JP7647288B2 - MODEL GENERATION DEVICE, MODEL GENERATION METHOD, MODEL GENERATION PROGRAM, QUALITY PREDICTION MODEL, AND PRODUCT QUALITY PREDICTION DEVICE - Google Patents
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Description
本開示の一側面は、モデル生成装置、モデル生成方法、モデル生成プログラム、品質予測モデル及び製品品質予測装置に関する。 One aspect of the present disclosure relates to a model generation device, a model generation method, a model generation program, a quality prediction model, and a product quality prediction device.
化学プラント等における製品品質の測定は、例えば抜き取り検査により行われていた。抜き取り検査には、コスト及び時間を要すること及び即時性に欠けるといった欠点があった。この欠点に対処するために、製品の作製工程において検知される温度及び圧力等のセンサデータと製品品質との間の相関関係を解析することにより、製品品質を推定することが行われていた。この推定は、例えばニューラルネットワークを含むモデルにより行われていた。また、このようなニューラルネットワークを含む機械学習により構築されたモデルによる製品品質の予測の手法として、複数フェイズからなる製造プロセスに対してLSTM(Long short-term memory)を適用して、品質の予測を行う技術が知られている(例えば、非特許文献1参照)。 Product quality in chemical plants and the like has traditionally been measured by, for example, sampling inspection. Sampling inspection has drawbacks, such as being costly, time-consuming, and not immediate. To address these drawbacks, product quality has been estimated by analyzing the correlation between product quality and sensor data such as temperature and pressure detected during the product manufacturing process. This estimation has been performed, for example, using a model including a neural network. As a method for predicting product quality using a model built by machine learning including such a neural network, a technology is known that predicts quality by applying LSTM (Long short-term memory) to a manufacturing process consisting of multiple phases (see, for example, non-patent document 1).
機械学習により構築されたモデルを用いて、センサデータに基づいて製品品質を予測する方法は、1種の製品を大量生産するような連続プラントでは有効である。しかしながら、少量多品種生産を行ういわゆるバッチプラントでは、一品種に対して取得されるデータ量が少ないこと、時刻ごとにプラントの状態が変化する非定常プロセスであること、及び、製品品質がプロセスの履歴全体の影響を受けること等の理由により、上記の手法を適用し難かった。非特許文献1に記載された技術では、バッチプロセスに対する言及はあるものの、多品種の作製及びそれらの製品品質の予測を想定していない。
A method of predicting product quality based on sensor data using a model constructed by machine learning is effective in continuous plants that mass-produce one type of product. However, in so-called batch plants that produce a wide variety of products in small quantities, it is difficult to apply the above method for reasons such as the small amount of data acquired for each product, the fact that the plant is a non-steady process in which the state of the plant changes over time, and the fact that product quality is affected by the entire process history. Although the technology described in Non-Patent
そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッチプラントのような少量の製品を多品種作製するプラントにおいて作製される製品の品質の予測を可能にすることを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above problems, and aims to make it possible to predict the quality of products produced in plants that produce a wide variety of products in small quantities, such as batch plants.
本開示の一側面に係るモデル生成装置は、作製される複数種の製品の製品品質を予測するための品質予測モデルを機械学習により生成するモデル生成装置であって、品質予測モデルは、ニューラルネットワークを含み、センサデータ及び物性データを入力とし、予測された製品品質を表す製品品質予測データを出力とし、品質予測モデルの機械学習に用いられる学習データは、センサデータと製品品質データとのペアからなり、センサデータは、一単位の数量の製品の作製工程において検知された、作製の状態を示す一以上の検知項目の検査値を含むデータであり、製品品質データは、対応するセンサデータが検知された作製工程において作製された製品の製品品質を示すデータであり、物性データは、各製品に関連付けられた、製品の特徴を示すデータであり、モデル生成装置は、学習データに含まれるセンサデータ及び該学習データに対応する製品の物性データを品質予測モデルに入力し、品質予測モデルから出力される製品品質予測データを取得するモデル入出力部と、製品品質予測データと、学習データに含まれる製品品質データとの誤差に基づいて品質予測モデルに含まれるパラメータを更新するモデル学習部と、モデル学習部によりパラメータが更新された学習済みの品質予測モデルを出力するモデル出力部と、を備える。 A model generation device according to one aspect of the present disclosure is a model generation device that generates a quality prediction model by machine learning to predict the product quality of multiple types of products to be manufactured, the quality prediction model including a neural network, sensor data and physical property data as input, and product quality prediction data representing predicted product quality as output, the learning data used in the machine learning of the quality prediction model is composed of pairs of sensor data and product quality data, the sensor data is data including inspection values of one or more detection items that indicate the state of manufacture detected in the manufacturing process of a unit quantity of a product, the product quality data is data indicating the product quality of a product manufactured in the manufacturing process in which the corresponding sensor data was detected, and the physical property data is data indicating the characteristics of the product associated with each product, the model generation device includes a model input/output unit that inputs the sensor data included in the learning data and the physical property data of the product corresponding to the learning data into the quality prediction model and acquires the product quality prediction data output from the quality prediction model, a model learning unit that updates parameters included in the quality prediction model based on the error between the product quality prediction data and the product quality data included in the learning data, and a model output unit that outputs the learned quality prediction model whose parameters have been updated by the model learning unit.
本開示の一側面に係るモデル生成方法は、作製される複数種の製品の製品品質を予測するための品質予測モデルを機械学習により生成するモデル生成装置におけるモデル生成方法であって、品質予測モデルは、ニューラルネットワークを含み、センサデータ及び物性データを入力とし、予測された製品品質を表す製品品質予測データを出力とし、品質予測モデルの機械学習に用いられる学習データは、センサデータと製品品質データとのペアからなり、センサデータは、一単位の数量の製品の作製工程において検知された、作製の状態を示す一以上の検知項目の検査値を含むデータであり、製品品質データは、対応するセンサデータが検知された作製工程において作製された製品の製品品質を示すデータであり、物性データは、各製品に関連付けられた、製品の特徴を示すデータであり、モデル生成方法は、学習データに含まれるセンサデータ及び該学習データに対応する製品の物性データを品質予測モデルに入力し、品質予測モデルから出力される製品品質予測データを取得するモデル入出力ステップと、製品品質予測データと、学習データに含まれる製品品質データとの誤差に基づいて品質予測モデルに含まれるパラメータを更新するモデル学習ステップと、モデル学習ステップにおいてパラメータが更新された学習済みの品質予測モデルを出力するモデル出力ステップと、を有する。 A model generation method according to one aspect of the present disclosure is a model generation method in a model generation device that generates a quality prediction model for predicting the product quality of multiple types of products to be manufactured by machine learning, the quality prediction model includes a neural network, receives sensor data and physical property data as input, and outputs product quality prediction data representing predicted product quality, the learning data used in the machine learning of the quality prediction model consists of pairs of sensor data and product quality data, the sensor data is data including inspection values of one or more detection items that indicate the state of production detected in the production process of a unit quantity of products, the product quality data is data indicating the product quality of the product manufactured in the production process in which the corresponding sensor data was detected, and the physical property data is data indicating the characteristics of the product associated with each product, the model generation method includes a model input/output step of inputting the sensor data included in the learning data and the physical property data of the product corresponding to the learning data into the quality prediction model and acquiring product quality prediction data output from the quality prediction model, a model learning step of updating parameters included in the quality prediction model based on the error between the product quality prediction data and the product quality data included in the learning data, and a model output step of outputting the learned quality prediction model whose parameters have been updated in the model learning step.
