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JP7635739B2 - Quality prediction model generating device, quality prediction device, quality prediction model generating method, and quality prediction method - Google Patents
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Quality prediction model generating device, quality prediction device, quality prediction model generating method, and quality prediction method Download PDF

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Description

本発明は、品質予測モデルの生成装置、品質予測装置、品質予測モデルの生成方法および品質予測方法に関する。 The present invention relates to a quality prediction model generation device, a quality prediction device, a quality prediction model generation method, and a quality prediction method.

特許文献1には、鉄鋼製品の品質を予測する方法として、鋳片の過去の製造実績データと品質実績データとから学習されたニューラルネットワークモデルを用いて、当該鋳片の欠陥の有無を予測する方法が開示されている。 Patent Document 1 discloses a method for predicting the quality of steel products, which uses a neural network model trained from the past manufacturing performance data and quality performance data of the slab to predict the presence or absence of defects in the slab.

特開2020-157333号公報JP 2020-157333 A

しかしながら、特許文献1の方法では、ニューラルネットワークの入力構造に依らずに特徴判別層が形成される。そのため、複数の製造実績データに潜在する可能性のある、特徴的な関係性を強調するような入力構造的な工夫を加えることができない。また、特許文献1の方法では、モデルの精度向上が、ニューラルネットワークのハイパーパラメータの調整のみに依存しているため、十分な予測精度に至らない可能性があった。 However, in the method of Patent Document 1, the feature discrimination layer is formed without relying on the input structure of the neural network. Therefore, it is not possible to add input structural improvements that would emphasize characteristic relationships that may be latent in multiple manufacturing performance data. In addition, in the method of Patent Document 1, improving the accuracy of the model relies solely on adjusting the hyperparameters of the neural network, so there is a possibility that sufficient prediction accuracy will not be achieved.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、製品の品質を高精度に予測可能な、品質予測モデルの生成装置、品質予測装置、品質予測モデルの生成方法および品質予測方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above, and aims to provide a quality prediction model generation device, a quality prediction device, a quality prediction model generation method, and a quality prediction method that are capable of predicting product quality with high accuracy.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る品質予測モデルの生成装置は、製品を製造する際の操業条件と、製造された前記製品の品質とを紐付けた実績データをデータベースに保存する実績データ保存手段と、前記操業条件を入力データとして、前記品質を予測する品質予測モデルであって、前記入力データの構造を特徴パターンとして学習する品質予測モデルを、前記実績データを利用して構築する品質予測モデル構築手段と、評価用データを用いて、前記品質予測モデルの予測精度を評価する予測精度評価手段と、前記予測精度評価手段で得た前記予測精度の評価結果に基づき、前記入力データの構造を変化させることにより、前記品質予測モデルの予測精度の最適化を図る予測精度最適化手段と、を備える。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the objective, the quality prediction model generation device of the present invention includes: performance data storage means for storing performance data linking the operating conditions for manufacturing a product with the quality of the manufactured product in a database; quality prediction model construction means for constructing a quality prediction model using the performance data to predict the quality using the operating conditions as input data, the quality prediction model learning the structure of the input data as a feature pattern; prediction accuracy evaluation means for evaluating the prediction accuracy of the quality prediction model using evaluation data; and prediction accuracy optimization means for optimizing the prediction accuracy of the quality prediction model by changing the structure of the input data based on the evaluation result of the prediction accuracy obtained by the prediction accuracy evaluation means.

また、本発明に係る品質予測モデルの生成装置は、上記発明において、前記実績データ保存手段が、前記製品の品質が前記製品の特定位置ごとに評価される場合には、前記製品の特定位置ごとに、前記操業条件と前記製品の品質とを紐付けた実績データを作成し、前記製品の品質が前記製品の特定位置ごとに評価され、かつ前記製品が複数の製造工程を経て製造される場合には、前記製品の特定位置ごとに、前記製造工程ごとの操業条件と前記製品の品質とを紐付けた実績データを作成する。 In addition, in the quality prediction model generating device according to the present invention, in the above invention, the performance data storage means creates performance data linking the operating conditions and the quality of the product for each specific position of the product when the quality of the product is evaluated for each specific position of the product, and creates performance data linking the operating conditions for each manufacturing process and the quality of the product for each specific position of the product when the quality of the product is evaluated for each specific position of the product and the product is manufactured through multiple manufacturing processes.

また、本発明に係る品質予測モデルの生成装置は、上記発明において、前記予測精度最適化手段が変化させる前記入力データの構造が、前記操業条件の順序に対応する前記入力データの並び順である。 In addition, in the quality prediction model generating device according to the present invention, in the above invention, the structure of the input data that is changed by the prediction accuracy optimization means is the order of the input data that corresponds to the order of the operating conditions.

また、本発明に係る品質予測モデルの生成装置は、上記発明において、前記品質予測モデルが、前記入力データの特徴量抽出を行う機能を有するニューラルネットワークである。 The quality prediction model generating device according to the present invention is the above invention, in which the quality prediction model is a neural network having a function of extracting features of the input data.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る品質予測装置は、上記の品質予測モデルの生成装置によって生成された品質予測モデルに基づいて、製造された製品の品質を予測する品質予測手段を備える。 To solve the above problems and achieve the above objectives, the quality prediction device according to the present invention includes a quality prediction means for predicting the quality of a manufactured product based on a quality prediction model generated by the above quality prediction model generation device.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る品質予測モデルの生成方法は、コンピュータによって構築された装置によって実行される品質予測モデルの生成方法であって、前記コンピュータが備える実績データ保存手段が、製品を製造する際の操業条件と、製造された前記製品の品質とを紐付けた実績データをデータベースに保存する実績データ保存ステップと、前記コンピュータが備える品質予測モデル構築手段が、前記操業条件を入力データとして、前記品質を予測する品質予測モデルであって、前記入力データの構造を特徴パターンとして学習する品質予測モデルを、前記実績データを利用して構築する品質予測モデル構築ステップと、前記コンピュータが備える予測精度評価手段が、評価用データを用いて、前記品質予測モデルの予測精度を評価する予測精度評価ステップと、前記コンピュータが備える予測精度最適化手段が、前記予測精度評価ステップで得た前記予測精度の評価結果に基づき、前記入力データの構造を変化させることにより、前記品質予測モデルの予測精度の最適化を図る予測精度最適化ステップと、を含む。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the quality prediction model generating method of the present invention is a quality prediction model generating method executed by an apparatus constructed by a computer, and includes: a performance data storage step in which a performance data storage means provided in the computer stores performance data linking the operating conditions when manufacturing a product with the quality of the manufactured product in a database; a quality prediction model construction step in which a quality prediction model construction means provided in the computer uses the performance data to construct a quality prediction model that predicts the quality using the operating conditions as input data and learns the structure of the input data as a feature pattern; a prediction accuracy evaluation step in which a prediction accuracy evaluation means provided in the computer uses evaluation data to evaluate the prediction accuracy of the quality prediction model; and a prediction accuracy optimization step in which a prediction accuracy optimization means provided in the computer optimizes the prediction accuracy of the quality prediction model by changing the structure of the input data based on the evaluation result of the prediction accuracy obtained in the prediction accuracy evaluation step.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る品質予測方法は、コンピュータによって構築された装置によって実行される品質予測方法であって、上記の品質予測モデルの生成方法によって生成された品質予測モデルに基づいて、製造された製品の品質を予測する品質予測ステップを含む。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the above-mentioned objectives, the quality prediction method according to the present invention is a quality prediction method executed by a device constructed by a computer, and includes a quality prediction step of predicting the quality of a manufactured product based on a quality prediction model generated by the above-mentioned quality prediction model generation method.

本発明に係る品質予測モデルの生成装置、品質予測装置、品質予測モデルの生成方法および品質予測方法では、入力データの構造を特徴パターンとして学習する品質予測モデルを構築する際に、入力データの構造を変化させて予測精度の最適化を図る。これにより、製品の品質を高精度に予測可能な品質予測モデルを生成することができるとともに、当該品質予測モデルを用いて製品の品質を高精度に予測することができる。 In the quality prediction model generation device, quality prediction device, quality prediction model generation method, and quality prediction method according to the present invention, when constructing a quality prediction model that learns the structure of input data as a feature pattern, the structure of the input data is changed to optimize prediction accuracy. This makes it possible to generate a quality prediction model that can predict product quality with high accuracy, and to predict product quality with high accuracy using the quality prediction model.

図1は、本発明の実施形態1,2に係る品質予測モデルの生成装置および品質予測装置を実現する情報処理装置の概略的な構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an information processing device which realizes a quality prediction model generating device and a quality prediction device according to first and second embodiments of the present invention. 図2は、本発明の実施形態1に係る品質予測モデルの生成装置および品質予測装置において、操業条件データと品質データとを紐付けて作成した実績データを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing performance data created by linking operation condition data and quality data in the quality prediction model generating device and the quality prediction device according to the first embodiment of the present invention. 図3は、本発明の実施形態1に係る品質予測モデルの生成装置および品質予測装置において、入力データにおける操業条件列の順序を探索する手順を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a procedure for searching for the order of operation condition sequences in input data in the quality prediction model generating device and the quality prediction device according to the first embodiment of the present invention. 図4は、本発明の実施形態1に係る品質予測モデルの生成装置が実行する品質予測モデルの生成方法の手順を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing the steps of a quality prediction model generating method executed by the quality prediction model generating device according to the first embodiment of the present invention. 図5は、本発明の実施形態2に係る品質予測モデルの生成装置および品質予測装置において、操業条件データと品質データとを紐付けて作成した実績データを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing performance data created by linking operation condition data and quality data in the quality prediction model generating device and the quality prediction device according to the second embodiment of the present invention. 図6は、本発明の実施形態2に係る品質予測モデルの生成装置および品質予測装置において、入力データにおける操業条件列の順序を探索する手順を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a procedure for searching for the order of operation condition sequences in input data in the quality prediction model generating device and the quality prediction device according to the second embodiment of the present invention. 図7は、本発明の実施形態2に係る品質予測モデルの生成装置が実行する品質予測モデルの生成方法の手順を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart showing the steps of a quality prediction model generating method executed by the quality prediction model generating device according to the second embodiment of the present invention.

