JP2020197914A - Apparatus, method and program for calculating manufacturing condition - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、化学プラント、製鉄プラント、半導体製造設備、一般工業製品製造設備等の異常検知技術に関し、特に、過去の複数の稼動時の稼動結果に基づいて、プラント及び製造装置の異常検知精度を高めるための製造条件計算装置、製造条件計算方法及び製造条件計算プログラムに関するものである。 The present invention relates to anomaly detection technology for chemical plants, steelmaking plants, semiconductor manufacturing equipment, general industrial product manufacturing equipment, etc., and in particular, determines the abnormality detection accuracy of plants and manufacturing equipment based on the operation results during a plurality of past operations. It relates to a manufacturing condition calculation device, a manufacturing condition calculation method, and a manufacturing condition calculation program for enhancing.
化学プラントでは、複数の装置(反応炉等)を使用して同一の製品を生産することが多い。この場合、生産される製品が均一となるように、各装置の稼動状態を適切に管理することが必要である。
しかしながら、複数の装置を並列に同一条件で運転している場合に、それぞれの装置のカタログスペックが同一でも実際には稼働結果に個体差があること、装置内の加工ヘッド毎に稼働結果が異なること、装置の経時変化差によって同一条件で生産していても稼働結果が異なること、前工程の影響により稼働結果が大きく変わることがある。このような装置差、加工ヘッド差、経時変化差、前工程の影響によって、生産される製品が均一となるような状態を装置ごとに精度よく管理することは難しい。
In a chemical plant, the same product is often produced using a plurality of devices (reactor, etc.). In this case, it is necessary to appropriately manage the operating state of each device so that the products produced are uniform.
However, when multiple devices are operated in parallel under the same conditions, even if the catalog specifications of each device are the same, there are actually individual differences in the operation results, and the operation results differ for each machining head in the device. In addition, the operating results may differ even if they are produced under the same conditions due to the difference in changes over time of the equipment, and the operating results may change significantly due to the influence of the previous process. Due to such device differences, processing head differences, changes over time, and the influence of the previous process, it is difficult to accurately manage the state in which the produced products are uniform for each device.
同様の問題は、化学プラントに限らず、半導体製造設備、金属精錬プラント、水処理施設、及びガスプラント等でも生じる。また、何らかのものを製造する施設だけではなく、発電・変電施設のように非有体物の特性を変化させるための施設でもこうした問題は生じ得る。以下、本明細書では、何らかのものを製造する施設だけでなく、非有体物の特性を変化させる施設をも含めて「プラント」と呼ぶ。
また、複合的な施設だけでなく、単独の設備であって、稼動条件によって異なる挙動を示すものもここでいう「プラント」に含めるものとする。
Similar problems occur not only in chemical plants but also in semiconductor manufacturing facilities, metal refining plants, water treatment facilities, gas plants and the like. Moreover, such a problem can occur not only in a facility that manufactures something but also in a facility for changing the characteristics of an intangible object such as a power generation / substation facility. Hereinafter, in the present specification, not only a facility for manufacturing something but also a facility for changing the characteristics of an intangible object is referred to as a "plant".
Further, not only complex facilities but also single facilities that behave differently depending on operating conditions are included in the "plant" here.
従来のプラント制御情報生成装置では、過去のサンプル間の関係を用いて、プラントの異常原因推定を行うことが行われている。
より具体的には、特許文献1には、デバイス製造工程や材料プロセス工程等の生産工程における異常原因を推定するための従来の方法の一つとして、例えば、マハラノビス距離を利用したパターン認識により異常原因を診断する方法が開示されている。
図10に特許文献1の異常原因診断方法のフロー図を示す。
In the conventional plant control information generator, the cause of an abnormality in the plant is estimated by using the relationship between the past samples.
More specifically, in
FIG. 10 shows a flow chart of the abnormality cause diagnosis method of
図10に示すように、最初に、診断しようとする機械の定常状態における適当な数量の所定のデータ(例えば、温度、圧力など)を計測して基準データとし、これらの基準データの特徴量を求める。そして、特徴量を規準化し、規準化した特徴量間の全ての組合せの相関に基づいて相関行列を求め、次いで該相関行列の逆行列(即ち、マハラノビス空間)を求める(ステップ1)。次いで、診断しようとする機械のマハラノビス距離(MD)を求める(ステップ2)。次いで、予め設定した閾値(一般的には、0〜3)とMDとを比較し(ステップ3)、MDが閾値よりも大きい場合、距離要素値の最大値を特定する(ステップ4)。そして、距離要素値の最大値に対応する特徴量を基準データの特徴量の平均値で置換する(ステップ5)。次いで、置換した特徴量を用いて、再度MDを求める(ステップ2)。次いで、新たに求められたMDと閾値とを比較し(ステップ3)、MDが閾値よりも大きい場合には、距離要素値の最大値を特定する(ステップ4)。次いで、上述と同様に、置換処理を施し(ステップ5)、MDが閾値よりも小さくなるまで、繰り返す。そして、MDが閾値よりも小さくなった時点で、距離要素値の集計として、距離要素値が最大になったときの値を、その特徴量の異常原因を示す値「最終効果」とする。 As shown in FIG. 10, first, an appropriate amount of predetermined data (for example, temperature, pressure, etc.) in the steady state of the machine to be diagnosed is measured and used as reference data, and the feature quantities of these reference data are used. Ask. Then, the features are standardized, a correlation matrix is obtained based on the correlation of all combinations between the standardized features, and then the inverse matrix (that is, Mahalanobis space) of the correlation matrix is obtained (step 1). Next, the Mahalanobis distance (MD) of the machine to be diagnosed is determined (step 2). Next, the preset threshold value (generally 0 to 3) is compared with the MD (step 3), and when the MD is larger than the threshold value, the maximum value of the distance element value is specified (step 4). Then, the feature amount corresponding to the maximum value of the distance element value is replaced with the average value of the feature amount of the reference data (step 5). Then, MD is obtained again using the replaced feature amount (step 2). Next, the newly obtained MD is compared with the threshold value (step 3), and if the MD is larger than the threshold value, the maximum value of the distance element value is specified (step 4). Then, in the same manner as described above, the replacement process is performed (step 5), and the process is repeated until the MD becomes smaller than the threshold value. Then, when the MD becomes smaller than the threshold value, the value when the distance element value becomes maximum is set as the value "final effect" indicating the cause of the abnormality of the feature amount as the aggregation of the distance element values.
