JP7847195B2 - Method for predicting the quality of ready-mixed concrete, quality prediction program, and ready-mixed concrete quality prediction device. - Google Patents
Method for predicting the quality of ready-mixed concrete, quality prediction program, and ready-mixed concrete quality prediction device.Info
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Description
本開示は、生コンクリートの品質予測方法、品質予測プログラム、及び、生コンクリートの品質予測装置に関する。 This disclosure relates to a method for predicting the quality of ready-mixed concrete, a quality prediction program, and a quality prediction device for ready-mixed concrete.
特許文献1には、予測モデルを用いて、生コンクリートの品質を予測するための方法が開示されている。 Patent Document 1 discloses a method for predicting the quality of ready-mixed concrete using a predictive model.
本開示は、予測モデルを用いた品質予測を行う場合において、品質予測に伴う作業の煩雑化を避けつつ、品質の予測精度を向上させることができる生コンクリートの品質予測方法、品質予測プログラム、及び、生コンクリートの品質予測装置を提供する。 This disclosure provides a method, program, and apparatus for predicting the quality of ready-mixed concrete, which can improve the accuracy of quality prediction while avoiding the complexity of the work involved in quality prediction when using a predictive model.
[1]コンクリート材料の練混ぜによる生コンクリートの製造又は生コンクリートの攪拌を行うミキサの電力負荷値、生コンクリートの落下又は流下に起因した振動、及び、生コンクリートの画像のうちの少なくとも1つに係る第1情報、及び、生コンクリートの使用時における目標品質に係る第2情報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、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、生コンクリートの品質を予測する予測工程と、を含む、生コンクリートの品質予測方法。 [1] A method for predicting the quality of ready-mixed concrete, comprising: an acquisition step of acquiring input information including first information relating to at least one of the following: the power load value of a mixer used to manufacture ready-mixed concrete by mixing concrete materials or to agitating ready-mixed concrete; vibrations caused by the dropping or flow of ready-mixed concrete; and an image of the ready-mixed concrete; and second information relating to the target quality when the ready-mixed concrete is used; a prediction model pre-constructed by machine learning to output quality information indicating the quality of the ready-mixed concrete in response to the input information; and a prediction step of predicting the quality of the ready-mixed concrete based on the input information acquired in the acquisition step.
[2]生コンクリートの品質は、スランプ、スランプフロー、及び空気量のうちの1種以上の品質を含む、上記[1]に記載の生コンクリートの品質予測方法。 [2] A method for predicting the quality of ready-mixed concrete as described in [1] above, wherein the quality of ready-mixed concrete includes one or more of the following qualities: slump, slump flow, and air content.
[3]生コンクリートの品質は、スランプ、スランプフロー、及び空気量のうちの2種以上の品質を含み、前記予測モデルは、前記入力情報の入力に応じて、前記2種以上の品質を出力するように構築されている、上記[2]に記載の生コンクリートの品質予測方法。 [3] The ready-mix concrete quality prediction method described in [2] above, wherein the quality of ready-mix concrete includes two or more qualities from slump, slump flow, and air content, and the prediction model is constructed to output the two or more qualities in response to the input information.
[4]前記予測モデルは、前記入力情報を正規化する演算と、全結合層における一部の結合を欠損させる演算とを行わないニューラルネットワークを用いた機械学習により構築されている、上記[1]~[3]のいずれか1つに記載の生コンクリートの品質予測方法。 [4] The method for predicting the quality of ready-mixed concrete according to any one of [1] to [3] above, wherein the prediction model is constructed by machine learning using a neural network that does not perform operations to normalize the input information or operations to remove some connections in the fully connected layer.
[5]前記第2情報は、生コンクリートの使用時における目標品質を示す情報に加えて、生コンクリートの出荷時における目標品質を示す情報を含む、上記[1]~[4]のいずれか1つに記載の生コンクリートの品質予測方法。 [5] The method for predicting the quality of ready-mixed concrete according to any one of [1] to [4] above, wherein the second information includes information indicating the target quality of the ready-mixed concrete at the time of use, as well as information indicating the target quality of the ready-mixed concrete at the time of shipment.
[6]前記予測モデルは、ニューラルネットワークを用いた機械学習により構築されており、前記予測モデルを構築する際のニューラルネットワークを用いた機械学習では、重みの更新式として、Adam、AdamBelief、Adamax、AdaBound、Adagrad、AMSGRAD、AMSBound、RMSprop、SgdW、Momentum、及び、Nesterovから成る群から選択された1つが利用されている、上記[1]~[5]のいずれか1つに記載の生コンクリートの品質予測方法。 [6] The method for predicting the quality of ready-mixed concrete according to any one of [1] to [5] above, wherein the prediction model is constructed by machine learning using a neural network, and in the machine learning using the neural network when constructing the prediction model, one selected from the group consisting of Adam, AdamBelief, Adamax, AdaBound, Adagrad, AMSGRAD, AMSBound, RMSprop, SgdW, Momentum, and Nesterov is used as the weight update formula.
[7]前記予測モデルは、ニューラルネットワークを用いた機械学習により構築されており、前記予測モデルを構築する際のニューラルネットワークを用いた機械学習では、損失関数として、損失値L(a)が常に誤差aの絶対値以下になる関数が利用されている、上記[1]~[6]のいずれか1つに記載の生コンクリートの品質予測方法。 [7] The method for predicting the quality of ready-mixed concrete according to any one of [1] to [6] above, wherein the prediction model is constructed using machine learning with a neural network, and in the machine learning using the neural network used to construct the prediction model, a function is used as the loss function such that the loss value L(a) is always less than or equal to the absolute value of the error a.
[8]上記[1]~[7]のいずれか1つに記載の生コンクリートの品質予測方法をコンピュータに実行させる品質予測プログラム。 [8] A quality prediction program that causes a computer to execute one of the ready-mix concrete quality prediction methods described in any one of [1] to [7] above.
[9]コンクリート材料の練混ぜによる生コンクリートの製造又は生コンクリートの攪拌を行うミキサの電力負荷値、生コンクリートの落下又は流下に起因した振動、及び、生コンクリートの画像のうちの少なくとも1つに係る第1情報、及び、生コンクリートの使用時における目標品質に係る第2情報を含む入力情報を取得する入力情報取得部と、前記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、前記入力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、生コンクリートの品質を予測する予測演算部と、を備える、生コンクリートの品質予測装置。 [9] A ready-mix concrete quality prediction device comprising: an input information acquisition unit that acquires input information including first information relating to at least one of the following: the power load value of a mixer used to produce ready-mix concrete by mixing concrete materials or to agitating ready-mix concrete; vibrations caused by the dropping or flow of ready-mix concrete; and an image of ready-mix concrete; and second information relating to the target quality when using ready-mix concrete; a prediction model pre-built by machine learning to output quality information indicating the quality of ready-mix concrete in response to the input information; and a prediction calculation unit that predicts the quality of ready-mix concrete based on the input information acquired by the input information acquisition unit.
本開示によれば、予測モデルを用いた品質予測を行う場合において、品質予測に伴う作業の煩雑化を避けつつ、品質の予測精度を向上させることができる生コンクリートの品質予測方法、品質予測プログラム、及び、生コンクリートの品質予測装置が提供される。 This disclosure provides a method, program, and apparatus for predicting the quality of ready-mixed concrete, which can improve the accuracy of quality prediction while avoiding the complexity of the work involved in quality prediction when using a predictive model.
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。図1には、一実施形態に係る品質予測装置を備え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。 The following describes one embodiment with reference to the drawings. In this description, identical elements or elements with the same function are denoted by the same reference numerals, and redundant explanations are omitted. Figure 1 schematically shows a ready-mix concrete manufacturing system equipped with a quality prediction device according to one embodiment.
[生コンクリートの製造システム]
最初に、生コンクリートの製造システムについて、その概要を説明する。図1に示される製造システム1は、生コンクリート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練り混ぜて、生コンクリートを製造する。
[Ready-mix concrete manufacturing system]
First, we will explain the overview of the ready-mix concrete manufacturing system. Manufacturing system 1, shown in Figure 1, is a system for manufacturing ready-mix concrete. Manufacturing system 1 produces ready-mix concrete by mixing concrete materials.
製造システム1において用いられるコンクリート材料は、セメント、混和材、粗骨材、細骨材、水、及び混和剤等を含む。粗骨材としては、例えば、砂利、砕石、スラグ粗骨材、軽量粗骨材、再生粗骨材、回収骨材、又はこれらを混合した粗骨材が挙げられる。砂利は、山砂利、陸砂利、川砂利、又は海砂利などである。スラグ粗骨材は、高炉スラグ骨材、フェロニッケルスラグ骨材、電気炉酸化スラグ骨材、又は石炭ガス化スラグ骨材などである。軽量粗骨材は、天然軽量骨材、副産軽量骨材、又は人工軽量骨材などである。粗骨材は、砕岩砕石、又は石灰砕石を含んでもよい。 The concrete materials used in manufacturing system 1 include cement, admixtures, coarse aggregate, fine aggregate, water, and other admixtures. Examples of coarse aggregate include gravel, crushed stone, slag coarse aggregate, lightweight coarse aggregate, recycled coarse aggregate, recovered aggregate, or coarse aggregates mixed therewith. Gravel can be mountain gravel, land gravel, river gravel, or sea gravel. Slag coarse aggregate can be blast furnace slag aggregate, ferronickel slag aggregate, electric furnace oxidized slag aggregate, or coal gasification slag aggregate. Lightweight coarse aggregate can be natural lightweight aggregate, by-product lightweight aggregate, or artificial lightweight aggregate. Coarse aggregate may also include crushed rock or limestone.
細骨材としては、例えば、砂、砕砂、スラグ細骨材、軽量細骨材、再生細骨材、回収骨材、又はこれらを混合した細骨材が挙げられる。砂は、山砂、陸砂、川砂、又は海砂などである。スラグ細骨材は、高炉スラグ骨材、フェロニッケルスラグ骨材、銅スラグ骨材、電気炉酸化スラグ骨材、又は石炭ガス化スラグ骨材などである。軽量細骨材は、天然軽量骨材、副産軽量骨材、又は人工軽量骨材などである。 Examples of fine aggregates include sand, crushed sand, slag aggregate, lightweight aggregate, recycled aggregate, recovered aggregate, or mixtures thereof. Sand can be mountain sand, land sand, river sand, or sea sand. Slag aggregates include blast furnace slag aggregate, ferronickel slag aggregate, copper slag aggregate, electric furnace oxidized slag aggregate, or coal gasification slag aggregate. Lightweight aggregates include natural lightweight aggregate, by-product lightweight aggregate, or artificial lightweight aggregate.
砕石、及び砕砂の岩種には、例えば、火成岩類、堆積岩類、変成岩類、珪石、石灰岩、ドマロイト、又はかんらん岩などがある。火成岩類は、花崗岩、閃緑岩、斑れい岩、ひん岩、輝緑岩、流紋岩、安山岩、玄武岩、又は蛇紋岩などである。堆積岩類は、礫岩、砂岩、頁岩、粘板岩、又は凝灰岩などである。変成岩類は、片麻岩、又は結晶片岩などである。 Crushed stone and crushed sand can be made from various rock types, including igneous rocks, sedimentary rocks, metamorphic rocks, silica, limestone, domaloyte, or peridotite. Igneous rocks include granite, diorite, gabbro, porphyry, diorite, rhyolite, andesite, basalt, or serpentinite. Sedimentary rocks include conglomerate, sandstone, shale, slate, or tuff. Metamorphic rocks include gneiss or schist.
製造システム1は、製造した生コンクリートを運搬車200に積み込む。運搬車200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200としては、例えば、アジテータ車(ミキサ車)、又は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。例えば、製造システム1のオペレータが、現場ごとに設定された目標品質を満たすようにコンクリート材料の配合を決定し、製造システム1に対して動作指示を入力する。 The manufacturing system 1 loads the manufactured ready-mix concrete onto a transport vehicle 200. After loading, the transport vehicle 200 transports the ready-mix concrete to the site where it will be used (e.g., a construction site). Examples of transport vehicles 200 include agitator trucks (mixer trucks) or dump trucks. The manufacturing system 1 may also manufacture ready-mix concrete from concrete materials to meet the target quality (required quality) set for each site. For example, the operator of the manufacturing system 1 determines the concrete material mix to meet the target quality set for each site and inputs operation instructions to the manufacturing system 1.
現場ごとに設定された目標品質は、製造システム1で製造され、出荷される前の(出荷時点での)生コンクリートの品質とは異なっている。例えば、製造システム1においては、現場ごとに設定された目標品質が満たされるように、製造システム1で製造され、出荷される前の生コンクリートの品質の管理(検査等)が行われる。本開示では、現場ごとに設定された目標品質のことを「生コンクリートの使用時における目標品質」という。生コンクリートの使用時とは、現場において生コンクリートを受け入れる時に相当する。生コンクリートの使用時における目標品質については、例えば、下記の(1)~(3)のように設定される。 The target quality set for each site differs from the quality of the ready-mixed concrete manufactured in Manufacturing System 1 and before shipment (at the time of shipment). For example, in Manufacturing System 1, quality control (inspection, etc.) is performed on the ready-mixed concrete manufactured in Manufacturing System 1 and before shipment to ensure that the target quality set for each site is met. In this disclosure, the target quality set for each site is referred to as the "target quality at the time of use of the ready-mixed concrete." "At the time of use of the ready-mixed concrete" refers to the time when the ready-mixed concrete is received at the site. The target quality at the time of use of the ready-mixed concrete may be set as follows, for example, (1) to (3) below.
(1)日本産業規格(国家規格)
一例では、生コンクリートの使用時における目標品質は、スランプ、スランプフロー、及び空気量のうちの少なくとも1種の品質の目標値を含む。スランプ、スランプフロー、及び空気量に関する現場での目標値は、「JIS A 5308:2019(レディーミクストコンクリート)」又は「JIS A 5308:2024(レディーミクストコンクリート)」における「表1-レディーミクストコンクリートの種類及び区分」に従って、購入者又は発注者によって指定されてもよい。
(2)建築基準法(法律)
建築材料としては上記JISに規定される目標品質の他、建築基準法第37条第1項第2号において国土交通大臣の認定対象となる建築指定材料に関する目標品質が設定されていてもよい。JISに適合していない生コンクリートでも、国土交通大臣の認定を受けたものであれば建築物に使用することができる。これにより、上記JISに規定されていない目標品質(例えば、スランプが23cm、スランプフローが65cm、など)の生コンクリートを建築物(建築物の基礎、主要構造物、安全上、防火上又は衛生上重要な部分等)に使用することができる。
(3)学協会が定める基準
上述したJISに記載がない場合、生コンクリートの使用時における目標品質として、公益社団法人土木学会が制定する「コンクリート標準示方書」、一般社団法人日本建築学会が制定する「建築工事標準仕様書・同解説 JASS5 鉄筋コンクリート工事」といった各学会が定めた技術基準に基づいて目標品質が設定されてもよい。
なお、(1)に記載した「JIS A 5308:2019(レディーミクストコンクリート)」又は「JIS A 5308:2024(レディーミクストコンクリート)」は、建築基準法第37条第1項第1号にて規定される「国土交通大臣の指定する日本産業規格」に相当する。してみると、生コンクリートの使用時における目標品質に係る第2情報は、建築基準法第37条第1項第1号で規定された指定建築材料の目標品質であってもよい。あるいは、(2)に記載した同法第37条第1項第2号に規定される国土交通大臣の認定対象となる指定建築材料に関する目標品質であってもよい。また、(3)に記載した「コンクリート標準示方書」又は「建築工事標準仕様書・同解説 JASS5 鉄筋コンクリート工事」といった学協会が定める基準によって設定される目標品質であってもよい。
(1) Japanese Industrial Standards (National Standards)
For example, the target quality when using ready-mixed concrete includes target values for at least one of the following qualities: slump, slump flow, and air content. The on-site target values for slump, slump flow, and air content may be specified by the purchaser or ordering party in accordance with "Table 1 - Types and Classifications of Ready-Mixed Concrete" in "JIS A 5308:2019 (Ready-Mixed Concrete)" or "JIS A 5308:2024 (Ready-Mixed Concrete)".
