延機(以下では、使用圧延機)について説明する。
図1には、使用圧延機における作業ロールの周囲の機構をワークサイド側の側面(図2の矢印210が示す方向)から見た様子が示されている。ドライブサイドとは、回転軸方向における作業ロールの両端のうち、作業ロールの回転に用いられるモータが配置されている側である。ワークサイドとは、回転軸方向における作業ロールの両端のうち、ドライブサイドの反対側である。
また、図2には、図1に示される平面110で図1に示される機構を切断した際の断面が示される。
First, the rolling mill used in this experiment (hereinafter, referred to as the "used rolling mill") will be described with reference to Figs.
1 shows the mechanism around the work rolls of the rolling mill in use as viewed from the work side (the direction indicated by the
2 shows a cross section of the mechanism shown in FIG. 1 taken along a
ロール100、105それぞれは、使用圧延機における作業ロールである。作業ロールとは、金属板を直接的に圧延するロールである。即ち、ロール100と105とは、金属板を挟み込んだ状態で、回転することで、協働して金属板を圧延する。また、ロール100、105それぞれの回転軸方向における両端部は、金属板の直接的な圧延を行う部分に比べて径が細くなっており、チョックにより支持される。
スピンドル202は、ロール100にトルクを伝達する機構であり、ロール100のドライブサイド側の端部にジョインを介して接続されている。ロール100は、スピンドル202から伝達されたトルクにより回転する。また、スピンドル204は、ロール105にトルクを伝達する機構であり、ロール105のドライブサイド側の端部にジョインを介して接続されている。ロール105は、スピンドル204から伝達されたトルクにより回転する。モータ201は、スピンドル202を回転させるモータであり、スピンドル202を回転させることで、ロール100を回転させる。モータ203は、スピンドル204を回転させるモータであり、スピンドル204を回転させることで、ロール105を回転させる。
チョック101Wは、ロール100の回転軸方向のワークサイド側の端部を支持するチョックである。チョック101Dは、ロール100の回転軸方向のドライブサイド側の端部を支持するチョックである。チョック106Wは、ロール105の回転軸方向のワークサイド側の端部を支持するチョックである。チョック106Dは、ロール105の回転軸方向のドライブサイド側の端部を支持するチョックである。
Each of the
The
The
チョック101Wの圧延方向の両端(金属板の出側及び入側)には、それぞれ荷重検出装置102W、103Wが配置されている。また、チョック101Dの圧延方向の両端には、それぞれ荷重検出装置102D、103Dが配置されている。チョック106Wの圧延方向の両端(金属板の出側及び入側)には、それぞれ荷重検出装置107W、108Wが配置されている。また、チョック106Dの圧延方向の両端には、それぞれ荷重検出装置107D、108Dが配置されている。
荷重検出装置102W、103Wそれぞれは、チョック101Wと、圧延機における固定部と、の間に挟み込まれており、チョック101Wに係る圧延方向の荷重を検出する。荷重検出装置102D、103Dそれぞれは、チョック101Dと、圧延機における固定部と、の間に挟み込まれており、チョック101Dに係る圧延方向の荷重を検出する。荷重検出装置107W、108Wそれぞれは、チョック106Wと、圧延機における固定部と、の間に挟み込まれており、チョック106Wに係る圧延方向の荷重を検出する。荷重検出装置107D、108Dそれぞれは、チョック106Dと、圧延機における固定部と、の間に挟み込まれており、チョック106Dに係る圧延方向の荷重を検出する。
Each of the
計測装置104Wは、荷重検出装置102Wと荷重検出装置103Wとにより検出されたチョック101Wに対して係る圧延方向の荷重から、チョック101Wに対して係る圧延方向力を計測する計測装置である。計測装置104Dは、荷重検出装置102Dと荷重検出装置103Dとにより検出されたチョック101Dに対して係る圧延方向の荷重から、チョック101Dに対して係る圧延方向力を計測する計測装置である。
計測装置109Wは、荷重検出装置107Wと荷重検出装置108Wとにより検出されたチョック106Wに対して係る圧延方向の荷重から、チョック106Wに対して係る圧延方向力を計測する計測装置である。計測装置109Dは、荷重検出装置107Dと荷重検出装置108Dとにより検出されたチョック106Dに対して係る圧延方向の荷重から、チョック106Dに対して係る圧延方向力を計測する計測装置である。
なお、ワークサイドから見た状況を示す図1には、チョック101D、荷重検出装置102D、荷重検出装置103D、計測装置104D、チョック106D、荷重検出装置107D、荷重検出装置108D、計測装置109Dそれぞれは、図示されない。
The measuring
The measuring
In addition, in FIG. 1 which shows the situation as viewed from the work side, the
発明者らは、スピンドル204として、経年劣化した状態(折損が予想されている時点よりも設定された期間だけ前の時点における状態)のスピンドル(以下では、劣化スピンドルとする)を用いて、以下の作業を行った。なお、本実験では、スピンドル202は、正常な状態(異常がなく経年劣化もしていない状態)のスピンドル(以下では、正常スピンドルとする)である。
発明者らは、スピンドル204が劣化スピンドルである使用圧延機を用いた金属板の圧延が行われている際に、計測装置104W、104D、109W、109Dそれぞれを用いて、チョック101W、101D、106W、106Dに係る圧延方向力を26[ms(ミリ秒)]周期で周期的に計測した。これにより、発明者らは、チョック101W、101D、106W、106Dそれぞれについて、周期的に計測された圧延方向力の計測データを取得した。以下では、計測装置109Dを用いて計測された計測データを、第1計測データとする。また、以下では、計測装置109Wを用いて計測された計測データを、第2計測データとする。また、以下では、計測装置104Dを用いて計測された計測データを、第3計測データとする。また、以下では、計測装置104Wを用いて計測された計測データを、第4計測データとする。
The inventors performed the following operations using a spindle (hereinafter referred to as a deteriorated spindle) in a deteriorated state (a state at a point in time a set period before the point in time when breakage is predicted) as the
The inventors measured the rolling direction forces of the
発明者らは、時系列データである第2計測データをyとおき、式5、式7を用いて、自己相関行列Rを生成し、生成したRを特異値分解した。本実験では、mの値は、100として、Mの値は、2000とした。即ち、第1計測データ~第4計測データそれぞれには、M個以上のデータが含まれており、M回以上の圧延方向力の計測がなされている。
図3は、第2計測データをyとおき、式5、式7を用いて生成された自己相関行列Rを特異値分解した際に得られた固有値の分布の一例を示す図である。図3のグラフの横軸は、固有値のインデックスを示す。また、図3のグラフの縦軸は、固有値の値を示す。
発明者らは、図3のグラフを確認し、他の固有値よりも顕著に高い1つの固有値が存在していることに気付いた。そこで、発明者らは、本実験において、修正自己回帰モデルに用いる固有値の数(s)の値を1とした。
The inventors defined the second measurement data, which is time-series data, as y, generated an autocorrelation matrix R using Equation 5 and Equation 7, and performed singular value decomposition on the generated R. In this experiment, the value of m was set to 100, and the value of M was set to 2000. That is, each of the first to fourth measurement data includes M or more pieces of data, and the rolling direction force is measured M or more times.
Fig. 3 is a diagram showing an example of a distribution of eigenvalues obtained by performing singular value decomposition on the autocorrelation matrix R generated using Equation 5 and Equation 7, with the second measurement data being y. The horizontal axis of the graph in Fig. 3 indicates the index of the eigenvalue. The vertical axis of the graph in Fig. 3 indicates the value of the eigenvalue.
The inventors, upon checking the graph in Fig. 3, noticed that there was one eigenvalue that was significantly higher than the other eigenvalues, and therefore set the number of eigenvalues (s) used in the modified autoregressive model to 1 in this experiment.
そして、発明者らは、取得した4つの計測データ(第1計測データ~第4計測データ)のそれぞれについて、以下のようにして、対応するチョックにかかる圧延方向の力のデータを再現する修正自己回帰モデルを決定した。
即ち、発明者らは、時系列データである計測データを、yとおき、式5、式7を用いて、自己相関行列Rを生成した。そして、発明者らは、生成したRを特異値分解し、得られた固有値のうちのs(1)個の固有値を用いて、式5、式11、式13を用いて、修正自己回帰モデルの係数(α1~αm)を求めた。ここで求められた係数を式1に代入することで、圧延方向力の実績値から、圧延方向力の予測値を求めるための修正自己回帰モデルが得られることとなる。
以下では、第1計測データから求められた修正自己回帰モデルの係数(α1~αm)を、第1係数とする。また、以下では、第2計測データから求められた修正自己回帰モデルの係数(α1~αm)を、第2係数とする。また、以下では、第3計測データから求められた修正自己回帰モデルの係数(α1~αm)を、第3係数とする。また、以下では、第4計測データから求められた修正自己回帰モデルの係数(α1~αm)を、第4係数とする。
発明者らが第1係数~第4係数を求めた後で、使用圧延機は、稼働を続けた。そして、発明者らは、スピンドル204に折損が生じたことを確認した。
Then, the inventors determined a modified autoregressive model for reproducing the data of the force in the rolling direction applied to the corresponding chock for each of the four acquired measurement data (first measurement data to fourth measurement data) as follows.
That is, the inventors defined the measurement data, which is time-series data, as y, and generated an autocorrelation matrix R using formulas 5 and 7. Then, the inventors subjected the generated R to singular value decomposition, and used s (1) eigenvalues among the obtained eigenvalues to obtain coefficients (α 1 to α m ) of the modified autoregressive
In the following, the coefficients ( α1 to αm ) of the modified autoregressive model calculated from the first measurement data are referred to as the first coefficients. In the following, the coefficients ( α1 to αm ) of the modified autoregressive model calculated from the second measurement data are referred to as the second coefficients. In the following, the coefficients ( α1 to αm ) of the modified autoregressive model calculated from the third measurement data are referred to as the third coefficients. In the following, the coefficients ( α1 to αm ) of the modified autoregressive model calculated from the fourth measurement data are referred to as the fourth coefficients.
After the inventors determined the first to fourth coefficients, the rolling mill continued to operate. Then, the inventors confirmed that the
また、発明者らは、スピンドル204として、正常スピンドルを用いて、同様の作業を行った。
即ち、発明者らは、スピンドル204が正常スピンドルである使用圧延機を用いた金属板の圧延が行われている際に、計測装置104W、104D、109W、109Dそれぞれを用いて、チョック101W、101D、106W、106Dに係る圧延方向力を26[ms(ミリ秒)]周期で周期的に計測した。これにより、発明者らは、チョック101W、101D、106W、106Dそれぞれについて、周期的に計測された圧延方向力の計測データを取得した。以下では、計測装置109Dを用いて計測された計測データを、第5計測データとする。また、以下では、計測装置109Wを用いて計測された計測データを、第6計測データとする。また、以下では、計測装置104Dを用いて計測された計測データを、第7計測データとする。また、以下では、計測装置104Wを用いて計測された計測データを、第8計測データとする。
The inventors also carried out the same operation using a normal spindle as the
That is, the inventors periodically measured the rolling direction forces related to the
そして、発明者らは、取得した4つの計測データ(第5計測データ~第8計測データ)のそれぞれについて、以下のようにして、対応するチョックにかかる圧延方向の力のデータを再現する修正自己回帰モデルを決定した。
即ち、発明者らは、時系列データである計測データを、yとおき、式5、式7を用いて、自己相関行列Rを生成した。そして、発明者らは、生成したRを特異値分解し、得られた固有値のうちのs(1)個の固有値を用いて、式5、式11、式13を用いて、修正自己回帰モデルの係数(α1~αm)を求めた。ここで求められた係数を式1に代入することで、圧延方向力の実績値から、圧延方向力の予測値を求めるための修正自己回帰モデルが得られることとなる。
以下では、第5計測データから求められた修正自己回帰モデルの係数(α1~αm)を、第5係数とする。また、以下では、第6計測データから求められた修正自己回帰モデルの係数(α1~αm)を、第6係数とする。また、以下では、第7計測データから求められた修正自己回帰モデルの係数(α1~αm)を、第7係数とする。また、以下では、第8計測データから求められた修正自己回帰モデルの係数(α1~αm)を、第8係数とする。
Then, the inventors determined a modified autoregressive model for reproducing the data of the force in the rolling direction applied to the corresponding chock for each of the acquired four pieces of measurement data (the fifth to eighth measurement data) in the following manner.