しかしながら、従来の特許文献1の構成においては、処理フローとして個別サンプルのデータに対して処理を行う必要があるため、サンプル数が膨大になると計算に長時間を要するという課題があった。また、異常原因として推定された工程管理データと正常状態の工程管理データとの大小関係(異常の方向性)、乖離度(異常の程度)が不明であり、そのため異常の方向性及び程度の情報が不足してしまい、診断に基づいて的確な異常対策案を立案するのが困難であるという課題があった。
特に、製造プロセスを決定するパラメータが網羅的に計測されていないような、例えば一般工業製品製造設備において、前工程の非計測項目がプロセスへ支配的な影響を及ぼす場合もあり、その場合は異常と判断したものが、従来よりも装置稼動状態が良い方向に変化したことを検知することもあり、異常検知の活用が不十分となるといった問題があった。
However, in the conventional configuration of
In particular, in general industrial product manufacturing equipment where the parameters that determine the manufacturing process are not comprehensively measured, for example, non-measurement items in the previous process may have a dominant effect on the process, in which case it is abnormal. However, there is a problem that the utilization of abnormality detection becomes insufficient because it may be detected that the operating state of the device has changed in a better direction than before.
本発明の目的は、前記問題を解決することにあって、製造プロセスを決定するパラメータが網羅的に計測されていないような、例えば一般加工設備においても、装置異常に対する取り組み判断を定量的に実施できる製造条件計算装置、製造条件計算方法及び異常検知プログラムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and quantitatively determine an approach to an equipment abnormality even in general processing equipment, for example, in which parameters that determine a manufacturing process are not comprehensively measured. An object of the present invention is to provide a manufacturing condition calculation device, a manufacturing condition calculation method, and an abnormality detection program that can be used.
上記目的を達成するために、本発明の製造条件計算装置は、製品の製造に関する実測データを単位解析期間毎に分割し、前記実測データに含まれる計測項目及び装置並びに前記単位解析期間の組み合わせ毎に、前記実測データに含まれる計測結果のヒストグラム特徴量を算出するヒストグラム特徴量算出部と、前記ヒストグラム特徴量をもとに、前記計測項目、前記装置及び前記単位解析期間の組み合わせ毎にマハラノビス距離を算出するマハラノビス距離算出部と、直近の解析対象期間における前記計測項目及び前記装置の組み合わせ毎の前記マハラノビス距離の集計値に基づき集計マハラノビス距離を算出する集計マハラノビス距離算出部と、前記計測項目、前記装置及び前記単位解析期間の組み合わせ毎に工程能力指数を算出する工程能力指数算出部と、直近の解析対象期間における前記計測項目及び前記装置の組み合わせ毎の前記工程能力指数の集計値に基づき集計工程能力指数を算出する集計工程能力指数算出部と、前記集計マハラノビス距離と前記集計工程能力指数を分割区分して表示する異常検知表示部と、を有する。 In order to achieve the above object, the manufacturing condition calculation device of the present invention divides the actual measurement data relating to the manufacture of the product for each unit analysis period, and for each combination of the measurement items and devices included in the actual measurement data and the unit analysis period. In addition, a Mahalanobis distance for each combination of the measurement item, the device, and the unit analysis period based on the histogram feature amount calculation unit that calculates the histogram feature amount of the measurement result included in the actual measurement data and the histogram feature amount. The Mahalanobis distance calculation unit that calculates the total Mahalanobis distance based on the total value of the Maharanobis distance for each combination of the measurement item and the device in the latest analysis target period, and the total Mahalanobis distance calculation unit that calculates the total Maharanobis distance, and the measurement item. Aggregate based on the process capability index calculation unit that calculates the process capability index for each combination of the device and the unit analysis period, and the aggregated value of the process capability index for each combination of the measurement items and the device in the latest analysis target period. It has a total process capability index calculation unit that calculates a process capability index, and an abnormality detection display unit that divides and displays the total Mahalanobis distance and the total process capability index.
本発明の製造条件計算方法は、製品の製造に関する実測データを単位解析期間毎に分割し、前記実測データに含まれる計測項目及び装置並びに前記単位解析期間の組み合わせ毎に、前記実測データに含まれる計測結果のヒストグラム特徴量を算出するヒストグラム特徴量算出工程と、前記ヒストグラム特徴量をもとに、前記計測項目、前記装置及び前記単位解析期間の組み合わせ毎にマハラノビス距離を算出するマハラノビス距離算出工程と、直近の解析対象期間における前記計測項目及び前記装置の組み合わせ毎の前記マハラノビス距離の集計値に基づき集計マハラノビス距離を算出する集計マハラノビス距離算出工程と、前記計測項目、前記装置及び前記単位解析期間の組み合わせ毎に工程能力指数を算出する工程能力指数算出工程と、直近の解析対象期間における前記計測項目及び前記装置の組み合わせ毎の前記工程能力指数の集計値に基づき集計工程能力指数を算出する集計工程能力指数算出工程と、前記集計マハラノビス距離と前記集計工程能力指数を分割区分して表示する異常検知表示工程と、を有する。 In the manufacturing condition calculation method of the present invention, the actual measurement data relating to the manufacture of a product is divided for each unit analysis period, and each combination of the measurement items and devices included in the actual measurement data and the unit analysis period is included in the actual measurement data. A histogram feature calculation step for calculating the histogram feature of the measurement result, and a Mahalanobis distance calculation step for calculating the Mahalanobis distance for each combination of the measurement item, the device, and the unit analysis period based on the histogram feature. , The total Mahalanobis distance calculation process for calculating the total Mahalanobis distance based on the total value of the Maharanobis distance for each combination of the measurement item and the device in the latest analysis target period, and the measurement item, the device, and the unit analysis period. A process capability index calculation process that calculates a process capability index for each combination, and a total process capability index that calculates a total process capability index based on the total value of the process capability index for each combination of the measurement items and the equipment in the latest analysis target period. It has a capability index calculation step, and an abnormality detection display step of dividing and displaying the aggregated Mahalanobis distance and the aggregated process capability index.
