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초록
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강판 표면 결함은 강판의 품질과 가격을 결정하는 중요한 요인 중 하나로, 많은 철강 업체는 그동안 검사자의 육안으로 강판 표면 결함을 확인해왔다. 그러나 시각에 의존한 검사는 통상 30% 이상의 판단 오류가 발생함에 따라 검사 신뢰도가 낮은 문제점을 갖고 있다. 따라서 본 연구는 Simultaneous MTS (S-MTS) 알고리즘을 적용하여 보다 지능적이고 높은 정확도를 갖는 새로운 강판 표면 결함 진단 시스템을 제안하였다. S-MTS 알고리즘은 단일 클래스 분류에는 효과적이지만 다중 클래스 분류에서 정확도가 떨어지는 기존 마할라노비스 다구찌시스템 알고리즘(Mahalanobis Taguchi System; MTS)의 문제점을 해결한 새로운 알고리즘이다. 강판 표면 결함 진단은 대표적인 다중 클래스 분류 문제에 해당하므로, 강판 표면 결함 진단 시스템 구축을 위해 본 연구에서는 S-MTS 알고리즘을 채택하였다. 강판 표면 결함 진단 시스템 개발은 S-MTS 알고리즘에 따라 다음과 같이 진행하였다. 첫째, 각 강판 표면 결함 별로 개별적인 참조 그룹 마할라노비스 공간(Mahalanobis Space; MS)을 구축하였다. 둘째, 구축된 참조 그룹 MS를 기반으로 비교 그룹 마할라노비스 거리(Mahalanobis Distance; MD)를 계산한 후 최소 MD를 갖는 강판 표면 결함을 비교 그룹의 강판 표면 결함으로 판단하였다. 셋째, 강판 표면 결함을 분류하는 데 있어 결함 간의 차이점을 명확하게 해주는 예측 능력이 높은 변수를 파악하였다. 넷째, 예측 능력이 높은 변수만을 이용해 강판 표면 결함 분류를 재수행함으로써 최종적인 강판 표면 결함 진단 시스템을 구축한다. 이와 같은 과정을 통해 구축한 S-MTS 기반 강판 표면 결함 진단 시스템의 정확도는 90.79%로, 이는 기존 검사 방법에 비해 매우 높은 정확도를 갖는 유용한 방법임을 보여준다. 추후 연구에서는 본 연구를 통해 개발된 시스템을 현장 적용하여, 실제 효과성을 검증할 필요가 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Steel plate faults is one of important factors to affect the quality and price of the steel plates. So far many steelmakers generally have used visual inspection method that could be based on an inspector's intuition or experience. Specifically, the inspector checks the steel plate faults by looking...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이어서 비교 그룹의 MD를 계산하게 되며, 계산 결과를 바탕으로 비교 그룹의 MD가 참조 그룹의 상태 별 MD와 가장 차이가 적은 상태를 해당 비교 그룹의 상태로 식별한다. 다음으로 비교 그룹의 식별된 상태와 실제 상태가 일치하는지 확인한다. 이를 통해 구축된 상태 별 MS가 다양한 상태를 잘 식별할 수 있는지 여부, 다시 말해 상태 별 MS의 유효성을 확인한다.
  • 강판 표면 결함은 강판 품질, 가격과 직결되는 중요한 품질 지표로써 이를 관리하기 위해 육안으로 강판 표면 검사를 수행하고 있으나, 상당한 오·판단으로 인해 신뢰도에 심각한 문제를 갖고 있다. 따라서 본 연구는 S-MTS 알고리즘을 적용해 보다 높은 정확도를 가진 새로운 강판 표면 결함 진단 시스템을 고안하고자 하였다. 결함 진단은 S-MTS 절차 따라 6가지 강판 결함 별 참조 그룹 MS를 구축하고, 이를 기반으로 비교 그룹의 MD를 계산한 뒤 최소 MD를 갖는 강판 결함을 해당 비교 그룹의 강판 결함으로 식별하였다.
