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公開番号2021002214
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210107
出願番号2019115577
出願日20190621
発明の名称品質管理システム
出願人横河電機株式会社
代理人
主分類G05B 19/418 20060101AFI20201204BHJP(制御;調整)
要約【課題】製品の生産情報と検査情報との関係性に関する解析を支援する技術を提供する。
【解決手段】製造に係る製品の識別情報と、生産工程設備の動作を制御する工程制御情報と、生産工程設備が出力する複数の要素を含んだ時系列の工程データとを入力し、工程制御情報の変化に基づいて、工程データを時間軸方向でセグメントに分割するセグメント抽出部と、分割されたセグメント毎に、工程データに含まれる各要素について要約値を抽出し、前記製品について抽出した要約値を連結した工程特徴データを生成する特徴抽出部と、製品についての検査工程に係る品質データを取得し、工程特徴データとの関係性に関する解析を行なう連成解析部と、を備えた品質管理システム。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
製造に係る製品の識別情報と、生産工程設備の動作を制御する工程制御情報と、前記生産工程設備が出力する複数の要素を含んだ時系列の工程データとを入力し、前記工程制御情報の変化に基づいて、前記工程データを時間軸方向でセグメントに分割するセグメント抽出部と、
分割されたセグメント毎に、前記工程データに含まれる各要素について要約値を抽出し、前記製品について抽出した要約値を連結した工程特徴データを生成する特徴抽出部と、
前記製品についての検査工程に係る品質データを取得し、前記工程特徴データとの関係性に関する解析を行なう連成解析部と、
を備えたことを特徴とする品質管理システム。
続きを表示(約 290 文字)【請求項2】
前記連成解析部の解析結果を出力する解析結果出力部をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の品質管理システム。
【請求項3】
前記連成解析部は、回帰分析を行ない、回帰分析に基づく予測モデルを生成し、
前記予測モデルと前記工程特徴データに基づいて品質データの予測を行なう予測解析部をさらに備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の品質管理システム。
【請求項4】
前記工程特徴データと前記品質データを一時的に格納するデータ一時記憶部をさらに備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の品質管理システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、製造業における生産管理システムに関し、特に、製品の品質管理に関する。
続きを表示(約 4,500 文字)【背景技術】
【0002】
プラント等における製造現場では、種々の生産工程により製品を生産するとともに、後工程として、生産された製品の検査が行なわれる。近年では、各工程の管理はシステム化されており、制御信号の出力、センサ情報の収集、製品の検査等が自動的に行なわれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2014−206870号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
生産現場においてシステムが行なう品質管理として、例えば、製品の生産情報と製品の検査情報との関係を解析することが挙げられる。
【0005】
図6は、製品の生産情報と製品の検査情報との関係を解析する品質管理システム500の構成例を示すブロック図である。本図に示すように、品質管理システム500は、データ取得部510、データベース520、工程・品質データ関係性解析部530、解析結果出力部540を備えている。
【0006】
データ取得部510は、工程データと品質データとを収集し、データベース520に格納する。ここで、工程データは、生産工程における詳細データであり、製造現場等に配置された各種センサが出力するセンサ値や各種装置の制御信号等である。また、品質データは、後工程からフィードバックされる検査結果に関するデータである。
【0007】
工程・品質データ関係性解析部530は、所定のタイミングでデータベース520から一定期間分の工程データと品質データとを読み出して、両データの関係性に関する解析を行なう。解析結果出力部540は、この解析結果を出力する。
【0008】
工程・品質データ関係性解析部530が行なう関係性に関する解析は、例えば、工程データから品質データへの回帰分析、工程データと品質データ間の相関分析等である。
【0009】
回帰分析により、工程データから品質データの予測値を算出することができ、工程経過中に製品の品質を予測し、フィードフォワード的な品質管理を行なうことが可能である。回帰分析の結果、操作可能な要因が説明変数として選ばれていれば、直接的にそれらを制御対象とし、品質管理の自動化を行なうことも考えられる。
【0010】
また、相関分析によれば、製品の品質に寄与する生産工程内の変動要因の候補を得ることができ、生産管理者にとっては、生産工程改善のための参考情報を得ることができる。
【0011】
しかしながら、工程データは、各種センサ値や制御信号等であり、例えば、温度測定値、圧力測定値、電流測定値、コントローラが出力するバルブ操作量等多くの要素から構成されるのに加え、値が逐次変動するものも多い。
【0012】
例えば、細かな変動が製品の品質に影響を及ぼす可能性がある場合には、高いサンプリングレートで工程データを収集する必要があり、また、生産工程が数日から数週間という単位で行なわれる場合には、長期間にわたって工程データを収集する必要がある。このような場合等には、収集される工程データが膨大な量となり、工程データと品質データとの関係性に関する解析が非常に困難となる。
【0013】
そこで、本発明は、製品の生産情報と検査情報との関係性に関する解析を支援する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0014】
上記課題を解決するため、本発明の品質管理システムは、製造に係る製品の識別情報と、生産工程設備の動作を制御する工程制御情報と、前記生産工程設備が出力する複数の要素を含んだ時系列の工程データとを入力し、前記工程制御情報の変化に基づいて、前記工程データを時間軸方向でセグメントに分割するセグメント抽出部と、