(2) Building Standards Act (Law)
In addition to the target quality specified in the above-mentioned JIS standards, target quality may also be set for designated building materials subject to certification by the Minister of Land, Infrastructure, Transport and Tourism under Article 37, Paragraph 1, Item 2 of the Building Standards Act. Ready-mixed concrete that does not conform to the JIS standards can be used in buildings if it has been certified by the Minister of Land, Infrastructure, Transport and Tourism. This allows ready-mixed concrete with target quality not specified in the above-mentioned JIS standards (for example, slump of 23 cm, slump flow of 65 cm, etc.) to be used in buildings (foundations, main structures, parts that are important for safety, fire prevention, or sanitation, etc.).
(3) Standards set by academic societies If not specified in the JIS as described above, target quality for ready-mixed concrete may be set based on technical standards set by various academic societies, such as the "Standard Specifications for Concrete" established by the Japan Society of Civil Engineers and the "Standard Specifications for Building Construction and Commentary JASS 5 Reinforced Concrete Construction" established by the Architectural Institute of Japan.
Furthermore, the "JIS A 5308:2019 (Ready-Mixed Concrete)" or "JIS A 5308:2024 (Ready-Mixed Concrete)" described in (1) correspond to the "Japanese Industrial Standards designated by the Minister of Land, Infrastructure, Transport and Tourism" as stipulated in Article 37, Paragraph 1, Item 1 of the Building Standards Act. In that case, the second piece of information concerning the target quality when using ready-mixed concrete may be the target quality of the designated building material as stipulated in Article 37, Paragraph 1, Item 1 of the Building Standards Act. Alternatively, it may be the target quality of the designated building material subject to certification by the Minister of Land, Infrastructure, Transport and Tourism as stipulated in Article 37, Paragraph 1, Item 2 of the same Act, as described in (2). In addition, it may be the target quality set by standards established by academic societies such as the "Standard Specifications for Concrete" or "Standard Specifications for Building Construction and Commentary JASS 5 Reinforced Concrete Construction" described in (3).
出荷される前の生コンクリートの品質の管理のために、生コンクリートの使用時における目標品質に基づいて、生コンクリートの出荷時における目標品質が定められてもよい。生コンクリートの出荷時における目標品質は、工場ごとに定められた社内規格等によって設定されてもよい。生コンクリートの出荷時における目標品質の設定において、製造を行う際の使用材料の状態(品質)、季節(気温)、コンクリートの種類、使用時の目標品質、及び運搬時間のうちの少なくとも1つの情報が考慮されてもよい。生コンクリートの出荷時における目標品質は、例えば、生コンクリートの使用時における目標品質に社内規格で定めた値が加算されて設定される。 To control the quality of ready-mix concrete before shipment, a target quality at the time of shipment may be determined based on the target quality at the time of use. The target quality at the time of shipment may also be set according to internal standards established by each factory. In setting the target quality at the time of shipment, at least one of the following pieces of information may be considered: the condition (quality) of the materials used during manufacturing, the season (temperature), the type of concrete, the target quality at the time of use, and the transportation time. For example, the target quality at the time of shipment might be set by adding a value defined in the internal standards to the target quality at the time of use.
製造システム1は、例えば、製造装置100と、制御装置10と、を備える。製造装置100は、制御装置10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100は、コンクリート材料を練り混ぜて、生コンクリートを製造する。製造装置100は、例えば、材料置場101と、運搬装置104と、貯蔵瓶111と、計量瓶112と、集合ホッパ113と、ミキサ114と、積込ホッパ115と、を備える。 The manufacturing system 1 includes, for example, a manufacturing apparatus 100 and a control device 10. The manufacturing apparatus 100 is a device that manufactures ready-mixed concrete based on operation instructions from the control device 10. The manufacturing apparatus 100 mixes concrete materials to produce ready-mixed concrete. The manufacturing apparatus 100 includes, for example, a material storage area 101, a transport device 104, a storage jar 111, a measuring jar 112, a collection hopper 113, a mixer 114, and a loading hopper 115.
材料置場101は、コンクリート材料を貯蔵する場所である。材料置場101は、複数のサイロ102を含む。複数のサイロ102は、コンクリート材料の少なくとも一部を、材料の種類ごとに貯蔵する容器である。複数のサイロ102は、例えば、粗骨材を貯蔵するサイロ102と、細骨材を貯蔵するサイロ102と、セメントを貯蔵するサイロ102とを含む。 The material storage area 101 is a place for storing concrete materials. The material storage area 101 includes multiple silos 102. The multiple silos 102 are containers for storing at least a portion of the concrete materials, separated by material type. The multiple silos 102 include, for example, a silo 102 for storing coarse aggregate, a silo 102 for storing fine aggregate, and a silo 102 for storing cement.
運搬装置104は、複数のサイロ102に貯蔵されたコンクリート材料を、貯蔵瓶111まで運搬する装置である。運搬装置104は、例えば、コンクリート材料を搬送するベルトコンベアを含む。運搬装置104は、互いに異なるタイミングで、材料の種類ごとにコンクリート材料を運搬してもよい。一例では、制御装置10による動作指示に基づいて、各種コンクリート材料のうちの特定の材料が運搬装置104に移され、貯蔵瓶111まで搬送される。 The transport device 104 is a device that transports concrete materials stored in multiple silos 102 to storage jars 111. The transport device 104 includes, for example, a belt conveyor for transporting concrete materials. The transport device 104 may transport concrete materials of different types at different timings. In one example, based on operation instructions from the control device 10, a specific material from among the various concrete materials is transferred to the transport device 104 and transported to the storage jars 111.
貯蔵瓶111は、各種のコンクリート材料を一時的に貯蔵する。貯蔵瓶111には、材料置場101から、運搬装置104によって各種のコンクリート材料が運搬(搬送)される。貯蔵瓶111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、「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111に貯蔵されている各種材料は、必要に応じて計量瓶112に供給される。 The storage jar 111 temporarily stores various concrete materials. Various concrete materials are transported (conveyed) to the storage jar 111 from the material storage area 101 by the transport device 104. The storage jar 111 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 111 are supplied to the measuring jar 112 as needed.
計量瓶112は、貯蔵瓶111の下方に配置されている。計量瓶112は、制御装置10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112は、制御装置10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113に供給する。水が計量瓶112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113は、計量瓶112の下方に配置されている。集合ホッパ113は、計量瓶112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114に供給する。なお、製造装置100は集合ホッパ113を備えていなくてもよく、計量瓶112から各種材料がミキサ114に供給されてもよい。 The measuring bottle 112 is located below the storage bottle 111. The measuring bottle 112 operates based on operation instructions from the control device 10, individually measuring various materials. When the measuring bottle 112 detects the target amount of material instructed by the control device 10, it supplies that material to the collection hopper 113. When water is supplied to the measuring bottle 112, an admixture may be mixed into the water. The collection hopper 113 is located below the measuring bottle 112. The collection hopper 113 collects the various materials discharged from the measuring bottle 112 and supplies the collected materials to the mixer 114. Note that the manufacturing apparatus 100 does not necessarily have a collection hopper 113; the various materials may be supplied directly from the measuring bottle 112 to the mixer 114.
ミキサ114は、集合ホッパ113の下方に配置されている。ミキサ114は、コンクリート材料を練り混ぜる装置である。ミキサ114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する。すなわち、ミキサ114は、コンクリート材料の練混ぜにより生コンクリートの製造を行う。ミキサ114の底部から、生コンクリートが積込ホッパ115に排出される。ミキサ114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114は、例えば、2つの攪拌部材114aと、ミキサ駆動部114bと、を含む。 The mixer 114 is located below the collection hopper 113. The mixer 114 is a device for mixing concrete materials. The mixer 114 produces ready-mixed concrete by mixing aggregate, cement, water, and admixtures. In other words, the mixer 114 produces ready-mixed concrete by mixing concrete materials. The ready-mixed concrete is discharged from the bottom of the mixer 114 into the loading hopper 115. The mixer 114 may be a tilting mixer, a horizontal single-axis mixer, a horizontal double-axis mixer, or a pan-type mixer. The mixer 114 includes, for example, two stirring members 114a and a mixer drive unit 114b.
攪拌部材114aは、ミキサ114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114aは、ミキサ114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114a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114bは、制御装置10からの動作指示に基づいて、2つの攪拌部材114aそれぞれの回転軸を回転させる。ミキサ駆動部114bは、例えば、攪拌部材114aに駆動力を付与するモータ等の駆動源を含む。ミキサ114の本体部分の底部には、製造された生コンクリートを積込ホッパ115に排出するための開閉口が設けられている。 The stirring members 114a are components that stir the various materials supplied to the mixer 114. Two stirring members 114a are arranged side-by-side inside the main body (container) of the mixer 114 and are rotatably mounted. Each of the two stirring members 114a includes a rotation axis extending in one horizontal direction. The mixer drive unit 114b rotates the rotation axes of each of the two stirring members 114a based on operation instructions from the control device 10. The mixer drive unit 114b includes a drive source, such as a motor, that provides driving force to the stirring members 114a. An opening is provided at the bottom of the main body of the mixer 114 for discharging the manufactured ready-mixed concrete into the loading hopper 115.
積込ホッパ115は、ミキサ114の下方に配置されており、生コンクリートを一時的に収容する。積込ホッパ115は、一時的に収容した生コンクリートを運搬車200に供給する。 The loading hopper 115 is located below the mixer 114 and temporarily stores the ready-mix concrete. The loading hopper 115 then supplies the temporarily stored ready-mix concrete to the transport vehicle 200.
以上に説明した製造装置100は、生コンクリートの製造装置の一例であり、生コンクリートの製造装置は、ミキサによりコンクリート材料を練り混ぜて、生コンクリートを製造可能であれば、どのように構成されていてもよい。 The manufacturing apparatus 100 described above is just one example of a ready-mix concrete manufacturing apparatus. A ready-mix concrete manufacturing apparatus can be configured in any way as long as it can mix concrete materials using a mixer to produce ready-mix concrete.
本開示では、ミキサ114において1回の練混ぜによって製造され、運搬車200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。1バッチ分の生コンクリートを製造するための製造システム1が実行する処理を「バッチ処理」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200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200に積み込まれる場合、同じ製造条件に従った2回のバッチ処理が、互いに異なるタイミングで(順に)行われる。 In this disclosure, a unit of ready-mixed concrete produced in a single mixing cycle in the mixer 114 and loaded onto the transport vehicle 200 is defined as "one batch." The process performed by the manufacturing system 1 to produce one batch of ready-mixed concrete is defined as "batch processing." In one example, 1 to 3 batches of ready-mixed concrete are loaded onto one transport vehicle 200. For example, if 2 batches of ready-mixed concrete are loaded onto one transport vehicle 200, two batch processes, each following the same manufacturing conditions, are performed at different times (sequentially).
<制御装置(品質予測装置)>
制御装置10は、製造装置100を制御する装置である。制御装置10は、1つ又は複数のコンピュータによって構成される。制御装置10が複数のコンピュータで構成される場合、これらのコンピュータは、互いに通信可能に接続される。制御装置10は、設定された動作条件に従って製造装置100を制御する。動作条件の少なくとも一部は、作業員等のオペレータからの指示によって定められてもよい。
<Control device (quality prediction device)>
The control device 10 is a device that controls the manufacturing apparatus 100. The control device 10 is composed of one or more computers. If the control device 10 is composed of multiple computers, these computers are connected to each other so as to be able to communicate with each other. The control device 10 controls the manufacturing apparatus 100 according to the set operating conditions. At least a part of the operating conditions may be determined by instructions from an operator such as a worker.
制御装置10には、入力デバイス12とモニタ14とが接続されてもよい。入力デバイス12は、作業員等からの指示を示す情報を制御装置10に入力する機器である。入力デバイス12は、所望の情報を入力可能であればいかなるものであってもよく、キーボード(キーパッド)、操作パネル、又はマウスであってもよい。モニタ14は、制御装置10からの情報を作業員等に表示するためのデバイスである。モニタ14は、グラフィック表示が可能であればいかなるものであってもよく、液晶ディスプレイであってもよい。入力デバイス12及びモニタ14は、タッチパネルのように一体化されていてもよい。制御装置10、入力デバイス12、及びモニタ14は、タブレットコンピュータ(タブレット端末)のように一体化されていてもよい。 The control device 10 may be connected to an input device 12 and a monitor 14. The input device 12 is a device that inputs information indicating instructions from a worker or other user to the control device 10. The input device 12 can be any device capable of inputting desired information, and may be a keyboard (keypad), operation panel, or mouse. The monitor 14 is a device for displaying information from the control device 10 to a worker or other user. The monitor 14 can be any device capable of graphic display, and may be a liquid crystal display. The input device 12 and the monitor 14 may be integrated, such as a touch panel. The control device 10, input device 12, and monitor 14 may be integrated, such as a tablet computer (tablet terminal).
制御装置10は、製造装置100に対する制御に加えて、製造装置100によって製造された生コンクリートの品質を予測する機能を有してもよい。この場合、制御装置10が、生コンクリートの品質を予測する品質予測装置(生コンクリートの品質予測装置)を構成する。以下の説明において、制御装置10による予測対象の生コンクリートの品質は、製造装置100によって製造された後、且つ、現場に出荷される前の品質(すなわち、生コンクリートの出荷時における品質)である。 In addition to controlling the manufacturing apparatus 100, the control device 10 may also have a function to predict the quality of the ready-mixed concrete produced by the manufacturing apparatus 100. In this case, the control device 10 constitutes a quality prediction device (ready-mixed concrete quality prediction device) that predicts the quality of the ready-mixed concrete. In the following description, the quality of the ready-mixed concrete to be predicted by the control device 10 is the quality after it has been produced by the manufacturing apparatus 100 and before it is shipped to the site (i.e., the quality of the ready-mixed concrete at the time of shipment).
制御装置10による予測対象の生コンクリートの品質は、スランプ、スランプフロー、及び空気量のうちの1種以上の品質を含んでもよい。制御装置10による予測対象の生コンクリートの品質は、スランプ、スランプフロー、及び空気量のうちの2種以上の品質を含んでもよい。制御装置10による予測対象の生コンクリートの品質は、スランプ、スランプフロー、及び空気量のうちの1種の品質であってもよく、スランプ、スランプフロー、及び空気量のうちの2種以上の品質であってもよい。 The quality of the ready-mixed concrete predicted by the control device 10 may include one or more of the following qualities: slump, slump flow, and air content. The quality of the ready-mixed concrete predicted by the control device 10 may include two or more of the following qualities: slump, slump flow, and air content. The quality of the ready-mixed concrete predicted by the control device 10 may be one of the following qualities: slump, slump flow, and air content, or two or more of the following qualities: slump, slump flow, and air content.
