(57)【要約】      （修正有）【課題】連続プロセスの予測分析を実装する方法および装置を提供する。【解決手段】装置１０５は、仮想バッチユニット上にサンプリングバッチを実装するための仮想バッチユニットコントローラ２１０を含む。サンプリングバッチは、連続制御システムプロセスの離散時間に対応する。仮想バッチユニットには、連続制御システムプロセスに関連するパラメータに対応する入力パラメータと出力パラメータが含まれる。例示的な装置は、分析モデルに対するサンプリングバッチの分析に基づいて、離散時間の終了時における連続制御システムプロセスの出力の予測品質を表示する予測分析情報を生成する、サンプリングバッチアナライザ２１２をさらに含む。【選択図】図２
2020184336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
仮想バッチユニットにサンプリングバッチを実装する仮想バッチユニットコントローラであって、前記サンプリングバッチが連続制御システムプロセスの離散時間に対応し、前記仮想バッチユニットには、前記連続制御システムプロセスに関連するパラメータに対応する入力および出力パラメータが含まれる、仮想バッチユニットコントローラと、
分析モデルに対する前記サンプリングバッチの分析に基づいて、前記離散時間の終了時に前記連続制御システムプロセスの出力の予測品質を表示する予測分析情報を生成するサンプリングバッチアナライザと、を備えた装置。
【請求項２】
前記連続制御システムプロセスの滞留時間、前記滞留時間に基づく前記離散時間の長さを概算するための滞留時間アナライザをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記離散時間の長さが、前記滞留時間の前記概算値に等しい、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記離散時間の長さが、前記滞留時間の前記概算値よりも長い、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記離散時間の前記長さが、前記滞留時間の概算値の倍数であって前記滞留時間の前記概算値の２〜４倍の範囲にある、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記仮想バッチユニットコントローラが、前記仮想バッチユニットの初期条件の値を、前記離散時間の開始時に前記連続制御システムプロセスに関連する前記パラメータの値に対応するものとして指定し、前記初期条件が、前記入力および出力パラメータとは別である、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記離散時間が、第１の離散時間であり、前記サンプリングバッチが第１のサンプリングバッチであり、前記仮想バッチユニットコントローラが、前記仮想バッチユニットに第２のサンプリングバッチを実装し、前記第２のサンプリングバッチが、前記連続制御システムプロセスの第２の離散時間に対応し、前記第２の離散時間の開始が、前記第１の離散時間の終了に対応し、前記予測分析情報が、前記分析モデルに対する前記第２のサンプリングバッチの分析に基づいて、前記第２の離散時間の終了時に前記連続制御システムプロセスの出力の予測品質を表示する、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
品質予測インターフェースをレンダリングするためのユーザインターフェースをさらに含み、前記品質予測インターフェースが、前記第１および第２の離散時間に対応するタイムラインに沿って前記予測分析情報をグラフィカルに表す、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記第１の離散時間が、前記第２の離散時間と同じ持続時間を有する、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
履歴サンプリングバッチジェネレータであって、
前記連続制御システムプロセスの始動期間に関連する履歴プロセスデータから、履歴サンプリングバッチの第１のセットを生成し、
前記連続制御システムプロセスの定常状態期間に関連する前記履歴プロセスデータから、履歴サンプリングバッチの第２のセットを生成し、かつ
前記連続制御システムプロセスのシャットダウン期間に関連する前記履歴プロセスデータから、履歴サンプリングバッチの第３のセットを生成する、履歴サンプリングバッチジェネレータと、
履歴サンプリングバッチの前記第１、第２、および第３のセットに基づいて前記分析モデルを生成する、バッチモデルジェネレータと、をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
履歴サンプリングバッチの前記第１のセットにおける前記履歴サンプリングバッチの連続するものの開始時間の間の第１の時間間隔が、履歴サンプリングバッチの前記第２のセットにおける前記履歴サンプリングバッチの連続するものの開始時間の間の第２の時間間隔よりも小さい、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１の時間間隔が、履歴サンプリングバッチの前記第１のセットにおける前記履歴サンプリングバッチの異なるものが、前記履歴プロセスデータの重複部分を含むように、前記履歴サンプリングバッチの時間長よりも短い、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記履歴サンプリングバッチのうちの１つの時間長が、前記離散時間の前記長さに対応する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
履歴サンプリングバッチの前記第２のセットにおける履歴サンプリングバッチの数が、履歴サンプリングバッチの前記第１または第３のセットにおける履歴サンプリングバッチの数よりも多い、請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
命令を含む、非一時的なコンピュータ可読媒体であって、前記命令は、実行されるとき、機械に、少なくとも、
仮想バッチユニットにサンプリングバッチを実装することであって、前記サンプリングバッチが、連続制御システムプロセスの離散時間に対応し、前記仮想バッチユニットには、前記連続制御システムプロセスに関連するパラメータに対応する入力および出力パラメータが含まれている、実装することと、
分析モデルに対する前記サンプリングバッチの分析に基づいて、前記離散時間の終了時に前記連続制御システムプロセスの出力の予測品質を表示する予測分析情報を生成することと、を行わせる、非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項１６】
前記命令が、前記機械に、前記連続制御システムプロセスの滞留時間、前記滞留時間に基づく前記離散時間の長さをさらに概算させる、請求項１５に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項１７】
前記命令が、前記機械に、前記仮想バッチユニットの初期条件の値を、前記離散時間の開始時に前記連続制御システムプロセスに関連する前記パラメータの値に対応するものとしてさらに指定させ、前記初期条件が、前記入力および出力パラメータとは別である、請求項１５に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項１８】
