JP7653331B2 - Ready-mix concrete strength prediction system - Google Patents
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Description
本発明は、生コンクリートの強度を予測するためのシステムに関する。 The present invention relates to a system for predicting the strength of fresh concrete.
生コンクリートの重要な特性の一つとして、コンクリート圧縮強度(以下、単に「圧縮強度」という。)がある。圧縮強度は、構造物を設計するにあたって、構造決定の基準や、型枠の脱型を行うタイミングを決定するための基準として用いられる。 One of the important properties of ready-mix concrete is concrete compressive strength (hereafter simply referred to as "compressive strength"). When designing a structure, compressive strength is used as a criterion for determining the structure and the timing for removing the formwork.
生コンクリートの圧縮強度は、上述したように、設計基準として用いられる重要な指標である。このため、生コンクリートは、一般的に打設後から所定に日数が経過した時に、要求される圧縮強度が発現しているかどうかを確認するための検査が実施される。この検査によって所定の基準を満たしていないと判定された場合、当該検査を行った生コンクリートは既に打設されているため、当該生コンクリートを使用した構造物に対して補強工事を行う必要がある。 As mentioned above, the compressive strength of ready-mixed concrete is an important index used as a design standard. For this reason, ready-mixed concrete is generally inspected a specified number of days after it is poured to check whether it has developed the required compressive strength. If this inspection determines that the specified standard is not met, the ready-mixed concrete that was inspected has already been poured, and so reinforcement work must be carried out on the structure that uses that ready-mixed concrete.
また、生コンクリートの圧縮強度の検査は、打設したコンクリートそのものではなく、品質管理用の試験体を用いて行われることが一般的でありながら、当該試験体の管理方法等は統一されてはいなかった。さらに、打設した生コンクリートと、実際に検査対象となる試験体とでは、保存される環境が異なることから、品質検査時の圧縮強度が異なってしまう場合が想定される。 In addition, although testing of the compressive strength of ready-mix concrete is generally performed using quality control specimens rather than the poured concrete itself, there has been no standardization of the management methods for these specimens. Furthermore, because poured ready-mix concrete and the specimens that are actually subject to testing are stored in different environments, it is anticipated that the compressive strength at the time of quality testing may differ.
そこで、近年では、試験体を別途準備するのではなく、製造工場から出荷される時に、生コンクリートの配合データに基づいて、打設後から所定の日数が経過した時の圧縮強度を予測する試みがなされている。例えば、下記特許文献1には、所定の計算式を用いて、水セメント比(C/W)やスランプ値等から、打設後の生コンクリートの圧縮強度を推定する方法が記載されている。 In recent years, instead of preparing test specimens separately, attempts have been made to predict the compressive strength a certain number of days after casting based on the mix data of the ready-mixed concrete when it is shipped from the manufacturing plant. For example, the following Patent Document 1 describes a method for estimating the compressive strength of ready-mixed concrete after casting based on the water-cement ratio (C/W) and slump value, etc., using a specified formula.
生コンクリートの圧縮強度は、水セメント比(C/W)が所定の範囲内であれば、時間経過に対して線形性を示すことが知られており、生コンクリートの圧縮強度の予測には、セメント種類ごとに求められた線形近似式が用いられている。 It is known that the compressive strength of fresh concrete is linear over time if the water-cement ratio (C/W) is within a certain range, and linear approximation equations determined for each type of cement are used to predict the compressive strength of fresh concrete.
ところが、実際に製造される生コンクリートは、製造時のミキサでの練り混ぜ方や、打設現場の環境が異なるため、水和反応の進み方がそれぞれの条件下で異なる。このため、生コンクリートの時間経過による圧縮強度は、実際には生コンクリートの配合に関する情報に基づく線形近似式に従って発現せず、精度よく予測することが難しかった。 However, the way in which ready-mixed concrete is actually produced varies depending on the mixing method in the mixer during production and the environment at the pouring site, and the way the hydration reaction progresses varies depending on the conditions. For this reason, the compressive strength of ready-mixed concrete over time does not actually develop according to a linear approximation formula based on information about the ready-mixed concrete mix, making it difficult to predict accurately.
なお、生コンクリートの強度は、圧縮強度以外にも曲げ強度やヤング率等もあり、曲げ強度等、さらには、標準水中養生強度や現場水中養生強度等も含めて高い精度で予測できることも期待されている。 In addition to compressive strength, the strength of fresh concrete also includes flexural strength and Young's modulus, and it is expected that flexural strength, as well as standard underwater curing strength and on-site underwater curing strength, can be predicted with high accuracy.
本発明は、上記課題に鑑み、品質検査前に生コンクリートの強度を高い精度で予測可能な生コンクリートの強度予測システムを提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention aims to provide a ready-mix concrete strength prediction system that can predict the strength of ready-mix concrete with high accuracy before quality inspection.
本発明の生コンクリートの強度予測システムは、
教師データに基づく機械学習により生成された複数の学習済みモデルが記憶される記憶部と、
予測用入力データの入力を受け付けるデータ入力部と、
前記複数の学習済みモデルによって導出される生コンクリートの強度予測情報を含むデータを出力するデータ出力部とを備え、
前記複数の学習済みモデルは、第一教師データに基づく機械学習により生成された、一次強度予測情報を導出する第一学習済みモデルと、第二教師データに基づく機械学習により生成された、二次強度予測情報を導出する第二学習済みモデルと、第三教師データに基づく機械学習により生成された、三次強度予測情報を導出する第三学習済みモデルとを含み、
前記第一教師データは、生コンクリートの配合に関連する情報である配合関連情報を含む第一学習用入力データと、生コンクリートの強度情報を含む第一学習用出力データとが関連付けられたデータであり、
前記第二教師データは、前記第一学習済みモデルが導出した一次強度予測情報、及び生コンクリートの製造に関連する情報である製造関連情報を含む第二学習用入力データと、生コンクリートの強度情報を含む第二学習用出力データとが関連付けられたデータであり、
前記第三教師データは、前記第二学習済みモデルが導出した二次強度予測情報、及び打設後であって、予測しようとする時期よりも前に得られる生コンクリートの強度に関連する情報である品質関連情報を含む第三学習用入力データと、生コンクリートの強度情報を含む第三学習用出力データとが関連付けられたデータであり、
前記予測用入力データとして、予測対象の生コンクリートの前記配合関連情報、前記製造関連情報、及び前記品質関連情報が入力されることを特徴とする。
The ready-mix concrete strength prediction system of the present invention comprises:
A storage unit that stores a plurality of trained models generated by machine learning based on training data;
A data input unit that accepts input of prediction input data;
A data output unit that outputs data including strength prediction information of fresh concrete derived by the plurality of trained models,
the plurality of trained models include a first trained model that is generated by machine learning based on first teacher data and that derives primary intensity prediction information, a second trained model that is generated by machine learning based on second teacher data and that derives secondary intensity prediction information, and a third trained model that is generated by machine learning based on third teacher data and that derives tertiary intensity prediction information,
The first teacher data is data in which first learning input data including mix-related information, which is information related to the mix-related composition of the ready-mixed concrete, and first learning output data including strength information of the ready-mixed concrete are associated with each other,
the second teacher data is data in which second learning input data including primary strength prediction information derived by the first trained model and production-related information that is information related to the production of ready-mixed concrete is associated with second learning output data including strength information of ready-mixed concrete,
The third teacher data is data in which third learning input data including secondary strength prediction information derived by the second trained model and quality-related information that is information related to the strength of fresh concrete obtained after pouring and before the time to be predicted, and third learning output data including strength information of fresh concrete are associated with each other,
The input data for prediction includes the mix-related information, the production-related information, and the quality-related information of the ready-mix concrete to be predicted.
本発明の品質予測システムで用いられる配合関連情報は、打設後の生コンクリートにおける水和反応がどのように進展し、時間経過によってどの程度の強度が発現するかを予測するための要素として用いられる。配合関連情報の具体的な内容については、「発明を実施するための形態」の項目において例示列挙して説明される。 The mix-related information used in the quality prediction system of the present invention is used as an element for predicting how the hydration reaction will progress in fresh concrete after casting and the level of strength that will be developed over time. Specific details of the mix-related information are listed and explained in the section "Form for carrying out the invention."
製造関連情報は、製造される生コンクリートにおける水和反応が進行する速度等に寄与する情報であって、打設後の生コンクリートにおける水和反応がどのように進展し、時間経過によってどの程度の強度が発現するかを予測するための要素として用いられる。 Manufacturing-related information is information that contributes to the speed at which the hydration reaction progresses in the ready-mix concrete being produced, and is used as a factor in predicting how the hydration reaction will progress in the ready-mix concrete after it is poured, and the level of strength that will be developed over time.
品質関連情報は、打設後の所定の材齢(例えば、材齢1日、3日、7日、14日等)における、生コンクリートの圧縮強度、曲げ強度、ヤング係数等の情報を含む。また、品質関連情報は、現場水中養生や標準水中養生による強度の情報も含む。 The quality-related information includes information such as the compressive strength, flexural strength, and Young's modulus of fresh concrete at a specified age after casting (e.g., 1 day, 3 days, 7 days, 14 days, etc.). The quality-related information also includes information on strength after on-site underwater curing and standard underwater curing.