本開示の一側面に係るモデル生成プログラムは、コンピュータを、作製される複数種の製品の製品品質を予測するための品質予測モデルを機械学習により生成するモデル生成装置として機能させるためのモデル生成プログラムであって、品質予測モデルは、ニューラルネットワークを含み、センサデータ及び物性データを入力とし、予測された製品品質を表す製品品質予測データを出力とし、品質予測モデルの機械学習に用いられる学習データは、センサデータと製品品質データとのペアからなり、センサデータは、一単位の数量の製品の作製工程において検知された、作製の状態を示す一以上の検知項目の検査値を含むデータであり、製品品質データは、対応するセンサデータが検知された作製工程において作製された製品の製品品質を示すデータであり、物性データは、各製品に関連付けられた、製品の特徴を示すデータであり、モデル生成プログラムは、コンピュータに、学習データに含まれるセンサデータ及び該学習データに対応する製品の物性データを品質予測モデルに入力し、品質予測モデルから出力される製品品質予測データを取得するモデル入出力機能と、製品品質予測データと、学習データに含まれる製品品質データとの誤差に基づいて品質予測モデルに含まれるパラメータを更新するモデル学習機能と、モデル学習機能によりパラメータが更新された学習済みの品質予測モデルを出力するモデル出力機能と、を実現させる。 A model generation program according to one aspect of the present disclosure is a model generation program for causing a computer to function as a model generation device that generates, by machine learning, a quality prediction model for predicting the product quality of multiple types of products to be manufactured, wherein the quality prediction model includes a neural network, receives sensor data and physical property data as input, and outputs product quality prediction data representing predicted product quality, and the learning data used in the machine learning of the quality prediction model consists of pairs of sensor data and product quality data, the sensor data is data including inspection values of one or more detection items that indicate the state of manufacture detected in the manufacturing process of a unit quantity of a product, the product quality data is data indicating the product quality of a product manufactured in the manufacturing process in which the corresponding sensor data was detected, and the physical property data is data associated with each product and indicating the characteristics of the product, and the model generation program causes the computer to realize a model input/output function that inputs the sensor data included in the learning data and the physical property data of the product corresponding to the learning data into the quality prediction model and acquires product quality prediction data output from the quality prediction model, a model learning function that updates parameters included in the quality prediction model based on the error between the product quality prediction data and the product quality data included in the learning data, and a model output function that outputs the learned quality prediction model whose parameters have been updated by the model learning function.
このような側面によれば、製品の作製工程において検知されたセンサデータと共に、当該製品に関連付けられた物性データが品質予測モデルに入力されるので、センサデータの特徴が製品の種別に関連付けて学習される。これにより、異なる種類の製品のセンサデータを品質予測モデルの学習に用いることができるので、一品種ごとの製造の実績から取得されるセンサデータの量が、品質予測モデルの学習に十分ではない場合であっても、複数の種類の製品のセンサデータを品質予測モデルの学習に用いることができる。従って、バッチプラントのような少量の製品を多品種作製するプラントにおいて作製される製品の品質の予測が可能となる。 According to this aspect, the physical property data associated with the product is input into the quality prediction model together with the sensor data detected during the product manufacturing process, so that the characteristics of the sensor data are learned in association with the type of product. As a result, sensor data from different types of products can be used to train the quality prediction model, so that even if the amount of sensor data acquired from the manufacturing results of each product type is not sufficient for training the quality prediction model, the sensor data from multiple types of products can be used to train the quality prediction model. Therefore, it becomes possible to predict the quality of products manufactured in plants that manufacture a wide variety of products in small quantities, such as batch plants.
他の側面に係るモデル生成装置では、品質予測モデルは、第1モデル及び第2モデルを含み、モデル入出力部は、センサデータを第1モデルに入力し、センサデータの特徴が表現された潜在変数を第1モデルから取得し、潜在変数及び物性データを第2モデルに入力し、第2モデルから出力される製品品質予測データを取得することとしてもよい。 In a model generation device according to another aspect, the quality prediction model may include a first model and a second model, and the model input/output unit may input sensor data to the first model, obtain latent variables expressing characteristics of the sensor data from the first model, input the latent variables and physical property data to the second model, and obtain product quality prediction data output from the second model.
このような側面によれば、センサデータの特徴が第1モデルにより学習される。そして、第1モデルから出力される潜在変数及び物性データが第2モデルに入力されるので、第2モデルによりセンサデータの特徴と製品との相関が学習される。従って、センサデータの特徴が製品の種別に関連付けて学習されるので、第1モデル及び第2モデルにより複数品種に適用可能な品質予測モデルを構築することができる。 According to this aspect, the characteristics of the sensor data are learned by the first model. Then, the latent variables and physical property data output from the first model are input to the second model, and the second model learns the correlation between the characteristics of the sensor data and the product. Therefore, the characteristics of the sensor data are learned in association with the type of product, and a quality prediction model applicable to multiple product varieties can be constructed by the first model and the second model.
他の側面に係るモデル生成装置では、第1モデルは、ニューラルネットワークを含みエンコーダ及びデコーダにより構成されるエンコーダデコーダモデルであり、エンコーダは、センサデータに基づいて潜在変数を生成し、デコーダは潜在変数に基づいて出力データを生成し、モデル入出力部は、センサデータをエンコーダに入力し、デコーダから出力される出力データを取得し、モデル学習部は、出力データと、エンコーダに入力したセンサデータとの誤差に基づいて第1モデルのパラメータを更新し、第2モデルから出力された製品品質予測データと製品品質データとの誤差に基づいて、第2モデルのパラメータを更新することとしてもよい。 In a model generation device according to another aspect, the first model may be an encoder-decoder model including a neural network and configured with an encoder and a decoder, the encoder generates latent variables based on sensor data, the decoder generates output data based on the latent variables, the model input/output unit inputs the sensor data to the encoder and acquires output data output from the decoder, and the model learning unit updates parameters of the first model based on an error between the output data and the sensor data input to the encoder, and updates parameters of the second model based on an error between product quality prediction data output from the second model and product quality data.
このような側面によれば、センサデータの特徴が圧縮表現された潜在変数が得られる。
潜在変数及び物性データが併せて第2モデルに入力されて、第2モデルから出力された製品品質予測データと学習データにおける製品品質データとの誤差に基づいて第2モデルのパラメータが更新されることにより第2モデルが構築されるので、複数品種に適用可能な品質予測モデルを構築することができる。
According to this aspect, latent variables that compress and express the features of the sensor data can be obtained.
The latent variables and the physical property data are input together into the second model, and the parameters of the second model are updated based on the error between the product quality prediction data output from the second model and the product quality data in the training data, thereby constructing the second model, thereby making it possible to construct a quality prediction model that can be applied to multiple product varieties.
他の側面に係るモデル生成装置では、センサデータは、製品の作製工程において項目毎に時系列に取得されたデータを含み、エンコーダデコーダモデルは、RNN(Recurrent Neural Network)、LSTM(Long short-term memory)、Transformer及びGRU(Gated Recurrent Unit)のいずれかにより構成され、モデル入出力部は、センサデータを時系列に沿ってエンコーダに順次入力することとしてもよい。 In another aspect of the model generation device, the sensor data includes data acquired in a time series for each item in the product manufacturing process, the encoder-decoder model is configured with any of a recurrent neural network (RNN), a long short-term memory (LSTM), a transformer, and a gated recurrent unit (GRU), and the model input/output unit may sequentially input the sensor data to the encoder in a time series.
このような側面によれば、センサデータが作製工程の状態を示す時系列のデータであることに鑑みて、第1モデルを構成するエンコーダデコーダモデルが、時系列データの特徴を学習させるのに好適なRNN、LSTM、Transformer及びGRUのいずれかにより構成される。従って、センサデータの特徴が適切に第1モデルに学習される。 In accordance with this aspect, in view of the fact that the sensor data is time-series data indicating the state of the manufacturing process, the encoder-decoder model constituting the first model is composed of any one of an RNN, an LSTM, a Transformer, and a GRU, which are suitable for learning the characteristics of the time-series data. Therefore, the characteristics of the sensor data are appropriately learned by the first model.
他の側面に係るモデル生成装置では、センサデータは、作製工程における温度及び圧力のうちの少なくともいずれか一つを含み、物性データは、製品の原材料に関連付けられた当該原材料の物性及び特徴のうちの少なくとも一つを示すデータであることとしてもよい。 In another aspect of the model generation device, the sensor data may include at least one of the temperature and pressure during the manufacturing process, and the physical property data may be data indicating at least one of the physical properties and characteristics of the raw materials associated with the raw materials of the product.
このような側面によれば、センサデータが作製工程における温度及び圧力のいずれかを少なくとも含み、製品の原材料の物性及び特徴のいずれかが含まれる物性データがセンサデータと共に品質予測モデルに入力されることにより、作製工程の状態の特徴が製品の種別に適切に関連付けられながら品質予測モデルに学習される。 According to this aspect, the sensor data includes at least either the temperature or the pressure in the manufacturing process, and physical property data including either the physical properties or the characteristics of the raw materials of the product is input into the quality prediction model together with the sensor data, so that the characteristics of the state of the manufacturing process are learned in the quality prediction model while being appropriately associated with the type of product.