前記離散時間が、第１の離散時間であり、前記サンプリングバッチが、第１のサンプリングバッチであり、前記命令が、さらに、前記機械に、前記仮想バッチユニットに第２のサンプリングバッチを実装させ、前記第２のサンプリングバッチが、前記連続制御システムプロセスの第２の離散時間に対応し、前記第２の離散時間の開始が前記第１の離散時間の終了に対応し、前記予測分析情報が、前記分析モデルに対する前記第２のサンプリングバッチの分析に基づいて、前記第２の離散時間の終了時に前記連続制御システムプロセスの出力の予測品質を表示する、請求項１５に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項１９】
前記命令が、前記機械に、ディスプレイを介して品質予測インターフェースをレンダリングさせるための命令をさらに含み、前記品質予測インターフェースが、前記第１および第２の離散時間に対応するタイムラインに沿って前記予測分析情報をグラフィカルに表す、請求項１８に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項２０】
前記第１の離散時間が、前記第２の離散時間と同じ持続時間を有する、請求項１８に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項２１】
前記命令が、さらに、前記機械に、
前記連続制御システムプロセスの始動期間に関連する履歴プロセスデータから、履歴サンプリングバッチの第１のセットを生成させ、
前記連続制御システムプロセスの定常状態期間に関連する前記履歴プロセスデータから、履歴サンプリングバッチの第２のセットを生成させ、
前記連続制御システムプロセスのシャットダウン期間に関連する前記履歴プロセスデータから、履歴サンプリングバッチの第３のセットを生成させ、かつ
履歴サンプリングバッチの前記第１、第２、および第３のセットに基づいて前記分析モデルを生成させる、請求項１５に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項２２】
履歴サンプリングバッチの前記第１のセットにおける前記履歴サンプリングバッチの連続するものの開始時間の間の第１の時間間隔が、履歴サンプリングバッチの前記第２のセットにおける前記履歴サンプリングバッチの連続するものの開始時間の間の第２の時間間隔よりも小さい、請求項２１に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項２３】
前記第１の時間間隔は、履歴サンプリングバッチの前記第１のセットにおける前記履歴サンプリングバッチの異なるものが、前記履歴プロセスデータの重複部分を含むように、前記履歴サンプリングバッチの時間長よりも短い、請求項２２に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項２４】
前記履歴サンプリングバッチのうちの１つの時間長が、前記離散時間の前記長さに対応する、請求項２１に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項２５】
履歴サンプリングバッチの前記第２のセットにおける履歴サンプリングバッチの数が、履歴サンプリングバッチの前記第１または第３のセットにおける履歴サンプリングバッチの数よりも多い、請求項２１に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項２６】
仮想バッチユニットにサンプリングバッチを実装することであって、前記サンプリングバッチが、連続制御システムプロセスの離散時間に対応し、前記仮想バッチユニットには、前記連続制御システムプロセスに関連するパラメータに対応する入力および出力パラメータが含まれる、実装することと、
分析モデルに対する前記サンプリングバッチの分析に基づいて、前記離散時間の終了時に前記連続制御システムプロセスの出力の予測品質を表示する予測分析情報を生成することと、を含む方法。
【請求項２７】
前記連続制御システムプロセスの滞留時間、前記滞留時間に基づく前記離散時間の長さを概算することをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記仮想バッチユニットの初期条件の値を、前記離散時間の開始時に前記連続制御システムプロセスに関連する前記パラメータの値に対応するものとして指定することをさらに含み、前記初期条件が、前記入力および出力パラメータとは別である、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記離散時間が、第１の離散時間であり、前記サンプリングバッチが、第１のサンプリングバッチであり、前記方法が、前記仮想バッチユニットに第２のサンプリングバッチを実装することをさらに含み、第２のサンプリングバッチが、前記連続制御システムプロセスの第２の離散時間に対応し、前記第２の離散時間の開始が前記第１の離散時間の終了に対応し、前記予測分析情報が、前記分析モデルに対する前記第２のサンプリングバッチの分析に基づいて、前記第２の離散時間の終了時に前記連続制御システムプロセスの出力の予測品質を表示する、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
ディスプレイを介して品質予測インターフェースをレンダリングすることをさらに含み、前記品質予測インターフェースが、前記第１および第２の離散時間に対応するタイムラインに沿って前記予測分析情報をグラフィカルに表す、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１の離散時間が、前記第２の離散時間と同じ持続時間を有する、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記連続制御システムプロセスの始動期間に関連する履歴プロセスデータから、履歴サンプリングバッチの第１のセットを生成することと、
前記連続制御システムプロセスの定常状態期間に関連する前記履歴プロセスデータから、履歴サンプリングバッチの第２のセットを生成することと、
前記連続制御システムプロセスのシャットダウン期間に関連する前記履歴プロセスデータから、履歴サンプリングバッチの第３のセットを生成することと、
履歴サンプリングバッチの前記第１、第２、および第３のセットに基づいて前記分析モデルを生成することと、をさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３３】
履歴サンプリングバッチの前記第１のセットにおける前記履歴サンプリングバッチの連続するものの開始時間の間の第１の時間間隔が、履歴サンプリングバッチの前記第２のセットにおける前記履歴サンプリングバッチの連続するものの開始時間の間の第２の時間間隔よりも小さい、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記第１の時間間隔は、履歴サンプリングバッチの前記第１のセットにおける前記履歴サンプリングバッチの異なるものが、前記履歴プロセスデータの重複部分を含むように、前記履歴サンプリングバッチの時間長よりも短い、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記履歴サンプリングバッチのうちの１つの時間長が、前記離散時間の前記長さに対応する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３６】
