(57)【要約】製品を製造または加工するための工業的プロセスを調節するため、特に熱間圧延機の冷却区間（ＫＳ）を制御するための方法において、冷却区間（ＫＳ）が物理的モデルによりシミュレートされる。冷却工程を最適化するため、製品データセット（ＰＤ１〜ＰＤｎ）が以前に求められた補正係数（Ｋ１〜Ｋｎ）と共に記憶されることにより補正係数（Ｋ０）が簡単に求められる。新たに冷却すべき帯に対して、記憶されている製品データセット（ＰＤ１〜ＰＤｎ）が新しい帯の製品データ（ＰＤ０）と比較され、類似の製品データセットが取り出される。類似の製品データセット（ＰＤ１〜ＰＤｎ）の補正係数（Ｋ１〜Ｋｎ）から、例えば線形回帰により新しい補正係数（Ｋ０）が決定される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
製品を製造または加工するための工業的プロセスを制御かつ調節するための方法において、制御が工業的プロセスの物理的モデルに基づいており、制御を最適化するため少なくとも１つの補正係数（Ｋ）が下記の方法ステップ、
１.  各製品に少なくとも１つの補正係数（Ｋ１〜Ｋｎ）を含めてパラメータ（ｄ、ｂ、ＴＨ、ＴＦＭ、Ｃ、Ｃｕ、Ｓｉ、…）が製品データセット（ＰＤ１〜ＰＤｎ）として記憶される、
２.  新しい製品の各製造または加工の際に、記憶されている製品データセット（ＰＤ１〜ＰＤｎ）が新しい製品のパラメータ（ｄ０、ｂ０、ＴＨ０、ＴＦＭ０、Ｃ０、Ｃｕ０、Ｓｉ０、…）と比較され、類似の製品データセットが求められる、
３.  類似の製品データセット（ＰＤ１〜ＰＤｎ）の補正係数（Ｋ１〜Ｋｎ）から、新しいデータセット（ＰＤ０）に対する少なくとも１つの新しい補正係数（Ｋ０）が求められる、
により求められることを特徴とする工業的プロセスの調節方法。
【請求項２】
補正係数（Ｋ０）を求めるため、前もってモデル（ＬＭ）が求められ、そのなかで製品データ（ＰＤ０）の使用により補正係数（Ｋ０）が計算されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
モデル（ＬＭ）が線形である（線形回帰）ことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
製品データセットが年代順に、例えばリングメモリに、記憶されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】
新しい補正係数（Ｋ０）が類似の製品データセット（ＰＤ１〜ＰＤｎ）の補正係数（Ｋ１〜Ｋｎ）から求められることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
補正係数（Ｋ１〜Ｋｎ）が新しい補正係数（Ｋ０）を求めるため重み付けされることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
年代的により新しい補正係数（Ｋ１〜Ｋｎ）が年代的により古いものよりもより強く重み付けされることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
補正係数（Ｋ１〜Ｋｎ）が、それらがより類似しているほど、より強く重み付けされることを特徴とする請求項６または７記載の方法。
【請求項９】
工業的プロセスが付加的になお調節されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１０】
工業的プロセスが熱間圧延機の冷却区間であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製品を製造または加工するための工業的プロセスを調節するための方法、特に熱間圧延機の冷却区間を調節するための方法に関するものである。
【０００２】
従来の方法によれば、工業的プロセスの制御および調節は、実際の工業的プロセスをシミュレートすべき物理的モデルに基づいている。熱間圧延機の冷却区間の制御の際には、物理的モデルは全冷却プロセスの現実を可能なかぎり正確に再現すべきである。ところでしかし、正確なモデル形成が得られない効果がある。なぜならば、それらの効果は強く設備固有に記述しなければならないか、是認可能な費用では記述できないからである。例としてここでは熱伝達への鋼表面特性の影響があげられる。
【０００３】