本開示の一側面に係る品質予測モデルは、コンピュータを機能させ、作製される複数種の製品の製品品質を予測するための、機械学習により学習済みの品質予測モデルであって、ニューラルネットワークを含み、センサデータ及び物性データを入力とし、予測された製品品質を表す製品品質予測データを出力とし、品質予測モデルの機械学習に用いられる学習データは、センサデータと製品品質データとのペアからなり、センサデータは、一単位の数量の製品の作製工程において検知された、作製の状態を示す一以上の検知項目の検査値を含むデータであり、製品品質データは、対応するセンサデータが検知された作製工程において作製された製品の製品品質を示すデータであり、物性データは、各製品に対応付けられた、製品の特徴を示すデータであり、品質予測モデルは、学習データに含まれるセンサデータ及び該センサデータに対応する物性データの入力に応じて出力された製品品質予測データと、学習データに含まれる製品品質データとの誤差に基づいてパラメータを更新する機械学習により構築される。 A quality prediction model according to one aspect of the present disclosure is a quality prediction model trained by machine learning for making a computer function and predicting the product quality of multiple types of products to be manufactured, the quality prediction model includes a neural network, receives sensor data and physical property data as input, and outputs product quality prediction data representing predicted product quality, the learning data used in the machine learning of the quality prediction model consists of pairs of sensor data and product quality data, the sensor data is data including inspection values of one or more detection items that indicate the state of manufacture detected in the manufacturing process of a unit quantity of a product, the product quality data is data indicating the product quality of a product manufactured in the manufacturing process in which the corresponding sensor data was detected, the physical property data is data corresponding to each product and indicating the characteristics of the product, and the quality prediction model is constructed by machine learning that updates parameters based on the error between the product quality prediction data output in response to the input of the sensor data included in the learning data and the physical property data corresponding to the sensor data, and the product quality data included in the learning data.
このような側面によれば、製品の作製工程において検知されたセンサデータと共に、当該製品に関連付けられた物性データが入力されるので、センサデータの特徴が製品の種別に関連付けて学習された品質予測モデルを得ることができる。これにより、異なる種類の製品のセンサデータを品質予測モデルの学習に用いることができるので、一品種ごとの製造の実績から取得されるセンサデータの量が、品質予測モデルの学習に十分ではない場合であっても、複数の種類の製品のセンサデータを品質予測モデルの学習に用いることができる。従って、バッチプラントのような少量の製品を多品種作製するプラントにおいて作製される製品の品質の予測に適用可能な品質予測モデルが得られる。 According to this aspect, physical property data associated with the product is input together with sensor data detected during the product manufacturing process, so that a quality prediction model can be obtained in which the characteristics of the sensor data are learned in association with the type of product. As a result, sensor data from different types of products can be used to train the quality prediction model, so that even if the amount of sensor data acquired from the manufacturing results of each product type is not sufficient for training the quality prediction model, the sensor data from multiple types of products can be used to train the quality prediction model. Therefore, a quality prediction model that can be applied to predicting the quality of products manufactured in plants that manufacture a wide variety of products in small quantities, such as batch plants, can be obtained.
本開示の一側面に係る製品品質予測装置は、機械学習により構築された品質予測モデルを用いて、作製される複数種の製品の製品品質を予測する製品品質予測装置であって、品質予測モデルは、ニューラルネットワークを含み、センサデータ及び物性データを入力とし、予測された製品品質を表す製品品質予測データを出力とし、品質予測モデルの機械学習に用いられる学習データは、センサデータと製品品質データとのペアからなり、センサデータは、一単位の数量の製品の作製工程において検知された、作製の状態を示す一以上の検知項目の検査値を含むデータであり、製品品質データは、対応するセンサデータが検知された作製工程において作製された製品の製品品質を示すデータであり、物性データは、各製品に対応付けられた、製品の特徴を示すデータであり、品質予測モデルは、学習データに含まれるセンサデータ及び該センサデータに対応する物性データの入力に応じて出力された製品品質予測データと、学習データに含まれる製品品質データとの誤差に基づいてパラメータを更新する機械学習により構築され、製品品質予測装置は、製品品質の予測対象の製品の作製工程において検知されたセンサデータ及び該センサデータに対応する製品の物性データを品質予測モデルに入力し、品質予測モデルから出力された製品品質予測データを取得する製品品質予測部と、製品品質予測部により取得された製品品質予測データを出力する製品品質予測データ出力部と、を備える。 A product quality prediction device according to one aspect of the present disclosure is a product quality prediction device that predicts the product quality of multiple types of products to be manufactured using a quality prediction model constructed by machine learning, the quality prediction model including a neural network, receiving sensor data and physical property data as input, and outputting product quality prediction data representing predicted product quality, the learning data used in the machine learning of the quality prediction model consisting of pairs of sensor data and product quality data, the sensor data being data including inspection values of one or more detection items that indicate the state of manufacture, detected in the manufacturing process of a unit quantity of a product, and the product quality data being data indicating the product quality of a product manufactured in the manufacturing process in which the corresponding sensor data was detected. The physical property data is data associated with each product and indicates the characteristics of the product. The quality prediction model is constructed by machine learning that updates parameters based on the error between the product quality prediction data output in response to input of sensor data included in the learning data and physical property data corresponding to the sensor data, and the product quality data included in the learning data. The product quality prediction device inputs sensor data detected in the manufacturing process of the product whose product quality is to be predicted and the physical property data of the product corresponding to the sensor data into the quality prediction model, and includes a product quality prediction unit that acquires the product quality prediction data output from the quality prediction model, and a product quality prediction data output unit that outputs the product quality prediction data acquired by the product quality prediction unit.
このような側面によれば、製品の作製工程において検知されたセンサデータと共に当該製品に関連付けられた物性データが入力されることにより、センサデータの特徴が製品の種別に関連付けて学習された品質予測モデルが製品の品質の予測に用いられる。従って、バッチプラントのような少量の製品を多品種作製するプラントにおいて作製される製品の品質を予測できる。 According to this aspect, by inputting physical property data associated with the product along with sensor data detected during the product manufacturing process, a quality prediction model that has been learned by associating the characteristics of the sensor data with the type of product is used to predict the quality of the product. Therefore, it is possible to predict the quality of products manufactured in plants that manufacture a wide variety of products in small quantities, such as batch plants.
本開示の一側面によれば、バッチプラントのような少量の製品を多品種作製するプラントにおいて作製される製品の品質の予測を可能とする。 One aspect of the present disclosure makes it possible to predict the quality of products produced in plants that produce a wide variety of products in small quantities, such as batch plants.
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. In the description of the drawings, the same or equivalent elements are given the same reference numerals, and duplicate descriptions will be omitted.