履歴サンプリングバッチの前記第２のセットにおける履歴サンプリングバッチの数が、履歴サンプリングバッチの前記第１または第３のセットにおける履歴サンプリングバッチの数よりも多い、請求項３２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概してプロセス制御システムに関し、より具体的には、連続プロセスの予測分析を実装する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロセス制御システムは、バッチプロセス制御または連続プロセス制御として実装できる。バッチプロセス制御には、特定の持続時間に処理される特定の数量の材料に関連付けられた特定のバッチの処理が含まれ、最終結果として出力製品を生み出す。したがって、バッチプロセスには、開始時にシステムに供給された材料を処理して最終出力製品を生み出す必要な時間に対応する、定義された開始と終了（離散時間）がある。対照的に、連続プロセス制御では、連続的に材料を処理して出力製品を生み出すことが含まれる。したがって、連続的なプロセスの持続時間は、任意の指定された時間（理論的には無期限）まで延長でき、持続時間の増加に伴って生み出される出力生製品の量は増え続ける。
【発明の概要】
【０００３】
連続的なプロセスのための予測分析を実装する例示的な方法および装置が開示される。例示的な装置は、仮想バッチユニットにサンプリングバッチを実装するための仮想バッチユニットコントローラを含む。サンプリングバッチは、連続制御システムプロセスの離散時間に対応する。仮想バッチユニットには、連続制御システムプロセスに関連するパラメータに対応する、入力パラメータと出力パラメータが含まれる。例示的な装置は、分析モデルに対するサンプリングバッチの分析に基づいて、離散時間の終了時に連続制御システムプロセスの出力の予測品質を表示する予測分析情報を生成する、サンプリングバッチアナライザをさらに含む。
【０００４】
例示的な非一時的なコンピュータ可読媒体は、実行されたとき、機械に、仮想バッチユニットにサンプリングバッチを少なくとも実装させる命令を含む。サンプリングバッチは、連続制御システムプロセスの離散時間に対応する。仮想バッチユニットには、連続制御システムプロセスに関連するパラメータに対応する、入力パラメータと出力パラメータが含まれる。例示的な命令はさらに、機械に、分析モデルに対するサンプリングバッチの分析に基づいて、離散時間の終了時に連続制御システムプロセスの出力の予測品質を表示する予測分析情報を生成させる。
【０００５】
例示的な方法は、仮想バッチユニットにサンプリングバッチを実装することを含む。サンプリングバッチは、連続制御システムプロセスの離散時間に対応する。仮想バッチユニットには、連続制御システムプロセスに関連するパラメータに対応する、入力パラメータおよび出力パラメータが含まれる。例示的な方法は、分析モデルに対するサンプリングバッチの分析に基づいて、離散時間の終了時に連続制御システムプロセスの出力の予測された品質を表示する予測分析情報を生成することをさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】例示的なプロセス制御システムの概略図である。
【図２】図１の例示的な予測分析エンジンを実装する例示的な手法を示す。
【図３】例示的な連続制御システムのプロセスに関連する、例示的な、品質パラメータと履歴プロセスデータのプロセスパラメータの動的挙動を示すグラフを含む。
【図４】図３の例示的なグラフの拡大図である。
【図５】本明細書で開示される教示に従って実装された例示的な仮想バッチユニットの概略図である。
【図６】動作中の例示的な連続制御システムプロセスの例示的なプロセスパラメータの挙動を示すグラフである。
【図７】本明細書に開示される教示に従ってレンダリングされ得る例示的な品質予測インターフェースである。
【図８】図１および／または２の例示的な予測分析エンジンを実装するために実行され得る例示的な方法を表すフローチャートである。
【図９】図１および／または２の例示的な予測分析エンジンを実装するために実行され得る例示的な方法を表すフローチャートである。
【図１０】図１および／または２の例示的な予測分析エンジンを実装するために実行され得る例示的な方法を表すフローチャートである。
【図１１】図８〜１０の例示的な方法を果たすために、および／またはより一般的には、図１および／または２の例示的な予測分析エンジンを実装するために使用および／またはプログラムされ得る例示的なプロセッサプラットフォームの概略図である。
【０００７】
図は縮尺通りではない。概して、同じまたは同様の一部分を指すために、図面（複数可）および付随する書面による説明を通して同じ参照番号が使用される。
【０００８】
「第１」、「第２」、「第３」などの記述子は、別々に言及され得る複数の要素または構成要素を識別するときに本明細書で使用される。そのような記述子は、使用状況に基づいて別段に指定または理解されていない限り、優先順位、物理的順序もしくはリスト内の配設、または時間順に並べ替えることのいかなる意味をも補完することを意図したものではなく、開示された例の理解を容易にするために、単に複数の要素または構成要素を別々に参照するためのラベルとして使用される。いくつかの例では、「第１」という記述子は、詳細な説明の要素を指すために使用できるが、「第２」または「第３」などの異なる記述子を有するクレームにおいて同じ要素を指すことができる。そのような場合、そのような記述子は、単に、複数の要素または構成要素を参照しやすくするために使用されることを理解されたい。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
多くの場合、バッチ制御分析は、バッチプロセスの実行中に実装され、プロセスの障害検出と品質予測をほぼリアルタイムで可能にすることにより、バッチプロセスの安全性、パフォーマンスおよび／または効率を改善および／または維持する。より具体的には、いくつかの例では、バッチ制御分析は、以前に実行された（例えば、履歴的にアーカイブされた）、バッチプロセスから生成されたバッチプロセスのモデルに対するバッチプロセスの多変量解析を含む。バッチ分析の統計モデルを作成するのに使用される一般的なツールには、主成分分析（ＰＣＡ）と、（部分最小二乗法としても知られる）潜在構造上の投影（ＰＬＳ）がある。
【００１０】
バッチ分析では、バッチ処理中の出力製品の障害検出と品質予測が可能であるが、同様の分析は連続プロセス制御には使用できない。とりわけ、（バッチ分析で使用される）ＰＣＡとＰＬＳは、定常状態から逸脱し、その後、定常状態に復元される連続システムの動的挙動を説明できない。特に、連続プロセスシステムでは、経時的な処理パラメータの変化に基づいて、定常状態の逸脱が検出され修正される。したがって、逸脱に対する連続プロセスの応答は、一時的または時間ベースである。しかしながら、ＰＣＡとＰＬＳには時間次元が含まれていないため、連続的な定常状態のプロセス制御システムに直接適用するのには適していない。連続的なプロセス制御システムに予測分析を提供するための潜在的なアプローチは、プロセスの物理的メカニズムと、例えば微分方程式に基づく時間依存分析に頼って、分析モデルを開発することである。しかしながら、そのような微分方程式の動的な挙動の非線形性と感度のため、そのようなモデルのトレーニングが困難であるので、このようなアプローチでは信頼性の高いモデルを生み出さない可能性がある。