制御装置10は、少なくとも、取得工程及び予測工程を実行するように構成されている。取得工程は、ミキサ114の電力負荷値に係る情報、及び、品質が予測される対象の(予測対象の)生コンクリートの使用時における目標品質に係る情報を含む入力情報を取得する工程である。予測工程は、上記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、上記取得工程において取得された入力情報とに基づいて、予測対象の生コンクリートの品質を予測する工程である。 The control device 10 is configured to perform at least an acquisition step and a prediction step. The acquisition step involves acquiring input information, including information related to the power load value of the mixer 114 and information related to the target quality of the ready-mixed concrete (the target of prediction) when it is used. The prediction step involves predicting 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 the input information, and the input information acquired in the acquisition step.
図2には、制御装置10が備える機能上の構成要素(以下、「機能ブロック」という。)の一例が示されている。制御装置10は、例えば、機能ブロックとして、動作制御部22と、動作情報取得部24と、目標品質情報取得部26と、モデル構築部30と、モデル保持部32と、予測演算部28と、表示出力部34と、を有する。これらの機能ブロックが実行する処理は、制御装置10が実行する処理に相当する。 Figure 2 shows an example of the functional components (hereinafter referred to as "functional blocks") of the control device 10. The control device 10 includes, for example, a motion control unit 22, a motion information acquisition unit 24, a target quality information acquisition unit 26, a model construction unit 30, a model holding unit 32, a prediction calculation unit 28, and a display output unit 34 as functional blocks. The processes executed by these functional blocks correspond to the processes executed by the control device 10.
動作制御部22は、予め定められた動作条件に従って、生コンクリートを製造するように製造装置100を制御する。上記動作条件の少なくとも一部は、生コンクリートの製造が実行される度に、作業員等のオペレータによって定められてもよい。動作制御部22は、ミキサ114のミキサ駆動部114bの回転速度が、動作条件において規定される目標回転速度に追従するように、ミキサ駆動部114bを制御してもよい。動作制御部22は、ミキサ駆動部114bを制御する際に、ミキサ駆動部114bに対して供給される電力(例えば、電流値)を調節してもよい。製造される生コンクリートが硬いと、電力負荷値は大きくなる傾向があり、製造される生コンクリートが柔らかいと、電力負荷値は小さくなる傾向がある。 The operation control unit 22 controls the manufacturing apparatus 100 to produce ready-mixed concrete according to predetermined operating conditions. At least a portion of these operating conditions may be determined by an operator, such as a worker, each time ready-mixed concrete is produced. The operation control unit 22 may also control the mixer drive unit 114b of the mixer 114 so that its rotational speed follows the target rotational speed specified in the operating conditions. When controlling the mixer drive unit 114b, the operation control unit 22 may also adjust the power (e.g., current value) supplied to the mixer drive unit 114b. The power load tends to be higher when the produced ready-mixed concrete is hard, and lower when the produced ready-mixed concrete is soft.
動作情報取得部24は、生コンクリートを製造した際の動作に関連する情報を取得する。動作情報取得部24は、ミキサ114の電力負荷値に係る情報(以下、「第1情報」という。)を取得する。ミキサ114の電力負荷値は、ミキサ114に供給される電力(kW)そのものを示す値であってもよく、ミキサ114に供給される電流値(A)を示す値であってもよい。あるいは、ミキサ114の電力負荷値は負荷油圧力(MPa)を示す値に代えられてもよい。ミキサ114の電力負荷値に係る情報は、1バッチ分の処理の間にミキサ114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、その時系列データから得られる統計量データであってもよい。 The operation information acquisition unit 24 acquires information related to the operation during the production of ready-mixed concrete. The operation information acquisition unit 24 acquires information related to the power load value of the mixer 114 (hereinafter referred to as "first information"). The power load value of the mixer 114 may be a value indicating the power (kW) supplied to the mixer 114 itself, or a value indicating the current value (A) supplied to the mixer 114. Alternatively, the power load value of the mixer 114 may be replaced with a value indicating the load oil pressure (MPa). The information related to the power load value of the mixer 114 may be continuous time-series data during the operation of the mixer 114 during the processing of one batch, or statistical data obtained from that time-series data.
図3には、1バッチ分の処理におけるミキサ114の電力負荷値に係る時系列データが模式的に示されている。電力負荷値に係る時系列データは、例えば、所定のサンプリング周期でミキサ114に供給される電力(kW)を繰り返し計測することで得られるデータである。動作情報取得部24は、統計量データとして、変動範囲(最大値と最小値との差分)、下降幅(最大値と終局値との差分)、任意に設定された時間内の合計値、平均値、標準偏差、変動係数、中央値、第一四分位点、第三四分位点、尖度、及び歪度から成る群から選択される少なくとも1種以上を算出(取得)してもよい。動作情報取得部24は、統計量データとして、上記群から選択される少なくとも1種以上に加えて、最小値及び最大値の少なくとも一方を算出してもよい。動作情報取得部24により取得される統計量データは、時系列データに含まれる2以上の電力負荷値を用いた演算から求まる統計値を含んでもよい。 Figure 3 schematically shows time-series data related to the power load value of mixer 114 during processing for one batch. The time-series data related to the power load value is obtained, for example, by repeatedly measuring the power (kW) supplied to mixer 114 at a predetermined sampling period. The operation information acquisition unit 24 may calculate (acquire) at least one of the following statistical values selected from the group consisting of the variation range (difference between maximum and minimum values), decrease (difference between maximum and ultimate values), total value within an arbitrarily set time, mean, standard deviation, coefficient of variation, median, first quartile, third quartile, kurtosis, and skewness. In addition to at least one of the above selected statistical values, the operation information acquisition unit 24 may also calculate at least one of the minimum and maximum values. The statistical data acquired by the operation information acquisition unit 24 may include statistical values obtained from calculations using two or more power load values included in the time-series data.
図3に示されるグラフにおいて、「P1」は、時系列データにおける初期値を表す。初期値P1は、時系列データにおいて、練混ぜ開始時点の電力負荷値である。「P2」は、時系列データにおける最小値を表す。最小値P2は、初期値P1が得られた時刻以降において、最小となる電力負荷値である。なお、練混ぜ開始時点の電力負荷値(初期値P1)が、最小となる場合もある。「P3」は、時系列データにおける最大値を表す。最大値P3は、初期値P1が得られた時刻よりも後において、最大となる電力負荷値である。「P4」は、時系列データにおける終局値を表す。終局値P4は、動作制御部22が、ミキサ114による練混ぜを終了させるための条件を満たすと判断した時点での電力負荷値である。動作制御部22は、例えば、攪拌部材114aの駆動を開始した時点から所定時間が経過した場合に、上記条件を満たすと判断して、攪拌部材114aの駆動を停止する。 In the graph shown in Figure 3, "P1" represents the initial value in the time-series data. The initial value P1 is the power load value at the start of mixing in the time-series data. "P2" represents the minimum value in the time-series data. The minimum value P2 is the minimum power load value after the time when the initial value P1 was obtained. Note that the power load value at the start of mixing (initial value P1) may also be the minimum. "P3" represents the maximum value in the time-series data. The maximum value P3 is the maximum power load value after the time when the initial value P1 was obtained. "P4" represents the ultimate value in the time-series data. The ultimate value P4 is the power load value at the point when the operation control unit 22 determines that the conditions for ending mixing by the mixer 114 have been met. For example, the operation control unit 22 determines that the above conditions are met when a predetermined time has elapsed since the start of driving the stirring member 114a, and stops driving the stirring member 114a.
目標品質情報取得部26は、生コンクリートの使用時における目標品質に係る情報(以下、「第2情報」という。)を取得する。制御装置10による予測対象の品質にスランプが含まれる場合、目標品質情報取得部26は、第2情報として、生コンクリートの使用時におけるスランプの目標値を示す情報を取得してもよい。制御装置10による予測対象の品質にスランプフローが含まれる場合、目標品質情報取得部26は、第2情報として、生コンクリートの使用時におけるスランプフローの目標値を示す情報を取得してもよい。制御装置10による予測対象の品質に空気量が含まれる場合、目標品質情報取得部26は、第2情報として、生コンクリートの使用時における空気量の目標値を示す情報を取得してもよい。目標品質情報取得部26は、第2情報として、生コンクリートの出荷時における目標品質を示す情報を更に取得してもよい。すなわち、第2情報には、生コンクリートの使用時における目標品質を示す情報に加えて、生コンクリートの出荷時における目標品質を示す情報が含まれてもよい。 The target quality information acquisition unit 26 acquires information related to the target quality of the ready-mixed concrete when it is used (hereinafter referred to as "second information"). If the quality predicted by the control device 10 includes slump, the target quality information acquisition unit 26 may acquire information indicating the target value of the slump when the ready-mixed concrete is used as second information. If the quality predicted by the control device 10 includes slump flow, the target quality information acquisition unit 26 may acquire information indicating the target value of the slump flow when the ready-mixed concrete is used as second information. If the quality predicted by the control device 10 includes air content, the target quality information acquisition unit 26 may acquire information indicating the target value of the air content when the ready-mixed concrete is used as second information. The target quality information acquisition unit 26 may further acquire information indicating the target quality of the ready-mixed concrete at the time of shipment as second information. That is, the second information may include information indicating the target quality of the ready-mixed concrete at the time of shipment in addition to information indicating the target quality of the ready-mixed concrete at the time of use.
目標品質情報取得部26は、例えば、作業員等のオペレータからの入力デバイス12を介した入力に基づいて、上記第2情報を取得する。一例では、目標品質情報取得部26は、製造対象の生コンクリートの製造に関する動作条件と共に、上記第2情報を取得する。目標品質情報取得部26は、制御装置10による品質予測を行うタイミングにおいて、作業員等のオペレータの入力デバイス12を介した入力に基づいて、上記第2情報を取得してもよい。以上の動作情報取得部24及び目標品質情報取得部26は、第1情報及び第2情報を含む入力情報を取得する入力情報取得部として機能する。 The target quality information acquisition unit 26 acquires the second information based, for example, on input from an operator such as a worker via the input device 12. In one example, the target quality information acquisition unit 26 acquires the second information along with the operating conditions related to the production of the ready-mixed concrete to be manufactured. The target quality information acquisition unit 26 may also acquire the second information based on input from an operator such as a worker via the input device 12 at the timing when the control device 10 performs quality prediction. The operation information acquisition unit 24 and the target quality information acquisition unit 26 function as input information acquisition units that acquire input information including the first and second information.
モデル構築部30は、生コンクリートの品質を予測するためのモデル(以下、「予測モデルM」と表記する。)を構築する。予測モデルMは、上記第1情報及び第2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(品質値)を出力するモデルである。モデル構築部30は、入力情報と、当該入力情報に対応付けられた品質の正解値とに基づく機械学習により、予測モデルMを構築する。予測モデルMは、品質情報として、スランプの予測値、スランプフローの予測値、及び、空気量の予測値のうちの1種以上の予測値を出力するように構築されてもよい。予測モデルMは、上記1種以上の予測値に代えて又は加えて、品質情報として、スランプに対するスランプフローの比(スランプフロー/スランプ)の予測値を出力するように構築されてもよい。 The model construction unit 30 constructs a model for predicting the quality of ready-mixed concrete (hereinafter referred to as "prediction model M"). Prediction model M is a model that outputs quality information (quality values) indicating the quality of ready-mixed concrete in response to input information including the first and second information described above. The model construction unit 30 constructs prediction model M using machine learning based on the input information and the correct quality values associated with that input information. Prediction model M may be constructed to output one or more predicted values as quality information, including predicted slump values, predicted slump flow values, and predicted air content values. Alternatively, prediction model M may be constructed to output a predicted value of the ratio of slump flow to slump (slump flow/slump) as quality information, either in lieu of or in addition to the above one or more predicted values.
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。予測モデルM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M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M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。ニューラルネットワークは、例えば、入力層と、1層又は複数層の中間層と、出力層とを有する。1以上の中間層を含むことでより複雑な予測モデルMを構築でき、予測精度を向上できる。 Machine learning is a method in which a machine (computer) autonomously discovers laws or rules by iteratively learning based on given information. A predictive model M can be constructed using algorithms and data structures. For example, a predictive model M 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 M is not particularly limited. A neural network, for example, has an input layer, one or more hidden layers, and an output layer. Including one or more hidden layers allows for the construction of more complex predictive models M, improving prediction accuracy.
モデル構築部30は、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(スランプ等の正解値)とを用いて機械学習を行うことで、生コンクリートの品質を予測するための予測モデルMを自律的に構築してもよい。機械学習の入力は、第1情報及び第2情報を含む入力情報の種々のデータセットである。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30は、入力情報のデータセット及びスランプ等の正解値の複数の組合せを用いて、スランプ等の予測値を出力するモデルを反復的に学習する。 The model building unit 30 may autonomously construct a predictive model M for predicting the quality of ready-mixed concrete by performing machine learning using the data provided as input to machine learning and the ground truth data (ground truth values such as slump) from the output of machine learning. The input to machine learning consists of various datasets of input information, including first and second information. The output of machine learning is data (numerical values) indicating the quality of ready-mixed concrete. The model building unit 30 iteratively learns a model that outputs predicted values such as slump using multiple combinations of the input information datasets and ground truth values such as slump.
予測モデルMを自律的に構築する段階は、学習フェーズに相当する。上記学習フェーズが、生コンクリートの製造を行う生産フェーズの前に行われてもよく、又は、生産フェーズの初期段階で行われてもよい。モデル保持部32は、モデル構築部30によって構築された予測モデルMを保持する。学習済みのモデルである予測モデルMは、コンピュータ間で転用可能であってもよい。従って、制御装置10において構築された予測モデルMが、製造システム1とは異なる他の製造システムで用いられてもよく、モデル保持部32は、他の製造システムで構築された予測モデルMを保持してもよい。 The stage of autonomously constructing the prediction model M corresponds to the learning phase. This learning phase may be performed before the production phase in which ready-mixed concrete is manufactured, or it may be performed in the early stages of the production phase. The model holding unit 32 holds the prediction model M constructed by the model construction unit 30. The learned prediction model M may be transferable between computers. Therefore, the prediction model M constructed in the control device 10 may be used in a manufacturing system different from the manufacturing system 1, and the model holding unit 32 may hold the prediction model M constructed in the other manufacturing system.
予測演算部28は、評価フェーズにおいて、動作情報取得部24及び目標品質情報取得部26(入力情報取得部)により取得された入力情報と、予測モデルMとに基づいて、予測対象の生コンクリートの品質を予測する。予測演算部28は、取得された入力情報を予測モデルMに入力し、予測モデルMから出力される予測値を取得する。評価フェーズにおいて取得される入力情報(評価用の入力情報)は、生コンクリートの品質が未知な情報である。 The prediction calculation unit 28 predicts the quality of the ready-mixed concrete to be predicted in the evaluation phase, based on the input information acquired by the operation information acquisition unit 24 and the target quality information acquisition unit 26 (input information acquisition unit), and the prediction model M. The prediction calculation unit 28 inputs the acquired input information into the prediction model M and obtains the predicted value output from the prediction model M. The input information acquired in the evaluation phase (input information for evaluation) is information where the quality of the ready-mixed concrete is unknown.
