JP7835563B2 - Method for predicting the quality of ready-mixed concrete, method for manufacturing ready-mixed concrete, and system for manufacturing ready-mixed concrete - Google Patents
Method for predicting the quality of ready-mixed concrete, method for manufacturing ready-mixed concrete, and system for manufacturing ready-mixed concreteInfo
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Description
本開示は、生コンクリートの品質予測方法、生コンクリートの製造方法、及び生コンクリートの製造システムに関する。 This disclosure relates to a method for predicting the quality of ready-mixed concrete, a method for manufacturing ready-mixed concrete, and a system for manufacturing ready-mixed concrete.
特許文献1には、生コンクリートの品質を予測する品質予測方法が開示されている。この品質予測方法では、水と水以外の生コンクリートの材料を練り混ぜている状態で、ミキサ内を連続的に撮影した複数の画像データと、予測モデルとを用いて生コンクリートの品質が予測されている。 Patent Document 1 discloses a quality prediction method for predicting the quality of ready-mixed concrete. This method predicts the quality of ready-mixed concrete using multiple image data captured continuously inside a mixer while water and other concrete materials are being mixed, along with a prediction model.
本開示は、生コンクリートの品質を簡便に把握することが可能な生コンクリートの品質予測方法、生コンクリートの製造方法、及び生コンクリートの製造システムを提供する。 This disclosure provides a method for predicting the quality of ready-mixed concrete, a method for manufacturing ready-mixed concrete, and a system for manufacturing ready-mixed concrete, all of which enable easy assessment of the concrete's quality.
本開示の一側面に係る生コンクリートの品質予測方法は、取得工程と、予測工程とを含む。取得工程では、コンクリート材料を練り混ぜるミキサによって製造された生コンクリートの落下又は流下に起因した振動の大きさを示す振動情報を含む入力情報を取得する。予測工程では、入力情報の入力に応じて生コンクリートの品質を示す品質情報を出力するように機械学習により予め構築された予測モデルと、取得工程において取得された入力情報とに基づいて、生コンクリートの品質を予測する。 A method for predicting the quality of ready-mixed concrete relating to one aspect of this disclosure includes an acquisition step and a prediction step. In the acquisition step, input information is acquired, including vibration information indicating the magnitude of vibrations caused by the dropping or flow of ready-mixed concrete produced by a mixer that mixes concrete materials. In the prediction step, the quality of the ready-mixed concrete is predicted based on a prediction model pre-built using machine learning to output quality information indicating the quality of the ready-mixed concrete in response to the input information, and the input information acquired in the acquisition step.
上記振動情報は、2方向以上での振動の大きさを示す情報を含んでもよい。 The above vibration information may include information indicating the magnitude of vibrations in two or more directions.
上記振動情報は、ミキサの下方に配置され、生コンクリートを収容可能なホッパに対してミキサから生コンクリートが排出された際のホッパの振動の大きさを示す情報であってもよい。 The above vibration information may also indicate the magnitude of vibration in a hopper, which is located below the mixer and capable of containing ready-mix concrete, when ready-mix concrete is discharged from the mixer.
上記振動情報は、ホッパの側壁に交差する方向におけるホッパの振動の大きさを示す情報を含んでもよい。 The above vibration information may include information indicating the magnitude of hopper vibration in a direction intersecting the hopper's side wall.
上記振動情報は、ホッパの側壁に沿った方向におけるホッパの振動の大きさを示す情報を更に含んでもよい。 The above vibration information may further include information indicating the magnitude of hopper vibration in the direction along the hopper's side wall.
上記振動情報は、ミキサからホッパに生コンクリートが排出された時点を含むように設定された評価期間におけるホッパの加速度の移動平均値について、最大値、最小値、平均値、及び標準偏差に基づく値から成る群から選択される少なくとも1つを算出した結果であってもよい。 The above vibration information may be the result of calculating at least one value selected from the group consisting of the maximum value, minimum value, mean value, and standard deviation of the moving average value of the hopper's acceleration during an evaluation period set to include the time when the ready-mixed concrete is discharged from the mixer to the hopper.
上記取得工程は、所定のデータ取得期間に得られるホッパの加速度の時系列データにおいて、ホッパの側壁に交差する方向又はホッパの側壁に沿った方向におけるホッパの加速度の絶対値が最大となる時刻を、基準時刻として算出する工程と、データ取得期間のうち、基準時刻よりも前の時刻から、基準時刻よりも後の時刻までの期間を評価期間に設定する工程と、を含んでもよい。 The above acquisition process may include the steps of: calculating the time at which the absolute value of the hopper acceleration is maximum in the time-series data of hopper acceleration obtained during a predetermined data acquisition period, in a direction intersecting the hopper's side wall or along the hopper's side wall, as the reference time; and setting the period from before the reference time to after the reference time within the data acquisition period as the evaluation period.
上記予測工程では、生コンクリートに含まれる空気量が予測されてもよい。 In the above prediction process, the amount of air contained in the fresh concrete may also be predicted.
上記予測工程では、生コンクリートのスランプ及びスランプフローの少なくとも一方が予測されてもよい。 In the above prediction process, at least one of the slump and slump flow of the ready-mix concrete may be predicted.
上記入力情報は、コンクリート材料の配合条件を示す情報、及び、ミキサにおけるコンクリート材料の練混ぜ時の条件又は状態を示す情報の少なくとも一方を更に含んでもよい。 The above input information may further include at least one of the following: information indicating the concrete material mix design conditions, and information indicating the conditions or state of the concrete material during mixing in the mixer.
上記品質予測方法は、予測モデルを構築するモデル構築工程を更に含んでもよい。モデル構築工程は、ミキサによって製造されたテスト用の生コンクリートの落下又は流下に起因した振動の大きさを示す学習用の振動情報を含む学習用の入力情報と、学習用の入力情報に対応付けられたテスト用の生コンクリートの品質を示す実績情報と、を準備する工程と、学習用の入力情報と実績情報とに基づくニューラルネットワークを用いた機械学習により予測モデルを構築する工程と、を含んでもよい。 The above quality prediction method may further include a model building step for constructing a prediction model. The model building step may include: preparing learning input information including learning vibration information indicating the magnitude of vibrations caused by the dropping or flow of test ready-mix concrete produced by a mixer; actual performance information indicating the quality of the test ready-mix concrete associated with the learning input information; and constructing a prediction model using machine learning with a neural network based on the learning input information and the actual performance information.
本開示の一側面に係る生コンクリートの製造方法は、練混ぜ工程と、取得工程と、予測工程と、を含む。練混ぜ工程では、コンクリート材料をミキサにおいて練り混ぜる。取得工程では、練混ぜ工程において製造された生コンクリートの落下又は流下に起因した振動の大きさを示す振動情報を含む入力情報を取得する。予測工程では、入力情報の入力に応じて生コンクリートの品質を示す品質情報を出力するように機械学習により予め構築された予測モデルと、取得工程において取得された入力情報とに基づいて、生コンクリートの品質を予測する。 A method for manufacturing ready-mixed concrete relating to one aspect of this disclosure includes a mixing step, an acquisition step, and a prediction step. In the mixing step, concrete materials are mixed in a mixer. In the acquisition step, input information including vibration information indicating the magnitude of vibrations caused by the dropping or flow of the ready-mixed concrete produced in the mixing step is acquired. In the prediction step, the quality of the ready-mixed concrete is predicted based on a prediction model pre-built using machine learning to output quality information indicating the quality of the ready-mixed concrete in response to the input information, and the input information acquired in the acquisition step.
本開示の一側面に係る生コンクリートの製造装置は、ミキサと、センサと、情報取得部と、モデル保持部と、品質予測部と、を備える。ミキサは、コンクリート材料を練り混ぜる。センサは、ミキサにおいて製造された生コンクリートの落下又は流下に起因した振動の大きさを検出する。情報取得部は、少なくともセンサによる検出結果に基づいて、振動の大きさを示す振動情報を含む入力情報を取得する。モデル保持部は、入力情報の入力に応じて生コンクリートの品質を示す品質情報を出力するように機械学習により予め構築された予測モデルを記憶する。品質予測部は、モデル保持部により記憶された予測モデルと、情報取得部により取得された入力情報とに基づいて、生コンクリートの品質を予測する。 A ready-mix concrete manufacturing apparatus according to one aspect of this disclosure comprises a mixer, a sensor, an information acquisition unit, a model holding unit, and a quality prediction unit. The mixer mixes the concrete materials. The sensor detects the magnitude of vibrations caused by the dropping or flow of the ready-mix concrete produced in the mixer. The information acquisition unit acquires input information, including vibration information indicating the magnitude of vibrations, based at least on the detection results from the sensor. The model holding unit stores a prediction model pre-built by machine learning to output quality information indicating the quality of the ready-mix concrete in response to the input information. The quality prediction unit predicts the quality of the ready-mix concrete based on the prediction model stored by the model holding unit and the input information acquired by the information acquisition unit.
本開示によれば、生コンクリートの品質を簡便に把握することが可能な生コンクリートの品質予測方法、生コンクリートの製造方法、及び生コンクリートの製造システムが提供される。 This disclosure provides a method for predicting the quality of ready-mixed concrete, a method for manufacturing ready-mixed concrete, and a system for manufacturing ready-mixed concrete, all of which enable easy assessment of the concrete's quality.
以下、図面を参照して一実施形態について説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 An embodiment will be described below with reference to the drawings. In this description, identical elements or elements with the same function will be denoted by the same reference numeral, and redundant descriptions will be omitted.
[生コンクリートの製造システム]
図1には、一実施形態に係る生コンクリートの製造システムが模式的に示されている。図1に示される製造システム1は、生コンクリート(生コン)を製造するシステムである。製造システム1は、コンクリート材料を混練して生コンクリートを製造する。コンクリート材料は、セメント、混和材、粗骨材(例えば、砂利)、細骨材(例えば、砂)、水、及び混和剤等を含む。
[Ready-mix concrete manufacturing system]
Figure 1 schematically shows a ready-mix concrete manufacturing system according to one embodiment. The manufacturing system 1 shown in Figure 1 is a system for manufacturing ready-mix concrete. The manufacturing system 1 produces ready-mix concrete by mixing concrete materials. The concrete materials include cement, admixtures, coarse aggregate (e.g., gravel), fine aggregate (e.g., sand), water, and other admixtures.
製造システム1は、製造した生コンクリートを運搬車Cに積み込む。運搬車Cは、生コンクリートが積み込まれた後に、生コンクリートが使用される現場(例えば、工事現場)まで生コンクリートを運搬する。運搬車Cとしては、例えば、アジテータ車(ミキサ車)、及び、ダンプトラックが挙げられる。製造システム1は、現場ごとに設定された目標品質(要求品質)を満たすように、コンクリート材料から生コンクリートを製造してもよい。製造システム1は、製造装置10と、振動検出センサ40(センサ)と、制御装置50と、を備える。 Manufacturing system 1 loads the manufactured ready-mix concrete onto transport vehicle C. After loading, transport vehicle C transports the ready-mix concrete to the site where it will be used (e.g., a construction site). Examples of transport vehicles C include agitator trucks (mixer trucks) and dump trucks. Manufacturing system 1 may also manufacture ready-mix concrete from concrete materials to meet the target quality (required quality) set for each site. Manufacturing system 1 comprises a manufacturing device 10, a vibration detection sensor 40 (sensor), and a control device 50.
(生コンクリートの製造装置)
製造装置10は、制御装置50からの動作指示に基づいて、生コンクリートを製造する装置である。製造装置10は、例えば、貯蔵瓶12と、計量瓶14と、集合ホッパ16と、ミキサ20と、積込ホッパ30(ホッパ)と、を備える。図1には、上下方向が「方向D1」及び「方向D2」で示されている。方向D1は鉛直上向きであり、方向D2は鉛直下向きである。製造装置10では、貯蔵瓶12、計量瓶14、集合ホッパ16、ミキサ20、及び積込ホッパ30が、上からこの順に配置されている。
(Equipment for manufacturing ready-mixed concrete)
The manufacturing apparatus 10 is a device that manufactures ready-mixed concrete based on operation instructions from the control device 50. The manufacturing apparatus 10 includes, for example, a storage jar 12, a measuring jar 14, a collection hopper 16, a mixer 20, and a loading hopper 30 (hopper). In Figure 1, the vertical direction is indicated by "direction D1" and "direction D2". Direction D1 is vertically upward, and direction D2 is vertically downward. In the manufacturing apparatus 10, the storage jar 12, measuring jar 14, collection hopper 16, mixer 20, and loading hopper 30 are arranged in this order from top to bottom.
貯蔵瓶12は、各種のコンクリート材料を一時的に貯蔵する。貯蔵瓶12には、骨材置場、セメントサイロ、及び水槽等から、ベルトコンベア等の運搬装置により各種のコンクリート材料が搬送される。貯蔵瓶12は、各種のコンクリート材料を個別に貯蔵するように構成されている。以下では、「コンクリート材料」を単に「材料」と表記する場合がある。貯蔵瓶12に貯蔵されている各種材料は、必要に応じて計量瓶14に供給される。 The storage jar 12 temporarily stores various concrete materials. Various concrete materials are transported to the storage jar 12 from aggregate storage areas, cement silos, and water tanks via conveying equipment such as belt conveyors. The storage jar 12 is configured to store each type of concrete material individually. Hereafter, "concrete materials" may be simply referred to as "materials." The various materials stored in the storage jar 12 are supplied to the measuring jar 14 as needed.
計量瓶14は、貯蔵瓶12の下方に配置されている。計量瓶14は、制御装置50からの動作指示に基づいて動作し、各種材料を個別に計量する。計量瓶14は、制御装置50から指示された目標量の材料を検知すると、その材料を集合ホッパ16に供給する。水が計量瓶14に供給される際に、その水に混和剤が混合されてもよい。集合ホッパ16は、計量瓶14の下方に配置されている。集合ホッパ16は、計量瓶14から排出される各種材料を集約し、集約した各種材料をミキサ20に供給する。 The measuring bottle 14 is located below the storage bottle 12. The measuring bottle 14 operates based on operation instructions from the control device 50, individually measuring various materials. When the measuring bottle 14 detects the target amount of material instructed by the control device 50, it supplies that material to the collection hopper 16. When water is supplied to the measuring bottle 14, an admixture may be mixed into the water. The collection hopper 16 is located below the measuring bottle 14. The collection hopper 16 collects the various materials discharged from the measuring bottle 14 and supplies the collected materials to the mixer 20.
ミキサ20は、集合ホッパ16の下方に配置されている。ミキサ20は、骨材、セメント、水、及び混和剤等を練り混ぜる(混練する)ことで、生コンクリートを製造(生成)する装置である。ミキサ20は、傾動ミキサ、水平1軸型のミキサ、水平2軸型のミキサ、又はパン型のミキサであってもよい。ミキサ20は、例えば、2つの攪拌部材21と、ミキサ駆動部22と、を含む。傾動ミキサでは、ミキサ内の画像を撮像することが困難であるため、本実施形態に係る振動を用いた品質予測を好適に活用できる。 The mixer 20 is located below the collective hopper 16. The mixer 20 is a device that produces ready-mixed concrete by mixing aggregate, cement, water, and admixtures. The mixer 20 may be a tilting mixer, a horizontal single-axis mixer, a horizontal double-axis mixer, or a pan-type mixer. The mixer 20 includes, for example, two stirring members 21 and a mixer drive unit 22. In a tilting mixer, it is difficult to capture images inside the mixer; therefore, the vibration-based quality prediction method according to this embodiment can be suitably utilized.