図1は、実施形態に係るモデル生成装置の機能構成の一例を示すブロック図である。モデル生成装置10は、プラントにおいて作製される複数種の製品の製品品質を予測するための品質予測モデルを機械学習により生成する装置である。なお、本実施形態において、「製品」は、製品、仕掛品、半製品、部品及び試作品を含み得る概念である。
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the functional configuration of a model generation device according to an embodiment. The
図1に示されるように、モデル生成装置10は、プロセッサ101に構成された機能部、学習データ記憶部30、物性データ記憶部40及び品質予測モデル記憶部50を含み得る。モデル生成装置10は、学習データ取得部11、第1物性データ取得部12、モデル入出力部13、モデル学習部14及びモデル出力部15を備える。これらの各機能部11~15は、一つの装置に構成されてもよいし、複数の装置に分散されて構成されてもよい。
As shown in FIG. 1, the
各機能部11~15は、学習データ記憶部30、物性データ記憶部40及び品質予測モデル記憶部50にアクセス可能に構成されている。学習データ記憶部30、物性データ記憶部40及び品質予測モデル記憶部50は、図1に示されるように、モデル生成装置10の内部に構成されてもよいし、モデル生成装置10の外部に、モデル生成装置10からアクセス可能な別の装置に構成されてもよい。各機能部11~15及び各記憶部30,40,50については、後に詳述される。
Each of the
図2は、実施形態に係る製品品質予測装置の機能構成の一例を示すブロック図である。製品品質予測装置20は、機械学習により構築された品質予測モデルを用いて、プラントにおいて作製される複数種の製品の製品品質を予測する装置である。
Figure 2 is a block diagram showing an example of the functional configuration of a product quality prediction device according to an embodiment. The product
図2に示されるように、製品品質予測装置20は、プロセッサ101に構成された機能部、センサデータ記憶部60、物性データ記憶部40及び品質予測モデル記憶部50を含み得る。製品品質予測装置20は、センサデータ取得部21、第2物性データ取得部22、製品品質予測部23及び製品品質予測データ出力部24を備える。これらの各機能部21~24は、一つの装置に構成されてもよいし、複数の装置に分散されて構成されてもよい。
As shown in FIG. 2, the product
各機能部21~24は、センサデータ記憶部60、物性データ記憶部40及び品質予測モデル記憶部50にアクセス可能に構成されている。センサデータ記憶部60、物性データ記憶部40及び品質予測モデル記憶部50は、図2に示されるように、製品品質予測装置20の内部に構成されてもよいし、製品品質予測装置20の外部に、製品品質予測装置20からアクセス可能な別の装置に構成されてもよい。なお、図2に示される物性データ記憶部40及び品質予測モデル記憶部50は、図1に示される同記憶部と同一の記憶部として構成されてもよい。各機能部21~24及び各記憶部60,40,50については、後に詳述される。
Each of the
図3は、実施形態に係るモデル生成装置10及び製品品質予測装置20を構成するコンピュータ100のハードウェア構成の一例を示す図である。即ち、コンピュータ100は、モデル生成装置10及び製品品質予測装置20を構成しうる。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the hardware configuration of a computer 100 that constitutes the
一例として、コンピュータ100はハードウェア構成要素として、プロセッサ101、主記憶装置102、補助記憶装置103、および通信制御装置104を備える。モデル生成装置10及び製品品質予測装置20を構成するコンピュータ100は、入力デバイスであるキーボード、タッチパネル、マウス等の入力装置105及びディスプレイ等の出力装置106をさらに含むこととしてもよい。
As an example, the computer 100 includes, as hardware components, a
プロセッサ101は、オペレーティングシステムおよびアプリケーションプログラムを実行する演算装置である。プロセッサの例としてCPU(Central Processing Unit)およびGPU(Graphics Processing Unit)が挙げられるが、プロセッサ101の種類はこれらに限定されない。例えば、プロセッサ101はセンサおよび専用回路の組合せでもよい。専用回路はFPGA(Field-Programmable Gate Array)のようなプログラム可能な回路でもよいし、他の種類の回路でもよい。
The
主記憶装置102は、モデル生成装置10等を実現するためのプログラム、プロセッサ101から出力された演算結果などを記憶する装置である。主記憶装置102は例えばROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory)のうちの少なくとも一つにより構成される。
The
補助記憶装置103は、一般に主記憶装置102よりも大量のデータを記憶することが可能な装置である。補助記憶装置103は例えばハードディスク、フラッシュメモリなどの不揮発性記憶媒体によって構成される。補助記憶装置103は、コンピュータ100をモデル生成装置10又は製品品質予測装置20として機能させるためのモデル生成プログラムP1又は及び製品品質予測プログラムP2と各種のデータとを記憶する。
The
通信制御装置104は、通信ネットワークを介して他のコンピュータとの間でデータ通信を実行する装置である。通信制御装置104は例えばネットワークカードまたは無線通信モジュールにより構成される。
The
モデル生成装置10及び製品品質予測装置20の各機能要素は、プロセッサ101または主記憶装置102の上に、対応するプログラムP1,P2を読み込ませてプロセッサ101にそのプログラムを実行させることで実現される。プログラムP1,P2は、対応するサーバの各機能要素を実現するためのコードを含む。プロセッサ101はプログラムP1,P2に従って通信制御装置104を動作させ、主記憶装置102または補助記憶装置103におけるデータの読み出しおよび書き込みを実行する。このような処理により、対応するサーバの各機能要素が実現される。
Each functional element of the
プログラムP1,P2は、CD-ROM、DVD-ROM、半導体メモリなどの有形の記録媒体に固定的に記録された上で提供されてもよい。あるいは、これらのプログラムの少なくとも一つは、搬送波に重畳されたデータ信号として通信ネットワークを介して提供されてもよい。 The programs P1 and P2 may be provided in a form that is fixedly recorded on a tangible recording medium such as a CD-ROM, a DVD-ROM, or a semiconductor memory. Alternatively, at least one of these programs may be provided via a communications network as a data signal superimposed on a carrier wave.
次に、図4を参照して、モデル生成装置10により生成される品質予測モデルについて説明する。図4は、品質予測モデルの概略構成を示す図である。品質予測モデルMDは、ニューラルネットワークを含み、モデル生成装置10における機械学習により構築される。品質予測モデルMDは、センサデータsd及び物性データpdを入力とし、予測された製品品質を表す製品品質予測データqdを出力とする。
Next, the quality prediction model generated by the
センサデータsdは、一単位の数量(例えば1ロット)の製品の作製工程において検知された、作製の状態を示す一以上の検知項目の検査値を含むデータである。センサデータsdは、例えば、製品の作製工程における温度及び圧力のうちの少なくともいずれか一つを検知項目として含んでもよい。センサデータsdは、製品の作製系から検知されるデータであれば、前述の例に限定されない。また、センサデータsdは、作製工程の一時刻において検知されたデータ(検査値)であってもよいし、時系列のデータを含んでもよい。センサデータsdは、ベクトル表現に変換されて、品質予測モデルMDに入力される。センサデータsdの詳細は、後に図5を参照して説明される。 The sensor data sd is data including inspection values of one or more detection items that indicate the state of production, detected during the manufacturing process of one unit quantity (e.g., one lot). The sensor data sd may include, for example, at least one of the temperature and pressure during the product manufacturing process as a detection item. The sensor data sd is not limited to the above example, as long as it is data detected from the product manufacturing system. In addition, the sensor data sd may be data (inspection values) detected at a certain time during the manufacturing process, or may include time-series data. The sensor data sd is converted into a vector representation and input to the quality prediction model MD. Details of the sensor data sd will be described later with reference to FIG. 5.
物性データpdは、プラントで作製される各製品に関連付けられた、各製品の特徴を示すデータである。即ち、物性データpdは、各製品を識別しうる製品固有の情報を構成する。より具体的には、物性データpdは、製品の原材料に関連付けられた当該原材料の物性及び特徴のうちの少なくとも一つを示すデータである。物性データpdは、ベクトル表現に変換されて、品質予測モデルMDに入力される。物性データpdの詳細は、後に図6を参照して説明される。 The physical property data pd is data associated with each product produced in the plant and indicates the characteristics of each product. That is, the physical property data pd constitutes product-specific information that can identify each product. More specifically, the physical property data pd is data associated with the raw materials of a product and indicates at least one of the physical properties and characteristics of the raw materials. The physical property data pd is converted into a vector representation and input to the quality prediction model MD. Details of the physical property data pd will be described later with reference to FIG. 6.
製品品質予測データqdは、品質予測モデルMDにより予測された製品の品質を示すデータである。品質予測モデルMDは、所定の製品品質を表すベクトルを出力する。製品の品質は、例えば、粘度及び特定の不純物の濃度であってもよいが、これらの例に限定されない。 The product quality prediction data qd is data indicating the product quality predicted by the quality prediction model MD. The quality prediction model MD outputs a vector representing a predetermined product quality. The product quality may be, for example, viscosity and the concentration of specific impurities, but is not limited to these examples.
品質予測モデルMDは、多層のニューラルネットワークにより構成されることができ、そのネットワーク構成は限定されず、任意のネットワーク構成を採ることができる。また、品質予測モデルMDは、既知のニューラルネットワークにより構成されることができ、その種類は限定されず、例えば多層パーセプトロンにより構成されてもよい。また、後述されるように、品質予測モデルMDは、ニューラルネットワークを含んで構成される複数のモデルにより構成されてもよい。 The quality prediction model MD can be configured with a multi-layer neural network, and the network configuration is not limited and can be any network configuration. The quality prediction model MD can also be configured with a known neural network, and the type is not limited and can be configured with, for example, a multi-layer perceptron. As described later, the quality prediction model MD can also be configured with multiple models including a neural network.
再び図1を参照して、モデル生成装置10の各機能部について説明する。学習データ取得部11は、品質予測モデルMDの機械学習に用いられる学習データを取得する。本実施形態の例では、学習データ取得部11は、学習データ記憶部30から学習データを取得する。
Referring again to FIG. 1, the functional units of the
学習データは、製品の作製の実績に基づいて得られたセンサデータsdと製品品質データとのペアからなる。図5は、センサデータsd及び製品品質データpqからなる学習データの例を示す図である。学習データldは、1単位の数量(1ロット)の製品の作製により得られたセンサデータsdと、当該作製に係る製品の所定の品質を示す製品品質データpqとのペアからなる。図5では、Lロットの製品の作製により得られた学習データldが示されている。 The learning data consists of pairs of sensor data sd and product quality data obtained based on the track record of product production. Figure 5 is a diagram showing an example of learning data consisting of sensor data sd and product quality data pq. The learning data ld consists of pairs of sensor data sd obtained by producing one unit quantity (one lot) of a product and product quality data pq indicating a predetermined quality of the product involved in that production. Figure 5 shows learning data ld obtained by producing L lots of products.