That is, the inventors defined the measurement data, which is time-series data, as y, and generated an autocorrelation matrix R using formulas 5 and 7. Then, the inventors subjected the generated R to singular value decomposition, and used s (1) eigenvalues among the obtained eigenvalues to obtain coefficients (α 1 to α m ) of the modified autoregressive
In the following, the coefficients ( α1 to αm ) of the modified autoregressive model calculated from the fifth measurement data are referred to as the fifth coefficients. In the following, the coefficients ( α1 to αm ) of the modified autoregressive model calculated from the sixth measurement data are referred to as the sixth coefficients. In the following, the coefficients ( α1 to αm ) of the modified autoregressive model calculated from the seventh measurement data are referred to as the seventh coefficients. In the following, the coefficients ( α1 to αm ) of the modified autoregressive model calculated from the eighth measurement data are referred to as the eighth coefficients.
図4、図5を用いて、第1係数~第8係数それぞれについて説明する。
図4の各グラフは、スピンドル204が劣化スピンドルである使用圧延機の各チョックについての圧延方向力の計測データから求められた修正自己回帰モデルの係数(第1係数~第4係数)のパターンを示すグラフである。修正自己回帰モデルの係数のパターンとは、この係数の成分を並べた際の形状を示す情報である。図5の各グラフは、スピンドル204が正常スピンドルである使用圧延機の各チョックについての圧延方向力の計測データから求められた修正自己回帰モデルの係数(第5係数~第8係数)のパターンを示すグラフである。図4、図5の各グラフの横軸は、係数のインデックスを示す。また、図4、図5の各グラフの縦軸は、係数の値を示す。
The first to eighth coefficients will be described with reference to FIG. 4 and FIG.
Each graph in FIG. 4 is a graph showing a pattern of coefficients (first coefficient to fourth coefficient) of a modified autoregressive model obtained from measurement data of rolling direction force for each chock of a rolling mill in which the
図4(a)のグラフは、第1係数のパターンを示すグラフである。図4(b)のグラフは、第2係数のパターンを示すグラフである。図4(c)のグラフは、第3係数のパターンを示すグラフである。図4(d)のグラフは、第4係数のパターンを示すグラフである。
図5(a)のグラフは、第5係数のパターンを示すグラフである。図5(b)のグラフは、第6係数のパターンを示すグラフである。図5(c)のグラフは、第7係数のパターンを示すグラフである。図5(d)のグラフは、第8係数のパターンを示すグラフである。
The graph in Fig. 4(a) shows the pattern of the first coefficient, the graph in Fig. 4(b) shows the pattern of the second coefficient, the graph in Fig. 4(c) shows the pattern of the third coefficient, and the graph in Fig. 4(d) shows the pattern of the fourth coefficient.
The graph in Fig. 5(a) shows the pattern of the fifth coefficient, the graph in Fig. 5(b) shows the pattern of the sixth coefficient, the graph in Fig. 5(c) shows the pattern of the seventh coefficient, and the graph in Fig. 5(d) shows the pattern of the eighth coefficient.
図4(a)のグラフと図5(a)のグラフとは、共に、チョック106Dについての圧延方向力の計測データから求められた修正自己回帰モデルの係数のパターンを示す。図4(b)のグラフと図5(b)のグラフとは、共に、チョック106Wについての圧延方向力の計測データから求められた修正自己回帰モデルの係数のパターンを示す。図4(c)のグラフと図5(c)のグラフとは、共に、チョック101Dについての圧延方向力の計測データから求められた修正自己回帰モデルの係数のパターンを示す。図4(d)のグラフと図5(d)のグラフとは、共に、チョック101Wについての圧延方向力の計測データから求められた修正自己回帰モデルの係数のパターンを示す。
The graphs in FIG. 4(a) and FIG. 5(a) both show the pattern of coefficients of the modified autoregressive model obtained from the measurement data of the rolling direction force for
発明者らは、図4(b)のグラフと図5(b)のグラフとを見比べてみて、図4(b)のグラフが図5(b)のグラフと比べて顕著に揺らいでいる波形を示していることに気付いた。また、発明者らは、図4(a)のグラフと図5(a)のグラフとを見比べてみて、図4(b)のグラフと図5(b)のグラフとの違い程ではないが、図4(a)のグラフが図5(a)のグラフと比べて揺らいでいる波形を示していることに気付いた。また、発明者らは、図4(c)のグラフと図5(c)のグラフとを見比べてみて、図4(b)のグラフと図5(b)のグラフとの違い程ではないが、図4(c)のグラフが図5(c)のグラフと比べて揺らいでいる波形を示していることに気付いた。発明者らは、図4(d)のグラフと図5(d)のグラフとを見比べてみて、図4(b)のグラフと図5(b)のグラフとの違い程ではないが、図4(d)のグラフが図5(d)のグラフと比べて揺らいでいる波形を示していることに気付いた。 The inventors compared the graphs of FIG. 4(b) and FIG. 5(b) and noticed that the graph of FIG. 4(b) shows a waveform that fluctuates significantly more than the graph of FIG. 5(b). The inventors also compared the graphs of FIG. 4(a) and FIG. 5(a) and noticed that the graph of FIG. 4(a) shows a waveform that fluctuates more than the graph of FIG. 5(a), although not as much as the difference between the graphs of FIG. 4(b) and FIG. 5(b). The inventors also compared the graphs of FIG. 4(c) and FIG. 5(c) and noticed that the graph of FIG. 4(c) shows a waveform that fluctuates more than the graph of FIG. 5(c), although not as much as the difference between the graphs of FIG. 4(b) and FIG. 5(b). The inventors compared the graphs in Figures 4(d) and 5(d) and noticed that the graph in Figure 4(d) exhibited a waveform that fluctuated more than the graph in Figure 5(d), although the difference was not as great as the difference between the graphs in Figures 4(b) and 5(b).
発明者らは、劣化スピンドルにより回転するロール105のワークサイド側のチョック106Wについての圧延方向力から求められた第2係数が、第6係数と比べて顕著に揺らいでいる波形を示していることを確認した。これにより、発明者らは、チョック106Wにかかる圧延方向力の計測データから求められた修正自己回帰モデルの係数のパターンに、スピンドル204における異常が示されることを確認した。また、発明者らは、劣化スピンドルにより回転するロール105のドライブサイド側のチョック106Dについての圧延方向力から求められた第1係数と第5係数との違いが、第2係数と第6係数との違い程大きくないのは、スピンドル204にチョック106Dの圧延方向の動きが拘束されているためであると推察した。
また、発明者らは、その他のチョックについての圧延方向から求められた係数の揺らぎは、スピンドルの交換前後における設備使用による設備のガタ等を表しているものと考えた。
The inventors confirmed that the second coefficient calculated from the rolling direction force on the
The inventors also considered that the fluctuations in the coefficients found in the rolling direction for the other chocks represented the backlash of the equipment caused by the use of the equipment before and after the replacement of the spindle.
本実験では、図1で図示していないが、チョック106Dの上端及び下端にはそれぞれ荷重検出装置が配置されている。また、これらの荷重検出装置には、これらの荷重検出装置により検出された荷重からチョック106Dに対して係る重力方向の力(以下では、重力方向力とする)を計測する計測装置(以下では、第1重力方向力計測装置とする)が接続されている。また、チョック106Wについても同様に、上端及び下端にはそれぞれ荷重検出装置が配置されている。また、これらの荷重検出装置には、これらの荷重検出装置により検出された荷重からチョック106Wに対して係る重力方向の力を計測する計測装置(以下では、第2重力方向力計測装置とする)が接続されている。
In this experiment, although not shown in FIG. 1, load detection devices are disposed at the upper and lower ends of the
発明者らは、スピンドル204として劣化スピンドルを用いて、第1計測データ~第4計測データを取得した際に、更に、第1重力方向計測装置、第2重力方向計測装置を用いて、26[ms]周期で周期的にチョック106D、チョック106Wに係る重力方向力を計測した。以下では、第1重力方向計測装置を用いて計測された計測データを、第9計測データとする。また、以下では、第2重力方向計測装置を用いて計測された計測データを、第10計測データとする。
また、発明者らは、スピンドル204として正常スピンドルを用いて、第5計測データ~第8計測データを取得した際に、更に、第1重力方向計測装置、第2重力方向計測装置を用いて、26[ms]周期で周期的にチョック106D、チョック106Wに係る重力方向力を計測した。以下では、第1重力方向計測装置を用いて計測された計測データを、第11計測データとする。また、以下では、第2重力方向計測装置を用いて計測された計測データを、第12計測データとする。
When the inventors obtained the first to fourth measurement data using a deteriorated spindle as the
Furthermore, when the inventors obtained the fifth to eighth measurement data using a normal spindle as the
発明者らは、第9計測データ~第12計測データの4つの計測データそれぞれについて、以下のようにして、対応するチョックにかかる圧延方向の力のデータを再現する修正自己回帰モデルを決定した。
即ち、発明者らは、時系列データである計測データを、yとおき、式5、式7を用いて、自己相関行列Rを生成した。そして、発明者らは、生成したRを特異値分解し、得られた固有値のうちのs(1)個の固有値を用いて、式5、式11、式13を用いて、修正自己回帰モデルの係数(α1~αm)を求めた。
以下では、第9計測データから求められた修正自己回帰モデルの係数(α1~αm)を、第9係数とする。また、以下では、第10計測データから求められた修正自己回帰モデルの係数(α1~αm)を、第10係数とする。また、以下では、第11計測データから求められた修正自己回帰モデルの係数(α1~αm)を、第11係数とする。また、以下では、第12計測データから求められた修正自己回帰モデルの係数(α1~αm)を、第12係数とする。
The inventors determined a modified autoregressive model for reproducing the data of the force in the rolling direction applied to the corresponding chock for each of the four pieces of measurement data, the ninth measurement data to the twelfth measurement data, as follows.
That is, the inventors defined the measurement data, which is time-series data, as y, and generated an autocorrelation matrix R using equations 5 and 7. The inventors then subjected the generated R to singular value decomposition, and used s(1) eigenvalues among the obtained eigenvalues to find the coefficients (α 1 to α m ) of the corrected autoregressive
In the following, the coefficients ( α1 to αm ) of the modified autoregressive model calculated from the ninth measurement data are referred to as the ninth coefficients. Furthermore, in the following, the coefficients ( α1 to αm ) of the modified autoregressive model calculated from the tenth measurement data are referred to as the tenth coefficients. Furthermore, in the following, the coefficients ( α1 to αm ) of the modified autoregressive model calculated from the eleventh measurement data are referred to as the eleventh coefficients. Furthermore, in the following, the coefficients ( α1 to αm ) of the modified autoregressive model calculated from the twelfth measurement data are referred to as the twelfth coefficients.
図6の各グラフは、第9係数~第12係数それぞれのパターンを示すグラフである。図6の各グラフの横軸は、係数のインデックスを示す。また、図6の各グラフの縦軸は、係数の値を示す。
図6(a)のグラフは、第9係数のパターンを示すグラフである。図6(b)のグラフは、第10係数のパターンを示すグラフである。図6(c)のグラフは、第11係数のパターンを示すグラフである。図6(d)のグラフは、第12係数のパターンを示すグラフである。
図6(a)のグラフと図6(c)のグラフとは、共に、チョック106Dについての重力方向力の計測データから求められた修正自己回帰モデルの係数のパターンを示す。図6(b)のグラフと図6(d)のグラフとは、共に、チョック106Wについての重力方向力の計測データから求められた修正自己回帰モデルの係数のパターンを示す。
Each graph in Fig. 6 shows a pattern for each of the 9th to 12th coefficients. The horizontal axis of each graph in Fig. 6 shows the index of the coefficient. The vertical axis of each graph in Fig. 6 shows the value of the coefficient.
The graph in Fig. 6(a) shows the pattern of the 9th coefficient. The graph in Fig. 6(b) shows the pattern of the 10th coefficient. The graph in Fig. 6(c) shows the pattern of the 11th coefficient. The graph in Fig. 6(d) shows the pattern of the 12th coefficient.