本発明の実施形態に係る品質予測モデルの生成装置(以下、「モデル生成装置」という)、品質予測装置、品質予測モデルの生成方法(以下、「モデル生成方法」という)および品質予測方法について、図面を参照しながら説明する。なお、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。 A quality prediction model generating device (hereinafter referred to as the "model generating device"), a quality prediction device, a quality prediction model generating method (hereinafter referred to as the "model generating method"), and a quality prediction method according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the components in the following embodiments include those that are replaceable and easy for a person skilled in the art, or those that are substantially the same.

(実施形態1)
本発明の実施形態1に係るモデル生成装置、品質予測装置、モデル生成方法および品質予測方法について、図1~図4を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
A model generating device, a quality predicting device, a model generating method, and a quality predicting method according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. FIG.

〔装置構成〕
図1は、本実施形態に係る品質予測装置を実現するための情報処理装置1の構成の一例を示している。情報処理装置1は、入力部10と、記憶部20と、演算部30と、表示部40と、を備えている。なお、本実施形態に係るモデル生成装置は、情報処理装置1の構成要素のうち、演算部30の品質予測部33を除いた構成要素によって実現される。
[Device configuration]
1 shows an example of the configuration of an information processing device 1 for realizing the quality prediction device according to this embodiment. The information processing device 1 includes an input unit 10, a storage unit 20, a calculation unit 30, and a display unit 40. The model generation device according to this embodiment is realized by the components of the information processing device 1 excluding the quality prediction unit 33 of the calculation unit 30.

入力部10は、演算部30に対する入力手段であり、例えばキーボード、マウスポインタ、テンキー等の入力装置によって実現される。 The input unit 10 is an input means for the calculation unit 30, and is realized by an input device such as a keyboard, a mouse pointer, or a numeric keypad.

記憶部20は、EPROM(Erasable Programmable ROM)、ハードディスクドライブ(Hard Disk Drive:HDD)およびリムーバブルメディア等の記録媒体から構成される。リムーバブルメディアとしては、例えばUSB(Universal Serial Bus)メモリ、CD(Compact Disc)、DVD(Digital Versatile Disc)、BD(Blu-ray(登録商標) Disc)のようなディスク記録媒体が挙げられる。記憶部20には、オペレーティングシステム(Operating System:OS)、各種プログラム、各種テーブル、各種データベース等が格納可能である。記憶部20には、操業DB(データベース)21が保存されている。 The storage unit 20 is composed of recording media such as an EPROM (Erasable Programmable ROM), a hard disk drive (HDD), and removable media. Examples of removable media include a universal serial bus (USB) memory, a compact disc (CD), a digital versatile disc (DVD), and a Blu-ray (registered trademark) disc (BD). The storage unit 20 can store an operating system (OS), various programs, various tables, various databases, and the like. The storage unit 20 also stores an operation database (DB) 21.

操業DB21には、過去に製造された製品の実績データが検索可能に格納されている。ここで、本実施形態における「製品」としては、複数の工程を経て製造される鉄鋼製品等が挙げられる。例えば鉄鋼製品の場合、前記した「複数の工程」としては、例えば製銑工程、製鋼工程、熱延工程、冷延工程、焼鈍工程および表面処理工程の、いずれか一つ以上の工程が含まれる。 In the operation DB21, performance data of products manufactured in the past is stored in a searchable manner. Here, the "product" in this embodiment includes steel products manufactured through multiple processes. For example, in the case of steel products, the "multiple processes" mentioned above include one or more of the following processes: iron-making process, steel-making process, hot rolling process, cold rolling process, annealing process, and surface treatment process.

また、「実績データ」には、例えば過去に製品を製造した際の複数の工程における操業条件(以下、「操業条件データ」という)と、最終工程後に検査された製品の品質(以下、「品質データ」という)とが含まれる。また、操業条件データには、例えば各工程における製造条件データ、センサデータ等が含まれる。 Furthermore, the "performance data" includes, for example, the operating conditions in multiple processes when a product was manufactured in the past (hereinafter referred to as "operating condition data") and the quality of the product inspected after the final process (hereinafter referred to as "quality data"). Furthermore, the operating condition data includes, for example, manufacturing condition data and sensor data in each process.

例えば鉄鋼製品の場合、操業条件データとしては、製鋼工程における製品厚、製品幅、製品長、鋼中成分、鋳造速度等のデータ、熱延工程における製品厚、製品幅、製品長、製品温度、圧延速度等のデータ、冷延工程における製品厚、製品幅、製品長、圧延速度等のデータ、表面処理工程における製品厚、製品幅、製品長、表面処理炉中温度、表面処理速度等のデータ、が挙げられる。また、品質データとしては、表面処理工程終了時における表面欠陥検査結果のデータ等が挙げられる。 For example, in the case of steel products, operational condition data includes data on product thickness, product width, product length, steel components, casting speed, etc. in the steelmaking process, data on product thickness, product width, product length, product temperature, rolling speed, etc. in the hot rolling process, data on product thickness, product width, product length, rolling speed, etc. in the cold rolling process, data on product thickness, product width, product length, temperature in the surface treatment furnace, surface treatment speed, etc. in the surface treatment process. Quality data includes data on the results of surface defect inspection at the end of the surface treatment process.

演算部30は、例えばCPU(Central Processing Unit)等からなるプロセッサと、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)等からなるメモリ(主記憶部)と、によって実現される。 The calculation unit 30 is realized by a processor such as a CPU (Central Processing Unit) and a memory (main storage unit) such as a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory).

演算部30は、プログラムを主記憶部の作業領域にロードして実行し、プログラムの実行を通じて各構成部等を制御することにより、所定の目的に合致した機能を実現する。演算部30は、前記したプログラムの実行を通じて、データ紐付部31、モデル構築部32および品質予測部33として機能する。なお、図1では、各部の機能を一台のコンピュータによって実現する場合の例を示しているが、各部の機能の具体的な実現方法は特に限定されず、例えば各部の機能を複数台のコンピュータによって実現してもよい。 The calculation unit 30 loads a program into the working area of the main memory and executes it, and controls each component part through the execution of the program to realize functions that meet a predetermined purpose. Through the execution of the program, the calculation unit 30 functions as a data linking unit 31, a model construction unit 32, and a quality prediction unit 33. Note that while FIG. 1 shows an example in which the functions of each part are realized by a single computer, the specific method of realizing the functions of each part is not particularly limited, and for example, the functions of each part may be realized by multiple computers.

データ紐付部31は、操業条件データと品質データとの紐付けを行う。まず、データ紐付部31は、例えば多工程における製造の過程において、複数の計測装置によって計測された操業条件データと、最終工程後に実際に検査された製品の品質データとを、それぞれ操業DB21から収集する。 The data linking unit 31 links the operation condition data with the quality data. First, the data linking unit 31 collects, from the operation DB 21, operation condition data measured by multiple measuring devices during a multi-step manufacturing process, for example, and quality data of the product actually inspected after the final step.

ここで、ある製品の製造時の操業条件データXは、例えば以下のような要素を有している。 Here, the operating condition data X for the production of a certain product has, for example, the following elements:

X=[x,x,…,x,…,x](1≦m≦M) X=[x 1 , x 2 ,..., x m ,..., x M ] (1≦m≦M)

但し、上記の「x」は、一番目の工程からK番目の工程までのK個の工程を経て製品を製造する際に、K個の工程のうちの工程k(1≦k≦K)における、一つの製造設備や製造装置の一つの実績値を示している。すなわち、「x」は、全工程で総数M種類の実績値のうち、m種類目(1≦m≦M)にあたる実績値を示している。 However, the above "x m " indicates one actual value of one manufacturing facility or manufacturing device in process k (1≦k≦K) of K processes when manufacturing a product through K processes from the first process to the Kth process. In other words, "x m " indicates the mth (1≦m≦M) actual value out of a total of M types of actual values in all processes.

また、ある製品の品質データYは、例えば以下のような要素を有している。 Furthermore, quality data Y for a certain product may have the following elements:

Y=[y] Y = [y]

但し、上記の「y」は、一番目の工程からK番目の工程までのK個の工程を経て製品を製造する際に、K個の工程のうちの工程K、すなわち最終工程後における製品の品質検査判定結果を示している。なお、製品の品質は、複数の異なる品質評価であってもよい。すなわち、品質カテゴリごとにyとして複数の出力を考慮することもできる。 Here, "y" above indicates the quality inspection result of the product after process K, i.e., the final process, when manufacturing a product through K processes from the first process to the Kth process. The quality of the product may be a plurality of different quality evaluations. In other words, a plurality of outputs may be considered as yi for each quality category.

データ紐付部31は、最終工程で製造される製品(最終製品)を一単位として、各工程における操業条件データと、最終工程後に検査された製品の品質データとを紐づけて、例えば図2に示すような表形式の実績データを作成する。 The data linking unit 31 treats the product manufactured in the final process (final product) as one unit, links the operating condition data in each process with the quality data of the product inspected after the final process, and creates performance data in a tabular format, for example, as shown in Figure 2.

図2に示した実績データの例では、N個の製品ごとのデータが行方向に並び、品質データYと、操業条件データX(1≦m≦M)が列方向に並んでいる。同図に示した実績データは、後記する品質予測モデルを構築する際の入力データとなる。データ紐付部31は、このように紐付けを行った実績データを、例えば操業DB21に保存する。このように、データ紐付部31は、製品を製造する際の操業条件データと、製造された製品の品質データとを紐付けた実績データを操業DB21に保存する実績データ保存手段として機能する。 In the example of performance data shown in Fig. 2, data for N products is arranged in the row direction, and quality data Y and operation condition data Xm (1 < m < M) are arranged in the column direction. The performance data shown in the figure is input data when constructing a quality prediction model described below. The data linking unit 31 stores the performance data that has been linked in this way, for example, in the operation DB 21. In this way, the data linking unit 31 functions as performance data storage means that stores in the operation DB 21 performance data that links operation condition data when manufacturing a product with quality data of the manufactured product.