本発明の強度予測システムは、まず、配合関連情報と、実際に発現した生コンクリートの強度との関係性に基づいて学習した第一学習済みモデルによって、予測対象となる生コンクリートの配合関連情報から、実際に生コンクリートに発現した強度に関連する一次強度予測情報を導出する。 The strength prediction system of the present invention first derives primary strength prediction information related to the strength actually exhibited in fresh concrete from the mix-related information of the fresh concrete to be predicted, using a first trained model that is trained based on the relationship between mix-related information and the actual strength of fresh concrete.
そして、本発明の強度予測システムは、データ入力部に製造関連情報が入力されると、第二学習済みモデルが、製造関連情報に基づいて第一学習済みモデルが出力した一次強度予測情報を修正し、二次強度予測情報を導出する。当該修正が行われることにより、強度予測システムによる生コンクリートの強度予測は、製造関連情報のうちの生コンクリートの強度発現に影響を及ぼす、例えば、ミキサでの練り混ぜ時間等の情報によるズレも含めた予測となる。 When manufacturing-related information is input to the data input section of the strength prediction system of the present invention, the second trained model corrects the primary strength prediction information output by the first trained model based on the manufacturing-related information, and derives secondary strength prediction information. As a result of this correction, the strength prediction of fresh concrete by the strength prediction system becomes a prediction that includes deviations due to information from the manufacturing-related information that affects the development of the strength of fresh concrete, such as the mixing time in the mixer.
そして、本発明の強度予測システムは、データ入力部に品質関連情報が入力されると、第三学習済みモデルが、品質関連情報に基づいて第二学習済みモデルが出力した二次強度予測情報を修正し、三次強度予測情報を導出する。当該修正が行われることにより、強度予測システムによる生コンクリートの強度予測は、実際の強度発現に関する途中経過の情報によって修正される。つまり、強度予測システムは、二次強度予測情報に基づく強度の予測と、実際に発現している生コンクリートの強度とがどの程度乖離しているのかという情報に基づいて、二次強度予測情報をさらに修正した三次強度予測情報を出力する。 When quality-related information is input to the data input section, the strength prediction system of the present invention has a third trained model that corrects the secondary strength prediction information output by the second trained model based on the quality-related information, and derives tertiary strength prediction information. As a result of this correction, the strength prediction of fresh concrete by the strength prediction system is corrected by intermediate information regarding the actual strength development. In other words, the strength prediction system outputs tertiary strength prediction information that is further corrected from the secondary strength prediction information based on information regarding the degree of deviation between the strength prediction based on the secondary strength prediction information and the actual strength of fresh concrete developed.
つまり、本発明の強度予測システムは、生コンクリートの配合関連情報のみならず、生コンクリートの強度発現に影響する要素となる、製造関連情報、及び品質関連情報を加味した予測ができ、より高い精度で生コンクリートの強度発現を予測することができる。また、本発明の強度予測システムは、各学習済みモデルが出力した強度予測情報を、製造関連情報、品質関連情報に基づいて、前段の学習済みモデルが導出した強度予測情報を修正しながら強度発現を予測する構成であることから、各学習済みモデルが導出する強度予測情報を解析することで、どの情報が生コンクリートの強度発現に大きく影響しているかを、容易に解析することができる。 In other words, the strength prediction system of the present invention can make predictions that take into account not only the mix-related information of fresh concrete, but also manufacturing-related information and quality-related information, which are factors that affect the strength development of fresh concrete, and can predict the strength development of fresh concrete with higher accuracy. Furthermore, since the strength prediction system of the present invention is configured to predict strength development while correcting the strength prediction information derived by the previous trained model based on the strength prediction information output by each trained model and the manufacturing-related information and quality-related information, it is possible to easily analyze which information has a significant impact on the strength development of fresh concrete by analyzing the strength prediction information derived by each trained model.
上記強度予測システムは、
前記複数の学習済みモデルのうちの少なくとも一つの学習済みモデルに対応する教師データにおいて、生コンクリートの製造場所、打設現場、又は運搬経路における環境に関連する情報である環境関連情報を含む学習用入力データと、学習用出力データとが関連付けられており、
前記予測用入力データとして、予測対象の生コンクリートに関する環境関連情報が入力されても構わない。
The strength prediction system includes:
In the teacher data corresponding to at least one of the plurality of trained models, learning input data including environment-related information that is information related to the environment at a manufacturing site, a pouring site, or a transportation route of the ready-mixed concrete is associated with learning output data,
As the input data for prediction, environment-related information regarding the ready-mix concrete to be predicted may be input.
環境関連情報は、打設された生コンクリートが予測しようとする時期までに、どのような環境下に曝されるかを特定するための要素として用いられる。 Environment-related information is used as a factor to identify the type of environment to which poured ready-mix concrete will be exposed by the time to be predicted.
気温や湿度は、生コンクリートの水和反応に進行に影響を及ぼすため、強度の予測に影響を及ぼす要素となる。したがって、上記構成とすることで、本発明の強度予測システムは、より高い精度で生コンクリートの強度を予測することができる。 Temperature and humidity affect the progress of the hydration reaction in fresh concrete, and are therefore factors that affect the prediction of strength. Therefore, with the above configuration, the strength prediction system of the present invention can predict the strength of fresh concrete with greater accuracy.
上記強度予測システムは、
生コンクリートの内部の温度情報、生コンクリートの打設後の硬化体の内部の温度情報、生コンクリートの周辺の温度情報。又は生コンクリートの打設後の硬化体の周辺の温度情報を取得し、前記データ入力部に対して取得した温度情報を含むデータを、前記品質関連情報として前記データ入力部に入力する温度センサを備えていても構わない。
The strength prediction system includes:
The temperature sensor may be provided to acquire temperature information inside the fresh concrete, temperature information inside the hardened body of the fresh concrete after pouring, temperature information around the fresh concrete, or temperature information around the hardened body of the fresh concrete after pouring, and input data including the acquired temperature information to the data input unit as the quality-related information.
本明細書における「周辺」とは、生コンクリートの表面からの離間距離が1km以下の領域をいう。 In this specification, "surrounding area" refers to an area that is 1 km or less away from the surface of the fresh concrete.
生コンクリートは、水和反応の進行に伴い発熱するという特徴を有するため、積算温度を計測することで強度を予測することができる。したがって、上記構成とすることで、本発明の強度予測システムは、より高い精度で生コンクリートの強度を予測することができる。 Since ready-mix concrete has the characteristic of generating heat as the hydration reaction progresses, its strength can be predicted by measuring the accumulated temperature. Therefore, with the above configuration, the strength prediction system of the present invention can predict the strength of ready-mix concrete with higher accuracy.
上記強度予測システムにおいて、
前記データ出力部は、出力するデータに含める生コンクリートの強度予測情報について、前記一次強度予測情報、前記二次強度予測情報、及び前記三次強度予測情報から選択可能に構成されていても構わない。
In the above strength prediction system,
The data output unit may be configured to be able to select the strength prediction information of fresh concrete to be included in the output data from among the primary strength prediction information, the secondary strength prediction information, and the tertiary strength prediction information.
上記構成とすることで、それぞれのユーザが、データ出力部から出力させる情報が参照したい情報となるように切り替えることができる。例えば、製造現場の担当者や管理者は、配合関連情報に基づく予測情報を参照して、各原料の配合の割合等を再調整するかどうかを判断したい場合があるため、データ出力部から一次強度予測情報が出力されるように切り替えることができる。また、打設現場の管理者や生コンクリートの製造工場の管理者等は、製造工程の把握や製造工程に問題が無いかどうかを確認したい場合があるため、データ出力部から全ての強度予測情報が出力されるように切り替えることができる。 The above configuration allows each user to switch the information output from the data output unit to the information they want to refer to. For example, a production site staff member or manager may want to refer to prediction information based on mix-related information to determine whether to readjust the mix ratio of each raw material, and can switch to output primary strength prediction information from the data output unit. In addition, a pouring site manager or a ready-mix concrete manufacturing plant manager may want to understand the production process and check whether there are any problems with the production process, and can switch to output all strength prediction information from the data output unit.
上記強度予測システムにおいて、
前記複数の学習済みモデルは、重み付け学習用入力データと、重み付け学習用出力データとを関連付けてなる複数の教師データに基づく機械学習により生成された、前記予測用入力データに含まれる各情報に対して、生コンクリートの強度予測に対する寄与度に応じた重み付けをする係数を決定するための重み付け用学習済みモデルをさらに含み、
前記重み付け学習用入力データは、前記一次強度予測情報、前記二次強度予測情報、及び前記三次強度予測情報のうちの少なくとも一つを含み、
前記重み付け学習用出力データは、前記強度予測情報が導出された生コンクリートの実際に測定された強度に関する情報である強度測定値情報を含んでいても構わない。
In the above strength prediction system,
the plurality of trained models further include a weighting trained model for determining a coefficient for weighting each piece of information included in the prediction input data according to its contribution to the prediction of strength of fresh concrete, the weighting trained model being generated by machine learning based on a plurality of teacher data obtained by associating weighting learning input data with weighting learning output data;
the weighting learning input data includes at least one of the primary intensity prediction information, the secondary intensity prediction information, and the tertiary intensity prediction information,
The weighting learning output data may include strength measurement value information that is information regarding the actually measured strength of the ready-mixed concrete from which the strength prediction information is derived.