従って、可能なかぎり現実に忠実なモデル形成を達成するため、物理的モデルは、さまざまな影響量とモデル誤差との間に存在する相関をモデル補正のために利用する統計的なモデルにより拡張される。たとえば、物理的なモデルが特定の幅、厚みおよび速度を有する特定の材料の際に１０°Ｃの典型的な誤差および＋／−２０°Ｃのばらつきを引き起こすことが確認されると、システマチックな部分を後に接続されている統計的モデルにより補正することができる。このいわゆる統計的なモデル補正は種々の仕方で行われ得る。１つの方法は、いわゆる継承票において補正係数を材料クラス、幅クラス、温度クラス、厚みクラスなどの引き出しに格納することである。このモデルはしかしながら、より多数の入力パラメータがカバーされるべき場合にはその限界に突き当たる。たとえば１０の入力量を有し、また各入力量に対して１０の部分間隔を形成したいならば、１０・１０９の引き出しが生じ、それらのうち設備の寿命サイクル中にわずかな部分のみが満たされるだけである。生産がわずかであるほど、空の引き出しの割合は大きくなり、このことは、新しいパラメータ値を有する製品の生産の際にはまだ満たされていない引き出しが存在している、すなわちまだ補正係数が存在していない、また統計的なモデリングがそれによって空回りする確率が大きいことを意味する。
【０００４】
統計的なモデルを形成するための別な方法はニューラルネットワークである。これらのニューラルネットワークは入力としての影響量と出力としての探索される補正係数とによりトレーニングされる。ニューラルネットワークは補正係数を影響量の連続的な関数として表すので、特定の材料においてニューラルネットワークを使用する際にもシステマチックな誤差が残留することを排除できない。ニューラルネットワークの別の欠点は、それらが使用可能に機能するまでに、それらが最初に大掛かりにトレーニングされなければならないこと、すなわち、ニューラルネットワークが使用可能になるまでに、最初に多数の帯が冷却されなければならないことである。トレーニング終了までは補正係数を自由に使用できない。
【０００５】
従って本発明の課題は、工業的プロセスに対する補正係数を求めるための簡単な統計的モデルを得ることである。
【０００６】
この課題は、製品を製造または加工するための工業的プロセスを制御かつ調節するための方法において、制御が工業的プロセスの物理的モデルに基づいており、またその際制御を最適化するため少なくとも１つの補正係数が下記の方法ステップ、
１．各製品に少なくとも１つの補正係数を含めて物理的モデルのパラメータが製品データセットとして記憶される、
２．新しい製品の各製造または加工の際に記憶されている製品データセットが新しい製品のパラメータと比較され、新しい製品データセットに類似の製品データセットが求められる、
３．類似の製品データセットの補正係数から、新しいデータセットに対する少なくとも１つの新しい補正係数が求められる、
により求められることを特徴とする方法により解決される。
【０００７】
本方法は複数の補正係数を採用する場合に対しても組入れることができる。その場合、補正係数ベクトルが生じ、その際このベクトルの各コンポーネントはたとえば冷却区間の部分セクションに対して有効である。
【０００８】
製品データセットは有利な仕方で簡単に年代順に記憶される。その際にメモリとしていわゆるリングバッファが使用され得る。この記憶方法の利点は特に、古いデータセットがもはや記憶されないことにある。たとえば、記憶場所が熱間圧延機の帯ラインの全年間生産が記憶され得るように大きいならば、工業的プロセスの製造技術的なパラメータが経時変化、改造などにより、古い製品データセットが信頼できる補正定数をもはや含んでいないほどに変化していて、これらの古いデータセットを考慮に入れないことは少なくともより悪い結果には通じないことから出発することができる。
【０００９】
本発明の別の有利な構成は、新しい補正係数が類似の製品データセットの補正係数から線形回帰により新しい補正係数が求められる方法により与えられている。新しい補正係数はこの簡単な統計的な方法により非常に短い計算時間で求められ得る。
【００１０】
以前の補正係数が新しい補正係数を求めるため重み付けされることは特に有利である。重み付けはその際それぞれ付属の補正係数を有する書き込まれる製品データセットの年代的な順序に従って行われ得る。すなわち、時間的により新しい補正係数は時間的により古いものよりもより強く重み付けされる。それによってたとえば製造ラインまたは加工ラインの経時変化による不利な影響（上記）が強く減ぜられ得る。
【００１１】
本発明の実施例を図面により一層詳細に説明する。
【００１２】