モデル構築部32は、データ紐付部31が作成した実績データを利用して、任意の操業条件に対する製品の品質を予測する品質予測モデル(数理モデル)を構築する。この品質予測モデルは、操業条件データを入力データとして、製品の品質を予測するモデルであり、入力データの構造を特徴パターンとして学習するモデルである。また、品質予測モデルは、具体的には、入力部分、特徴判別部分、予測判定部分および出力部分により構成される。 The model construction unit 32 uses the performance data created by the data linking unit 31 to construct a quality prediction model (mathematical model) that predicts product quality for any operating conditions. This quality prediction model is a model that predicts product quality using operating condition data as input data, and is a model that learns the structure of the input data as a feature pattern. Specifically, the quality prediction model is composed of an input part, a feature discrimination part, a prediction judgment part, and an output part.

入力部分では、前記した図2に示すように、複数の操業条件(操業条件列)を要素とする、ベクトル構造を有する入力データが入力される。 In the input section, as shown in Figure 2 above, input data having a vector structure with multiple operating conditions (operating condition strings) as elements is entered.

特徴判別部分では、入力データの構造の特徴のパターンを捉えて特徴判別するように、モデルの学習が実施される。これにより、特定の特徴パターンに対して反応して情報を伝達する特徴判別層が形成される。この特徴判別層は複数層分形成され、ある層から次の層へと順次情報を伝達する。また、情報を渡す入力部分に接続された層から、情報を受ける予測判定部分に接続された層に向かって情報を伝達する。 In the feature discrimination section, the model is trained to capture patterns of features in the structure of the input data and discriminate features. This forms a feature discrimination layer that reacts to specific feature patterns and transmits information. This feature discrimination layer is formed in multiple layers, and transmits information from one layer to the next in sequence. Also, information is transmitted from the layer connected to the input part that passes on information to the layer connected to the prediction and judgment part that receives information.

予測判定部分では、品質に影響を及ぼす複数の操業条件の複雑なパターンをもとに、データの入力に対して、品質判定予測結果を出力する。 The prediction and judgment part outputs quality judgment prediction results for the input data based on the complex patterns of multiple operating conditions that affect quality.

本実施形態では、具体的には、入力データの特徴量抽出を行う機能を有する深層学習アルゴリズムの一種である畳み込みニューラルネットワーク(Convolutional Neural Network(以下、「CNN」という))を利用して品質予測モデルを構築する。このCNNは、人間の脳の神経回路網と呼ばれる神経細胞(ニューロン)からなるネットワーク構造とその学習機構を模した機械学習アルゴリズムである。また、CNNは、入力層、畳み込み層、プーリング層、全結合層および出力層から構成される。 Specifically, in this embodiment, a quality prediction model is constructed using a Convolutional Neural Network (hereinafter referred to as "CNN"), which is a type of deep learning algorithm that has the function of extracting features of input data. This CNN is a machine learning algorithm that mimics the network structure of nerve cells (neurons) called the neural network of the human brain and its learning mechanism. In addition, the CNN is composed of an input layer, a convolutional layer, a pooling layer, a fully connected layer, and an output layer.

入力層では入力データが入力される。畳み込み層では、入力データの一部の領域ごとにカーネルと呼ばれるフィルタを掛けることにより、データの畳み込みを行い、特徴抽出を行って特徴マップ(「要素」ともいう)を構成する。フィルタの数は複数であってもよく、その場合は構成される特徴マップの数も複数になる。また、CNNの学習では、フィルタのパラメータが自動的に学習される。 Input data is input to the input layer. In the convolutional layer, a filter called a kernel is applied to each region of the input data to convolve the data and extract features to construct a feature map (also called an "element"). There may be multiple filters, in which case multiple feature maps will be constructed. Furthermore, when CNN trains, the filter parameters are learned automatically.

プーリング層では、畳み込みによって得られた各々の特徴マップのサイズを縮約する。畳み込み層およびプーリング層は、交互にそれぞれ同数の複数層で構成してもよい。全結合層では、特徴マップの組み合わせから、特定の予測結果に分類するための識別を行う。例えば鉄鋼製品の場合、前記した「特定の予測結果」としては、表面欠陥等の品質不良の有無が挙げられる。 In the pooling layer, the size of each feature map obtained by convolution is reduced. The convolutional layers and pooling layers may be configured with the same number of layers, alternating. In the fully connected layer, classification is performed to classify the combination of feature maps into specific prediction results. For example, in the case of steel products, the aforementioned "specific prediction results" include the presence or absence of quality defects such as surface defects.

CNNを適用することにより、入力データに対する特徴的なパターンを抽出し、そのパターンによって高精度に識別される分類を出力データとして得ることができる。本実施形態では、品質に影響を及ぼす複数の操業条件の複雑なパターンを、各操業条件の一次元入力に対して品質不良発生の有無の分類確率を出力とするCNN(一次元CNN)によって識別を行う。この場合、品質不良発生の分類確率が、任意の値p(0≦p≦1)未満の場合は「品質不良なし」と分類し、当該分類確率が任意の値p以上の場合は「品質不良あり」と分類するように、分類確率の閾値を設定する。 By applying CNN, it is possible to extract characteristic patterns from input data and obtain classifications that are identified with high accuracy based on those patterns as output data. In this embodiment, complex patterns of multiple operating conditions that affect quality are identified by a CNN (one-dimensional CNN) that outputs the classification probability of the occurrence or absence of quality defects for each one-dimensional input of each operating condition. In this case, a threshold for the classification probability is set so that if the classification probability of the occurrence of quality defects is less than an arbitrary value p (0≦p≦1), it is classified as "no quality defect," and if the classification probability is equal to or greater than an arbitrary value p, it is classified as "quality defect."

モデル構築部32は、製品を製造する際の複数の工程における操業条件を入力データとし、製造された製品の品質カテゴリごとの欠陥発生確率スコアを出力データとして、CNNの学習を行う。なお、「品質カテゴリごとの欠陥発生確率スコア」とは、例えば「欠陥Aの発生確率が70%」、「欠陥Bの発生確率が30%」等のように、複数種類の欠陥の有無に関する分類確率のことを示している。 The model construction unit 32 uses the operating conditions in multiple processes when manufacturing a product as input data and the defect occurrence probability score for each quality category of the manufactured product as output data to train the CNN. Note that the "defect occurrence probability score for each quality category" refers to the classification probability regarding the presence or absence of multiple types of defects, such as "the probability of occurrence of defect A is 70%" and "the probability of occurrence of defect B is 30%."

なお、モデル構築部32は、各工程において、最終工程で製造される製品内の複数の部位に対応する部位の操業条件を入力データとし、最終工程で製造される製品内の複数の部位の欠陥発生確率スコアを出力データとして、CNNの学習を行ってもよい。これにより、最終製品の特定の部位について、それに対応する操業条件を、各工程を遡って追跡し、品質予測モデルを構築することができる。 The model construction unit 32 may perform CNN training in each process using the operating conditions of parts corresponding to multiple parts in the product manufactured in the final process as input data and the defect occurrence probability scores of multiple parts in the product manufactured in the final process as output data. This makes it possible to trace the operating conditions corresponding to a specific part of the final product back through each process and build a quality prediction model.

データ紐付部31で作成されたデータ、すなわち品質予測モデルを構築する際に入力されるベクトル構造の入力データには、潜在的な情報として、入力データのデータ構造上において近傍にある操業条件間の関係性に関する情報が含まれていると見做すことができる。 The data created by the data linking unit 31, i.e., the vector-structured input data that is input when constructing a quality prediction model, can be considered to contain, as latent information, information regarding the relationship between operating conditions that are in close proximity in the data structure of the input data.

ここで、複数の操業条件列、すなわち入力データ(入力ベクトル)の各要素の並び順が、製品の品質の良否に対して関係性を持つ場合を考える。この場合、当該操業条件列の並び順によって、特定のパターンに対して反応して情報を伝達する特徴判別層が、操業条件データ間の関係性の情報のパターンを一層判別しやすくなる状況が発生し得る。 Now consider a case where multiple operating condition strings, i.e., the order of each element of the input data (input vector), have a relationship to the quality of the product. In this case, depending on the order of the operating condition strings, a situation may arise where the feature discrimination layer, which reacts to specific patterns and transmits information, can more easily discern information patterns of relationships between operating condition data.

そこで、モデル構築部32は、評価用データを用いて、品質予測モデルの予測精度を評価する。そして、その際に得た予測精度の評価結果に基づき、入力データの構造を変化させることにより、品質予測モデルの予測精度の最適化を図る。ここで、上記の「入力データの構造」とは、具体的には操業条件の順序に対応する入力データの並び順である。 The model construction unit 32 then uses the evaluation data to evaluate the prediction accuracy of the quality prediction model. Based on the evaluation results of the prediction accuracy obtained at that time, the structure of the input data is changed to optimize the prediction accuracy of the quality prediction model. Here, the above-mentioned "input data structure" specifically refers to the order of the input data that corresponds to the order of the operating conditions.

モデル構築部32は、例えば図3に示すように、入力データにおける操業条件列の並び替えを行い、予測精度が最も良くなるような操業条件列の並び順を探索する。例えばモデル構築部32は、探索1回目では「操業条件データX…X…X…X」の並び順からなる入力データを用いてCNNの学習を行い、予測精度の評価を行う(同図の(a)参照)。また、モデル構築部32は、探索2回目では「操業条件データX…X…X…X」の並び順からなる入力データを用いてCNNの学習を行い、予測精度の評価を行う(同図の(b)参照)。そして、モデル構築部32は、探索i回目では「操業条件データX…X…X…XM-1」の並び順からなる入力データを用いてCNNの学習を行い、予測精度の評価を行う(同図の(c)参照)。 The model construction unit 32 rearranges the sequence of operation conditions in the input data, for example, as shown in FIG. 3, and searches for the sequence of operation conditions that will maximize the prediction accuracy. For example, in the first search, the model construction unit 32 uses input data arranged in the order of "operation condition data X 1 ...X 2 ...X m ...X M " to train the CNN and evaluate the prediction accuracy (see (a) in the figure). In the second search, the model construction unit 32 uses input data arranged in the order of "operation condition data X 2 ...X 1 ...X m ...X M " to train the CNN and evaluate the prediction accuracy (see (b) in the figure). In the i-th search, the model construction unit 32 uses input data arranged in the order of "operation condition data X M ...X 1 ...X m ...X M-1 " to train the CNN and evaluate the prediction accuracy (see (c) in the figure).