上記強度予測システムは、
前記配合関連情報、前記製造関連情報、及び前記品質関連情報のうちの、少なくとも一つの情報を、生コンクリートの製造工場における情報管理システムから取得するように構成されていても構わない。
The strength prediction system includes:
At least one of the mix-related information, the production-related information, and the quality-related information may be configured to be acquired from an information management system in a ready-mix concrete manufacturing plant.
「生コンクリート工場における情報管理システム」とは、生コンクリートの製造工場において導入されるシステムであって、生コンクリートの製造、出荷、運搬等に関する情報を管理するためのシステムである。本明細書において、「情報管理システム」については、大規模な管理システムに限らず、例えば、生コンクリートに関する情報のデータベースが構成され、適宜必要な情報を読み出すことができるだけの簡易なシステム等をも想定されている。 An "information management system in a ready-mix concrete factory" is a system that is introduced in a ready-mix concrete manufacturing factory, and is a system for managing information related to the production, shipping, transportation, etc. of ready-mix concrete. In this specification, the "information management system" is not limited to a large-scale management system, but also includes, for example, a simple system in which a database of information related to ready-mix concrete is configured and the necessary information can be read out as needed.
上記構成とすることで、本発明の強度予測システムは、生コンクリートの強度の予測を繰り返すたびに、より影響が大きい要素を見い出し、次第に当該要素を重視した予測が行われるように学習済みモデルが自動的に最適化される。 With the above configuration, the strength prediction system of the present invention finds the more influential factors each time it repeats predicting the strength of fresh concrete, and the trained model is automatically optimized so that predictions gradually place more emphasis on those factors.
本発明によれば、品質検査前に生コンクリートの強度を高い精度で予測可能な生コンクリートの強度予測システムが実現される。 The present invention provides a ready-mix concrete strength prediction system that can predict the strength of ready-mix concrete with high accuracy before quality inspection.
以下、本発明の生コンクリートの強度予測システムについて、図面を参照して説明する。なお、以下の各図面は、いずれも模式的に図示されたものであり、図面上の個数は、実際の個数と必ずしも一致していない。 The ready-mix concrete strength prediction system of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that each of the drawings is a schematic illustration, and the numbers on the drawings do not necessarily correspond to the actual numbers.
本発明の生コンクリートの強度予測システムは、後述される生コンクリートの配合関連情報、製造関連情報、及び品質関連情報を含む学習用入力データと、生コンクリートの強度情報を含む学習用出力データとを関連付けてなる複数の教師データに基づく機械学習により生成された学習済みモデルを用いて、生コンクリートの強度を予測するシステムである。 The ready-mix concrete strength prediction system of the present invention is a system that predicts the strength of ready-mix concrete using a trained model generated by machine learning based on multiple training data that associates training input data, including information related to the mix ratio, manufacturing, and quality of ready-mix concrete, with training output data, including strength information of ready-mix concrete, as described below.
本発明の強度予測システムに搭載される学習済みモデルは、第一学習済みモデル、第二学習済みモデル、及び第三学習済みモデルからなる。そして、各学習済みモデルに適用される学習用入力データに含まれる各情報は、それぞれ適用される学習済みモデルに対して、第一学習用入力データ、第二学習用入力データ、及び第三学習用入力データに分類される。そして、それぞれの学習済みモデルから導出される強度予測情報は、一次強度予測情報、二次強度予測情報、三次強度予測情報として分類される。 The trained models installed in the strength prediction system of the present invention consist of a first trained model, a second trained model, and a third trained model. The information contained in the learning input data applied to each trained model is classified into first learning input data, second learning input data, and third learning input data for the trained model to which it is applied. The strength prediction information derived from each trained model is classified into primary strength prediction information, secondary strength prediction information, and tertiary strength prediction information.
本実施形態において、第一学習用入力データは配合関連情報、第二学習用入力データは製造関連情報、第三学習用入力データは品質関連情報である。最初に、配合関連情報、製造関連情報、及び品質関連情報の詳細と、これらの情報と生コンクリートの強度との関係性について説明する。なお、各学習用入力データは、環境関連情報を含んでいてもよいため、ここで、環境関連情報についても併せて説明する。 In this embodiment, the first learning input data is mix-related information, the second learning input data is manufacturing-related information, and the third learning input data is quality-related information. First, details of the mix-related information, manufacturing-related information, and quality-related information, and the relationship between this information and the strength of ready-mix concrete will be described. Note that each learning input data may also include environment-related information, so the environment-related information will also be described here.
[配合関連情報]
配合関連情報は、具体的には、水セメント比(W/C)、セメント種類、混和剤種類、混和剤量、及び単位水量が挙げられる。本発明に用いられる第一学習済みモデルに適用される配合関連情報は、上記の各配合関連情報のうちの一種だけを用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
[Formulation related information]
Specific examples of the mix-related information include the water-cement ratio (W/C), cement type, admixture type, admixture amount, and unit water amount. The mix-related information applied to the first trained model used in the present invention may be one of the above mix-related information or a combination of two or more of them.
配合関連情報は、製造される生コンクリートにおける水和反応が進行する速度等に寄与する情報であって、打設後の生コンクリートにおける水和反応がどのように進展し、時間経過によって強度がどのように変化するかを予測するための要素となる。このため、生コンクリートの強度の予測値に関連する強度予測情報は、配合関連情報と関連付けることができる。 Mix-mix related information is information that contributes to the speed at which the hydration reaction progresses in the fresh concrete being produced, and is an element for predicting how the hydration reaction will progress in the fresh concrete after it is poured, and how the strength will change over time. For this reason, strength prediction information related to the predicted value of the strength of fresh concrete can be associated with mix-mix related information.
したがって、配合関連情報を含む第一学習用入力データ、強度予測情報を含む学習用出力データとして機械学習を行って生成された生コンクリートの強度を予測するための第一学習済みモデルを適用することで、製造される生コンクリートの強度を予測することができる。 Therefore, by applying the first trained model for predicting the strength of ready-mix concrete generated by machine learning using first training input data including mix-related information and training output data including strength prediction information, it is possible to predict the strength of the ready-mix concrete to be produced.
なお、上記以外の配合関連情報としては、セメントクリンカーの原料に関するデータ、セメントクリンカーの焼成条件に関するデータ、セメントの粉砕条件に関するデータ等を用いることができるがこれに限られない。また、配合関連情報は、セメント製造における配合関連の情報の他に、骨材や水等の生コンクリートに配合されるものにおける、配合関連の情報であってもよく、さらには、骨材や水等の生コンクリートの配合割合を決定するために考慮される、生コンクリートの出荷日や出荷時刻等の情報であってもよい。例えば、コンクリートの設計強度、単位水量、単位セメント量、セメント密度、セメント比表面積、粗骨材種類、単位粗骨材量、細骨材種類、単位細骨材量、骨材密度、粗粒率、細骨材率、粒度分布、細骨材&粗骨材の密度、吸水率、含水率、表面水率、最大寸法、セメントの化学組成、鉱物組成、粒度分布、ふるい試験残分量、色調や、セメントに含まれる各鉱物の鉱物学的性質及び結晶学的性質や、セメントに含まれる石膏の半水化率等の、セメント全体に関するデータも用いることができる。また、特に、設計スランプ値を好適に用いることができる。設計スランプ値の情報は、荷卸し時スランプ値との相関が高いため、特に、他の配合関連情報が少なかった場合に、設計スランプ値を配合関連情報として用いることにより、より精度よく荷卸し時スランプ値を予測することができる。 Other examples of mix-related information that can be used include, but are not limited to, data on the raw materials of cement clinker, data on the burning conditions of cement clinker, data on the grinding conditions of cement, etc. Mix-related information may be mix-related information for cement production, as well as mix-related information for aggregate, water, and other materials that are mixed into ready-mix concrete, and may also be information such as the shipping date and shipping time of ready-mix concrete that is taken into account in determining the mix ratio of aggregate, water, and other materials in ready-mix concrete. For example, the design strength of concrete, unit water content, unit cement content, cement density, cement specific surface area, type of coarse aggregate, unit amount of coarse aggregate, type of fine aggregate, unit amount of fine aggregate, aggregate density, coarse aggregate ratio, fine aggregate ratio, particle size distribution, density of fine aggregate and coarse aggregate, water absorption rate, water content, surface water rate, maximum size, chemical composition of cement, mineral composition, particle size distribution, sieve test residue amount, color tone, mineralogical properties and crystallographic properties of each mineral contained in cement, and hemihydration rate of gypsum contained in cement, and other data related to the entire cement can also be used. In particular, the design slump value can be preferably used. Since the design slump value information is highly correlated with the unloading slump value, the unloading slump value can be predicted more accurately by using the design slump value as the mixture related information, especially when other mixture related information is scarce.