分割されたセグメント毎に、前記工程データに含まれる各要素について要約値を抽出し、前記製品について抽出した要約値を連結した工程特徴データを生成する特徴抽出部と、
前記製品についての検査工程に係る品質データを取得し、前記工程特徴データとの関係性に関する解析を行なう連成解析部と、
を備えたことを特徴とする。
ここで、前記連成解析部の解析結果を出力する解析結果出力部をさらに備えてもよい。
また、前記連成解析部は、回帰分析を行ない、回帰分析に基づく予測モデルを生成し、
前記予測モデルと前記工程特徴データに基づいて品質データの予測を行なう予測解析部をさらに備えたてもよい。
また、前記工程特徴データと前記品質データを一時的に格納するデータ一時記憶部をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、製品の生産情報と検査情報との関係性に関する解析を支援する技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0016】
本実施形態の品質管理システムを含んだ生産システム10の構成例を示すブロック図である。
セグメント分割を説明する図である。
工程特徴データを説明する図である。
解析結果の出力例を示す図である。
本実施形態の品質管理システムの動作を説明するフローチャートである。
製品の生産情報と製品の検査情報との関係を解析する品質管理システムの構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は、本実施形態の品質管理システム100を含んだ生産システム10の構成例を示すブロック図である。
【0018】
本図に示すように、生産システム10は、品質管理システム100に加え、生産管理システム210、生産工程設備220、検査工程設備230を含んでいる。
【0019】
生産管理システム210は、製造実行機能とトレーサビリティ機能を備えており、製造現場における複数の工程を管理するシステムである。生産管理システム210は、製品識別情報と工程制御情報を生産工程設備220に出力し、検査工程設備230から品質データを入力することで、ある製品がいつ、どういう条件で加工され、最終的にどういう検査結果となったのかを一元的に管理する。
【0020】
生産工程設備220は、例えば、生産ラインであり、製品の生産に関する処理を行なう装置群である。生産工程設備220は、各種センサ、PLC等のコントローラ、バルブ・アクチュエータ等の操作対象等を含んでおり、生産管理システム210からの製品識別情報、工程制御情報に基づいて動作等する。
【0021】
ここで、製品識別情報は、製造に係る製品を識別するための情報であり、ディスクリート系の生産工程においてはロット番号等であり、連続プロセス系の生産工程においては、時間情報等が対応する。
【0022】
また、製品識別情報は、生産工程設備220に含まれる装置のON/OFFや、製品品種によって異なる動作レシピ、あるいはコントローラへの設定値そのものである。
【0023】
生産工程設備220は、工程データを出力する。工程データは、各種センサ値や制御信号等であり、例えば、温度測定値、圧力測定値、電流測定値、コントローラが出力するバルブ操作量等である。すなわち、工程データは複数の要素から構成され、それぞれの要素は逐次変化する。
【0024】
検査工程設備230は、製品の品質に関わる特性値などの検査を行なったり、検査結果を取得する装置等である。検査結果は、品質データとして生産管理システム210に送られる。品質データは、製品識別情報と対応付けられており、例えば、出荷時のスペックとなるようなロット毎の物理的な特性値等である。
【0025】
品質管理システム100は、生産に関するデータを自動的かつ逐次的に分析することで生産工程における品質管理を支援するためのシステムであり、セグメントデータ抽出部110、特徴抽出部120、データ一時記憶部130、オンライン連成解析部140、オンライン予測解析部150、解析結果出力部160を備えている。品質管理システム100は、コンピュータプログラムに従って動作を行なう汎用的なパーソナルコンピュータ、サーバコンピュータ、専用システム等で構成することができる。
【0026】
セグメントデータ抽出部110は、生産管理システム210から、製品識別情報と工程制御情報とを入力する。また、生産工程設備220から時系列で変化する工程データを入力する。工程データは、所定のレートでサンプリングする。本実施形態では、ハイレートでサンプリングすることができる。そして、製品識別情報で特定される製品毎に、工程データを時間軸方向に分割し、セグメントデータとして出力する。
【0027】
ここで、工程データの分割は、工程制御情報が変化したタイミングとすることができる。すなわち、セグメントデータは、同一の工程制御情報における工程データの時系列データである。
【0028】
例えば、図2に示すように、ロットA、ロットBで特定される製品について、工程データとして、センサαの出力値とセンサβの出力値の2つの要素が収集されている場合において、製造中に工程制御情報が2回変化したとすると、各ロットの工程データは、それぞれ2つの要素からなるS1、S2、S3の3つのセグメントに分割されることになる。なお、同一製品であれば、同じ動作レシピが用いられ、各ロットにおけるセグメント数は同一であるとする。ただし、各セグメントの時間幅は諸条件により変化し、同一の工程制御情報であっても、必ずしも同一にはならない。
【0029】
特徴抽出部120は、セグメントデータを入力とし、セグメントデータを特徴づける要約値を工程データの要素毎に抽出する。セグメントデータを特徴づける要約値は、図3に示すように、例えば、工程データ要素の平均値、標準偏差、最小値、最大値などの基本的な統計量や、パワースペクトルのような周波数解析に基づくもの等とすることができる。例えば、センサαについては、平均値と標準偏差を要約値とし、センサβについては最大値と最小値を要約値とすることができる。
【0030】
要約値は、センサ毎あるいは複数のセンサの組み合わせに対して1または複数個設定することができるが、それぞれの要約値は1つのセグメントについて1つとなる。これらの処理の結果として得られる要約値の集合を、工程特徴データと称する。
(【0031】以降は省略されています)

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