【００１１】
本明細書に開示された例は、バッチのような分析手法を使用して、連続プロセス制御システムの予測分析を可能にする。より具体的には、本明細書に開示される例は、連続するバッチプロセスのシリーズまたはキャンペーンに類推することができる、連続プロセスの連続した離散時間部分を指定する。本明細書では、連続プロセスの各離散時間部分をサンプリングバッチと呼び、実際のバッチプロセスに関連する通常のバッチと区別する。本明細書に開示される教示に従って連続プロセスを複数の離散セグメントに分割することにより、離散セグメントを個々のバッチとして扱うことが可能であり、それによってバッチのような分析手法の適用により、連続プロセスの予測分析情報を生み出すことができる。
【００１２】
標準的なバッチプロセス制御のフレームワークは、ＩＳＡ−８８として１９９５年にＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ（ＩＳＡ）によって採用された。ＩＳＡ−８８標準は、１つ以上の単位手順を含むレシピの文脈でバッチプロセスの手順制御フレームワークを定義し、これには、順序付けられた一連の動作が含まれ、動作には、順序付けられた一連のフェーズが含まれている。標準の連続プロセス制御システムは、ＩＳＡ−８８標準の対象ではないため、通常、手続き型ユニット、動作、およびフェーズに関して定義されていない。しかしながら、本明細書に開示されるいくつかの例では、プロセスの予測分析を提供するために、連続プロセスと並行して走行する連続プロセスシステム用の仮想バッチユニットが生成される。つまり、いくつかの例では、連続プロセスシステムは、標準の連続プロセス制御手法を使用して制御され、一方、連続プロセスをミラーリングするが、通常のバッチプロセスを模倣するように構成された仮想バッチユニットが、バッチ分析と同様の手法で予測分析を提供する目的で、連続システムの（上記のプロセスの離散時間部分に対応する）サンプリングバッチを走行させるために並行して実装される。
【００１３】
より具体的には、いくつかの例では、ダミーバッチレシピを定義して、仮想バッチユニットでサンプリングバッチの連続するバッチを走行させ、実際の連続プロセスをミラーリングしながら、（ＩＳＡ−８８に準拠して）連続するバッチのキャンペーンを模倣することができる。仮想バッチユニットは、関連する入力、出力、および／または連続プロセスのプロセスパラメータに対応する、個々のサンプリングバッチに関連して監視および分析される、入力および出力パラメータを含むように定義されているため、仮想バッチユニットの実装は、実際の連続プロセス制御システムを反映できる。さらに、いくつかの例では、仮想バッチユニットは、新しいサンプリングバッチが着手されたときのプロセスパラメータの値に対応する初期条件を（入力パラメータとは別に）含むように定義される。
【００１４】
連続プロセスを、上記で定義された仮想バッチユニットに関連して実装される離散部分に分割することにより、個々の部分（例えば、サンプリングバッチ）は、バッチのような分析手法を使用して分析され、分析されている連続プロセスの現在の個々の部分の障害検出および／または品質予測を提供する。さらに、連続プロセスで定義された連続する各サンプリングバッチ（例えば、離散部分）の分析を繰り返すことにより、予測分析に対する連続的な更新を、連続プロセス全体にわたって提供できる。
【００１５】
いくつかの例では、連続プロセスの各サンプリングバッチの持続時間は、固定期間に設定される。このような例では、従来のバッチ分析で一般的に実装されているような動的時間伸縮法（ＤＴＷ）なしで連続プロセスの分析が行われる。いくつかの例では、サンプリングバッチに対して定義された固定期間または持続時間は、連続プロセスシステムの滞留時間に対応する。本明細書で使用される場合、プロセスシステムの（保持時間としても知られる）滞留時間は、材料がシステム内で処理される（例えば、そこに存在する）持続時間を指す。すなわち、滞留時間は、特定の材料が、最初に入力としてプロセスに導入されたときと、特定の材料が、結果として生じる出力製品に処理されたときの間の持続時間に対応する。多くの場合、連続プロセス制御システムの滞留時間は、材料の逆流および／または混合のために、異なる時点でシステムに導入された材料に対して一定ではない。したがって、滞留時間は、いくつかの材料が他の材料よりもプロセスシステム内に長く残る分布として表すことができる。したがって、いくつかの例では、個々のサンプリングバッチの長さを定義するために使用される滞留時間は、連続プロセスシステムの平均滞留時間に基づいて概算される。いくつかの例では、各サンプリングバッチの持続時間は、滞留時間の概算値に等しい。他の例では、各サンプリングバッチの持続時間は（例えば、滞留時間の概算値の４倍まで）、滞留時間よりも長くなり得る。サンプリングバッチの持続時間が長いほど、プロセス制御システムでの動的プロセス動作のキャプチャが容易になる場合がある。一方、サンプリングバッチの持続時間を長くすると、予測分析情報の頻度が低くなる。
【００１６】
上記のように、プロセスの挙動は動的である（例えば、システムへの逸脱とその修正は時間に依存する）ため、（ＰＣＡおよびＰＬＳに基づく）従来のバッチ分析を連続定常状態のプロセスシステムに直接適用することはできない。本明細書に開示される例は、関連する連続プロセスの履歴プロセスデータのサンプリングバッチ（例えば、離散部分）を、分析モデルを開発するためのトレーニングデータとして使用することにより、連続プロセスシステムにおけるプロセス挙動への動的（時間ベースの）変化を説明し、ここで、履歴プロセスデータの履歴サンプリングバッチは、プロセスが動的に変化した特定の時間に対応するように選択される。標準的なバッチ分析では、複数のバッチに関連する履歴プロセスデータに対応するトレーニングデータに基づいて分析モデルが生成される。つまり、トレーニングバッチの開始から終了までのすべてのデータがモデルの生成に使用される。対照的に、連続プロセスからの履歴プロセスデータの分離された部分のみを使用して、リアルタイムで実装されているサンプリングバッチを分析できる分析モデルを生成するための基礎として使用される履歴サンプリングバッチを定義する。さらに、いくつかの例では、履歴プロセスデータは、第２の履歴サンプリングバッチを定義するために使用される履歴プロセスデータと時間的に重複する場合がある、第１の履歴サンプリングバッチを定義するために使用される。
【００１７】
例えば、連続プロセスシステムが現在、システムの始動時などの非定常状態にあるとする。始動時に、システムが定常状態に達する前に、（出力で測定される）プロセスパラメータおよび／または品質パラメータに大幅な変更が加えられる場合がある。始動期間全体に関連する履歴プロセスデータに対応する単一の履歴サンプリングバッチを使用して、期間中に起きる動的挙動を説明できない。したがって、いくつかの例では、複数の履歴サンプリングバッチは、各履歴サンプリングバッチの開始時刻と終了時刻が互いにわずかにオフセットされた単一の連続プロセスの始動期間に対応する履歴データから抽出される。その結果、異なる履歴サンプリングバッチは重複する時間をカバーする。いくつかの例では、履歴サンプリングバッチの連続するものの時間オフセットは、システム内のプロセスパラメータおよび／または品質パラメータの動的挙動を正確にキャプチャするのに十分な粒度を提供するように定義される。したがって、異なる履歴サンプリングバッチ間で重複するデータの量は、関心のある時点でのプロセスパラメータおよび／または品質パラメータの動的挙動（例えば、ボラティリティ（ｖｏｌａｔｉｌｉｔｙ））の量に依存する。通常、連続プロセスの始動期間とシャットダウン期間では、定常状態期間中よりも動的挙動が大きくなる。したがって、いくつかの例では、連続プロセスの履歴プロセスデータから抽出された履歴サンプリングバッチは、システムの定常状態期間に対応する時間に抽出された履歴サンプリングバッチよりも、始動およびシャットダウン期間の前後でより密に重複する。いくつかの例では、定常状態期間に対応する履歴サンプリングバッチはまったく重複しない場合がある。さらに、上記の例は、単一の始動と単一のシャットダウンを持つ単一の連続プロセスに関連する履歴データに関して記載されているが、履歴サンプリングバッチは、複数の同様の連続プロセスから、および／または複数の始動とシャットダウンおよびその間の関連する定常状態期間中に、抽出されてもよい。