[製造関連情報]
製造関連情報は、具体的には、ミキサ種類、ミキサ形式、練り混ぜ時間、練り混ぜ音、電力負荷値、練り混ぜ時の生コンクリートの温度、ミキサ内温湿度等が挙げられる。第二学習済みモデルに適用される製造関連情報は、上記の各製造関連情報のうちの一種だけを用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
[Manufacturing related information]
Specific examples of the manufacturing related information include the mixer type, mixer model, mixing time, mixing sound, power load value, temperature of fresh concrete during mixing, temperature and humidity inside the mixer, etc. The manufacturing related information applied to the second trained model may be one of the above manufacturing related information or a combination of two or more of them.
製造関連情報は、練り混ぜ中の生コンクリートの硬さや流動性を確認できる要素であり、製造される生コンクリートにおける水和反応が進行する速度等に寄与する情報であって、打設後の生コンクリートにおける水和反応がどのように進展し、時間経過によって強度がどのように変化するかを予測するための要素となる。 Production-related information is information that can confirm the hardness and fluidity of fresh concrete during mixing, and contributes to the speed at which the hydration reaction progresses in the fresh concrete being produced. It is also information that can be used to predict how the hydration reaction will progress in the fresh concrete after it is poured, and how the strength will change over time.
したがって、製造関連情報を含む第二学習用入力データと、強度予測情報を含む学習用出力データとによって機械学習が行われて生成された第二学習済みモデルが適用された品質予測システムは、生コンクリートの強度をより高い精度で予測することができる。 Therefore, a quality prediction system to which a second trained model generated by machine learning using second training input data including manufacturing-related information and training output data including strength prediction information is applied can predict the strength of fresh concrete with higher accuracy.
なお、上記以外の製造関連情報としては、空気量、各材料の温度、保管する場所(容器)の温湿度、バッチャーデータ(加温・冷却装置種類、貯蔵水温度、貯蔵骨材温度、貯蔵セメント温度、計量瓶形式、吐出量、最大吐出圧力等)、塩化物含有量、ひび割れ抵抗性、動弾性係数、動せん断弾性係数、動ポアソン比、硬化体空隙量、及び空隙径分布、耐久性、色調、生コンクリート中の各材料の分離状況、流動性、レオロジーに関する値(塑性粘度、降伏値等)、生コンクリート中の塩化物含有量等を用いることができる。 Other production-related information that can be used include the amount of air, temperature of each material, temperature and humidity of the storage location (container), batcher data (type of heating/cooling equipment, temperature of stored water, temperature of stored aggregate, temperature of stored cement, measuring bottle type, discharge volume, maximum discharge pressure, etc.), chloride content, crack resistance, dynamic modulus of elasticity, dynamic shear modulus of elasticity, dynamic Poisson's ratio, void volume and void size distribution of the hardened body, durability, color, separation status of each material in the fresh concrete, fluidity, rheological values (plastic viscosity, yield value, etc.), chloride content in the fresh concrete, etc.
[品質関連情報]
品質関連情報は、打設後であって、予測しようとする時期よりも前に得られる生コンクリートの強度等に関連する情報である。つまり、予測時期である28日材齢よりも、前の所定の材齢(例えば、材齢1日、3日、7日、14日等)における、生コンクリートの圧縮強度、曲げ強度、ヤング係数等が挙げられる。第三学習済みモデルに適用される品質関連情報は、上記の各品質関連情報のうちの一種だけを用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。加えて、品質関連情報には、生コンクリートの内部、生コンクリートの打設後の硬化体の内部、又は、周辺の温度情報も含まれる。なお、生コンクリートの打設後の硬化体とは、少なくとも生コンクリートの状態よりは硬化が進んでいるものを意味し、共用の基準となる強度まで達する程度に硬化しているものに限られない。
[Quality related information]
The quality-related information is information related to the strength of fresh concrete obtained after casting and before the time to be predicted. In other words, the compressive strength, bending strength, Young's modulus, etc. of fresh concrete at a predetermined age (e.g., 1 day, 3 days, 7 days, 14 days, etc.) before the 28-day age, which is the prediction time, are included. The quality-related information applied to the third trained model may use only one of the above quality-related information, or may use two or more types in combination. In addition, the quality-related information also includes temperature information of the inside of the fresh concrete, the inside of the hardened body after casting of the fresh concrete, or the surroundings. Note that the hardened body after casting of the fresh concrete means one that has hardened at least more than the state of the fresh concrete, and is not limited to one that has hardened to the extent that it reaches a common standard strength.
品質関連情報は、打設後から所定に時間が経過した時の生コンクリートの実際の強度が、第一学習済みモデル、及び第二学習済みモデルで導出した強度予測情報に対してどの程度異なっているかを特定し、予測とのズレを補正するための要素となる。 The quality-related information is used to determine the extent to which the actual strength of fresh concrete after a specified time has elapsed since pouring differs from the strength prediction information derived by the first trained model and the second trained model, and to correct any deviation from the prediction.
したがって、品質関連情報を含む学習用入力データと、強度予測情報を含む学習用出力データとによって機械学習が行われて生成された第三学習済みモデルが適用された強度予測システムは、生コンクリートの強度をより高い精度で予測することができる。 Therefore, a strength prediction system to which a third trained model generated by machine learning using training input data including quality-related information and training output data including strength prediction information is applied can predict the strength of fresh concrete with higher accuracy.
[環境関連情報]
環境関連情報は、具体的には、打設現場における日射量、風速、風向き、天候、気温、湿度、標高又は生コンクリートの製造場所における天候、湿度、標高、外気温等である。特に、製造場所の外気温は、生コンクリートの強度予測に用いる情報として好適である。また、他に適用可能な環境関連情報としては、アジテータ車が走行する経路の天候、湿度、標高、外気温等、すなわち、生コンクリートの運搬経路における環境に関連する情報が挙げられる。アジテータ車内の温度や、アジテータ車が走行する経路の天候等の運搬中の環境関連情報は、その取得に特別な手段が必要であるが、製造場所での外気温を用いることにより、比較的簡易な方法で、環境関連情報が取得できる。各学習済みモデルに適用される環境関連情報は、上記の各環境関連情報のうちの一種だけを用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
[Environment-related information]
Specifically, the environment-related information is the amount of solar radiation, wind speed, wind direction, weather, temperature, humidity, and altitude at the casting site, or the weather, humidity, altitude, and outside temperature at the manufacturing site of the ready-mixed concrete. In particular, the outside temperature at the manufacturing site is suitable as information used to predict the strength of ready-mixed concrete. Other applicable environment-related information includes the weather, humidity, altitude, and outside temperature of the route along which the agitator vehicle travels, that is, information related to the environment on the transportation route of the ready-mixed concrete. Special means are required to acquire environment-related information during transportation, such as the temperature inside the agitator vehicle and the weather of the route along which the agitator vehicle travels, but by using the outside temperature at the manufacturing site, the environment-related information can be acquired in a relatively simple manner. The environment-related information applied to each trained model may be only one of the above-mentioned environment-related information, or may be a combination of two or more types.
環境関連情報は、打設後の生コンクリートがどのような環境下に曝されるかを特定するための要素となる。つまり、生コンクリートの水和反応の進行が、外気温等の影響を受けて早くなるのか遅くなるのか等を把握するための要素となる。 Environment-related information is an element for identifying the type of environment to which fresh concrete will be exposed after pouring. In other words, it is an element for understanding whether the progress of the hydration reaction of fresh concrete will be accelerated or delayed due to the influence of the outside temperature, etc.
したがって、環境関連情報を含む学習用入力データと、強度予測情報を含む学習用出力データとによって機械学習が行われて生成された学習済みモデルが適用された品質予測システムは、生コンクリートの強度をより高い精度で予測することができる。 Therefore, a quality prediction system that applies a trained model generated by machine learning using training input data including environmental information and training output data including strength prediction information can predict the strength of fresh concrete with higher accuracy.
以上より、第一学習済みモデル、第二学習済みモデル、及び第三学習済みモデルが適用された品質予測システムは、配合関連情報に基づく線形近似による予測するよりも高い精度で、生コンクリートの強度を予測することができる。 From the above, the quality prediction system to which the first trained model, the second trained model, and the third trained model are applied can predict the strength of fresh concrete with higher accuracy than predictions made by linear approximation based on mix-related information.
さらに、環境関連情報を含む学習用入力データと、強度予測情報を含む学習用出力データとによって機械学習を行って生成された学習済みモデルが適用された品質予測システムは、生コンクリートの強度をより高い精度で予測することができる。 Furthermore, a quality prediction system that applies a trained model generated by performing machine learning using training input data including environmental information and training output data including strength prediction information can predict the strength of fresh concrete with higher accuracy.
