仕上ミルの形式

1. はじめに

いま、見た目が格好いいからという理由で、熱間圧延ラインの3DCGを作っています。 熱間圧延ラインというのは薄い鉄板を大量生産するためのラインで (図1)、具体的には、それなりに厚い鉄塊をロールで押しつぶして薄くする、ということをやっています。で、ロールで押しつぶすための設備が仕上圧延機です。 通常、この設備は仕上ミル (Finishing mill) と呼ばれているので、以降はここでもそう呼ぶことにします。

図1 熱間圧延ライン全体図 (HSU, Han-Kai; AOH, Jong-Ning. The Mechanism of Position-Mode Side Guide in Correcting Camber in Roughing Process of a Hot Strip Mill. Metals, 2019, 9.5: 504.)

図2 圧延された板

先ほど書いた通り、熱間圧延ラインで製造しているのは板です。 板のあちこちで厚みが違うと使いにくいので、仕上ミルには一定の厚みの板を作ることが求められます。 熱間圧延ラインで製造される板は図2に示すようにとてつもなく長く、“板厚”という場合に、 長手方向板厚と幅方向板厚に分けて考えることが必要になります。 実は、長手方向板厚を一定にする技術と幅方向板厚を一定にする技術は異なっていて、 時代とともにその技術は進歩してきました。 そして、それにあわせて仕上ミルの形式も変化してきました。 ここでは、1960年以降、幅方向の板厚を一定にする技術の進歩に伴って、 仕上ミルの形式がどのように変化してきたのか解説していこうと思います。
一応書いておきますが、この記事は圧延の操業方法や圧延の物理を解説する記事ではりません。そのあたりに興味のある方は教科書を読むとか、そういうことが体感できる場所で働くことをお勧めします。

2. 仕上ミルの形式の変化

2.1 シンプルな仕上ミルとその問題点

図3aは最もシンプルな仕上ミルの模式図です。左から入ってきた板がワークロール（板に接触するロールの通称）で伸ばされて、薄くなって右へ出ていきます。このとき、図3bのように、ワークロールは板の硬さに負けて少しだけたわみます。結果として、幅方向中心部の板厚が端の板厚と比べて大きくなります。 この板厚差をなくすために以後多くの方法が考案されてきました。

図3 シンプルな仕上ミルと幅方向の板厚偏差

2.2 バックアップロール方式

ワークロールがたわまないように、図4のようにワークロールを支えるバックアップロールを追加するという方法が登場します。しかし、この方法では、硬い板を伸ばすときにはバックアップロールもたわんでしまうという問題があります。

図4 バックアップロールの追加

2.3 ベンダー方式

パスタを折るイメージで、ワークロールの両端を掴んで曲げることで、板の硬さによって生じるたわみを打ち消そうという方法が登場します (図5)。今までの方法との決定的な違いは、ワークロールのたわみ量を制御できるということです。つまり、柔らかい板でワークロールのたわみが小さいときはベンディング力を小さくして、硬い板でワークロールのたわみ量が大きいときはベンディング力を大きくするという制御ができます。ベンディング力をさらに大きくすることで、板中心部の板厚を板端部の板厚よりも小さくすることも可能になります。もちろん、板中心部の板厚と板端部の板厚の差を大きくする側に制御することも可能です。

図5 ベンダー方式

2.4 中間ロールシフト方式

ベンダーによって幅方向の板厚を制御できるようになりましたが、それでも限界がありました。そこでより高い幅方向板厚制御能力を目指して登場したのが中間ロールシフト方式です (図6)。ワークロールとバックアップロールの間にひょうたんのような断面の中間ロール（IMRとも言う）を設置し、中間ロールの径の大きい部分を近づけたり離したりすることで幅方向の板厚を制御しようというものです。例えば、中間ロールの径の大きな部分を近づけると、それに合わせてワークロールがたわみ、結果として板中心部の板厚を薄くできます。ベンダー方式はワークロールの端に力を加えるだけでした。中間ロールシフト方式は板の通り道の形状を直接変化させることができるという意味で、幅方向の板厚制御能力が向上します。

 図6 中間ロールシフト方式

2.5 ワークロールシフト方式

考え方としては中間ロールシフト方式と同じで、より直接的にワークロール形状を変化させるというものです (図7)。 明らかにこちらの方がシンプルなのになぜ後から登場したのか。それは、ワークロールが圧延中に凄まじいペースで磨耗することに起因します。すなわち、せっかく作ったひょうたんの形が圧延中にどんどん変化していき、当初はその影響を考慮した制御ができなかったのです。コンピュータの進化などで高度な制御ができるようになると、圧延機の部品点数が少なくて済むこちらの方式があっという間に広まります。中間ロールシフト方式の仕上ミルを見たら、時代のはざまに生まれたレアキャラに思いを馳せてください。