本発明の製造条件計算プログラムは、コンピュータに、製品の製造に関する実測データを単位解析期間毎に分割し、前記実測データに含まれる計測項目及び装置並びに前記単位解析期間の組み合わせ毎に、前記実測データに含まれる計測結果のヒストグラム特徴量を算出するヒストグラム特徴量算出工程と、前記ヒストグラム特徴量をもとに、前記計測項目、前記装置及び前記単位解析期間の組み合わせ毎にマハラノビス距離を算出するマハラノビス距離算出工程と、直近の解析対象期間における前記計測項目及び前記装置の組み合わせ毎の前記マハラノビス距離の集計値に基づき集計マハラノビス距離を算出する集計マハラノビス距離算出工程と、前記計測項目、前記装置及び前記単位解析期間の組み合わせ毎に工程能力指数を算出する工程能力指数算出工程と、直近の解析対象期間における前記計測項目及び前記装置の組み合わせ毎の前記工程能力指数の集計値に基づき集計工程能力指数を算出する集計工程能力指数算出工程と、前記集計マハラノビス距離と前記集計工程能力指数を分割区分して表示する異常検知表示工程と、を実行させる。 The manufacturing condition calculation program of the present invention divides the actual measurement data relating to the manufacture of a product into a computer for each unit analysis period, and the actual measurement data for each combination of the measurement items and devices included in the actual measurement data and the unit analysis period. Maharanobis distance that calculates the Maharanobis distance for each combination of the measurement item, the device, and the unit analysis period based on the histogram feature amount calculation process that calculates the histogram feature amount of the measurement results included in The calculation process, the total Maharanobis distance calculation process for calculating the total Maharanobis distance based on the total value of the Maharanobis distance for each combination of the measurement item and the device in the latest analysis target period, and the measurement item, the device, and the unit. Calculate the total process capability index based on the process capability index calculation process that calculates the process capability index for each combination of analysis periods and the total value of the process capability index for each combination of the measurement items and the equipment in the latest analysis target period. The aggregation process capability index calculation step and the abnormality detection display step of dividing and displaying the aggregation Maharanobis distance and the aggregation process capability index are executed.
以上のように、本発明の製造条件計算装置、製造条件計算方法及び製造条件計算プログラムによれば、装置異常に対する取り組み判断を定量的に実施できる。 As described above, according to the manufacturing condition calculation device, the manufacturing condition calculation method, and the manufacturing condition calculation program of the present invention, it is possible to quantitatively carry out the determination of the approach to the device abnormality.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る製造条件計算装置1のブロック図である。図2
は、製造条件計算装置1の処理部166のブロック図である。実施の形態1に係る製造条件計算装置1は、コンピュータシステムハードウェア及びコンピュータシステム上で実行されるプログラムによって実現され得る。なお、ここで示す製造条件計算装置1は単なる例であって、他の構成も利用可能である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram of the manufacturing
Is a block diagram of the
<装置>
図1に示すように、製造条件計算装置1は、コンピュータ120と、全てコンピュータ120に接続された、モニタ122と、プリンタ124と、キーボード126と、マウス128と、を含む。
<Device>
As shown in FIG. 1, the manufacturing
コンピュータ120は、DVD−ROM(Digital Versatile Disk Read−Only−Memory:ディジタル多用途ディスク読出専用メモリ)のドライブ150と、半導体メモリポート152とを含む。さらに、コンピュータ120は、DVD−ROMドライブ150と半導体メモリポート152とに接続されたバス142と、全てバス142に接続された、CPU140と、コンピュータ120のブートアッププログラムを記憶するROM144とを含む。また、コンピュータ120は、RAM146と、ハードディスクドライブ148と、ネットワークインターフェイス154とを含む。RAM146は、CPU140によって使用される作業領域を提供するとともにCPU140によって実行されるプログラムの記憶領域である。ハードディスクドライブ148は、音声データ、音響モデル、言語モデル、レキシコン、及びマッピングテーブルを記憶する。ネットワークインターフェイス154は、ネットワーク164への接続を提供する。
The
図2を参照して、製造条件計算装置1は、CPU140がプログラムを実行することにより構成される処理部166を含む。処理部166は、実測データ記録部168と、解析期間設定部170と、ヒストグラム特徴量算出部172と、マハラノビス距離算出部174と、集計マハラノビス距離算出部176と、工程能力指数算出部178と、集計工程能力指数算出部180と、異常検知表示部182と、を含む。
With reference to FIG. 2, the manufacturing
本実施の形態1に係る製造条件計算装置1の処理部166を実現するソフトウェアは、DVD−ROM162又は半導体メモリ160等の媒体に記録されたオブジェクトコード又はスクリプトの形で流通し、DVD−ROMドライブ150又は半導体メモリポート152等の読出装置を介してコンピュータ120に提供され、ハードディスクドライブ148に記憶される。CPU140がプログラムを実行する際には、プログラムはハードディスクドライブ148から読出されてRAM146にロードされる。そして、図示しないプログラムカウンタによって指定されたアドレスから命令がフェッチされ、その命令が実行される。また、CPU140は、ハードディスクドライブ148から処理すべきデータを読出し、処理の結果をこれもまたハードディスクドライブ148に記憶する。推定された製品分子量のハードコピーが、プリンタ124により出力される。
コンピュータ120の一般的動作は周知であるので、詳細な説明は省略する。
The software that realizes the
Since the general operation of the
ソフトウェアの流通方法に関して、ソフトウェアは必ずしも記憶媒体に記録されたものでなくてもよい。例えば、ソフトウェアはネットワークに接続された別のコンピュータから分配されてもよい。また、ソフトウェアの一部がハードディスクドライブ148に記憶され、ソフトウェアの残りの部分についてはネットワークを介してハードディスクドライブ148に取込み、実行の際に統合する様にしてもよい。
また、ソフトウェアの流通形態はオブジェクトコードには限らない。前述したようにスクリプト形式でもよいし、ソースプログラムの形で供給され、コンピュータ120にインストールされた適切なコンパイラでオブジェクトコードに変換されるという流通形態もあり得る。
Regarding the distribution method of software, the software does not necessarily have to be recorded on a storage medium. For example, the software may be distributed from another computer connected to the network. Further, a part of the software may be stored in the
Moreover, the distribution form of software is not limited to object code. As described above, it may be in script format, or it may be distributed in the form of a source program and converted into object code by an appropriate compiler installed on the
典型的には、現代のコンピュータは、オペレーティングシステム(OS)によって提供される一般的な機能を利用し、所望の目的にしたがって制御された態様で機能を達成する。したがって、OS又はサードパーティから提供されうる一般的な機能を含まず、一般的な機能の実行順序の組合せのみを指定したプログラムであっても、そのプログラムが全体として所望の目的を達成する制御構造を有する限り、そのプログラムがこの発明の範囲に包含されることは明らかである。 Typically, modern computers utilize the general functionality provided by an operating system (OS) to achieve functionality in a controlled manner according to the desired purpose. Therefore, even if the program does not include general functions that can be provided by the OS or a third party and only specifies a combination of execution orders of general functions, the program as a whole achieves a desired purpose. It is clear that the program is included in the scope of the present invention as long as it has.