2つの攪拌部材21は、ミキサ20に供給された各種材料を攪拌する部材である。2つの攪拌部材21は、ミキサ20の本体部分(容器部分)の内部において並んで配置され、回転自在に設けられている。2つの攪拌部材21それぞれは、水平な一方向に延びる回転軸を含む。ミキサ駆動部22は、制御装置50からの動作指示に基づいて、2つの攪拌部材21それぞれの回転軸を回転させる。ミキサ駆動部22は、例えば、攪拌部材21に駆動力を付与するモータ等の駆動源を含む。ミキサ20の本体部分の底壁には、製造された生コンクリートを積込ホッパ30に排出するための開閉口が設けられている。 The two agitators 21 are components that agitate the various materials supplied to the mixer 20. The two agitators 21 are arranged side-by-side inside the main body (container) of the mixer 20 and are rotatably mounted. Each of the two agitators 21 includes a rotation axis extending in one horizontal direction. The mixer drive unit 22 rotates the rotation axes of each of the two agitators 21 based on operation instructions from the control device 50. The mixer drive unit 22 includes a drive source, such as a motor, that provides driving force to the agitators 21. The bottom wall of the main body of the mixer 20 is provided with an opening for discharging the manufactured ready-mixed concrete into the loading hopper 30.
積込ホッパ30は、ミキサ20の下方に配置されており、生コンクリートを収容可能となる。積込ホッパ30は、ミキサ20(ミキサ20の上記開閉口)から排出された生コンクリートを受け入れて、その生コンクリートを一時的に収容する。ミキサ20から積込ホッパ30に生コンクリートが排出される際に、その生コンクリートは、積込ホッパ30の内部に落下する。例えば、ミキサ20から排出される際に、ミキサ20で製造された生コンクリートの略全てが積込ホッパ30に落下する。積込ホッパ30は、ミキサ20で製造された生コンクリートを一時的に収容した後に、生コンクリートを運搬車Cに供給する。 The loading hopper 30 is positioned below the mixer 20 and is capable of containing ready-mixed concrete. The loading hopper 30 receives the ready-mixed concrete discharged from the mixer 20 (the aforementioned opening/closing port of the mixer 20) and temporarily stores it. When ready-mixed concrete is discharged from the mixer 20 to the loading hopper 30, it falls into the loading hopper 30. For example, when discharged from the mixer 20, almost all of the ready-mixed concrete produced in the mixer 20 falls into the loading hopper 30. After temporarily storing the ready-mixed concrete produced in the mixer 20, the loading hopper 30 supplies the ready-mixed concrete to the transport vehicle C.
積込ホッパ30は、生コンクリートを収容可能であれば、どのような形状を有してもよい。積込ホッパ30は、切頭円錐状であってもよく、切頭四角錐状であってもよい。積込ホッパ30は、例えば、切頭四角錐状であり、図2(a)及び図2(b)に示されるように、底壁32と、側壁34aと、側壁34bと、側壁34cと、側壁34dと、を有する。底壁32は、水平に配置されており、平面視(鉛直上方から視ること)において、底壁32の外縁は四角形である。側壁34a,34b,34c,34dそれぞれは、底壁32の1つの縁に接続されており、鉛直斜め方向に延びるように形成されている。各側壁は、上方に向かうにつれて、底壁32から離れるように、上下方向に対して傾斜している。 The loading hopper 30 may have any shape as long as it can accommodate ready-mix concrete. The loading hopper 30 may be a truncated cone or a truncated square pyramid. For example, the loading hopper 30 is a truncated square pyramid and, as shown in Figures 2(a) and 2(b), has a bottom wall 32 and side walls 34a, 34b, 34c, and 34d. The bottom wall 32 is horizontally positioned, and in plan view (viewed from vertically above), the outer edge of the bottom wall 32 is square. Each of the side walls 34a, 34b, 34c, and 34d is connected to one edge of the bottom wall 32 and is formed to extend in a vertically oblique direction. Each side wall is inclined vertically, moving away from the bottom wall 32 as it extends upwards.
底壁32、及び側壁34a,34b,34c,34dによって、積込ホッパ30内の収容空間が形成される。積込ホッパ30内の収容空間は、上端が開放されている。積込ホッパ30内の収容空間では、上方から底壁32に向かうにつれて水平面での面積が小さくなっている。底壁32には、生コンクリートを運搬車Cに排出するための開閉口(不図示)が設けられている。図2(b)には、鉛直下方から積込ホッパ30を見た場合の、積込ホッパ30とミキサ20の本体部分の底壁に設けられた開閉口24との位置関係が例示されている。 The bottom wall 32 and side walls 34a, 34b, 34c, and 34d form the storage space within the loading hopper 30. The top of the storage space within the loading hopper 30 is open. Within the storage space within the loading hopper 30, the horizontal area decreases from the top towards the bottom wall 32. The bottom wall 32 is provided with an opening (not shown) for discharging ready-mix concrete to the transport vehicle C. Figure 2(b) illustrates the positional relationship between the loading hopper 30 and the opening 24 provided in the bottom wall of the main body of the mixer 20, when viewed from vertically below.
ミキサ20の開閉口24は、水平な一方向に沿って延びるように形成されていてもよい。開閉口24は、上述した一対の攪拌部材21の間に配置され、攪拌部材21の回転軸に沿って延びるように形成されていてもよい。積込ホッパ30は、底壁32の一対の外縁が開閉口24の延在方向に沿うように配置されてもよい。側壁34a及び側壁34bは、開閉口24の延在方向において、底壁32を間に挟むように配置されている。側壁34c及び側壁34dは、開閉口24の延在方向とは直交する水平な一方向において、底壁32及び開閉口24を間に挟むように配置されている。 The opening 24 of the mixer 20 may be formed to extend along one horizontal direction. The opening 24 may be positioned between the pair of stirring members 21 described above and may be formed to extend along the rotation axis of the stirring members 21. The loading hopper 30 may be positioned such that the pair of outer edges of the bottom wall 32 are aligned with the extending direction of the opening 24. Side walls 34a and 34b are positioned to sandwich the bottom wall 32 in the extending direction of the opening 24. Side walls 34c and 34d are positioned to sandwich the bottom wall 32 and the opening 24 in one horizontal direction perpendicular to the extending direction of the opening 24.
開閉口24の延在方向において、開閉口24の長さは、底壁32よりも長くてもよく、側壁34aの上端と側壁34bの上端との間の長さ(最短距離)よりも短くてもよい。この場合、開閉口24から生コンクリートが排出される際に、生コンクリートが、底壁32の上面に加えて、側壁34aの内面、及び側壁34bの内面に落下し得る。側壁34aの内面又は側壁34bの内面に落下した生コンクリートは、これらの内面に沿って底壁32に向かって流下する。 In the extending direction of the opening/closing port 24, the length of the opening/closing port 24 may be longer than the bottom wall 32, and may be shorter than the length (shortest distance) between the upper end of the side wall 34a and the upper end of the side wall 34b. In this case, when fresh concrete is discharged from the opening/closing port 24, the fresh concrete may fall not only onto the upper surface of the bottom wall 32, but also onto the inner surfaces of the side walls 34a and 34b. The fresh concrete that falls onto the inner surfaces of the side walls 34a or 34b will flow down along these inner surfaces towards the bottom wall 32.
(振動検出センサ)
振動検出センサ40は、ミキサ20によって製造された生コンクリートの落下又は流下に起因した振動(振動の大きさ)を検出するセンサである。落下又は流下に起因した振動には、生コンクリートの落下及び流下の双方に起因した振動も含まれる。振動検出センサ40は、生コンクリートの落下又は流下に起因した2方向以上での振動の大きさを検出可能であってもよい。振動検出センサ40は、例えば、積込ホッパ30の振動の大きさを検出する。振動検出センサ40は、積込ホッパ30のいずれかの側壁に設置されていてもよい。振動検出センサ40は、ミキサ20から排出された生コンクリートが落下し得る側壁34a及び側壁34bの一方に設置されてもよい。図2(a)及び図2(b)に示される例では、振動検出センサ40が、側壁34aの外面に設けられている。
(Vibration detection sensor)
The vibration detection sensor 40 is a sensor that detects vibrations (magnitude of vibrations) caused by the dropping or flow of ready-mixed concrete produced by the mixer 20. Vibrations caused by dropping or flowing include vibrations caused by both dropping and flowing of the ready-mixed concrete. The vibration detection sensor 40 may be capable of detecting the magnitude of vibrations in two or more directions caused by the dropping or flowing of ready-mixed concrete. The vibration detection sensor 40 detects, for example, the magnitude of vibrations in the loading hopper 30. The vibration detection sensor 40 may be installed on either side wall of the loading hopper 30. The vibration detection sensor 40 may be installed on one of the side walls 34a and 34b from which ready-mixed concrete discharged from the mixer 20 can fall. In the example shown in Figures 2(a) and 2(b), the vibration detection sensor 40 is provided on the outer surface of side wall 34a.
振動検出センサ40は、側壁34aに交差する方向における積込ホッパ30の振動の大きさを検出してもよい。振動検出センサ40は、側壁34aに交差する方向での振動に加えて、側壁34aに沿った方向における積込ホッパ30の振動の大きさを検出してもよい。振動検出センサ40は、例えば、側壁34aに直交する方向での積込ホッパ30の振動の大きさと、側壁34aに沿い、且つ、互いに直交する2方向での振動の大きさとを検出する。本開示では、側壁34aに直交する方向を「Z軸」と定義し、側壁34aに直交する方向から側壁34aを見たときの横方向及び縦方向を「X軸」及び「Y軸」とそれぞれ定義する。 The vibration detection sensor 40 may detect the magnitude of vibration of the loading hopper 30 in a direction intersecting the side wall 34a. In addition to vibrations intersecting the side wall 34a, the vibration detection sensor 40 may also detect the magnitude of vibration of the loading hopper 30 in a direction along the side wall 34a. For example, the vibration detection sensor 40 detects the magnitude of vibration of the loading hopper 30 in a direction perpendicular to the side wall 34a, and the magnitude of vibrations in two directions that are along the side wall 34a and perpendicular to each other. In this disclosure, the direction perpendicular to the side wall 34a is defined as the "Z-axis," and the horizontal and vertical directions when viewing the side wall 34a from the direction perpendicular to the side wall 34a are defined as the "X-axis" and "Y-axis," respectively.
振動検出センサ40は、積込ホッパ30の振動の大きさを検出することが可能であれば、いかなる方式のセンサであってもよい。振動検出センサ40は、例えば、積込ホッパ30の加速度を検出するセンサである。振動検出センサ40は、積込ホッパ30のX軸方向での加速度、積込ホッパ30のY軸方向での加速度、及び積込ホッパ30のZ軸方向での加速度を検出してもよい。 The vibration detection sensor 40 may be of any type as long as it is capable of detecting the magnitude of vibration of the loading hopper 30. For example, the vibration detection sensor 40 is a sensor that detects the acceleration of the loading hopper 30. The vibration detection sensor 40 may detect the acceleration of the loading hopper 30 in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction.
振動検出センサ40は、所定のサンプリング周期にて各軸の加速度を検出してもよい。サンプリング周期は、0.1秒~1.0秒程度であってもよい。振動検出センサ40は、加速度に代えて、積込ホッパ30の速度、角速度、位置情報、変位、又は、加速度及び角速度の双方を検出するセンサであってもよい。位置情報を検出するセンサは、GPSセンサであってもよい。振動検出センサ40は、製造システム1(製造装置10)が稼働している間、加速度等の振動の大きさを示す物理量を継続して検出してもよい。振動検出センサ40は、加速度等の検出値を制御装置50に出力する。 The vibration detection sensor 40 may detect the acceleration of each axis at a predetermined sampling period. The sampling period may be approximately 0.1 seconds to 1.0 second. Instead of acceleration, the vibration detection sensor 40 may detect the speed, angular velocity, position information, displacement, or both acceleration and angular velocity of the loading hopper 30. The sensor detecting position information may be a GPS sensor. The vibration detection sensor 40 may continuously detect physical quantities indicating the magnitude of vibration, such as acceleration, while the manufacturing system 1 (manufacturing equipment 10) is in operation. The vibration detection sensor 40 outputs the detected values, such as acceleration, to the control device 50.
(制御装置)
制御装置50は、製造装置10を制御する装置である。制御装置50は、1つ又は複数の制御用コンピュータによって構成される。制御装置50には、入出力デバイス52が接続されてもよい(図3参照)。入出力デバイス52は、オペレータ等からの指示を示す情報を制御装置50に入力すると共に、制御装置50からの情報をオペレータ等に出力するための装置である。入出力デバイス52は、入力デバイスとして、キーボード、操作パネル、又はマウスを含んでいてもよく、出力デバイスとして、モニタ(例えば液晶ディスプレイ)を含んでいてもよい。入出力デバイス52は、入力デバイス及び出力デバイスが一体化されたタッチパネルであってもよい。制御装置50及び入出力デバイス52が一体化されていてもよい。
(Control device)
The control device 50 is a device that controls the manufacturing apparatus 10. The control device 50 is composed of one or more control computers. An input/output device 52 may be connected to the control device 50 (see Figure 3). The input/output device 52 is a device that inputs information indicating instructions from an operator, etc., to the control device 50 and outputs information from the control device 50 to the operator, etc. The input/output device 52 may include a keyboard, an operation panel, or a mouse as an input device, and may include a monitor (e.g., a liquid crystal display) as an output device. The input/output device 52 may be a touch panel in which the input and output devices are integrated. The control device 50 and the input/output device 52 may be integrated.
制御装置50は、予め定められた動作条件に従って製造装置10を制御してもよい。動作情報の少なくとも一部は、オペレータ等からの指示によって定められてもよい。制御装置50は、製造装置10に対する制御に加えて、製造装置10によって製造された生コンクリートの品質を予測するように構成されていてもよい。この場合、制御装置50が、生コンクリートの品質を予測する品質予測装置を構成する。制御装置50(品質予測装置)は、少なくとも、ミキサ20において製造された生コンクリートの落下又は流下に起因した振動の大きさを示す振動情報を含む入力情報を取得することと、入力情報の入力に応じて生コンクリートの品質を示す品質情報を出力するように機械学習により予め構築された予測モデルと、取得された入力情報とに基づいて、生コンクリートの品質を予測することと、を実行するように構成されている。 The control device 50 may control the manufacturing apparatus 10 according to predetermined operating conditions. At least a portion of the operating information may be determined by instructions from an operator or the like. In addition to controlling the manufacturing apparatus 10, the control device 50 may be configured to predict the quality of the ready-mixed concrete produced by the manufacturing apparatus 10. In this case, the control device 50 constitutes a quality prediction device that predicts the quality of the ready-mixed concrete. The control device 50 (quality prediction device) is configured to perform at least the following: acquire input information including vibration information indicating the magnitude of vibrations caused by the dropping or flow of ready-mixed concrete produced in the mixer 20; predict the quality of the ready-mixed concrete based on a prediction model pre-built by machine learning to output quality information indicating the quality of the ready-mixed concrete in response to the input information; and predict the quality of the ready-mixed concrete based on the acquired input information.