The graphs in Figures 6(a) and 6(c) both show the coefficient patterns of the modified autoregressive model calculated from the measurement data of the gravity-direction force for the
発明者らは、図6(a)と図6(c)とを見比べてみて顕著な違いがみられないことを確認した。また、発明者らは、図6(b)と図6(d)とを見比べてみて顕著な違いがみられないことを確認した。
このため、発明者らは、チョックについての重力方向力の計測データから求められた修正自己回帰モデルの係数のパターンには、スピンドルの異常が示されていないことを確認した。
The inventors confirmed that there is no significant difference between Figure 6(a) and Figure 6(c) and also confirmed that there is no significant difference between Figure 6(b) and Figure 6(d).
For this reason, the inventors confirmed that the pattern of coefficients of the modified autoregressive model obtained from the measurement data of the gravity-direction force on the chocks did not indicate any abnormality in the spindle.
チョックについての圧延方向力の計測データから求められた修正自己回帰モデルの係数のパターンには、スピンドルの異常が示されることを確認した発明者らは、スピンドルの異常を診断する方法(以下では、着想方法とする)を着想した。
以下に着想方法の概要を説明する。
作業ロールのスピンドルが正常である圧延機が金属板の圧延に用いられている際に、作業ロールを支持するチョックについて、圧延方向力の計測データを取得する。そして、取得した計測データそれぞれから修正自己回帰モデルの係数αを示す非負値の行列を、教師基底行列として特定する。
そして、作業ロールに接続されたスピンドルの状態が不知となった圧延機のチョックについての圧延方向力の計測データから修正自己回帰モデルの係数αを求めて、求めた係数αを示す非負値のデータを格納する行列を、教師基底行列と、教師基底の重み行列と、この行列から抽出される基底を示す抽出基底行列と、抽出基底の重み行列と、に非負値行列因子分解する。そして、教師基底の重み行列と抽出基底の重み行列との比較結果と、抽出基底行列と教師基底行列との比較結果と、からスピンドルの状態が教師基底行列に対応する状態(正常な状態)であるか否かを診断する。以上が、着想方法の概要である。
The inventors, who confirmed that a pattern of coefficients of a modified autoregressive model obtained from measurement data of the rolling direction force on the chock indicates an abnormality in the spindle, came up with a method for diagnosing an abnormality in the spindle (hereinafter, referred to as an idea method).
The concept behind this method is outlined below.
When a rolling mill with a normal work roll spindle is used to roll a metal plate, measurement data of the rolling direction force for the chock supporting the work roll is acquired. Then, from each of the acquired measurement data, a non-negative matrix indicating the coefficient α of the modified autoregressive model is identified as a teacher basis matrix.
Then, the coefficient α of the modified autoregressive model is obtained from the measurement data of the rolling direction force for the chock of the rolling mill in which the state of the spindle connected to the work roll is unknown, and a matrix storing non-negative data indicating the obtained coefficient α is subjected to non-negative matrix factorization into a teacher basis matrix, a weight matrix of the teacher basis, an extracted basis matrix indicating the basis extracted from this matrix, and a weight matrix of the extracted basis. Then, based on the comparison result between the weight matrix of the teacher basis and the weight matrix of the extracted basis and the comparison result between the extracted basis matrix and the teacher basis matrix, it is diagnosed whether the state of the spindle is a state corresponding to the teacher basis matrix (normal state) or not. This is the outline of the concept method.
そこで、発明者らは、着想方法の実効性を検証するため、以下のような実験を行った。
発明者らは、チョック106D、チョック106W、チョック101D、チョック101Wそれぞれを順次、圧延方向力の計測対象のチョック(以下では、計測対象チョックとする)として、以下の作業を行った。
発明者らは、国際公開第2019/026980号に記載された非負値行列因子分解を用いることで、第5係数~第8係数のうちの計測対象チョックに対応する係数のパターンを示すデータを格納するm(100)×1の行列を、正常な状態に対応する係数を示す行列である教師基底行列Fとして決定した。
Therefore, the inventors conducted the following experiment to verify the effectiveness of the ideation method.
The inventors performed the following operations by sequentially using the
The inventors used the non-negative matrix factorization described in WO 2019/026980 to determine an m (100) × 1 matrix that stores data indicating a pattern of coefficients corresponding to the chocks to be measured among the fifth to eighth coefficients. The matrix was determined as the teacher basis matrix F, which is a matrix indicating coefficients corresponding to a normal state.
また、発明者らは、スピンドル202が正常スピンドルであり、スピンドル204が劣化スピンドルである使用圧延機が金属板の圧延を行っている際に、計測対象チョックについて、圧延方向力を26[ms]周期で周期的にM回以上計測する作業をq’回行った。本実験では、q’は1である。これにより、発明者らは、q’個の計測データを取得した。
そして、発明者らは、取得したq’個の計測データそれぞれについて、計測データを、yとおき、式5、式7を用いて、自己相関行列Rを生成した。そして、発明者らは、生成したRを特異値分解し、得られた固有値のうちのs(1)個の固有値を用いて、式5、式11、式13を用いて、修正自己回帰モデルの係数(α1~αm)を求めた。そして、発明者らは、以下の式14を用いて、求めた係数の各要素を格納するm(100)×q’(1)のデータ行列Ydを定めた。
In addition, the inventors performed q' times of measuring the rolling direction force of the measurement target chock periodically at least M times at a cycle of 26 [ms] while the rolling mill in use, in which the
The inventors then defined the measurement data as y for each of the acquired q' pieces of measurement data, and generated an autocorrelation matrix R using equations 5 and 7. The inventors then subjected the generated R to singular value decomposition, and used s(1) eigenvalues among the obtained eigenvalues to determine the coefficients (α 1 to α m ) of the corrected autoregressive
式14の行列の各列のデータは、取得されたq’個の修正自己回帰モデルの係数αそれぞれを示すデータである。即ち、αi、jは、q’個の修正自己回帰モデルの係数αのうちのj個目の係数αにおけるi番目の要素を示す。本実験では、q’が1であるため、Ydには、求められた修正自己回帰モデルの係数(α1~αm)が、それぞれα1、1~αm、1として格納されることとなる。
本実験では、このデータ行列Ydを、非負値の複数の行列に分解する。データ行列Ydを非負値の複数の行列に分解するためには、行列Ydの各列の係数αのパターンを変えずに、行列Yd自体の各成分を、非負値にするよう調整する必要がある。そこで、発明者らは、行列Ydの成分の最小値を、データ行列Ydの各成分から減算することで、データ行列Ydの各成分が必ず非負値となるようにした。調整後のデータ行列Ydの各列には、修正自己回帰モデルにおける係数αのパターンを示す非負値のデータが格納されていることとなる。
発明者らは、以下の式15に示すように、調整後のデータ行列Ydを、複数の非負値行列に分解した。より具体的には、発明者らは、Ydを、それぞれ非負値行列である、教師基底行列Fと、教師基底に対する重みを示す教師重み行列Gと、データ行列Ydから抽出される基底である抽出基底を示す抽出基底行列Qと、抽出基底に対する重みを示す抽出重み行列Wと、に分解した。YdをFとGとQとWとに分解する処理は、以下のような処理とみなすことができる。即ち、Ydの各列に格納された係数αのデータを、教師基底が示すパターンと、それ以外のパターンと、の重み付けの足し合わせとして分解する処理とみなすことができる。
本実験では、Fは、m(100)×1のサイズの行列であり、Gは、1×q’(1)のサイズの行列(本実験では、スカラー値)である。Qは、m(100)×(データ行列から抽出される基底の数を示す数n(本実験では、1とした))のサイズの行列である。Wは、n(1)×q’(1)のサイズの行列(本実験では、スカラー値)である。なお、以下の説明では、教師基底行列Fを教師基底ベクトルFとも称し、教師重み行列Gを重み係数Gとも称する。また、nが1である場合に、抽出基底行列Qを抽出基底ベクトルQとも称し、抽出重み行列Wを重み係数Wとも称する。
Gにおける第j列の要素の値は、調整後のデータ行列Ydの第j列に格納された係数αのパターンを示すデータに含まれる教師基底の成分の重みを示す。Wにおける第i行第j列の要素の値は、調整後のデータ行列Ydの第j列に格納された係数αのパターンを示すデータに含まれるQの第i列に格納された抽出基底の成分の重みを示す。
The data in each column of the matrix of Equation 14 indicates each of the coefficients α of the q' corrected autoregressive models obtained. That is, α i , j indicates the i-th element of the j-th coefficient α among the coefficients α of the q' corrected autoregressive models. In this experiment, since q' is 1, the coefficients (α 1 to α m ) of the corrected autoregressive model obtained are stored in Y d as α 1,1 to α m , 1 , respectively.
In this experiment, the data matrix Yd is decomposed into multiple matrices of non-negative values. In order to decompose the data matrix Yd into multiple matrices of non-negative values, it is necessary to adjust each component of the matrix Yd itself to a non-negative value without changing the pattern of the coefficient α of each column of the matrix Yd . Therefore, the inventors ensured that each component of the data matrix Yd is a non-negative value by subtracting the minimum value of the components of the matrix Yd from each component of the data matrix Yd . Each column of the adjusted data matrix Yd stores non-negative data indicating the pattern of the coefficient α in the modified autoregressive model.
The inventors decomposed the adjusted data matrix Yd into a plurality of non-negative matrices as shown in the following formula 15. More specifically, the inventors decomposed Yd into a teacher basis matrix F, a teacher weight matrix G indicating weights for the teacher basis, an extraction basis matrix Q indicating an extraction basis that is a basis extracted from the data matrix Yd, and an extraction weight matrix W indicating weights for the extraction basis, each of which is a non-negative matrix. The process of decomposing Yd into F, G, Q, and W can be regarded as the following process. That is, the data of the coefficient α stored in each column of Yd can be regarded as a process of decomposing the data into a weighted sum of a pattern indicated by the teacher basis and other patterns.
In this experiment, F is a matrix of size m(100)×1, and G is a matrix of
The value of the element in the j-th column in G indicates the weight of the component of the teacher basis included in the data indicating the pattern of the coefficient α stored in the j-th column of the adjusted data matrix Y d. The value of the element in the i-th row and j-th column in W indicates the weight of the component of the extraction basis stored in the i-th column of Q included in the data indicating the pattern of the coefficient α stored in the j-th column of the adjusted data matrix Y d.
Ydを式15のようにFとGとQとWとに分解する方法について説明する。
以下の式16のようにコスト関数Jdを定義する。
A method for decomposing Yd into F, G, Q, and W as shown in Equation 15 will be described.
The cost function J d is defined as follows:
式16の右辺第1項のFrは、フロベニウスノルムであることを示す添え字である。即ち、式16の右辺第1項は、フロベニウスノルムである。式16の右辺第1項は、FとGとの積とQとWとの積との和と、Ydと、の差分の大きさを示す。式16の右辺第2項は、教師重み行列のスパース制約を示す項である。式16の右辺第2項のδ1は、予め定められた実数である。式16の右辺第2項のk、tは、それぞれ行列の行、列を示すインデックスである。
式16の右辺第3項は、抽出重み行列のスパース制約を示す項である。式16の右辺第3項のδ2は、予め定められた実数である。式16の右辺第3項のl、tは、それぞれ行列の行、列を示すインデックスである。式16の右辺第4項は、抽出基底の正規直交制約(即ち、抽出基底行列Qの各列に格納されているパターンの全体が近似的に正規直交系をなすとの制約)を示す項である。式16の右辺第4項のε1は、予め定められた実数である。式16の右辺第4項のi、i’は、それぞれ行列の行、列を示すインデックスである。式16の右辺第4項のIは、単位行列である。式16の右辺第5項は、教師基底と抽出基底との間の直交制約(即ち、教師基底行列Fと抽出基底行列Qの各列に格納されている全てのパターンとが近似的に直交するとの制約)を示す項である。式16の右辺第5項のε2は、予め定められた実数である。式16の右辺第4項のi、i’は、それぞれ行列の行、列を示すインデックスである。
本実験では、教師重み行列のスパース制約、抽出重み行列のスパース制約、抽出基底の正規直交制約、教師基底と抽出基底との間の直交制約の何れも付加しない。即ち、δ1、δ2、ε1、ε2それぞれは、0とする。そのため、コスト関数Jdは、式16の右辺第1項のみの式となる。
Jdの値を適正化(本実験では、最小化)するように、G、Q、Wの値を更新することで、Ydを、FとGとQとWとに分解する。以下の式17で定義されるコスト関数Jdの最小化問題を解くこととなる。
Fr in the first term on the right side of Equation 16 is a subscript indicating that it is a Frobenius norm. That is, the first term on the right side of Equation 16 is a Frobenius norm. The first term on the right side of Equation 16 indicates the magnitude of the difference between the sum of the product of F and G and the product of Q and W, and Yd . The second term on the right side of Equation 16 is a term indicating a sparse constraint on the teacher weight matrix. δ 1 in the second term on the right side of Equation 16 is a predetermined real number. k and t in the second term on the right side of Equation 16 are indexes indicating the rows and columns of the matrix, respectively.
