JPH06102212B2 - 連続処理ラインの中央部速度制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えば連続焼鈍ライン、溶融亜鉛メッキラ
イン、電気亜鉛メッキライン、電気ブリキライン、ティ
ンフリースチールライン、酸洗ライン、連続電縫管ライ
ン、鍛接管ライン等、ラインの入側及び出側にルーパ等
のバッファを有する連続処理ラインにおいて、中央部速
度を制御する際の速度制御方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、設備の設計段階において、ルーパ容量はライン中
央部に配置される装置の性能に基づき、材料仕様及び製
造仕様毎に決まる基準速度（以下Ｖ_Ｃと言う）と入側又
は出側作業のサイクルタイム（以下Ｔ_Ｃと言う）との積
Ｖ_Ｃ×Ｔ_Ｃより、ルーパ容量が大きくなるよう設計さ
れ、操業においては、通常、中央部速度＝Ｖ_Ｃで運転
し、ループ量が危険領域（概ね、入側においては充満率
30％以下、出側においては充満率70％以上）に達した時
は中央部速度を一定速度まで減速し、さらにループ量が
限界領域（概ね、入側においては充満率５％以下、出側
においては充満率95％以上）に達した時は中央部を停止
させる制御を行っていた。

〔発明が解決しようとする課題） 従来の方法は、設備設計段階に想定しなかったような短
い鋼帯を処理する際や、入側・出側作業時間のバラツ
キ、次工程への払出しピッチのバラツキなどによりサイ
クルタイムが標準値Ｔ_Ｃを超えた際に中央部が停止する
ことがあった。

またオペレータは中央部がライン停止する危険を緩和す
るため中央部速度を手介入によりＶ_Ｃよりやや低目に設
定し運転する傾向があった。

連続処理ラインの中央部がライン停止すると品質不良部
が発生し、歩留を低下させる。また中央部の停止の危険
性を緩和するためＶ_Ｃより低目の速度で運転すれば生産
性の低下となる。

本発明は、電子計算機を使って中央部速度を変数とし現
在から将来にわたるライン全体の操業シミュレーション
を行い、中央部が途中停止しない最高速度を概ね１分毎
に求め、これを目標値として中央部の速度制御を行うこ
とにより歩留の向上と生産性の向上を図ることを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

以下、本発明を図面に示す一実施例に基づいて説明す
る。第１図は連続電縫管製造ラインの概念図を示したも
のである。コイル状の鋼帯はアンコイラで巻戻されライ
ンに送り込まれる。１コイルの巻戻しが完了すると該鋼
帯の後端はシャーウェルダーにて停止し、次コイル鋼帯
の先端部と溶接するため待機し、次コイルとの溶接完了
後は一定速度にてルーパへため込まれる。

ルーパ出側ではルーパから中央部速度（以下造管速度と
いう）にて払出された鋼帯をフォーミングにて成形し、
ウェルダーにて連続的にシーム溶接を行う。

ウェルダー能力に基づく上限側の速度制約の特性はほぼ
板厚に逆比例し下限側は溶接部の欠陥破面率を一定値以
下とするため18m/分を下限とし製品仕様のうち溶接部の
品質厳格度合に応じてこれより高く設定される。

次にシーム溶接部近傍は組織が不連続となるためシーム
ノルマ装置にて焼ならし処理を行う。

シームノルマ装置の能力に基づく上限側の速度制約特性
は板厚と焼ならし温度に逆比例し下限側制約はない。

シームノルマ後のパイプはカットオフにて製品長さに切
断され製品床に並べられ、次工程へ送られる。製品床は
次工程との工程間バッファの機能をもつ。

鋼帯つなぎ目や造管過程で発生した品質不良部は、カッ
トオフで切断されたのちスクラップ床に並べられ次工程
（屑処理）へ送られる。

カットオフ能力に基づく上限側速度制約特性は、製品長
さに比例し、板厚、外径に逆比例する。

各装置の速度制約ダイヤグラムの一例を第２図に示す。

これらから、ライントータルの速度制約はウェルダー制
約、シームノルマ制約、カットオフ制約をそれらの設備
間距離差を考離して合成することにより第２図最下段の
ようなダイヤグラムとして得ることができる。

次に操業シミュレーションにより最適造管速度を求める
方法について説明する。第４図に示すように、まず素材
仕様、製造仕様及び製品採取仕様をもとに速度制約計算
を行い、第３図のようなライントータル速度制約ダイヤ
グラムを求める。この第３図の現ロット、次ロットは詳
しくは現速度ロット、次速度ロットとでも言うべきもの
で、入側ロット、出側ロットとは異なる。