表示出力部34は、予測演算部28により予測された品質を示す情報(品質値)をモニタ14に出力する。これにより、モニタ14に品質の予測値が表示され、作業員等のオペレータが、予測対象の生コンクリート(製造された生コンクリート)の品質の予測値を把握できる。 The display output unit 34 outputs information (quality value) indicating the predicted quality calculated by the prediction calculation unit 28 to the monitor 14. This displays the predicted quality value on the monitor 14, allowing operators such as workers to understand the predicted quality value of the ready-mixed concrete being predicted (the manufactured ready-mixed concrete).
図4に示されるように、制御装置10は、回路50を備える。回路50は、プロセッサ51と、メモリ52と、ストレージ53と、入出力ポート54と、を有する。ストレージ53は、フラッシュメモリ、又はハードディスク等の1以上の不揮発性メモリデバイスにより構成されている。ストレージ53は、少なくとも、取得工程及び予測工程をコンピュータに実行させる品質予測プログラムを記憶している。ストレージ53は、制御装置10の各機能ブロックを構成するための品質予測プログラムを記憶する。 As shown in Figure 4, the control device 10 includes a circuit 50. The circuit 50 comprises a processor 51, a memory 52, a storage device 53, and an input/output port 54. The storage device 53 is composed of one or more non-volatile memory devices, such as flash memory or a hard disk. The storage device 53 stores at least a quality prediction program that causes the computer to execute the acquisition and prediction processes. The storage device 53 also stores quality prediction programs for configuring each functional block of the control device 10.
メモリ52は、例えばランダムアクセスメモリ等の1以上の揮発性メモリデバイスにより構成されている。メモリ52は、ストレージ53からロードされた品質予測プログラムを一時的に記憶する。プロセッサ51は、CPU(Central Processing Unit)又はGPU(Graphics Processing Unit)等の1以上の演算デバイスにより構成されている。プロセッサ51は、メモリ52にロードされた品質予測プログラムを実行することで、制御装置10の各機能ブロックを構成する。プロセッサ51による演算結果は一時的にメモリ52に格納される。入出力ポート54は、プロセッサ51からの要求に応じ、入力デバイス12、モニタ14、及びミキサ114等との間で情報の入出力を行う。 Memory 52 is composed of one or more volatile memory devices, such as random access memory. Memory 52 temporarily stores the quality prediction program loaded from storage 53. The processor 51 is composed of one or more computing devices, such as a CPU (Central Processing Unit) or a GPU (Graphics Processing Unit). The processor 51 executes the quality prediction program loaded into memory 52, thereby configuring each functional block of the control device 10. The calculation results from the processor 51 are temporarily stored in memory 52. The input/output port 54 performs information input and output between the input device 12, monitor 14, and mixer 114, etc., in response to requests from the processor 51.
タイマ55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50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50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。品質予測プログラムは、CD-ROM、DVD-ROM、又は半導体メモリなどの有形の記録媒体に固定的に記録された上で提供されてもよい。あるいは、品質予測プログラムは、搬送波に重畳されたデータ信号として通信ネットワークを介して提供されてもよい。 The timer 55 measures elapsed time, for example, by counting a reference pulse of a fixed period. Note that the circuit 50 is not necessarily limited to having each function configured by a program. For example, the circuit 50 may have at least some functions configured by a dedicated logic circuit or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) that integrates such circuits. The quality prediction program may be provided fixedly recorded on a tangible recording medium such as a CD-ROM, DVD-ROM, or semiconductor memory. Alternatively, the quality prediction program may be provided via a communication network as a data signal superimposed on a carrier wave.
[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、製造工程と、品質予測工程と、を含む。製造工程は、生コンクリートを製造する工程である。品質予測工程は、製造工程において製造された生コンクリートの品質を予測する工程である。製造工程が繰り返し実行されている期間の少なくとも一部と重複する期間において、品質予測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 manufacturing process and a quality prediction process. The manufacturing process is the process of manufacturing ready-mix concrete. The quality prediction process is the process of predicting the quality of the ready-mix concrete manufactured in the manufacturing process. The quality prediction process may be performed for a period that overlaps with at least a portion of the period during which the manufacturing process is repeatedly executed.
製造工程は、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。搬送工程では、運搬装置104によって、各種のコンクリート材料が貯蔵瓶111まで搬送されて、貯蔵瓶111に各種材料が個別に供給される。計量工程では、貯蔵瓶111から計量瓶112に各種材料が個別に供給され、計量瓶112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、計測量が所定の設定量に達した場合に、その材料が集合ホッパ113に排出される。投入工程では、集合ホッパ113に全ての種類の材料が集約された後に、集合ホッパ113内の材料がミキサ114に投入(供給)される。 The manufacturing process includes, for example, a conveying process, a weighing process, a loading process, a mixing process, a discharge process, and a loading process. In the conveying process, various concrete materials are conveyed to the storage jar 111 by the conveying device 104, and each material is supplied to the storage jar 111 individually. In the weighing process, each material is supplied individually from the storage jar 111 to the weighing jar 112, where it is weighed. In the weighing process, when the measured amount of each material reaches a predetermined set amount, that material is discharged into the collection hopper 113. In the loading process, after all types of materials have been collected in the collection hopper 113, the materials in the collection hopper 113 are loaded (supplied) into the mixer 114.
練混ぜ工程では、ミキサ114において複数種のコンクリート材料が練り混ぜられる。練混ぜ工程では、予め定められた動作条件に従って、制御装置10がミキサ駆動部114bを制御してもよい。練混ぜ工程において、ミキサ駆動部114bの回転速度が、目標の回転速度に追従するように、制御装置10からミキサ駆動部114bに対して供給される電力が調節されてもよい。 In the mixing process, multiple types of concrete materials are mixed in the mixer 114. During the mixing process, the control device 10 may control the mixer drive unit 114b according to predetermined operating conditions. During the mixing process, the power supplied from the control device 10 to the mixer drive unit 114b may be adjusted so that the rotational speed of the mixer drive unit 114b follows a target rotational speed.
排出工程では、ミキサ114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114から積込ホッパ115に生コンクリートが排出される。積込工程では、積込ホッパ115内に排出された生コンクリートが、運搬車200に積み込まれる。 In the discharge process, after the mixing of the concrete materials is completed in the mixer 114, the ready-mixed concrete is discharged from the mixer 114 to the loading hopper 115. In the loading process, the ready-mixed concrete discharged into the loading hopper 115 is loaded onto the transport vehicle 200.
品質予測工程(品質予測方法)は、学習フェーズでのモデル構築工程と、評価フェーズでの品質評価工程とを含む。品質予測工程において、モデル構築工程は、品質評価工程の前に実行される。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。 The quality prediction process (quality prediction method) includes a model building process in the learning phase and a quality evaluation process in the evaluation phase. In the quality prediction process, the model building process is performed before the quality evaluation process. Examples of the model building process and the quality evaluation process are described below.
(モデル構築工程)
図5(a)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、製造装置100での上記製造工程が実行される前、又は、上記製造工程が開始された初期段階において実行される。このモデル構築工程では、例えば、製造装置100において実際に製造された生コンクリートが、学習用の生コンクリートとして利用される。
(Model building process)
Figure 5(a) is a flowchart showing an example of a series of processes performed in the model building process. This model building process is performed before the manufacturing process is executed in the manufacturing apparatus 100, or in the initial stages after the manufacturing process has started. In this model building process, for example, the ready-mixed concrete actually produced in the manufacturing apparatus 100 is used as ready-mixed concrete for learning.
モデル構築工程では、最初にステップS11が実行される。ステップS11では、例えば、作業員等のオペレータによって、機械学習を行うための学習用のデータが準備される。学習用のデータは、複数のデータセットから構成される。複数のデータセットそれぞれでは、学習用の生コンクリートを製造した際に得られた上記第1情報及び上記第2情報を含む入力情報(学習用の入力情報)と、その入力情報に対応付けられた品質情報(例えば、スランプ)の正解値とが含まれる。 In the model building process, step S11 is executed first. In step S11, for example, an operator such as a worker prepares training data for machine learning. The training data consists of multiple datasets. Each of the multiple datasets contains input information (training input information) including the first and second information obtained when training ready-mix concrete was manufactured, and the correct values of quality information (e.g., slump) associated with that input information.
品質情報の正解値は、学習用の生コンクリートの品質を実測して得られる値であってもよい。一例では、学習用の生コンクリートが運搬車200に積み込まれた後、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計測され、これらの実測値の少なくとも一部が、学習用のデータにおける正解値として利用される。 The correct values for quality information may be obtained by actually measuring the quality of the ready-mixed concrete used for training. For example, after the ready-mixed concrete for training is loaded onto the transport vehicle 200, some of it is extracted by workers. The slump, slump flow, and air content of the extracted concrete are then measured by the workers, and at least some of these measured values are used as the correct values in the training data.
次に、ステップS12が実行される。ステップS12では、例えば、制御装置10のモデル構築部30が、ステップS11で準備された学習用のデータ(複数のデータセット)を用いて機械学習を行うことで、予測モデルMを構築する。モデル構築部30は、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Mを構築してもよい。 Next, step S12 is executed. In step S12, for example, the model building unit 30 of the control device 10 constructs a predictive model M by performing machine learning using the training data (multiple datasets) prepared in step S11. The model building unit 30 may construct the predictive model M using machine learning with a neural network.
図6(a)及び図6(b)のそれぞれには、モデル構築部30により構築される予測モデルMが模式的に示される。図6(a)に示される予測モデルMは、入力情報の入力に応じて、単一の品質予測値を出力するモデルである。図6(b)に示される予測モデルMは、入力情報の入力に応じて、2種以上の品質予測値を出力するモデルである。本開示では、予測モデルMが単一の品質予測値(1種類の品質の予測値のみ)を出力するように行う機械学習を、「シングルタスク学習」と称する。また、予測モデルMが、2種類以上の品質の予測値を出力するように行う機械学習を「マルチタスク学習」と称する。 Figures 6(a) and 6(b) schematically show the prediction model M constructed by the model building unit 30. The prediction model M shown in Figure 6(a) is a model that outputs a single quality prediction value in response to input information. The prediction model M shown in Figure 6(b) is a model that outputs two or more quality prediction values in response to input information. In this disclosure, machine learning performed so that the prediction model M outputs a single quality prediction value (only one type of quality prediction value) is referred to as "single-task learning." Furthermore, machine learning performed so that the prediction model M outputs two or more types of quality prediction values is referred to as "multi-task learning."
モデル構築部30は、シングルタスク学習を行って予測モデルMを構築してもよい。この場合、モデル構築部30は、品質の種類ごとに、予測モデルMを構築してもよい。例えば、モデル構築部30は、スランプの予測値を出力する予測モデルM、スランプフローの予測値を出力する予測モデルM、及び、空気量の予測値を出力する予測モデルMのうちの2以上のモデルを構築する。モデル構築部30は、マルチタスク学習を行って予測モデルMを構築してもよい。例えば、モデル構築部30は、スランプ、スランプフロー、及び空気量のうちの2種以上の品質それぞれの予測値を出力する予測モデルM(1つの予測モデルM)を構築する。モデル構築部30は、スランプ、スランプフロー、及び空気量のうちの1種以上の品質に加えて、スランプに対するスランプフローの比を出力する予測モデルM(1つの予測モデルM)を構築してもよい。 The model building unit 30 may construct a predictive model M by performing single-task learning. In this case, the model building unit 30 may construct a predictive model M for each type of quality. For example, the model building unit 30 may construct two or more models from among a predictive model M that outputs a predicted value for slump, a predictive model M that outputs a predicted value for slump flow, and a predictive model M that outputs a predicted value for air volume. The model building unit 30 may also construct a predictive model M by performing multi-task learning. For example, the model building unit 30 may construct a predictive model M (one predictive model M) that outputs predicted values for two or more types of quality from among slump, slump flow, and air volume. In addition to one or more types of quality from among slump, slump flow, and air volume, the model building unit 30 may also construct a predictive model M (one predictive model M) that outputs the ratio of slump flow to slump.
以下、予測モデルMの一例について、理解を容易にするために簡素化された数式を用いて説明する。モデル構築部30によって構築される予測モデルMは、例えば、次の式(1)及び式(2)のように簡易的に表すことができる。
式(2)において、Yは品質の出力値を表し、シングルタスク学習により構築された予測モデルMでは、単一の品質の出力値である。マルチタスク学習により構築された予測モデルMでは、Yは、2種類以上の品質のいずれか1つの品質の出力値であり、品質の種類ごとに、式(1)及び式(2)が演算される。Nは、2以上の整数であり、入力データの個数を表す。xは入力データに含まれる各種の入力値を表し、入力データは上記入力情報に対応しており、入力データには、少なくとも、第1情報に含まれる電力負荷値に係る値(例えば、2以上の統計量)、及び、第2情報に含まれる目標品質を示す値が含まれる。 In equation (2), Y represents the quality output value. In a predictive model M constructed by single-task learning, Y is the output value of a single quality. In a predictive model M constructed by multi-task learning, Y is the output value of one of two or more quality types, and equations (1) and (2) are calculated for each quality type. N is an integer greater than or equal to 2, representing the number of input data points. x represents various input values included in the input data. The input data corresponds to the above input information, and the input data includes at least values related to the power load value included in the first information (e.g., 2 or more statistics), and values indicating the target quality included in the second information.
wiは、重み(係数)であり、bは、バイアス項(係数)である。f(U)は、活性化関数を表す。活性化関数は、線形関数(恒等関数)、又は、多項式、絶対値、step関数、sigmoid関数、hardsigmoid関数、logsigmoid関数、softmax関数、logsoftmax関数、softmin関数、softplus関数、softsign関数、tanh関数、tanhShrink関数、hardtanh関数、tanhexp関数、ReLU関数、ReLU6関数、Leaky-ReLU関数、PReLU関数、ELU関数、SELU関数、CELU関数、Swith関数、Mish関数、ACON関数、などの非線形関数である。 wi is the weight (coefficient), and b is the bias term (coefficient). f(U) represents the activation function. The activation function can be a linear function (identity function), or a nonlinear function such as a polynomial, absolute value, step function, sigmoid function, hardsigmoid function, logsigmoid function, softmax function, logsoftmax function, softmin function, softplus function, softsine function, tanh function, tanhShrink function, hardtanh function, tanhexp function, ReLU function, ReLU6 function, Leaky-ReLU function, PReLU function, ELU function, SELU function, CELU function, Switch function, Mish function, ACON function, etc.
モデル構築部30は、学習用のデータを用いて、式(2)によって得られるY(予測値)と、品質の正解値との誤差及び損失値を評価することを繰り返して、誤差が最小化されるように、式(1)における重みwiとバイアス項bとを定めてもよい。モデル構築部30は、式(2)によって得られるY(予測モデルMを構築する途中段階での中間モデルからの出力値)と品質の正解値との誤差を評価する関数として、いずれの種類の損失関数を用いてもよい。モデル構築部30は、例えば、損失関数として、Huber損失関数(HuberLoss)、平均絶対誤差(MAE:Mean AbsoluteError)、及び、ε-許容損失関数(ε-insensitiveloss)から成る群から選択された1つを利用することができる。 The model building unit 30 may repeatedly evaluate the error and loss value between Y (predicted value) obtained by equation (2) and the correct quality value using training data, and determine the weight wi and bias term b in equation (1) so as to minimize the error. The model building unit 30 may use any type of loss function as the function for evaluating the error between Y (output value from an intermediate model during the construction of the prediction model M) obtained by equation (2) and the correct quality value. For example, the model building unit 30 can use one selected from the group consisting of Huber loss function (HuberLoss), Mean Absolute Error (MAE), and ε-insensitive loss function.