<フロー>
次に、製造条件計算装置1におけるデータ解析処理のフローチャートについて、図3に基づいて説明する。
<Flow>
Next, a flowchart of the data analysis process in the manufacturing
<S1>
まず、ステップS1において、処理部166の実測データ記録部168は、実測データをコンピュータ120内に構築されたデータベース(以下単に「DB」と呼ぶ。)に追加する。被製造個体単位で登録する場合の実測データは、被製造個体の品種やシリアル番号及び各製造工程における製造時間・製造装置・製造ヘッド・製造結果を含む。
なお、製造結果とは、各製造工程における製造結果、例えば被製造物幅や被製造物長などである。
<S1>
First, in step S1, the actual measurement
The manufacturing result is a manufacturing result in each manufacturing process, for example, a product width or a product length.
<S2>
次いで、ステップS2において、解析期間設定部170は、解析の対象・データ・評価候補をもとに、単位解析期間を例えば6時間に設定する。ここで、単位解析期間に準じるものとして、製造ロットがある。このロットは、ある数量、例えば1,000個とか10,000個の固まりで被製造個体を流すことで、個々のロットでの前工程から後工程への搬送を行ったり、生産データを集計したりするのに使用される。この製造ロットは、各モノづくり現場の実態を反映しやすいように数量が設定されているため、今後の説明の図では、製造ロットを管理するロットNoを、単位解析期間の指標として説明する。
<S2>
Next, in step S2, the analysis
<S3>
次いで、ステップS3において、ヒストグラム特徴量算出部172は、単位解析期間毎に実測データを分割し、装置・加工ヘッド・ロットNo・計測項目の組み合わせ毎に計測結果のヒストグラム特徴量を算出し、DBに登録する。
具体的には、ヒストグラム特徴量は、計測結果の平均値・中央値・標準偏差・最頻値・尖度・歪度等である。中央値・標準偏差・尖度・歪度の組合せで特徴量を算出することで、概ね良好な結果が得られることが多い。
<S3>
Next, in step S3, the histogram feature
Specifically, the histogram feature amount is the average value, median value, standard deviation, mode value, kurtosis, skewness, etc. of the measurement results. By calculating the features based on the combination of median, standard deviation, kurtosis, and skewness, generally good results can often be obtained.
図4に、工程から平均までで、実測データから単位解析期間毎にヒストグラム特徴量を算出した結果の一例を示す。
実施の形態1では、対象の工程・装置・加工ヘッド・ロットNo・計測項目の組み合わせ毎に計測結果のヒストグラム特徴量を算出している。
FIG. 4 shows an example of the result of calculating the histogram feature amount for each unit analysis period from the measured data from the process to the average.
In the first embodiment, the histogram feature amount of the measurement result is calculated for each combination of the target process, apparatus, processing head, lot number, and measurement item.
まず、工程とは、被製造個体を材料から完成形へ加工していく過程のことである。例えば電池の製造工程では、混錬・塗布・巻取・缶挿入・溶接・注液・封口・初期検査・エージング・出荷検査といった過程を示す。実施の形態1では、工程1から工程10で構成される製造工程を想定している中で、部分的に工程1のみ、例えば巻取工程のみを表示している。
First, the process is the process of processing the individual to be manufactured from the material to the finished form. For example, in the battery manufacturing process, processes such as kneading, coating, winding, can insertion, welding, liquid injection, sealing, initial inspection, aging, and shipping inspection are shown. In the first embodiment, while assuming a manufacturing
次に、図4に示す装置とは、被製造個体を加工する機械に対する名前である。工程によって、装置が1台しかない工程もあれば、複数台ある工程もある。実施の形態1では、工程1において装置が4台あることを想定している中で、装置1から装置4の部分的な結果を表示している。
Next, the device shown in FIG. 4 is a name for a machine that processes an individual to be manufactured. Depending on the process, some processes have only one device, while others have multiple devices. In the first embodiment, the partial results of the
そして、図4に示す加工ヘッドとは、加工ヘッドの名前である。装置の中で生産性を上げるために、同一の加工を行う部品を複数設けることがある。実施の形態1では、工程1の各装置に加工ヘッドが2個あることを想定している中で、加工ヘッド1から加工ヘッド2の部分的な結果を表示している。
The processing head shown in FIG. 4 is the name of the processing head. In order to increase productivity in the equipment, a plurality of parts that perform the same processing may be provided. In the first embodiment, it is assumed that each apparatus in the
また、図4に示すロットNoは、ロットを一意に特定する名前である。このロットとは、ある数量、例えば1,000個とか10,000個の固まりで被製造個体を流すことで、個々のロットでの前工程から後工程への搬送を行ったり、生産データを集計したりするのに使用される単位である。この製造ロットは、各モノづくり現場の実態を反映しやすいように数量が設定されている。実施の形態1では、製造ロットを管理するロットNoを、単位解析期間に準じる指標として、説明に用いている。 The lot number shown in FIG. 4 is a name that uniquely identifies the lot. This lot means that the individual to be manufactured is flowed in a certain quantity, for example, a mass of 1,000 or 10,000 pieces, so that the individual lots are transported from the pre-process to the post-process, and the production data is aggregated. It is a unit used to do things. The quantity of this production lot is set so that it can easily reflect the actual situation of each manufacturing site. In the first embodiment, the lot number for managing the production lot is used in the description as an index according to the unit analysis period.