制御装置50は、図3に示されるように、機能上の構成(以下、「機能モジュール」という。)として、動作条件保持部62と、動作制御部64と、動作データ取得部66と、検出データ取得部68と、振動データ算出部70と、品質予測部72と、モデル保持部74と、モデル構築部76と、報知部78と、を有する。これらの機能モジュールが実行する処理は、制御装置50が実行する処理に相当する。 As shown in Figure 3, the control device 50 has the following functional components (hereinafter referred to as "functional modules"): an operating condition holding unit 62, an operating control unit 64, an operating data acquisition unit 66, a detection data acquisition unit 68, a vibration data calculation unit 70, a quality prediction unit 72, a model holding unit 74, a model construction unit 76, and a notification unit 78. The processing performed by these functional modules corresponds to the processing performed by the control device 50.
動作条件保持部62は、製造装置10を動作させるための動作条件を示す情報を保持(記憶)する。動作条件保持部62が保持する動作条件は、オペレータ等によって予め定められていてもよい。オペレータ等は、生コンクリートの目標品質に応じて、動作条件を調整(変更)してもよい。動作制御部64は、動作条件保持部62が保持する動作条件に従って製造装置10を制御する。動作条件は、コンクリート材料の配合条件、使用する材料の条件、及び、ミキサ20におけるコンクリート材料の練混ぜ時の条件を含んでもよい。 The operating condition holding unit 62 holds (stores) information indicating the operating conditions for operating the manufacturing apparatus 10. The operating conditions held by the operating condition holding unit 62 may be predetermined by the operator, etc. The operator, etc., may adjust (change) the operating conditions according to the target quality of the ready-mixed concrete. The operation control unit 64 controls the manufacturing apparatus 10 according to the operating conditions held by the operating condition holding unit 62. The operating conditions may include the concrete material mix conditions, the conditions of the materials used, and the conditions during the mixing of the concrete materials in the mixer 20.
動作データ取得部66は、生コンクリートの品質を予測するために使用する動作情報を取得する。動作情報は、例えば、製造装置10を動作させるための上記動作条件を示す条件情報、製造装置10が実際に動作した際の装置又は材料の状態を示す状態情報、及び、製造装置10の動作時の環境を示す環境情報のうちの少なくとも1種類以上の情報を含む。動作情報は、コンクリート材料の配合条件を示す情報、及び、ミキサ20におけるコンクリート材料の練混ぜ時の条件又は状態を示す情報の少なくとも一方を含んでもよい。 The operation data acquisition unit 66 acquires operation information used to predict the quality of ready-mixed concrete. The operation information includes, for example, at least one of the following: condition information indicating the operation conditions for operating the manufacturing apparatus 10; state information indicating the state of the apparatus or materials when the manufacturing apparatus 10 is actually operating; and environmental information indicating the environment during the operation of the manufacturing apparatus 10. The operation information may also include at least one of the following: information indicating the concrete material mix conditions; and information indicating the conditions or state during the mixing of the concrete material in the mixer 20.
動作情報は、各種材料の配合条件に関する情報、使用する材料に関する情報、ミキサ20における練混ぜに関する情報、及び、環境(外部環境)に関する情報のうちの少なくとも1種類以上の情報を含んでもよい。各種材料の配合条件に関する情報は、例えば、呼び強度、配合強度、目標スランプ、目標スランプフロー、目標空気量、水結合材比、細骨材率、及び、各種材料(水、セメント、混和材、細骨材、粗骨材、及び混和剤等)の単位量[kg/m3]又は単位容積[L/m3]のうちの少なくとも1種類以上の情報を含む。 The operational information may include at least one of the following: information regarding the mixing conditions of various materials, information regarding the materials used, information regarding mixing in the mixer 20, and information regarding the environment (external environment). Information regarding the mixing conditions of various materials may include, for example, at least one of the following: nominal strength, mix strength, target slump, target slump flow, target air content, water-binder ratio, fine aggregate ratio, and the unit amount [kg/ m³ ] or unit volume [L/ m³ ] of various materials (water, cement, admixtures, fine aggregate, coarse aggregate, and admixtures, etc.).
使用する材料に関する情報は、例えば、各種材料の、種類、銘柄、製造日、及び密度[g/cm3]、並びに、骨材(細骨材及び粗骨材)の、吸水率、含水率、表面水率、実積率、粗粒率、粒度分布、及び最大寸法のうちの少なくとも1種類以上の情報を含む。ミキサ20におけるコンクリート材料の練混ぜ時の条件又は状態は、例えば、各種材料の練混ぜ量(総量)、練混ぜ時間の設定値、練混ぜ時間の実測値、及びミキサ20の電力負荷値のうちの少なくとも1種類以上の情報を含む。 Information regarding the materials used includes, for example, the type, brand, manufacturing date, and density [g/ cm³ ] of each material, as well as at least one of the following types of information regarding aggregates (fine aggregates and coarse aggregates): water absorption rate, moisture content, surface moisture content, actual volume, coarseness ratio, particle size distribution, and maximum dimensions. The conditions or state during the mixing of concrete materials in the mixer 20 include, for example, at least one of the following types of information: the amount of each material mixed (total amount), the set value of the mixing time, the measured value of the mixing time, and the power load value of the mixer 20.
動作情報は、上述した情報に代えて又は加えて、セメントに関する情報及びセメントクリンカに関する情報の少なくとも一方を含んでもよい。セメントに関する情報は、例えば、セメントの種類、化学組成、鉱物組成、湿式f.CaO、強熱減量、ブレーン比表面積、粒度分布、ふるい試験残分量、色調、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、並びに、セメントに含まれる石膏の半水化率のうちの少なくとも1種類以上の情報を含む。 The operational information may include, in place of or in addition to the information described above, at least one of the following: information regarding cement and information regarding cement clinker. Information regarding cement may include, for example, at least one of the following: cement type, chemical composition, mineral composition, wet formula f. CaO, ignition loss, Blaine specific surface area, particle size distribution, sieve test residue, color, mineralogical and crystallographic properties of each mineral contained in the cement, and the hemihydrated ratio of gypsum contained in the cement.
セメントクリンカに関する情報は、例えば、セメントクリンカの調合原料の、化学組成、水硬率、ふるい試験残分量、ブレーン比表面積(粉末度)、及び強熱減量と、セメントクリンカの、鉱物組成、化学組成、湿式f.CaO(フリーライム)、及び、容重と、セメントクリンカに含まれる各鉱物の結晶学的性質(格子定数又は結晶子径等)と、セメントクリンカに含まれる2種以上の鉱物組成の比と、からなる群から選択される少なくとも1種類以上の情報を含む。 Information regarding cement clinker includes, for example, the chemical composition, hydraulic coefficient, sieve test residue, Blaine specific surface area (powderness), and ignition loss of the cement clinker's raw materials; the mineral composition, chemical composition, wet formula f. CaO (free lime), and volumetric gravity of the cement clinker; the crystallographic properties (lattice constant or crystallite size, etc.) of each mineral contained in the cement clinker; and the ratio of two or more mineral compositions contained in the cement clinker, with at least one type of information selected from this group.
ミキサ20の電力負荷値は、ミキサ駆動部22において測定されてもよい。ミキサ20の電力負荷値を示す情報は、ミキサ20が動作している間の連続した時系列データであってもよく、時系列データから得られる統計値であってもよく、代表した数点での電力負荷値であってもよい。電力負荷値を示す情報は、ミキサ20の動作開始時点(開始直後)の電力負荷値の初期値、ミキサ20の動作中における電力負荷値の最大値、及び、ミキサ20の動作終了時点(終了直前)の電力負荷値の終局値であってもよい。ミキサ20の電力負荷値の初期値と最大値との差分、及びミキサ20の電力負荷値の終局値は、生コンクリートの硬さ(軟らかさ)等が影響すると考えられる。 The power load value of the mixer 20 may be measured in the mixer drive unit 22. The information indicating the power load value of the mixer 20 may be continuous time-series data during the operation of the mixer 20, statistical values obtained from the time-series data, or power load values at a representative number of points. The information indicating the power load value may be the initial power load value at the start of operation of the mixer 20 (immediately after start), the maximum power load value during the operation of the mixer 20, and the final power load value at the end of operation of the mixer 20 (immediately before end). The difference between the initial and maximum power load values of the mixer 20, and the final power load value of the mixer 20, are thought to be influenced by factors such as the hardness (softness) of the ready-mixed concrete.
環境(外部環境)に関する情報は、例えば、外気温、湿度、ミキサ20内の温度、各種材料の温度、及び、各種材料を貯蔵する容器の温度のうちの少なくとも1種類以上の情報を含む。品質の予測精度の観点から、動作情報として、各種材料の密度、細骨材の表面水率の設定値及び実測値、呼び強度、配合強度、水結合材比、細骨材率、各材料の単位量、材料の練混ぜ量、練混ぜ時間、電力負荷値の初期値、最大値、及び終局値、並びに外気温から成る群から選択される1種類以上の情報が用いられてもよい。以上に説明した各種の動作情報は一例であり、生コンクリートの品質に影響し得る情報であれば、どのような情報が含まれていてもよい。 Information regarding the environment (external environment) includes, for example, at least one of the following: ambient temperature, humidity, temperature inside the mixer 20, temperature of various materials, and temperature of the containers storing the various materials. From the viewpoint of predicting quality accuracy, one or more pieces of information selected from the group consisting of the density of various materials, set and measured surface moisture content of fine aggregate, nominal strength, mix strength, water-binder ratio, fine aggregate ratio, unit quantity of each material, mixing amount of materials, mixing time, initial, maximum, and ultimate values of power load, and ambient temperature may be used as operational information. The various operational information described above are merely examples; any information that can affect the quality of the ready-mixed concrete may be included.
検出データ取得部68は、振動検出センサ40による振動の検出結果を示す検出情報を取得する。検出データ取得部68は、例えば、X軸、Y軸、及びZ軸それぞれにおける積込ホッパ30の加速度を示す検出情報を振動検出センサ40から取得する。検出データ取得部68は、製造装置10が稼働している間、振動検出センサ40から継続して加速度を示す検出情報を取得してもよい。 The detection data acquisition unit 68 acquires detection information indicating the vibration detection result from the vibration detection sensor 40. For example, the detection data acquisition unit 68 acquires detection information from the vibration detection sensor 40 indicating the acceleration of the loading hopper 30 in the X, Y, and Z axes. The detection data acquisition unit 68 may continuously acquire detection information indicating acceleration from the vibration detection sensor 40 while the manufacturing apparatus 10 is in operation.
振動データ算出部70は、検出データ取得部68によって取得された検出情報から、ミキサ20によって製造された生コンクリートの落下又は流下に起因した振動の大きさを示す振動情報を算出(取得)する。振動データ算出部70は、例えば、上記検出情報から、生コンクリートの落下又は流下に起因した、2方向以上での振動の大きさを示す情報を振動情報として算出する。振動データ算出部70は、積込ホッパ30に対してミキサ20から生コンクリートが排出された際の積込ホッパ30の振動の大きさを示す情報を振動情報として算出してもよい。 The vibration data calculation unit 70 calculates (acquires) vibration information indicating the magnitude of vibrations caused by the dropping or flow of ready-mixed concrete produced by the mixer 20, based on the detection information acquired by the detection data acquisition unit 68. For example, the vibration data calculation unit 70 calculates vibration information indicating the magnitude of vibrations in two or more directions caused by the dropping or flow of ready-mixed concrete, based on the above detection information. The vibration data calculation unit 70 may also calculate vibration information indicating the magnitude of vibrations in the loading hopper 30 when ready-mixed concrete is discharged from the mixer 20 to the loading hopper 30.
振動データ算出部70によって算出される振動情報は、Z軸方向における積込ホッパ30の振動の大きさを示す情報を含んでもよい。振動データ算出部70によって算出される振動情報は、Z軸方向に加えて、X軸方向及びY軸方向の少なくとも一方における積込ホッパ30の振動の大きさを示す情報を含んでもよい。振動検出センサ40が加速度センサである場合、振動データ算出部70は、検出データ取得部68が取得した検出情報から、X軸、Y軸、及びZ軸それぞれでの積込ホッパ30の加速度を示す情報を取得してもよい。振動データ算出部70は、X軸、Y軸、及びZ軸方向のそれぞれにおいて、振動検出センサ40によって検出された加速度の検出情報から、統計値(代表値)を上記振動情報として算出してもよい。 The vibration information calculated by the vibration data calculation unit 70 may include information indicating the magnitude of vibration of the loading hopper 30 in the Z-axis direction. In addition to the Z-axis direction, the vibration information calculated by the vibration data calculation unit 70 may also include information indicating the magnitude of vibration of the loading hopper 30 in at least one of the X-axis and Y-axis directions. If the vibration detection sensor 40 is an acceleration sensor, the vibration data calculation unit 70 may acquire information indicating the acceleration of the loading hopper 30 in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions from the detection information acquired by the detection data acquisition unit 68. The vibration data calculation unit 70 may calculate statistical values (representative values) as the above vibration information from the acceleration detection information detected by the vibration detection sensor 40 in each of the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions.
以下、加速度の検出情報から統計値を振動情報として算出する場合の一例を説明する。下記の例では、制御装置50(振動データ算出部70)は、ミキサ20から積込ホッパ30に生コンクリートが排出されるタイミングを把握していない状況で、振動情報を算出する。ミキサ20において1回の練混ぜによって製造され、積込ホッパ30を介して運搬車Cに積み込まれる生コンクリートの単位を「1バッチ」と定義する。一例では、1~3バッチ分の生コンクリートが1台の運搬車Cに積み込まれる。例えば、2バッチ分の生コンクリートが1台の運搬車Cに積み込まれる場合、ミキサ20において2回のコンクリート材料の練混ぜが互いに異なるタイミングで(順に)行われる。 The following describes an example of calculating statistical values as vibration information from acceleration detection data. In the example below, the control device 50 (vibration data calculation unit 70) calculates vibration information in a situation where it does not know the timing of the discharge of ready-mixed concrete from the mixer 20 to the loading hopper 30. A unit of ready-mixed concrete produced in one mixing cycle in the mixer 20 and loaded onto the transport vehicle C via the loading hopper 30 is defined as "1 batch." In one example, 1 to 3 batches of ready-mixed concrete are loaded onto one transport vehicle C. For example, if 2 batches of ready-mixed concrete are loaded onto one transport vehicle C, the mixing of the concrete material is performed twice in the mixer 20 at different timings (sequentially).
振動データ算出部70は、最初に、X軸、Y軸、及びZ軸方向のそれぞれにおいて、所定のデータ取得期間に得られる加速度の時間変化を示すデータ(以下、「時系列データ」という。)を、検出データ取得部68が得た検出情報から取得する。所定のデータ取得期間は、予め定められており、ミキサ20から1回の生コンクリートの排出が行われるタイミングが含まれるように設定される。一例では、所定のデータ取得期間は、1バッチ分の生コンクリートの製造が開始されてから、運搬車Cへの積み込みが完了するまでの期間に設定される。 The vibration data calculation unit 70 first acquires data showing the time change of acceleration obtained during a predetermined data acquisition period in the X, Y, and Z axis directions (hereinafter referred to as "time-series data") from the detection information obtained by the detection data acquisition unit 68. The predetermined data acquisition period is set in advance to include the timing of one batch of ready-mixed concrete discharged from the mixer 20. In one example, the predetermined data acquisition period is set to the period from the start of production of one batch of ready-mixed concrete until the completion of loading onto the transport vehicle C.