Huber損失関数は、例えば、次の式(3)のように表すことができる。ε-許容損失関数は、例えば、次の式(4)のように表すことができる。L(a)は、損失値であり、aは、予測値と正解値との誤差である。δ及びεは、任意に設定可能なパラメータであり、例えば、1.0のように設定される。
損失関数の役割を説明すると、予測値及び正解値を損失関数に入力し、予測値と正解値との誤差aから損失値L(a)を出力することにある。そして、損失値L(a)を用いて重みwiを計算する。
The Huber loss function can be expressed, for example, as shown in equation (3). The ε-tolerance loss function can be expressed, for example, as shown in equation (4). L(a) is the loss value, and a is the error between the predicted value and the correct value. δ and ε are arbitrarily set parameters, and can be set, for example, to 1.0.
The role of the loss function is to input the predicted value and the correct value into the loss function and output a loss value L(a) from the error 'a' between the predicted value and the correct value. Then, the weight wi is calculated using the loss value L(a).
図7には、各種の損失関数が例示されている。具体的には、図7には、Huber損失関数(δ=1.0)、平均絶対誤差、及び、ε-許容損失関数(ε=0.5)のそれぞれにおける誤差aと損失値L(a)との関係に加えて、平均二乗誤差(MSE:Mean Squared Error)における誤差aと損失値L(a)との関係が示されている。図7のグラフにおいて、横軸は誤差aであり、縦軸は損失値L(a)である。平均二乗誤差においては、誤差aが1を超えると、損失値L(a)が誤差aの絶対値よりも大きくなるのに対して、他の3つの損失関数では、損失値L(a)が誤差aの絶対値以下となる関係が、誤差aの値に関わらず成立している。予測精度を向上させる観点から、損失関数として、損失値L(a)が常に誤差aの絶対値以下になる関数を用いることが好ましい。損失値L(a)が常に誤差aの絶対値以下になる関数として、平均絶対誤差、又はε-許容損失関数が用いられてもよく。あるいは、Huber損失関数のδを1.0以下とすることで、損失値L(a)が常に誤差aの絶対値以下になる関数として用いることも可能である。 Figure 7 illustrates various loss functions. Specifically, Figure 7 shows the relationship between error a and loss value L(a) for the Huber loss function (δ = 1.0), mean absolute error, and ε-tolerant loss function (ε = 0.5), as well as the relationship between error a and loss value L(a) for mean squared error (MSE). In the graph of Figure 7, the horizontal axis represents error a, and the vertical axis represents loss value L(a). In mean squared error, when error a exceeds 1, the loss value L(a) becomes larger than the absolute value of error a, whereas for the other three loss functions, the relationship that loss value L(a) is less than or equal to the absolute value of error a holds regardless of the value of error a. From the viewpoint of improving prediction accuracy, it is preferable to use a loss function in which the loss value L(a) is always less than or equal to the absolute value of error a. Mean absolute error or ε-tolerant loss function may be used as a function in which the loss value L(a) is always less than or equal to the absolute value of error a. Alternatively, by setting the δ of the Huber loss function to 1.0 or less, it can be used as a function where the loss value L(a) is always less than or equal to the absolute value of the error a.
モデル構築部30は、損失関数で評価される誤差及び損失値が最小となるように、勾配法により重みwiを更新することを繰り返してもよい。モデル構築部30は、重みwiを更新する際に、いずれの種類の更新式(重みの更新式)を利用してもよい。モデル構築部30は、例えば、重みの更新式として、Adam、AdamBelief、Adamax、AdaBound、Adagrad、AMSGRAD、AMSBound、RMSprop、SgdW、Momentum、及び、Nesterovから成る群から選択された1つを利用する。重みの更新式は、最適化アルゴリズム、又は最適化手法とも称される。 The model building unit 30 may repeatedly update the weights wi using the gradient method so that the error and loss value evaluated by the loss function are minimized. The model building unit 30 may use any type of update formula (weight update formula) when updating the weights wi. For example, the model building unit 30 may use one selected from the group consisting of Adam, AdamBelief, Adamax, AdaBound, Adagrad, AMSGRAD, AMSBound, RMSprop, SgdW, Momentum, and Nesterov as the weight update formula. The weight update formula is also called an optimization algorithm or optimization method.
モデル構築部30は、入力情報を正規化する演算と、全結合層における一部の結合を欠損させる演算とを行わない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Mを構築してもよい。入力情報を正規化する演算とは、予測モデルMの入力となる入力情報に含まれる各値を、平均が0となり、標準偏差が1となるように正規化(標準化)する演算(Batch Normalization)を意味する。 The model building unit 30 may construct a prediction model M using machine learning with a neural network that does not perform operations to normalize the input information or operations to remove some connections in the fully connected layer. The operation to normalize the input information refers to an operation (Batch Normalization) that normalizes (standardizes) each value included in the input information that becomes the input to the prediction model M so that the mean is 0 and the standard deviation is 1.
全結合層における一部の結合を欠損させる演算とは、ニューラルネットワークを用いた機械学習を実行する際に、任意の割合のノードを不活性化させながら学習を行うこと(Dropout)を意味する。全結合層における一部の結合を欠損させた場合(Dropoutを行う場合)の予測モデルMの演算過程の様子が、図6(c)に模式的に示されている。なお、モデル構築部30は、入力情報を正規化する演算と、全結合層における一部の結合を欠損させる演算との少なくとも一方を行う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Mを構築してもよい。 The operation of deleting some connections in a fully connected layer refers to the process of performing machine learning using a neural network while deactivating an arbitrary percentage of nodes (dropout). Figure 6(c) schematically shows the calculation process of the prediction model M when some connections in the fully connected layer are deleted (when dropout is performed). The model construction unit 30 may also construct the prediction model M using machine learning with a neural network that performs at least one of the operations of normalizing the input information and deleting some connections in the fully connected layer.
図5(a)に戻り、ステップS12の実行後に、ステップS13が実行される。ステップS13では、例えば、モデル保持部32が、ステップS12で構築された予測モデルMを記憶する。以上により、モデル構築工程が終了する。 Returning to Figure 5(a), step S13 is executed after step S12. In step S13, for example, the model storage unit 32 stores the prediction model M constructed in step S12. This completes the model construction process.
(品質評価工程)
図5(b)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。この品質評価工程は、例えば、製造装置100による上記製造工程が実行されている期間の少なくとも一部と重複する期間において行われる。
(Quality evaluation process)
Figure 5(b) is a flowchart showing an example of a series of processes performed in the quality evaluation process. This quality evaluation process is performed, for example, during a period that overlaps with at least a portion of the period during which the above-mentioned manufacturing process is performed by the manufacturing apparatus 100.
品質評価工程では、最初に、制御装置10がステップS21を実行する。ステップS21では、例えば、制御装置10が、評価対象の生コンクリートの品質を評価するタイミングである評価タイミングとなるまで待機する。評価対象の生コンクリートは、製造装置100による製造対象の生コンクリートでもある。上記評価タイミングは、1日のうちのある時間帯に予め定められていてもよく、1日のうちのある何番目かのバッチ処理を実行するタイミングに予め定められていてもよい。上記評価タイミングは、作業員等のオペレータから、評価を実行する指示を受けたタイミングであってもよい。 In the quality evaluation process, the control device 10 first executes step S21. In step S21, for example, the control device 10 waits until the evaluation timing arrives, which is the time to evaluate the quality of the ready-mixed concrete to be evaluated. The ready-mixed concrete to be evaluated is also the ready-mixed concrete produced by the manufacturing equipment 100. The evaluation timing may be predetermined for a specific time period within the day, or it may be predetermined for the execution of a particular batch process within the day. The evaluation timing may also be the timing at which an operator, such as a worker, instructs the evaluation to be performed.
次に、制御装置10は、ステップS22を実行する。ステップS22では、例えば、動作情報取得部24及び目標品質情報取得部26が、評価対象の生コンクリートを製造した際の上記第1情報(電力負荷値に係る情報)及び上記第2情報(目標品質に係る情報)を含む入力情報を取得する。ステップS22で取得される入力情報は、品質情報(例えば、スランプ)が未知である評価用の入力情報である。 Next, the control device 10 executes step S22. In step S22, for example, the operation information acquisition unit 24 and the target quality information acquisition unit 26 acquire input information including the first information (information related to power load value) and the second information (information related to target quality) when the ready-mixed concrete to be evaluated was manufactured. The input information acquired in step S22 is evaluation input information where the quality information (e.g., slump) is unknown.
次に、制御装置10は、ステップS23を実行する。ステップS23では、例えば、予測演算部28が、ステップS22で取得された入力情報と、モデル保持部32に保持されている予測モデルMとに基づいて、評価対象の生コンクリートの品質情報を予測する。一例では、予測演算部28は、ステップS22で取得された入力情報を予測モデルMに入力して、予測モデルMから出力される、スランプ、スランプフロー、及び空気量のうちの1種以上の品質の予測値を取得する。 Next, the control device 10 executes step S23. In step S23, for example, the prediction calculation unit 28 predicts the quality information of the ready-mixed concrete to be evaluated based on the input information acquired in step S22 and the prediction model M held in the model holding unit 32. In one example, the prediction calculation unit 28 inputs the input information acquired in step S22 into the prediction model M and obtains predicted values for one or more quality parameters such as slump, slump flow, and air content, which are output from the prediction model M.
次に、制御装置10は、ステップS24を実行する。ステップS24では、例えば、表示出力部34が、ステップS23で取得された品質の予測値をモニタ14に表示させる。これにより、作業員等のオペレータが、品質の予測値を確認することができる。 Next, the control device 10 executes step S24. In step S24, for example, the display output unit 34 displays the predicted quality value obtained in step S23 on the monitor 14. This allows operators, such as workers, to confirm the predicted quality value.
以上により、品質評価工程が終了する。制御装置10は、1バッチ分の生コンクリートの製造が行われる度に(1回のバッチ処理ごとに)、ステップS21~S24の一連の処理を実行してもよい。制御装置10は、複数バッチ分の生コンクリートの製造が行われる度に(複数回のバッチ処理ごとに)、ステップS21~S24の一連の処理を実行してもよい。 The quality evaluation process is now complete. The control device 10 may execute the series of processes from steps S21 to S24 each time a batch of ready-mixed concrete is produced (for each batch process). Alternatively, the control device 10 may execute the series of processes from steps S21 to S24 each time multiple batches of ready-mixed concrete are produced (for each batch process).
[変形例]
図5(a)及び図5(b)に示される一連の処理は、一例であり適宜変更可能である。上記一連の処理において、1つのステップと次のステップとが並列に実行されてもよく、上述した例とは異なる順序で、いくつかのステップが実行されてもよい。上記一連の処理の少なくとも一部のステップに代えて、又は、上記一連の処理に加えて、上述した例とは異なる内容のステップが実行されてもよい。
[Variations]
The series of processes shown in Figures 5(a) and 5(b) are examples and can be modified as appropriate. In the above series of processes, one step and the next step may be executed in parallel, and some steps may be executed in a different order than the example above. In place of at least some of the steps in the above series of processes, or in addition to the above series of processes, steps with content different from the example above may be executed.
上記第1情報には、電力負荷値に係る時系列データにおける初期値、最小値、最大値、及び終局値のうちの少なくとも1つの値が含まれてもよい。制御装置10(入力情報取得部)によって取得され、予測モデルMの入力となる入力情報に、ミキサ114による練混ぜに係る情報(電力負荷値以外の情報)が含まれてもよい。練混ぜに係る情報として、例えば、1バッチ分のコンクリートの練混ぜ量、練混ぜ時間、電力負荷値が最大値に到達した時間、及び、電力負荷値が最大値に到達してから、ミキサ114から生コンクリートが排出されるまでの時間が挙げられる。予測モデルMの入力となる入力情報に、呼び強度、セメントの種類を示す情報、混和剤の種類を示す情報、細骨材の種類を示す情報、粗骨材の種類を示す情報、及び、添加剤の添加量を示す情報が含まれてもよい。 The first piece of information described above may include at least one of the initial, minimum, maximum, and final values in the time-series data related to the power load value. The input information acquired by the control device 10 (input information acquisition unit) and used as input to the prediction model M may include information related to mixing by the mixer 114 (information other than the power load value). Examples of information related to mixing include the amount of concrete mixed per batch, the mixing time, the time at which the power load value reached its maximum value, and the time from when the power load value reached its maximum value until the fresh concrete was discharged from the mixer 114. The input information used as input to the prediction model M may also include information indicating the specified strength, the type of cement, the type of admixture, the type of fine aggregate, the type of coarse aggregate, and the amount of additives added.
予測モデルMの入力となる入力情報に含まれる第1情報は、ミキサ114の電力負荷値に代えて、生コンクリートの落下又は流下に起因した振動に係る情報であってもよい。上記振動に係る情報は、ミキサ114からの生コンクリートの落下又は流下に起因した振動に係る情報であってもよい。図1に示されるように、製造システム1は、振動センサ18を備えてもよい。 The first piece of information included in the input information for the prediction model M may be information related to vibrations caused by the dropping or flow of ready-mixed concrete, instead of the power load value of the mixer 114. The vibration information may also be information related to vibrations caused by the dropping or flow of ready-mixed concrete from the mixer 114. As shown in Figure 1, the manufacturing system 1 may be equipped with a vibration sensor 18.
振動センサ18は、ミキサ114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。振動センサ18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。振動センサ18は、例えば、積込ホッパ115に取り付けられて積込ホッパ115の振動の大きさを検出する。振動センサ18は、積込ホッパ115のいずれかの側壁に設置されていてもよい。振動センサ18が設置された側壁に対して、ミキサ114から排出された生コンクリートが落下してもよい。 The vibration sensor 18 is a sensor that detects vibrations (magnitude of vibrations) caused by the dropping or flow of ready-mixed concrete produced by the mixer 114. Vibrations caused by dropping or flowing include vibrations caused by both the dropping and flowing of the ready-mixed concrete. The vibration sensor 18 may be capable of detecting the magnitude of vibrations in two or more directions caused by the dropping or flowing of the ready-mixed concrete. For example, the vibration sensor 18 is attached to the loading hopper 115 to detect the magnitude of vibrations in the loading hopper 115. The vibration sensor 18 may be installed on any side wall of the loading hopper 115. Ready-mixed concrete discharged from the mixer 114 may fall onto the side wall on which the vibration sensor 18 is installed.
振動センサ18は、積込ホッパ115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。振動センサ18は、例えば、積込ホッパ115の加速度を検出するセンサである。振動センサ18は、積込ホッパ115の側壁に沿い、且つ互いに直交する2方向それぞれでの加速度、及び、積込ホッパ115の側壁に直交する方向での加速度を検出してもよい。振動センサ18は、所定のサンプリング周期にて、各方向での加速度を検出してもよい。振動センサ18は、検出結果を示す情報を制御装置10に出力する。 The vibration sensor 18 can be of any type as long as it is capable of detecting the magnitude of vibration of the loading hopper 115. For example, the vibration sensor 18 is a sensor that detects the acceleration of the loading hopper 115. The vibration sensor 18 may detect acceleration in two mutually orthogonal directions along the side wall of the loading hopper 115, and acceleration in a direction perpendicular to the side wall of the loading hopper 115. The vibration sensor 18 may detect acceleration in each direction at a predetermined sampling period. The vibration sensor 18 outputs information indicating the detection results to the control device 10.