初回シミュレーション条件として現ロット造管速度＝現
ロット上限速度、次ロット以降の造管速度＝各ロットの
下限速度とし、操業シミュレーション（物流シミュレー
ション）を行う。シミュレーション結果は例えば第５図
のごとくになる。図中１は（ルーパ入側速度−造管速
度）の傾きでループ量が増加、２はループ量フルのため
ルーパ入側速度＝造管速度の同期運転、３はシャーウェ
ルダーでの継ぎ待ちのため造管速度の傾きでループ量が
減少、４及び５は出側において、カットオフよりのパイ
プ搬入ピッチと次工程へのパイプ搬出ピッチとの差によ
る増減の様子を表わす。ルーパ充満率の１山は１コイル
（第２図のA1,A2,……）に対応し、製品床充満率の１山
は概ね１出側ロットに対応する。

ここで例えば第６図に示すごとくルーパ充満率が途中で
ゼロになる場合、現ロット造管速度を若干（2m/分程
度）下方修正し、次ロット以降の速度は前回と同様とし
て再び操業シミュレーションを行う。現ロット造管速度
を下方修正することにより第５図における３の傾きが緩
やかになり、第６図のごとく途中停止点が遠方のシフト
又は途中停止を回避できる可能性が出てくる。

以下、途中停止が発生する限り、現ロット造管速度を下
限値まで下方修正しつつ操業シミュレーションを行い、
途中停止が起きない最高速度を求める。

次に第３図に示すロット単位と第２図に示すロットより
細かい単位となっている点について述べると、ロットの
概念には、入側ロットと出側ロットの（連続処理ライン
では普通２つある）２種類のものがある。出側ロットは
客先からの注文明細から、外径、肉厚、長さ規格の同一
のものを集めたもので、上位計算機（ビジコン）より、
１入側ロットかからｎ出側ロットを採取するよう指示さ
れる。採取量については、本数又は延べ長さ又は延べ重
量で指示される。従って出側ロットの物理的な境界は結
果的に決まるのであって、一般的にはコイルの途中であ
る。入側ロットは長さ以外の要素が全て同一の出側ロッ
トを集めたもので、入側ロットの境界はコイルの境界と
一致させている（入側ロット単位の材料投入量（コイル
本数×コイル長さ）の過不足は採取優先順最下位の出側
ロットで調整（オーバーorショート）する。ウェルダー
やシームノルマは入側ロット毎に制約速度が決まるが、
カットオフは（長さにより決まるため、）出側ロット毎
に制約速度が決まる（第２図）。ウェルダー、シームノ
ルマ、カットオフの各制約速度ダイヤグラムをそれぞれ
の設備距離差を考慮して合成したライントータルの速度
制約は出側ロットよりもさらに細かい単位に分かれるも
のである。

次に、現ロット造管速度は極力高く、次ロット以降は下
限速度とする速度パターンにしてシミュレーションを行
う理由について述べると、将来に至るほど予測不可能な
トラブル（例えば設備故障）等でラインが止まる可能性
が増すため、一番確かな現在を極力高い速度で走るべき
との考え方によるものである。

次に、現ロット速度を下限値まで下方修正しても途中停
止を回避できなかった場合の補正計算について説明す
る。

操業シミュレーションは１時間先まで行うが、１時間先
の予測は５分先の予測より精度が悪いこと及びどうせ途
中停止が発生するなら低速で走るより高速で走って止め
た方が作業の効率が良いことから、下記の補正計算を行
って最適造管速度とする。

但しＶ_OP；最適造管速度 Ｖ_MIN；現ロット下限速度 Ｖ_MAX；現ロット上限速度 A;任意定数 ｔ_Ｓ；現在から〜途中停止発生までの時間（分） シミュレーションの期間は、セットアップ調整のため
（同一外径でも、厚肉や鋼種が変わるとロール位置調整
を行う必要がある場合がある）ライン停止必須な入側ロ
ットの境界と、現在から１時間先までのうち、早く到来
する方までとする。その理由はむやみに長時間先までの
シミュレーションを行って、その結果シミュレーション
期間の終盤でライン停止が発生したからといって現速度
ロットの速度を下方修正するのは不合理（将来ほど不確
定さ増し予測精度悪いから）であり、一方、あまりに短
いと、ライン停止を回避できる可能性が小さくなる。両
者の調和点として１時間とした。