図4(a)には、製造装置10の稼働が継続され、数十バッチ分の生コンクリートの製造及び積込が行われた場合の、Z軸方向における加速度の時間変化の一例を表すグラフが示されている。図4(a)のグラフにおいて、上記データ取得期間の一例が「Ta」で示されている。ミキサ20から積込ホッパ30への生コンクリートの排出に伴って、積込ホッパ30に生コンクリートが落下して、Z軸方向における加速度がマイナス方向(積込ホッパ30の外方に向かう方向)に大きく変動する。振動データ算出部70は、上記データ取得期間に得られる加速度の時系列データにおいて、Z軸方向における加速度が最小値を示す(Z軸での加速度の絶対値が最大となる)時刻を基準時刻tsとして算出する。 Figure 4(a) shows a graph illustrating an example of the time change in acceleration in the Z-axis direction when the manufacturing apparatus 10 continues to operate and produces and loads several dozen batches of ready-mixed concrete. In the graph of Figure 4(a), an example of the data acquisition period is indicated by "Ta". As ready-mixed concrete is discharged from the mixer 20 to the loading hopper 30, the concrete falls into the loading hopper 30, causing a large fluctuation in the acceleration in the Z-axis direction in the negative direction (towards the outside of the loading hopper 30). The vibration data calculation unit 70 calculates the time at which the acceleration in the Z-axis direction shows its minimum value (the absolute value of the acceleration in the Z-axis direction is maximum) in the time-series data of acceleration obtained during the data acquisition period as the reference time ts.
次に、振動データ算出部70は、上記データ取得期間のうちの、基準時刻tsよりも前の時刻から、基準時刻tsよりも後の時刻までの期間を評価期間に設定する。評価期間は、加速度の統計値を算出する期間である。振動データ算出部70は、評価期間における加速度の検出値に基づいて、加速度の統計値を算出する。評価期間は、ミキサ20から積込ホッパ30に生コンクリートが排出された時点(落下した時点)を含むように設定される。評価期間の設定方法は、予め定められている。 Next, the vibration data calculation unit 70 sets the evaluation period to the time before the reference time ts and the time after the reference time ts within the data acquisition period. The evaluation period is the period for calculating the statistical values of acceleration. The vibration data calculation unit 70 calculates the statistical values of acceleration based on the detected acceleration values during the evaluation period. The evaluation period is set to include the time when the ready-mixed concrete is discharged from the mixer 20 to the loading hopper 30 (the time of dropping). The method for setting the evaluation period is predetermined.
振動データ算出部70は、上記データ取得期間での時系列データから、評価期間におけるデータを抽出する。図4(b)には、評価期間でのZ軸方向における加速度の時間変化を表すグラフが示されている。図4(b)に示される例では、評価期間の開示時点が、基準時刻tsから5秒遡った時点に設定されており、評価期間の終了時点が、基準時刻tsから5秒後の時点に設定されている。5秒は一例であり、基準時刻tsを中心として基準時刻tsから数秒~数十秒前後の期間が評価期間に設定されてもよい。振動データ算出部70は、基準時刻tsと開示時点との間の時間と、基準時刻tsと終了時点との間の時間とが互いに異なるように、評価期間を設定してもよい。 The vibration data calculation unit 70 extracts data for the evaluation period from the time-series data during the data acquisition period. Figure 4(b) shows a graph representing the time change of acceleration in the Z-axis direction during the evaluation period. In the example shown in Figure 4(b), the disclosure point of the evaluation period is set to 5 seconds before the reference time ts, and the end point of the evaluation period is set to 5 seconds after the reference time ts. 5 seconds is just an example; the evaluation period may be set to a period of several seconds to several tens of seconds around the reference time ts. The vibration data calculation unit 70 may also set the evaluation period such that the time between the reference time ts and the disclosure point is different from the time between the reference time ts and the end point.
振動データ算出部70は、評価期間において、X軸、Y軸及びZ軸方向それぞれにおける積込ホッパ30の加速度に関して、移動平均値を算出してもよい。移動平均の1つの値を算出する際の区間、及びデータ数は、どのように設定されてもよい。振動データ算出部70は、サンプリング周期ごとに、当該周期での加速度、1つ前の周期での加速度、及び2つ前の周期での加速度の平均値を算出してもよい。振動データ算出部70は、サンプリング周期によっては、評価期間以外の加速度の検出値を利用して、評価期間における移動平均値を算出してもよい。 The vibration data calculation unit 70 may calculate moving average values for the acceleration of the loading hopper 30 in the X, Y, and Z axes during the evaluation period. The interval and number of data points used to calculate one value of the moving average can be set in any way. The vibration data calculation unit 70 may also calculate the average of the acceleration in the current sampling period, the acceleration in the previous period, and the acceleration in the period two periods prior, for each sampling period. Depending on the sampling period, the vibration data calculation unit 70 may use detected acceleration values from outside the evaluation period to calculate the moving average value for the evaluation period.
図5には、評価期間における移動平均値の時間変化を表すグラフが示されている。振動データ算出部70は、X軸、Y軸、及びZ軸方向のそれぞれにおいて、評価期間における積込ホッパ30の加速度の移動平均値について、最大値a1、最小値a2、平均値μ、及び、標準偏差σに基づく値から成る群から選択される少なくとも1つを算出した結果を、振動情報として取得してもよい。標準偏差σに基づく値は、標準偏差σ自体と、標準偏差σに対して所定の演算を施すことで得られる値(例えば、分散σ2、3×σ)とを含む。振動データ算出部70は、3方向それぞれにおいて、図5に示されるように、評価期間での加速度の移動平均値の最大値a1、最小値a2、平均値μ、及び分散σ2を振動情報として算出してもよい。この場合、1バッチ分の生コンクリートの製造において得られる振動情報は、12個のデータ(3軸×4種類のデータ)から成る。 Figure 5 shows a graph representing the time change of the moving average value during the evaluation period. The vibration data calculation unit 70 may obtain as vibration information the result of calculating at least one selected from the group consisting of a maximum value a1, a minimum value a2, a mean value μ, and a value based on the standard deviation σ for the moving average value of the acceleration of the loading hopper 30 during the evaluation period in each of the X, Y, and Z axis directions. The value based on the standard deviation σ includes the standard deviation σ itself and a value obtained by performing a predetermined operation on the standard deviation σ (for example, variance σ² , 3×σ). The vibration data calculation unit 70 may calculate as vibration information the maximum value a1, a minimum value a2, a mean value μ, and variance σ² of the moving average value of acceleration during the evaluation period in each of the three directions, as shown in Figure 5. In this case, the vibration information obtained in the production of one batch of ready-mixed concrete consists of 12 data points (3 axes × 4 types of data).
図3に戻り、品質予測部72は、振動データ算出部70によって算出された上記振動情報を含む入力情報に基づいて、生コンクリートの品質を予測する。入力情報は、品質予測部72が生コンクリートの品質の予測に用いる情報である。品質予測部72は、振動データ算出部70によって算出された上記振動情報と、動作データ取得部66によって取得された上記動作情報とを含む情報を上記入力情報として取得してもよい。この場合、動作データ取得部66及び振動データ算出部70によって、振動情報と動作情報とを含む入力情報を取得する情報取得部が構成される。 Returning to Figure 3, the quality prediction unit 72 predicts the quality of the ready-mixed concrete based on the input information, including the vibration information calculated by the vibration data calculation unit 70. The input information is the information used by the quality prediction unit 72 to predict the quality of the ready-mixed concrete. The quality prediction unit 72 may also acquire information including the vibration information calculated by the vibration data calculation unit 70 and the operation information acquired by the operation data acquisition unit 66 as the input information. In this case, the operation data acquisition unit 66 and the vibration data calculation unit 70 constitute an information acquisition unit that acquires input information including vibration information and operation information.
品質予測部72が予測する生コンクリートの品質は、例えば、スランプ、スランプフロー、50cmフロー到達時間、Vロート流下時間、空気量、凝結の始発時間、凝結の終結時間、強度(呼び強度、圧縮強度、及び、曲げ強度等)、ヤング係数、塩化物含有量、耐久性、及び色調のうちの少なくとも1種類以上を含む。生コンクリートの品質には、生コンクリートが硬化することで形成される硬化体の品質が含まれてもよい。 The quality of the ready-mixed concrete predicted by the quality prediction unit 72 includes, for example, at least one of the following: slump, slump flow, time to reach 50 cm flow, V-funnel flow time, air content, setting start time, setting end time, strength (nominal strength, compressive strength, and flexural strength, etc.), Young's modulus, chloride content, durability, and color tone. The quality of the ready-mixed concrete may also include the quality of the hardened body formed when the ready-mixed concrete hardens.
品質予測部72は、生コンクリートに含まれる空気量を生コンクリートの品質として予測してもよい。品質予測部72は、空気量に代えて又は加えて、生コンクリートのスランプ(スランプ値)及びスランプフロー(スランプフロー値)の少なくとも一方を、生コンクリートの品質として予測してもよい。生コンクリートの強度、スランプ、スランプフロー、空気量、及び塩化物含有量は、「JIS A 5308:2019(レディーミクストコンクリート)」に規定される試験方法によって測定することができる。 The quality prediction unit 72 may predict the amount of air contained in the ready-mixed concrete as a quality indicator of the ready-mixed concrete. Alternatively, the quality prediction unit 72 may predict at least one of the slump (slump value) and slump flow (slump flow value) of the ready-mixed concrete as a quality indicator of the ready-mixed concrete, either in addition to or instead of the air content. The strength, slump, slump flow, air content, and chloride content of the ready-mixed concrete can be measured by the test methods specified in "JIS A 5308:2019 (Ready-Mixed Concrete)".
品質予測部72は、振動情報を含む入力情報の入力に応じて生コンクリートの品質を示す品質情報を出力するように機械学習により予め構築された予測モデルと、上記情報取得部により取得された入力情報とに基づいて、生コンクリートの品質を予測する。予測モデルに入力される入力情報は、複数種の入力データ(数値)であってもよく、予測モデルから出力される品質情報は、少なくとも1種類の品質を示すデータ(数値)であってもよい。品質予測部72は、複数の品質種別に対して予め構築された複数の予測モデルから、予測を行う品質の種別に応じたモデルを選択したうえで、品質の種別ごとに予測モデルを用いて生コンクリートの品質を予測してもよい。 The quality prediction unit 72 predicts the quality of the ready-mixed concrete based on a prediction model pre-built using machine learning to output quality information indicating the quality of the ready-mixed concrete in response to input information including vibration information, and the input information acquired by the information acquisition unit. The input information input to the prediction model may consist of multiple types of input data (numerical values), and the quality information output from the prediction model may consist of at least one type of quality data (numerical values). The quality prediction unit 72 may also select a model corresponding to the quality type to be predicted from multiple prediction models pre-built for multiple quality types, and then predict the quality of the ready-mixed concrete using the prediction model for each quality type.
機械学習とは、機械(コンピュータ)が与えられた情報に基づいて反復的に学習することで、法則又はルールを自律的に見つけ出す手法をいう。上記予測モデルは、アルゴリズム及びデータ構造を用いて構築することができる。予測モデルは、例えば、人間の脳神経の仕組みを模した情報処理のモデルであるニューラルネットワークを用いて実現される。予測モデルを構築する際に行われる機械学習の具体的なアルゴリズムは特に限定されない。 Machine learning is a method in which a machine (computer) autonomously discovers laws or rules by iteratively learning based on given information. The predictive model described above can be constructed using algorithms and data structures. For example, a predictive model can be implemented using a neural network, which is an information processing model that mimics the structure of the human brain. The specific machine learning algorithm used to construct the predictive model is not particularly limited.
モデル保持部74は、上記予測モデルを記憶する。モデル構築部76は、予測モデルを構築するための学習用の入力情報に基づいて、機械学習を行うことで上記予測モデルを構築する。モデル構築部76は、例えば、機械学習の入力として与えられるデータと、機械学習の出力の正解データ(品質の実測値)とを用いて機械学習を行うことで、品質を予測する予測モデルを自律的に構築してもよい。機械学習の入力は、入力情報の種々のデータセットである。入力情報の種々のデータセットの間は、入力情報に含まれる少なくとも1つの情報が互いに異なっている。機械学習の出力は、生コンクリートの品質を示すデータ(数値)である。モデル構築部76は、入力情報のデータセット及び品質の正解データの複数の組合せを用いて、生コンクリートの品質を示す品質情報を出力する予測モデルを反復的に学習する。 The model storage unit 74 stores the prediction model. The model construction unit 76 constructs the prediction model by performing machine learning based on the input information for learning to construct the prediction model. The model construction unit 76 may autonomously construct a prediction model to predict quality by performing machine learning using, for example, the data provided as input to machine learning and the ground truth data (measured quality values) from the output of machine learning. The input to machine learning is various datasets of input information. At least one piece of information contained in the input information differs between the various datasets of input information. The output of machine learning is data (numerical values) indicating the quality of ready-mixed concrete. The model construction unit 76 iteratively learns a prediction model that outputs quality information indicating the quality of ready-mixed concrete using multiple combinations of the input data datasets and the ground truth quality data.
モデル構築部76が予測モデルを構築する際に、ミキサ20によって製造されたテスト用の生コンクリートの落下又は流下に起因した振動の大きさを示す学習用の振動情報を含む学習用の入力情報と、学習用の入力情報に対応付けられたテスト用の生コンクリートの品質を示す実績情報と、が準備される。予測モデルが構築される際には、例えば、制御装置50に、学習用の入力情報と実績情報とが対応付けられた複数の組合せ(複数のデータセット)が入力される。モデル構築部76は、学習用の入力情報と実績情報とに基づくニューラルネットワークを用いた機械学習により予測モデルを構築してもよい。 When the model building unit 76 constructs a prediction model, it prepares learning input information, which includes learning vibration information indicating the magnitude of vibrations caused by the dropping or flow of test ready-mixed concrete produced by the mixer 20, and actual performance information indicating the quality of the test ready-mixed concrete, which is associated with the learning input information. When the prediction model is constructed, for example, multiple combinations (multiple datasets) of learning input information and actual performance information are input to the control device 50. The model building unit 76 may construct the prediction model using machine learning with a neural network based on the learning input information and actual performance information.
上記予測モデルを自律的に製造する段階は、学習フェーズに相当する。品質予測部72は、生産フェーズ又は評価フェーズにおいて、モデル保持部74に保持された予測モデルを用いて、品質が未知である入力情報から、その入力情報が得られた際に製造された生コンクリートの品質を予測する。上記学習フェーズが、生コンクリートの生産を行う生産フェーズの初期段階で行われてもよい。学習済みのモデルである予測モデルは、コンピュータ間で移植可能となる。従って、制御装置50は、他のコンピュータにおいて構築された予測モデルを取得することで、その予測モデルをモデル保持部74に記憶させてもよい。この場合、制御装置50は、学習フェーズを実行せずに、生産フェーズ(評価フェーズ)を実行してもよい。 The stage of autonomously generating the above prediction model corresponds to the learning phase. During the production phase or evaluation phase, the quality prediction unit 72 uses the prediction model stored in the model storage unit 74 to predict the quality of the ready-mixed concrete produced when the input information was obtained, based on input information where the quality is unknown. The above learning phase may be performed in the early stages of the production phase, where ready-mixed concrete is produced. The learned prediction model can be ported between computers. Therefore, the control device 50 may acquire a prediction model constructed on another computer and store that prediction model in the model storage unit 74. In this case, the control device 50 may execute the production phase (evaluation phase) without executing the learning phase.