このように、モデル構築部32は、入力データにおける操業条件列の並び順を入れ替えながら、各並び順について予測精度の評価を行う。また、モデル構築部32は、操業条件列の並び順を入れ替える際に、図2に示した実績データの列方向のデータ、すなわち列単位(工程単位)で操業条件データの入れ替えを実施する。なお、図3では、説明の便宜上、操業条件データまたは品質データを示す記号の一部を、図2とは異なる記号で示している。 In this way, the model construction unit 32 evaluates the prediction accuracy for each order while rearranging the order of the operation condition columns in the input data. When rearranging the order of the operation condition columns, the model construction unit 32 also rearranges the operation condition data in the column direction of the performance data shown in FIG. 2, that is, in column units (process units). Note that, for ease of explanation, in FIG. 3, some of the symbols indicating the operation condition data or quality data are shown with different symbols than those in FIG. 2.

本実施形態では、入力に対する分類を予測結果として出力するモデルを扱う。そのため、モデル構築部32における予測精度の評価の指標として、具体的には「Accuracy」を用いる。すなわち、モデル構築部32は、下記式(1)に示す評価式の値が最も大きくなるような入力データにおける操業条件列の並び順を探索する。 In this embodiment, we deal with a model that outputs the classification of the input as a prediction result. Therefore, specifically, "Accuracy" is used as an index for evaluating the prediction accuracy in the model construction unit 32. In other words, the model construction unit 32 searches for the order of the operating condition string in the input data that maximizes the value of the evaluation formula shown in the following formula (1).

Figure 0007635739000001
Figure 0007635739000001

但し、上記式(1)において、TP(True Positive)は、品質予測モデルが「Positive」と予測して正解が「Positive」である予測結果の総数である。また、TN(True Negative)は、品質予測モデルが「Negative」と予測して正解が「Negative」である予測結果の総数である。また、FP(False Positive)は、品質予測モデルが「Positive」と予測したが正解が「Negative」である予測結果の総数である。また、FN(False Negative)は、品質予測モデルが「Negative」と予測したが正解が「Positive」である予測結果の総数である。 However, in the above formula (1), TP (True Positive) is the total number of prediction results where the quality prediction model predicts "Positive" and the correct answer is "Positive". Also, TN (True Negative) is the total number of prediction results where the quality prediction model predicts "Negative" and the correct answer is "Negative". Also, FP (False Positive) is the total number of prediction results where the quality prediction model predicts "Positive" but the correct answer is "Negative". Also, FN (False Negative) is the total number of prediction results where the quality prediction model predicts "Negative" but the correct answer is "Positive".

また、入力データにおける操業条件列の並び替えのたびに実施する上記指標の評価には、ホールドアウト検証と呼ばれる方法や、交差検証(クロスバリデーション)と呼ばれる方法を用いることができる。 In addition, the above indicators can be evaluated each time the operating condition string in the input data is rearranged using a method called hold-out validation or a method called cross-validation.

ホールドアウト検証では、学習に用いる実績データを、品質予測モデルを学習させるための学習データと、品質予測モデルを評価するための評価データとに分割する。そして、評価データに対する結果に基づいて指標を算出する。また、交差検証では、学習に用いる実績データをK個の群に分割し、k回目(1≦k≦K)にはk番目の群を評価データとし、それ以外の群全体を学習データとして学習および評価を繰り返し実行する。そして、各回で算出した指標の平均を取って最終的な指標を算出する。 In hold-out validation, the performance data used for learning is divided into training data for training a quality prediction model and evaluation data for evaluating the quality prediction model. An index is then calculated based on the results for the evaluation data. In cross-validation, the performance data used for learning is divided into K groups, and in the kth round (1≦k≦K), the kth group is used as the evaluation data, and all the other groups are used as the learning data to repeatedly perform learning and evaluation. The indexes calculated each time are then averaged to calculate the final index.

入力データの構造の候補、すなわち入力データにおける操業条件列の並び順の候補は、操業条件データの項目総数の階乗の分だけ存在するため、組み合せ爆発の問題から、全ての入力データの構造における評価関数の値を計算することは現実的ではない。これら最適化問題の解法としては、例えばメタヒューリスティクス、遺伝的アルゴリズム、数理計画法等が知られており、それらを用いてよい。 The number of possible input data structures, i.e., possible orderings of the operating condition strings in the input data, is equal to the factorial of the total number of items in the operating condition data, so it is not realistic to calculate the value of the evaluation function for all input data structures due to the combinatorial explosion problem. Methods for solving these optimization problems include, for example, metaheuristics, genetic algorithms, and mathematical programming, and any of these may be used.

また、ここで得られた入力データにおける操業条件列の並び順は最適解である必要はなく、計算時間に条件を設け、その時間内で得られた最も優れた解を用いてもよい。または、予め設定した計算時間内に得られた解を全て保存しておき、最後に全て出力してもよい。 The order of the sequence of operating conditions in the input data obtained here does not need to be the optimal solution; conditions may be set for the calculation time, and the best solution obtained within that time may be used. Alternatively, all solutions obtained within a preset calculation time may be saved and then all output at the end.

このように、モデル構築部32は、品質予測モデルを構築する手段として機能するとともに、品質予測モデルの予測精度の評価を行う予測精度評価手段と、予測精度の評価に基づき、品質予測モデルの予測精度の最適化を図る予測精度最適化手段としても機能する。 In this way, the model construction unit 32 functions as a means for constructing a quality prediction model, and also functions as a prediction accuracy evaluation means for evaluating the prediction accuracy of the quality prediction model, and a prediction accuracy optimization means for optimizing the prediction accuracy of the quality prediction model based on the evaluation of the prediction accuracy.

品質予測部33は、モデル構築部32で構築された品質予測モデルに対して、品質を予測したい製品の、複数の操業条件列からなるベクトル構造の入力データを入力することにより、品質予測結果を出力させる。「品質予測結果の出力」とは、具体的には対象製品の欠陥発生確率スコアを算出することを示している。 The quality prediction unit 33 outputs quality prediction results by inputting vector-structured input data consisting of multiple operating condition sequences for the product whose quality is to be predicted into the quality prediction model constructed by the model construction unit 32. "Output of quality prediction results" specifically refers to calculating a defect occurrence probability score for the target product.

そして、品質予測部33は、品質予測結果である欠陥発生確率スコアを、表示部40に表示させる。この場合、品質予測部33は、対象製品に関する情報を閲覧できる表示部40に、品質不良なしの予測結果の場合には○印を表示させ、品質不良ありの予測結果の場合には×印を表示させてもよく、あるいは品質不良ありの予測結果の場合にのみ「対象製品は品質不良発生が予測される」等といった文言を表示させてもよい。 Then, the quality prediction unit 33 displays the defect occurrence probability score, which is the quality prediction result, on the display unit 40. In this case, the quality prediction unit 33 may display a circle mark in the case of a prediction result of no quality defect, and a cross mark in the case of a prediction result of a quality defect, on the display unit 40 where information on the target product can be viewed, or may display a statement such as "The target product is predicted to have a quality defect" only in the case of a prediction result of a quality defect.

表示部40は、例えばLCDディスプレイ、CRTディスプレイ等の表示装置によって実現される。表示部40は、演算部30から入力される表示信号をもとに、例えば品質予測部33による品質予測結果(欠陥発生確率スコア)等を、文字や図形等形式で表示する。 The display unit 40 is realized by a display device such as an LCD display or a CRT display. Based on the display signal input from the calculation unit 30, the display unit 40 displays, for example, the quality prediction results (defect occurrence probability score) by the quality prediction unit 33 in the form of characters, figures, etc.

〔モデル生成方法〕
実施形態1に係るモデル生成装置によるモデル生成方法について、図4を参照しながら説明する。品質予測方法には、データ収集ステップ(ステップS1)と、データ紐付けステップ(ステップS2)と、モデル構築ステップ(ステップS3)とが含まれる。
[Model generation method]
A model generation method by the model generation device according to the first embodiment will be described with reference to Fig. 4. The quality prediction method includes a data collection step (step S1), a data linking step (step S2), and a model construction step (step S3).

データ収集ステップでは、データ紐付部31が、複数の工程における操業条件データおよび品質データを、操業DB21から収集する(ステップS1)。続いて、データ紐付ステップでは、データ紐付部31が、操業条件データと品質データとを紐付けることにより、実績データを作成する(ステップS2)。続いて、モデル構築ステップでは、モデル構築部32が、製品を製造する際の複数の工程における操業条件を入力データとし、製造された製品の品質カテゴリごとの欠陥発生確率スコアを出力データとする品質予測モデルを構築する(ステップS3)。 In the data collection step, the data linking unit 31 collects operation condition data and quality data for multiple processes from the operation DB 21 (step S1). Next, in the data linking step, the data linking unit 31 creates performance data by linking the operation condition data with the quality data (step S2). Next, in the model construction step, the model construction unit 32 constructs a quality prediction model in which the operation conditions for multiple processes when manufacturing a product are used as input data and the defect occurrence probability score for each quality category of the manufactured product is used as output data (step S3).

モデル構築ステップでは、品質予測モデルを構築する際に、予測精度評価ステップと、予測精度最適化ステップとを実施する。予測精度評価ステップでは、モデル構築部32が、評価用データを用いて、品質予測モデルの予測精度を評価する。また、予測精度最適化ステップでは、モデル構築部32が、予測精度評価ステップで得た予測精度の評価結果に基づき、入力データの構造(具体的には操業条件の順序に対応する入力データの並び順)を変化させることにより、品質予測モデルの予測精度の最適化を図る。 In the model construction step, when constructing a quality prediction model, a prediction accuracy evaluation step and a prediction accuracy optimization step are carried out. In the prediction accuracy evaluation step, the model construction unit 32 evaluates the prediction accuracy of the quality prediction model using evaluation data. In the prediction accuracy optimization step, the model construction unit 32 optimizes the prediction accuracy of the quality prediction model by changing the structure of the input data (specifically, the order of the input data corresponding to the order of the operating conditions) based on the evaluation results of the prediction accuracy obtained in the prediction accuracy evaluation step.