予測モデルMへの入力となる入力情報のうちの振動に係る情報は、積込ホッパ115に生コンクリートが排出された時点を含む期間(以下、「排出期間」という。)に得られた振動センサ18による検出値の時系列データであってもよい。振動に係る情報は、上記排出期間における時系列データに代えて、又は加えて、その時系列データから得られる統計量であってもよい。 The vibration-related information among the input information for the prediction model M may be time-series data of detection values obtained by the vibration sensor 18 during the period including the time when the ready-mix concrete was discharged into the loading hopper 115 (hereinafter referred to as the "discharge period"). Alternatively, the vibration-related information may be statistical quantities obtained from the time-series data obtained during the discharge period, either in addition to or instead of the time-series data.
予測モデルMの入力となる入力情報に含まれる第1情報は、ミキサ114の電力負荷値に代えて、生コンクリートの画像に係る情報であってもよい。生コンクリートの画像に係る情報は、製造装置100において製造中の生コンクリートを撮像して得られる画像に係る情報である。図1に示されるように、製造システム1は、画像センサ16を備えてもよい。 The first piece of information included in the input information for the prediction model M may be information relating to an image of the ready-mixed concrete, instead of the power load value of the mixer 114. The information relating to the image of the ready-mixed concrete is information relating to an image obtained by imaging the ready-mixed concrete being manufactured in the manufacturing apparatus 100. As shown in Figure 1, the manufacturing system 1 may be equipped with an image sensor 16.
画像センサ16は、製造中の生コンクリートを撮像するセンサ(カメラ)である。本開示において、製造装置100において製造中の生コンクリートを撮像することには、ミキサ114で製造された後の生コンクリートを撮像することに加えて、ミキサ114において製造中の生コンクリートを撮像することも含まれる。ミキサ114で製造された後の生コンクリートを撮像することには、積込ホッパ115内の生コンクリートを撮像することと、積込ホッパ115から運搬車200に投入されている途中の生コンクリートを撮像することと、が含まれる。画像センサ16の撮像によって得られる画像データは、静止画データ又は動画データのいずれであってもよい。画像センサ16は、制御装置10からの動作指示に基づいて、撮像を実行してもよい。画像センサ16は、撮像により得られた画像データを制御装置10に出力する。 The image sensor 16 is a sensor (camera) that images the ready-mixed concrete during manufacturing. In this disclosure, imaging the ready-mixed concrete during manufacturing in the manufacturing apparatus 100 includes imaging the ready-mixed concrete after it has been manufactured in the mixer 114, as well as imaging the ready-mixed concrete during manufacturing in the mixer 114. Imaging the ready-mixed concrete after it has been manufactured in the mixer 114 includes imaging the ready-mixed concrete in the loading hopper 115 and imaging the ready-mixed concrete being loaded from the loading hopper 115 into the transport vehicle 200. The image data obtained by imaging with the image sensor 16 may be either still image data or video data. The image sensor 16 may perform imaging based on operation instructions from the control device 10. The image sensor 16 outputs the image data obtained by imaging to the control device 10.
画像センサ16は、ミキサ114内で製造されている生コンクリートを撮像可能となるように配置されていてもよい。画像センサ16は、積込ホッパ115内の空間に収容されている生コンクリートを撮像可能となるように配置されていてもよい。画像センサ16は、ミキサ114又は積込ホッパ115において生コンクリートが跳ね返る可能性がある場合に、跳ね返った生コンクリートによる撮像への影響を受け難い位置に配置されてもよい。画像センサ16は、積込ホッパ115から排出されている生コンクリートを撮像可能となるように配置されていてもよい。製造システム1は、互いに異なる2箇所以上に設けられた2以上の画像センサ16を備えてもよい。 The image sensor 16 may be positioned to capture images of the ready-mixed concrete being produced in the mixer 114. The image sensor 16 may be positioned to capture images of the ready-mixed concrete contained in the space within the loading hopper 115. The image sensor 16 may be positioned in a location less susceptible to image interference from splashing ready-mixed concrete in the mixer 114 or loading hopper 115. The image sensor 16 may be positioned to capture images of the ready-mixed concrete being discharged from the loading hopper 115. The manufacturing system 1 may include two or more image sensors 16 located in two or more different locations.
制御装置10による生コンクリートの品質の予測に加えて、製造装置100において、定期的に(例えば、1日に数回)、生コンクリートの品質が実測されてもよい。この場合、生コンクリートの品質の実測値と、その実測値が得られた際の入力情報(例えば、電力負荷値に係る情報、又は、生コンクリートの画像)とに基づいて、予測モデルMが更新されてもよい。上記予測工程においては、更新後の予測モデルMによって、生コンクリートの品質が予測されてもよい。なお、更新後の予測モデルMが使用される場合であっても、予測モデルMと、上記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工程が行われることに変わりがない。 In addition to predicting the quality of the ready-mixed concrete by the control device 10, the manufacturing apparatus 100 may periodically (for example, several times a day) measure the quality of the ready-mixed concrete. In this case, the prediction model M may be updated based on the measured value of the ready-mixed concrete quality and the input information obtained at the time the measured value was acquired (for example, information related to the power load value, or an image of the ready-mixed concrete). In the prediction process described above, the quality of the ready-mixed concrete may be predicted using the updated prediction model M. Even when the updated prediction model M is used, the process of predicting the quality of the ready-mixed concrete based on the prediction model M and the input information acquired in the acquisition process described above remains unchanged.
制御装置10の入力情報取得部によって取得され、予測モデルMの入力となる入力情報に含まれる第1情報は、ミキサ114からの生コンクリートの落下又は流下に起因した振動、生コンクリートの画像、及び、ミキサ114の電力負荷値のうちの2種類以上に係る情報であってもよい。以上のように、制御装置10の入力情報取得部によって取得され、予測モデルMの入力となる入力情報に含まれる第1情報は、ミキサ114からの生コンクリートの落下又は流下に起因した振動、生コンクリートの画像、及び、ミキサ114の電力負荷値のうちの少なくとも1つに係る情報であってもよい。 The first information included in the input information acquired by the input information acquisition unit of the control device 10 and used as input to the prediction model M may be information relating to two or more of the following: vibrations caused by the dropping or flow of ready-mixed concrete from the mixer 114, images of the ready-mixed concrete, and the power load value of the mixer 114. As described above, the first information included in the input information acquired by the input information acquisition unit of the control device 10 and used as input to the prediction model M may be information relating to at least one of the following: vibrations caused by the dropping or flow of ready-mixed concrete from the mixer 114, images of the ready-mixed concrete, and the power load value of the mixer 114.
製造システム1は、制御装置10とは別に、機能ブロックとして、少なくとも、動作情報取得部24、目標品質情報取得部26、予測演算部28、及びモデル保持部32を有する品質予測装置(生コンクリートの品質予測装置)を備えてもよい。その品質予測装置を構成するコンピュータは、制御装置10と通信可能に接続されてもよい。以下、少なくとも、動作情報取得部24、目標品質情報取得部26、予測演算部28、及びモデル保持部32を有する品質予測装置を、単に「品質予測装置」と表記する。 The manufacturing system 1 may also include, separately from the control device 10, a quality prediction device (a ready-mix concrete quality prediction device) as a functional block, comprising at least an operation information acquisition unit 24, a target quality information acquisition unit 26, a prediction calculation unit 28, and a model holding unit 32. The computer constituting this quality prediction device may be connected to the control device 10 in a communicative manner. Hereinafter, the quality prediction device comprising at least the operation information acquisition unit 24, the target quality information acquisition unit 26, the prediction calculation unit 28, and the model holding unit 32 will simply be referred to as the "quality prediction device."
以上の例では、品質予測装置として機能する制御装置10が、製造装置100によって製造された後、且つ、現場に出荷される前の生コンクリートの品質を予測する。品質予測装置により品質が予測されるタイミングは、この例に限られない。品質予測装置は、生コンクリートを使用する現場に向けて運搬中(現場到着時も含む)の生コンクリートの品質を予測してもよい。例えば、運搬車200には、生コンクリートの攪拌を行うミキサ204が設けられており(図1を参照)、品質予測装置の入力情報取得部は、第1情報の少なくとも一部として、ミキサ204の電力負荷値に係る情報を取得する。なお、アジテータ車等の運搬車200におけるミキサ204はドラムとも称される。以上のように、第1情報の少なくとも一部は、コンクリート材料の練混ぜによる生コンクリートの製造、又は、製造後の生コンクリートの攪拌を行うミキサ(114,204)の電力負荷値に係る情報であってもよい。 In the above example, the control device 10, which functions as a quality prediction device, predicts the quality of ready-mixed concrete after it has been manufactured by the manufacturing device 100 and before it is shipped to the site. The timing of quality prediction by the quality prediction device is not limited to this example. The quality prediction device may also predict the quality of ready-mixed concrete while it is being transported to the site where it will be used (including upon arrival at the site). For example, the transport vehicle 200 is equipped with a mixer 204 for agitating the ready-mixed concrete (see Figure 1), and the input information acquisition unit of the quality prediction device acquires information related to the power load value of the mixer 204 as at least part of the first information. Note that the mixer 204 in a transport vehicle 200 such as an agitator vehicle is also called a drum. As described above, at least part of the first information may be information related to the power load value of the mixer (114, 204) that manufactures ready-mixed concrete by mixing concrete materials, or agitates the ready-mixed concrete after manufacture.
以上の例では、生コンクリートが、現場とは別の場所(製造装置100)で製造される。生コンクリートが製造される場所は、この例に限られない。コンクリート材料(例えば、水を除くコンクリート材料)が運搬車によって現場まで運ばれたうえで、現場において生コンクリートが製造されてもよい。その際、上記運搬車に設けられたミキサによって、当該運搬車で運搬されたコンクリート材料に水を加えたうえで、材料が練混ぜられて、生コンクリートが製造されてもよい。品質予測装置は、現場において生コンクリートが製造される場合に、その現場で生コンクリートの品質を予測してもよい。品質予測装置の入力情報取得部は、第1情報の少なくとも一部として、現場において生コンクリートを製造する際に、上記運搬車に設けられたミキサの電力負荷値に係る情報を取得してもよい。 In the above example, the ready-mix concrete is manufactured at a location other than the construction site (manufacturing equipment 100). The location where the ready-mix concrete is manufactured is not limited to this example. Concrete materials (for example, concrete materials excluding water) may be transported to the construction site by a transport vehicle, and the ready-mix concrete may be manufactured at the site. In this case, water may be added to the concrete materials transported by the transport vehicle using a mixer, and the materials may be mixed to produce the ready-mix concrete. The quality prediction device may predict the quality of the ready-mix concrete at the construction site when it is manufactured there. The input information acquisition unit of the quality prediction device may acquire information related to the power load value of the mixer installed on the transport vehicle when the ready-mix concrete is manufactured at the site, as at least part of the first information.
以上に説明した種々の例のうちの1つの例において、他の例で説明した事項の少なくとも一部が組み合わせられてもよい。 In one of the various examples described above, at least some of the matters described in the other examples may be combined.
[予測モデルによる予測結果の検証]
続いて、正解値が既知であるデータセットを用いて、上記第1情報及び上記第2情報を含む入力情報を入力とする予測モデルMを用いた品質情報の予測結果を検証した結果について説明する。
[Verification of prediction results using predictive models]
Next, we will explain the results of verifying the prediction of quality information using a predictive model M that takes input information including the first and second pieces of information described above as input, using a dataset with known correct values.
(目標品質の影響)
生コンクリートの使用時の目標品質を示す情報である第2情報の影響を検証した。この検証では、機械学習を行って予測モデルを構築するための2765個の学習用データセットを準備し、正解値が既知であり、評価するための789個の評価用データセットを準備した。学習用データセット及び評価用データセットでは、入力情報に含まれる各種入力値と、品質情報の正解値とが対応付けられている。学習用データセット及び評価用データセットにおける入力情報の第1情報として、電力負荷値に係る時系列データから得られた統計量が用いられている。2765個の学習用データセットを用いて、第1情報及び第2情報を含む入力情報を入力とする予測モデルMを構築した。スランプ、スランプフロー、及び空気量を出力するようにマルチタスク学習により予測モデルMを構築した。
(Impact of target quality)
The impact of second-order information, which indicates the target quality when ready-mixed concrete is used, was investigated. For this investigation, 2765 training datasets were prepared to build a predictive model using machine learning, and 789 evaluation datasets were prepared for evaluation, with known ground truth values. In the training and evaluation datasets, various input values included in the input information are associated with the ground truth values of the quality information. As the first-order information in the training and evaluation datasets, statistical quantities obtained from time-series data related to power load values were used. A predictive model M was constructed using the 2765 training datasets, taking input information including the first and second-order information as input. The predictive model M was constructed using multi-task learning to output slump, slump flow, and air content.
第2情報による予測精度への影響を検証するために、入力情報から第2情報を除いたうえで、同じ2765個の学習用データセットを用いて、比較用モデルを構築した。スランプ、スランプフロー、及び空気量のそれぞれについて、第2情報による予測精度への影響を評価した。789個の評価用データセットを用いて、予測モデルM及び比較用モデルのそれぞれについて、モデルによる予測結果と、評価用データセットにおける正解値とを比較した。モデルによる予測結果が、評価用データセットにおける正解値に所定の許容差を加算した範囲に含まれる場合を正解と定義し、正解率を評価指標として用いた。図8には、第2情報の影響を検証した結果を示すグラフが示されている。 To examine the impact of secondary information on prediction accuracy, a comparison model was constructed using the same 2765 training datasets, but with the secondary information removed from the input data. The impact of secondary information on prediction accuracy was evaluated for slump, slump flow, and air volume. Using 789 evaluation datasets, the prediction results of both the prediction model M and the comparison model were compared with the ground truth values in the evaluation dataset. A ground truth was defined as a prediction result falling within a range obtained by adding a predetermined tolerance to the ground truth values in the evaluation dataset, and the accuracy rate was used as the evaluation metric. Figure 8 shows a graph illustrating the results of the examination of the impact of secondary information.
図8におけるスランプでの検証結果に関して、許容差が「±0.5cm」である場合には、モデルによる予測結果(予測値)が正解値の±0.5cmの範囲に含まれるデータセットを正解とし、正解と判定されたデータセットの割合が正解率(%)として示されている。許容差が、「±1.0cm」、「±1.5cm」、「±2.0cm」、及び「±2.5cm」である場合も同様に正解率(%)が算出されている。「有」は、第2情報(目標品質)を入力情報に含む予測モデルMによる評価結果を示し、「無」は、第2情報を入力情報に含まない比較用モデルによる評価結果を示す。予測モデルMを用いてスランプを予測した場合の正解率(%)が、比較用モデルを用いてスランプを予測した場合に比べて、高くなっていることが分かる。 Regarding the slump verification results in Figure 8, when the tolerance is "±0.5 cm," datasets where the model's prediction result (predicted value) falls within the ±0.5 cm range of the correct value are considered correct, and the percentage of datasets judged as correct is shown as the accuracy rate (%). The accuracy rate (%) is calculated similarly for tolerances of "±1.0 cm," "±1.5 cm," "±2.0 cm," and "±2.5 cm." "Yes" indicates the evaluation result using prediction model M, which includes the second information (target quality) as input information, while "No" indicates the evaluation result using the comparison model, which does not include the second information as input information. It can be seen that the accuracy rate (%) when predicting slump using prediction model M is higher than when predicting slump using the comparison model.