報知部78は、品質予測部72による予測結果をオペレータ等に報知する。報知部78は、品質予測部72によって予測された生コンクリートの品質を示す品質情報を入出力デバイス52に出力する。報知部78は、上記品質情報を入出力デバイス52のモニタに表示させてもよい。オペレータ等は、入出力デバイス52に報知された品質情報を確認した後に、その品質情報が目標品質を満たすか否かを判断してもよい。又は、制御装置50(例えば、品質予測部72)が、予測した品質情報が目標品質を満たすか否かを判断したうえで、報知部78が、その判断結果を示す情報を入出力デバイス52に出力してもよい。 The notification unit 78 notifies the operator of the prediction results from the quality prediction unit 72. The notification unit 78 outputs quality information indicating the predicted quality of the ready-mixed concrete to the input/output device 52. The notification unit 78 may also display the above quality information on the monitor of the input/output device 52. After confirming the quality information notified to the input/output device 52, the operator may determine whether the quality information meets the target quality. Alternatively, the control device 50 (for example, the quality prediction unit 72) may determine whether the predicted quality information meets the target quality, and then the notification unit 78 may output information indicating the determination result to the input/output device 52.
図6に示されるように、制御装置50は、回路91を有する。回路91は、1つ又は複数のプロセッサ92と、メモリ93と、ストレージ94と、入出力ポート95と、タイマ96とを含む。ストレージ94は、例えば不揮発性の半導体メモリ等、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を有する。ストレージ94は、予め設定された制御手順で製造装置10、振動検出センサ40、及び入出力デバイス52を制御することを制御装置50に実行させるためのプログラムを記憶している。例えばストレージ94は、上述した各機能モジュールを構成するためのプログラムを記憶している。 As shown in Figure 6, the control device 50 has a circuit 91. The circuit 91 includes one or more processors 92, a memory 93, a storage device 94, an input/output port 95, and a timer 96. The storage device 94 has a computer-readable storage medium, such as a non-volatile semiconductor memory. The storage device 94 stores a program that causes the control device 50 to execute a control procedure to control the manufacturing apparatus 10, the vibration detection sensor 40, and the input/output device 52. For example, the storage device 94 stores a program for configuring each of the above-mentioned functional modules.
メモリ93は、ストレージ94の記憶媒体からロードしたプログラム及びプロセッサ92による演算結果を一時的に記憶する。プロセッサ92は、メモリ93と協働して上記プログラムを実行することで、制御装置50の各機能モジュールを構成する。入出力ポート95は、プロセッサ92からの指令に従って、製造装置10、振動検出センサ40、及び入出力デバイス52等との間で電気信号の入出力を行う。タイマ96は、例えば一定周期の基準パルスをカウントすることで経過時間を計測する。なお、回路91は、必ずしもプログラムにより各機能を構成するものに限られない。例えば回路91は、専用の論理回路又はこれを集積したASIC(Application Specific Integrated Circuit)により少なくとも一部の機能を構成してもよい。 Memory 93 temporarily stores the program loaded from the storage medium of storage 94 and the calculation results from processor 92. Processor 92, in cooperation with memory 93, executes the program to constitute each functional module of the control device 50. Input/output ports 95 perform input and output of electrical signals to the manufacturing equipment 10, vibration detection sensor 40, and input/output devices 52, etc., according to commands from processor 92. Timer 96 measures elapsed time, for example, by counting reference pulses of a fixed period. Note that the circuit 91 is not necessarily limited to those whose functions are constituted by a program. For example, circuit 91 may consist of at least some functions composed of dedicated logic circuits or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) that integrates them.
[生コンクリートの製造方法]
続いて、製造システム1において実行される生コンクリートの製造方法の一例について説明する。生コンクリートの製造方法は、生コンクリートを製造する工程と、生コンクリートの品質の予測を行う工程とを含む。生コンクリートを製造する工程(以下、「製造工程」という。)は、例えば、搬送工程と、計量工程と、投入工程と、練混ぜ工程と、排出工程と、積込工程と、を含む。製造工程では、1バッチ分の生コンクリートの製造ごとに、こられの工程が順に実行されてもよい。投入工程、練混ぜ工程、排出工程、及び積込工程が実行されている間に、次のバッチ分に関する搬送工程、及び計量工程が実行されてもよい。
[Method of manufacturing ready-mixed concrete]
Next, an example of a ready-mix concrete manufacturing method performed in manufacturing system 1 will be described. The ready-mix concrete manufacturing method includes a process for manufacturing ready-mix concrete and a process for predicting the quality of the ready-mix concrete. The process for manufacturing ready-mix concrete (hereinafter referred to as the "manufacturing process") includes, for example, a transport process, a weighing process, a input process, a mixing process, a discharge process, and a loading process. In the manufacturing process, these processes may be executed sequentially for each batch of ready-mix concrete produced. While the input process, mixing process, discharge process, and loading process are being executed, the transport process and weighing process for the next batch may be executed.
搬送工程では、ベルトコンベア等の運搬装置によって、各種のコンクリート材料が貯蔵瓶12まで搬送されて、貯蔵瓶12に各種材料が個別に供給される。計量工程では、貯蔵瓶12から計量瓶14に各種材料が個別に供給され、計量瓶14において各種材料が計量される。計量工程では、材料ごとに、計測量が1バッチ分の設定量に達した場合に、その材料が集合ホッパ16に排出される。投入工程では、集合ホッパ16に全ての種類の材料が集約された後に、集合ホッパ16内の1バッチ分の材料がミキサ20に投入(供給)される。 In the conveying process, various concrete materials are transported to storage jars 12 by conveying equipment such as belt conveyors, and each material is supplied to the storage jars 12 individually. In the weighing process, each material is supplied individually from the storage jars 12 to weighing jars 14, where it is weighed. In the weighing process, when the measured amount of each material reaches the set amount for one batch, that material is discharged into the collection hopper 16. In the input process, after all types of materials have been collected in the collection hopper 16, one batch of material from the collection hopper 16 is input (supplied) into the mixer 20.
練混ぜ工程では、ミキサ20においてコンクリート材料の練混ぜが行われる。練混ぜ工程において、制御装置50は、予め定められた動作条件に従って、ミキサ駆動部22を制御して、2つの攪拌部材21を駆動してもよい。排出工程では、ミキサ20においてコンクリート材料の練混ぜが終了した後に、ミキサ20から積込ホッパ30に製造された生コンクリートが排出される。例えば、制御装置50が、ミキサ20の電力負荷値が安定した(一例では、電力負荷値の時間変化が所定値以下となった)と判断した場合に、ミキサ20での練混ぜが終了したと判定される。積込工程では、積込ホッパ30にミキサ20から1バッチ分の生コンクリートが排出された後に、積込ホッパ30から運搬車Cに生コンクリートが積み込まれる。 In the mixing process, the concrete materials are mixed in the mixer 20. During the mixing process, the control device 50 may control the mixer drive unit 22 to drive the two agitators 21 according to predetermined operating conditions. In the discharge process, after the mixing of the concrete materials in the mixer 20 is completed, the freshly made concrete is discharged from the mixer 20 to the loading hopper 30. For example, the control device 50 determines that mixing in the mixer 20 is complete when it determines that the power load value of the mixer 20 has stabilized (in one example, when the time change of the power load value falls below a predetermined value). In the loading process, after one batch of freshly made concrete is discharged from the mixer 20 to the loading hopper 30, the freshly made concrete is loaded from the loading hopper 30 into the transport vehicle C.
生コンクリートの品質の予測を行う工程(以下、「品質予測工程」という。)は、上記製造工程の実行期間の少なくとも一部と重複する期間において実行される。品質予測工程は、学習フェーズでのモデル構築工程と、生産フェーズ又は評価フェーズでの品質評価工程とを含む。以下、モデル構築工程の一例と、品質評価工程の一例とについて説明する。なお、2バッチ分の生コンクリートが製造される度に、1回の品質評価が行われる場合を例に説明する。 The process for predicting the quality of ready-mixed concrete (hereinafter referred to as the "quality prediction process") is performed during a period that overlaps with at least a portion of the execution period of the manufacturing process described above. The quality prediction process includes a model building process in the learning phase and a quality evaluation process in the production or evaluation phase. An example of the model building process and an example of the quality evaluation process are described below. Note that the explanation assumes that one quality evaluation is performed each time two batches of ready-mixed concrete are produced.
(モデル構築工程)
図7は、モデル構築工程において実行される一連の処理の一例を示すフローチャートである。このモデル構築工程は、テスト用の生コンクリートの製造が製造装置10において繰り返して実行されている間に並行して行われる。テスト用の生コンクリートは、実際に出荷されない生コンクリートであってもよく、生産フェーズの初期段階において製造され、実際に出荷される生コンクリートであってもよい。モデル構築工程が実行される間において、制御装置50の検出データ取得部68は、所定のサンプリング周期ごとに、振動検出センサ40から加速度の検出値を検出することを継続する。
(Model building process)
Figure 7 is a flowchart showing an example of a series of processes performed in the model building process. This model building process is performed in parallel with the repeated production of test ready-mixed concrete in the manufacturing apparatus 10. The test ready-mixed concrete may be ready-mixed concrete that will not actually be shipped, or it may be ready-mixed concrete that is manufactured in the early stages of the production phase and will actually be shipped. While the model building process is being executed, the detection data acquisition unit 68 of the control device 50 continues to detect acceleration values from the vibration detection sensor 40 at predetermined sampling intervals.
モデル構築工程において、制御装置50は、最初にステップS11を実行する。ステップS11では、例えば、制御装置50が、所定の評価タイミングとなるまで待機する。所定の評価タイミングは、同じ目標品質となるように製造される2バッチ分の生コンクリートが運搬車Cに積み込まれたタイミングに設定されてもよい。この場合、2バッチ分のテスト用の生コンクリートの製造ごとに、モデル構築のためのデータの評価及び収集が行われる。 In the model building process, the control device 50 first executes step S11. In step S11, for example, the control device 50 waits until a predetermined evaluation timing is reached. The predetermined evaluation timing may be set to the timing when two batches of ready-mixed concrete, manufactured to the same target quality, are loaded onto the transport vehicle C. In this case, data evaluation and collection for model building are performed for each production of two batches of test ready-mixed concrete.
次に、制御装置50は、ステップS12を実行する。ステップS12では、例えば、振動データ算出部70が、X軸、Y軸、及びZ軸方向のそれぞれにおいて、所定のデータ取得期間に得られる加速度の時間変化を示すデータ(上記時系列データ)を、バッチごとに、検出データ取得部68が得た検出情報から取得する。すなわち、振動データ算出部70は、1バッチ目に対応するデータ取得期間での時系列データと、2バッチ目に対応するデータ取得期間での時系列データと、を上記検出情報から抽出する。 Next, the control device 50 executes step S12. In step S12, for example, the vibration data calculation unit 70 acquires data (the above-mentioned time-series data) showing the time change of acceleration obtained during a predetermined data acquisition period in each of the X, Y, and Z axis directions, from the detection information obtained by the detection data acquisition unit 68, batch by batch. That is, the vibration data calculation unit 70 extracts the time-series data for the data acquisition period corresponding to the first batch and the time-series data for the data acquisition period corresponding to the second batch from the above-mentioned detection information.
次に、制御装置50は、ステップS13を実行する。ステップS13では、例えば、振動データ算出部70が、バッチごとに、時系列データから上記振動情報を算出する。一例では、振動データ算出部70は、上記データ取得期間に得られる加速度の時系列データにおいて、Z軸方向における加速度が最小値を示す時刻を基準時刻tsとして算出する。そして、振動データ算出部70は、上記データ取得期間のうちの、基準時刻tsよりも前の時刻から、基準時刻tsよりも後の時刻までの期間を評価期間に設定する。評価期間は、データ取得期間よりも短い期間に設定される。 Next, the control device 50 executes step S13. In step S13, for example, the vibration data calculation unit 70 calculates the vibration information from the time-series data for each batch. In one example, the vibration data calculation unit 70 calculates the time at which the acceleration in the Z-axis direction shows the minimum value in the time-series acceleration data obtained during the data acquisition period as the reference time ts. Then, the vibration data calculation unit 70 sets the period from before the reference time ts to after the reference time ts within the data acquisition period as the evaluation period. The evaluation period is set to be shorter than the data acquisition period.
評価期間の設定後、振動データ算出部70は、X軸、Y軸及びZ軸方向それぞれにおいて、評価期間での積込ホッパ30の加速度に関して移動平均値を算出する。そして、振動データ算出部70は、X軸、Y軸、及びZ軸方向のそれぞれにおいて、評価期間における積込ホッパ30の加速度の移動平均値について、最大値a1、最小値a2、平均値μ、及び分散σ2を振動情報として算出する。振動データ算出部70は、バッチごとに、基準時刻tsの算出、評価期間の設定、移動平均値の算出、及び、最大値a1等の算出を実行する。この場合、2バッチ分の生コンクリートの製造において得られる振動情報は、24個のデータ(3軸×4種類×2バッチ分)から成る。ステップS13で得られる情報が、学習用の振動情報に相当する。 After setting the evaluation period, the vibration data calculation unit 70 calculates moving average values for the acceleration of the loading hopper 30 during the evaluation period in the X, Y, and Z axis directions. The vibration data calculation unit 70 then calculates the maximum value a1, minimum value a2, mean value μ, and variance σ² as vibration information for the moving average values of the acceleration of the loading hopper 30 during the evaluation period in the X, Y, and Z axis directions. For each batch, the vibration data calculation unit 70 performs the calculation of the reference time ts, setting the evaluation period, calculating the moving average values, and calculating the maximum value a1, etc. In this case, the vibration information obtained in the production of two batches of ready-mixed concrete consists of 24 data points (3 axes × 4 types × 2 batches). The information obtained in step S13 corresponds to the vibration information for learning.
次に、制御装置50は、ステップS14を実行する。ステップS14では、例えば、動作データ取得部66が、上述した動作情報を取得する。一例では、動作データ取得部66は、各種材料の配合条件に関する情報、使用する材料に関する情報、ミキサ20における練混ぜに関する情報、及び、環境(外部環境)に関する情報を、上記動作情報として取得する。動作データ取得部66は、練混ぜに関する情報(材料の練混ぜ量、練混ぜ時間、及びミキサ20の電力負荷値)について、2バッチ分の情報を取得してもよい。ステップS14で得られる情報が、学習用の動作情報に相当する。 Next, the control device 50 executes step S14. In step S14, for example, the operation data acquisition unit 66 acquires the operation information described above. In one example, the operation data acquisition unit 66 acquires information regarding the blending conditions of various materials, information regarding the materials used, information regarding mixing in the mixer 20, and information regarding the environment (external environment) as the operation information. The operation data acquisition unit 66 may acquire information for two batches regarding mixing (mixing amount of materials, mixing time, and power load value of the mixer 20). The information obtained in step S14 corresponds to the operation information for learning.
次に、制御装置50は、ステップS15を実行する。ステップS15では、例えば、モデル構築部76が、生コンクリートの品質の測定値を正解データとして取得する。一例では、2バッチ分の生コンクリートが運搬車Cに積み込まれた後に、一部の生コンクリートが作業員等によって抜き出される。そして、抜き出された生コンクリートのスランプ、スランプフロー、及び空気量等が作業員等によって測定され、こられの測定値が制御装置50に入力される。 Next, the control device 50 executes step S15. In step S15, for example, the model construction unit 76 acquires measured values of the ready-mixed concrete quality as ground truth data. In one example, after two batches of ready-mixed concrete are loaded onto the transport vehicle C, some of the concrete is extracted by workers. The slump, slump flow, and air content of the extracted concrete are then measured by the workers, and these measured values are input to the control device 50.