図7 ワークロールシフト方式

2.6 ワークロールクロス方式

ロールに凝った形状をつけるのは大変です。板の幅方向の板厚を制御するには、要するに板の幅方向に上下ワークロールの隙間を変化させればよく、シフト以外の方式として登場したのがワークロールクロス方式です。図8aに示すように上下ワークロールをクロスさせ、図8bのように上下ワークロールの隙間を板の幅方向に変化させるというものです。しかし、ワークロールとバックアップロールの間に角度差が生じることに起因して、ワークロールとバックアップロールが互いに離れようとする力（スラスト力）が発生します。それをおさえるための構造が必要となり、あまり流行りませんでした。

図8 ワークロールクロス方式

2.7 ペアクロス方式

ワークロールクロス方式の問題点は、ワークロールとバックアプロールに角度差がついたことでした。そこで、バックアップロールもワークロールに合わせてクロスさせるというペアクロス方式が登場します (図9)。確かに幅方向の板厚制御能力はずば抜けていいたのですが、仕上ミルの構造が凄まじく複雑になり、過酷な圧延の現場で使うにはややデリケートすぎるものでした。

図9 ペアクロス方式 

以上、世の中に出てきた順に書きました。ただ、設備の扱いやすさなどの観点で最終的に覇権を取ったのはワークロールシフト方式のようです。

scikit-learnの最近傍法を使う

導入で苦しんだのでメモ．ついでに使い方もメモ．

使い方

sklearn.neighborsモジュールには次の3つがある．
近傍の点を見つけるだけならNearestNeighborsでOK．

• NearestNeighbors
• KNeighborsClassifier
• KNeighborsRegressor

＜サンプル＞********************************************

from sklearn.neighbors import NearestNeighbors
#aが学習データ，bが検索データ
a = [[1,9], [2,8], [3,7], [4,6], [5,5], [6,4], [7,3], [8,2], [9,1] ]
b = [[2,8] ]

#fitでモデルを作る．algorithmにkd_treeを使えば検索が早くなる
nbrs = NearestNeighbors(n_neighbors=3,algorithm='kd_tree',metric='euclidean').fit(a)

#kneighborsで近傍点を検索する．
#与える引数で何点検索するか指定できる（今回は2点）
#indicesが近傍の点の添え字，distanceが距離．
distances, indices = nbrs.kneighbors(b,2)

＜以上＞********************************************

導入

Annacondaを使って導入する場合，最新バージョンのscikit-learnを選択すると，numpyもついてくるらしい．これが既にインストールされるnumpyとそれに関連するパッケージと干渉し，numpyを使うプログラムが動かなくなる．古いバージョン（例えば0.19.0）だとscikit-learnが単体で追加されるので，先ほど述べたような問題は起こらない．

docomo wifiの使い方

いろいろ試してdocomo wifiがまあ便利だった．

導入された時期の違いで接続方法がまちまちなのでメモ．

 

◆0001docomo

• 新しい
• 0000docomo，docomoとはエリアが違う
• SIM認証できる

 

 

◆0000docomo

• 古い
• 0001docomo, docomoとはエリアが違う
• SIM認証できなくて，docomo Wi-Fiユーザ ID・docomo Wi-Fiパスワード・セキュリティキーが必要
• SSID選択時にセキュリティーキー入力→ブラウザ起動時に「docomo Wi-FiユーザID／パスワード」を入力し、プルダウンメニューから「SPモード｣を選択

 

 

◆docomo

• 古い
• 0000docomo, 0001docomoとはエリアが違う
• SIM認証できなくて，docomo Wi-Fiユーザ ID
• docomo Wi-Fiパスワード・セキュリティキーが必要
• SSID選択時にセキュリティーキー入力→ブラウザ起動時に「docomo Wi-FiユーザID／パスワード」を入力し、プルダウンメニューから「SPモード｣を選択

FM TOWNSの仮想化（macOS上のVirtualBOX上のWindowsXPでうんづを動かす）

前に書いたFM TOWNSに関する話の続きです．

目次

1. TOWNSの死亡
2. うんづの仮想化
3. TOWNS本体の今後

1. TOWNSの死亡

　数年前から内蔵ハードディスクドライブと光学ドライブは死亡しており，外付けハードディスクにインストールしたシステムを起動して遊んでいたのですがそれも不可能になりました．この記事で書いた通り，自分の場合はハードウェアとしてのTOWNSはそこまで必要ないので，頑張ってハードウェアを修理したりはしないことに決めました．