  • , 2010) 등 다양한 분야의 진단 문제에 널리 적용되고 있지만, 3개 이상의 클래스를 분류하는 다중 클래스 분류 문제에서는 정확도가 낮은 한계점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 다양한 강판 표면 결함을 분류하기 위해 다중 클래스 분류가 가능한 진보된 MTS 알고리즘인 Simultaneous MTS (S-MTS)를 적용하여(Cha and Kim et al., 2016) 강판 표면 결함 진단 시스템을 개발하고, 선행 연구에서 제시하고 있는 타 알고리즘 기반 결함 진단 시스템과의 성능 비교를 통하여 이에 대한 효과성을 확인하고자 한다.
  • 강판 표면 결함 진단은 데이터마이닝에서 많은 관심이 집중되는 분야 중 하나로서 다양한 알고리즘을 도입 및 적용하는 연구가 늘고있다. 따라서 본 절에는 S-MTS 기반 강판 표면 결함 진단 시스템의 정확도와 선행 연구들에서 제시하고 있는 타 알고리즘 기반 강판 표면 결함 진단 시스템 간의 정확도를 비교하고자 한다. 비교 대상 알고리즘은 Decision Tree, Multi Perception Neural Network (MLPNN), Logistic Regression (LR), Support Vector Machine (SVM), Tree Bagger Random Forest, Grid Search (GS), Genetic Algorithm (GA), Particle Swarm Optimization (PSO)이며, [Table 9]는 선행 연구들에서 수행한 실험 결과를 기반으로 각 알고리즘의 정확도를 정리한 것이다.
  • 본 연구에서는 철강 산업의 중요한 이슈인 강판 표면 결함 진단을 위해 다중 클래스 분류에 진보된 알고리즘인 S-MTS에 기반한 강판 표면 결함 진단 시스템을 제안하였다.
  • 다음으로 비교 그룹의 식별된 상태와 실제 상태가 일치하는지 확인한다. 이를 통해 구축된 상태 별 MS가 다양한 상태를 잘 식별할 수 있는지 여부, 다시 말해 상태 별 MS의 유효성을 확인한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
S-MTS 알고리즘은 무엇인가? 따라서 본 연구는 Simultaneous MTS (S-MTS) 알고리즘을 적용하여 보다 지능적이고 높은 정확도를 갖는 새로운 강판 표면 결함 진단 시스템을 제안하였다. S-MTS 알고리즘은 단일 클래스 분류에는 효과적이지만 다중 클래스 분류에서 정확도가 떨어지는 기존 마할라노비스 다구찌시스템 알고리즘(Mahalanobis Taguchi System; MTS)의 문제점을 해결한 새로운 알고리즘이다. 강판 표면 결함 진단은 대표적인 다중 클래스 분류 문제에 해당하므로, 강판 표면 결함 진단 시스템 구축을 위해 본 연구에서는 S-MTS 알고리즘을 채택하였다.
본 논문에서 강판 표면 결함 진단을 위해 무엇을 채택하였는가? S-MTS 알고리즘은 단일 클래스 분류에는 효과적이지만 다중 클래스 분류에서 정확도가 떨어지는 기존 마할라노비스 다구찌시스템 알고리즘(Mahalanobis Taguchi System; MTS)의 문제점을 해결한 새로운 알고리즘이다. 강판 표면 결함 진단은 대표적인 다중 클래스 분류 문제에 해당하므로, 강판 표면 결함 진단 시스템 구축을 위해 본 연구에서는 S-MTS 알고리즘을 채택하였다. 강판 표면 결함 진단 시스템 개발은 S-MTS 알고리즘에 따라 다음과 같이 진행하였다.
검사자의 육안으로 강판 표면 결함을 확인하는 것은 어떠한 문제점을 갖고 있는가? 강판 표면 결함은 강판의 품질과 가격을 결정하는 중요한 요인 중 하나로, 많은 철강 업체는 그동안 검사자의 육안으로 강판 표면 결함을 확인해왔다. 그러나 시각에 의존한 검사는 통상 30% 이상의 판단 오류가 발생함에 따라 검사 신뢰도가 낮은 문제점을 갖고 있다. 따라서 본 연구는 Simultaneous MTS (S-MTS) 알고리즘을 적용하여 보다 지능적이고 높은 정확도를 갖는 새로운 강판 표면 결함 진단 시스템을 제안하였다.
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참고문헌 (15)