〔品質予測方法〕
実施形態1に係る品質予測装置による品質予測方法では、品質予測部33が、上記のモデル生成方法で生成された品質予測モデルに基づいて、製造された製品の品質を予測する品質予測ステップを実施する。なお、この品質予測ステップの後に、品質予測部33が、品質予測結果を表示部40に表示させる予測結果表示ステップを実施してもよい。
[Quality prediction method]
In the quality prediction method by the quality prediction device according to the first embodiment, the quality prediction unit 33 performs a quality prediction step of predicting the quality of a manufactured product based on the quality prediction model generated by the above-mentioned model generation method. After this quality prediction step, the quality prediction unit 33 may perform a prediction result display step of displaying the quality prediction result on the display unit 40.

(実施形態2)
本発明の実施形態2に係るモデル生成装置、品質予測装置、モデル生成方法および品質予測方法について、図1、図5~図7を参照しながら説明する。
(Embodiment 2)
A model generating device, a quality predicting device, a model generating method, and a quality predicting method according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 and FIG. 5 to FIG.

〔装置構成〕
本実施形態に係るモデル生成装置および品質予測装置の装置構成は、実施形態1と同様である(図1参照)。そのため、以下では、データ紐付部31、モデル構築部32および品質予測部33の具体的な処理の内容について説明し、それ以外の構成の説明については省略する。
[Device configuration]
The configurations of the model generating device and the quality predicting device according to this embodiment are the same as those of the first embodiment (see FIG. 1 ). Therefore, the following will describe the specific processing contents of the data linking unit 31, the model constructing unit 32, and the quality predicting unit 33, and will omit descriptions of the other configurations.

データ紐付部31は、操業条件データと品質データとの紐付けを行う。まず、データ紐付部31は、例えば多工程における製造の過程において、複数の計測装置によって計測された操業条件データと、最終工程後に実際に検査された製品の品質データとを、それぞれ操業DB21から収集する。 The data linking unit 31 links the operation condition data with the quality data. First, the data linking unit 31 collects, from the operation DB 21, operation condition data measured by multiple measuring devices during a multi-step manufacturing process, for example, and quality data of the product actually inspected after the final step.

ここで、ある製品の製造時の操業条件データXは、例えば下記式(2)に示すような要素を有している。 Here, the operating condition data X for the production of a certain product has elements such as those shown in the following formula (2).

Figure 0007635739000002
Figure 0007635739000002

但し、上記式(2)の「xmn」は、製品の特定方向(例えば製品の長さ方向)の特定位置(領域)に対する製造条件情報として、予め定めた単位長さ(例えば1m)ごとに一番目からM番目まで区切ったうちのm番目(1≦m≦M)の値を示している。また、「xmn」は、製品を製造するための複数の工程を通して存在する多数の製造設備または製造装置の設定値または出力値のN種類の集合を、一番目からN番目まで並べたうちのn番目(1≦n≦N)の値を示している。あるいは、「xmn」は、操業状態を計測することにより得られる計測値等のN種類の集合を、一番目からN番目まで並べたうちのn番目(1≦n≦N)の値を示している。 However, "x mn " in the above formula (2) indicates the mth (1≦m≦M) value of a set of N types of set values or output values of a large number of manufacturing facilities or manufacturing devices that exist throughout a plurality of processes for manufacturing a product, arranged from the first to the Nth, as manufacturing condition information for a specific position (area) in a specific direction of the product (e.g., the length direction of the product). Also, "x mn " indicates the nth (1≦n≦N) value of a set of N types of set values or output values of a large number of manufacturing facilities or manufacturing devices that exist throughout a plurality of processes for manufacturing a product, arranged from the first to the Nth, as manufacturing condition information for a specific position (area) in a specific direction of the product (e.g., the length direction of the product). Alternatively, "x mn " indicates the nth (1≦n≦N) value of a set of N types of measurement values, etc. obtained by measuring the operating state, arranged from the first to the Nth.

また、ある製品の品質データYは、例えば以下のような要素を有している。 Furthermore, quality data Y for a certain product may have the following elements:

Y=[y] Y = [y]

但し、上記の「y」は、一番目の工程からK番目の工程までのK個の工程を経て製品を製造する際に、K個の工程のうちの工程K、すなわち最終工程後における製品の品質検査判定結果を示している。なお、製品の品質は、複数の異なる品質評価であってもよい。すなわち、品質カテゴリごとにyとして複数の出力を考慮することもできる。また、最終製品の品質データは、製品の特定方向の任意の長さ単位で検査された品質が、予め定めた所定長(例えば100m)ごとに集計され、集計結果に基づいた判定結果として付与される。例えば、所定長内の品質に、品質不良として取得された部位が1点以上ある場合、その所定長内の判定結果を「品質不良あり」とし、逆に所定長内の品質に、品質不良として取得された部位が全くない場合、その所定長内の判定結果を「品質不良なし」とする。 However, the above "y" indicates the quality inspection judgment result of the product after process K of K processes, i.e., the final process, when manufacturing a product through K processes from the first process to the Kth process. The quality of the product may be a plurality of different quality evaluations. In other words, a plurality of outputs can be considered as y i for each quality category. In addition, the quality data of the final product is given as a judgment result based on the tallying results, in which the quality inspected in any length unit in a specific direction of the product is tallied for each predetermined length (e.g., 100 m). For example, if there is one or more parts acquired as quality defects within the predetermined length, the judgment result within the predetermined length is "quality defect present", and conversely, if there is no part acquired as quality defects within the predetermined length, the judgment result within the predetermined length is "quality defect absent".

データ紐付部31は、後記する品質予測モデルを作成する際に入力する入力データを作成する。この入力データは、最終工程後の最終製品の特定方向の特定位置ごとに、各工程における一以上の操業条件データと、最終工程後に検査された最終製品の品質データとが紐付けられた実績データ(二次元データ)であり、例えば図5に示すような複数の二次元行列によって構成される。 The data linking unit 31 creates input data to be input when creating a quality prediction model, which will be described later. This input data is performance data (two-dimensional data) in which one or more pieces of operating condition data for each process are linked to the quality data of the final product inspected after the final process for each specific position in a specific direction of the final product after the final process, and is composed of multiple two-dimensional matrices, for example, as shown in FIG. 5.

図5に例示した二次元データは、二次元行列からなるデータD1,D2,D3から構成されている。データD1,D2,D3の列方向には、品質データYと、各工程の操業条件データが並んでいる。また、データD1,D2,D3の行方向には、製品の特定方向の特定位置(特定領域)に関するデータが並んでいる。 The two-dimensional data illustrated in FIG. 5 is composed of data D1, D2, and D3, which are two-dimensional matrices. The columns of the data D1, D2, and D3 are arranged with quality data Y and operation condition data for each process. The rows of the data D1, D2, and D3 are arranged with data relating to a specific position (specific area) in a specific direction of the product.

前記した「製品の特定方向の特定位置に関するデータ」とは、例えば最終製品を特定方向(例えば長さ方向)に分割した際のどの位置であるかを表す番号、座標等が挙げられる。図5に例示したような二次元データが、後記する品質予測モデルを構築する際の入力データとなる。また、データ紐付部31は、このように作成した実績データ(二次元データ)を、例えば操業DB21に保存する。このように、データ紐付部31は、製品を製造する際の操業条件データと、製造された製品の品質データとを紐付けた実績データを操業DB21に保存する実績データ保存手段として機能する。 The aforementioned "data relating to a specific position in a specific direction of the product" can be, for example, a number or coordinates indicating a position when the final product is divided in a specific direction (e.g., the length direction). The two-dimensional data as shown in FIG. 5 serves as input data when constructing a quality prediction model, which will be described later. The data linking unit 31 also stores the thus created performance data (two-dimensional data) in, for example, the operation DB 21. In this way, the data linking unit 31 functions as performance data storage means that stores in the operation DB 21 performance data that links the operation condition data when manufacturing the product with the quality data of the manufactured product.

なお、図5に示したデータD1,D2,D3は、同じ製品(例えばコイル)に関するデータでもよく、異なる製品に関するデータでもよい。データD1,D2,D3が同じ製品に関するデータである場合、データD1は、例えば前記した製品の位置「1~100」までの各工程の操業条件データが行方向に並んだデータとなる。また、データD2は、前記した製品の位置「101~200」までの各工程の操業条件データが行方向に並んだデータとなる。そして、データD3は、前記した製品の位置「201~300」までの各工程の操業条件データが行方向に並んだデータとなる。 The data D1, D2, and D3 shown in FIG. 5 may be data relating to the same product (e.g., a coil) or may be data relating to different products. When the data D1, D2, and D3 are data relating to the same product, the data D1 is, for example, data in which the operation condition data for each process up to the product positions "1-100" is arranged in the row direction. The data D2 is data in which the operation condition data for each process up to the product positions "101-200" is arranged in the row direction. The data D3 is data in which the operation condition data for each process up to the product positions "201-300" is arranged in the row direction.

データ紐付部31が二次元データの作成の際に用いる、最終工程後の最終製品の長さ方向の操業条件データは、予め定めた単位長さごとに収集され、上記式(2)のMは所定長に設定される。例えば「単位長さ」が1mに設定され、「所定長」が100mに設定される場合、「M=100」となり、最終製品の長さ方向100mごと、言い換えるとデータ行100個ごとに、行列方式で二次元データが作成される。またこの場合、例えば図5のAに相当する長さは1mとなり、Bに相当する長さは100mとなる。 The operating condition data in the length direction of the final product after the final process that the data linking unit 31 uses when creating the two-dimensional data is collected for each predetermined unit length, and M in the above formula (2) is set to a predetermined length. For example, if the "unit length" is set to 1 m and the "predetermined length" is set to 100 m, then "M = 100" and two-dimensional data is created in a matrix format for every 100 m in the length direction of the final product, in other words, for every 100 data rows. In this case, for example, the length corresponding to A in Figure 5 is 1 m, and the length corresponding to B is 100 m.

前記「単位長さ」内の値は、観測データの平均値を基本として扱う。また、項目全体のうちの一部に、最大値を取る項目もしくは最小値を取る項目を含めてもよい。前記「単位長さ」の特徴として、最終工程で製造される鋼板の単位長さは、品質予測モデルを構築するために必要な品質データの長さ方向のデータ収集周期に応じた最小単位の限界がある。また、「単位長さ」は、途中工程で得られる長さ方向の操業条件データの、最終工程の単位長さに対応したデータ収集周期よりも、長い単位であることが好ましく、予測の対象のデータ収集周期に応じて個別に設定される。 The values in the "unit length" are treated as the average value of the observed data. In addition, some of the items may include items that take the maximum value or items that take the minimum value. A feature of the "unit length" is that the unit length of the steel plate manufactured in the final process has a minimum unit limit that corresponds to the data collection period in the length direction of the quality data required to build a quality prediction model. In addition, the "unit length" is preferably a unit longer than the data collection period corresponding to the unit length of the final process for the operating condition data in the length direction obtained in the intermediate process, and is set individually according to the data collection period of the target of prediction.