2. うんづの仮想化

　ハードウェアは必要ないといいつつたまにはTOWNS OSと戯れたいので，TOWNS OS自体は起動できるようにはしておきたいと思います．そういう意味で，前回うんづによる仮想化を行ったわけです．しかし，うんづはリリース時期的にはVistaまでのWindowsにしか対応していません．いまのところWindows10では動作するものの，将来のWindowsでも同様に動作するのかという問題があり，もっと言えばWindowsというOSがなくなるかもしれないわけです．特定の環境に依存しない方法を模索する必要があります．
　そこで，次のような案を考えました．

「仮想マシン上のWindowsでうんづを動かすことはできないか」

そして，その具体的な形として次を試してみました．

「macOS（実マシン）上のVirtualBOX上のWindowsXPでうんづを動かす（下図）」

動きました． 仮想マシンのスペックによるので一概には言えませんが，動作の重さは特になく不自由はなさそうです． 

3. TOWNS本体の今後

　せっかくのレアハードを捨てるのも惜しいので，PCケースとして再利用できないか検討中．乞うご期待． 

すでにばらし始めています．写真は，頭脳であるi486SX．

研究室共有スペースの整備

　社会人を何年かやって，博士号を取るために大学に戻って一年が経った． 研究以外にテーマを持って取り組んだことに研究室の共有スペースの整備というのがあって， それについて書こうと思う．

研究室の共有スペースとは

　自分がいる研究室は，教授の部屋，准教授・ポスドクの部屋，博士課程以下の学生の部屋に分かれている． そして，学生部屋の一角に流し台があり，そこを中心に冷蔵庫，ソファー，ミーティング机，ホワイトボードがあって，そこが共有スペースだ．

整備することになったきっかけ

　一つ目は自分の都合．社会人帰りということもあって，実験室にいるか用事で構外にいるとき以外は基本的に朝から夜まで居室にいる．だから，自分が長い時間を過ごす空間を少しでも快適にしたい．
　二つ目は他の学生へのメリット．現状の共有スペースも割と学生の溜まり場になっているので，ちゃんと整備すればもっと溜まり場になって，何か面白いことが始まるんじゃないかと思った．

やった内容とそれによって変化したこと

1. 流し台の掃除．

   　流し台を掃除して，洗ったあとの食器が積み上がっていた乾燥棚を撤去して代わりにマグカップが数個置けるくらいの小さい乾燥棚にした．乾燥棚に放置できないからみんな食器を片付けるようになったし，綺麗になったという理由で今まで流しを使わなかった学生が自前のカップを用意して洗うようになったりした．

2. コーヒーメーカーの導入
   　コーヒー好きが何人かいたので，機械やら豆やら共同出資してコーヒーメーカーを導入した． フリーライドはOKで，たくさん飲みたいなら豆を買ったり機械を掃除してねというルールで運用していきたい．

3. ドリンク用募金箱の設置
   　どうしても飲みたいときもあるだろうということで，募金箱を設置した． 先生やOBの方が思ったより入れてくれて，月5000円分くらい，タイミング関係なく自由に飲んでいいお酒やジュースが常備できるようになった．趣旨を理解した上（=リターンを求めていない）での資金から買っているから自由に飲んでいいんだけど，思ったよりもお金を入れて飲み物を取っていく学生が多い．

4. ホワイトボードの発掘
   　荷物に埋まっていてほとんど使えてなかったホワイトボードをちゃんと使える場所に移した． 色々と書かれるようになったので今後の経過を様子見．

最後に

　最近は，夕方誰かがおもむろに飲み始めたのをきっかけに数人が集まって一缶飲みきるまでいろいろ議論するといったことが起こるようになった．研究成果への効果はまだ未知数だけど，少なくともミーティング以外で議論するという文化はできそうな気がする．
　課題も残っている．今回の取り組みは，絞ったり褒めたりして瞬間的に120%のパフォーマンス引き出すというものではなくて，今もっている能力を発揮しやすいように環境を整えることを目指すというもの．個人を必ずしも成長させるものではないので，その辺りはこれからみんなで取り組んでいきたい．

操業エンジニアは二重思考をする

　操業エンジニアとして，数年間，鉄鋼製品製造ラインの操業管理業務をやっていて考えたことを一つ書く．

これは，入社から数年間の工場張り付きだったときに考えた話．

個人的には後ろ向きの話ではないと思っている．

 

鉄鋼製品製造ラインの操業エンジニアとは

　私の職務内容は概ね下記だった．

　①今ある設備・人をいかにうまく使うかを考える．

　②今の設備をどう変えていくべきか考えて，必要であれば実行する．

 

　例えば①の例としては，装置の設定値を変更したら単位時間あたりの生産量を多くできないか，とかそういうこと．②の例としては，今の設備とおなじ機能でより強力なものを入れたり，あるいは全く別の機能を持つ設備を付け加えたらラインにとってメリットがあるか考える．メリットがあるなら予算をとって，社内の設備部・制御部・研究部，社外のメーカーに働きかけて自分の夢を実現してもらうこと．

 