そして、図4に示す計測項目とは、装置において加工された結果を保証することを目的に計測されている項目や、加工条件の変動を記録しておくことを目的に計測されている項目である。例えば巻取工程を想定すると、計測項目は、巻取体高・巻取体径・巻取ずれ量・巻取張力・巻取補正量などである。実施の形態1では、計測項目がAからGまであることを想定している中で、AとDの部分的な結果を表示している。 The measurement items shown in FIG. 4 are items measured for the purpose of guaranteeing the processing result in the apparatus and items measured for the purpose of recording fluctuations in processing conditions. is there. For example, assuming a winding process, the measurement items are the winding body height, the winding body diameter, the winding deviation amount, the winding tension, the winding correction amount, and the like. In the first embodiment, the partial results of A and D are displayed while assuming that the measurement items are from A to G.
そして、これら工程・装置・加工ヘッド・単位解析期間に準じるロットNo・計測項目の組み合わせ毎に実測データを層別した上で、ヒストグラム特徴量として構成個数N・計測結果の中央値・標準偏差・尖度・歪度・平均を算出している。なお、ヒストグラム特徴量は、中央値・標準偏差・尖度・歪度・平均のうち少なくとも1つを含まなくてもよいし、これら以外の計算値をヒストグラム特徴量として算出してもよい。 Then, after stratifying the measured data for each combination of these processes, equipment, processing heads, lot numbers according to the unit analysis period, and measurement items, the number of constituents N as the histogram feature amount, the median value of the measurement results, the standard deviation, and so on. The kurtosis, skewness, and average are calculated. The histogram feature amount may not include at least one of the median value, standard deviation, kurtosis, skewness, and average, and calculated values other than these may be calculated as the histogram feature amount.
ここで歪度は、以下の式(1)を用いて算出される。 Here, the skewness is calculated using the following equation (1).
また、尖度は、以下の式(2)を用いて算出される。 The kurtosis is calculated using the following formula (2).
<S4>
次いで、ステップS4において、マハラノビス距離算出部174は、ヒストグラム特徴量算出部172で過去に登録されたヒストグラム特徴量も含めて、装置・加工ヘッド・ロットNo・計測項目の組み合わせ毎にマハラノビス距離MDを算出し、DBに登録する。
具体的には、ヒストグラム特徴量のうち、中央値・標準偏差・尖度・歪度の組合せで、過去1か月のデータをもとにマハラノビス距離を算出することで概ね良好な結果が得られることが多い。
<S4>
Next, in step S4, the Mahalanobis
Specifically, among the histogram features, the Mahalanobis distance is calculated based on the data of the past month with the combination of median, standard deviation, kurtosis, and skewness, and generally good results can be obtained. Often.
図4に、マハラノビス距離MDを算出した結果の一例を示す。
ここで、マハラノビス距離MDは、異なる変数間に相関がないp次元を想定して、以下の式(3)を用いて算出される。実施の形態1では、i=1が中央値、i=2が標準偏差、i=3が尖度、i=4が歪度として、マハラノビス距離MDを算出している。
FIG. 4 shows an example of the result of calculating the Mahalanobis distance MD.
Here, the Mahalanobis distance MD is calculated using the following equation (3), assuming a p-dimension in which there is no correlation between different variables. In the first embodiment, the Mahalanobis distance MD is calculated with i = 1 as the median, i = 2 as the standard deviation, i = 3 as the kurtosis, and i = 4 as the skewness.
<S5>
次いで、ステップS5において、集計マハラノビス距離算出部176は、マハラノビス距離算出部174で算出されたマハラノビス距離MDに対して、直近の解析対象期間における装置・加工ヘッド・計測項目の組み合わせ毎の集計マハラノビス距離A_MDを算出し、DBに登録する。
具体的には、直近の解析対象期間を3日とし、この解析対象期間における装置・加工ヘッド・計測項目の組み合わせ毎のマハラノビス距離MDの平均値を集計マハラノビス距離A_MDとして算出することで、概ね良好な結果が得られることが多い。
図4に、マハラノビス距離MDのデータを用いて、集計マハラノビス距離A_MDを算出した結果の一例を示す。例えば、解析対象期間のロットNoがAAAA001,AAAA004〜AAAA008等における装置1と加工ヘッド1と計測項目Aの組み合わせのマハラノビス距離MDは、それぞれ0.91,2.43,1.71,3.72,2.32,2.14,…である。集計マハラノビス距離算出部176は、これらの平均値の2.21を集計マハラノビス距離A_MDとして算出する。
<S5>
Next, in step S5, the total Mahalanobis
Specifically, the latest analysis target period is set to 3 days, and the average value of the Mahalanobis distance MD for each combination of equipment, processing head, and measurement item in this analysis target period is calculated as the aggregated Mahalanobis distance A_MD, which is generally good. Results are often obtained.
FIG. 4 shows an example of the result of calculating the aggregated Mahalanobis distance A_MD using the data of the Mahalanobis distance MD. For example, the Mahalanobis distance MD of the combination of the
<S6>
次いで、ステップS6において、工程能力指数算出部178は、単位解析期間毎に実測データを分割し、装置・加工ヘッド・ロットNo・計測項目の組み合わせ毎に工程能力指数を算出してDBに登録する。
具体的には、工程能力指数は、平均の偏りを考慮した工程能力指数Cpkを用いることで概ね良好な結果が得られることが多い。
図4に、計測項目の上側規格値UCL及び下側規格値LCLを用いて、工程能力指数Cpkを算出した結果の一例を示す。
ここで、工程能力指数Cpkは、各計測項目の上側規格値をUCL、下側規格値をLCLとして、以下の式(4)を用いて算出される。
<S6>
Next, in step S6, the process capability
Specifically, as the process capability index, generally good results can often be obtained by using the process capability index Cpk in consideration of the bias of the average.
FIG. 4 shows an example of the result of calculating the process capability index Cpk using the upper standard value UCL and the lower standard value LCL of the measurement items.