【００１８】
通常、連続プロセス制御システムは、始動またはシャットダウン期間よりもはるかに頻繁に定常状態で動作する。したがって、いくつかの例では、始動またはシャットダウン期間に対応する履歴サンプリングバッチよりも多数の定常状態期間に対応する履歴サンプリングバッチが、モデル生成に使用される。しかしながら、履歴サンプリングバッチの完全なトレーニングセットには、始動期間に対応するいくつかのサンプリングバッチ、定常時間に対応するいくつかのバッチ、およびシャットダウン期間に対応するいくつかのバッチが少なくとも含まれる。履歴サンプリングバッチのトレーニングセットが識別されると、履歴バッチデータから従来のバッチ分析モデルが生成されるのと同じ手法で、履歴サンプリングバッチに基づいて分析モデルが生成またはトレーニングされる。分析モデルが生成されると、現在の連続プロセスに対応するリアルタイムサンプリングバッチが分析され、プロセスの出力製品の障害検出および／または品質予測を表示する予測分析情報が生成される。
【００１９】
図１は、本明細書に開示される教示に従って実装され得る例示的なプロセス制御システム１００の概略図である。この例では、プロセス制御システム１００は連続プロセスを実装している。図１の例示的なプロセス制御システム１００は、（その１つが参照番号１０２で指定されている）１つ以上のプロセスコントローラ、（その１つが参照番号１０４で指定されている）１つ以上のオペレータステーション、および（そのうちの１つが参照番号１０６で指定されている）１つ以上のワークステーションを含む。例示的なプロセスコントローラ１０２、例示的なオペレータステーション１０４および例示的なワークステーション１０６は、バスおよび／またはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）１０８を介して通信可能に結合され、これは一般にアプリケーション制御ネットワーク（ＡＣＮ）と呼ばれる。
【００２０】
図１の例示的なオペレータステーション１０４は、オペレータが、プロセス制御システムのパラメータ、状態、条件、アラームなどを閲覧し、かつ／またはプロセス制御システムの設定（例えば、設定点、動作状態など）を変更することを可能にする、１つ以上のオペレータ表示画面および／またはアプリケーションを検討および／または操作することを可能にする。例示的なオペレータステーション１０４は、例示的な予測分析エンジン１０５を含み、かつ／または実装して、プロセス制御システム１００内に実装されている連続プロセスの予測分析を生成する。図１の例示的な予測分析エンジン１０５を実装する例示的な手法が、図２に関連して以下に記載される。
【００２１】
いくつかの例では、予測分析エンジン１０５は、連続プロセスの特定のサンプリングバッチを実装するための手順を概説するダミーレシピに関連付けられた仮想バッチユニットを実行する。上記および以下でさらに記載するように、サンプリングバッチは、連続プロセスの実際の制御とは独立した分析の目的で仮想バッチユニットに実装される連続プロセスの離散時間部分である。いくつかの例では、現在のサンプリングバッチプロセスが終了すると、予測分析エンジン１０５が仮想バッチユニットで新しいサンプリングバッチに着手し、連続するサンプリングバッチが、連続プロセスに対応し並行して走行する、連続するバッチのチェーンまたはキャンペーンを形成する。各サンプリングバッチの仮想バッチユニットの実行中に、予測分析エンジン１０５は、実質的にリアルタイムで、現在のサンプリングバッチに関連するプロセスパラメータおよび／または他の入力と出力を監視する。さらに、例示的な予測分析エンジン１０５は、実質的にリアルタイムで分析モデルを現在のサンプリングバッチに適用して、障害を検出し、および／または、現在のサンプリングバッチが終了する時期に対応する、今後のある時間における連続プロセスの出力の品質に関する予測を生成する。サンプリングバッチの連続するバッチに対してこの分析を行うことにより、予測分析エンジン１０５は、継続的な手法で連続プロセスの実質的にリアルタイムの障害検出と品質予測を提供できる。このような予測分析情報は、プロセス制御システム１００の現在の状態、および予想される現在の状態の変化に対するオペレータの理解を高め、それにより、オペレータがプロセスの予期しない逸脱に、より迅速かつ効果的に対応できるようにする。
【００２２】
図１の例示的なワークステーション１０６は、１つ以上の情報技術アプリケーション、ユーザ対話型アプリケーションおよび／または通信アプリケーションを行うためのアプリケーションステーションとして構成され得る。例えば、アプリケーションステーション１０６は、主にプロセス制御関連のアプリケーションを行うように構成でき、別のアプリケーションステーション（図示せず）は、プロセス制御システム１００が、任意の必要な通信メディア（無線、ハードワイヤードなど）およびプロトコル（ＨＴＴＰ、ＳＯＡＰなど）を使用して、他のデバイスまたはシステムと通信できるようにする主に通信アプリケーションを行うように構成できる。図１の例示的なオペレータステーション１０４および例示的なワークステーション１０６は、１つ以上のワークステーションおよび／または任意の他の好適なコンピュータシステムおよび／または処理システムを使用して実装され得る。例えば、オペレータステーション１０４および／またはワークステーション１０６は、シングルプロセッサのパーソナルコンピュータ、シングルまたはマルチプロセッサのワークステーションなどを使用して実装することができる。
【００２３】
図１の例示的なＬＡＮ１０８は、任意の所望の通信媒体およびプロトコルを使用して実装され得る。例えば、ＬＡＮ１０８は、ハードワイヤードおよび／または無線イーサネット通信方式に基づくことができる。しかしながら、任意の他の適切な通信媒体（複数可）および／またはプロトコルが使用され得る。さらに、図１には単一のＬＡＮ１０８が示されているが、複数のＬＡＮおよび／または他の代替通信ハードウェアを使用して、図１の例示的なシステム間に冗長通信経路を提供することができる。
【００２４】