図１は、付属の物理的モデルの簡単化されたブロック回路図を含めて、熱間圧延機の冷却区間の概要図を示す。左から矢印方向に到来する金属帯は最後の圧延スタンドＷＧを通過し、またそこでその最終厚みにもたらされる。続いて金属帯は仕上げライン測定場所ＦＭＰを通過し、そのなかで厚みＤ、仕上げライン測定場所における温度ＴＦ、金属帯の幅Ｂのようなパラメータが測定される。その後に金属帯は冷却区間ＫＳを通過し、そのなかで金属帯はローラーＲの上を導かれる。冷却区間ＫＳのなかには金属帯の上側および下側に弁ユニットＶが配置されており、これらの弁を経て水が金属帯上に噴射される。冷却区間ＫＳにおける冷却の後に金属帯はリール測定場所ＨＭＰを通過し、またその後にリールＨの上に巻かれる。冷却区間ＫＳのなかでは一般に温度は測定できない。
【００１３】
制御対象ＲＡのブロック回路図において冷却区間は冷却区間の物理的モデルＭＫによりシミュレートされている。冷却区間のこの物理的モデルＭＫは冷却区間の調節器ＲＫに対する調節パラメータを発生し、また帯区間の各任意の個所に対して金属帯の温度を計算する。このことは、冷却区間のモデルＭＫと冷却区間の調節器ＲＫとの間に位置している矢印により表されている。冷却区間の調節器ＲＫは主冷却ゾーンに対する調節器ＲＨと微細冷却ゾーンに対する調節器ＲＦとに分けられている。
【００１４】
冷却区間の物理的モデルは入力端Ｅ１を経て帯データＢＤまたは帯パラメータを受ける。入力端Ｅ２を経てそれは少なくとも仕上げライン測定場所ＦＭＰにおいて測定された温度ＴＦを受ける。入力端Ｅ３を経て冷却区間のモデルＭＫにリール温度ＴＨが伝達される。他の測定値、たとえば帯速度および切替えられる水量はモデルに入力端Ｅ５を経て与えられる。
【００１５】
既述のように、冷却区間のモデルＭＫは金属帯の長さに関して各々の任意の個所における温度を計算するので、冷却ゾーンの調節器ＲＫはこれらの温度をその調節のための実際値として利用し得る。調節器はいまや弁Ｖに対する操作値を計算し、またこれらの値をその出力端Ａ１を経て弁Ｖに伝達する。弁の状態は同時に入力端Ｅ５を経て冷却区間のモデルＭＫに与えられる。
【００１６】
この調節装置ＲＡにより、理想的な条件および熱間圧延されかつ冷却すべき金属帯の常に等しい組成のもとで、金属帯がリールＨ上に巻かれる前に所望の温度を有するように満足な冷却プロセスを達成することが可能であろう。しかしこれらの理想的な状況は実際の作動中には与えられていない。このことは、リール温度ＴＨが所望の、また調節区間にわたって目標値として予め定められた温度から偏差するであろうことに通ずる。従って、冷却区間のモデルにより補正係数Ｋも計算され、それを介して理想的な温度状況と実際に測定される温度状況との間の偏差が最小化されなければならない。この補正係数Ｋは、金属帯が冷却区間を通過するすべての時間の間、連続的に計算され、また適合される。すべての金属帯が通過しリールＨに巻かれると、最適な補正係数Ｋがこの金属帯に対して確定される。
【００１７】
補正係数はそれによって完全に個別に帯の製品データセットＰＤｋに対応付けられている。既に生産された金属帯のこれらの製品データセットＰＤ１ないしＰＤｎはリングバッフアのなかに表形式で格納される。下記の表は例として製品データセットＰＤ１ないしＰＤｎを表形式で示す。
【表１】
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【００１８】
パラメータとしてたとえば製品データセットＰＤ１に対して厚みＤ１、幅Ｂ１、速度Ｖ１、リール温度ＴＨ１、仕上げライン測定場所の温度ＴＦ１ならびに化学的成分が格納される。化学的成分にはたとえば炭素含有量Ｃ１、銅含有量Ｃｕ１、シリコン含有量Ｓｉ１などが属する（表のなかにはすべての成分はあげられていない）。
【００１９】
図２に示されているダイヤグラムのなかの柱は、新たに圧延すべき金属帯の化学的組成を示す。化学元素の合金比は詳細には、炭素Ｃ＝０.０２、シリコンＳｉ＝０.０１、マンガンＭｎ＝０.２２、クロムＣｒ＝０.０１、ニオブＮｂ＝０、ニッケルＮｉ＝０.０２、チタンＴｉ＝０、バナジュームＶ＝０、ホウ素Ｂ＝０および残りの合金成分の合計Ｍｉｓｃ＝０.１１である。
【００２０】
図３による柱ダイヤグラムのなかで、所望の厚みＤはミリメータで、また圧延過程の速度Ｖはメートル／秒で示されている。図４の柱ダイヤグラムは、幅Ｂをミリメートルで、また図５および６のダイヤグラムでは最後に仕上げライン測定場所における所望の温度ＴＦＭならびにリール目標温度ＴＨｓおよびリール実際温度ＴＨｉが示されている。
【００２１】
新しい帯はいまや図２ないし６の柱ダイヤグラムに示されているパラメータにより製造されなければならない。（図２ないし６の柱ダイヤグラムに記入されている幾何学的な図、円、点、方形および三角形、はさらに後で説明される。）