The third term on the right side of Equation 16 is a term indicating a sparsity constraint on the extraction weight matrix. δ 2 in the third term on the right side of Equation 16 is a predetermined real number. l and t in the third term on the right side of Equation 16 are indexes indicating the rows and columns of the matrix, respectively. The fourth term on the right side of Equation 16 is a term indicating an orthonormal constraint on the extraction basis (i.e., a constraint that all of the patterns stored in each column of the extraction basis matrix Q approximately form an orthonormal system). ε 1 in the fourth term on the right side of Equation 16 is a predetermined real number. i and i′ in the fourth term on the right side of Equation 16 are indexes indicating the rows and columns of the matrix, respectively. I in the fourth term on the right side of Equation 16 is a unit matrix. The fifth term on the right side of Equation 16 is a term indicating an orthogonal constraint between the teacher basis and the extraction basis (i.e., a constraint that the teacher basis matrix F and all of the patterns stored in each column of the extraction basis matrix Q are approximately orthogonal). ε 2 in the fifth term on the right side of Equation 16 is a predetermined real number. i and i′ in the fourth term on the right side of Equation 16 are indexes indicating the row and column of a matrix, respectively.
In this experiment, none of the following constraints are added: sparseness constraint of the teacher weight matrix, sparseness constraint of the extraction weight matrix, orthonormal constraint of the extraction basis, or orthogonal constraint between the teacher basis and the extraction basis. That is, δ 1 , δ 2 , ε 1 , and ε 2 are each set to 0. Therefore, the cost function J d is an equation consisting of only the first term on the right side of Equation 16.
By updating the values of G, Q, and W so as to optimize (minimize in this experiment) the value of Jd , Yd is decomposed into F, G, Q, and W. This involves solving the minimization problem of the cost function Jd defined by the following equation 17.
本実験では、発明者らは、コスト関数Jdを最小化するために、以下のような作業を行った。即ち、GとQとWとの更新を繰り返すことで、コスト関数Jdを最小化する。また、コスト関数Jdを最小化するために、以下に記載する方法以外の方法(例えば、ニュートン法、確率的勾配降下法等の最適化手法)を用いてもよい。
Gの更新について説明する。本実験では、以下の式18に示すようにGの更新を行った。
In this experiment, the inventors performed the following operations to minimize the cost function Jd . That is, the cost function Jd is minimized by repeatedly updating G, Q, and W. In addition, in order to minimize the cost function Jd , a method other than the method described below (for example, an optimization method such as Newton's method or stochastic gradient descent) may be used.
The update of G will now be described. In this experiment, G was updated as shown in the following formula 18.
式18のk、tは、それぞれ行列の行、列を示すインデックスである。ηG
ktは、Gのk、t要素についての更新のステップサイズを示す非負値の値である。
コスト関数JdをGで偏微分することで、以下の式19を得た。
In Equation 18, k and t are indices indicating the row and column of a matrix, respectively, and η G kt is a non-negative value indicating the update step size for the k and t elements of G.
By partially differentiating the cost function J d with respect to G, the following Equation 19 is obtained.
式19のE3は、サイズが1×q’の全ての成分が1の行列である。
発明者らは、式18に式19を代入することで、更新後のGを示す以下の式20を得た。
E 3 in Equation 19 is a matrix of
The inventors obtained the following
行列Gは、非負値であるため、式20の値は、非負値である必要がある。式20の最右辺の末尾の項は、必ず非負値となる項である。即ち、式20の最右辺から末尾の項を除いた式の値が0であるならば、必ず更新後のGは、非負値となる。そのため、発明者らは、以下の式21に示すように、式21の最右辺から末尾の項を除いた式が0であるという条件を満たすように、行列Gの更新を行った。
Since matrix G is a non-negative value, the value of
式21からηG ktは、以下の式22のようになる。 From equation 21, η G kt is given by equation 22 below.
発明者らは、18式に19式と22式とを代入することで、更新後のGを示す以下の式23を得た。 By substituting equations 19 and 22 into equation 18, the inventors obtained the following equation 23, which shows the updated G.
即ち、発明者らは、Ydと、Fと、処理時点における更新前のG、Q、Wと、予め定められた係数δ1(本実験では、0)と、に基づいて、式23を用いて、Gを更新した。
次に、Qの更新について説明する。本実験では、以下の式24に示すようにQの更新を行った。
That is, the inventors updated G using Equation 23 based on Y d , F, G, Q, and W before the update at the time of processing, and a predetermined coefficient δ 1 (0 in this experiment).
Next, a description will be given of updating Q. In this experiment, Q was updated as shown in the following formula 24.
式24のw、tは、それぞれ行列の行、列を示すインデックスである。ηQ
wtは、Qのw、t要素についての更新のステップサイズを示す非負値の値である。
コスト関数JdをQで偏微分することで、以下の式25を得た。
In Equation 24, w and t are indices indicating the row and column of a matrix, respectively. η Q wt is a non-negative value indicating the update step size for the w and t elements of Q.
By partially differentiating the cost function J d with respect to Q, the following Equation 25 is obtained.
式25のE4は、サイズがn×nの全ての成分が1の行列である。式25のE5は、サイズが1×1の全ての成分が1の行列である。
式24に式25を代入することで、更新後のQを示す以下の式26を得た。
E4 in Equation 25 is a matrix of size n×n where all components are 1. E5 in Equation 25 is a matrix of
By substituting Equation 25 into Equation 24, we obtain the following Equation 26, which indicates Q after the update.
行列Qは、非負値であるため、式26の値は、非負値である必要がある。式26の最右辺の末尾の項は、必ず非負値となる項である。即ち、式26の最右辺から末尾の項を除いた式の値が0であるならば、必ず更新後のQは、非負値となる。そのため、発明者らは、以下の式27に示すように、式26の最右辺から末尾の項を除いた式が0であるという条件を満たすように、行列Qの更新を行った。 Since matrix Q is a non-negative value, the value of equation 26 must be a non-negative value. The last term on the rightmost side of equation 26 is always a non-negative term. In other words, if the value of the rightmost side of equation 26 excluding the last term is 0, then Q after the update will always be a non-negative value. For this reason, the inventors updated matrix Q as shown in equation 27 below, so as to satisfy the condition that the value of the rightmost side of equation 26 excluding the last term is 0.
式27からηQ wtは、以下の式28のようになる。 From equation 27, η Q wt is given by equation 28 below.
発明者らは、24式に25式と28式とを代入することで、更新後のGを示す以下の式29を得た。 By substituting equations 25 and 28 into equation 24, the inventors obtained the following equation 29, which shows the updated G.
即ち、Ydと、Fと、処理時点における更新前のG、Q、Wと、予め定められた係数ε1、ε2(本実験では、共に0)と、に基づいて、式29を用いて、Qを更新した。
次に、Wの更新について説明する。本実験では、発明者らは、以下の式30に示すようにWの更新を行った。
That is, Q was updated using Equation 29 based on Yd , F, G, Q, and W before the update at the time of processing, and predetermined coefficients ε1 and ε2 (both 0 in this experiment).
Next, a description will be given of updating W. In this experiment, the inventors updated W as shown in the following formula 30.
式30のl、tは、それぞれ行列の行、列を示すインデックスである。ηW
ltは、Wのl、t要素についての更新のステップサイズを示す非負値の値である。
発明者らは、コスト関数JdをWで偏微分することで、以下の式31を得た。
In Equation 30, l and t are indices indicating the row and column of the matrix, respectively. η W lt is a non-negative value indicating the update step size for the l and t elements of W.
The inventors obtained the following Equation 31 by partially differentiating the cost function J d with respect to W.
式31のE6は、サイズが1×q’の全ての成分が1の行列である。
式30に式31を代入することで、更新後のWを示す以下の式32を得た。
E6 in Equation 31 is a matrix of
By substituting Equation 31 into Equation 30, we obtain the following Equation 32, which indicates the updated W.
行列Wは、非負値であるため、式32の値は、非負値である必要がある。式32の最右辺の末尾の項は、必ず非負値となる項である。即ち、式32の最右辺から末尾の項を除いた式の値が0であるならば、必ず更新後のWは、非負値となる。そのため、発明者らは、以下の式33に示すように、式32の最右辺から末尾の項を除いた式が0であるという条件を満たすように、行列Wの更新を行った。 Since matrix W is a non-negative value, the value of equation 32 must be a non-negative value. The last term on the rightmost side of equation 32 is always a non-negative term. In other words, if the value of the rightmost side of equation 32 excluding the last term is 0, then W after the update will always be a non-negative value. For this reason, the inventors updated matrix W so as to satisfy the condition that the rightmost side of equation 32 excluding the last term is 0, as shown in equation 33 below.
式33からηW ltは、以下の式34のようになる。 From equation 33, η W lt is expressed as equation 34 below.
発明者らは、30式に31式と34式とを代入することで、更新後のWを示す以下の式35を得た。 By substituting equations 31 and 34 into equation 30, the inventors obtained the following equation 35, which shows the updated W.
即ち、発明者らは、Ydと、Fと、処理時点における更新前のG、Q、Wと、予め定められた係数δ2(本実験では、0)と、に基づいて、式35を用いて、Gを更新した。
以上のように、本実験では、発明者らは、式23を用いたGの更新と、式29を用いたQの更新と、式58を用いたWの更新と、を繰り返し行い、各更新段階において、更新後のG、Q、Wから、それぞれ更新前のG、Q、Wを引いた差であるΔG、ΔQ、ΔWについて、これらの行列のフロベニウスノルムを求めた。そして、発明者らは、各更新段階におけるΔG、ΔQ、ΔWのフロベニウスノルムの、それぞれ最初の更新段階におけるΔG、ΔQ、ΔWのフロベニウスノルムに対する比が、予め定められた閾値以下となる更新段階をもって、コスト関数Jdの値が収束したとした。そして、Jdが収束した際のG、Q、Wを、コスト関数Jdを最小化させる行列とした。これにより、発明者らは、Ydを、式15に示すように、それぞれ非負値の行列であるFとGとQとWとに分解した。
本実験では、以上のようにして、コスト関数Jdを最小化させるGとQとWとを求めることとした。ただし、他の例として、式23を用いたGの更新と、式29を用いたQの更新と、式35を用いたWの更新と、を繰り返し行い、G、Q、Wの更新前と更新後とでコスト関数Jdの値の変動が予め定められた閾値以下となることが、予め定められた回数連続したら、コスト関数Jdの値が収束したこととしてもよい。そして、Jdが収束した際のG、Q、Wを、コスト関数Jdを最小化させる行列としてもよい。
That is, the inventors updated G using Equation 35 based on Y d , F, G, Q, and W before the update at the time of processing, and a predetermined coefficient δ 2 (0 in this experiment).
As described above, in this experiment, the inventors repeatedly updated G using Equation 23, updated Q using Equation 29, and updated W using Equation 58, and calculated the Frobenius norms of ΔG, ΔQ, and ΔW, which are the differences obtained by subtracting G, Q, and W before the update from G, Q, and W after the update, at each update stage. The inventors determined that the value of the cost function Jd converged at an update stage at which the ratio of the Frobenius norms of ΔG, ΔQ, and ΔW at each update stage to the Frobenius norms of ΔG, ΔQ, and ΔW at the first update stage was equal to or less than a predetermined threshold. Then, G, Q, and W at the time when Jd converged were determined as matrices that minimize the cost function Jd . As a result, the inventors decomposed Yd into F, G, Q, and W, which are non-negative matrices, as shown in Equation 15.