1ロット分のセンサデータsdは、時刻t1~tnの各タイムステップにおいてD種類のセンサにより取得された時系列のセンサデータ(1~D)からなる。D種類のセンサのそれぞれにより取得される検査値が、D種類の検知項目のそれぞれの検査値を構成してもよい。また、時刻t1~tnのタイムステップ数は可変である。1ロットの製品の作製により、作製された製品の品質を示す製品品質データpqが取得される。各ロットの製品品質データpq(q1~qL)はそれぞれ、対応するセンサデータsd1~sdLに関連付けられ、各ロットの学習データldを構成する。なお、各ロットのそれぞれの製品は、互いに異なる種類の製品であってもよい。 The sensor data sd for one lot is composed of time-series sensor data (1 to D) acquired by D types of sensors at each time step from time t1 to tn. The inspection values acquired by each of the D types of sensors may constitute the inspection values of the D types of detection items. The number of time steps from time t1 to tn is variable. By manufacturing one lot of products, product quality data pq indicating the quality of the manufactured products is acquired. The product quality data pq (q1 to q L ) of each lot is associated with the corresponding sensor data sd1 to sd L , respectively, and constitutes the learning data ld for each lot. Note that the products of each lot may be different types of products.
第1物性データ取得部12は、学習データ取得部11により取得された学習データldに対応する製品の物性データpdを取得する。本実施形態では、第1物性データ取得部12は、物性データ記憶部40を参照して、物性データpdを取得する。図6は、物性データ記憶部40に記憶されているデータを模式的に示す図である。図6に示されるように、物性データ記憶部40は、製品の作製に用いられる原材料ごとの特徴量を記憶している。特徴量1~dは、例えば、原材料を構成する化合物の沸点及び蒸気圧等の物性の情報であってもよい。また、特徴量1~dは、原材料を構成する化合物の分子記述子及び物性値等に基づいて生成された潜在変数等であってもよい。特徴量1~dは、原材料の特徴を表すデータであれば如何なるものであってもよく、上記例示に限定されない。
The first physical property
本実施形態の物性データpdは、一例として、製品の原材料の特徴量により構成されることができる。具体的には、第1物性データ取得部12は、学習データ取得部11により取得された学習データのうちの一のロットの学習データの製品の種別を、学習データの属性情報(図示せず)に基づいて判別し、判別された製品に用いられている原材料を、製品の作製に用いられる原材料を製品に関連付けた属性情報(図示せず)に基づいて判別する。さらに、第1物性データ取得部12は、物性データ記憶部40を参照して、製品の原材料に関連付けられた特徴量の情報を取得して、取得した特徴量の情報からなる物性データpdを構成する。このように構成された物性データpdは、(製品の作製に用いられる原材料の種類数)に、各原材料に関連付けられた特徴量の数dを乗じた数の次元を有するデータとなる。なお、学習データldに対応する製品の物性データpdは、予め取得されて学習データldの一部を構成することとしてもよい。
The physical property data pd of this embodiment can be composed of the feature quantities of the raw materials of the product, as an example. Specifically, the first physical property
モデル入出力部13は、学習データldに含まれるセンサデータsd、及び当該学習データld(センサデータsd)に対応する製品の物性データpdを、品質予測モデルMDに入力する。そして、モデル入出力部13は、品質予測モデルMDから出力される製品品質予測データqdを取得する。
The model input/
モデル学習部14は、品質予測モデルMDから出力されモデル入出力部13により取得された製品品質予測データqdと、学習データldに含まれる製品品質データpqとの誤差に基づいて、品質予測モデルMDに含まれるパラメータ(重み係数)を更新することにより、品質予測モデルMDの機械学習を実行する。
The
モデル出力部15は、モデル学習部14によりパラメータが更新された学習済みの品質予測モデルMDを出力する。本実施形態では、モデル出力部15は、学習済みの品質予測モデルMDを品質予測モデル記憶部50に記憶させる。モデル出力部15は、予め準備された全ての学習データldに基づく機械学習がモデル学習部14により行われた場合に、品質予測モデルMDが学習済みであることを判断して、品質予測モデルMDを出力してもよい。
The
次に図7を参照して、品質予測モデルMDの構成の具体例について説明する。図7は、品質予測モデルMDの構成の例を示す図である。図7に示されるように、品質予測モデルMDは、第1モデルmd1及び第2モデルmd2を含んでもよい。 Next, a specific example of the configuration of the quality prediction model MD will be described with reference to FIG. 7. FIG. 7 is a diagram showing an example of the configuration of the quality prediction model MD. As shown in FIG. 7, the quality prediction model MD may include a first model md1 and a second model md2.
第1モデルmd1は、ニューラルネットワークを含み、センサデータsdを入力とし、潜在変数hを出力とするモデルである。潜在変数hは、センサデータsdの特徴が表現されたベクトルである。第2モデルmd2は、ニューラルネットワークを含み、潜在変数h及び物性データpdを入力とし、製品品質予測データqdを出力するモデルである。 The first model md1 is a model that includes a neural network, has sensor data sd as input, and outputs a latent variable h. The latent variable h is a vector that expresses the characteristics of the sensor data sd. The second model md2 is a model that includes a neural network, has latent variable h and physical property data pd as input, and outputs product quality prediction data qd.
図7に示されるように、品質予測モデルMDが第1モデルmd1及び第2モデルmd2を含む場合には、モデル入出力部13は、センサデータsdを第1モデルmd1に入力し、センサデータsdの特徴が表現された潜在変数hを第1モデルmd1から取得する。そして、モデル入出力部13は、潜在変数h及び物性データpdを第2モデルmd2に入力し、第2モデルmd2から出力される製品品質予測データqdを取得する。
As shown in FIG. 7, when the quality prediction model MD includes a first model md1 and a second model md2, the model input/
第1モデルmd1は、入力されたセンサデータsdの特徴を圧縮表現した潜在変数hを生成できればよく、そのネットワーク及び層の構成は限定されないが、例えば、エンコーダデコーダモデルにより構成されてもよい。 The first model md1 is required only to generate a latent variable h that is a compressed representation of the features of the input sensor data sd. The configuration of the network and layers is not limited, but may be configured, for example, by an encoder-decoder model.
第2モデルmd2を構成するニューラルネットワークのネットワーク構成は限定されないが、例えば、多層パーセプトロンにより構成されてもよい。また、第2モデルmd2は、潜在変数h及び物性データpdの入力を受ける全結合層を含んでもよい。 The network configuration of the neural network that constitutes the second model md2 is not limited, but may be, for example, a multi-layer perceptron. The second model md2 may also include a fully connected layer that receives inputs of the latent variables h and the physical property data pd.
図8は、エンコーダデコーダモデルにより構成される第1モデルmd1の例を示す図である。図8に示されるように、第1モデルmd1は、エンコーダen1及びデコーダde1を含む。 Figure 8 is a diagram showing an example of a first model md1 configured by an encoder-decoder model. As shown in Figure 8, the first model md1 includes an encoder en1 and a decoder de1.
エンコーダen1は、時系列のセンサデータsdを入力とし、潜在変数hを出力とする。即ち、モデル入出力部13は、時刻t1~tnの各タイムステップにおいて取得されたセンサデータ群のベクトルを入力データx1~xnとして、エンコーダen1に時系列に順次入力する。
Encoder en1 receives time-series sensor data sd as input and outputs latent variables h. That is, the model input/
デコーダde1は、エンコーダen1から出力された潜在変数hの入力に基づいて、出力データy1~ynを順次出力する。モデル入出力部13は、デコーダde1から出力された出力データy1~ynを取得する。
The decoder de1 sequentially outputs output data y1 to yn based on the input of the latent variable h output from the encoder en1. The model input/
モデル学習部14は、出力データy1~ynと、入力データx1~xnとの誤差に基づいて、エンコーダデコーダモデルからなる第1モデルmd1のパラメータを更新(学習)する。即ち、第1モデルmd1は、出力データy1~ynと、入力データx1~xnとが等しくなりように機械学習されるオートエンコーダである。
The
第1モデルmd1を構成するエンコーダデコーダモデルは、RNN(Recurrent Neural Network)、LSTM(Long short-term memory)、Transformer及びGRU(Gated Recurrent Unit)のいずれかにより構成されてもよい。これらの例示されたモデルは、時系列のデータの学習に適している。 The encoder-decoder model constituting the first model md1 may be composed of any of the following: RNN (Recurrent Neural Network), LSTM (Long short-term memory), Transformer, and GRU (Gated Recurrent Unit). These exemplified models are suitable for learning time-series data.