また、上記の配合関連情報、製造関連情報、及び品質関連情報のうち、少なくとも一つの情報を、生コンクリート工場における既存の情報管理システムから取得する構成としても構わない。具体的には、既存の生コンクリート工場における、生コンクリートを出荷時に通常使用する、指定した材料の配合情報を管理するシステムから、上記の配合関連情報を取得してもよい。また、生コンクリートの出荷時に試料を採取し、試験体を作成して得られたと、所定の材齢(例えば、材齢1日、3日、7日、14日等)における、生コンクリートの圧縮強度、曲げ強度、ヤング係数等のデータが入力され、それを記憶し管理する情報管理システムから、上記の品質関連情報を取得してもよい。さらに、生コンクリートの練り混ぜ時の状況を管理する管理システムから、練り混ぜ時間、練り混ぜ音、電力負荷値、練り混ぜ時の生コンクリートの温度、ミキサ内温湿度等の製造関連情報を取得してもよい。なお、上記の情報管理システムは、配合関連情報、製造関連情報、及び品質関連情報の取得方法に関する一例であって、各関連情報の取得方法を限定するものではない。 At least one of the above-mentioned mix-related information, production-related information, and quality-related information may be obtained from an existing information management system in a ready-mix concrete factory. Specifically, the mix-related information may be obtained from a system that manages mix-related information of specified materials that are normally used when ready-mix concrete is shipped in an existing ready-mix concrete factory. The quality-related information may be obtained from an information management system that inputs data such as compressive strength, bending strength, and Young's modulus of ready-mix concrete at a specified age (e.g., age of 1 day, 3 days, 7 days, 14 days, etc.) obtained by taking a sample and creating a test specimen at the time of shipping the ready-mix concrete, and stores and manages the data. Furthermore, production-related information such as mixing time, mixing sound, power load value, temperature of ready-mix concrete during mixing, and temperature and humidity inside the mixer may be obtained from a management system that manages the situation when the ready-mix concrete is mixed. Note that the above-mentioned information management system is one example of a method for acquiring mix-related information, production-related information, and quality-related information, and does not limit the method for acquiring each related information.
各学習済みモデルの学習に用いる教師データのサンプルの数は、学習用入力データから荷卸し時スランプ情報を導出するために必要な特徴量を抽出し、さらに予測精度を高める観点から、好ましくは100以上、より好ましくは1,000以上、さらに好ましくは10,000以上、さらに好ましくは50,000以上、特に好ましくは100,000以上である。さらに、各学習済みモデルにおける学習回数は、予測精度を高める観点から、好ましくは1,000回以上、より好ましくは8,000回以上、特に好ましくは10,000回以上であるが、特に限定されない。例えば、学習データとして質の高い1つのサンプルのみを教師データとして採用しても構わない。 The number of training data samples used for training each trained model is preferably 100 or more, more preferably 1,000 or more, even more preferably 10,000 or more, even more preferably 50,000 or more, and particularly preferably 100,000 or more, from the viewpoint of extracting features necessary for deriving unloading slump information from the training input data and further improving prediction accuracy. Furthermore, the number of training times for each trained model is preferably 1,000 or more, more preferably 8,000 or more, and particularly preferably 10,000 or more, from the viewpoint of improving prediction accuracy, but is not particularly limited. For example, only one sample with high quality as training data may be adopted as training data.
次に、本発明の強度予測ステムで用いられる学習済みモデルを作成するための機械学習の方法について説明する。本発明の強度予測ステムで用いられる学習済みモデルを作成するための機械学習の方法としては、例えば、ニューラルネットワーク、線形回帰、決定木、サポートベクター回帰、アンサンブル法、サポートベクターマシン、判別分析、単純ベイズ法、最近傍法等が挙げられる。これらの方法は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。 Next, we will explain the machine learning method for creating the trained model used in the strength prediction system of the present invention. Examples of machine learning methods for creating the trained model used in the strength prediction system of the present invention include neural networks, linear regression, decision trees, support vector regression, ensemble methods, support vector machines, discriminant analysis, naive Bayes methods, nearest neighbor methods, etc. These methods may be used alone or in combination of two or more.
これらの方法の中でも、より高い精度で品質を予測することができる観点から、ニューラルネットワークによる機械学習が選択されることが好ましい。ニューラルネットワークは、より高い精度で品質を予測することができる観点から、入力層と出力層の間に一つ以上の中間層を有する階層型のニューラルネットワークが好適である。 Among these methods, machine learning using a neural network is preferably selected from the viewpoint of being able to predict quality with higher accuracy. From the viewpoint of being able to predict quality with higher accuracy, it is preferable for the neural network to be a hierarchical neural network having one or more intermediate layers between the input layer and the output layer.
ニューラルネットワークの例としては、三次元畳み込みニューラルネットワーク(3DCNN:3D Convolutional Neural Network)等の畳み込みニューラルネットワーク(CNN:Convolutional Neural Network)や、深層ニューラルネットワーク(DNN:Deep Neural Network)や、再帰型ニューラルネットワーク(RNN:Recurrent Neural Network)や、長期・短期記憶(LSTM:Long Short-Term memory)ニューラルネットワーク(LSTMを用いて再帰型ニューラルネットワークを改良したもの)等が挙げられる。 Examples of neural networks include convolutional neural networks (CNN) such as 3D Convolutional Neural Networks (3DCNN), deep neural networks (DNN), recurrent neural networks (RNN), and long short-term memory (LSTM) neural networks (recurrent neural networks improved using LSTM).
これらの中でも、画像認識の分野において優れた性能を有する、畳み込みニューラルネットワーク(中間層として、畳み込み層やプーリング層等を有するニューラルネットワーク)がより好適である。畳み込みニューラルネットワークは、画像データから特徴量を検出し、該特徴量を用いて、分類又は回帰を行うことが可能な予測モデルを作成することができる。畳み込みニューラルネットワークにおける、畳み込み層とプーリング層の組み合わせからなる層の数は、より高い精度で予測をすることができる観点から、好ましくは二つ以上、より好ましくは三つ以上である。 Among these, convolutional neural networks (neural networks having a convolutional layer, a pooling layer, etc. as an intermediate layer) are more suitable because of their excellent performance in the field of image recognition. Convolutional neural networks can detect features from image data and create a prediction model capable of performing classification or regression using the features. In a convolutional neural network, the number of layers consisting of a combination of convolutional layers and pooling layers is preferably two or more, more preferably three or more, from the viewpoint of being able to perform predictions with higher accuracy.
また、機械学習を行うためのツールとしては、例えば、Google社が開発したソフトウェアライブラリである「TensorFlow(登録商標)」や、IBM社が開発したシステムである「IBM Watson(登録商標)」等を用いることができる。 In addition, as a tool for performing machine learning, for example, "TensorFlow (registered trademark)", a software library developed by Google, or "IBM Watson (registered trademark)", a system developed by IBM, can be used.
次に、強度予測システム1の具体的な構成について説明する。 Next, we will explain the specific configuration of the strength prediction system 1.
本発明の生コンクリートの強度予測システム1の第一実施形態の構成について説明する。図1は、生コンクリートの強度予測システム1の一実施態様の模式的な全体構成図である。強度予測システム1は、図1に示すように、メインサーバ10と、当該メインサーバ10とネットワーク接続された、データサーバ20と、操作用端末30と、複数の参照用端末40とで構成されている。なお、メインサーバ10にネットワーク接続されるデータサーバ20、操作用端末30、参照用端末40のそれぞれの数は任意であって、それぞれ有線又は無線でデータ通信を行うように接続されている。 The configuration of a first embodiment of the ready-mix concrete strength prediction system 1 of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram of one embodiment of the ready-mix concrete strength prediction system 1. As shown in FIG. 1, the strength prediction system 1 is composed of a main server 10, a data server 20, an operation terminal 30, and a plurality of reference terminals 40 that are connected to the main server 10 via a network. The number of data servers 20, operation terminals 30, and reference terminals 40 connected to the main server 10 via a network is arbitrary, and each is connected to perform data communication via wire or wirelessly.
第一実施形態におけるメインサーバ10は、作業者が操作用端末30を操作して動作開始の操作を行うと、予測動作を開始する。そして、学習済みモデルに適用する情報を含む予測用入力データが、データサーバ20又は操作用端末30からメインサーバ10に入力されると、メインサーバ10内で所定の処理が行われて、生コンクリートの強度の予測値に関連する情報である強度予測情報がメインサーバ10から出力される。メインサーバ10から出力された強度予測情報を含む出力データは、各参照用端末40に送信される。そして、各参照用端末40は、メインサーバ10から出力された当該出力データから得られる生コンクリートの強度の予測値をそれぞれの表示装置50に表示する。 In the first embodiment, the main server 10 starts a prediction operation when an operator operates the operation terminal 30 to start the operation. Then, when prediction input data including information to be applied to the learned model is input from the data server 20 or the operation terminal 30 to the main server 10, a predetermined process is performed in the main server 10, and strength prediction information, which is information related to the predicted value of the strength of fresh concrete, is output from the main server 10. The output data including the strength prediction information output from the main server 10 is transmitted to each reference terminal 40. Then, each reference terminal 40 displays the predicted value of the strength of fresh concrete obtained from the output data output from the main server 10 on its respective display device 50.
なお、第一実施形態の各参照用端末40は、図1に示すように、表示装置50と別体のデスクトップ型PCであるが、ノートPC、スマートフォン、タブレット等の表示装置50が一体的に構成されている端末であっても構わない。また、各参照用端末40は、操作用端末30としての機能を兼ねていても構わない。 In the first embodiment, each reference terminal 40 is a desktop PC separate from the display device 50 as shown in FIG. 1, but it may be a terminal in which the display device 50 is integrally configured, such as a notebook PC, a smartphone, or a tablet. Also, each reference terminal 40 may also function as an operation terminal 30.