　鋭い人は気づいたかもしれないけど，工場張り付きだからといって自分で機械操作等の製造作業を行うのではない．製造作業はそのためのトレーニングを受けた高卒のオペレータと呼ばれる人たちがやっていて（注1），大卒の操業エンジニアは日々の操業成績やオペレータから上がってくる報告を元に，①や②の業務をやっている（注2）．だから操業エンジニアの机は工場内にはなく，工場に隣接した事務所内にあり，必要に応じて現場に行くという仕事の仕方をする．ある意味では，操業エンジニアとはその製造ライン専用のコンサルといってもいいかもしれない．

 

注1）鉄鋼メーカーの現場は給料がいいので，地元工業高校のトップ層がゴロゴロいて大変頼もしい．

注2）ライン全体にはセンサやカメラが計数千設置されていて，データサイエンス的考え方が必要になってきている．

 

 

生産体制を守るという目的における，高卒のオペレータと大卒の操業エンジニアの違い

　両者とも，いい製品を生産し続けることを目指している点は変わらないけど，上で書いたように明確に役割が異なる．上では漠然と書いたのでちゃんと書き直す．高卒のオペレータは既存のルールに従って作業を行なって，生産体制を未来に繋いでいくことが使命である．一方大卒の操業エンジニアは，今のやり方は現場オペレータが守ってくれることを信じて，新しい設備や操業方法を導入して未来の生産体制を守る方法を考えるのが使命である．

　変えないことで生産を守るのか，変えることで生産を守るのか，と言い換えてもいいかもしれない．

　私個人の経験ベースだけど，究極的にはこうなんじゃないかと私は思っている．

 

 

操業エンジニアはいつ現場に行くか

　少し脱線するけど，操業エンジニアは色々なタイミングで現場に行く．よくあるのは出社直後と自分で特別に設定したタイミング．これは，操業成績やオペレータからの報告を確認したり，現場オペレータとの打ち合わせを行うため．他には不具合の電話があったときに突発で行く場合．一番好きだったのは，実験のための深夜立会い．実験材がラインに流れる1時間くらい前から現場でスタンバイして，実験後1時間くらいなんとなく居座るから，少なくとも2時間くらいはオペレータと世間話をする機会がある．深夜なので他の操業エンジニアの目を気にせず，好き放題話ができる．

 

 

操業エンジニアは二重思考をする

　私は，現場に対しても上で書いたような使命の違いを明言していた．すると，実験を依頼しても将来のためならと引き受けてくれたり，現場なりに日々感じたことを改善提案として出してくれるようになった．たまに無茶も言うけど将来に向かって現場を良い方向に変えようとしているからいいとのことだった．

　そんなこんなしながら，ある日の深夜立会い時，よく話をしていたオペレータのリーダーに次のような話をした．

「私は現場力が大切だと現場を鼓舞する一方で，やっているのは現場の思考力を奪い，現場力を失わせることにつながる自動化の推進だ．」

 

それに対する彼の答えはこうだった．

「自分たちは誇りを持って精一杯考えて仕事をしている．でも考えなくてよくなるならそっちの方がいい．」

 

　最終的に彼と私は次のような結論に至った．

自動化をするためにはいろいろと今の作業をマニュアル化する必要があるので，それをやった我々は多くの知見を得ると思う．でも，完全に自動化された設備を使うことになる次の世代は頭を使わなくなるから，我々がマニュアル化できなかったところから少しずつ現場がダメになっていくだろう．そのペースは遅いから，現場がダメになるまでには30年くらいかかるはず．その時には我々は退職だから逃げ切れる．回避する方法は，現場力に期待するという思想を完全に捨て去って，そういうふうに工場と組織を設計するしかなくて，のこりの期間で思想転換できるかどうか．

 

ちなみに、筆者は現場力に頼りたい側。

VirtualBox上のWindows98でmidiを鳴らす

前回書いた記事の続き．

長期間にわたりモヤモヤと苦しむことになったので，この件だけ別記事にする．

 

VirtualBoxでmidiを鳴らすには下記を行えばよい．

 

*⑥を実施するまでは，仮想マシンのオーディオがSB16である前提で書く．

 

①VXD_A406.exeというWindows95用のAC97ドライバを入手．

　Windows98用のWDM_A406.exeではダメなので注意．

②Windowsであれば7Zip，MacであればThe Unarchiver等を利用して，VXD_A406.exeを抽出．

③仮想マシン（Windows98）を起動．

④上記②で抽出したファイル群をゲストマシン上のどこかにコピー．

⑤仮想マシンをシャットダウン．

⑥仮想マシンのオーディオの設定を "ICH AC97”に変更．

⑦プラグアンドプレイ機能が新規ハードウェアを検出するので，④でコピーしたファイルの，Win95というディレクトリをドライバの場所として指定．