尚、１分毎に最適速度計算を行うのは、入，出バッファ
は最短の場合10分程度で０←→100％となるので、その1
/10のピッチで見直し計算を行ってライン停止の回避の
チャンスを逸するのを防いでいる（第５図で原点が右へ
１分毎シフトした状態の計算を行うが、原点は現在の
「実績」であるから、過去に予測したものとは一般的に
異なる）。

最後に操業シミュレーションの精度を向上させるための
シミュレーション計算パラメータの学習について説明す
る。

計算パラメータとは入側においては、シャーウェルダー
溶接時間（溶接部点検時間含む）、中央部においては品
質不良発生頻度、出側においては次工程への払出しピッ
チ等を予測するための、ロットの製造仕様、ロット間仕
様差、オペレータの技量等を考慮した数式モデルの計算
パラメータのことである。

第７図に示すように過去の操業実績データ群（入側作業
実績データ、中央部実績データ、出側作業実績データ）
の中から、各々、同一ロットデータ群、異ロット境界デ
ータ、同一ロット・同一オペレータデータ群を抽出し、
数式モデル計算結果と実績との誤差を統計処理し、その
結果に基づいて計算パラメータテーブルの該当データを
修正する。

この処理は実績データが１ケース増えるごとに行ってシ
ミュレーションの精度向上を図る。

パラメータの学習について、更に詳細に述べると、入側
ルーパ、出側床の充満度推移を予測する上で、ルーパ装
入速度や出側床間搬送ピッチなど完全自動化されている
事象については問題ないが、シャーウェルダー作業時
間、屑パイプ処理時間などはマニュアル作業が含まれる
ため、その推定精度を如何に確保するかが問題である。
そこで、これらの作業時間がどのような要因で変動する
かをオペレータよりヒアリングし、以下のようにモデル
化した。

以下、シャーウェルダー作業時間を例に説明する。

シャーウェルダー作業時間（Ｚ） ＝ロット仕様に起因する時間（Y1） ＋異ロット継目時、ロット仕様差に起因する時間（Y2） ＋ロット内フープ本数に起因する時間（Y3e^{- ah}） ＋オペレータの技量に起因する時間（Y4） ＋設備状態に起因する時間（Y5） ここで、Y1〜Y5は第８図のテーブルで与えられる。ａは
定数、ｈはロット内フープ本数である。

以上のように表現することによって、Ｚは直接x1〜x8と
の関数に捉えた場合に比べ、大幅なケース数の節約にな
る。

次に、Ｚの精度確保のためY1〜Y5の学習について第９
図、表２で説明する。

シャーウェルダー作業完了毎に造管ブロコンより実績デ
ータ〔Z,x1,x2,……,x8〕ｉを受取り直近10ケース（ｉ
−i-9）の実績データの中から所定（学習要件）パター
ンのデータ群を抽出し統計処理を行って学習値Y1〜Y5を
得、パラメータテーブルを修正する。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明による連続処理ラインの中央部速度
制御方法によれば不必要な中央部途中停止を回避でき、
かつ、生産性を向上させることができ、極めて有利なも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての連続電縫管製造ライ
ンの概念を示す図、 第２図はライン中央部に配置された各装置の性能等に起
因する速度制約ダイヤグラム及びこれらを合成して得ら
れるライントータル速度制約ダイヤグラムを示す図、 第３図は操業シミュレーション条件として速度パターン
の与え方を示す図、 第４図は電子計算機により最適造管速度を求める手順を
示す図、 第５図は操業シミュレーション結果の一例を示す図、 第６図は現ロット造管速度の下方修正がシミュレーショ
ン結果に与える影響の一例を示す図、 第７図は電子計算機によりシミュレーション計算パラメ
ータの学習を行う手順を示す図、 第８図は時間テーブルの説明図、そして 第９図はAIによるパラメータ学習の説明図である。 図中１はルーパへのため込み期間、２はルーパ入・出側
同期運転期間、３はルーパ入側が継ぎ待ちで停止してい
る期間、４は出側においてカットオフからのパイプ搬入
ピッチが次工程への払出しピッチを上回っている期間、
５はその逆の期間。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入側及び出側にルーパ等のバッファを有す
   る連続処理ラインの中央部の速度を決定するに際し、中
   央部の速度を変数とし、計算パラメータの学習機能を付
   加したライン全体の操業シミュレーションにより入側及
   び出側ループ量の今後の推移を予測し、入側ループ量ゼ
   ロ又は出側ループ量フルによる中央部途中停止が起きな
   い中央部最高速度を求め、これを目標値として速度制御
   することを特徴とする連続処理ラインの中央部速度制御
   方法。