  1. Ahmet, S, S. Jagannathan, C. Saygin, "Mahalanobis Taguchi System (MTS) as a Prognostics Tool for Rolling Element Bearing Failures", Journal of Manufacturing Science and Engineering, Vol.132, No.5(2010) 

  2. Cha, J. M., J. Y. Kim, J. U. Shin, and C. S. Yeom, "A Method for Improving Multiclass Classification Performance of Mahalanobis Taguchi System", Proceedings of the Korea Society of IT Service Conference, Vol.2016, (2016), 411-414. 

  3. Fakhr, M. and A. M. Elsayad, "Steel plates faults diagnosis with data mining models", Journal of Computer Science, Vol.8, No.4(2012), 506-514. 

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  5. Jin, X. and T. W. S. Chow, "Anomaly Detection of Cooling Fan and Fault Classification of Induction Motor using Mahalanobis-Taguchi System", Expert Systems and Applications, Vol.40, (2013), 5787-5795. 

  6. Kim, C. H., S. H. Choi, W. J. Joo, and G. B. Kim, "Classification of Surface Detect on Steel Strip by KNN Classifier", Journal of the Korean Society for Precision Engineering, Vol.23, No.8(2006), 80-88. 

  7. Moon, C. I., S. H. Choi, W. J. Joo, G. B. Kim, and H. K. Kim, "Development of a Neural Network Classifier for the Classification of Surface Defects of Cold Rolled Strips", Journal of the Korean Society for Precision Engineering, Vol.24, No.4(2007), 76-83. 

  8. Park, S. G., W. S. Park, Y. Y. Lee, D. S. Kim, and J. E. Oh, "A Fault Diagnosis on the Rotating Machinery Using MTS", Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering, Vol.18, No.6(2008), 619-623. 

  9. Ren, J., Y., Cai, X., Xing, and J., Chen, "A method of multi-class faults classification based-on Mahalanobis-Taguchi system using vibration signals", Proceedings of 9th IEEE International Conference on Reliability, Maintainability and Safety (ICRMS), Vol.2011, (2011), 1015-1020. 

  10. Semeion, Steel Plates Faults Diagnosis Dataset, UCI Repository of machine learning databases, Irvine, CA: University of California, Department of Information and Computer Science, 2016. Available at https://archive.ics.uci.edu/ml/datasets/SteelPlatesFaults (Downloaded 1 September, 2016). 

  11. Simic, D., V. Svircevic, and S. Simic, "An Approach of Steel Plates Fault Diagnosis in Multiple Classes Decision Making", Hybrid Artificial Intelligence Systems, Vol.8480, (2014), 86-97. 

  12. Song, S. J., H. J. Kim, S. H. Choi, and J. H. Lee, "Classification of Surface Defects on Cold Rolled Strips by Probabilistic Neural Networks", Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing, Vol.17, No.3(1997), 162-173. 

  13. Su, C.T. and Y.H., Hsiao, "Multiclass MTS for simultaneous feature selection and classification", IEEE Transactions on Knowledge and Data Engineering, Vol.21, No.2(2009), 192-205. 

  14. Taguchi, G., and R. Jugulum, The Mahalanobis-Taguchi Stretegy: A Pattern Technology System, John Wiley & Sons, New York, 2002. 

  15. Tian, Y., M. Fu, and F. Wu, "Steel plates fault diagnosis on the basis of support vector machines", Neurocomputing, Vol.151, (2015), 296-303. 

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