モデル入出力部13は、エンコーダen1から出力された潜在変数hを、第1モデルmd1の出力として取得する。モデル入出力部13は、潜在変数h及び物性データpdを第2モデルmd2に入力し、第2モデルmd2から出力された製品品質予測データqdを取得する。モデル学習部14は、製品品質予測データqdと学習データldに含まれる製品品質データpqとの誤差に基づいて、第2モデルmd2のパラメータを更新(学習)する。
The model input/
学習済みのニューラルネットワークを含むモデルである品質予測モデルMDは、コンピュータにより読み込まれ又は参照され、コンピュータに所定の処理を実行させ及びコンピュータに所定の機能を実現させるプログラムとして捉えることができる。 The quality prediction model MD, which is a model that includes a trained neural network, can be considered as a program that is loaded or referenced by a computer and causes the computer to execute specified processes and realize specified functions.
即ち、本実施形態の学習済みの品質予測モデルMDは、CPU及びメモリを備えるコンピュータにおいて用いられる。具体的には、コンピュータのCPUが、メモリに記憶された学習済みの品質予測モデルMDからの指令に従って、ニューラルネットワークの入力層に入力された入力データに対し、各層に対応する学習済みの重み係数(パラメータ)と関数等に基づく演算を行い、出力層から演算の結果を出力するよう動作する。 That is, the trained quality prediction model MD of this embodiment is used in a computer equipped with a CPU and memory. Specifically, the computer's CPU operates in accordance with instructions from the trained quality prediction model MD stored in the memory to perform calculations on input data input to the input layer of the neural network based on trained weight coefficients (parameters) and functions corresponding to each layer, and to output the results of the calculations from the output layer.
再び図2を参照して、製品品質予測装置20の各機能部について説明する。センサデータ取得部21は、製品品質の予測対象の製品の作製工程において検知されたセンサデータsdを取得する。本実施形態では、センサデータ取得部21は、センサデータ記憶部60に記憶されているセンサデータsdを取得する。ここで取得されるセンサデータsdは、1ロットの製品の作製工程において検知された、作製の状態を示すデータであって、図5を参照して説明した学習データldに含まれるセンサデータsdと同様の構成を有する。
Referring again to FIG. 2, the functional units of the product
第2物性データ取得部22は、センサデータ取得部21により取得されたセンサデータsdに対応する製品の物性データpdを取得する。具体的には、第2物性データ取得部22は、第1物性データ取得部12と同様に、物性データ記憶部40を参照して物性データpdを取得する。
The second physical property
製品品質予測部23は、センサデータ取得部21により取得されたセンサデータsd及び第2物性データ取得部22により取得された物性データpdを品質予測モデルMDに入力し、品質予測モデルMDから出力された製品品質予測データqdを取得する。
The product
製品品質予測データ出力部24は、製品品質予測部23により取得された製品品質予測データqdを、予測対象の製品の製品品質を予測した情報として出力する。
The product quality prediction
図9は、実施形態に係るモデル生成装置10におけるモデル生成方法の処理内容の一例を示すフローチャートである。モデル生成方法は、プロセッサ101にモデル生成プログラムP1が読み込まれて、そのプログラムが実行されることにより、各機能部11~15が実現されることにより実行される。
Figure 9 is a flowchart showing an example of the processing contents of a model generation method in the
ステップS1において、学習データ取得部11は、学習対象の製品及びロットの作製工程より取得されたセンサデータsdと製品品質データpqとのペアからなる学習データldを取得する。
In step S1, the learning
ステップS2において、第1物性データ取得部12は、ステップS1において学習データ取得部11により取得された学習データldに対応する製品の物性データpdを取得する。なお、学習データldに対応する製品の物性データpdは、予め取得されて学習データldの一部を構成することとしてもよい。
In step S2, the first physical property
ステップS3において、モデル入出力部13は、ステップS1において取得された学習データldに含まれるセンサデータsd及びステップS2において取得された物性データpdを品質予測モデルMDに入力する。
In step S3, the model input/
ステップS4において、モデル入出力部13は、品質予測モデルMDから出力された製品品質予測データqdを取得する。
In step S4, the model input/
ステップS5において、モデル学習部14は、学習データldに含まれる製品品質データpqと、ステップS4において取得された製品品質予測データqdとの誤差に基づいて、品質予測モデルMDに含まれるパラメータ(重み係数)を更新することにより、品質予測モデルMDの機械学習を行う。
In step S5, the
ステップS6において、モデル出力部15は、品質予測モデルMDの学習を終了させるか否かを判断する。例えば、予め準備された全ての学習データldに基づく機械学習がモデル学習部14により行われた場合に、学習を終了させることが判断されてもよい。学習を終了させると判断された場合には、処理はステップS7に進む。一方、学習を終了させると判断されなかった場合には、処理はステップS1に戻る。
In step S6, the
ステップS7において、モデル出力部15は、モデル学習部14によりパラメータが更新された学習済みの品質予測モデルMDを出力する。
In step S7, the
図10は、実施形態に係る製品品質予測装置20における製品品質予測方法の処理内容の一例を示すフローチャートである。製品品質予測方法は、プロセッサ101に製品品質予測プログラムP2が読み込まれて、そのプログラムが実行されることにより、各機能部21~24が実現されることにより実行される。
Figure 10 is a flowchart showing an example of the processing contents of the product quality prediction method in the product
ステップS11において、センサデータ取得部21は、製品品質の予測対象の製品の作製工程において検知されたセンサデータsdを取得する。
In step S11, the sensor
ステップS12において、第2物性データ取得部22は、センサデータ取得部21により取得されたセンサデータsdに対応する製品の物性データpdを取得する。
In step S12, the second physical property
ステップS13において、製品品質予測部23は、センサデータ取得部21により取得されたセンサデータsd及び第2物性データ取得部22により取得された物性データpdを学習済みの品質予測モデルMDに入力する。
In step S13, the product
ステップS14において、製品品質予測部23は、品質予測モデルMDから出力された製品品質予測データqdを取得する。
In step S14, the product
ステップS15において、製品品質予測データ出力部24は、ステップS14において製品品質予測部23により取得された製品品質予測データqdを、予測対象の製品の製品品質を予測した情報として出力する。
In step S15, the product quality prediction
次に、コンピュータを、本実施形態のモデル生成装置10として機能させるためのモデル生成プログラムについて説明する。図11は、モデル生成プログラムの構成を示す図である。
Next, we will explain the model generation program for causing a computer to function as the
モデル生成プログラムP1は、モデル生成装置10におけるモデル生成処理を統括的に制御するメインモジュールm10、学習データ取得モジュールm11、第1物性データ取得モジュールm12、モデル入出力モジュールm13、モデル学習モジュールm14及びモデル出力モジュールm15を備えて構成される。そして、各モジュールm11~m15により、学習データ取得部11、第1物性データ取得部12、モデル入出力部13、モデル学習部14及びモデル出力部15のための各機能が実現される。
The model generation program P1 is configured to include a main module m10 that provides overall control of the model generation process in the
なお、モデル生成プログラムP1は、通信回線等の伝送媒体を介して伝送される態様であってもよいし、図11に示されるように、記録媒体M1に記憶される態様であってもよい。 The model generation program P1 may be transmitted via a transmission medium such as a communication line, or may be stored in a recording medium M1 as shown in FIG. 11.
次に、コンピュータを、本実施形態の製品品質予測装置20として機能させるための製品品質予測プログラムについて説明する。図12は、製品品質予測プログラムの構成を示す図である。
Next, we will explain the product quality prediction program for causing a computer to function as the product
製品品質予測プログラムP2は、製品品質予測装置20における製品品質予測処理を統括的に制御するメインモジュールm20、センサデータ取得モジュールm21、第2物性データ取得モジュールm22、製品品質予測モジュールm23及び製品品質予測データ出力モジュールm24を備えて構成される。そして、各モジュールm21~m24により、センサデータ取得部21、第2物性データ取得部22、製品品質予測部23及び製品品質予測データ出力部24のための各機能が実現される。
The product quality prediction program P2 is configured to include a main module m20 that controls the overall product quality prediction process in the product
なお、製品品質予測プログラムP2は、通信回線等の伝送媒体を介して伝送される態様であってもよいし、図12に示されるように、記録媒体M2に記憶される態様であってもよい。 The product quality prediction program P2 may be transmitted via a transmission medium such as a communication line, or may be stored in a recording medium M2 as shown in FIG. 12.
以上説明した本実施形態のモデル生成装置10、モデル生成方法及びモデル生成プログラムP1によれば、製品の作製工程において検知されたセンサデータと共に、当該製品に関連付けられた物性データが品質予測モデルに入力されるので、センサデータの特徴が製品の種別に関連付けて学習される。これにより、異なる種類の製品のセンサデータを品質予測モデルの学習に用いることができるので、一品種ごとの製造の実績から取得されるセンサデータの量が、品質予測モデルの学習に十分ではない場合であっても、複数の種類の製品のセンサデータを品質予測モデルの学習に用いることができる。従って、バッチプラントのような少量の製品を多品種作製するプラントにおいて作製される製品の品質の予測が可能となる。
According to the
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。 The present invention has been described in detail above based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments. The present invention can be modified in various ways without departing from the gist of the invention.