また、前記「所定長」は、コイル内位置を可能な限り詳細に特定するにあたっては、小さな値であることが好ましい。一方で、高い品質予測性能を実現するには、操業条件データの変動の特徴が表れる最低限の長さが必要である。従って、「所定長」は、位置特定の要求と入力データの特徴に応じた適切な値があり、予測の対象や目的に応じて個別に設定される。 The "predetermined length" is preferably a small value in order to specify the position within the coil as precisely as possible. On the other hand, to achieve high quality prediction performance, a minimum length is required that reveals the characteristics of fluctuations in the operating condition data. Therefore, the "predetermined length" has an appropriate value according to the requirements for position specification and the characteristics of the input data, and is set individually according to the target and purpose of the prediction.

このように、データ紐付部31は、所定長(例えば100m)ごとの品質に対して、最終製品の長さ方向の予め定めた単位長さ(例えば1m)ごとに、各工程における操業条件データと品質データとを紐づけて、二次元データを作成する。 In this way, the data linking unit 31 links the operating condition data and quality data for each process for each predetermined unit length (e.g., 1 m) in the length direction of the final product, for the quality for each specified length (e.g., 100 m), to create two-dimensional data.

すなわち、データ紐付部31は、製品の品質が当該製品の特定位置ごとに評価される場合には、製品の特定位置ごとに、操業条件データと品質データとを紐付けた実績データを作成する。また、データ紐付部31は、製品の品質が当該製品の特定位置ごとに評価され、かつ製品が複数の製造工程を経て製造される場合には、製品の特定位置ごとに、製造工程ごとの操業条件データと品質データとを紐付けた実績データを作成する。 In other words, when the quality of a product is evaluated for each specific position of the product, the data linking unit 31 creates performance data linking the operating condition data and the quality data for each specific position of the product. In addition, when the quality of a product is evaluated for each specific position of the product and the product is manufactured through multiple manufacturing processes, the data linking unit 31 creates performance data linking the operating condition data and the quality data for each manufacturing process for each specific position of the product.

モデル構築部32は、データ紐付部31が作成した実績データを利用して、任意の操業条件に対する製品の品質を予測する品質予測モデル(数理モデル)を構築する。この品質予測モデルは、操業条件データを入力データとして、製品の品質を予測するモデルであり、入力データの構造を特徴パターンとして学習するモデルである。また、品質予測モデルは、具体的には、入力部分、特徴判別部分、予測判定部分および出力部分により構成される。 The model construction unit 32 uses the performance data created by the data linking unit 31 to construct a quality prediction model (mathematical model) that predicts product quality for any operating conditions. This quality prediction model is a model that predicts product quality using operating condition data as input data, and is a model that learns the structure of the input data as a feature pattern. Specifically, the quality prediction model is composed of an input part, a feature discrimination part, a prediction judgment part, and an output part.

入力部分では、前記した図5に示すように、製品の特定方向(例えば製品の長さ方向)の位置座標を行方向、各操業条件を列方向とする二次元行列の構造を有する入力データ(二次元データ)が入力される。 In the input section, as shown in Figure 5 above, input data (two-dimensional data) is input that has a two-dimensional matrix structure with the position coordinates of the product in a specific direction (e.g., the length direction of the product) in the row direction and each operating condition in the column direction.

特徴判別部分では、入力データの二次元的特徴のパターンを捉えて特徴判別するように、モデルの学習が実施される。これにより、特定の二次元的パターンに対して反応して情報を伝達する特徴判別層が形成される。この特徴判別層は複数層分形成され、ある層から次の層へと順次情報を伝達する。また、情報を渡す入力部分に接続された層から、情報を受ける予測判定部分に接続された層に向かって情報を伝達する。 In the feature discrimination section, the model is trained to capture patterns of two-dimensional features in the input data and discriminate features. This forms a feature discrimination layer that reacts to specific two-dimensional patterns and transmits information. This feature discrimination layer is formed in multiple layers, and information is transmitted from one layer to the next in sequence. Information is also transmitted from the layer connected to the input part that passes on information to the layer connected to the prediction and judgment part that receives information.

予測判定部分では、品質に影響を及ぼす複数の操業条件の複雑なパターンをもとに、二次元データの入力に対して、品質判定予測結果を出力する。 The prediction and judgment part outputs quality judgment prediction results for the input of two-dimensional data, based on the complex patterns of multiple operating conditions that affect quality.

本実施形態では、実施形態1と同様に、入力データの特徴量抽出を行う機能を有する深層学習アルゴリズムの一種であるCNNを利用して品質予測モデルを構築する。CNNは、入力層、畳み込み層、プーリング層、全結合層および出力層から構成され、各層における処理内容は実施形態1と同様である。 In this embodiment, as in the first embodiment, a quality prediction model is constructed using CNN, which is a type of deep learning algorithm that has the function of extracting features of input data. The CNN is composed of an input layer, a convolution layer, a pooling layer, a fully connected layer, and an output layer, and the processing content in each layer is the same as in the first embodiment.

CNNを適用することにより、入力データに対する特徴的なパターンを抽出し、そのパターンによって高精度に識別される分類を出力データとして得ることができる。本実施形態では、品質に影響を及ぼす複数の操業条件の複雑なパターンを、各操業条件の二次元入力に対して品質不良発生の有無の分類確率を出力とするCNN(二次元CNN)によって識別を行う。この場合、品質不良発生の分類確率が、任意の値p(0≦p≦1)未満の場合は「品質不良なし」と分類し、当該分類確率が任意の値p以上の場合は「品質不良あり」と分類するように、分類確率の閾値を設定する。 By applying CNN, it is possible to extract characteristic patterns from input data and obtain classifications that are identified with high accuracy based on those patterns as output data. In this embodiment, complex patterns of multiple operating conditions that affect quality are identified by a CNN (two-dimensional CNN) that outputs the classification probability of the occurrence or absence of quality defects for a two-dimensional input of each operating condition. In this case, a threshold for the classification probability is set so that if the classification probability of the occurrence of quality defects is less than an arbitrary value p (0≦p≦1), it is classified as "no quality defect," and if the classification probability is equal to or greater than an arbitrary value p, it is classified as "quality defect."

モデル構築部32は、製品を製造する際の複数の工程における操業条件を入力データとし、製造された製品の品質カテゴリごとの欠陥発生確率スコアを出力データとして、CNNの学習を行う。なお、「品質カテゴリごとの欠陥発生確率スコア」とは、例えば「欠陥Aの発生確率が70%」、「欠陥Bの発生確率が30%」等のように、複数種類の欠陥の有無に関する分類確率のことを示している。 The model construction unit 32 uses the operating conditions in multiple processes when manufacturing a product as input data and the defect occurrence probability score for each quality category of the manufactured product as output data to train the CNN. Note that the "defect occurrence probability score for each quality category" refers to the classification probability regarding the presence or absence of multiple types of defects, such as "the probability of occurrence of defect A is 70%" and "the probability of occurrence of defect B is 30%."

データ紐付部31で作成されたデータ、すなわち品質予測モデルを構築する際に入力される二次元行列のデータには、潜在的な情報として、製品の特定方向に対する操業条件の変動情報と、入力データのデータ構造上において近傍にある操業条件間の関係性に関する情報とが含まれていると見做すことができる。従って、入力データを二次元化し、製品の特定方向に対する操業情報の情報量を増加させることにより、品質の良否に関係する操業変動のパターンを捉えやすくなる。 The data created by the data linking unit 31, i.e., the two-dimensional matrix data input when constructing a quality prediction model, can be considered to contain, as latent information, information on fluctuations in operational conditions for a specific direction of the product, and information on the relationship between adjacent operational conditions in the data structure of the input data. Therefore, by making the input data two-dimensional and increasing the amount of information on operational information for a specific direction of the product, it becomes easier to capture patterns of operational fluctuations related to the quality of the product.

ここで、複数の操業条件列、すなわち入力データ(二次元データ)の各要素の並び順が、製品の品質の良否に対して関係性を持つ場合を考える。この場合、当該操業条件列の並び順によって、特定の二次元パターンに対して反応して情報を伝達する特徴判別層が、操業条件データ間の関係性の情報のパターンを一層判別しやすくなる状況が発生し得る。 Now consider a case where multiple operating condition sequences, i.e., the order of each element of the input data (two-dimensional data), have a relationship to the quality of the product. In this case, a situation may arise where the order of the operating condition sequences makes it easier for the feature discrimination layer, which reacts to specific two-dimensional patterns and transmits information, to discriminate patterns of information relating to the relationships between operating condition data.

そこで、モデル構築部32は、評価用データを用いて、品質予測モデルの予測精度を評価する。そして、その際に得た予測精度の評価結果に基づき、入力データの構造を変化させることにより、品質予測モデルの予測精度の最適化を図る。ここで、上記の「入力データの構造」とは、具体的には操業条件の順序に対応する入力データの並び順である。 The model construction unit 32 then uses the evaluation data to evaluate the prediction accuracy of the quality prediction model. Based on the evaluation results of the prediction accuracy obtained at that time, the structure of the input data is changed to optimize the prediction accuracy of the quality prediction model. Here, the above-mentioned "input data structure" specifically refers to the order of the input data that corresponds to the order of the operating conditions.

モデル構築部32は、例えば図6に示すように、入力データにおける操業条件列の並び替えを行い、予測精度が最も良くなるような操業条件列の並び順を探索する。 The model construction unit 32 rearranges the sequence of operating conditions in the input data, for example as shown in FIG. 6, and searches for the order of the sequence of operating conditions that maximizes the prediction accuracy.