In this experiment, G, Q, and W that minimize the cost function Jd are obtained as described above. However, as another example, the update of G using formula 23, the update of Q using formula 29, and the update of W using formula 35 may be repeated, and the value of the cost function Jd may be deemed to have converged if the fluctuation in the value of the cost function Jd before and after the update of G, Q, and W is equal to or less than a predetermined threshold value for a predetermined number of consecutive times. Then, G, Q, and W when Jd has converged may be matrices that minimize the cost function Jd .
計測対象チョックがチョック106Dである場合(Fが第5係数のパターンを示し、Ydが第1係数のパターンを示す場合)に求められたF、G、Q、Wについて説明する。教師基底ベクトルFと抽出基底ベクトルQとは、図7(a)に示すようになった。図7(a)のグラフの横軸は、基底ベクトル(修正自己回帰モデルの係数)のインデックスを示す。また、図7(a)のグラフの縦軸は、基底ベクトル(修正自己回帰モデルの係数)の値を示す。図7(a)のグラフにおける実線のパターンは、教師基底ベクトルFのパターンを示す。図7(a)のグラフにおける破線のパターンは、抽出基底ベクトルQのパターンを示す。また、Gは、0.04×10-4となった。また、Wは、0.68×10-4となった。
抽出基底ベクトルQの重み係数Wは、教師基底ベクトルFの重み係数Gより10倍以上大きな値であることから、発明者らは、第1係数は、教師基底ベクトルFよりも抽出基底ベクトルQに近いパターンを示していることに気付いた。また、発明者らは、教師基底ベクトルFと抽出基底ベクトルQとの距離をΣ(i=1)
m|F(i)-Q(i)|(FとQとのインデックスの同じ各要素の差分の絶対値の合計、即ち、L1距離)と定義し、求めると、0.770となった。
The following describes F, G, Q, and W obtained when the measurement target chock is the
Since the weighting coefficient W of the extracted basis vector Q is 10 times or more larger than the weighting coefficient G of the teacher basis vector F, the inventors noticed that the first coefficient indicates a pattern closer to the extracted basis vector Q than to the teacher basis vector F. Furthermore, the inventors defined the distance between the teacher basis vector F and the extracted basis vector Q as Σ (i=1) m |F(i)-Q(i)| (the sum of the absolute values of the differences between the elements with the same index in F and Q, i.e., the L1 distance), which was found to be 0.770.
計測対象チョックがチョック106Wである場合(Fが第6係数のパターンを示し、Ydが第2係数のパターンを示す場合)に求められたF、G、Q、Wについて説明する。教師基底ベクトルFと抽出基底ベクトルQとは、図7(b)に示すようになった。図7(b)のグラフの横軸は、基底ベクトル(修正自己回帰モデルの係数)のインデックスを示す。また、図7(b)のグラフの縦軸は、基底ベクトル(修正自己回帰モデルの係数)の値を示す。図7(b)のグラフにおける実線のパターンは、教師基底ベクトルFのパターンを示す。図7(b)のグラフにおける破線のパターンは、抽出基底ベクトルQのパターンを示す。また、Gは、0.72×10-4となった。また、Wは、1.37×10-4となった。
抽出基底ベクトルQの重み係数Wは、教師基底ベクトルFの重み係数Gより2倍程度大きな値であることから、発明者らは、第2係数は、教師基底ベクトルFよりも抽出基底ベクトルQに近いパターンを示していることに気付いた。また、発明者らは、教師基底ベクトルFと抽出基底ベクトルQとの距離(Σ(i=1)
m|F(i)-Q(i)|)を求めると、2.20となった。
The following describes F, G, Q, and W obtained when the chock to be measured is the
Since the weighting coefficient W of the extracted basis vector Q is about twice as large as the weighting coefficient G of the teacher basis vector F, the inventors noticed that the second coefficient indicates a pattern closer to the extracted basis vector Q than to the teacher basis vector F. Furthermore, the inventors found that the distance between the teacher basis vector F and the extracted basis vector Q (Σ (i=1) m |F(i)-Q(i)|) was 2.20.
計測対象チョックがチョック101Dである場合(Fが第7係数のパターンを示し、Ydが第3係数のパターンを示す場合)に求められたF、G、Q、Wについて説明する。教師基底ベクトルFと抽出基底ベクトルQとは、図7(c)に示すようになった。図7(c)のグラフの横軸は、基底ベクトル(修正自己回帰モデルの係数)のインデックスを示す。また、図7(c)のグラフの縦軸は、基底ベクトル(修正自己回帰モデルの係数)の値を示す。図7(c)のグラフにおける実線のパターンは、教師基底ベクトルFのパターンを示す。図7(c)のグラフにおける破線のパターンは、抽出基底ベクトルQのパターンを示す。また、Gは、1.21×10-4となった。また、Wは、0.42×10-4となった。
抽出基底ベクトルQの重み係数Wは、教師基底ベクトルFの重み係数Gの1/3程度の値であることから、発明者らは、第3係数は、抽出基底ベクトルQよりも教師基底ベクトルFに近いパターンを示していることに気付いた。
The following describes F, G, Q, and W obtained when the measurement target chock is the
Since the weighting coefficient W of the extracted basis vector Q is approximately 1/3 of the weighting coefficient G of the teacher basis vector F, the inventors noticed that the third coefficient shows a pattern closer to the teacher basis vector F than to the extracted basis vector Q.
計測対象チョックがチョック101Wである場合(Fが第8係数のパターンを示し、Ydが第4係数のパターンを示す場合)に求められたF、G、Q、Wについて説明する。教師基底ベクトルFと抽出基底ベクトルQとは、図7(d)に示すようになった。図7(d)のグラフの横軸は、基底ベクトル(修正自己回帰モデルの係数)のインデックスを示す。また、図7(d)のグラフの縦軸は、基底ベクトル(修正自己回帰モデルの係数)の値を示す。図7(d)のグラフにおける実線のパターンは、教師基底ベクトルFのパターンを示す。図7(d)のグラフにおける破線のパターンは、抽出基底ベクトルQのパターンを示す。また、Gは、2.22×10-4となった。また、Wは、0.83×10-4となった。
抽出基底ベクトルQの重み係数Wは、教師基底ベクトルFの重み係数Gの1/3程度の値であることから、発明者らは、第4係数は、抽出基底ベクトルQよりも教師基底ベクトルFに近いパターンを示していることに気付いた。
The following describes F, G, Q, and W obtained when the measurement target chock is the
Since the weighting coefficient W of the extracted basis vector Q is approximately 1/3 of the weighting coefficient G of the teacher basis vector F, the inventors noticed that the fourth coefficient shows a pattern closer to the teacher basis vector F than to the extracted basis vector Q.
図4(b)に示されるように、スピンドル204の異常が顕著に示されているのは、ワークサイド側のチョック106Wに係るデータである。そのため、発明者らは、計測対象チョックが106Wである場合に求められたF、G、Q、Wに、異常を示す情報が含まれていると考えた。発明者らは、計測対象チョックがチョック106Wである場合に求められたF、G、Q、Wと、計測対象チョックがその他のチョックである場合に求められたF、G、Q、Wそれぞれと、を見比べて、以下の知見を得た。即ち、発明者らは、WがGよりも顕著に高い値となり、且つ、FとQとの距離が顕著に大きい場合、計測対象チョックが支持するロールに接続されたスピンドルに異常が生じているとの知見を得た。
そこで、本実施形態の処理は、以下のような処理である。即ち、作業ロールのスピンドルが正常な状態の圧延機が金属板を圧延している際に、その圧延機における作業ロールのワークサイド側を支持するチョックにかかる圧延方向力の計測データから、修正自己回帰モデルの係数αを示す非負値のデータを、教師基底ベクトルとして求める。そして、スピンドルの状態が不明な状態における圧延機が金属板を圧延している際に、このチョックにかかる圧延方向力の計測データからデータ行列Ydを生成し、生成したデータ行列Ydを、教師基底ベクトルと、教師基底ベクトルの重みを示す教師重み係数と、抽出基底ベクトルと、抽出基底ベクトルの重みを示す抽出重み係数と、に分解する。そして、データ行列Ydの分解により得られた教師重み係数と抽出重み係数との比較結果と、教師基底ベクトルと抽出基底ベクトルとの比較結果と、に基づいて、このチョックが支持する作業ロールに接続されたスピンドルの状態が、正常な状態であるか否かを診断する処理である。
As shown in Fig. 4B, the data related to the
Therefore, the processing of this embodiment is as follows. That is, when a rolling mill with a normal spindle of a work roll is rolling a metal plate, non-negative data indicating the coefficient α of the modified autoregressive model is obtained as a teacher basis vector from the measurement data of the rolling direction force applied to the chock supporting the work side of the work roll in the rolling mill. Then, when a rolling mill with an unknown spindle state is rolling a metal plate, a data matrix Yd is generated from the measurement data of the rolling direction force applied to the chock, and the generated data matrix Yd is decomposed into a teacher basis vector, a teacher weighting coefficient indicating the weight of the teacher basis vector, an extracted basis vector, and an extracted weighting coefficient indicating the weight of the extracted basis vector. Then, based on the comparison result between the teacher weighting coefficient and the extracted weighting coefficient obtained by the decomposition of the data matrix Yd and the comparison result between the teacher basis vector and the extracted basis vector, it is diagnosed whether the state of the spindle connected to the work roll supported by the chock is normal or not.
(情報処理装置の詳細)
図8は、本実施形態の情報処理装置800のハードウェア構成の一例を示す図である。情報処理装置800は、診断対象の圧延機(以下では、対象圧延機とする)のロールのスピンドルの異常の診断を行う情報処理装置である。本実施形態では、情報処理装置800は、パーソナルコンピュータ(PC)であるとするが、サーバ装置、タブレット装置、他のデバイスに組み込まれたコンピュータ等の他の情報処理装置であってもよい。本実施形態では、情報処理装置800は、図1、2で説明した使用圧延機を、対象圧延機とする。ただし、他の例として、情報処理装置800は、図1、2で説明した使用圧延機と構造の異なる圧延機を対象圧延機としてもよい。例えば、情報処理装置800は、1台のモータを用いて、ピニオンギャを介して、上下の作業ロールに接続されたスピンドル、及び、上下の作業ロールに回転を伝達する構造の圧延機を対象圧延機としてもよい。
また、本実施形態では、対象圧延機のチョックにかかる圧延方向力を計測する各計測装置は、対応するチョックの入側と出側とに配置された荷重検出装置により検出された圧延方向の荷重から、対応するチョックにかかる圧延方向力を計測することとする。
ただし、他の例として、各計測装置は、圧延機の出側に配置された荷重検出装置により検出された圧延方向の荷重のみを用いて、対応するチョックにかかる圧延方向力を計測することとしてもよい。圧延中は常に圧延方向の出側に力が作用するような場合(例えば、対象圧延機が4段以上の多段圧延機において作業ロールを補強ロールに対して圧延方向にオフセットしている場合や、対象圧延機がミルスタビライザーのように作業ロールのチョックを圧延方向に押し付ける装置がある場合等)には、各計測装置は、圧延機の出側の荷重検出装置により検出された荷重のみを用いて、より精度よく圧延方向力を計測できる。
情報処理装置800は、CPU801、主記憶装置802、補助記憶装置803、デバイスI/F804、入力装置805、出力装置806を含む。各構成要素は、システムバス807を介して、相互に通信可能に接続されている。
(Details of information processing device)
FIG. 8 is a diagram showing an example of a hardware configuration of the
In addition, in this embodiment, each measuring device that measures the rolling direction force applied to the chocks of the target rolling mill measures the rolling direction force applied to the corresponding chock from the rolling direction load detected by a load detection device arranged on the entry side and exit side of the corresponding chock.