図１の例示的なコントローラ１０２は、デジタルデータバス１１６および入力／出力（Ｉ／Ｏ）ゲートウェイ１１８を介して、複数のスマートフィールドデバイス１１０、１１２、および１１４に結合される。スマートフィールドデバイス１１０、１１２、および１１４は、フィールドバス準拠のバルブ、アクチュエータ、センサなどであり得、その場合、スマートフィールドデバイス１１０、１１２、および１１４は、周知のファウンデーションフィールドバス（Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ  Ｆｉｅｌｄｂｕｓ）プロトコルを使用し、デジタルデータバス１１６を介して通信する。もちろん、他のタイプのスマートフィールドデバイスと通信プロトコルを代わりに使用することもできる。例えば、スマートフィールドデバイス１１０、１１２、および１１４は、代わりに、周知のプロフィバスおよびＨＡＲＴ通信プロトコルを使用し、データバス１１６を介して通信するプロフィバスおよび／またはＨＡＲＴ準拠デバイスであり得る。追加のＩ／Ｏデバイス（Ｉ／Ｏゲートウェイ１１８と同様および／または同一）をコントローラ１０２に結合して、ファウンデーションフィールデバイス、ＨＡＲＴデバイスなどのスマートフィールドデバイスの追加グループが通コントローラ１０２と信できるようにしてもよい。
【００２５】
例示的なスマートフィールドデバイス１１０、１１２、および１１４に加えて、１つ以上の非スマートフィールドデバイス１２０および１２２が、例示的なコントローラ１０２に通信可能に結合され得る。図１の例示的な非スマートフィールドデバイス１２０および１２２は、例えば、それぞれのハードワイヤードリンクを介してコントローラ１０２と通信する、従来の４〜２０ミリアンペア（ｍＡ）または０〜１０ボルトの直流（ＶＤＣ）デバイスであり得る。
【００２６】
図１の例示的なコントローラ１０２は、例えば、エマソン・プロセス・マネジメント会社であるフィッシャー・ローズマウント・システムズ・インクによって販売されているデルタＶ（商標）コントローラであってもよい。しかしながら、代わりに他のコントローラを使用することもできる。さらに、図１には１つのコントローラ１０２のみが示されているが、任意の所望のタイプおよび／またはタイプの組み合わせの追加のコントローラおよび／またはプロセス制御プラットフォームをＬＡＮ１０８に結合することができる。いずれの場合でも、例示的なコントローラ１０２は、オペレータステーション１０４を使用してシステムエンジニアおよび／または他のシステムオペレータによって生成され、およびコントローラ１０２にダウンロードされ、および／またはコントローラ１０２でインスタンス化された、プロセス制御システム１００に関連する１つ以上のプロセス制御ルーチンを行う。
【００２７】
図１は、以下でより詳細に記載される連続プロセス制御システムに対して予測分析を行う方法および装置が有利に採用され得る例示的なプロセス制御システム１００を示すが、当業者は、オペレータおよび／または他の要員に提示される、本明細書に記載された情報を制御する方法および装置が、図１に示された例よりも、（例えば、複数のコントローラを有する、地理的位置にまたがる、など）複雑さが多いまたは少ない他のプロセスプラントおよび／またはプロセス制御システムに、必要に応じて有利に採用できることを容易に理解するであろう。
【００２８】
図２は、図１の例示的な予測分析エンジン１０５を実装する例示的な手法を示す。図２の例示的な予測分析エンジン１０５は、例示的な通信インターフェース２０２、例示的な滞留時間アナライザ２０４、例示的な履歴サンプリングバッチジェネレータ２０６、例示的なバッチモデルジェネレータ２０８、例示的な仮想バッチユニットコントローラ２１０、例示的なサンプリングバッチアナライザ２１２、例示的なデータベース２１４、および例示的なユーザインターフェース２１６を含む。
【００２９】
図２の例示的な予測分析エンジン１０５は、例示的なプロセス制御システム１００内の他の構成要素と通信するための例示的な通信インターフェース２０２を含む。いくつかの例では、通信インターフェース２０２は、コントローラ１０２を介してフィールドデバイス１１０、１１２、１１４、１２０、１２２から実質的にリアルタイムで（プロセスパラメータの値を表示する）プロセス制御データを受信する。いくつかの例では、そのようなプロセス制御データは、記憶のために連続履歴データベース２１８に送信される。そのようないくつかの例では、通信インターフェース２０２は、連続履歴データベース２１８から履歴プロセスデータを検索する。いくつかの例では、連続履歴データベース２１８は、予測分析エンジン１０５の例示的なデータベース２１４によって実装される。他の例では（図示された例に示されるように）、連続履歴データベース２１８は、予測分析エンジン１０５とは別に、および／またはオペレータステーション１０４とは別に実装される。
【００３０】
図２の例示的な予測分析エンジン１０５は、連続プロセスの滞留時間を概算するために連続制御システムプロセスに関連する履歴プロセスデータを分析する、例示的な滞留時間アナライザ２０４を含む。上記で説明したように、滞留時間は、材料が、連続システムを通過するか、連続システムによって処理されるのにかかる時間に対応する。いくつかの例では、滞留時間アナライザ２０４は、図３に示すように、連続システムが第１に始動するときと、出口でのシステムの最も早い応答との間の持続時間に基づいて滞留時間を概算する。
【００３１】
図３は、例示的な連続システムの出口における経時的な品質パラメータ３０２、３０４、３０６の変化を表す第１のグラフ３００と、同じ時間にわたる連続システムのプロセスパラメータおよび／または他の入力パラメータ３１０、３１２、３１４（簡潔にするために、本明細書ではまとめてプロセスパラメータと呼ぶ）の変化を表す第２のグラフ３０８とを含む。品質パラメータ３０２、３０４、３０６は、プロセスパラメータ３１０、３１２、３１４に対応してもしなくてもよい。さらに、例示の目的で、３つの品質パラメータおよび３つのプロセスパラメータが示されているが、任意の数の品質パラメータおよび任意の数のプロセスパラメータであってもよい。
【００３２】
図示の例では、第１および第２のグラフ３００、３０８は、プロセス中の任意の所与の時点での品質パラメータ３０２、３０４、３０６とプロセスパラメータ３１０、３１２、３１４の比較を可能にするために、共通のタイムスケールと時間的に整列されている。図示された例に示されるように、連続制御システムプロセスは、始動期間３１６、定常状態期間３１８、およびシャットダウン期間３２０を含む３つの一般的なフェーズまたは期間に分割することができる。定常状態期間３１８は、プロセスパラメータ３１０、３１２、３１４が所望の値（例えば、設定点）に達し、かつ／またはそのような値の許容可能な閾値内に維持されている、連続プロセスが実質的に安定した状態を達成したときに対応し、品質パラメータ３０２、３０４、３０６は同様に、実質的に定常状態で（例えば、所望の値の許容可能な閾値内で）維持される。始動およびシャットダウン期間３１６、３２０は、それらの名前がほのめかすように、プロセスが第１に始まる定常状態期間３１８の前、およびプロセスがシャットダウンされている定常状態期間３１８の後の時間に対応する。
【００３３】