図2は、メインサーバ10の第一実施形態の構成を模式的に示すブロック図である。図2に示すように、第一実施形態におけるメインサーバ10は、データ入力部11と、データ出力部12、演算処理部13とを備える。 Figure 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of the main server 10. As shown in Figure 2, the main server 10 in the first embodiment includes a data input unit 11, a data output unit 12, and a calculation processing unit 13.
図3は、メインサーバ10内で行われる各データの入出力の詳細を図示したブロック図である。図3に示すように、演算処理部13は、第一演算処理部13aと、第二演算処理部13bと、第三演算処理部13cとを備えており、それぞれの演算処理部(13a,13b,13c)は、第一記憶部14aと、第二記憶部14bと、第三記憶部14cとを備えている。 Figure 3 is a block diagram illustrating the details of the input and output of each data performed within the main server 10. As shown in Figure 3, the calculation processing unit 13 includes a first calculation processing unit 13a, a second calculation processing unit 13b, and a third calculation processing unit 13c, and each calculation processing unit (13a, 13b, 13c) includes a first memory unit 14a, a second memory unit 14b, and a third memory unit 14c.
なお、図3に図示されているメインサーバ10は、説明の便宜のために演算処理部と記憶部が三つの組に分けられた構成で図示されているが、メインサーバ10は、各演算処理部(13a,13b,13c)が一つのCPUやMPU等の演算処理ユニット、各記憶部(14a,14b,14c)が一つのフラッシュメモリやハードディスク等のメモリで構成されて、演算処理部13を構成していても構わない。 For ease of explanation, the main server 10 shown in FIG. 3 is shown with three sets of processing units and memory units. However, the main server 10 may be configured such that each processing unit (13a, 13b, 13c) is a processing unit such as a CPU or MPU, and each memory unit (14a, 14b, 14c) is a memory such as a flash memory or hard disk, forming the processing unit 13.
第一記憶部14aは、第一教師データに基づく機械学習により生成された第一学習済みモデルM1が記録されている。第二記憶部14bは、第二教師データに基づく機械学習により生成された第二学習済みモデルM2が記録されている。第三記憶部14cは、第三教師データに基づく機械学習により生成された第三学習済みモデルM3が記録されている。 The first memory unit 14a stores a first trained model M1 generated by machine learning based on the first teacher data. The second memory unit 14b stores a second trained model M2 generated by machine learning based on the second teacher data. The third memory unit 14c stores a third trained model M3 generated by machine learning based on the third teacher data.
第一教師データは、生コンクリートの配合に関連する情報である配合関連情報を含む第一学習用入力データと、生コンクリートの強度情報を含む第一学習用出力データとが関連付けられたデータである。第二教師データは、前記第一学習済みモデルが導出した一次強度予測情報、及び製造関連情報を含む第二学習用入力データと、生コンクリートの強度情報を含む第二学習用出力データとが関連付けられたデータである。前記第三教師データは、前記第二学習済みモデルが導出した二次強度予測情報、及び品質関連情報を含む第三学習用入力データと、生コンクリートの強度情報を含む第三学習用出力データとが関連付けられたデータである。 The first teacher data is data in which first learning input data including mix-related information, which is information related to the mix-mix of ready-mix concrete, is associated with first learning output data including strength information of ready-mix concrete. The second teacher data is data in which second learning input data including primary strength prediction information derived by the first trained model and manufacturing-related information is associated with second learning output data including strength information of ready-mix concrete. The third teacher data is data in which third learning input data including secondary strength prediction information derived by the second trained model and quality-related information is associated with third learning output data including strength information of ready-mix concrete.
なお、生コンクリートの強度情報とは、第一学習済みモデル、第二学習済みモデル、第三学習済みモデルにおいて用いられる強度情報である。本実施形態において、生コンクリートの強度情報は、以下で説明される第一強度情報、第二強度情報、第三強度情報に区別される。第一強度情報、第二強度情報、第三強度情報は、この順に、強度情報としての信頼性が向上するものである。 The strength information of fresh concrete is the strength information used in the first trained model, the second trained model, and the third trained model. In this embodiment, the strength information of fresh concrete is divided into the first strength information, the second strength information, and the third strength information, which are described below. The first strength information, the second strength information, and the third strength information are strength information that are more reliable in this order.
第一強度情報は、生コンクリートの設計時の配合関連情報から導かれる情報であり、実際に生コンクリートが混練される前に得られる情報である。 The first strength information is information derived from mix-related information at the time of designing the ready-mix concrete, and is information obtained before the ready-mix concrete is actually mixed.
第二強度情報は、生コンクリートが実際に混練された後、打設現場へ搬送され到着するまでの期間において得られる情報であり、生コンクリートが硬化する前において得られる情報である。 The second strength information is information obtained during the period from when the ready-mix concrete is actually mixed until it is transported to the pouring site and arrives, and is information obtained before the ready-mix concrete hardens.
第三強度情報は、打設現場に打設された生コンクリートの試験体から得られる情報であり、例えば、試験体作成後の所定の材齢(例えば、材齢1日、3日、7日、14日等)における生コンクリートの圧縮強度、曲げ強度、ヤング係数等の情報である。 The third strength information is information obtained from test specimens of ready-mixed concrete poured at the pouring site, and is, for example, information on the compressive strength, flexural strength, Young's modulus, etc. of ready-mixed concrete at a specified age (e.g., 1 day, 3 days, 7 days, 14 days, etc.) after the test specimen is created.
なお、当該試験体は、生コンクリートの製造工場において作成され、当該製造工場にて強度測定された情報であってもよく、打設現場にて作成されたものから得られた情報であってもよい。 The test specimen may be prepared at a ready-mix concrete manufacturing plant and the information may be obtained by measuring the strength at the manufacturing plant, or it may be obtained from a specimen prepared at the pouring site.
第一実施形態におけるデータ入力部11は、データサーバ20又は操作用端末30から送信される、第一学習済みモデルM1に適用するために予測用入力データd1(第一実施形態では、予測用の生コンクリートの配合関連情報、製造関連情報、品質関連情報)の入力を受け付ける。なお、第一学習済みモデルM1に適用するための予測用の生コンクリートの配合関連情報、製造関連情報、品質関連情報は、一つの予測用入力データd1に含まれていてもよく、それぞれ別の予測用入力データd1に含まれていても構わない。 The data input unit 11 in the first embodiment accepts input of prediction input data d1 (in the first embodiment, ready-mix concrete mix-related information, manufacturing-related information, and quality-related information for prediction) transmitted from the data server 20 or the operation terminal 30 to be applied to the first trained model M1. Note that the ready-mix concrete mix-related information, manufacturing-related information, and quality-related information for prediction to be applied to the first trained model M1 may be included in one prediction input data d1, or each may be included in a separate prediction input data d1.
データ入力部11は、予測用入力データの入力を受け付けると、各演算処理部(13a,13b,13c)に入力するための演算用入力データ(d11,d12,13)を生成して、各演算処理部(13a,13b,13c)に対して出力する。 When the data input unit 11 receives input of prediction input data, it generates calculation input data (d11, d12, 13) to be input to each calculation processing unit (13a, 13b, 13c) and outputs it to each calculation processing unit (13a, 13b, 13c).
なお、本実施形態においては、演算用入力データd11は、配合関連情報を含むデータ、演算用入力データd12は、製造関連情報を含むデータ、演算用入力データd13は、品質関連情報を含むデータである。 In this embodiment, the calculation input data d11 is data including composition-related information, the calculation input data d12 is data including manufacturing-related information, and the calculation input data d13 is data including quality-related information.
そして、本実施形態におけるデータ入力部11は、配合関連情報、製造関連情報、品質関連情報のいずれかの情報が入力されると、適用する学習用モデルでの処理が行われる演算処理部(13a,13b,13c)に対して演算用入力データ(d11,d12,d13)として順次出力する。 In this embodiment, when any of the formulation-related information, manufacturing-related information, and quality-related information is input, the data input unit 11 sequentially outputs the information as calculation input data (d11, d12, d13) to the calculation processing unit (13a, 13b, 13c) where processing is performed using the applied learning model.
データ出力部12は、演算処理部13から出力された演算用出力データ(d21,d22,d23)が入力されると、図2に示すように、参照用端末40が受信可能な送信用データd2を入力された演算出力データ(d21,d22,d23)に基づいて生成して、各参照用端末40に対して送信用データd2を送信する。 When the data output unit 12 receives the calculation output data (d21, d22, d23) output from the calculation processing unit 13, it generates transmission data d2 that can be received by the reference terminals 40 based on the input calculation output data (d21, d22, d23) as shown in FIG. 2, and transmits the transmission data d2 to each reference terminal 40.
なお、本実施形態におけるデータ出力部12は、入力された演算用出力データ(d21,d22,d23)を順次参照用端末40に対して出力するように構成されているが、参照用端末40から指定された演算出力データ(d21,d22,d23)のみを参照用端末40に対して出力するように構成されていても構わない。 In the present embodiment, the data output unit 12 is configured to sequentially output the input calculation output data (d21, d22, d23) to the reference terminal 40, but may be configured to output only the calculation output data (d21, d22, d23) specified by the reference terminal 40 to the reference terminal 40.