However, as another example, each measuring device may measure the rolling direction force acting on the corresponding chock using only the load in the rolling direction detected by a load detection device disposed on the exit side of the rolling mill. In cases where a force always acts on the exit side in the rolling direction during rolling (for example, when the subject rolling mill is a multi-stage rolling mill having four or more stages and the work rolls are offset in the rolling direction relative to the backup rolls, or when the subject rolling mill has a device for pressing the chocks of the work rolls in the rolling direction, such as a mill stabilizer), each measuring device can more accurately measure the rolling direction force using only the load detected by the load detection device on the exit side of the rolling mill.
The
CPU801は、情報処理装置800を制御する中央演算装置である。主記憶装置802は、CPU801のワークエリアやデータの一時的な保管場所として機能するRAM(Random Access Memory)等の記憶装置である。
補助記憶装置803は、各種のプログラム、設定データ、圧延方向力の計測装置から出力される圧延方向力のデータ等を記憶する記憶装置である。本実施形態では、補助記憶装置803は、HDD(Hard Disk Drive)であるとするが、他の例として、ROM(Read Only Memory)、SSD(Solid State Drive)等の他の記憶装置であってもよい。デバイスI/F804は、対象圧延機のチョックにかかる圧延方向力を計測する計測装置(本実施形態では、計測装置104W、104D、109W、109D)等の外部の装置との間での情報のやり取りに利用されるインターフェースである。
The
The
入力装置805は、情報処理装置800への情報の入力に用いられる装置である。本実施形態では、入力装置805は、マウスとキーボードとの組であるとする。ただし、他の例として、入力装置805は、タッチパッド、タッチパネル、コントローラ等の他の入力装置であってもよいし、マウスとキーボードとの組みと異なる入力装置の組であってもよい。出力装置806は、情報の出力に用いられる装置である。本実施形態では、出力装置806は、モニタであるとするが、他の例として、タッチパネルの表示部等の他の出力装置であってもよい。
CPU801が、補助記憶装置803等に記憶されたプログラムに基づき処理を実行することによって、図9で後述する機能等の情報処理装置800の機能及び図10、11で後述するフローチャートの処理等の情報処理装置800の処理が実現される。
The
By the
(情報処理装置の機能構成)
図9を参照しながら、情報処理装置800が有する機能の一例を説明する。
情報処理装置800は、取得部901、決定部902、診断部903、出力部904を含む。
取得部901は、デバイスI/F804を介して、計測装置104W、104D、109W、109Dそれぞれから圧延方向力の計測データを取得する。
(Functional configuration of information processing device)
An example of functions of the
The
The
決定部902は、取得部901により取得された計測データの予測値を予測する修正自己回帰モデルの係数を決定する。修正自己回帰モデルは、計測データyの実績値yk-1~yk-mと、この実績値に対する係数α(=α1~αm)と、を用いて、yの予測値y^kを表す式1である。決定部902は、修正自己回帰モデルにおける係数αを、一般的に知られている自己回帰モデルにおける係数の決定に用いる式6(ユール・ウォーカー方程式)において、式7で表される自己相関行列Rの代わりに、自己相関行列Rから物体の異常診断に有用な成分を抽出した第1の行列R’(式10)を用いる式である式12(式13)を用いて決定する。式6は、時差が0からm-1までのyの自己相関を成分とする自己相関行列Rを係数行列とし、時差が1からmまでのyの自己相関を成分とする自己相関ベクトルを定数ベクトルとする方程式である。
The determining
式6は、式1で算出されるyの予測値y^kと、yの予測値y^kに対応する時刻kにおけるyの実測値ykとの二乗誤差を最小化する条件を示す条件式として導出することができる。第1の行列R’は、自己相関行列Rを特異値分解(式8)することで導出される自己相関行列Rの固有値を対角成分とする対角行列Σと、自己相関行列Rの固有ベクトルを列成分とする直交行列Uと、から導出される。第1の行列R’は、自己相関行列Rの固有値のうち1以上且つm未満の設定された使用固有値数s個の固有値を用いて、対角行列Σの部分行列であって、使用固有値数s個の固有値を対角成分とする行列Σsと、直交行列Uの部分行列であって、使用固有値数s個の固有値に対応する固有ベクトルを列成分ベクトルとする行列Usと、から導出される行列UsΣsUs
Tである。使用固有値数s個の固有値は、自己相関行列Rの固有値のうち、値が最大の固有値を含むようにすればよいが、値が大きいものから順に選ばれるのが好ましい。
Equation 6 can be derived as a conditional equation indicating a condition for minimizing the square error between the predicted value y^ k of y calculated by
診断部903は、圧延機の作業ロールに接続されたスピンドルが正常な状態か否かを診断する。
本実施形態では、圧延機の作業ロールに接続されたスピンドルの状態が教師基底に対応する状態であるか否かを診断の結果とする。
出力部904は、診断部903による診断の結果に係る情報を出力する。
The
In this embodiment, the result of the diagnosis is whether or not the state of the spindle connected to the work rolls of the rolling mill corresponds to the teaching base.
The
(教師基底決定処理)
図10を用いて、教師基底を決定する処理を説明する。
本実施形態では、情報処理装置800は、スピンドル202の異常を診断する。本実施形態では、圧延方向力の計測対象となるチョック(計測対象チョック)を、チョック101Wとする。情報処理装置800は、図11で後述する診断処理の実行前に予め図10の処理を実行する。本実施形態では、mの値は、100とした。また、Mの値は、2000とした。また、sの値は、1とした。本実施形態では、m、M、sそれぞれの情報は、予め補助記憶装置803に記憶されている。情報処理装置800は、補助記憶装置803から、m、M、sの情報を取得して利用する。
S1001において、取得部901は、スピンドル202、204それぞれが正常スピンドルである対象圧延機が金属板を圧延している際に、計測装置104Wから計測対象チョックにかかる圧延方向力の計測データを取得する。本実施形態では、S1001で取得される計測データは、計測装置104Wにより26[ms]周期で、周期的にM(2000)回計測された圧延方向力のデータである。本実施形態では、取得部901は、計測装置104Wから圧延方向力の計測データを取得することとする。ただし、他の例として、計測装置104Wにより計測された圧延方向力の計測データが補助記憶装置803に予め記憶されている場合、取得部901は、補助記憶装置803からこの計測データを取得してもよい。また、取得部901は、外部の装置からこの計測データの送信を受付けることで取得してもよい。
(Teacher basis determination process)
The process of determining the teacher basis will be described with reference to FIG.
In this embodiment, the
In S1001, the
S1002において、決定部902は、S1001で取得した計測データについて、計測データをyとおき、yとmとMとに基づいて、式5、式7を用いて、自己相関行列Rを生成した。
S1003において、決定部902は、S1002で求めた行列Rについて、行列Rを特異値分解し、式8の直交行列Uと対角行列Σを取得し、対角行列Σから自己相関行列Rの固有値σ11~σmmを取得する。
In S1002, the determining
In S1003, the determining
S1004において、決定部902は、S1002で求めた行列Rについて、行列Rの複数の固有値であるσ11~σmmのうち、最大のものから使用固有値数sだけの固有値σ11~σssを、修正された自己回帰モデルの係数αを求めるのに利用する自己相関行列Rの固有値として選択する。本実施形態では、使用固有値数sは、1とするが、2以上としてもよい。そして、決定部902は、選択した固有値σ11~σssと、対応する計測データyと、自己相関行列Rの特異値分解により得られた直交行列Uと、に基づいて、式13を用いて、修正自己回帰モデルの係数αを決定する。
そして、決定部902は、S1002で求めた行列Rについて求めた係数αを格納するm×1の行列を教師基底行列として決定し、教師基底行列の情報を補助記憶装置803に記憶する。
In S1004, the
Then, the
(診断処理)
本実施形態では、情報処理装置800は、対象圧延機のスピンドル202の状態が教師基底の示す正常な状態か否かを特定することで、スピンドルの状態を診断することとする。本実施形態では、情報処理装置800は、予め圧延方向力の計測装置により計測された計測データに基づいて、スピンドルの状態を診断することとする。ただし、他の例として、情報処理装置800は、リアルタイムで、圧延方向力の計測装置により計測された計測データに基づいて、スピンドルの状態を診断することとしてもよい。
図11は、診断処理の一例を示すフローチャートである。
図11を用いて、情報処理装置800が、スピンドル202を診断する処理について説明する。
(Diagnosis Processing)
In this embodiment, the
FIG. 11 is a flowchart showing an example of the diagnosis process.
The process of diagnosing the
S1101において、取得部901は、スピンドル202、204それぞれの状態が不明な対象圧延機が金属板を圧延している際に、計測対象チョックの圧延方向力を計測する計測装置(以下では、対象計測装置とする)から圧延方向力の計測データを取得する。計測対象チョックがチョック101Wである場合、対象計測装置は、計測装置104Wである。本実施形態では、S1101で取得される計測データは、対象計測装置により26[ms]周期で、周期的にM(2000)回計測された圧延方向力のデータである。本実施形態では、取得部901は、対象計測装置から圧延方向力の計測データを取得することとする。ただし、他の例として、対象計測装置により計測された圧延方向力の計測データが補助記憶装置803に予め記憶されている場合、取得部901は、補助記憶装置803からこの計測データを取得してもよい。また、取得部901は、外部の装置からこの計測データの送信を受付けることで取得してもよい。
In S1101, the
S1102において、決定部902は、S1101で取得した計測データについて、計測データをyとして、yとMとmとに基づいて、式5と式7とを用いて自己相関行列Rを生成する。
S1103において、決定部902は、S1102で生成した自己相関行列Rについて、Rを特異値分解することで、式8の直交行列Uと対角行列Σとを取得し、対角行列Σから自己相関行列Rの固有値σ11~σmmを取得する。
In S1102, the determining
In S1103, the determining
S1104において、決定部902は、S1103で取得したRの複数の固有値であるσ11~σmmのうち、最大のものから使用固有値数s(1個)だけの固有値σ11~σssを、修正された自己回帰モデルの係数αを求めるのに利用するこのRの固有値として選択する。そして、決定部902は、このRに対応する計測データyと、固有値σ11~σssと、このRの特異値分解により得られた直交行列Uと、に基づいて、式13を用いて、修正自己回帰モデルの係数αを決定する。S1104で決定された係数αは、計測データから決定された修正自己回帰モデルにおける係数である修正係数の一例である。
In S1104, the
S1105において、診断部903は、補助記憶装置803から、S1004で記憶された教師基底行列(計測対象チョックに対応する教師基底行列)を取得する。
S1106において、診断部903は、S1104で決定された係数をα(α1~αm)として、αを用いて、式37のように、m×q’のサイズのデータ行列Ydを生成する。本実施形態では、q’は、1とする。より具体的には、診断部903は、α1~αmを、それぞれ、式37のα1、1~αm、1に当てはめることで、Ydを生成する。即ち、データ行列Ydの各列が、この係数のデータを格納することとなる。また、診断部903は、生成したデータ行列Ydの各成分を、非負値化する。本実施形態では、診断部903は、行列Ydの成分のうち最小値を、行列Ydの各成分から減算する処理を行う。
In S1105, the
In S1106, the
S1107において、診断部903は、S1105で取得された教師基底行列を格納するm×1のサイズの行列F(本実施形態では、ベクトル)を生成する。そして、診断部903は、Fの各要素に、S1105で取得された教師基底行列のデータを設定する。また、診断部903は、データ行列Ydに含まれる教師基底の成分の重みを格納する1×q’のサイズの教師重み行列G(本実施形態では、スカラー値)を生成する。また、診断部903は、データ行列Ydから抽出されるパターンである抽出基底行列を格納するm×(予め定められた数n)のサイズの行列Q(本実施形態では、ベクトル)を生成する。本実施形態では、nは1とし、抽出基底行列をデータ行列Ydから抽出する。また、診断部903は、データ行列Ydに含まれる抽出基底の成分の重みを格納するn(1)×q’(1)のサイズの抽出重み行列W(本実施形態では、スカラー値)を生成する。