【００２２】
新たに圧延すべき金属帯に対していまや補正係数Ｋが決定されなければならない。このことは以下で図７により一層詳細に説明される。
【００２３】
図７は新しい帯に対する補正係数Ｋを決定するための装置のブロック回路図を示す。それは、出力端で帯メモリＭおよび保護メモリＳＤと接続されているオブザーバＢＯから成っている。保護メモリＳＤは、帯メモリＭのなかのデータがたとえば計算機の故障により失われる場合に対してデータセットを保護する役割をする。保護メモリＳＤの出力を介して帯メモリＭがプログラム開始の際にロードされ得る。
【００２４】
帯メモリＭはすべての既に仕上げられた帯またはすべての既に仕上げられた多数の帯の少なくとも１つの帯の製品データセットＰＤ１ないしＰＤｎを含んでいる。たとえば帯メモリＭは、１０００００の帯のデータを含むリングバッファであってよい。これらの帯は圧延順序で蓄積されている、すなわちそれらは年代順に格納されている。そのために必要なメモリ容量は約２０メガバイトである。
【００２５】
下記の表２
【表２】
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（ここでＫ０に対する値は、帯がまだ冷却されていないので、まだ知られていない）
に従ってデータセットＰＤ０が存在している新たに生産すべき帯の一次データに基いて、いまや、帯メモリＭに存在する製品データセット（表１参照）ＰＤ１ないしＰＤｎから、類似のデータセットがたとえば下記の規則に従って求められる。
ａ２：＝ｃ１（Ｄ−Ｄ０）２＋ｃ２（Ｂ−Ｂ０）２＋ｃ３（ＴＨ−ＴＨ０）２
ここでｃ１、ｃ２、ｃ３、…、は正の実数の定数である。
【００２６】
ａ２＜１であれば、それは類似のデータセットである。ａ２が＜１でないかぎり、データセットは類似でなく、また補正係数のその後の計算のために利用されない。
【００２７】
この計算規則に従って、たとえば２０のパラメータの際に４０の乗算および２０の加算が生じ、その際に、製品データセットＰＤ１ないしＰＤｎの１つとの比較が、製品＞１であれば既に中断され得るので、ここで少なからず計算時間が節減され得ることは容易に明らかである。定数Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３などは個々の被加数を正規化する役割をする。
【００２８】
このようにして、新たに仕上げるべき帯の一次データＰＤ０に類似のすべての製品データセットＰＤ１ないしＰＤｎが求められ、メモリＡＥＢ（図７）に格納される。これらのデータの値は円、点、方形および三角形の形態で図２ないし６の柱ダイヤグラムのなかに示されている。その際に、相異なる幾何学的図形は求められた製品データセットの相異なる古さを記述する。見られるように、求められる製品データセットは新しい製品データセットＰＤ０に実際に類似している。なぜならば、それらはダイヤグラムの柱の高さのなかに位置するからである。
【００２９】
図７により、いまや類似の帯の製品データセットＰＤ１ないしＰＤｎから先ずローカルなモデルＬＭが形成される。このことはたとえば線形回帰の公知の技術の応用により行われ得る。次いで、新たに冷却すべき金属帯に対する補正係数Ｋ０が線形モデルＬＭへ一次データセットＰＤ０を使用することにより形成される。このことは図９により説明される。しかし先ずもう１つの有利な中間ステップについて説明する。
【００３０】
新しい補正係数Ｋ０の最終的な計算の前に、見出された類似の帯、すなわち見出された類似の製品データセットＰＤ１ないしＰＤｎを重み付けすることは有意義である。
【００３１】
図８による図示のなかにこの重み付けが示されている。その際水平軸には上に既に示された計算規則に従って見出された帯の間隔ａ２が示されている。ａ２＝１を有する帯はここではまさに検出されない。最大約１までの大きい間隔を有する帯は非常にわずかに重み付けられる。ここに示されているダイアグラムのなかでこれらの帯は０または０に近い重み付けを有する。見られるように、重み付けは減少する間隔ａ２と共に増大する。
【００３２】
また図８による図示のなかにも、帯の古さ（古さは製品日付に相応する）は、新しいものから古いものへの順序に、相異なる幾何学的なシンボル（三角形、四角形、円、点）により示されている。こうして三角形シンボルを有する単一の帯は、見られるように最高に、すなわち０.７５により重み付けられている最も新しい帯である。
【００３３】
図９による図示のなかにそれぞれ後計算された補正係数ＫＡは水平軸上に示されており、またローカルなモデルのなかで線形回帰により近似化された補正係数Ｋは垂直軸上に示されている。