連続制御システムの場合、定常状態期間３１８は、始動期間３１６またはシャットダウン期間３２０のいずれよりも著しく（例えば、数桁）長い時間であり得る。したがって、図３の図示の例では、グラフ３００、３０８は、定常状態期間３１８内に中断３２２を含み、任意の持続時間を時間Ｓまで延長することができる期間の長さを短く図示している。図示の例に示すタイムスケールに基づいて、プロセスが第１に開始してからほぼ３０分後に、始動期間３１６が終了し、定常状態期間３１８が始まる。プロセスパラメータ３１０、３１２、３１４は２０分で定常状態に到達するが、第２の品質パラメータ３０４が定常状態に到達するのにそれだけ時間がかかるため、定常状態期間３１８は３０分まで開始されない。品質パラメータはプロセスの出力側で測定されるが、プロセスパラメータ（少なくとも入口パラメータ）はプロセスの入力側で測定されるため、プロセスパラメータ３１０、３１２、３１４に対して品質パラメータ３０２、３０４、３０６の応答には遅れがある。この遅れは、例示的な滞留時間アナライザ２０４が連続プロセスの滞留時間を概算できる基礎である。特に、いくつかの例では、滞留時間アナライザ２０４は、連続システムが（時間０で）第１に始動するときと、出口でのシステムの最も早い応答との間の持続時間に基づいて、プロセスのおおよその滞留時間を決定する。図３の図示の例では、（参照番号３２４によって識別される）滞留時間は、第１および第３の品質パラメータ３０２、３０６が第１に応答し始めるときであるため、ほぼ１０分である。この例では、第２の品質パラメータ３０４が数分後まで応答し始めないという事実は、滞留時間３２４の決定とは無関係である。いくつかの例では、滞留時間は、他のパラメータが特定のパラメータの前に応答したかどうかに関係なく、特定の品質パラメータの最も早い応答に基づいて決定されてもよい。例えば、第２の品質パラメータ３０４が使用される場合、滞留時間は、図３の図示された例において第２の品質パラメータが第１に変化し始めるときであるので、１３分に近くなるように決定される。説明の目的で、図示された例の滞留時間は１０分であると仮定される。
【００３４】
図２に戻ると、例示的な予測分析エンジン１０５は、連続プロセスの予測分析情報を生み出すために使用される分析モデルを、生成またはトレーニングするために使用される履歴サンプリングバッチを、生成する履歴サンプリングバッチジェネレータ２０６を含む。本明細書で使用する場合、履歴サンプリングバッチは、離散時間（例えば、固定持続時間で区切られた指定された開始と終了）の連続制御システムプロセスに関連する履歴プロセスデータを含む。履歴プロセスデータは、図３の第２のグラフ３０８に表されるように、制御システムのプロセスパラメータに対応する。いくつかの例では、履歴サンプリングバッチの時間または長さは、滞留時間アナライザ２０４によって決定された滞留時間３２４の概算値に基づいて定義される。つまり、いくつかの例では、履歴サンプリングバッチは、連続プロセスシステムの滞留時間に対応する時間で定義される。
【００３５】
いくつかの例では、履歴サンプリングバッチジェネレータ２０６は、関心のある特定の時点での（図３の第１のグラフ３００に表される）品質パラメータの値に基づいて、異なる履歴サンプリングバッチの特定の開始時刻と終了時刻を決定する。より具体的には、上述のように、品質パラメータ３０２、３０４、３０６は、連続プロセスシステムの出力の品質の測定基準である。したがって、いくつかの例では、特定の時点での品質パラメータが識別され、履歴サンプリングバッチの終了時刻を指定する。さらに、特定の品質読み取りポイントでの品質パラメータの値は、同じ時点で終了する関連する履歴サンプリングバッチの結果または出力として機能する。履歴サンプリングバッチの開始は、履歴サンプリングバッチの固定長（前に説明した滞留時間に対応）を遡って決定される。特定の例として、図３は、プロセスのほぼ２２．５分で第１のグラフ３００において選択された品質読み取りポイント３２６を示す。下向きの矢印を第２のグラフ３０８までたどると、品質読み取りポイント３２６は、ボックス３３０によって概説される期間中の履歴プロセスデータ（例えば、プロセスパラメータ３１０、３１２、３１４の値）を含む履歴サンプリングバッチの終了時刻３２８を明示する。ボックス３３０の持続時間（例えば、幅）は、滞留時間３２４（例えば、この例では１０分）に対応し、それにより、連続プロセスのほぼ１２．５分で履歴サンプリングバッチの開始時刻３３２を定義する。例示的な履歴サンプリングバッチジェネレータ２０６は、ボックス３３０によって識別された時間の履歴サンプリングバッチを、ボックス３３０によって画定された期間中に履歴プロセス制御データ（例えば、プロセスパラメータ３１０、３１２、３１４の値）を検索することによって生成する。例示的な履歴サンプリングバッチジェネレータ２０６は、履歴サンプリングバッチの初期条件をさらに設定する。いくつかの例では、初期条件は、履歴サンプリングバッチの開始時刻３３２におけるプロセスパラメータ３１０、３１２、３１４の値に対応する。
【００３６】
いくつかの例では、履歴サンプリングバッチジェネレータ２０６によって生成された履歴サンプリングバッチの数およびそれらの時刻間隔は、経時的な履歴プロセスデータおよび／または品質パラメータの動的変化の程度に基づく。例えば、図３の第１のグラフ３００に示すように、第１の品質パラメータ３０２は、１つの滞留時間３２４（１０分）の直後に急激に低下し、１５分でプロセスの定常状態に達する。したがって、プロセスの１０から１５分の間に、第１の品質パラメータ３０２のダイナミクスに大幅な変化がある。第２の品質パラメータ３０４も、第１の滞留時間３２４の直後に低下し始めるが、その低下は、第１の品質パラメータ３０２の場合よりも緩やかであり、時間がかかる。第３の品質パラメータ３０６はまた、ほぼ１０分（１滞留時間）の変化を始め、ほぼ２５分でプロセスの定常状態に到達する前のある時間、著しく変動する。第２の品質パラメータ３０４の比較的緩やかな勾配は、第２の品質パラメータ３０４が、第１または第３の品質パラメータ３０２、３０６のいずれよりも定常状態に到達するのに時間がかかる結果となる。
【００３７】
始動期間３１６中に第１および第３の品質パラメータ３０２、３０６の比較的高度の動的変化を適切にキャプチャするために、例示的な履歴サンプリングバッチジェネレータ２０６は、比較的短い時間間隔で離間された複数の品質読み取りポイントを選択または識別することができる。図３のグラフ３００、３０８によって表される例示的なプロセスの２５分後、第１および第３の品質パラメータ３０２、３０６が定常状態に達したとき、例示的な履歴サンプリングバッチジェネレータ２０６は、追加の品質読み取りポイントを選択または識別することができ、これらは、第２の品質パラメータ３０４の動的変化の程度がより小さいため、より大きな間隔で離間される。３つの品質パラメータ３０２、３０４、３０６のすべてが定常状態に達した後（例えば、プロセスが定常状態期間３１８に入るとき）、品質読み取りポイント間の間隔は、さらに離れて離間され得る。これは、図３のグラフ３００、３０８の拡大された部分を含む図４の図示された例においてグラフで示されている。
【００３８】
図４に示す例では、２０個の異なる品質の読み取り点４０２が識別され、それぞれＱ１からＱ２０までラベル付けされている。図４に示されるように、第１の品質読み取り点４０２（Ｑ１）は、１つの滞留時間３２４に対応する１０分のマークに配置される。第１の品質読み取りポイント４０２（Ｑ１）は１つの滞留時間に設定され、履歴プロセス制御データの第１の部分（ボックス４０４で識別）が、上述し図示した例に示すように、滞留時間３２４に対応する固定長の完全な履歴サンプリングバッチを定義できるようにする。図示された例では、次の１５個の品質読み取り点４０２（Ｑ２〜Ｑ１６）は、比較的短い間隔で花得て離間されており、品質パラメータ３０２、３０４、３０６の１０分のマークから（第３の品質パラメータ３０６が定常状態に達する）２５分のマークまでの動的変化をキャプチャする。明確にするために、第１〜第１６の品質の読み取り点４０２（Ｑ１〜Ｑ１６）は、１分の間隔で離間されている。しかしながら、いくつかの例では、この時間における品質パラメータの比較的高度の動的変化により、品質読み取りポイント４０２の時刻間隔は、著しく小さくなり得る（例えば、１秒、５秒、１０秒、１５秒など）。あるいは、品質パラメータの動的変化が少ない場合、品質読み取り点４０２の時刻間隔を増やすことができる。例えば、上述のように、第２の品質パラメータ３０４の勾配は、第１および第３の品質パラメータ３０２、３０６の変化よりも緩やかである。その結果、図示の例では、２５分（Ｑ１６）で始まり、３０分（Ｑ１８）で始動期間３１６の終了まで延在する品質読み取りポイント４０２は、２．５分の間隔で設定される。定常状態期間３１８に入った後、品質パラメータ３０２、３０４、３０６への動的な変化が実質的にないので、品質読み取り点４０２は、さらに離れて（例えば、図示された例では５分ごとに）離間される。