第一演算処理部13aは、データ入力部11から出力される演算用入力データd11が入力されると、第一記憶部14aに記録されている第一学習済みモデルM1を読み出し、第一学習済みモデルM1に対して演算用入力データd11を適用する。 When the first calculation processing unit 13a receives the calculation input data d11 output from the data input unit 11, it reads out the first trained model M1 recorded in the first storage unit 14a and applies the calculation input data d11 to the first trained model M1.
第一演算処理部13aは、第一学習済みモデルM1による演算処理を実行し、演算用入力データd11に基づいて導出される一次強度予測情報を含む演算用出力データd21をデータ出力部12、及び第二演算処理部13bに対して出力する。 The first calculation processing unit 13a executes calculation processing using the first trained model M1, and outputs calculation output data d21, which includes primary intensity prediction information derived based on the calculation input data d11, to the data output unit 12 and the second calculation processing unit 13b.
第二演算処理部13bは、データ入力部11から出力される演算用入力データd12と、第一演算処理部13aから出力される演算用出力データd21が入力されると、第二記憶部14bに記録されている第二学習済みモデルM2を読み出し、第二学習済みモデルM2に対して演算用入力データd12と演算用出力データd21を適用する。 When the second calculation processing unit 13b receives the calculation input data d12 output from the data input unit 11 and the calculation output data d21 output from the first calculation processing unit 13a, it reads out the second trained model M2 recorded in the second storage unit 14b and applies the calculation input data d12 and the calculation output data d21 to the second trained model M2.
第二演算処理部13bは、第二学習済みモデルM2による演算処理を実行し、演算用入力データd12、及び演算用出力データd21に基づいて導出される二次強度予測情報を含む演算用出力データd22をデータ出力部12、及び第三演算処理部13cに対して出力する。 The second calculation processing unit 13b executes calculation processing using the second learned model M2, and outputs the calculation output data d22, which includes secondary intensity prediction information derived based on the calculation input data d12 and the calculation output data d21, to the data output unit 12 and the third calculation processing unit 13c.
第三演算処理部13cは、データ入力部11から出力される演算用入力データd13と、第二演算処理部13bから出力される演算用出力データd22が入力されると、第三記憶部14cに記録されている第二学習済みモデルM3を読み出し、第三学習済みモデルM3に対して演算用入力データd13と演算用出力データd22を適用する。 When the third calculation processing unit 13c receives the calculation input data d13 output from the data input unit 11 and the calculation output data d22 output from the second calculation processing unit 13b, it reads out the second trained model M3 recorded in the third memory unit 14c and applies the calculation input data d13 and the calculation output data d22 to the third trained model M3.
第三演算処理部13cは、第三学習済みモデルM3による演算処理を実行し、演算用入力データd13、及び演算用出力データd22に基づいて導出される三次強度予測情報を含む演算用出力データd23をデータ出力部12に対して出力する。 The third calculation processing unit 13c executes calculation processing using the third trained model M3, and outputs to the data output unit 12 the calculation output data d23 including tertiary intensity prediction information derived based on the calculation input data d13 and the calculation output data d22.
第一実施形態で学習用入力データ、及び予測用入力データとして採用した情報は、以下である。 The information used as learning input data and prediction input data in the first embodiment is as follows:
ここで、上記の各情報に基づいて学習した学習済みモデル(M1,M2,M3)を適用した強度予測システム1が、どのぐらいの精度で荷卸し時スランプ値、及びスランプフローを予測できるかを確認した検証実験について説明する。 Here, we explain the verification experiment to confirm the accuracy with which the strength prediction system 1, which applies the trained models (M1, M2, M3) trained based on the above information, can predict the slump value and slump flow at the time of unloading.
(実施例1)
実施例1は、上述した生コンクリートの強度予測システム1によって、製造したコンクリートの標準水中養生28日コンクリート強度を予測する。
Example 1
In the first embodiment, the ready-mix concrete strength prediction system 1 described above predicts the standard underwater curing concrete strength of manufactured concrete after 28 days.
(参考例1)
参考例1は、配合関連情報に基づく線形近似式によって予測する。参考例1として採用した線形近似式は、蓄積されたデータに基づいて比較的高精度で生コンクリートの強度を予測できるように検討された式を採用している。
(Reference Example 1)
In Reference Example 1, prediction is made by a linear approximation formula based on mix-related information. The linear approximation formula used in Reference Example 1 is a formula that has been studied to be able to predict the strength of fresh concrete with a relatively high degree of accuracy based on accumulated data.
(参考例2)
参考例2は、予測用入力データに、予測対象の生コンクリートに関する品質関連情報を含めないことを除いて、実施例1と同様である。
(Reference Example 2)
Reference Example 2 is similar to Example 1, except that the input data for prediction does not include quality-related information on the ready-mix concrete to be predicted.
それぞれの出力データ数は、1,043とした。 The number of output data for each was set to 1,043.
第一学習済みモデルM1の生成は、深層ニューラルネットワーク(DNN)を適用し、学習ライブラリはTensor Flow(登録商標)を使用し、学習回数は、200,000回行った。 The first trained model M1 was generated using a deep neural network (DNN), the learning library was Tensor Flow (registered trademark), and the training was performed 200,000 times.
予測強度値が実際の強度値に対して許容誤差範囲に収まる場合を正解として、正解率を確認した。なお、許容誤差範囲は、±5.0%、±10.0%の二つのパターンで確認した。ここでの許容誤差範囲は、許容誤差範囲をE,予測強度値をP、実際の強度値をRとした時にE=(R-P)/Rで算出される数値である。 The accuracy rate was confirmed by considering the predicted intensity value to be within the allowable error range of the actual intensity value as a correct answer. The allowable error range was confirmed in two patterns: ±5.0% and ±10.0%. The allowable error range here is a value calculated by E = (R - P) / R, where E is the allowable error range, P is the predicted intensity value, and R is the actual intensity value.
結果は、以下のようになった。 The results were as follows:
コンクリートの圧縮強度試験は、一回の試験結果が発注時指定される呼び強度に対して正解率が85%以上であること、三回の試験結果の平均値が指定された呼び強度以上であることが定められている(JIS A 1108規格)。当該規格を安定して遵守するためには、正解率が、少なくとも誤差範囲±10%の場合においては90%以上、誤差範囲±15.0%の場合においては95%以上であることが望ましい。 Concrete compressive strength tests are stipulated to have a success rate of 85% or more for the nominal strength specified at the time of ordering, and that the average of three test results must be equal to or greater than the specified nominal strength (JIS A 1108 standard). In order to consistently comply with this standard, it is desirable for the success rate to be at least 90% when the error range is ±10%, and 95% when the error range is ±15.0%.
上記結果より、本発明の強度予測システム1は、配合関連情報に基づいた線形近似式による標準水中養生28日コンクリート強度の予測よりも精度が高いことが確認される。また、本発明の強度予測システム1は、標準水中養生7日コンクリート強度を適用して生コンクリートの強度を予測することで、より高い精度で予測できることが確認される。 The above results confirm that the strength prediction system 1 of the present invention is more accurate than predicting the standard 28-day underwater curing concrete strength using a linear approximation formula based on mix-related information. It is also confirmed that the strength prediction system 1 of the present invention can predict with higher accuracy by predicting the strength of fresh concrete by applying the standard 7-day underwater curing concrete strength.
予測の精度については、本発明の強度予測システム1は、標準水中養生28日コンクリート強度を、誤差範囲±10.0%の場合において95%以上の精度で予測できることが確認される。 As for prediction accuracy, it has been confirmed that the strength prediction system 1 of the present invention can predict the standard underwater curing concrete strength after 28 days with an accuracy of 95% or more when the error range is ±10.0%.
以上より、強度予測システム1は、配合関連情報と、製造関連情報に加え、品質関連情報に基づいて学習した学習済みモデルを適用することで、従来の配合関連情報に基づく線形近似式による予測よりも高い精度で生コンクリートの強度を予測することができる。 As described above, the strength prediction system 1 can predict the strength of fresh concrete with higher accuracy than predictions using conventional linear approximation formulas based on mix-related information by applying a trained model that is trained based on mix-related information, manufacturing-related information, and quality-related information.
[別実施形態]
以下、別実施形態につき説明する。
[Another embodiment]
Another embodiment will be described below.
〈1〉 本実施形態の強度予測システム1では、環境関連情報が適用されていないが、いずれかの学習済みモデル(M1,M2,M3)が、環境関連情報を含む学習用入力データによる機械学習で生成され、対応する演算用入力データ(d11,d12,d13)に環境関連情報が含まれるように構成されていても構わない。 <1> In the strength prediction system 1 of this embodiment, environmentally related information is not applied, but any of the trained models (M1, M2, M3) may be generated by machine learning using training input data that includes environmentally related information, and the corresponding calculation input data (d11, d12, d13) may be configured to include environmentally related information.
上記構成とすることで、強度予測システム1は、打設現場における天候や気温、湿度等の情報を加味した強度の予測ができるため、より高い精度での生コンクリートの強度予測が可能となる。 With the above configuration, the strength prediction system 1 can predict strength taking into account information such as weather, temperature, and humidity at the pouring site, making it possible to predict the strength of ready-mix concrete with greater accuracy.