ステップS15で得られる生コンクリートの品質の測定値は、実績情報に相当する。モデル構築部76は、ステップS13で得られた学習用の振動情報及びステップS14で得られた学習用の動作情報とを含む学習用の入力情報を、ステップS15で得られた実績情報(品質の測定値)に対応付けたうえで記憶する。 The measured quality values of the ready-mixed concrete obtained in step S15 correspond to actual performance data. The model construction unit 76 stores the learning input information, including the learning vibration information obtained in step S13 and the learning motion information obtained in step S14, after associating it with the actual performance data (quality measurement values) obtained in step S15.
次に、制御装置50は、ステップS16を実行する。ステップS16では、例えば、制御装置50が、所定数のデータセットが取得されたか否かを判断する。ステップS16において、所定数のデータセットが取得されていないと判断された場合(ステップS16:NO)、制御装置50が実行する処理は、ステップS11に戻り、制御装置50は、ステップS11~S16を繰り返す。これにより、学習用の入力情報と実績情報とが対応付けられたデータセットの数が所定数に達するまで、ステップS11~S16が繰り返される。 Next, the control device 50 executes step S16. In step S16, for example, the control device 50 determines whether a predetermined number of data sets have been acquired. If it is determined in step S16 that a predetermined number of data sets have not been acquired (step S16: NO), the control device 50 returns to step S11, and the control device 50 repeats steps S11 to S16. This process of repeating steps S11 to S16 continues until the number of data sets, which are associated with learning input information and performance information, reaches a predetermined number.
ステップS16において、所定数のデータセットが取得されたと判断された場合(ステップS16:YES)、制御装置50が実行する処理は、ステップS17に進む。ステップS17では、例えば、モデル構築部76が、学習用の入力情報と実績情報との複数の組合せを用いて、ニューラルネットワークを用いた機械学習により予測モデル(例えば、回帰予測モデル)を構築する。ニューラルネットワークは、少なくとも、入力層と、出力層とを有する。また、ニューラルネットワークは、一層又は複数層の中間層を更に含んでもよい。中間層を含むことでより複雑な予測モデルを構築でき、品質の予測精度を向上できる。モデル構築部76は、品質の種別ごとに、予測モデルを構築してもよい。モデル保持部74は、ステップS17で構築された予測モデルを記憶する。 If it is determined in step S16 that a predetermined number of datasets have been acquired (step S16: YES), the control device 50 proceeds to step S17. In step S17, for example, the model building unit 76 constructs a prediction model (e.g., a regression prediction model) using machine learning with a neural network, based on multiple combinations of input information for learning and performance information. The neural network has at least an input layer and an output layer. The neural network may also include one or more intermediate layers. Including intermediate layers allows for the construction of a more complex prediction model, improving the accuracy of quality predictions. The model building unit 76 may construct a prediction model for each type of quality. The model storage unit 74 stores the prediction model constructed in step S17.
(品質評価工程)
図8は、品質評価工程において実行される一連の処理の一例を示すフローチャートである。品質評価工程は、上記モデル構築工程の後において、実際に出荷される生コンクリートの製造が製造装置10において繰り返して実行されている間に並行して行われる。実際に出荷される生コンクリートの製造が継続されている間において、制御装置50の検出データ取得部68は、所定のサンプリング周期ごとに、振動検出センサ40から加速度の検出値を検出することを継続してもよい。
(Quality evaluation process)
Figure 8 is a flowchart showing an example of a series of processes performed in the quality evaluation process. The quality evaluation process is performed in parallel with the production of ready-mixed concrete to be actually shipped, which is repeatedly carried out in the manufacturing apparatus 10, after the model construction process described above. While the production of ready-mixed concrete to be actually shipped continues, the detection data acquisition unit 68 of the control device 50 may continue to detect acceleration values from the vibration detection sensor 40 at predetermined sampling cycles.
品質評価工程において、制御装置50は、ステップS11,S12,S13,S14と同様に、ステップS21,S22,S23,S24を実行する。ステップS23では、評価用の振動情報が算出され、ステップS24では評価用の動作情報が取得される。すなわち、ステップS23及びステップS24が実行されることで、評価用の振動情報と評価用の動作情報とを含む評価用の入力情報が取得される。「評価用」とは、生コンクリートの品質が未知であることを意味する。 In the quality evaluation process, the control device 50 executes steps S21, S22, S23, and S24, similar to steps S11, S12, S13, and S14. In step S23, evaluation vibration information is calculated, and in step S24, evaluation operation information is acquired. That is, by executing steps S23 and S24, evaluation input information, including evaluation vibration information and evaluation operation information, is acquired. "For evaluation" means that the quality of the ready-mixed concrete is unknown.
次に、制御装置50は、ステップS25を実行する。ステップS25では、例えば、品質予測部72が、ステップS23,S24で得られた評価用の入力情報を、モデル保持部74が保持する予測モデルに入力した際に、その予測モデルから出力される品質情報を取得することで、評価対象の生コンクリートの品質を予測する。モデル構築工程でのステップS15と異なり、ステップS25では、生コンクリートの品質の測定が行われない。品質予測部72は、品質種別ごとに、当該種別に応じた予測モデルを用いて品質を予測してもよい。 Next, the control device 50 executes step S25. In step S25, for example, the quality prediction unit 72 inputs the evaluation input information obtained in steps S23 and S24 into the prediction model held by the model holding unit 74. The quality prediction unit 72 then acquires the quality information output from the prediction model, thereby predicting the quality of the ready-mixed concrete to be evaluated. Unlike step S15 in the model construction process, the quality of the ready-mixed concrete is not measured in step S25. The quality prediction unit 72 may predict the quality for each quality type using a prediction model appropriate to that type.
品質予測部72は、評価用の入力情報及びスランプに関する予測モデルを利用して、評価対象の生コンクリートのスランプを予測する。品質予測部72は、評価用の入力情報及びスランプフローに関する予測モデルを利用して、評価対象の生コンクリートのスランプフローを予測する。品質予測部72は、評価用の入力情報及び空気量に関する予測モデルを利用して、評価対象の生コンクリートの空気量を予測する。 The quality prediction unit 72 predicts the slump of the ready-mixed concrete to be evaluated using the input information for evaluation and a prediction model for slump. The quality prediction unit 72 predicts the slump flow of the ready-mixed concrete to be evaluated using the input information for evaluation and a prediction model for slump flow. The quality prediction unit 72 predicts the air content of the ready-mixed concrete to be evaluated using the input information for evaluation and a prediction model for air content.
次に、制御装置50は、ステップS26を実行する。ステップS26では、例えば、報知部78が、ステップS25で得られた品質の予測結果を入出力デバイス52に出力する。以上により、2バッチごとに行われる1回の品質評価工程が終了する。制御装置50は、2バッチ分の生コンクリートの製造(積込)が行われる度に、ステップS21~S26の一連の処理を実行してもよい。 Next, the control device 50 executes step S26. In step S26, for example, the notification unit 78 outputs the quality prediction result obtained in step S25 to the input/output device 52. This completes one quality evaluation process performed every two batches. The control device 50 may execute the series of processes from steps S21 to S26 each time two batches of ready-mixed concrete are manufactured (loaded).
[変形例]
図7及び図8に示される一連の処理は一例であり、適宜変更可能となる。上記一連の処理において、制御装置50は、1つのステップと次のステップとを並列に実行してもよく、上述した例とは異なる順序で各ステップを実行してもよい。制御装置50は、上述した例とは異なる内容のステップを実行してもよい。
[Variations]
The series of processes shown in Figures 7 and 8 are examples and can be modified as appropriate. In the above series of processes, the control device 50 may execute one step and the next step in parallel, or it may execute each step in a different order than the example described above. The control device 50 may also execute steps with different content than the example described above.
上述の例と異なり、1バッチ分の生コンクリートが1台の運搬車Cに積み込まれる場合に、1バッチ分の生コンクリートの製造ごとに、制御装置50が品質予測を行ってもよい。また、運搬車Cに2バッチ分以上の生コンクリートが積み込まれる場合であっても、制御装置50が、1バッチ分の製造(積込)ごとに品質予測を行ってもよい。運搬車Cへの積込量に関わらず、複数バッチ分の生コンクリートの製造ごとに、制御装置50が品質予測を行ってもよい。組成又は物性の異なる生コンクリートが製造される場合、予測精度向上の観点から、より多くのバッチ分のデータを用いて品質予測が行われてもよい。 Unlike the example above, if one batch of ready-mixed concrete is loaded onto one transport vehicle C, the control device 50 may perform quality prediction for each batch of ready-mixed concrete produced. Furthermore, even if two or more batches of ready-mixed concrete are loaded onto transport vehicle C, the control device 50 may perform quality prediction for each batch produced (loaded). Regardless of the amount loaded onto transport vehicle C, the control device 50 may perform quality prediction for each batch of ready-mixed concrete produced. If ready-mixed concrete with different compositions or physical properties is produced, quality prediction may be performed using data from a larger number of batches to improve prediction accuracy.
上述の例では、Z軸での加速度の絶対値が最大となる時点が基準時刻tsとして算出されるが、基準時刻tsの算出方法は、これに限られない。ミキサ20から積込ホッパ30への生コンクリートの排出に伴って、積込ホッパ30に生コンクリートが落下して、X軸及びY軸における加速度が大きく変動する。振動データ算出部70は、上記データ取得期間に得られる加速度の時系列データにおいて、X軸方向又はY軸方向における加速度の絶対値が最大となる時刻を基準時刻tsとして算出してもよい。 In the example above, the point in time when the absolute value of acceleration in the Z-axis is maximum is calculated as the reference time ts, but the method for calculating the reference time ts is not limited to this. As ready-mixed concrete is discharged from the mixer 20 to the loading hopper 30, the concrete falls into the loading hopper 30, causing large fluctuations in acceleration in the X and Y axes. The vibration data calculation unit 70 may calculate the time when the absolute value of acceleration in the X-axis or Y-axis direction is maximum in the time-series acceleration data obtained during the data acquisition period as the reference time ts.
上述の例では、基準時刻tsに基づき上記評価期間が設定されるが、評価期間の設定方法は、これに限られない。ミキサ20の排出口が開かれるタイミングと、積込ホッパ30が大きく振動するタイミングとは略一致する。そのため、制御装置50が、ミキサ20から生コンクリートを排出したタイミングを検出可能である場合、振動データ算出部70は、検出された排出タイミングを含む前後の期間を上記評価期間に設定してもよい。制御装置50は、ミキサ20の排出口を開くための指令を送出したタイミング、又は、ミキサ20の排出口が開いたことを示す信号を受信したタイミングを含む前後の期間を上記評価期間に設定してもよい。積込ホッパ30において生コンクリートの存在を検知するセンサが設けられる場合、制御装置50は、そのセンサが生コンクリートの存在を検知したタイミングを含む前後の期間を上記評価期間に設定してもよい。 In the example above, the evaluation period is set based on the reference time ts, but the method of setting the evaluation period is not limited to this. The timing of the opening of the mixer 20's discharge port and the timing of the significant vibration of the loading hopper 30 approximately coincide. Therefore, if the control device 50 can detect the timing of the discharge of ready-mixed concrete from the mixer 20, the vibration data calculation unit 70 may set the evaluation period to include the period before and after the detected discharge timing. The control device 50 may also set the evaluation period to include the period before and after the timing of sending a command to open the mixer 20's discharge port, or the timing of receiving a signal indicating that the mixer 20's discharge port has opened. If a sensor for detecting the presence of ready-mixed concrete is provided in the loading hopper 30, the control device 50 may set the evaluation period to include the period before and after the timing when the sensor detects the presence of ready-mixed concrete.
振動データ算出部70は、評価期間における加速度の移動平均値について、最大値、最小値、平均値、及び標準偏差に基づく値に代えて又は加えて、中央値、最頻値、及びピーク数のうちの少なくとも1つを振動情報として算出してもよい。振動データ算出部70は、加速度の移動平均値に代えて、評価期間での加速度自体の統計値を振動情報として算出してもよい。振動データ算出部70は、評価期間における加速度について、最大値、最小値、平均値、及び標準偏差に基づく値のうちの少なくとも1つを算出した結果を振動情報として算出してもよい。入力情報に、動作情報が含まれずに、振動情報が含まれてもよい。この場合、振動情報から予測モデルが構築され、振動情報と予測モデルとに基づいて品質が予測される。 The vibration data calculation unit 70 may calculate at least one of the median, mode, and peak count as vibration information, instead of or in addition to the values based on the maximum, minimum, mean, and standard deviation of the moving average value of acceleration during the evaluation period. Alternatively, the vibration data calculation unit 70 may calculate the statistical value of the acceleration itself during the evaluation period as vibration information, instead of the moving average value of acceleration. The vibration data calculation unit 70 may also calculate vibration information as the result of calculating at least one of the values based on the maximum, minimum, mean, and standard deviation of acceleration during the evaluation period. The input information may include vibration information but not motion information. In this case, a prediction model is constructed from the vibration information, and quality is predicted based on the vibration information and the prediction model.
振動データ算出部70は、振動検出センサ40によって取得されたデータを周波数変換(例えば、高速フーリエ変換)して得られる周波数スペクトルに基づく情報を振動情報として算出してもよい。振動データ算出部70は、周波数スペクトルから得られる周波数情報、特徴量、又は統計量を振動情報として算出してもよい。制御装置50は、振動検出センサ40によって取得された測定値を示すグラフ(波形)の画像データを振動情報として取得してもよい。 The vibration data calculation unit 70 may calculate vibration information based on the frequency spectrum obtained by frequency transformation (e.g., Fast Fourier Transform) of the data acquired by the vibration detection sensor 40. The vibration data calculation unit 70 may also calculate vibration information using frequency information, feature quantities, or statistics obtained from the frequency spectrum. The control device 50 may acquire image data of a graph (waveform) showing the measured values acquired by the vibration detection sensor 40 as vibration information.
製造装置10を制御するための制御装置50とは別のコンピュータ(品質予測装置)が、予測モデルを用いて生コンクリートの品質を予測してもよい。この場合、制御装置50に代えて、上記別のコンピュータが、品質予測部72等の品質の予測に関する処理を行う機能モジュールを有してもよい。品質の予測に用いる振動情報は、積込ホッパ30以外において、生コンクリートの落下又は流下に起因した振動を示す情報であってもよい。 A separate computer (quality prediction device) from the control device 50 for controlling the manufacturing apparatus 10 may predict the quality of the ready-mixed concrete using a prediction model. In this case, instead of the control device 50, the separate computer may have a functional module that performs quality prediction processing, such as a quality prediction unit 72. The vibration information used for quality prediction may be information indicating vibrations caused by the dropping or flow of ready-mixed concrete in locations other than the loading hopper 30.