【００３４】
もし線形モデルＬＭが類似の帯のデータセットに含まれている後計算された補正係数のデータセットを理想的にシミュレートするならば、線形モデルにより計算された補正係数ＫＡは後計算機された補正係数Ｋと等しく、またこうして補正係数は角度二分線上に位置するであろう。そうではないので、図９中に示されているように、補正係数の値はばらつく。ばらつきの程度から、どのように正確に線形モデルＬＭが類似の製品データセットＰＤ０ないしＰＤｎを記述するかを認識し得る。図９によるダイヤグラムにはさらに、傾斜２を有する直線Ｇ１が記入されている。この直線Ｇ１と水平線Ｇ２との間に扇状部分Ｓ１が張られている。
【００３５】
扇状部分Ｓ１の内側に位置している各点は、線形モデルＬＭにより、等しく適応を放棄したとき、すなわち補正係数＝１により近似するとき、よりも一層よくシミュレートされる。扇状部分Ｓ１のなかに位置しておらず、また向かい合う扇状部分Ｓ２（意味に則して扇状部分Ｓ１に対してと同じことが当てはまる）のなかにも位置していないすべての点では、事情は逆である。上記の叙述から、冷却すべき帯に対して適応がどのようによくなるかの評価を読み取ることができる。これに対しては、まだ後計算された補正係数は存在しない。なぜならば、それはまだ冷却されなかったからである。線形モデルＬＭに付属の製品データセットを入れると、その後の冷却に対して応用される補正係数Ｋ０に対する評価値Ｋ０が得られる。結果は水平線Ｈ１として破線で図９に記入されている。帯の冷却の後に後計算された補正係数Ｋ０が知られている。図９は垂直線Ｖ１として相応の結果を示す。水平線Ｈ１と垂直線Ｖ１との間の交点Ｐはいまや付加として冷却された帯に対する適応の質を示す。点ＰがＳ１またはＳ２の内側に位置していれば、適応は成であった。それが外側に位置していれば、冷却は適応なしで一層よく行われた。
【００３６】
いま評価値Ｋ０が見出された後に、これは他の製品データＰＤ０と一緒に概算部ＶＲ（図７）に入力され、また帯がこれらのパラメータ値および見出された評価値Ｋ０により冷却され、その際にここでも冷却過程の間に補正係数Ｋ０の微細適合がオブザーバーＢを介して行われる。それにより最後に、記憶される補正係数Ｋ０が生ずる。
【００３７】
今日のデータ処理装置によれば、１００,０００の帯を有するデータセットから類似の帯を探すための計算時間は約１／１０秒であり、また線形回帰により類似の帯から補正係数Ｋ０を求めるための計算時間は約０.０２秒であるので、新しい補正係数Ｋ０は、帯がまさに最後の圧延スタンド（図１中のＷＧ）を去ったときに、既に確実に計算されている。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】付属の物理的モデルの簡単化されたブロック回路図を含む熱間圧延機の冷却区間を示す概要図である。
【図２】金属帯の化学組成を示す図である。
【図３】金属帯の速度（ｖ〔ｍ／ｓ〕）および厚み（Ｄ〔ｍｍ〕）を示すダイヤグラムである。
【図４】金属帯の幅（Ｂ〔ｍｍ〕）を示すダイヤグラムである。
【図５】金属帯の仕上げライン測定場所における温度（ＴＦＭ〔°Ｃ〕）を示すダイヤグラムである。
【図６】リール目標温度（ＴＨＳ〔°Ｃ〕）を示すダイヤグラムである。
【図７】補正係数（Ｋ）を決めるためのブロック回路図である。
【図８】補正係数（Ｋ）を重み付け（Ｇ）するためのダイヤグラムである。
【図９】新しい補正係数（Ｋ０）を求めるためのダイヤグラムである。
【符号の説明】
【００３９】
Ａ１  出力端
ＢＤ  帯データ
Ｅ１  入力端
Ｅ２  入力端
Ｅ３  入力端
Ｅ４  入力端
Ｅ５  入力端
ＦＭＰ  仕上げライン測定場所
Ｈ  リール
ＨＭＰ  リール測定場所
ＫＳ  冷却区間
ＭＫ  物理的モデル
ＲＡ  制御対象
ＲＦ  調節器
ＲＨ  調節器
ＲＫ  調節器
ＴＦ  仕上げライン温度
ＴＨ  リール温度
Ｖ  弁ユニット
ＷＧ  圧延スタンド
Ｄ  厚み
Ｂ  幅
Ｖ  速度
ＡＥＢ  メモリ
ＬＭ  モデル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2005516297.tif 000013
【国際調査報告】
2005516297.tif 000014
2005516297.tif 000015
2005516297.tif 000016
2005516297.tif 000017
2005516297.tif 000018
2005516297.tif 000019