例えばモデル構築部32は、探索1回目では「操業条件データx11~M1…x12~M2…x1n~Mn…x1N~MN」の並び順からなる入力データ(二次元データ)を用いてCNNの学習を行い、予測精度の評価を行う(同図の(a)参照)。また、モデル構築部32は、探索2回目では「操業条件データx12~M2…x11~M1…x1n~Mn…x1N~MN」の並び順からなる入力データ(二次元データ)を用いてCNNの学習を行い、予測精度の評価を行う(同図の(b)参照)。そして、モデル構築部32は、探索i回目では「操業条件データx1N~MN…x11~M1…x1n~Mn…x1N-1~MN-1」の並び順からなる入力データ(二次元データ)を用いてCNNの学習を行い、予測精度の評価を行う(同図の(c)参照)。 For example, in the first search, the model construction unit 32 uses input data (two-dimensional data) arranged in the order of "operation condition data x11-M1 ... x12-M2 ... x1n-Mn ... x1N - MN" to train the CNN and evaluate the prediction accuracy (see (a) in the figure). Also, in the second search, the model construction unit 32 uses input data (two-dimensional data) arranged in the order of "operation condition data x12-M2 ... x11-M1 ... x1n-Mn ... x1N-MN " to train the CNN and evaluate the prediction accuracy (see (b) in the figure). Then, in the i-th search, the model construction unit 32 trains the CNN using input data (two-dimensional data) consisting of the arrangement of “operating condition data x 1N to MN ... x 11 to M1 ... x 1n to Mn ... x 1N-1 to MN-1 ” and evaluates the prediction accuracy (see (c) in the same figure).

なお、例えば図6の(b)では、データD1(紙面手前側)について、同図の(a)に対して、左から一列目の操業条件列と、左から二列目の操業条件列との並び順を入れ替えているが、データD2(紙面奥側)についても同様の並び順の入れ替えを行う。すなわち、データD2についても、データD1と同様に、左から一列目の操業条件列と、左から二列目の操業条件列との並び順を入れ替える。モデル構築部32は、入力データの並び順を入れ替える際に、入力データを構成する二次元データの各データについても、同様の並び替えを実施する。 For example, in FIG. 6(b), for data D1 (front side of the page), the order of the operating condition column in the first column from the left and the operating condition column in the second column from the left are swapped with respect to FIG. 6(a), and a similar swap is performed for data D2 (rear side of the page). That is, for data D2, the order of the operating condition column in the first column from the left and the operating condition column in the second column from the left are swapped, just like for data D1. When swapping the order of the input data, the model construction unit 32 also performs a similar swap for each of the two-dimensional data that make up the input data.

このように、モデル構築部32は、入力データにおける操業条件列の並び順を入れ替えながら、各並び順について予測精度の評価を行う。また、モデル構築部32は、操業条件列の並び順を入れ替える際に、図5に示した実績データの列方向のデータ、すなわち列単位(工程単位)で操業条件データの入れ替えを実施する。 In this way, the model construction unit 32 evaluates the prediction accuracy for each order while rearranging the order of the operation condition columns in the input data. In addition, when rearranging the order of the operation condition columns, the model construction unit 32 rearranges the operation condition data in the column direction of the performance data shown in FIG. 5, that is, in column units (process units).

本実施形態では、入力に対する分類を予測結果として出力するモデルを扱う。そのため、モデル構築部32における予測精度の評価の指標として、具体的には「Accuracy」を用いる。すなわち、モデル構築部32は、下記式(1)に示す評価式の値が最も大きくなるような入力データにおける操業条件列の並び順を探索する。 In this embodiment, we deal with a model that outputs the classification of the input as a prediction result. Therefore, specifically, "Accuracy" is used as an index for evaluating the prediction accuracy in the model construction unit 32. In other words, the model construction unit 32 searches for the order of the operating condition string in the input data that maximizes the value of the evaluation formula shown in the following formula (1).

Figure 0007635739000003
Figure 0007635739000003

但し、上記式(1)において、TP(True Positive)は、品質予測モデルが「Positive」と予測して正解が「Positive」である予測結果の総数である。また、TN(True Negative)は、品質予測モデルが「Negative」と予測して正解が「Negative」である予測結果の総数である。また、FP(False Positive)は、品質予測モデルが「Positive」と予測したが正解が「Negative」である予測結果の総数である。また、FN(False Negative)は、品質予測モデルが「Negative」と予測したが正解が「Positive」である予測結果の総数である。 However, in the above formula (1), TP (True Positive) is the total number of prediction results where the quality prediction model predicts "Positive" and the correct answer is "Positive". Also, TN (True Negative) is the total number of prediction results where the quality prediction model predicts "Negative" and the correct answer is "Negative". Also, FP (False Positive) is the total number of prediction results where the quality prediction model predicts "Positive" but the correct answer is "Negative". Also, FN (False Negative) is the total number of prediction results where the quality prediction model predicts "Negative" but the correct answer is "Positive".

また、入力データにおける操業条件列の並び替えのたびに実施する上記指標の評価には、ホールドアウト検証と呼ばれる方法や、交差検証(クロスバリデーション)と呼ばれる方法を用いることができる。 In addition, the above indicators can be evaluated each time the operating condition string in the input data is rearranged using a method called hold-out validation or a method called cross-validation.

ホールドアウト検証では、学習に用いる実績データを、品質予測モデルを学習させるための学習データと、品質予測モデルを評価するための評価データとに分割する。そして、評価データに対する結果に基づいて指標を算出する。また、交差検証では、学習に用いる実績データをK個の群に分割し、k回目(1≦k≦K)にはk番目の群を評価データとし、それ以外の群全体を学習データとして学習および評価を繰り返し実行する。そして、各回で算出した指標の平均を取って最終的な指標を算出する。 In hold-out validation, the performance data used for learning is divided into training data for training a quality prediction model and evaluation data for evaluating the quality prediction model. An index is then calculated based on the results for the evaluation data. In cross-validation, the performance data used for learning is divided into K groups, and in the kth round (1≦k≦K), the kth group is used as the evaluation data, and all the other groups are used as the learning data to repeatedly perform learning and evaluation. The indexes calculated each time are then averaged to calculate the final index.

入力データの構造の候補、すなわち入力データにおける操業条件列の並び順の候補は、操業条件データの項目総数の階乗の分だけ存在するため、組み合せ爆発の問題から、全ての入力データの構造における評価関数の値を計算することは現実的ではない。これら最適化問題の解法としては、例えばメタヒューリスティクス、遺伝的アルゴリズム、数理計画法等が知られており、それらを用いてよい。 The number of possible input data structures, i.e., possible orderings of the operating condition strings in the input data, is equal to the factorial of the total number of items in the operating condition data, so it is not realistic to calculate the value of the evaluation function for all input data structures due to the combinatorial explosion problem. Methods for solving these optimization problems include, for example, metaheuristics, genetic algorithms, and mathematical programming, and any of these may be used.

また、ここで得られた入力データにおける操業条件列の並び順は最適解である必要はなく、計算時間に条件を設け、その時間内で得られた最も優れた解を用いてもよい。または、予め設定した計算時間内に得られた解を全て保存しておき、最後に全て出力してもよい。 The order of the sequence of operating conditions in the input data obtained here does not need to be the optimal solution; conditions may be set for the calculation time, and the best solution obtained within that time may be used. Alternatively, all solutions obtained within a preset calculation time may be saved and then all output at the end.

このように、モデル構築部32は、品質予測モデルを構築する手段として機能するとともに、品質予測モデルの予測精度の評価を行う予測精度評価手段と、予測精度の評価に基づき、品質予測モデルの予測精度の最適化を図る予測精度最適化手段としても機能する。 In this way, the model construction unit 32 functions as a means for constructing a quality prediction model, and also functions as a prediction accuracy evaluation means for evaluating the prediction accuracy of the quality prediction model, and a prediction accuracy optimization means for optimizing the prediction accuracy of the quality prediction model based on the evaluation of the prediction accuracy.

品質予測部33は、モデル構築部32で構築された品質予測モデルに対して、品質を予測したい製品の、特定方向の特定位置ごとの複数の操業条件列からなる二次元構造の入力データを入力することにより、品質予測結果を出力させる。「品質予測結果の出力」とは、具体的には対象製品の欠陥発生確率スコアを算出することを示している。 The quality prediction unit 33 outputs quality prediction results by inputting two-dimensional input data consisting of multiple operating condition sequences for each specific position in a specific direction of the product whose quality is to be predicted into the quality prediction model constructed by the model construction unit 32. "Output of quality prediction results" specifically refers to calculating a defect occurrence probability score for the target product.

そして、品質予測部33は、品質予測結果である欠陥発生確率スコアを、表示部40に表示させる。この場合、品質予測部33は、対象製品に関する情報を閲覧できる表示部40に、品質不良なしの予測結果の場合には○印を表示させ、品質不良ありの予測結果の場合には×印を表示させてもよく、あるいは品質不良ありの予測結果の場合にのみ「対象製品は品質不良発生が予測される」等といった文言を表示させてもよい。 Then, the quality prediction unit 33 displays the defect occurrence probability score, which is the quality prediction result, on the display unit 40. In this case, the quality prediction unit 33 may display a circle mark in the case of a prediction result of no quality defect, and a cross mark in the case of a prediction result of a quality defect, on the display unit 40 where information on the target product can be viewed, or may display a statement such as "The target product is predicted to have a quality defect" only in the case of a prediction result of a quality defect.

〔モデル生成方法〕
実施形態2に係るモデル生成装置によるモデル生成方法について、図7を参照しながら説明する。品質予測方法には、データ収集ステップ(ステップS11)と、データ紐付けステップ(ステップS12)と、モデル構築ステップ(ステップS13)とが含まれる。
[Model generation method]
A model generation method by the model generation device according to the second embodiment will be described with reference to Fig. 7. The quality prediction method includes a data collection step (step S11), a data linking step (step S12), and a model construction step (step S13).