[振動情報を用いた予測モデルの検証]
振動情報を用いた品質予測を検証するために、振動情報を用いない場合の比較モデルでの予測結果と、振動情報を用いた場合の上記予測モデルの予測結果との比較検証を行った。具体的には、83~100個の学習用のデータセットと、10個の検証用のデータセットとを準備した。学習用の入力情報(学習用の振動情報及び動作情報)と、スランプの測定値、スランプフローの測定値、及び空気量の測定値とが対応付けられた学習用のデータセットを準備した。
[Verification of prediction models using vibration information]
To verify quality prediction using vibration information, we compared the prediction results of a comparative model without vibration information with the prediction results of the above prediction model with vibration information. Specifically, we prepared 83 to 100 training datasets and 10 validation datasets. The training datasets were prepared by associating training input information (training vibration information and motion information) with measured values of slump, slump flow, and air volume.
入力情報のうちの動作情報として、各種材料の密度、細骨材の表面水率の設定値及び実測値、呼び強度、配合強度、水結合材比、細骨材率、各材料の単位量、2バッチ分の材料の練混ぜ量、2バッチ分の練混ぜ時間、2バッチ分の電力負荷値の初期値、最大値、及び終局値、並びに外気温に関するデータを準備した。入力情報のうちの振動情報として、X軸、Y軸、及びZ軸それぞれの2バッチ分の加速度の移動平均値に関する最大値a1、最小値a2、平均値μ、及び分散σ2に関するデータを準備した。 As operational information among the input data, data was prepared regarding the density of various materials, the set and measured surface moisture content of fine aggregate, nominal strength, mix strength, water-binder ratio, fine aggregate ratio, unit quantity of each material, mixing amount of materials for two batches, mixing time for two batches, initial, maximum, and ultimate values of power load for two batches, and ambient temperature. As vibration information among the input data, data was prepared regarding the maximum value a1, minimum value a2, mean value μ, and variance σ² of the moving average values of acceleration for two batches for the X, Y, and Z axes, respectively.
学習用のデータセットにおいて、振動情報を用いずに、動作情報と品質の測定値とから上記比較モデルを構築した。学習用のデータセットにおいて、振動情報及び動作情報と品質の測定値とから上記予測モデルを構築した。スランプ、スランプフロー、及び空気量のそれぞれに関して、比較モデル及び予測モデルを構築した。すなわち、以下の6つのモデルを作成した。
比較モデル1:振動情報を用いずにスランプを予測するモデル
予測モデル1:振動情報を用いてスランプを予測するモデル
比較モデル2:振動情報を用いずにスランプフローを予測するモデル
予測モデル2:振動情報を用いてスランプフローを予測するモデル
比較モデル3:振動情報を用いずに空気量を予測するモデル
予測モデル3:振動情報を用いて空気量を予測するモデル
In the training dataset, the above comparison model was constructed using motion information and quality measurements, without using vibration information. In the training dataset, the above prediction model was constructed using vibration information, motion information, and quality measurements. Comparison and prediction models were constructed for slump, slump flow, and air volume. In other words, the following six models were created.
Comparative Model 1: A model that predicts slump without using vibration information Prediction Model 1: A model that predicts slump using vibration information Comparative Model 2: A model that predicts slump flow without using vibration information Prediction Model 2: A model that predicts slump flow using vibration information Comparative Model 3: A model that predicts air volume without using vibration information Prediction Model 3: A model that predicts air volume using vibration information
入力情報の各種データを変数として、1つの品質(指標値)を出力する1次の回帰予測モデルを、比較モデル及び予測モデルとして構築した。1次の回帰予測モデルは、下記の式(1)によって示される。
式(1)において、「y」は、品質の指標値を表す出力であり、スランプ、スランプフロー、又は、空気量を表す。「i」は、2~Nの自然数であり、「N」は入力データの個数を表す。「w」は、重み(係数)であり、「b」は、バイアス項(係数)である。学習用のデータセットを用いて、式(1)において、重みwとバイアス項bとを定めることで、品質の種別ごとに、回帰予測モデルを構築した。重みwにある値が入力されているときの出力yの値と正解データである品質の測定値との二乗誤差を算出し、ミニバッチ勾配降下法により重みwの値を更新することで、重みwの値を決定した。 In equation (1), "y" is the output representing the quality index value, and represents slump, slump flow, or air volume. "i" is a natural number between 2 and N, and "N" represents the number of input data points. "w" is the weight (coefficient), and "b" is the bias term (coefficient). Using the training dataset, a regression prediction model was constructed for each quality type by determining the weight w and bias term b in equation (1). The value of weight w was determined by calculating the squared error between the output y value when a certain value is input to weight w and the measured quality value, which is the ground truth data, and updating the value of weight w using mini-batch gradient descent.
なお、式(1)で示される回帰予測モデルは、検証のために構築したモデルであり、本開示の予測モデルは上記回帰予測モデルに限定されない。中間層を含むニューラルネットワークによる予測モデル(回帰予測モデル)が構築される場合、その回帰予測モデルは、例えば、下記の式(2)によって示される。式(2)において、f()は、所定の関数を表す。
上記式(1)の回帰予測モデルを構築後、10個の検証用のデータセットを用いて、振動情報を用いない比較モデル及び振動情報を用いた予測モデルそれぞれにおいて、モデルによる予測値と実測値との比較を行った。スランプ、スランプフロー、及び空気量それぞれについて、予測値と実測値との比較を行った。 After constructing the regression prediction model using equation (1) above, we compared the predicted values with the measured values using 10 validation datasets for both the comparison model without vibration information and the prediction model with vibration information. We compared the predicted and measured values for slump, slump flow, and air volume.
図9は、スランプの予測値とスランプの実測値との関係を示すグラフである。図9に示されるグラフにおいて、横軸がスランプの実測値であり、縦軸がスランプの予測値である。振動情報を用いない比較モデル1での予測結果が△印でプロットされており、振動情報を用いた予測モデル1での予測結果が〇印でプロットされている。実測値と予測値とが一致するラインが描かれており、プロットされた結果がそのラインに近いほど、予測精度が高いことを意味する。スランプに関して、実測値と予測値との差分の絶対値の算術平均(以下、「絶対差平均値」という。)を算出したところ、振動情報を用いない場合の絶対差平均値が1.1cmであり、振動情報を用いた場合の絶対差平均値が1.1cmであった。このことから、振動情報を用いても、振動情報を用いない場合と同程度の品質の予測精度が得られることがわかる。 Figure 9 is a graph showing the relationship between predicted and measured slump values. In the graph shown in Figure 9, the horizontal axis represents the measured slump value, and the vertical axis represents the predicted slump value. Prediction results from comparison model 1 (without vibration information) are plotted as triangles (△), and prediction results from prediction model 1 (with vibration information) are plotted as circles (〇). A line is drawn where the measured and predicted values coincide; the closer the plotted result is to this line, the higher the prediction accuracy. Regarding the slump, the arithmetic mean of the absolute difference between the measured and predicted values (hereinafter referred to as "average absolute difference") was calculated. The average absolute difference without vibration information was 1.1 cm, and the average absolute difference with vibration information was also 1.1 cm. This indicates that even when using vibration information, a prediction accuracy of a similar quality to that without vibration information can be obtained.
図10は、スランプフローの予測値とスランプフローの実測値との関係を示すグラフである。図10に示されるグラフにおいて、横軸がスランプフローの実測値であり、縦軸がスランプフローの予測値である。振動情報を用いない比較モデル2での予測結果が△印でプロットされており、振動情報を用いた予測モデル2での予測結果が〇印でプロットされている。スランプフローに関して、絶対差平均値を算出したところ、振動情報を用いない場合の絶対差平均値が4.0cmであり、振動情報を用いた場合の絶対差平均値が4.2cmであった。スランプフローは、0.5cm単位で測定されおり、振動情報を用いても、振動情報を用いない場合と同程度の品質の予測精度が得られることがわかる。 Figure 10 is a graph showing the relationship between predicted and measured slump flow values. In the graph shown in Figure 10, the horizontal axis represents the measured slump flow value, and the vertical axis represents the predicted slump flow value. Prediction results from comparison model 2 (without vibration information) are plotted with triangles (△), and prediction results from prediction model 2 (with vibration information) are plotted with circles (〇). Regarding slump flow, the absolute average difference was calculated to be 4.0 cm without vibration information and 4.2 cm with vibration information. Since slump flow is measured in 0.5 cm increments, it can be seen that even with vibration information, a prediction accuracy of a similar quality to that without vibration information can be obtained.
図11は、空気量の予測値と空気量の実測値との関係を示すグラフである。図11に示されるグラフにおいて、横軸が空気量の実測値であり、縦軸が空気量の予測値である。振動情報を用いない比較モデル3での予測結果が△印で示されており、振動情報を用いた予測モデル3での予測結果が〇印でプロットされている。空気量に関して絶対差平均値を算出したところ、振動情報を用いない場合の絶対差平均値が0.53%であり、振動情報を用いた場合の絶対差平均値が0.27%であった。振動情報を用いた場合に、絶対差平均値が減少した。 Figure 11 is a graph showing the relationship between predicted and measured air volume. In the graph shown in Figure 11, the horizontal axis represents the measured air volume, and the vertical axis represents the predicted air volume. Prediction results from comparative model 3 (without vibration information) are shown with triangles (△), and prediction results from prediction model 3 (with vibration information) are plotted with circles (〇). When the absolute average difference for air volume was calculated, the absolute average difference without vibration information was 0.53%, and the absolute average difference with vibration information was 0.27%. The absolute average difference decreased when vibration information was used.
空気量に関して、他の観点から、振動情報を用いた場合の影響を評価した。図11に示されるグラフでは、実測値と予測値とが一致するラインから、+0.5%だけ縦方向にずれた上限ラインと、-0.5%だけ縦方向にずれた下限ラインとが描かれている。上限ラインと下限ラインとの間の領域に含まれる予測結果を正解と定義して、10個の予測結果の正解率を評価した。JIS規格において空気量に関して許容される誤差は±1.5%であり、現場への運搬途中で品質が変化し得ることを踏まえて、正解のラインを±0.5%に設定した。振動情報を用いない場合の正解率が60%であり、振動情報を用いた場合の正解率が80%であった。以上のことから、振動情報を用いない場合に比べて、振動情報を用いた場合に空気量の予測精度が向上していることがわかる。 Regarding air volume, the impact of using vibration information was evaluated from another perspective. In the graph shown in Figure 11, an upper limit line shifted vertically by +0.5% from the line where the measured value and predicted value coincide, and a lower limit line shifted vertically by -0.5% are drawn. Predicted results within the region between the upper and lower limits were defined as correct, and the accuracy rate of 10 prediction results was evaluated. The allowable error for air volume according to JIS standards is ±1.5%, and considering that quality may change during transportation to the site, the correct line was set at ±0.5%. The accuracy rate without vibration information was 60%, while the accuracy rate with vibration information was 80%. From the above, it can be seen that the prediction accuracy of air volume is improved when vibration information is used compared to when it is not used.
[実施形態の効果]
以上に説明した生コンクリートの品質予測方法は、取得工程と、予測工程とを含む。取得工程では、コンクリート材料を練り混ぜるミキサ20によって製造された生コンクリートの落下又は流下に起因した振動の大きさを示す振動情報を含む入力情報が取得される。予測工程では、入力情報の入力に応じて生コンクリートの品質を示す品質情報を出力するように機械学習により予め構築された予測モデルと、取得工程において取得された入力情報とに基づいて、生コンクリートの品質が予測される。この品質予測方法では、製造された生コンクリートの品質を実際に測定することなく、振動情報を含む情報を取得し、予測モデルを利用して品質が予測される。従って、生コンクリートの品質を簡便に把握することが可能となる。
[Effects of the Embodiment]
The ready-mixed concrete quality prediction method described above includes an acquisition step and a prediction step. In the acquisition step, input information is acquired that includes vibration information indicating the magnitude of vibrations caused by the dropping or flow of ready-mixed concrete produced by the mixer 20 that mixes the concrete materials. In the prediction step, the quality of the ready-mixed concrete is predicted based on a prediction model pre-built by machine learning to output quality information indicating the quality of the ready-mixed concrete in response to the input information, and the input information acquired in the acquisition step. In this quality prediction method, information including vibration information is acquired and the quality is predicted using the prediction model without actually measuring the quality of the ready-mixed concrete produced. Therefore, it is possible to easily grasp the quality of ready-mixed concrete.
上述した品質予測方法において、上記振動情報は、2方向以上での振動を示す情報を含んでもよい。生コンクリートの品質に応じて、生コンクリートの落下又は流下に起因した振動の状態が変動し得る。この方法では、2方向以上での振動の大きさを示す振動情報に基づき品質が予測されるので、予測精度を向上させることが可能となる。 In the quality prediction method described above, the vibration information may include information indicating vibrations in two or more directions. Depending on the quality of the ready-mixed concrete, the state of vibration caused by the dropping or flow of the concrete may vary. In this method, since quality is predicted based on vibration information indicating the magnitude of vibrations in two or more directions, it is possible to improve the prediction accuracy.
上記振動情報は、ミキサの下方に配置され、生コンクリートを収容可能なホッパに対してミキサから生コンクリートが排出された際のホッパの振動の大きさを示す情報であってもよい。この場合、振動を検出可能なセンサをホッパに設置すればよく、簡便に振動情報を取得できる。従って、生コンクリートの品質を更に簡便に把握することが可能となる。 The vibration information described above may also indicate the magnitude of vibration in a hopper, which is located below the mixer and capable of holding ready-mix concrete, when the ready-mix concrete is discharged from the mixer. In this case, vibration information can be easily acquired by installing a vibration-detecting sensor in the hopper. Therefore, it becomes possible to understand the quality of the ready-mix concrete even more easily.
上記振動情報は、ホッパの側壁に交差する方向におけるホッパの振動の大きさを示す情報を含んでもよい。ミキサの下方に配置されたホッパの側壁では、製造された生コンクリートの硬さ又は重さによって、その側壁に交差する方向の振動が変動し得る。そのため、側壁に交差する方向におけるホッパの振動から振動情報を得ることで、生コンクリートの品質を精度良く予測できる。従って、生コンクリートの品質の予測精度を向上させつつ、品質を簡便に把握することが可能となる。 The above vibration information may include information indicating the magnitude of hopper vibration in the direction intersecting the hopper's side wall. At the side wall of a hopper located below the mixer, vibration in the direction intersecting the side wall can fluctuate depending on the hardness or weight of the prepared concrete. Therefore, by obtaining vibration information from the hopper vibration in the direction intersecting the side wall, the quality of the prepared concrete can be predicted with high accuracy. Thus, it becomes possible to easily grasp the quality while improving the accuracy of concrete quality prediction.
上記振動情報は、ホッパの側壁に沿った方向におけるホッパの振動の大きさを示す情報を更に含んでもよい。ミキサの下方に配置されたホッパの側壁では、製造された生コンクリートの硬さ又は重さによって、その側壁に沿った方向の振動も変動し得る。側壁に交差する方向及び側壁に沿った方向の両方の振動から振動情報を得ることで、高精度に品質を予測することが可能となる。 The above vibration information may further include information indicating the magnitude of hopper vibration in the direction along the hopper's side wall. At the side wall of the hopper located below the mixer, vibrations in the direction along the side wall may also vary depending on the hardness or weight of the prepared concrete. By obtaining vibration information from both vibrations intersecting and along the side wall, it becomes possible to predict quality with high accuracy.