Here, the process capability index Cpk is calculated using the following formula (4), where the upper standard value of each measurement item is UCL and the lower standard value is LCL.
<S7>
次いで、ステップS7において、集計工程能力指数算出部180は、工程能力指数算出部178で算出された工程能力指数Cpkに対して、直近の解析対象期間における装置・加工ヘッド・計測項目の組み合わせ毎の集計工程能力指数A_Cpkを集計し、DBに登録する。
具体的には、直近の解析対象期間を3日とし、この解析対象期間における装置・加工ヘッド・計測項目の組み合わせ毎の工程能力指数Cpkの平均値を集計工程能力指数A_Cpkとして算出することで、概ね良好な結果が得られることが多い。
図4に、工程能力指数Cpkのデータを用いて、集計工程能力指数A_Cpkを算出した結果の一例を示す。例えば、解析対象期間のロットNoがAAAA001,AAAA004〜AAAA008等における装置1と加工ヘッド1と計測項目Aの組み合わせの工程能力指数Cpkは、それぞれ3.41,3.72,3.57,2.9,3,3.42,…である。集計工程能力指数算出部180は、これらの平均値の3.34を集計工程能力指数A_Cpkとして算出する。
<S7>
Next, in step S7, the total process capability
Specifically, the latest analysis target period is set to 3 days, and the average value of the process capability index Cpk for each combination of equipment, processing head, and measurement item in this analysis target period is calculated as the aggregate process capability index A_Cpk. In general, good results are often obtained.
FIG. 4 shows an example of the result of calculating the aggregated process capability index A_Cpk using the data of the process capability index Cpk. For example, the process capability indexes Cpk of the combination of the
<S8>
次いで、ステップS8において、異常検知表示部182は、集計マハラノビス距離A_MDと集計工程能力指数A_Cpkとを組み合わせてモニタ122等に出力し、製造現場のオペレータが確認する。
図5に、変化度を表す集計マハラノビス距離A_MDを横軸とし、健全度を表す集計工程能力指数A_Cpkを縦軸としてグラフ表示した結果の一例を示す。
例えば図5の右下領域は、健全度が低く直近変化度が大きいことから、突発異常を示しているおそれがあることを示す。このため、オペレータは、現状を早急に調査し、対策を実施するかを検討する。
一方で、左下領域は、健全度が低く直近変化度が小さいことから、慢性異常を示しているおそれがあることを示す。このため、オペレータは、取り組みの優先順位は低いが、継続的に改善案を検討していく必要がある。
さらに、右上領域は、健全度が高いが直近変化度が大きいことを示す。このため、オペレータは、突発異常化しないかを継続監視しておく必要がある。
そして、左上領域は、健全度が高く直近変化度も小さいことから、取り組みの優先順位は極めて低い。
<S8>
Next, in step S8, the abnormality
FIG. 5 shows an example of the results of graphing the total Mahalanobis distance A_MD representing the degree of change on the horizontal axis and the total process capability index A_Cpk representing the degree of soundness on the vertical axis.
For example, the lower right region of FIG. 5 has a low degree of soundness and a large degree of recent change, indicating that there is a possibility of indicating a sudden abnormality. Therefore, the operator immediately investigates the current situation and considers whether to implement countermeasures.
On the other hand, the lower left region has a low degree of soundness and a small degree of recent change, indicating that it may indicate a chronic abnormality. For this reason, operators need to continuously consider improvement plans, although the priority of their efforts is low.
Furthermore, the upper right region shows that the degree of soundness is high but the degree of recent change is large. Therefore, the operator needs to continuously monitor whether or not a sudden abnormality occurs.
And since the upper left area has a high degree of soundness and a small degree of recent change, the priority of efforts is extremely low.
このようなフローを経る過程で、製造プロセスを決定するパラメータが網羅的に計測されていないような、例えば一般加工設備においても、被計測項目の変化を統計モデルとして評価しつつ、装置稼働状態の悪化に直結する関連データを表示することができる。そして、オペレータは、上記のような視点で表示結果を確認することで、測定・記録されにくい材料特性変化や前工程の影響をうけにくい異常を検知することができるようになり、装置異常に対する取り組み判断を定量的に実施することが可能となる。
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。
In the process of going through such a flow, even in general processing equipment where the parameters that determine the manufacturing process are not comprehensively measured, for example, even in general processing equipment, while evaluating changes in the items to be measured as a statistical model, the equipment is in operation. It is possible to display related data that is directly linked to deterioration. Then, by checking the display result from the above viewpoint, the operator can detect changes in material properties that are difficult to measure and record and abnormalities that are not easily affected by the previous process. Judgment can be made quantitatively.
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented in various other aspects.
本発明の実施の形態2に関して説明する。実施の形態1と実施の形態2との相違点は、集計マハラノビス距離算出部176及び異常検知表示部182の処理内容である。
The second embodiment of the present invention will be described. The difference between the first embodiment and the second embodiment is the processing contents of the total Mahalanobis
<フロー>
製造条件計算装置1におけるデータ解析処理のフローチャートについて、図6及び図7に基づいて説明する。なお、実施の形態2のフローは、ステップS7までは実施の形態1と同様である。ここで、実施の形態2では、ステップS5の処理を行わなくてもよい。
<Flow>
The flowchart of the data analysis process in the manufacturing
<S11>
ステップS7の処理が行われた後、図6に示すように、ステップS11において、集計マハラノビス距離算出部176は、工程能力指数Cpkと集計工程能力指数A_Cpkとに基づいて、装置・加工ヘッド・ロットNo・計測項目の組み合わせ毎に修正マハラノビス距離MD’を算出する。ステップS11の処理は、図7に示すように、ステップS21〜S23の処理を含む。
<S21>
ステップS21において、集計マハラノビス距離算出部176は、工程能力指数Cpkが集計工程能力指数A_Cpkを超えるか否かを判断する。
<S22>
集計マハラノビス距離算出部176は、工程能力指数Cpkが集計工程能力指数A_Cpkを超えると判断した場合、ステップS22において、マハラノビス距離MDに「−1」を乗じた値を修正マハラノビス距離MD’として算出する。
<S23>
集計マハラノビス距離算出部176は、工程能力指数Cpkが集計工程能力指数A_Cpkを超えないと判断した場合、ステップS23において、マハラノビス距離MDに「1」を乗じた値を修正マハラノビス距離MD’として算出する。
<S11>
After the processing of step S7 is performed, as shown in FIG. 6, in step S11, the total Mahalanobis
<S21>
In step S21, the total Mahalanobis
<S22>
When the total Mahalanobis
<S23>
When the total Mahalanobis
<S12>
次いで、ステップS11の処理が行われた後、ステップS12において、集計マハラノビス距離算出部176は、修正マハラノビス距離MD’をDBに登録する。
図8に、マハラノビス距離MDのデータを用いて、修正マハラノビス距離MD’を算出した結果の一例を示す。
<S12>
Next, after the processing of step S11 is performed, in step S12, the total Mahalanobis
FIG. 8 shows an example of the result of calculating the modified Mahalanobis distance MD'using the data of the Mahalanobis distance MD.