P1…モデル生成プログラム、P2…製品品質予測プログラム、m10…メインモジュール、m11…学習データ取得モジュール、m12…第1物性データ取得モジュール、m13…モデル入出力モジュール、m14…モデル学習モジュール、m15…モデル出力モジュール、m20…メインモジュール、m21…センサデータ取得モジュール、m22…第2物性データ取得モジュール、m23…製品品質予測モジュール、m24…製品品質予測データ出力モジュール、10…モデル生成装置、11…学習データ取得部、12…第1物性データ取得部、13…モデル入出力部、14…モデル学習部、15…モデル出力部、20…製品品質予測装置、21…センサデータ取得部、22…第2物性データ取得部、23…製品品質予測部、24…製品品質予測データ出力部、30…学習データ記憶部、40…物性データ記憶部、50…品質予測モデル記憶部、60…センサデータ記憶部、M1,M2…記録媒体、MD…品質予測モデル。
P1...model generation program, P2...product quality prediction program, m10...main module, m11...learning data acquisition module, m12...first physical property data acquisition module, m13...model input/output module, m14...model learning module, m15...model output module, m20...main module, m21...sensor data acquisition module, m22...second physical property data acquisition module, m23...product quality prediction module, m24...product quality prediction
Claims (8)
前記品質予測モデルは、ニューラルネットワークを含み、センサデータ及び物性データを入力とし、予測された製品品質を表す製品品質予測データを出力とし、第1モデル及び第2モデルを含み、
前記品質予測モデルの機械学習に用いられる学習データは、センサデータと製品品質データとのペアからなり、
前記センサデータは、一単位の数量の前記製品の作製工程において検知された、作製の状態を示す一以上の検知項目の検査値を含むデータであり、
前記製品品質データは、対応する前記センサデータが検知された作製工程において作製された前記製品の製品品質を示すデータであり、
前記物性データは、各製品に関連付けられた、前記製品の特徴を示すデータであり、
前記モデル生成装置は、
前記学習データに含まれる前記センサデータ及び該学習データに対応する前記製品の前記物性データを前記品質予測モデルに入力し、前記品質予測モデルから出力される前記製品品質予測データを取得するモデル入出力部と、
前記製品品質予測データと、前記学習データに含まれる前記製品品質データとの誤差に基づいて前記品質予測モデルに含まれるパラメータを更新するモデル学習部と、
前記モデル学習部により前記パラメータが更新された学習済みの前記品質予測モデルを出力するモデル出力部と、を備え、
前記モデル入出力部は、前記センサデータを前記第1モデルに入力し、前記センサデータの特徴が表現された潜在変数を前記第1モデルから取得し、前記潜在変数及び前記物性データを前記第2モデルに入力し、前記第2モデルから出力される前記製品品質予測データを取得する、
モデル生成装置。 A model generation device that generates a quality prediction model for predicting product quality of a plurality of types of products to be manufactured by machine learning,
the quality prediction model includes a neural network, receives sensor data and physical property data as input, and outputs product quality prediction data representing a predicted product quality; and includes a first model and a second model;
learning data used in machine learning of the quality prediction model includes pairs of sensor data and product quality data;
the sensor data is data including inspection values of one or more detection items that are detected in a manufacturing process of one unit quantity of the product and indicate a manufacturing state,
the product quality data is data indicating a product quality of the product manufactured in a manufacturing process in which the corresponding sensor data is detected,
The physical property data is data associated with each product and indicates characteristics of the product;
The model generating device comprises:
a model input/output unit that inputs the sensor data included in the learning data and the physical property data of the product corresponding to the learning data into the quality prediction model, and acquires the product quality prediction data output from the quality prediction model;
a model learning unit that updates parameters included in the quality prediction model based on an error between the product quality prediction data and the product quality data included in the learning data;
a model output unit that outputs the trained quality prediction model in which the parameters have been updated by the model training unit ,
the model input/output unit inputs the sensor data to the first model, acquires latent variables expressing features of the sensor data from the first model, inputs the latent variables and the physical property data to the second model, and acquires the product quality prediction data output from the second model.
Model generation device.
前記モデル入出力部は、前記センサデータを前記エンコーダに入力し、前記デコーダから出力される前記出力データを取得し、
前記モデル学習部は、前記出力データと、前記エンコーダに入力したセンサデータとの誤差に基づいて前記第1モデルのパラメータを更新し、前記第2モデルから出力された前記製品品質予測データと前記製品品質データとの誤差に基づいて、前記第2モデルのパラメータを更新する、
請求項1に記載のモデル生成装置。 The first model is an encoder-decoder model including a neural network and configured with an encoder and a decoder, the encoder generates the latent variables based on the sensor data, and the decoder generates output data based on the latent variables;
the model input/output unit inputs the sensor data to the encoder and acquires the output data output from the decoder;
the model learning unit updates parameters of the first model based on an error between the output data and the sensor data input to the encoder, and updates parameters of the second model based on an error between the product quality prediction data output from the second model and the product quality data.
The model generating device according to claim 1 .
前記エンコーダデコーダモデルは、RNN(Recurrent Neural Network)、LSTM(Long short-term memory)、Transformer及びGRU(Gated Recurrent Unit)のいずれかにより構成され、
前記モデル入出力部は、前記センサデータを時系列に沿って前記エンコーダに順次入力する、
請求項2に記載のモデル生成装置。 the sensor data includes data acquired in a time series for each item in a manufacturing process of the product,
The encoder-decoder model is configured by any one of a recurrent neural network (RNN), a long short-term memory (LSTM), a transformer, and a gated recurrent unit (GRU),
The model input/output unit sequentially inputs the sensor data to the encoder in time series.
The model generating device according to claim 2 .
前記物性データは、製品の原材料に関連付けられた当該原材料の物性及び特徴のうちの少なくとも一つを示すデータである、
請求項1~3のいずれか一項に記載のモデル生成装置。 The sensor data includes at least one of a temperature and a pressure in a manufacturing process,
The physical property data is data indicative of at least one of physical properties and characteristics of a raw material associated with the raw material of a product.
The model generating device according to any one of claims 1 to 3 .
前記品質予測モデルは、ニューラルネットワークを含み、センサデータ及び物性データを入力とし、予測された製品品質を表す製品品質予測データを出力とし、第1モデル及び第2モデルを含み、
前記品質予測モデルの機械学習に用いられる学習データは、センサデータと製品品質データとのペアからなり、
前記センサデータは、一単位の数量の前記製品の作製工程において検知された、作製の状態を示す一以上の検知項目の検査値を含むデータであり、
前記製品品質データは、対応する前記センサデータが検知された作製工程において作製された前記製品の製品品質を示すデータであり、
前記物性データは、各製品に関連付けられた、前記製品の特徴を示すデータであり、
前記モデル生成方法は、
前記学習データに含まれる前記センサデータ及び該学習データに対応する前記製品の前記物性データを前記品質予測モデルに入力し、前記品質予測モデルから出力される前記製品品質予測データを取得するモデル入出力ステップと、
前記製品品質予測データと、前記学習データに含まれる前記製品品質データとの誤差に基づいて前記品質予測モデルに含まれるパラメータを更新するモデル学習ステップと、
前記モデル学習ステップにおいて前記パラメータが更新された学習済みの前記品質予測モデルを出力するモデル出力ステップと、を有し、
前記モデル入出力ステップにおいて、前記センサデータを前記第1モデルに入力し、前記センサデータの特徴が表現された潜在変数を前記第1モデルから取得し、前記潜在変数及び前記物性データを前記第2モデルに入力し、前記第2モデルから出力される前記製品品質予測データを取得する、
モデル生成方法。 A model generation method for a model generation device that generates a quality prediction model for predicting product quality of a plurality of types of products to be manufactured by machine learning, comprising:
the quality prediction model includes a neural network, receives sensor data and physical property data as input, and outputs product quality prediction data representing a predicted product quality; and includes a first model and a second model;
learning data used in machine learning of the quality prediction model includes pairs of sensor data and product quality data;
the sensor data is data including inspection values of one or more detection items that are detected in a manufacturing process of one unit quantity of the product and indicate a manufacturing state,
the product quality data is data indicating a product quality of the product manufactured in a manufacturing process in which the corresponding sensor data is detected,
The physical property data is data associated with each product and indicates characteristics of the product;
The model generation method includes:
a model input/output step of inputting the sensor data included in the learning data and the physical property data of the product corresponding to the learning data into the quality prediction model, and acquiring the product quality prediction data output from the quality prediction model;
a model learning step of updating parameters included in the quality prediction model based on an error between the product quality prediction data and the product quality data included in the learning data;
a model output step of outputting the trained quality prediction model in which the parameters have been updated in the model training step ,
In the model input/output step, the sensor data is input to the first model, latent variables expressing features of the sensor data are obtained from the first model, the latent variables and the physical property data are input to the second model, and the product quality prediction data output from the second model is obtained.