上記振動情報は、ミキサからホッパに生コンクリートが排出された時点を含むように設定された評価期間におけるホッパの加速度の移動平均値について、最大値、最小値、平均値、及び標準偏差に基づく値(例えば、分散)から成る群から選択される少なくとも1つを算出した結果であってもよい。加速度の移動平均値を算出することで、センサ自体等に起因したノイズを低減することができ、また、移動平均値の統計値を用いることでデータの処理が容易となる。従って、品質の予測精度を向上させつつ、品質を簡便に把握することが可能となる。 The above vibration information may be the result of calculating at least one value selected from the group consisting of the maximum value, minimum value, mean value, and standard deviation (e.g., variance) of the moving average value of the hopper's acceleration over an evaluation period set to include the time when the ready-mix concrete is discharged from the mixer to the hopper. Calculating the moving average value of acceleration reduces noise caused by the sensor itself, and using the statistical value of the moving average value simplifies data processing. Therefore, it becomes possible to easily grasp quality while improving the accuracy of quality prediction.
上記取得工程は、所定のデータ取得期間に得られるホッパの加速度の時系列データにおいて、ホッパの側壁に交差する方向又はホッパの側壁に沿った方向におけるホッパの加速度の絶対値が最大となる時刻を、基準時刻として算出する工程と、データ取得期間のうち、基準時刻よりも前の時刻から、基準時刻よりも後の時刻までの期間を評価期間に設定する工程と、を含んでもよい。生コンクリートがホッパに落下した際には、ホッパの加速度の絶対値が、他の期間よりも大きくなる傾向がある。そのため、生コンクリートが落下した時点での振動情報では、生コンクリートの品質に起因した情報が多く含まれる。上記方法では、生コンクリートがホッパに落下した時点が把握できていない場合でも、振動情報から生コンクリートが落下した時点を特定することができる。従って、品質の予測精度を向上させつつ、品質を簡便に把握することが可能となる。 The above acquisition process may include the steps of: calculating the time at which the absolute value of the hopper's acceleration is maximum in the time-series data of hopper acceleration obtained during a predetermined data acquisition period, in a direction intersecting or along the hopper's side wall, as the reference time; and setting the period from before the reference time to after the reference time within the data acquisition period as the evaluation period. When fresh concrete falls into the hopper, the absolute value of the hopper's acceleration tends to be larger than during other periods. Therefore, vibration information at the time the fresh concrete falls contains a lot of information related to the quality of the fresh concrete. With the above method, even if the time at which the fresh concrete fell into the hopper is not known, the time at which the fresh concrete fell can be identified from the vibration information. Therefore, it becomes possible to easily grasp the quality while improving the accuracy of quality prediction.
上記予測工程では、生コンクリートに含まれる空気量が予測されてもよい。生コンクリートに含まれる空気量によって、生コンクリートの落下又は流下に起因した振動の状態が変動し得る。この方法では、振動情報と予測モデルとを用いることで、空気量を簡便に把握することが可能となる。 In the above prediction process, the amount of air contained in the fresh concrete may also be predicted. The amount of air in the fresh concrete can affect the vibration caused by the falling or flow of the concrete. This method allows for easy determination of the air content by using vibration information and a prediction model.
上記予測工程では、生コンクリートのスランプ及びスランプフローの少なくとも一方が予測されてもよい。この場合、振動情報を含む入力情報と予測モデルとを用いることで、スランプ及びスランプフローの少なくとも一方を簡便に把握することが可能となる。 In the above prediction process, at least one of the slump and slump flow of the ready-mix concrete may be predicted. In this case, by using input information including vibration information and a prediction model, it becomes possible to easily determine at least one of the slump and slump flow.
上記入力情報は、コンクリート材料の配合条件を示す情報、及び、ミキサにおけるコンクリート材料の練混ぜ時の条件又は状態を示す情報の少なくとも一方を更に含んでもよい。配合条件、及び練混ぜ時の条件又は状態は、生コンクリートの品質の影響を及ぼす。配合条件等を示す情報が更に用いられることで、品質の予測精度を向上させることが可能となる。 The above input information may further include at least one of the following: information indicating the mix design conditions for the concrete material, and information indicating the conditions or state of the concrete material during mixing in the mixer. Mix design conditions and the conditions or state during mixing affect the quality of the ready-mix concrete. Further use of information indicating mix design conditions, etc., makes it possible to improve the accuracy of quality prediction.
上記品質予測方法は、予測モデルを構築するモデル構築工程を更に含んでもよい。モデル構築工程は、ミキサによって製造されたテスト用の生コンクリートの落下又は流下に起因した振動の大きさを示す学習用の振動情報を含む学習用の入力情報と、学習用の入力情報に対応付けられたテスト用の生コンクリートの品質を示す実績情報と、を準備する工程と、学習用の入力情報と実績情報とに基づくニューラルネットワークを用いた機械学習により予測モデルを構築する工程と、を含んでもよい。この場合、入力情報に対応付けられた実績情報に基づくニューラルネットワークを用いた機械学習によってモデルが構築されるので、モデルによる予測値を実測値に近づけることができる。従って、生コンクリートの品質を予測する際に予測精度を向上させることが可能となる。 The above quality prediction method may further include a model building step for constructing a prediction model. The model building step may include: preparing learning input information, including learning vibration information indicating the magnitude of vibrations caused by the dropping or flow of test ready-mix concrete produced by a mixer; actual performance information indicating the quality of the test ready-mix concrete associated with the learning input information; and constructing a prediction model using machine learning with a neural network based on the learning input information and the actual performance information. In this case, since the model is constructed using machine learning with a neural network based on the actual performance information associated with the input information, the predicted values from the model can be brought closer to the measured values. Therefore, it becomes possible to improve the prediction accuracy when predicting the quality of ready-mix concrete.
1…生コンクリートの製造システム、10…生コンクリートの製造装置、20…ミキサ、30…積込ホッパ、40…振動検出センサ、50…制御装置、66…動作データ取得部、70…振動データ算出部、72…品質予測部、74…モデル保持部、76…モデル構築部。 1…Ready-mix concrete manufacturing system, 10…Ready-mix concrete manufacturing equipment, 20…Mixer, 30…Loading hopper, 40…Vibration detection sensor, 50…Control device, 66…Operation data acquisition unit, 70…Vibration data calculation unit, 72…Quality prediction unit, 74…Model holding unit, 76…Model construction unit.
Claims (9)
前記入力情報の入力に応じて前記生コンクリートの空気量を示す品質情報を出力するように機械学習により予め構築された予測モデルと、前記取得工程において取得された前記入力情報とに基づいて、前記生コンクリートの空気量を予測する予測工程と、を含み、
前記振動情報は、前記ミキサの下方に配置され、前記生コンクリートを収容可能なホッパに対して前記ミキサから前記生コンクリートが排出された際の前記ホッパの振動の大きさを示す情報であり、
前記振動情報は、前記ミキサから前記ホッパに前記生コンクリートが排出された時点を含むように設定された評価期間における前記ホッパの加速度の移動平均値について、最大値、最小値、平均値、及び、標準偏差に基づく値から成る群から選択される少なくとも1つを算出した結果であり、
前記動作情報は、前記ミキサにより前記生コンクリートを製造する製造装置を動作させるための条件を示す条件情報、前記製造装置が実際に動作した際の装置又は材料の状態を示す状態情報、及び、前記製造装置の動作時の環境を示す環境情報のうちの少なくとも1種類の情報を含む、生コンクリートの品質予測方法。 An acquisition step that acquires input information including vibration information indicating the magnitude of vibration caused by the dropping or flow of ready-mixed concrete produced by a mixer for mixing concrete materials , and motion information ,
The system includes a predictive model pre-built by machine learning to output quality information indicating the air content of the ready-mixed concrete in response to the input of the aforementioned input information, and a prediction step that predicts the air content of the ready-mixed concrete based on the input information acquired in the acquisition step .
The vibration information is information indicating the magnitude of vibration of the hopper, which is located below the mixer and capable of containing the ready-mixed concrete, when the ready-mixed concrete is discharged from the mixer.
The vibration information is the result of calculating at least one value selected from the group consisting of the maximum value, minimum value, mean value, and standard deviation of the moving average value of the acceleration of the hopper during an evaluation period set to include the time when the ready-mixed concrete is discharged from the mixer to the hopper.
A method for predicting the quality of ready-mixed concrete, wherein the operation information includes at least one type of information from among condition information indicating the conditions for operating a manufacturing apparatus that produces the ready-mixed concrete using the mixer, state information indicating the state of the apparatus or materials when the manufacturing apparatus is actually in operation, and environmental information indicating the environment when the manufacturing apparatus is in operation .
所定のデータ取得期間に得られる前記ホッパの加速度の時系列データにおいて、前記ホッパの側壁に交差する方向又は前記ホッパの側壁に沿った方向における前記ホッパの加速度の絶対値が最大となる時刻を、基準時刻として算出する工程と、
前記データ取得期間のうち、前記基準時刻よりも前の時刻から、前記基準時刻よりも後の時刻までの期間を前記評価期間に設定する工程と、を含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の生コンクリートの品質予測方法。 The acquisition process described above is:
A step of calculating, as a reference time, the time at which the absolute value of the acceleration of the hopper is maximum in the time-series data of the acceleration of the hopper obtained during a predetermined data acquisition period, in a direction intersecting the side wall of the hopper or in a direction along the side wall of the hopper;
A method for predicting the quality of ready-mixed concrete according to any one of claims 1 to 4, comprising the step of setting the period from a time before the reference time to a time after the reference time within the data acquisition period as the evaluation period.
前記モデル構築工程は、
前記ミキサによって製造されたテスト用の生コンクリートの落下又は流下に起因した振動の大きさを示す学習用の振動情報を含む学習用の入力情報と、前記学習用の入力情報に対応付けられた前記テスト用の生コンクリートの空気量を示す実績情報と、を準備する工程と、
前記学習用の入力情報と前記実績情報とに基づくニューラルネットワークを用いた機械学習により前記予測モデルを構築する工程と、を含む、請求項1~6のいずれか一項に記載の生コンクリートの品質予測方法。 The process further includes a model building step for constructing the aforementioned prediction model,
The aforementioned model building process is:
A step of preparing learning input information including learning vibration information indicating the magnitude of vibration caused by the dropping or flow of test ready-mixed concrete produced by the mixer, and actual information indicating the amount of air in the test ready-mixed concrete associated with the learning input information,
A method for predicting the quality of ready-mixed concrete according to any one of claims 1 to 6 , comprising the step of constructing the prediction model by machine learning using a neural network based on the input information for learning and the performance information.
前記練混ぜ工程において製造された生コンクリートの落下又は流下に起因した振動の大きさを示す振動情報と、動作情報と、を含む入力情報を取得する取得工程と、
前記入力情報の入力に応じて前記生コンクリートの空気量を示す品質情報を出力するように機械学習により予め構築された予測モデルと、前記取得工程において取得された前記入力情報とに基づいて、前記生コンクリートの空気量を予測する予測工程と、を含み、
前記振動情報は、前記ミキサの下方に配置され、前記生コンクリートを収容可能なホッパに対して前記ミキサから前記生コンクリートが排出された際の前記ホッパの振動の大きさを示す情報であり、
前記振動情報は、前記ミキサから前記ホッパに前記生コンクリートが排出された時点を含むように設定された評価期間における前記ホッパの加速度の移動平均値について、最大値、最小値、平均値、及び、標準偏差に基づく値から成る群から選択される少なくとも1つを算出した結果であり、
前記動作情報は、前記ミキサにより前記生コンクリートを製造する製造装置を動作させるための条件を示す条件情報、前記製造装置が実際に動作した際の装置又は材料の状態を示す状態情報、及び、前記製造装置の動作時の環境を示す環境情報のうちの少なくとも1種類の情報を含む、生コンクリートの製造方法。 The mixing process involves mixing concrete materials in a mixer,
An acquisition step that acquires input information including vibration information indicating the magnitude of vibration caused by the dropping or flow of the ready-mixed concrete produced in the mixing step , and motion information .
The system includes a predictive model pre-built by machine learning to output quality information indicating the air content of the ready-mixed concrete in response to the input of the aforementioned input information, and a prediction step that predicts the air content of the ready-mixed concrete based on the input information acquired in the acquisition step .
The vibration information is information indicating the magnitude of vibration of the hopper, which is located below the mixer and capable of containing the ready-mixed concrete, when the ready-mixed concrete is discharged from the mixer.
The vibration information is the result of calculating at least one value selected from the group consisting of the maximum value, minimum value, mean value, and standard deviation of the moving average value of the acceleration of the hopper during an evaluation period set to include the time when the ready-mixed concrete is discharged from the mixer to the hopper.
A method for manufacturing ready-mixed concrete, wherein the operation information includes at least one of the following types of information: condition information indicating the conditions for operating a manufacturing apparatus that manufactures ready-mixed concrete using the mixer; state information indicating the state of the apparatus or materials when the manufacturing apparatus is actually in operation; and environmental information indicating the environment when the manufacturing apparatus is in operation.
前記生コンクリートの落下又は流下に起因した振動の大きさを検出するセンサと、
少なくとも前記センサによる検出結果に基づいて、前記振動の大きさを示す振動情報と、動作情報と、を含む入力情報を取得する情報取得部と、
前記入力情報の入力に応じて前記生コンクリートの空気量を示す品質情報を出力するように機械学習により予め構築された予測モデルを記憶するモデル保持部と、
前記モデル保持部により記憶された前記予測モデルと、前記情報取得部により取得された前記入力情報とに基づいて、前記生コンクリートの空気量を予測する品質予測部と、を備え、
前記振動情報は、前記ホッパに対して前記ミキサから前記生コンクリートが排出された際の前記ホッパの振動の大きさを示す情報であり、
前記振動情報は、前記ミキサから前記ホッパに前記生コンクリートが排出された時点を含むように設定された評価期間における前記ホッパの加速度の移動平均値について、最大値、最小値、平均値、及び、標準偏差に基づく値から成る群から選択される少なくとも1つを算出した結果であり、
前記動作情報は、前記製造装置を動作させるための条件を示す条件情報、前記製造装置が実際に動作した際の装置又は材料の状態を示す状態情報、及び、前記製造装置の動作時の環境を示す環境情報のうちの少なくとも1種類の情報を含む、生コンクリートの製造システム。
A manufacturing apparatus comprising a mixer for mixing concrete materials, and a hopper positioned below the mixer and capable of containing the ready-mixed concrete produced in the mixer,
A sensor for detecting the magnitude of vibrations caused by the falling or flow of the ready-mixed concrete,
An information acquisition unit that acquires input information including vibration information indicating the magnitude of the vibration and operation information , based at least on the detection results from the sensor,
A model holding unit stores a predictive model that has been pre-built using machine learning to output quality information indicating the air content of the ready-mixed concrete in response to the input of the aforementioned input information.
The system includes a quality prediction unit that predicts the air content of the fresh concrete based on the prediction model stored by the model holding unit and the input information acquired by the information acquisition unit ,
The vibration information is information indicating the magnitude of vibration of the hopper when the ready-mixed concrete is discharged from the mixer to the hopper.
The vibration information is the result of calculating at least one value selected from the group consisting of the maximum value, minimum value, mean value, and standard deviation of the moving average value of the acceleration of the hopper during an evaluation period set to include the time when the ready-mixed concrete is discharged from the mixer to the hopper.
A ready-mix concrete manufacturing system, wherein the operation information includes at least one type of information from among condition information indicating the conditions for operating the manufacturing apparatus, state information indicating the state of the apparatus or materials when the manufacturing apparatus is actually operating, and environmental information indicating the environment when the manufacturing apparatus is operating .
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