そして、診断部903、G、Q、Wそれぞれの各成分に予め定められた初期値を設定することで、G、Q、Wそれぞれを初期化する。
In S1107, the
Then, the
S1108において、診断部903は、YdとFとGとQとWと予め定められた係数δ1、δ2、ε1、ε2と、に基づいて、式39を用いて、コスト関数Jdの値を、コストとして求める。本実施形態では、δ1、δ2、ε1、ε2それぞれの値は、0とする。診断部903は、求めたコストを、更新前コストとして、主記憶装置802に記憶する。
S1109において、診断部903は、G、Q、Wそれぞれを更新する。より具体的には、診断部903は、Ydと、Fと、更新前のG、Q、Wと、予め定められた係数δ1(本実施形態では、0)と、サイズが1×q’の全ての成分が1の行列であるE3と、に基づいて、式46を用いて、Gを更新する。ただし、診断部903は、本実施形態ではδ1が0なので、E3を用いずに、Gを更新してもよい。
In S1108, the
In S1109, the
また、診断部903は、Ydと、Fと、更新前のG、Q、Wと、予め定められた係数ε1、ε2(本実施形態では、共に0)と、サイズがn×nの全ての成分が1の行列であるE4と、サイズが1×1の全ての成分が1の行列であるE5と、に基づいて、式52を用いて、Qを更新する。ただし、診断部903は、本実施形態ではε1、ε2それぞれが0なので、E4とE5とを用いずに、Qを更新してもよい。
また、診断部903は、Ydと、Fと、更新前のG、Q、Wと、予め定められた係数δ2(本実施形態では、0)と、サイズが1×q’の全ての成分が1の行列であるE6と、に基づいて、式58を用いて、Wを更新する。ただし、診断部903は、本実施形態ではδ2が0なので、E6を用いずに、Qを更新してもよい。
Furthermore, the
Furthermore, the
S1110において、診断部903は、Ydと、Fと、S1109で更新したG、Q、Wと、係数δ1、δ2、ε1、ε2と、に基づいて、式39を用いて、コスト関数Jdの値を、コストとして求める。診断部903は、求めたコストを、更新後コストとして、主記憶装置802に記憶する。
S1111において、診断部903は、更新後コストと、更新前コストと、の差分の絶対値が、予め定められた閾値以下であるか否かを判定する。診断部903は、更新後コストと、更新前コストと、の差分の絶対値が、予め定められた閾値以下であると判定した場合、処理をS1112に進める。また、診断部903は、更新後コストと、更新前コストと、の差分の絶対値が、予め定められた閾値よりも大きいと判定した場合、処理をS1113に進める。診断部903は、S2111の処理の後、更新後コストを、新たな更新前コストとして、主記憶装置802に記憶する。
In S1110, the
In S1111, the
S1112において、診断部903は、主記憶装置802に記憶されたカウンタの値に1を加える。なお、診断部903は、このカウンタの値を、図11の処理の開始前に0に初期化している。
S1113において、診断部903は、主記憶装置802に記憶されたカウンタの値を、0に初期化して、処理をS2110に進める。
S1114において、診断部903は、主記憶装置802に記憶されたカウンタの値が、予め定められた閾値以上であるか否かを判定する。診断部903は、主記憶装置802に記憶されたカウンタの値が、予め定められた閾値以上であると判定した場合、コスト関数Jdの値が極小値に収束したとして、処理をS1115に進める。診断部903は、カウンタの値が、予め定められた閾値未満であると判定した場合、処理をS1109に進める。
In S1112, the
In S1113, the
In S1114, the
S1115において、診断部903は、処理時点までに更新されたGとWとの比較結果と、FとQとの比較結果と、に基づいて、計測対象チョック(チョック101W)が支持するロール100に接続されたスピンドル202の状態が、S1105で取得された教師基底が示す正常な状態であるか否かを診断する。
本実施形態では、診断部903は、共にスカラー値であるGとWとの比較結果として、GとWとの比率(本実施形態では、Gに対するWの倍率(W/G))を特定する。また、診断部903は、共にm×1の行列(即ち、ベクトル)であるFとQとの比較結果として、FとQとの距離(Σ(i=1)
m|F(i)-Q(i)|)を特定する。診断部903は、特定したGとWとの比較結果の値が設定された閾値(例えば、2.0、3.0等)以上であり、且つ、特定したFとQとの比較結果の値が設定された閾値(例えば、1.0、2.0等)以上である場合、計測対象チョックが支持するロールに接続されたスピンドルに異常が生じていると診断する。また、診断部903は、特定したGとWとの比較結果の値が設定された閾値未満、又は、特定したFとQとの比較結果の値が設定された閾値(例えば、1.0、2.0等)未満である場合、計測対象チョックが支持するロールに接続されたスピンドルが正常であると診断する。これらの閾値は、操業や実験により得られるGとWとの比率、FとQとの距離、及びスピンドルの状態のデータを蓄積し、蓄積したデータを分析することによって、管理基準に応じた値を設定すればよい。
本実施形態では、診断部903は、GとWとの比較結果として、Gに対するWの倍率(W/G))を特定したが、Wに対するGの倍率(G/W))を特定してもよい。その場合、診断部903は、特定したGとWとの比較結果の値が設定された閾値(例えば、0.5、0.33等)未満であり、且つ、特定したFとQとの比較結果の値が設定された閾値以上である場合、計測対象チョックが支持するロールに接続されたスピンドルに異常が生じていると診断する。
In S1115, the
In this embodiment, the
In this embodiment, the
S1116において、出力部904は、S1115でのスピンドル202の診断の結果を示す情報を出力する。本実施形態では、出力部904は、表示装置に、スピンドル202の診断の結果を示す情報を表示することで出力する。また、他の例としては、出力部904は、例えば、スピンドル202の診断の結果を示す情報を、補助記憶装置803に記憶することで出力することとしてもよい。また、出力部904は、例えば、外部のサーバ装置等の設定された送信先に、スピンドル202の診断の結果を示す情報を送信することで出力することとしてもよい。
In S1116, the
(効果)
以上、本実施形態では、情報処理装置800は、音響・振動に比べてノイズの生じにくい圧延方向力を用いて、スピンドルの診断を行った。また、情報処理装置800は、自己相関行列Rの固有値のうち一部の固有値を用いることで、スピンドルの診断に有用な成分がより多く残り、有用でない成分がより残らないように、計測データを近似する修正自己回帰モデルの係数αを決定することとした。情報処理装置800は、このような係数αを用いて、スピンドルの診断を行った。
これにより、情報処理装置800は、音響又は振動の信号であって、様々な周波数域の信号成分を含んだ信号を用いて診断を行う場合に比べて、より精度よくスピンドルの診断を行うことができる。
(effect)
As described above, in this embodiment, the
This allows the
(変形例1)
本実施形態では、情報処理装置800は、圧延機の作業ロールに接続されたスピンドルの異常を診断することとした。ただし、他の例として、情報処理装置800は、圧延機のバックアップロールに接続されたスピンドルの異常を診断してもよい。バックアップロールとは、圧延機における作業ロールのたわみを防止するためのロールである。その場合、情報処理装置800は、作業ロールを支持するチョックを、バックアップロールを支持するチョックと読み替えて、本実施形態で説明した処理と同様の処理を行うことで、圧延機のバックアップロールに接続されたスピンドルの異常を診断することとしてもよい。
作業ロールとバックアップロールとは、それぞれ、金属板の圧延に用いられるロールの一例である。
(Variation 1)
In this embodiment, the
The work roll and the backup roll are each an example of a roll used in rolling a metal sheet.
(変形例2)
本実施形態では、情報処理装置800は、診断対象のスピンドルに接続されたロールのワークサイド側を支持するチョックを圧延方向力の計測対象として、このスピンドルの診断を行った。
ただし、スピンドルの異常によっては、スピンドルに接続されたロールのドライブサイド側を支持するチョックにかかる圧延方向力に異常を示す兆候が表れる場合も考えられる。そこで、情報処理装置800は、診断対象のスピンドルに接続されたロールのドライブサイド側を支持するチョックを圧延方向力の計測対象として、このスピンドルの診断を行ってもよい。その場合、情報処理装置800は、例えば、計測対象チョックを、診断対象のスピンドルが接続されたロールをドライブサイド側で支持するチョック(チョック101D等)として、図10、図11と同様の処理を行う。
(Variation 2)
In this embodiment, the
However, depending on the abnormality of the spindle, a symptom of an abnormality may appear in the rolling direction force acting on the chock supporting the drive side of the roll connected to the spindle. Therefore, the
(変形例3)
本実施形態では、mは、予め設定された100という数であるとした。しかし、診断対象に応じて実験を行う等して適切に計測データを近似できる過去のデータの数を特定し、特定した数をmの値としてもよい。例えば、情報処理装置800は、診断対象から計測された計測データについて、ある時刻の計測データを、その時刻よりも過去の計測データを複数用いて自己回帰モデル等を利用して近似された値と、その時刻の計測データと、の差分が設定された閾値未満となる場合の近似に用いられた過去の計測データの数を、mとして用いてもよい。
(Variation 3)
In this embodiment, m is a preset number of 100. However, the number of past data that can appropriately approximate the measurement data may be specified by performing an experiment or the like according to the diagnosis target, and the specified number may be used as the value of m. For example, the
(変形例4)
本実施形態では、情報処理装置800は、使用固有値数sとして1を用いた。ただし、他の例として、情報処理装置800は、以下のようにして決定された使用固有値数sを用いてもよい。即ち、情報処理装置800は、自己相関行列Rの固有値のうち、最大のものからa個の合計が、自己相関行列Rの固有値全ての合計値の設定された割合(例えば90%)以上となるaのうち、最小のものを使用固有値数sとして用いてもよい。
(Variation 4)
In this embodiment, the
(変形例5)
本実施形態では、情報処理装置800は、自己相関行列Rの固有値のうち、最大のものから、使用固有値数s個の固有値を用いて、修正自己回帰モデルにおける係数αを決定することとした。しかし、情報処理装置800は、自己相関行列Rの固有値のうち、任意のs個の固有値を用いて、修正自己回帰モデルにおける係数αを決定することとしてもよい。例えば、情報処理装置800は自己相関行列Rの固有値のうち、最大のものと、3つ目に大きいものと、の2つを利用して、修正自己回帰モデルにおける係数αを決定することとしてもよい。
(Variation 5)
In this embodiment, the
(変形例6)
本実施形態では、情報処理装置800は、Ydの分解により求まったGとWとの比較結果と、FとQとの比較結果と、に基づいて、スピンドルの診断を行うこととした。しかし、情報処理装置800は、他の方法で、スピンドルが正常な状態であるか否かを診断してもよい。
発明者らは、図4の各グラフと図5の各グラフとを見比べて、以下のことに気付いた。即ち、発明者らは、異常が発生しているスピンドルに対応する修正自己回帰モデルの係数のパターンは、異常が発生していないスピンドルに対応する修正自己回帰モデルの係数に比べて、高周波な成分が目立つ波形を示すことに気付いた。
そこで、情報処理装置800は、図11の代わりに、以下のような診断処理を行ってもよい。情報処理装置800は、S1101~S1105と同様の処理を実行する。そして、診断部903は、S1104で決定された係数αと、S1105で取得された教師基底と、をm(100)個の要素を含む時系列データと解釈して、係数αと教師基底とをフーリエ変換する。そして、診断部903は、教師基底のフーリエ変換の結果から、ピーク(設定された閾値以上となる極大値)を特定する。また、診断部903は、係数αのフーリエ変換の結果から、ピーク(設定された閾値以上となる極大値)を特定する。そして、診断部903は、係数αのフーリエ変換の結果から特定したピークの中に、教師基底のフーリエ変換の結果から特定したピークのうち最も周波数の低いピークよりも周波数の低いピークが存在する場合、計測対象チョックが支持するロールに接続されたスピンドルに異常があると診断してもよい。
(Variation 6)
In this embodiment, the
The inventors have noticed the following by comparing the graphs in Fig. 4 with the graphs in Fig. 5. That is, the inventors have noticed that the pattern of the coefficients of the modified autoregressive model corresponding to the spindle in which an abnormality occurs shows a waveform in which high frequency components stand out, compared to the coefficients of the modified autoregressive model corresponding to the spindle in which no abnormality occurs.