Model generation method.
前記品質予測モデルは、ニューラルネットワークを含み、センサデータ及び物性データを入力とし、予測された製品品質を表す製品品質予測データを出力とし、第1モデル及び第2モデルを含み、
前記品質予測モデルの機械学習に用いられる学習データは、センサデータと製品品質データとのペアからなり、
前記センサデータは、一単位の数量の前記製品の作製工程において検知された、作製の状態を示す一以上の検知項目の検査値を含むデータであり、
前記製品品質データは、対応する前記センサデータが検知された作製工程において作製された前記製品の製品品質を示すデータであり、
前記物性データは、各製品に関連付けられた、前記製品の特徴を示すデータであり、
前記モデル生成プログラムは、前記コンピュータに、
前記学習データに含まれる前記センサデータ及び該学習データに対応する前記製品の前記物性データを前記品質予測モデルに入力し、前記品質予測モデルから出力される前記製品品質予測データを取得するモデル入出力機能と、
前記製品品質予測データと、前記学習データに含まれる前記製品品質データとの誤差に基づいて前記品質予測モデルに含まれるパラメータを更新するモデル学習機能と、
前記モデル学習機能により前記パラメータが更新された学習済みの前記品質予測モデルを出力するモデル出力機能と、を実現させ、
前記モデル入出力機能は、前記センサデータを前記第1モデルに入力し、前記センサデータの特徴が表現された潜在変数を前記第1モデルから取得し、前記潜在変数及び前記物性データを前記第2モデルに入力し、前記第2モデルから出力される前記製品品質予測データを取得する、
モデル生成プログラム。 A model generation program for causing a computer to function as a model generation device that generates, by machine learning, a quality prediction model for predicting product quality of a plurality of types of products to be manufactured,
the quality prediction model includes a neural network, receives sensor data and physical property data as input, and outputs product quality prediction data representing a predicted product quality; and includes a first model and a second model;
learning data used in machine learning of the quality prediction model includes pairs of sensor data and product quality data;
the sensor data is data including inspection values of one or more detection items that are detected in a manufacturing process of one unit quantity of the product and indicate a manufacturing state,
the product quality data is data indicating a product quality of the product manufactured in a manufacturing process in which the corresponding sensor data is detected,
The physical property data is data associated with each product and indicates characteristics of the product;
The model generation program is configured to:
a model input/output function for inputting the sensor data included in the learning data and the physical property data of the product corresponding to the learning data into the quality prediction model, and acquiring the product quality prediction data output from the quality prediction model;
a model learning function for updating parameters included in the quality prediction model based on an error between the product quality prediction data and the product quality data included in the learning data;
A model output function that outputs the trained quality prediction model in which the parameters have been updated by the model training function ,
The model input/output function inputs the sensor data into the first model, acquires latent variables expressing features of the sensor data from the first model, inputs the latent variables and the physical property data into the second model, and acquires the product quality prediction data output from the second model.
Model generator.
ニューラルネットワークを含み、センサデータ及び物性データを入力とし、予測された製品品質を表す製品品質予測データを出力とし、第1モデル及び第2モデルを含み、
前記品質予測モデルの機械学習に用いられる学習データは、センサデータと製品品質データとのペアからなり、
前記センサデータは、一単位の数量の前記製品の作製工程において検知された、作製の状態を示す一以上の検知項目の検査値を含むデータであり、
前記製品品質データは、対応する前記センサデータが検知された作製工程において作製された前記製品の製品品質を示すデータであり、
前記物性データは、各製品に対応付けられた、前記製品の特徴を示すデータであり、
前記品質予測モデルは、
前記学習データに含まれる前記センサデータ及び該センサデータに対応する前記物性データの入力に応じて出力された前記製品品質予測データと、前記学習データに含まれる前記製品品質データとの誤差に基づいてパラメータを更新する機械学習により構築され、
前記センサデータが前記第1モデルに入力されること応じて前記第1モデルから前記センサデータの特徴が表現された潜在変数が出力され、前記潜在変数及び前記物性データが前記第2モデルに入力されることに応じて前記第2モデルから前記製品品質予測データが出力される、
学習済みの品質予測モデル。 A quality prediction model trained by machine learning for causing a computer to function and predicting product quality of multiple types of products to be manufactured,
The method includes a neural network, receives sensor data and physical property data as input, outputs product quality prediction data representing predicted product quality, and includes a first model and a second model;
learning data used in machine learning of the quality prediction model includes pairs of sensor data and product quality data;
the sensor data is data including inspection values of one or more detection items that are detected in a manufacturing process of one unit quantity of the product and indicate a manufacturing state,
the product quality data is data indicating a product quality of the product manufactured in a manufacturing process in which the corresponding sensor data is detected,
The physical property data is data associated with each product and indicates characteristics of the product,
The quality prediction model is
The system is constructed by machine learning that updates parameters based on an error between the product quality prediction data output in response to input of the sensor data and the physical property data corresponding to the sensor data, and the product quality data included in the learning data;
a latent variable expressing a feature of the sensor data is output from the first model in response to the sensor data being input to the first model, and the product quality prediction data is output from the second model in response to the latent variable and the physical property data being input to the second model.
A trained quality prediction model.
前記品質予測モデルは、ニューラルネットワークを含み、センサデータ及び物性データを入力とし、予測された製品品質を表す製品品質予測データを出力とし、第1モデル及び第2モデルを含み、
前記品質予測モデルの機械学習に用いられる学習データは、センサデータと製品品質データとのペアからなり、
前記センサデータは、一単位の数量の前記製品の作製工程において検知された、作製の状態を示す一以上の検知項目の検査値を含むデータであり、
前記製品品質データは、対応する前記センサデータが検知された作製工程において作製された前記製品の製品品質を示すデータであり、
前記物性データは、各製品に対応付けられた、前記製品の特徴を示すデータであり、
前記品質予測モデルは、
前記学習データに含まれる前記センサデータ及び該センサデータに対応する前記物性データの入力に応じて出力された前記製品品質予測データと、前記学習データに含まれる前記製品品質データとの誤差に基づいてパラメータを更新する機械学習により構築され、
前記センサデータが前記第1モデルに入力されること応じて前記第1モデルから前記センサデータの特徴が表現された潜在変数が出力され、前記潜在変数及び前記物性データが前記第2モデルに入力されることに応じて前記第2モデルから前記製品品質予測データが出力される、
前記製品品質予測装置は、
製品品質の予測対象の製品の作製工程において検知されたセンサデータ及び該センサデータに対応する製品の前記物性データを前記品質予測モデルに入力し、前記品質予測モデルから出力された前記製品品質予測データを取得する製品品質予測部と、
前記製品品質予測部により取得された製品品質予測データを出力する製品品質予測データ出力部と、
を備える製品品質予測装置。 A product quality prediction device that predicts product quality of a plurality of types of products to be manufactured using a quality prediction model constructed by machine learning,
the quality prediction model includes a neural network, receives sensor data and physical property data as input, and outputs product quality prediction data representing a predicted product quality; and includes a first model and a second model;
learning data used in machine learning of the quality prediction model includes pairs of sensor data and product quality data;
the sensor data is data including inspection values of one or more detection items that are detected in a manufacturing process of one unit quantity of the product and indicate a manufacturing state,
the product quality data is data indicating a product quality of the product manufactured in a manufacturing process in which the corresponding sensor data is detected,
The physical property data is data associated with each product and indicates characteristics of the product,
The quality prediction model is
The system is constructed by machine learning that updates parameters based on an error between the product quality prediction data output in response to input of the sensor data and the physical property data corresponding to the sensor data, and the product quality data included in the learning data;
a latent variable expressing a feature of the sensor data is output from the first model in response to the sensor data being input to the first model, and the product quality prediction data is output from the second model in response to the latent variable and the physical property data being input to the second model.
The product quality prediction device includes:
a product quality prediction unit that inputs sensor data detected in a manufacturing process of a product whose product quality is to be predicted and the physical property data of the product corresponding to the sensor data into the quality prediction model, and obtains the product quality prediction data output from the quality prediction model;
a product quality prediction data output unit that outputs the product quality prediction data acquired by the product quality prediction unit;
A product quality prediction device comprising:
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