データ収集ステップでは、データ紐付部31が、複数の工程における操業条件データおよび品質データを、操業DB21から収集する(ステップS11)。続いて、データ紐付ステップでは、データ紐付部31が、操業条件データと品質データとを二次元データとして紐付けることにより、実績データを作成する(ステップS12)。続いて、モデル構築ステップでは、モデル構築部32が、製品を製造する際の複数の工程における操業条件を入力データとし、製造された製品の品質カテゴリごとの欠陥発生確率スコアを出力データとする品質予測モデルを構築する(ステップS13)。 In the data collection step, the data linking unit 31 collects operation condition data and quality data for multiple processes from the operation DB 21 (step S11). Next, in the data linking step, the data linking unit 31 creates performance data by linking the operation condition data and the quality data as two-dimensional data (step S12). Next, in the model construction step, the model construction unit 32 constructs a quality prediction model in which the operation conditions for multiple processes when manufacturing a product are used as input data and the defect occurrence probability score for each quality category of the manufactured product is used as output data (step S13).

モデル構築ステップでは、品質予測モデルを構築する際に、予測精度評価ステップと、予測精度最適化ステップとを実施する。予測精度評価ステップでは、モデル構築部32が、評価用データを用いて、品質予測モデルの予測精度を評価する。また、予測精度最適化ステップでは、モデル構築部32が、予測精度評価ステップで得た予測精度の評価結果に基づき、入力データの構造(具体的には操業条件の順序に対応する入力データの並び順)を変化させることにより、品質予測モデルの予測精度の最適化を図る。 In the model construction step, when constructing a quality prediction model, a prediction accuracy evaluation step and a prediction accuracy optimization step are carried out. In the prediction accuracy evaluation step, the model construction unit 32 evaluates the prediction accuracy of the quality prediction model using evaluation data. In the prediction accuracy optimization step, the model construction unit 32 optimizes the prediction accuracy of the quality prediction model by changing the structure of the input data (specifically, the order of the input data corresponding to the order of the operating conditions) based on the evaluation results of the prediction accuracy obtained in the prediction accuracy evaluation step.

〔品質予測方法〕
実施形態2に係る品質予測装置による品質予測方法では、品質予測部33が、上記のモデル生成方法で生成された品質予測モデルに基づいて、製造された製品の品質を予測する品質予測ステップを実施する。なお、この品質予測ステップの後に、品質予測部33が、品質予測結果を表示部40に表示させる予測結果表示ステップを実施してもよい。
[Quality prediction method]
In the quality prediction method by the quality prediction device according to the second embodiment, the quality prediction unit 33 performs a quality prediction step of predicting the quality of a manufactured product based on the quality prediction model generated by the above-mentioned model generation method. After this quality prediction step, the quality prediction unit 33 may perform a prediction result display step of displaying the quality prediction result on the display unit 40.

以上説明した実施形態に係る品質予測モデルの生成装置、品質予測装置、品質予測モデルの生成方法および品質予測方法では、入力データの構造を特徴パターンとして学習する品質予測モデルを構築する際に、入力データの構造を変化させて予測精度の最適化を図る。これにより、製品の品質を高精度に予測可能な品質予測モデルを生成することができるとともに、当該品質予測モデルを用いて製品の品質を高精度に予測することができる。 In the quality prediction model generation device, quality prediction device, quality prediction model generation method, and quality prediction method according to the embodiments described above, when constructing a quality prediction model that learns the structure of input data as a feature pattern, the structure of the input data is changed to optimize prediction accuracy. This makes it possible to generate a quality prediction model that can predict product quality with high accuracy, and to predict product quality with high accuracy using the quality prediction model.

以上、本発明に係る品質予測モデルの生成装置、品質予測装置、品質予測モデルの生成方法および品質予測方法について、発明を実施するための形態および実施例により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。 The quality prediction model generating device, quality prediction device, quality prediction model generating method, and quality prediction method according to the present invention have been specifically described above using the form and examples for implementing the invention, but the spirit of the present invention is not limited to these descriptions and must be interpreted broadly based on the claims. Furthermore, it goes without saying that various changes, modifications, etc. based on these descriptions are also included in the spirit of the present invention.

1 情報処理装置
10 入力部
20 記憶部
21 操業DB
30 演算部
31 データ紐付部
32 モデル構築部
33 品質予測部
40 表示部
Reference Signs List 1 Information processing device 10 Input unit 20 Storage unit 21 Operation DB
30 Calculation unit 31 Data linking unit 32 Model construction unit 33 Quality prediction unit 40 Display unit

Claims (6)

製品を製造する際の操業条件と、製造された前記製品の品質とを紐付けた実績データをデータベースに保存する実績データ保存手段と、
前記操業条件を入力データとして、前記品質を予測する品質予測モデルであって、前記入力データの構造を特徴パターンとして学習する品質予測モデルを、前記実績データを利用して構築する品質予測モデル構築手段と、
評価用データを用いて、前記品質予測モデルの予測精度を評価する予測精度評価手段と、
前記予測精度評価手段で得た前記予測精度の評価結果に基づき、前記入力データの構造を変化させることにより、前記品質予測モデルの予測精度の最適化を図る予測精度最適化手段と、
を備え
前記実績データ保存手段は、
前記製品の品質が前記製品の特定位置ごとに評価される場合には、前記製品の特定位置ごとに、前記操業条件と前記製品の品質とを紐付けた実績データを作成し、
前記製品の品質が前記製品の特定位置ごとに評価され、かつ前記製品が複数の製造工程を経て製造される場合には、前記製品の特定位置ごとに、前記製造工程ごとの操業条件と前記製品の品質とを紐付けた実績データを作成する、
品質予測モデルの生成装置。
A performance data storage means for storing performance data in a database that links operational conditions when a product is manufactured with the quality of the manufactured product;
a quality prediction model construction means for constructing a quality prediction model for predicting the quality using the operational conditions as input data, the quality prediction model learning a structure of the input data as a feature pattern, by using the performance data;
a prediction accuracy evaluation means for evaluating the prediction accuracy of the quality prediction model using evaluation data;
a prediction accuracy optimization means for optimizing the prediction accuracy of the quality prediction model by changing a structure of the input data based on the evaluation result of the prediction accuracy obtained by the prediction accuracy evaluation means;
Equipped with
The performance data storage means includes:
When the quality of the product is evaluated for each specific position of the product, performance data is created linking the operating conditions and the quality of the product for each specific position of the product;
When the quality of the product is evaluated for each specific position of the product and the product is manufactured through a plurality of manufacturing processes, performance data is created for each specific position of the product, linking the operating conditions for each manufacturing process with the quality of the product.
A device for generating quality prediction models.
前記予測精度最適化手段が変化させる前記入力データの構造は、前記操業条件の順序に対応する前記入力データの並び順である、
請求項1に記載の品質予測モデルの生成装置。
The structure of the input data changed by the prediction accuracy optimization means is an arrangement order of the input data corresponding to an order of the operation conditions.
The quality prediction model generating device according to claim 1 .
前記品質予測モデルは、前記入力データの特徴量抽出を行う機能を有するニューラルネットワークである、
請求項1または請求項に記載の品質予測モデルの生成装置。
The quality prediction model is a neural network having a function of extracting features of the input data.
A quality prediction model generating device according to claim 1 or 2 .
請求項1から請求項のいずれか一項に記載の品質予測モデルの生成装置によって生成された品質予測モデルに基づいて、製造された製品の品質を予測する品質予測手段を備える品質予測装置。 A quality prediction device comprising: a quality prediction means for predicting the quality of a manufactured product based on a quality prediction model generated by the quality prediction model generation device according to any one of claims 1 to 3 . コンピュータによって構築された装置によって実行される品質予測モデルの生成方法であって、
前記コンピュータが備える実績データ保存手段が、製品を製造する際の操業条件と、製造された前記製品の品質とを紐付けた実績データをデータベースに保存する実績データ保存ステップと、
前記コンピュータが備える品質予測モデル構築手段が、前記操業条件を入力データとして、前記品質を予測する品質予測モデルであって、前記入力データの構造を特徴パターンとして学習する品質予測モデルを、前記実績データを利用して構築する品質予測モデル構築ステップと、
前記コンピュータが備える予測精度評価手段が、評価用データを用いて、前記品質予測モデルの予測精度を評価する予測精度評価ステップと、
前記コンピュータが備える予測精度最適化手段が、前記予測精度評価ステップで得た前記予測精度の評価結果に基づき、前記入力データの構造を変化させることにより、前記品質予測モデルの予測精度の最適化を図る予測精度最適化ステップと、
を含み、
前記実績データ保存ステップは、
前記製品の品質が前記製品の特定位置ごとに評価される場合には、前記製品の特定位置ごとに、前記操業条件と前記製品の品質とを紐付けた実績データを作成し、
前記製品の品質が前記製品の特定位置ごとに評価され、かつ前記製品が複数の製造工程を経て製造される場合には、前記製品の特定位置ごとに、前記製造工程ごとの操業条件と前記製品の品質とを紐付けた実績データを作成する、
品質予測モデルの生成方法。
A method for generating a quality prediction model executed by a computer-implemented device, comprising:
a performance data storage step in which performance data storage means included in the computer stores performance data in a database, the performance data linking the operating conditions when a product is manufactured with the quality of the manufactured product;
a quality prediction model construction step in which a quality prediction model construction means included in the computer constructs, using the performance data, a quality prediction model that predicts the quality using the operation conditions as input data, the quality prediction model learning a structure of the input data as a feature pattern;
a prediction accuracy evaluation step in which a prediction accuracy evaluation means included in the computer evaluates the prediction accuracy of the quality prediction model using evaluation data;
a prediction accuracy optimization step in which a prediction accuracy optimization means included in the computer optimizes the prediction accuracy of the quality prediction model by changing a structure of the input data based on the evaluation result of the prediction accuracy obtained in the prediction accuracy evaluation step;
Including,
The performance data storage step includes:
When the quality of the product is evaluated for each specific position of the product, performance data is created linking the operating conditions and the quality of the product for each specific position of the product;
When the quality of the product is evaluated for each specific position of the product and the product is manufactured through a plurality of manufacturing processes, performance data is created for each specific position of the product, linking the operating conditions for each manufacturing process with the quality of the product.
How to generate quality prediction models.
コンピュータによって構築された装置によって実行される品質予測方法であって、
請求項に記載の品質予測モデルの生成方法によって生成された品質予測モデルに基づいて、製造された製品の品質を予測する品質予測ステップを含む品質予測方法。
1. A quality prediction method implemented by a computer-implemented apparatus, comprising:
A quality prediction method comprising a quality prediction step of predicting quality of a manufactured product based on the quality prediction model generated by the quality prediction model generating method according to claim 5 .
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