Therefore, the
(変形例7)
本実施形態では、情報処理装置800は、各列に係数αのパターンを示す非負値のデータを格納するように行列Ydを生成した。ただし、他の例として、情報処理装置800は、各列ではなく各行に係数αのパターンを示す非負値のデータを格納するように行列Ydを生成してもよい。その場合、情報処理装置800は、行列Ydを、Yd=GTFT+WTQTのように、分解すればよい。その場合、情報処理装置800は、コスト関数Jdとして、式39における「FG+QW-Yd」の部分を「GTFT+WTQT-Yd」に置き換えた関数を用いればよい。
(Variation 7)
In this embodiment, the
(変形例8)
本実施形態では、情報処理装置800は、診断対象のスピンドルが正常な状態であるか否かを診断することとした。ただし、情報処理装置800は、診断対象のスピンドルが他の状態(疵の有る状態、亀裂の有る状態、折損の有る状態、変形の有る状態、摩耗のある状態、及びこれらが複合した状態等)であるか否かを診断することとしてもよい。
その場合、情報処理装置800は、例えば、図10において、当該状態のスピンドルをスピンドル202とスピンドル204とする対象圧延機について、教師基底を求め、GとWとの比率に関する閾値、FとQとの距離に関する閾値を設定し、当該状態であるか否かを診断することとしてもよい。
また、複数の状態について、教師基底を求め、各教師基底ベクトルの重み(Gの各成分)とWとの比率及び各教師基底ベクトル(Fの各列ベクトル成分)とQとの距離を導出し、これらの組み合わせに関する判定基準を設定し、当該複数の状態の何れであるか又は何れでもないかを診断することとしてもよい。このようにすることによって、教師基底が正常な状態と類似した異常についても診断漏れを抑制することができる。
(Variation 8)
In this embodiment, the
In that case, the
Also, a teacher basis may be obtained for a plurality of states, the ratio of the weight of each teacher basis vector (each component of G) to W and the distance between each teacher basis vector (each column vector component of F) and Q may be derived, and a judgment criterion for the combination of these may be set to diagnose which of the plurality of states the state is in or which is not in. In this way, it is possible to suppress missed diagnosis of abnormalities similar to normal states in the teacher basis.
(変形例9)
本実施形態では、情報処理装置800は、式16で表される関数Jdを、コスト関数として用いることとした。ただし、情報処理装置800は、G、Q、Wの更新の指標となる関数であれば、他の関数をコスト関数として用いてもよい。例えば、情報処理装置800は、式16で表される関数Jdの逆数で表される関数をコスト関数として用いてもよい。その場合、情報処理装置800は、コスト関数の値を適正化(最大化)するため、G、Q、Wの値をコスト関数の値が増大するように更新していくこととなる。そして、情報処理装置800は、コスト関数が収束したら、コスト関数の値が適正化(最大化)できたとして、その際のG、Q、Wを、Ydの分解結果として取得することとしてもよい。
(Variation 9)
In this embodiment, the
(変形例10)
本実施形態では、情報処理装置800は、図11の診断処理において、G、Q、Wの更新前と更新後とでコスト関数Jdの値の変動が予め定められた閾値以下となることが、予め定められた回数連続するまで、G、Q、Wそれぞれの更新を繰り返すことで、コスト関数Jdの値が収束した際のG、Q、Wを求めることとした。ただし、他の例として、情報処理装置800は、以下のようにしてもよい。
即ち、情報処理装置800は、式23を用いたGの更新と、式29を用いたQの更新と、式35を用いたWの更新と、を繰り返し行い、各更新段階において、更新後のG、Q、Wから、それぞれ更新前のG、Q、Wを引いた差であるΔG、ΔQ、ΔWについて、これらの行列のフロベニウスノルムを計算する。情報処理装置800は、各更新段階におけるΔG、ΔQ、ΔWのフロベニウスノルムの、それぞれ最初の更新段階におけるΔG、ΔQ、ΔWのフロベニウスノルムに対する比が、予め定められた閾値以下となる更新段階をもって、コスト関数Jdの値が収束したとしてもよい。そして、情報処理装置800は、Jdが収束した際のG、Q、Wを、コスト関数Jdを最小化させる行列として求めてもよい。
(Variation 10)
In this embodiment, the
That is, the
(その他の変形例)
また、例えば、上述した情報処理装置800の機能の一部又は全てをハードウェアとして情報処理装置800に実装してもよい。
また、以上説明した本発明の実施形態は、何れも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。即ち、本発明はその技術思想、また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。
(Other Modifications)
Also, for example, some or all of the functions of the
Furthermore, the above-described embodiments of the present invention are merely examples of the implementation of the present invention, and the technical scope of the present invention should not be interpreted as being limited by these. In other words, the present invention can be implemented in various forms without departing from its technical concept or main features.
800 情報処理装置
801 CPU
901 取得部
902 決定部
903 診断部
904 出力部
800
901
Claims (10)
前記取得手段により取得された前記計測データに基づいて、修正された自己回帰モデルにおける係数である修正係数を決定する決定手段と、
前記決定手段により決定された前記修正係数に基づいて、前記ロールに接続されたスピンドルであって、前記ロールの回転に用いられる前記スピンドルの異常を診断する診断手段と、
を有し、
前記修正された自己回帰モデルは、前記計測データの実績値と、前記実績値に対する前記修正係数と、を用いて、前記計測データの予測値を表す式であり、
前記決定手段は、前記計測データから導出される自己相関行列を特異値分解することで導出される前記自己相関行列の固有値を対角成分とする対角行列と、前記自己相関行列の固有ベクトルを列成分とする直交行列と、から導出される第1の行列を係数行列とし、前記計測データから導出される自己相関ベクトルを定数ベクトルとする方程式を用いて、前記修正係数を決定し、
前記自己相関ベクトルは、時差が1から前記修正された自己回帰モデルで用いられる前記実績値の数であるmまでの前記計測データの自己相関を成分とするベクトルであり、
前記自己相関行列は、時差が0からm-1までの前記計測データの自己相関を成分とする行列であり、
前記第1の行列は、1以上且つm未満の設定された数であるsに対して、前記自己相関行列のs個の固有値と前記対角行列とから導出される第2の行列Σsと、前記s個の固有値と前記直交行列とから導出される第3の行列Usと、から導出される行列UsΣsUs Tであり、
前記第2の行列は、前記対角行列の部分行列であって、前記s個の固有値を対角成分とする行列であり、
前記第3の行列は、前記直交行列の部分行列であって、前記s個の固有値に対応する固有ベクトルを列成分ベクトルとする行列である圧延機のスピンドルの異常診断装置。 A rolling mill for rolling a metal plate, the rolling mill including a roll used for rolling the metal plate and a chock supporting the roll, and an acquisition means for acquiring measurement data indicating a force in a rolling direction applied to the chock, the measurement data being periodically measured during rolling of the metal plate using the rolling mill;
A determination means for determining a correction coefficient, which is a coefficient in a corrected autoregressive model, based on the measurement data acquired by the acquisition means;
a diagnostic means for diagnosing an abnormality in a spindle connected to the roll and used for rotating the roll, based on the correction coefficient determined by the determination means;
having
the corrected autoregressive model is an equation expressing a predicted value of the measurement data by using an actual value of the measurement data and the correction coefficient for the actual value,
the determination means determines the correction coefficient using an equation in which a coefficient matrix is a first matrix derived from a diagonal matrix having eigenvalues of the autocorrelation matrix derived by performing singular value decomposition on the autocorrelation matrix derived from the measurement data as diagonal components, and an orthogonal matrix having eigenvectors of the autocorrelation matrix as column components, and the autocorrelation vector derived from the measurement data is a constant vector;
the autocorrelation vector is a vector whose components are the autocorrelation of the measurement data from 1 to m, the number of the actual values used in the corrected autoregressive model,
The autocorrelation matrix is a matrix whose components are the autocorrelation of the measurement data from time differences 0 to m−1,
the first matrix is a matrix UsΣsUsT derived from: a second matrix Σs derived from s eigenvalues of the autocorrelation matrix and the diagonal matrix, and a third matrix Us derived from the s eigenvalues and the orthogonal matrix, where s is a set number equal to or greater than 1 and less than m ;
the second matrix is a submatrix of the diagonal matrix and has the s eigenvalues as diagonal elements;
The device for diagnosing an abnormality in a spindle of a rolling mill , wherein the third matrix is a submatrix of the orthogonal matrix and is a matrix having eigenvectors corresponding to the s eigenvalues as column component vectors.
金属板を圧延する圧延機であって、前記金属板の圧延に用いられるロールと前記ロールを支持するチョックとを含む前記圧延機を用いた前記金属板の圧延の際に、周期的に計測された前記チョックに対してかかる圧延方向の力を示す計測データを取得する取得ステップと、
前記取得ステップで取得された前記計測データに基づいて、修正された自己回帰モデルにおける係数である修正係数を決定する決定ステップと、
前記決定ステップで決定された前記修正係数に基づいて、前記ロールに接続されたスピンドルであって、前記ロールの回転に用いられる前記スピンドルの異常を診断する診断ステップと、
を含み、
前記修正された自己回帰モデルは、前記計測データの実績値と、前記実績値に対する前記修正係数と、を用いて、前記計測データの予測値を表す式であり、
前記決定ステップでは、前記計測データから導出される自己相関行列を特異値分解することで導出される前記自己相関行列の固有値を対角成分とする対角行列と、前記自己相関行列の固有ベクトルを列成分とする直交行列と、から導出される第1の行列を係数行列とし、前記計測データから導出される自己相関ベクトルを定数ベクトルとする方程式を用いて、前記修正係数を決定し、
前記自己相関ベクトルは、時差が1から前記修正された自己回帰モデルで用いられる前記実績値の数であるmまでの前記計測データの自己相関を成分とするベクトルであり、
前記自己相関行列は、時差が0からm-1までの前記計測データの自己相関を成分とする行列であり、
前記第1の行列は、1以上且つm未満の設定された数であるsに対して、前記自己相関行列のs個の固有値と前記対角行列とから導出される第2の行列Σsと、前記s個の固有値と前記直交行列とから導出される第3の行列Usと、から導出される行列UsΣsUs Tであり、
前記第2の行列は、前記対角行列の部分行列であって、前記s個の固有値を対角成分とする行列であり、
前記第3の行列は、前記直交行列の部分行列であって、前記s個の固有値に対応する固有ベクトルを列成分ベクトルとする行列である圧延機のスピンドルの異常診断方法。 A method for diagnosing an abnormality in a spindle of a rolling mill executed by an information processing device, comprising:
An acquisition step of acquiring measurement data indicating a force in a rolling direction applied to the chock, the measurement data being periodically measured during rolling of the metal plate using a rolling mill including a roll used for rolling the metal plate and a chock supporting the roll;
a determination step of determining correction coefficients, which are coefficients in a corrected autoregressive model, based on the measurement data acquired in the acquisition step;
a diagnosis step of diagnosing an abnormality in a spindle connected to the roll and used to rotate the roll, based on the correction coefficient determined in the determination step;
Including,
the corrected autoregressive model is an equation expressing a predicted value of the measurement data by using an actual value of the measurement data and the correction coefficient for the actual value,
In the determining step, a first matrix derived from a diagonal matrix having eigenvalues of the autocorrelation matrix derived from the measurement data as diagonal components and an orthogonal matrix having eigenvectors of the autocorrelation matrix as column components is used as a coefficient matrix, and the correction coefficient is determined using an equation in which the autocorrelation vector derived from the measurement data is used as a constant vector;
the autocorrelation vector is a vector whose components are the autocorrelation of the measurement data from 1 to m, the number of the actual values used in the corrected autoregressive model,
The autocorrelation matrix is a matrix whose components are the autocorrelation of the measurement data from time differences 0 to m−1,
the first matrix is a matrix UsΣsUsT derived from: a second matrix Σs derived from s eigenvalues of the autocorrelation matrix and the diagonal matrix, and a third matrix Us derived from the s eigenvalues and the orthogonal matrix, where s is a set number equal to or greater than 1 and less than m ;
the second matrix is a submatrix of the diagonal matrix, and has the s eigenvalues as diagonal elements;
The method for diagnosing an abnormality in a spindle of a rolling mill , wherein the third matrix is a submatrix of the orthogonal matrix and has eigenvectors corresponding to the s eigenvalues as column component vectors.
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