〈2〉 強度予測システム1は、強度を予測する対象の生コンクリートの内部に配置されて生コンクリートの内部の温度情報を取得し、データ入力部11に対して取得した当該温度情報を含むデータを入力する温度センサを備えていても構わない。 <2> The strength prediction system 1 may be equipped with a temperature sensor that is placed inside the ready-mix concrete for which strength is to be predicted, acquires temperature information inside the ready-mix concrete, and inputs data including the acquired temperature information to the data input unit 11.
上記構成とすることで、強度予測システム1は、生コンクリートの水和反応に由来する積算温度を計測することで生コンクリートの強度を予測することができる。したがって、上記構成とすることで、強度予測システム1は、より高い精度で生コンクリートの強度を予測することができる。 With the above configuration, the strength prediction system 1 can predict the strength of fresh concrete by measuring the accumulated temperature resulting from the hydration reaction of the fresh concrete. Therefore, with the above configuration, the strength prediction system 1 can predict the strength of fresh concrete with higher accuracy.
なお、生コンクリートの温度情報を取得する温度センサは、強度を予測する対象の生コンクリートの打設後の硬化体の内部の温度情報、強度を予測する対象の生コンクリートの周辺の温度情報、又は生コンクリートの打設後の硬化体の周辺の温度情報を取得するように構成されていても構わない。さらに、当該温度情報は、例えば、打設現場における天候情報、気温や湿度の情報等を、気象庁のデータベース等から取得しても構わない。 The temperature sensor that acquires the temperature information of the ready-mixed concrete may be configured to acquire temperature information inside the hardened body of the ready-mixed concrete after pouring, the temperature information around the ready-mixed concrete for which strength is to be predicted, or the temperature information around the hardened body of the ready-mixed concrete after pouring. Furthermore, the temperature information may be acquired, for example, from a database of the Japan Meteorological Agency, such as weather information, temperature and humidity information, etc. at the pouring site.
〈3〉 強度予測システム1の記憶部14には、生コンクリートの強度予測情報を含む重み付け学習用入力データと、予測用生コンクリートの実際に測定された強度に関する情報である強度測定値情報を含む重み付け学習用出力データとを関連付けてなる複数の教師データに基づく機械学習により生成された、重み付け用学習済みモデルが記録されていても構わない。重み付け用学習済みモデルは、予測用入力データに含まれる各情報に対して強度予測に対する寄与度に応じた重み付けをする係数を決定するための学習済みモデルである。 〈3〉 The memory unit 14 of the strength prediction system 1 may store a weighting trained model generated by machine learning based on multiple teacher data that associates weighting training input data including strength prediction information for fresh concrete with weighting training output data including strength measurement value information, which is information regarding the actually measured strength of the fresh concrete for prediction. The weighting trained model is a trained model for determining a coefficient that weights each piece of information included in the prediction input data according to its contribution to the strength prediction.
上記構成とすることで、強度予測システム1は、生コンクリートの強度の予測を繰り返すたびに、より影響が大きい要素を見い出し、次第に当該要素を重視した予測が行われるように学習済みモデルが自動的に最適化される。 With the above configuration, the strength prediction system 1 finds the more influential factors each time it repeats predicting the strength of fresh concrete, and the trained model is automatically optimized so that predictions gradually place more emphasis on those factors.
〈4〉 上述した強度予測システム1が備える構成は、あくまで一例であり、本発明は、図示された各構成に限定されない。 〈4〉 The configuration of the strength prediction system 1 described above is merely an example, and the present invention is not limited to the configurations shown in the figures.
1 : 強度予測システム
10 : メインサーバ
11 : データ入力部
12 : データ出力部
13 : 演算処理部
13a : 第一演算処理部
13b : 第一演算処理部
13c : 第一演算処理部
14 : 記憶部
14a : 第一記憶部
14b : 第一記憶部
14c : 第一記憶部
20 : データサーバ
30 : 操作用端末
40 : 参照用端末
50 : 表示装置
M1 : 第一学習済みモデル
M2 : 第二学習済みモデル
M3 : 第三学習済みモデル
1: Strength prediction system 10: Main server 11: Data input unit 12: Data output unit 13: Arithmetic processing unit 13a: First arithmetic processing unit 13b: First arithmetic processing unit 13c: First arithmetic processing unit 14: Memory unit 14a: First memory unit 14b: First memory unit 14c: First memory unit 20: Data server 30: Operation terminal 40: Reference terminal 50: Display device M1: First trained model M2: Second trained model M3: Third trained model
Claims (5)
予測用入力データの入力を受け付けるデータ入力部と、
前記複数の学習済みモデルによって導出される生コンクリートの強度予測情報を含むデータを出力するデータ出力部とを備え、
前記複数の学習済みモデルは、第一教師データに基づく機械学習により生成された、一次強度予測情報を導出する第一学習済みモデルと、第二教師データに基づく機械学習により生成された、二次強度予測情報を導出する第二学習済みモデルと、第三教師データに基づく機械学習により生成された、三次強度予測情報を導出する第三学習済みモデルとを含み、
前記第一教師データは、生コンクリートの配合に関連する情報である配合関連情報を含む第一学習用入力データと、生コンクリートの強度情報を含む第一学習用出力データとが関連付けられたデータであり、
前記第二教師データは、前記第一学習済みモデルが導出した一次強度予測情報、及び生コンクリートの製造に関連する情報である製造関連情報を含む第二学習用入力データと、生コンクリートの強度情報を含む第二学習用出力データとが関連付けられたデータであり、
前記第三教師データは、前記第二学習済みモデルが導出した二次強度予測情報、及び打設後であって、予測しようとする時期よりも前に得られる、予測対象である生コンクリートの予測しようとする時期よりも前に測定された強度に関連する情報である品質関連情報を含む第三学習用入力データと、生コンクリートの強度情報を含む第三学習用出力データとが関連付けられたデータであり、
前記複数の学習済みモデルのうちの少なくとも一つの学習済みモデルに対応する教師データにおいて、生コンクリートの製造場所、打設現場、又は運搬経路における環境に関連する情報である環境関連情報を含む学習用入力データと、学習用出力データとが関連付けられており、
前記予測用入力データとして、予測対象の生コンクリートの前記配合関連情報、前記製造関連情報、前記品質関連情報、及び前記環境関連情報が入力されることを特徴とする生コンクリートの強度予測システム。 A storage unit that stores a plurality of trained models generated by machine learning based on training data;
A data input unit that accepts input of prediction input data;
A data output unit that outputs data including strength prediction information of fresh concrete derived by the plurality of trained models,
the plurality of trained models include a first trained model that is generated by machine learning based on first teacher data and that derives primary intensity prediction information, a second trained model that is generated by machine learning based on second teacher data and that derives secondary intensity prediction information, and a third trained model that is generated by machine learning based on third teacher data and that derives tertiary intensity prediction information,
The first teacher data is data in which first learning input data including mix-related information, which is information related to the mix-related composition of the ready-mixed concrete, and first learning output data including strength information of the ready-mixed concrete are associated with each other,
the second teacher data is data in which second learning input data including primary strength prediction information derived by the first trained model and production-related information that is information related to the production of ready-mixed concrete is associated with second learning output data including strength information of ready-mixed concrete,
The third teacher data is data in which third learning input data including secondary strength prediction information derived by the second trained model and quality-related information that is information related to the strength of the fresh concrete to be predicted, which is obtained after pouring and before the time to be predicted, and which is measured before the time to be predicted , and third learning output data including strength information of the fresh concrete are associated with each other,
In the teacher data corresponding to at least one of the plurality of trained models, learning input data including environment-related information that is information related to the environment at a manufacturing site, a pouring site, or a transportation route of the ready-mixed concrete is associated with learning output data,
A ready-mix concrete strength prediction system, characterized in that the mix-related information, the manufacturing-related information, the quality-related information , and the environmental-related information of the ready-mix concrete to be predicted are input as the input data for prediction.
前記重み付け学習用入力データは、前記一次強度予測情報、前記二次強度予測情報、及び前記三次強度予測情報のうちの少なくとも一つを含み、
前記重み付け学習用出力データは、前記強度予測情報が導出された生コンクリートの実際に測定された強度に関する情報である強度測定値情報を含むことを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の生コンクリートの強度予測システム。 the plurality of trained models further include a weighting trained model for determining a coefficient for weighting each piece of information included in the prediction input data according to its contribution to the prediction of strength of fresh concrete, the weighting trained model being generated by machine learning based on a plurality of teacher data obtained by associating weighting learning input data with weighting learning output data;
the weighting learning input data includes at least one of the primary intensity prediction information, the secondary intensity prediction information, and the tertiary intensity prediction information,
The system for predicting the strength of fresh concrete according to any one of claims 1 to 3 , characterized in that the output data for weighting learning includes strength measurement information which is information regarding the actually measured strength of the fresh concrete from which the strength prediction information is derived.
The ready-mix concrete strength prediction system according to any one of claims 1 to 4 , characterized in that at least one of the mix-related information, the production-related information, and the quality-related information is obtained from an information management system in a ready-mix concrete manufacturing plant.
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