<S13>
次いで、ステップS13において、集計マハラノビス距離算出部176は、修正マハラノビス距離MD’に対して、直近の解析対象期間における装置・加工ヘッド・計測項目の組み合わせ毎の集計修正マハラノビス距離A_MD’を算出し、DBに登録する。
具体的には、直近の解析対象期間を3日とし、この解析対象期間における装置・加工ヘッド・計測項目の組み合わせ毎の修正マハラノビス距離MD’の平均値を集計修正マハラノビス距離A_MD’として算出することで、概ね良好な結果が得られることが多い。
<S13>
Next, in step S13, the total Mahalanobis
Specifically, the latest analysis target period is set to 3 days, and the average value of the modified Mahalanobis distance MD'for each combination of equipment, processing head, and measurement item in this analysis target period is calculated as the aggregated modified Mahalanobis distance A_MD'. In many cases, good results can be obtained.
図8に、修正マハラノビス距離MD’のデータを用いて、集計修正マハラノビス距離A_MD’を算出した結果の一例を示す。例えば、解析対象期間のロットNoがAAAA001,AAAA004〜AAAA008等における装置1と加工ヘッド1と計測項目Aの組み合わせの修正マハラノビス距離MD’は、それぞれ−0.9,−2.4,−1.7,3.72,2.32.−2.1,…である。集計マハラノビス距離算出部176は、これらの平均値の−0.2を集計修正マハラノビス距離A_MD’として算出する。
FIG. 8 shows an example of the result of calculating the aggregated modified Mahalanobis distance A_MD'using the data of the modified Mahalanobis distance MD'. For example, the modified Mahalanobis distance MD'of the combination of the
<S14>
次いで、ステップS14において、異常検知表示部182は、集計修正マハラノビス距離A_MD’と集計工程能力指数A_Cpkとを組み合わせてモニタ122等に出力し、製造現場のオペレータが確認する。
図9に、変化度を表す集計修正マハラノビス距離A_MD’を横軸とし、健全度を表す集計工程能力指数A_Cpkを縦軸としてグラフ表示した結果の一例を示す。
例えば図9の右下領域は、健全度が低く直近変化度が正の方向に大きいことから、突発悪化異常を示しているおそれがあることを示す。このため、オペレータは、現状を早急に調査し、対策を実施する必要がある。
一方で、中央下領域は、健全度が低く直近変化度が小さいことから、慢性異常を示しているおそれがあることを示す。このため、オペレータは、取り組みの優先順位は低いが、継続的に改善案を検討していく必要がある。
さらに、左下領域は、健全度が低く直近変化度が負の方向に大きいことから、突発良化異常を示している可能性がある。このため、オペレータは、取り組みの優先順位は低いが、どのような変化点があったかを確認し、今後の改善案としてストックしていく必要がある。
また、上側領域は、総じて健全度が高いため、オペレータは、健全度が悪化しないかを継続的に監視しておく。
<S14>
Next, in step S14, the abnormality
FIG. 9 shows an example of the results of graphing the total correction Mahalanobis distance A_MD'representing the degree of change on the horizontal axis and the total process capability index A_Cpk representing the degree of soundness on the vertical axis.
For example, the lower right region of FIG. 9 shows that the soundness is low and the degree of recent change is large in the positive direction, which may indicate a sudden deterioration abnormality. Therefore, the operator needs to investigate the current situation immediately and take measures.
On the other hand, the lower center region has a low degree of soundness and a small degree of recent change, indicating that it may indicate a chronic abnormality. For this reason, operators need to continuously consider improvement plans, although the priority of their efforts is low.
Furthermore, the lower left region has a low degree of soundness and a large degree of recent change in the negative direction, which may indicate a sudden improvement abnormality. For this reason, operators need to confirm what kind of changes have occurred, although the priority of their efforts is low, and stock them as future improvement plans.
In addition, since the upper region has a high degree of soundness as a whole, the operator continuously monitors whether the degree of soundness deteriorates.
このような視点で表示結果を確認することで、オペレータは、装置異常に対する取り組み判断を定量的に実施することが可能となる。
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。
By confirming the display result from such a viewpoint, the operator can quantitatively make a decision on the approach to the device abnormality.
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented in various other aspects.
本発明に係る製造条件計算装置、製造条件計算方法及び製造条件計算プログラムは、製造プロセスを決定するパラメータが網羅的に計測されていないような例えば一般加工設備・ラインにおいても、測定・記録されにくい材料特性変化や装置変動の影響による変化度を定量的に評価できるようになり、製造条件の変更判断を定量的に実施することを可能とし、一般工場などでの従来取得パラメータ活用の加速を図ることなどに有用である。 The manufacturing condition calculation device, the manufacturing condition calculation method, and the manufacturing condition calculation program according to the present invention are difficult to measure and record even in, for example, general processing equipment and lines where the parameters that determine the manufacturing process are not comprehensively measured. It will be possible to quantitatively evaluate the degree of change due to changes in material properties and equipment fluctuations, making it possible to quantitatively make decisions on changes in manufacturing conditions, and accelerating the use of conventional acquired parameters in general factories, etc. It is useful for things such as.