図8におけるスランプフローの検証結果に関して、スランプでの検証と同様に、許容差を「±2.5cm」、「±3.0cm」、「±5.0cm」、及び「±7.5cm」に変化させて、許容差ごとに、正解率(%)を求めた結果が示されている。スランプフローに関しても、予測モデルMを用いてスランプフローを予測した場合の正解率(%)が、比較用モデルを用いてスランプフローを予測した場合に比べて、高くなっていることが分かる。 Regarding the slump flow verification results in Figure 8, similar to the slump verification, the accuracy rate (%) was calculated for each tolerance of "±2.5 cm," "±3.0 cm," "±5.0 cm," and "±7.5 cm." It can be seen that, for slump flow as well, the accuracy rate (%) when predicting slump flow using prediction model M is higher than when predicting slump flow using the comparison model.
図8における空気量の検証結果に関して、スランプでの検証と同様に、許容差を「±0.3%」、「±0.5%」、「±1.0%」、及び「±1.5%」に変化させて、許容差ごとに、正解率(%)を求めた結果が示されている。空気量に関しても、予測モデルMを用いて空気量を予測した場合の正解率(%)が、比較用のモデルを用いて空気量を予測した場合に比べて、高くなっていることが分かる。 Regarding the verification results for air volume in Figure 8, similar to the slump verification, the accuracy rate (%) was calculated for each tolerance of "±0.3%", "±0.5%", "±1.0%", and "±1.5%". It can be seen that the accuracy rate (%) when predicting air volume using prediction model M is higher than when predicting air volume using the comparison model.
(Batch Normalization・Dropoutの影響)
生コンクリートの品質情報を予測するためのモデルを構築する際の、入力情報を正規化する演算(Batch Normalization)と、全結合層における一部を欠損させる演算(Dropout)との影響を検証した。これらの演算の有無、及び、一部を欠損させる際の欠損率を変化させながら、予測モデルMを構築したうえで、スランプ、スランプフロー、及び空気量のそれぞれについて、許容差別の正解率(%)を算出した。検証では、上述した2765個の学習用データセットと、上述した789個の評価用データセットとを用いた。スランプに関する許容差別の正解率(%)を下記の表1に示し、スランプフローに関する許容差別の正解率(%)を下記の表2に示し、空気量に関する許容差別の正解率(%)を下記の表3に示す。
(Effects of Batch Normalization and Dropout)
This study investigated the effects of batch normalization (normalizing input data) and dropout (partially deleting data in the fully bonded layer) when constructing a model to predict the quality information of ready-mixed concrete. Predictive models M were constructed while varying the presence or absence of these operations and the deletion rate. The accuracy of acceptable discrimination (%) was then calculated for slump, slump flow, and air content. The validation used the aforementioned 2765 training datasets and the aforementioned 789 evaluation datasets. The accuracy of acceptable discrimination (%) for slump is shown in Table 1, for slump flow in Table 2, and for air content in Table 3.
表1~表3の条件における「BN」は、Batch Normalization(正規化する演算)を表し、「DO」は、Dropout(一部の結合を欠損させる演算)を表し、「P」は、Dropoutにおける欠損率を表す。「BN、DO未使用」は、BatchNormalization及びDropoutを含まないニューラルネットワークで学習して、予測モデルMを構築したことを示す。「BN」のみが記載された欄は、Batch Normalizationを含み、Dropoutを含まないニューラルネットワークで学習して、予測モデルMを構築したことを示す。「DO」のみが記載された欄は、Batch Normalizationを含まずに、Dropoutを含むニューラルネットワークで学習して、予測モデルMを構築したことを示す。「BN+DO」と記載された欄は、Batch Normalization及びDropoutを含むニューラルネットワークで学習して、予測モデルMを構築したことを示す。 In Tables 1-3, "BN" represents Batch Normalization (normalization operation), "DO" represents Dropout (an operation that removes some connections), and "P" represents the missing value in Dropout. "BN, DO not used" indicates that the predictive model M was constructed by training a neural network without Batch Normalization or Dropout. Columns with only "BN" indicate that the predictive model M was constructed by training a neural network that includes Batch Normalization but does not include Dropout. Columns with only "DO" indicate that the predictive model M was constructed by training a neural network that includes Dropout but does not include Batch Normalization. Columns with "BN + DO" indicate that the predictive model M was constructed by training a neural network that includes both Batch Normalization and Dropout.
表1及び表2に示される結果から、スランプ及びスランプフローに関しては、Batch Normalization及びDropoutの使用有無の違いによって、正解率(%)に大きな差がないことが分かる。表3に示される結果から、空気量に関しては、Batch Normalization及びDropoutを使用しない場合の正解率(%)が、Batch Normalization及びDropoutの少なくとも一方を使用する場合に比べて、高い傾向があることが分かる。 The results shown in Tables 1 and 2 show that, regarding slump and slump flow, there is no significant difference in accuracy (%) between the use of Batch Normalization and Dropout. The results shown in Table 3 show that, regarding air volume, the accuracy (%) tends to be higher when Batch Normalization and Dropout are not used compared to when at least one of them is used.
(重み更新式の種類の影響)
生コンクリートの品質情報を予測するためのモデルを構築する際に利用する重みの更新式の種類の影響を検証した。重みの更新式の種類を変化させながら、予測モデルMを構築したうえで、空気量について、許容差別の正解率(%)を算出した。検証では、上述した2765個の学習用データセットと、上述した789個の評価用データセットとを用いた。検証結果を、下記の表4及び表5に示す。
(Influence of the type of weight update formula)
This study investigated the effect of different weight update formulas used in building models to predict the quality information of ready-mixed concrete. Predictive models M were constructed while varying the weight update formulas, and the accuracy rate (%) of acceptable air content was calculated. The validation used the aforementioned 2765 training datasets and the aforementioned 789 evaluation datasets. The validation results are shown in Tables 4 and 5 below.
表5において、「(×0.01)」は、学習用データセットにおける入力情報に含まれる各値が、-1~1の範囲に収まるように、各値に対して0.01を乗算したうえで、機械学習を行ったことを表す。表4及び表5に示される結果から、重みの更新式として、Adam、AdamBelief、Adamax、AdaBound、Adagrad、AMSGRAD、AMSBound、RMSprop、SgdW、Momentum、及び、Nesterovから成る群から選択される1つを利用する場合に、AdamW、Lars、Adadelta、及びSgdを利用する場合に比べて、正解率(%)が高くなっていることが分かる。なお、データの記載は省略するが、スランプ及びスランプフローに関しても、表4及び表5に示される更新式ごとに正解率(%)を算出したところ、Lars及びSgdを利用した場合に、他の更新式を利用する場合に比べて、正解率(%)が低くなっていた。 In Table 5, "(×0.01)" indicates that each value in the input information of the training dataset was multiplied by 0.01 so that it fell within the range of -1 to 1, and then machine learning was performed. From the results shown in Tables 4 and 5, it can be seen that using one of the weight update formulas selected from the group consisting of Adam, AdamBelief, Adamax, AdaBound, Adagrad, AMSGRAD, AMSBound, RMSprop, SgdW, Momentum, and Nesterov results in a higher accuracy (%) compared to using AdamW, Lars, Adadelta, and Sgd. Although the data is omitted here, when calculating the accuracy (%) for slump and slump flow for each update formula shown in Tables 4 and 5, the accuracy (%) was lower when using Lars and Sgd compared to when using the other update formulas.
(損失関数の種類の影響)
生コンクリートの品質情報を予測するためのモデルを構築する際に利用する損失関数の種類の影響を検証した。損失関数の種類を変化させながら、予測モデルMを構築したうえで、スランプ、スランプフロー、及び空気量のそれぞれについて、許容差別の正解率(%)を算出した。Huber損失関数として、上述した式(3)に示される関数を用い、δの値を1.0に設定した。ε-許容損失関数として、上述した式(4)に示される関数を用い、εの値を1.0に設定した。検証では、上述した2765個の学習用データセットと、上述した789個の評価用データセットとを用いた。検証結果を、下記の表6、表7、及び表8に示す。
(Effect of the type of loss function)
The effect of the type of loss function used when constructing a model to predict the quality information of ready-mixed concrete was investigated. Predictive models M were constructed while varying the type of loss function, and the accuracy (%) of the acceptable deviation was calculated for slump, slump flow, and air content. The Huber loss function used was the function shown in equation (3) above, with the value of δ set to 1.0. The ε-acceptable loss function used was the function shown in equation (4) above, with the value of ε set to 1.0. The verification used the 2765 training datasets and the 789 evaluation datasets mentioned above. The verification results are shown in Tables 6, 7, and 8 below.
表6、表7、及び表8に示される結果から、損失関数として、Huber損失関数、平均絶対誤差、及び、ε-許容損失関数から成る群から選択される1つを利用する場合に、平均二乗誤差(MSE:Mean Squared Error)を利用する場合に比べて、正解率(%)が高くなっていることが分かる。平均二乗誤差とその他の損失関数との相違点は、平均二乗誤差では誤差が大きい場合の損失値が大きい点である。表6、表7、及び表8に示される結果から、損失値が常に誤差の絶対値以下となる損失関数を選定することが、予測精度の向上の観点から好ましいことが確認された。 The results shown in Tables 6, 7, and 8 indicate that using one loss function selected from the group consisting of the Huber loss function, mean absolute error, and ε-tolerance loss function results in a higher accuracy (%) compared to using the Mean Squared Error (MSE). The difference between the Mean Squared Error and the other loss functions is that the Mean Squared Error results in a larger loss value when the error is large. The results shown in Tables 6, 7, and 8 confirm that selecting a loss function where the loss value is always less than or equal to the absolute value of the error is preferable from the perspective of improving prediction accuracy.
(学習方法の影響)
生コンクリートの品質情報を予測するためのモデルを構築する際の学習方法の影響を検証した。スランプ、スランプフロー、及び空気量について、シングルタスク学習により個別に予測モデルM(3種の品質それぞれについて予測モデルM)を構築した場合と、マルチタスク学習を行って、3種の品質の予測値を一緒に出力する予測モデルMを構築した場合とで正解率(%)を比較した。検証では、上述した2765個の学習用データセットと、上述した789個の評価用データセットとを用いた。検証結果を、下記の表9、表10、及び表11に示す。
(Influence of learning methods)
This study investigated the impact of learning methods when constructing models to predict the quality information of ready-mixed concrete. The accuracy (%) was compared between constructing individual prediction models M (one for each of the three quality characteristics) using single-task learning, and constructing a single prediction model M that outputs the predicted values for all three quality characteristics together using multi-task learning. The validation used the aforementioned 2765 training datasets and the aforementioned 789 evaluation datasets. The validation results are shown in Tables 9, 10, and 11 below.
表9のマルチタスク学習の欄では、予測モデルMからのスランプに関する出力値を用いて正解率(%)が算出されている。表10のマルチタスク学習の欄では、予測モデルMからのスランプフローに関する出力値を用いて正解率(%)が算出されており、表11のマルチタスク学習の欄では、予測モデルMからの空気量に関する出力値を用いて正解率(%)が算出されている。表9、表10、及び表11に示される結果から、シングルタスク学習、又はマルチタスク学習のどちらの学習方法を採用しても、正解率(%)に大きな違いがないことが分かる。 In the multi-task learning column of Table 9, the accuracy (%) is calculated using the output value related to slump from the prediction model M. In the multi-task learning column of Table 10, the accuracy (%) is calculated using the output value related to slump flow from the prediction model M. In the multi-task learning column of Table 11, the accuracy (%) is calculated using the output value related to air volume from the prediction model M. From the results shown in Tables 9, 10, and 11, it can be seen that there is no significant difference in accuracy (%) whether single-task learning or multi-task learning is used.
[本開示のまとめ]
以上に説明した生コンクリートの品質予測方法は、コンクリート材料の練混ぜによる生コンクリートの製造又は生コンクリートの攪拌を行うミキサ(114,204)の電力負荷値、生コンクリートの落下又は流下に起因した振動、及び、生コンクリートの画像のうちの少なくとも1つに係る第1情報、及び、生コンクリートの使用時における目標品質に係る第2情報を含む入力情報を取得する取得工程と、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(M)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予測工程と、を含む。
[Summary of this disclosure]
The ready-mixed concrete quality prediction method described above includes an acquisition step of acquiring input information including first information relating to at least one of the following: the power load value of a mixer (114, 204) that manufactures ready-mixed concrete by mixing concrete materials or agitates ready-mixed concrete, vibrations caused by the dropping or flow of ready-mixed concrete, and an image of the ready-mixed concrete, and second information relating to the target quality when the ready-mixed concrete is used; a prediction model (M) pre-built by machine learning to output quality information indicating the quality of the ready-mixed concrete in response to the input information; and a prediction step of predicting the quality of the ready-mixed concrete based on the input information acquired in the acquisition step.
生コンクリートの製造を行う際には(例えば、製造システム(1)が設けられる工場等で製造が行われる際には)、製造予定の生コンクリートの使用時の(現場での)目標品質が指定され、その目標品質を満たすように生コンクリートの製造が行われている。そのような目標品質を機械学習で構築される予測モデル(M)の入力情報の1つにすることで、上述したように、品質の予測精度が向上するという知見が得られた。目標品質を情報として取得することは簡便である。よって、上記方法では、予測モデル(M)を利用した品質の予測を行う場合において、品質予測に伴う作業の煩雑化を避けつつ、品質の予測精度を向上させることができる。 When manufacturing ready-mixed concrete (for example, when manufacturing takes place in a factory equipped with a manufacturing system (1)), a target quality for the ready-mixed concrete to be used (on-site) is specified, and the concrete is manufactured to meet that target quality. By using such target quality as one of the input pieces for a predictive model (M) constructed using machine learning, the accuracy of quality prediction has been improved, as described above. Acquiring target quality as information is simple. Therefore, the above method allows for improved quality prediction accuracy while avoiding the complexity of the work associated with quality prediction when using a predictive model (M).
以上に説明した生コンクリートの品質予測方法において、生コンクリートの品質は、スランプ、スランプフロー、及び空気量のうちの1種以上の品質を含んでもよい。この場合、製造された生コンクリートのスランプ、スランプフロー、又は空気量が、生コンクリートの使用時の目標品質を満たし得るか否かの管理を容易に行うことができる。 In the ready-mix concrete quality prediction method described above, the quality of the ready-mix concrete may include one or more of the following qualities: slump, slump flow, and air content. In this case, it becomes easy to control whether the slump, slump flow, or air content of the manufactured ready-mix concrete can meet the target quality for use.
以上に説明した生コンクリートの品質予測方法において、生コンクリートの品質は、スランプ、スランプフロー、及び空気量のうちの2種以上の品質を含んでもよい。予測モデル(M)は、入力情報の入力に応じて、2種以上の品質を出力するように構築されていてもよい。上述したように、1種の品質のみを出力する予測モデル(M)を構築するシングルタスク学習と、2種以上の品質を出力する予測モデルMを構築するマルチタスク学習との間で、予測精度に大きな違いがないという知見が得られた。上記方法のように、予測モデル(M)をマルチタスク学習で構築することによって、予測精度を維持しつつ、モデルの構築に要する作業を簡素化することができる。 In the ready-mix concrete quality prediction method described above, the ready-mix concrete quality may include two or more of the following qualities: slump, slump flow, and air content. The prediction model (M) may be constructed to output two or more qualities depending on the input information. As mentioned above, it was found that there is no significant difference in prediction accuracy between single-task learning, which constructs a prediction model (M) that outputs only one quality, and multi-task learning, which constructs a prediction model (M) that outputs two or more qualities. By constructing the prediction model (M) using multi-task learning, as described above, it is possible to simplify the work required to construct the model while maintaining prediction accuracy.
以上に説明した生コンクリートの品質予測方法において、予測モデル(M)は、入力情報を正規化する演算と、全結合層における一部の結合を欠損させる演算とを行わないニューラルネットワークを用いた機械学習により構築されていてもよい。一般的には、ニューラルネットワークを用いた機械学習において、学習の安定化と過学習の抑制との観点から、入力情報を正規化する演算と、全結合層における一部の結合を欠損させる演算とを行うことが好ましいとされている。しかしながら、上述したように、これらの演算の有無によっても、予測精度に大きな違いはなく、特定の品質(空気量)においては、これらの演算を行わない場合に予測精度が高くなる傾向が示された。従って、上記方法のように予測モデル(M)を構築することで、予測精度を維持しつつ、モデルの構築に要する作業を簡素化することができる。 In the ready-mix concrete quality prediction method described above, the prediction model (M) may be constructed using machine learning with a neural network that does not perform operations to normalize input information or operations to delete some connections in the fully connected layer. Generally, in machine learning using neural networks, it is considered preferable to perform operations to normalize input information and operations to delete some connections in the fully connected layer from the viewpoint of stabilizing learning and suppressing overfitting. However, as mentioned above, there is no significant difference in prediction accuracy whether or not these operations are performed, and for certain quality (air content), prediction accuracy tends to be higher when these operations are not performed. Therefore, by constructing the prediction model (M) as described above, it is possible to simplify the work required to construct the model while maintaining prediction accuracy.
以上に説明した生コンクリートの品質予測方法において、上記第2情報は、生コンクリートの使用時における目標品質を示す情報に加えて、生コンクリートの出荷時における目標品質を示す情報を含んでもよい。製造システム(1)が設けられる工場等では、生コンクリートの使用時における目標品質(すなわち、受入時の要求品質)を満たすように、出荷時における目標品質が設定される。そのため、出荷時における目標品質は、生コンクリートの使用時における目標品質に相関する。上記方法では、予測モデル(M)の入力情報に、出荷時における目標品質が更に含まれることで、品質の予測精度を更に向上させることができる。 In the ready-mix concrete quality prediction method described above, the second piece of information may include not only information indicating the target quality at the time of use of the ready-mix concrete, but also information indicating the target quality at the time of shipment. In factories where the manufacturing system (1) is installed, the target quality at shipment is set to meet the target quality at the time of use of the ready-mix concrete (i.e., the required quality at the time of acceptance). Therefore, the target quality at shipment correlates with the target quality at the time of use of the ready-mix concrete. In the above method, by further including the target quality at shipment in the input information of the prediction model (M), the accuracy of quality prediction can be further improved.
以上に説明した生コンクリートの品質予測方法において、予測モデル(M)は、ニューラルネットワークを用いた機械学習により構築されていてもよい。予測モデル(M)を構築する際のニューラルネットワークを用いた機械学習では、重みの更新式として、Adam、AdamBelief、Adamax、AdaBound、Adagrad、AMSGRAD、AMSBound、RMSprop、SgdW、Momentum、及び、Nesterovから成る群から選択された1つが利用されててもよい。上述したように、これらの更新式を利用することで、他の更新式を利用する場合に比べて、予測精度が高くなるという知見が得られた。従って、上記方法では、予測精度を更に向上させることができる。 In the ready-mix concrete quality prediction method described above, the prediction model (M) may be constructed using machine learning with a neural network. In the machine learning using a neural network used to construct the prediction model (M), one of the following formulas may be used as the weight update formula: Adam, AdamBelief, Adamax, AdaBound, Adagrad, AMSGRAD, AMSBound, RMSprop, SgdW, Momentum, and Nesterov. As mentioned above, it has been found that using these update formulas results in higher prediction accuracy compared to using other update formulas. Therefore, the above method can further improve prediction accuracy.
以上に説明した生コンクリートの品質予測方法において、予測モデル(M)は、ニューラルネットワークを用いた機械学習により構築されていてもよい。予測モデル(M)を構築する際のニューラルネットワークを用いた機械学習では、損失関数として、損失値L(a)が常に誤差aの絶対値以下になる関数が利用されてもよい。上述したように、このような損失関数を利用することで、他の損失関数を利用する場合に比べて、予測精度が高くなるという知見が得られた。従って、上記方法では、予測精度を更に向上させることができる。 In the ready-mix concrete quality prediction method described above, the prediction model (M) may be constructed using machine learning with a neural network. In the machine learning using a neural network used to construct the prediction model (M), a function may be used as the loss function such that the loss value L(a) is always less than or equal to the absolute value of the error a. As mentioned above, it has been found that using such a loss function results in higher prediction accuracy compared to using other loss functions. Therefore, the above method can further improve prediction accuracy.
以上に説明した品質予測プログラムは、上記品質予測方法をコンピュータに実行させるプログラムである。この品質予測プログラムでは、上記品質予測方法を実行させることができるので、予測モデル(M)を利用した品質の予測を行う場合において、品質予測に伴う作業の煩雑化を避けつつ、品質の予測精度を向上させることができる。 The quality prediction program described above is a program that causes a computer to execute the above quality prediction method. Because this quality prediction program can execute the above quality prediction method, it is possible to improve the accuracy of quality predictions while avoiding the complexity of the work associated with quality prediction when using a prediction model (M).
以上に説明した品質予測装置(10)は、コンクリート材料の練混ぜによる生コンクリートの製造又は生コンクリートの攪拌を行うミキサ(114,204)の電力負荷値、生コンクリートの落下又は流下に起因した振動、及び、生コンクリートの画像のうちの少なくとも1つに係る第1情報、及び、生コンクリートの使用時における目標品質に係る第2情報を含む入力情報を取得する入力情報取得部(24,26)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(M)と、入力情報取得部(24,26)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演算部(28)と、を備える。この品質予測装置(10)では、上記品質予測方法と同様に、予測モデル(M)を利用した品質の予測を行う場合において、品質予測に伴う作業の煩雑化を避けつつ、品質の予測精度を向上させることができる。 The quality prediction device (10) described above includes: an input information acquisition unit (24, 26) that acquires input information including first information relating to at least one of the following: the power load value of the mixer (114, 204) that manufactures or agitates ready-mixed concrete by mixing concrete materials, vibrations caused by the dropping or flow of ready-mixed concrete, and an image of the ready-mixed concrete; and second information relating to the target quality when the ready-mixed concrete is used; a prediction model (M) pre-built by machine learning to output quality information indicating the quality of the ready-mixed concrete in response to the input information; and a prediction calculation unit (28) that predicts the quality of the ready-mixed concrete based on the input information acquired by the input information acquisition unit (24, 26). In this quality prediction device (10), similar to the quality prediction method described above, when predicting quality using the prediction model (M), it is possible to improve the accuracy of quality prediction while avoiding the complexity of the work associated with quality prediction.
1…製造システム、10…制御装置、24…動作情報取得部、26…目標品質情報取得部、28…予測演算部、30…モデル構築部、M…予測モデル、100…製造装置、114…ミキサ、114a…攪拌部材、114b…ミキサ駆動部、204…ミキサ。 1…Manufacturing system, 10…Control device, 24…Operation information acquisition unit, 26…Target quality information acquisition unit, 28…Predictive calculation unit, 30…Model construction unit, M…Predictive model, 100…Manufacturing equipment, 114…Mixer, 114a…Agitation member, 114b…Mixer drive unit, 204…Mixer.
Claims (8)
前記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、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、生コンクリートの品質を予測する予測工程と、
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構築工程と、
を含み、
前記予測工程において予測される生コンクリートの品質は、生コンクリートの製造時点の品質、又は、生コンクリートの運搬中の品質であり、
前記構築工程において前記予測モデルを構築する際のニューラルネットワークを用いた機械学習では、重みの更新式として、Adam、AdamBelief、Adamax、AdaBound、Adagrad、AMSGRAD、AMSBound、RMSprop、SgdW、Momentum、及び、Nesterovから成る群から選択された1つが利用される、生コンクリートの品質予測方法。 An acquisition process that acquires input information including first information relating to the power load value of a mixer used to manufacture ready-mixed concrete by mixing concrete materials or to agitate ready-mixed concrete, and second information relating to the target quality when using ready-mixed concrete .
A prediction model pre-built by machine learning to output quality information indicating the quality of ready-mixed concrete in response to the input information, and a prediction step that predicts the quality of ready-mixed concrete based on the input information acquired in the acquisition step.
A construction step of constructing the prediction model using machine learning with a neural network,
Includes,
The quality of the ready-mixed concrete predicted in the aforementioned prediction process is either the quality of the ready-mixed concrete at the time of production or the quality of the ready-mixed concrete during transportation.
A method for predicting the quality of ready-mixed concrete, wherein in the machine learning using a neural network when constructing the prediction model in the construction process, one selected from the group consisting of Adam, AdamBelief, Adamax, AdaBound, Adagrad, AMSGRAD, AMSBound, RMSprop, SgdW, Momentum, and Nesterov is used as the weight update formula.
前記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、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、生コンクリートの品質を予測する予測工程と、
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構築工程と、
を含み、
前記予測工程において予測される生コンクリートの品質は、生コンクリートの製造時点の品質、又は、生コンクリートの運搬中の品質であり、
前記構築工程において前記予測モデルを構築する際のニューラルネットワークを用いた機械学習では、損失関数として、損失値L(a)が常に誤差aの絶対値以下になる関数が利用される、生コンクリートの品質予測方法。 An acquisition process that acquires input information including first information relating to the power load value of a mixer used to manufacture ready-mixed concrete by mixing concrete materials or to agitate ready-mixed concrete, and second information relating to the target quality when using ready-mixed concrete .
A prediction model pre-built by machine learning to output quality information indicating the quality of ready-mixed concrete in response to the input information, and a prediction step that predicts the quality of ready-mixed concrete based on the input information acquired in the acquisition step.
A construction step of constructing the prediction model using machine learning with a neural network,
Includes,
The quality of the ready-mixed concrete predicted in the aforementioned prediction process is either the quality of the ready-mixed concrete at the time of production or the quality of the ready-mixed concrete during transportation.
In the machine learning using a neural network when constructing the prediction model in the construction process, a function is used as the loss function such that the loss value L(a) is always less than or equal to the absolute value of the error a, in a method for predicting the quality of ready-mixed concrete.
請求項1又は2に記載の生コンクリートの品質予測方法。 The quality of ready-mixed concrete includes one or more of the following qualities: slump, slump flow, and air content.
A method for predicting the quality of ready-mixed concrete according to claim 1 or 2.
前記予測モデルは、前記入力情報の入力に応じて、前記2種以上の品質を出力するように構築されている、
請求項3に記載の生コンクリートの品質予測方法。 The quality of ready-mixed concrete includes two or more of the following qualities: slump, slump flow, and air content.
The prediction model is constructed to output two or more types of quality in response to the input information.
The method for predicting the quality of ready-mixed concrete according to claim 3.
請求項1又は2に記載の生コンクリートの品質予測方法。 In the aforementioned construction process, the prediction model is constructed by machine learning using a neural network that does not perform both the operation of normalizing the input information and the operation of deleting some of the connections in the fully connected layer.
A method for predicting the quality of ready-mixed concrete according to claim 1 or 2.
前記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、前記入力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、生コンクリートの品質を予測する予測演算部と、
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モデル構築部と、
を備え、
前記予測演算部により予測される生コンクリートの品質は、生コンクリートの製造時点の品質、又は、生コンクリートの運搬中の品質であり、
前記モデル構築部は、前記予測モデルを構築する際のニューラルネットワークを用いた機械学習において、重みの更新式として、Adam、AdamBelief、Adamax、AdaBound、Adagrad、AMSGRAD、AMSBound、RMSprop、SgdW、Momentum、及び、Nesterovから成る群から選択された1つを利用する、生コンクリートの品質予測装置。 An input information acquisition unit acquires input information including first information relating to the power load value of a mixer that manufactures ready-mixed concrete by mixing concrete materials or stirs ready-mixed concrete, and second information relating to the target quality when using ready-mixed concrete .
A prediction model pre-built by machine learning to output quality information indicating the quality of ready-mixed concrete in response to the input information, and a prediction calculation unit that predicts the quality of ready-mixed concrete based on the input information acquired by the input information acquisition unit,
A model building unit that constructs the prediction model using machine learning with a neural network,
Equipped with,
The quality of the ready-mixed concrete predicted by the prediction calculation unit is either the quality of the ready-mixed concrete at the time of manufacture or the quality of the ready-mixed concrete during transportation.
The aforementioned model construction unit is a ready-mix concrete quality prediction device that, in machine learning using a neural network when constructing the prediction model, utilizes one selected from the group consisting of Adam, AdamBelief, Adamax, AdaBound, Adagrad, AMSGRAD, AMSBound, RMSprop, SgdW, Momentum, and Nesterov as the weight update formula.
前記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、前記入力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、生コンクリートの品質を予測する予測演算部と、
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モデル構築部と、
を備え、
前記予測演算部により予測される生コンクリートの品質は、生コンクリートの製造時点の品質、又は、生コンクリートの運搬中の品質であり、
前記モデル構築部は、前記予測モデルを構築する際のニューラルネットワークを用いた機械学習において、損失関数として、損失値L(a)が常に誤差aの絶対値以下になる関数を利用する、生コンクリートの品質予測装置。
An input information acquisition unit acquires input information including first information relating to the power load value of a mixer that manufactures ready-mixed concrete by mixing concrete materials or stirs ready-mixed concrete, and second information relating to the target quality when using ready-mixed concrete .
A prediction model pre-built by machine learning to output quality information indicating the quality of ready-mixed concrete in response to the input information, and a prediction calculation unit that predicts the quality of ready-mixed concrete based on the input information acquired by the input information acquisition unit,
A model building unit that constructs the prediction model using machine learning with a neural network,
Equipped with,
The quality of the ready-mixed concrete predicted by the prediction calculation unit is either the quality of the ready-mixed concrete at the time of manufacture or the quality of the ready-mixed concrete during transportation.
The aforementioned model construction unit is a ready-mix concrete quality prediction device that, in machine learning using a neural network when constructing the prediction model, utilizes a function as the loss function such that the loss value L(a) is always less than or equal to the absolute value of the error a.
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| Gayakwad Milind,Credibility Analysis of User-Designed Content Using Machine Learning Techniques,Applied System Innovation,2022年04月14日,5, 43, ,Page.1-15,doi:10.3390/asi5020043 |
| 第4章 Part2 実践!Chainerで画像認識,AIプログラマになれる本,日本,日経BP社,2019年04月03日,第127頁-第137頁 |
| 羽生一成、江上智晃,Deep Learningを用いた船舶の推進性能推定と船型最適化に関する研究,日本船舶海洋工学会講演会論文集,2017年,第25号,第627頁-第632頁 |
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