1 製造条件計算装置
120 コンピュータ
122 モニタ
124 プリンタ
126 キーボード
128 マウス
140 CPU
142 バス
144 ROM
146 RAM
148 ハードディスクドライブ
150 DVD−ROMドライブ
152 半導体メモリポート
154 ネットワークインターフェイス
160 半導体メモリ
162 DVD−ROM
164 ネットワーク
166 処理部
168 実測データ記録部
170 解析期間設定部
172 ヒストグラム特徴量算出部
174 マハラノビス距離算出部
176 集計マハラノビス距離算出部
178 工程能力指数算出部
180 集計工程能力指数算出部
182 異常検知表示部
1 Manufacturing
142
146 RAM
148
Claims (7)
前記ヒストグラム特徴量をもとに、前記計測項目、前記装置及び前記単位解析期間の組み合わせ毎にマハラノビス距離を算出するマハラノビス距離算出部と、
直近の解析対象期間における前記計測項目及び前記装置の組み合わせ毎の前記マハラノビス距離の集計値に基づき集計マハラノビス距離を算出する集計マハラノビス距離算出部と、
前記計測項目、前記装置及び前記単位解析期間の組み合わせ毎に工程能力指数を算出する工程能力指数算出部と、
直近の解析対象期間における前記計測項目及び前記装置の組み合わせ毎の前記工程能力指数の集計値に基づき集計工程能力指数を算出する集計工程能力指数算出部と、
前記集計マハラノビス距離と前記集計工程能力指数を分割区分して表示する異常検知表示部と、を有する、製造条件計算装置。 The actual measurement data related to the manufacture of the product is divided for each unit analysis period, and the histogram feature amount of the measurement result included in the actual measurement data is calculated for each combination of the measurement items and devices included in the actual measurement data and the unit analysis period. Histogram feature calculation unit and
A Mahalanobis distance calculation unit that calculates the Mahalanobis distance for each combination of the measurement item, the device, and the unit analysis period based on the histogram feature amount.
The total Mahalanobis distance calculation unit that calculates the total Mahalanobis distance based on the total value of the total Mahalanobis distance for each combination of the measurement item and the device in the latest analysis target period,
A process capability index calculation unit that calculates a process capability index for each combination of the measurement item, the device, and the unit analysis period.
A total process capability index calculation unit that calculates a total process capability index based on the total value of the process capability index for each combination of the measurement item and the device in the latest analysis target period.
A manufacturing condition calculation device having an abnormality detection display unit that divides and displays the total Mahalanobis distance and the total process capability index.
前記ヒストグラム特徴量をもとに、前記計測項目、前記装置及び前記単位解析期間の組み合わせ毎にマハラノビス距離を算出するマハラノビス距離算出工程と、
直近の解析対象期間における前記計測項目及び前記装置の組み合わせ毎の前記マハラノビス距離の集計値に基づき集計マハラノビス距離を算出する集計マハラノビス距離算出工程と、
前記計測項目、前記装置及び前記単位解析期間の組み合わせ毎に工程能力指数を算出する工程能力指数算出工程と、
直近の解析対象期間における前記計測項目及び前記装置の組み合わせ毎の前記工程能力指数の集計値に基づき集計工程能力指数を算出する集計工程能力指数算出工程と、
前記集計マハラノビス距離と前記集計工程能力指数を分割区分して表示する異常検知表示工程と、を有する、製造条件計算方法。 The actual measurement data related to the manufacture of the product is divided for each unit analysis period, and the histogram feature amount of the measurement result included in the actual measurement data is calculated for each combination of the measurement items and devices included in the actual measurement data and the unit analysis period. Histogram feature calculation process and
A Mahalanobis distance calculation step for calculating a Mahalanobis distance for each combination of the measurement item, the device, and the unit analysis period based on the histogram feature amount.
The total Mahalanobis distance calculation process for calculating the total Mahalanobis distance based on the total value of the total Mahalanobis distance for each combination of the measurement item and the device in the latest analysis target period.
A process capability index calculation process that calculates a process capability index for each combination of the measurement item, the device, and the unit analysis period, and
A total process capability index calculation process that calculates a total process capability index based on the total value of the process capability index for each combination of the measurement item and the device in the latest analysis target period.
A manufacturing condition calculation method including an abnormality detection display step of dividing and displaying the total Mahalanobis distance and the total process capability index.
製品の製造に関する実測データを単位解析期間毎に分割し、前記実測データに含まれる計測項目及び装置並びに前記単位解析期間の組み合わせ毎に、前記実測データに含まれる計測結果のヒストグラム特徴量を算出するヒストグラム特徴量算出工程と、
前記ヒストグラム特徴量をもとに、前記計測項目、前記装置及び前記単位解析期間の組み合わせ毎にマハラノビス距離を算出するマハラノビス距離算出工程と、
直近の解析対象期間における前記計測項目及び前記装置の組み合わせ毎の前記マハラノビス距離の集計値に基づき集計マハラノビス距離を算出する集計マハラノビス距離算出工程と、
前記計測項目、前記装置及び前記単位解析期間の組み合わせ毎に工程能力指数を算出する工程能力指数算出工程と、
直近の解析対象期間における前記計測項目及び前記装置の組み合わせ毎の前記工程能力指数の集計値に基づき集計工程能力指数を算出する集計工程能力指数算出工程と、
前記集計マハラノビス距離と前記集計工程能力指数を分割区分して表示する異常検知表示工程と、を実行させる、製造条件計算プログラム。 On the computer
The actual measurement data related to the manufacture of the product is divided for each unit analysis period, and the histogram feature amount of the measurement result included in the actual measurement data is calculated for each combination of the measurement items and devices included in the actual measurement data and the unit analysis period. Histogram feature calculation process and
A Mahalanobis distance calculation step for calculating a Mahalanobis distance for each combination of the measurement item, the device, and the unit analysis period based on the histogram feature amount.
The total Mahalanobis distance calculation process for calculating the total Mahalanobis distance based on the total value of the total Mahalanobis distance for each combination of the measurement item and the device in the latest analysis target period.
A process capability index calculation process that calculates a process capability index for each combination of the measurement item, the device, and the unit analysis period, and
A total process capability index calculation process that calculates a total process capability index based on the total value of the process capability index for each combination of the measurement item and the device in the latest analysis target period.
A manufacturing condition calculation program that executes an abnormality detection display process that divides and displays the total Mahalanobis distance and the total process capability index.
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