【００３９】
品質読み取り点４０２の時刻間隔は、品質パラメータ３０２、３０４、３０６への動的変化に基づくものとして記載されているが、いくつかの例では、時刻間隔は、追加または代替として、プロセスパラメータ３１０、３１２、３１４への動的変化に基づくことができる。より具体的には、いくつかの例では、品質読み取りポイント４０２の時刻間隔は、関連する時点で動的変化の程度が最も大きいパラメータに基づいている。さらに、品質読み取りポイント４０２の時刻間隔は比較的固定の間隔で示されているが、いくつかの例では、異なる品質読み取りポイント４０２は、対応する時点でのパラメータの変動に好適な不規則な間隔で配置され得る。いくつかの例では、品質読み取りポイント４０２のタイミングは、連続プロセスの全時間の適切な範囲内でランダムに選択される。例えば、いくつかの例では、履歴サンプリングバッチジェネレータ２０６は、始動期間３１６のパラメータの動的動作を適切にキャプチャし、識別された数の品質読み取りポイントについて、（１つの滞留時間で始まる）始動期間３１６内の特定の時刻をランダムに識別するために必要な品質読み取りポイントの好適な数を決定する。このランダム選択プロセスは、定常状態期間３１８およびシャットダウン期間３２０の間、繰り返されてもよい。
【００４０】
図４の図示された例に示されるように、品質読み取り点４０２の隣接するものの間の時刻間隔は、品質パラメータ３０２、３０４、３０６に関連する動的変化の程度に依存して変わるが、品質読み取り点４０２の間の間隔は滞留時間３２４よりも小さい。その結果、異なる品質の読み取り点４０２に対して生成された履歴サンプリングバッチの異なるものは、履歴プロセスデータの重複部分を含む。例えば、上述のように、履歴プロセスデータ４０４の第１の部分は、時間０から１０分のプロセスパラメータの値に対応する。履歴プロセスデータ４０６の第２の部分は、プロセスの１８分に設定された９番目の品質の読み取り点４０２（Ｑ９）に対応する、図示の例に示されている。品質読み取りポイント４０２は、関連する履歴サンプリングバッチの終了時刻を定義するので、開始時刻は、滞留時間３２４（この例では１０分）だけ遡って決定される。したがって、図示の例における履歴プロセスデータ４０６の第２の部分の始まりは、プロセスの８分であり、それにより、履歴プロセスデータ４０４の第１の部分と２分の重複が結果として生じる。履歴プロセスデータ４０８の第３の部分は、プロセスに１５分から２５分まで延在して示され、それにより履歴プロセスデータ４０６の第２の部分と３分の重複が結果として生じる。図４に示された履歴プロセスデータの第１の３つの部分との重複がないように、履歴プロセスデータ４１０の第４の部分は、プロセスに３０分から４０分に延在するように示されている。しかしながら、他の品質読み取り点４０２に関連するそれぞれの時間中に検索された履歴プロセスデータの追加部分は、履歴プロセスデータの各部分が、データの少なくとも１つの他の部分と重複する結果となる。履歴プロセスデータの部分は重複するが、データの部分の隣接する部分間の時間シフトまたは時刻間隔により、対応する品質読み取りポイント４０２での品質パラメータおよびプロセスパラメータの異なる値、ならびに、データの各部分の開始での（関連する各履歴サンプリングバッチの初期条件として機能する）処理パラメータの差異を結果として生じる。
【００４１】
滞留時間３２４に対応する時間（例えば、定常状態期間３１８の間）の品質パラメータおよび／またはプロセスパラメータの動的変化が実質的にない、いくつかの例では、品質読み取りポイント４０２の時刻間隔は、滞留時間に等しいか、またはそれより長くてもよい。このような状況では、前述のように、履歴プロセスデータの部分に基づいて生成された履歴サンプリングバッチの持続時間は滞留時間に等しいため、対応する履歴サンプリングバッチの異なるものの履歴プロセスデータの部分は重複しない。上記の例は、滞留時間に対応する持続時間を有すると想定される履歴サンプリングバッチで記載されたが、他の例では、履歴サンプリングバッチは、滞留時間より長い持続時間（例えば、滞留時間の２倍、３倍など）で定義され得る。
【００４２】
図４の上記の議論は、始動期間３１６および定常状態期間３１８における品質読み取り点４０２の選択に限定されているが、図３に示されたシャットダウン期間３２０に関連する追加の履歴サンプリングバッチのデータの部分を識別するために、同様のアプローチをとることができる。すなわち、追加の品質読み取りポイント４０２のタイミングおよび間隔は、品質パラメータ３０２、３０４、３０６および／またはプロセスパラメータ３１０、３１２、３１４に対する動的変化の程度に基づいて、シャットダウン期間３２０内で選択されてもよい。
【００４３】
例示的な履歴サンプリングバッチジェネレータ２０６は、始動期間３１６、定常状態期間３１８、およびシャットダウン期間３２０の各々に関連する任意の好適な数のバッチを生成することができる。いくつかの例では、定常状態期間３１８に関連する履歴サンプリングバッチの数は、始動およびシャットダウン期間３１６、３２０に関連する履歴サンプリングバッチの数よりも多い。例えば、いくつかの例では、履歴サンプリングバッチジェネレータ２０６によって生成されたすべての履歴サンプリングバッチのほぼ５０％が、定常状態期間３１８に関連付けられ、すべての履歴サンプリングバッチの２５％が、始動およびシャットダウン期間３１６、３２０の各々に関連付けられる。いくつかの例では、始動期間３１６に関連する履歴サンプリングバッチは、単一の始動イベントに対応する履歴プロセスデータから検索される。他の例では、始動期間３１６に関連する履歴サンプリングバッチは、始動する連続プロセスシステムの複数の異なる例から検索されてもよい。同様に、定常状態およびシャットダウン期間３１８、３２０に関連する履歴サンプリングバッチは、すべて、連続プロセスの単一の動作から、または複数のシャットダウンおよびその後の始動によって離れて離間された複数の異なる動作から検索され得る。いくつかの例では、履歴サンプリングバッチジェネレータ２０６によって生成された履歴サンプリングバッチは、後で使用するために例示的なデータベース２１４に保存される。
【００４４】
図２の図示の例では、予測分析エンジン１０５は、リアルタイムで動作する連続制御システムプロセスに関連するリアルタイムサンプリングバッチを分析するために使用できる、分析モデルを生成するバッチモデルジェネレータ２０８を含む。いくつかの例では、分析モデルは、例示的な履歴サンプリングバッチジェネレータ２０６によって生成された履歴サンプリングバッチを使用して開発される。より具体的には、いくつかの例では、バッチモデルジェネレータ２０８は、履歴サンプリングバッチのプールで多変量データ分析を使用して分析モデルを生成する。プールには、統計的に信頼できる結果を提供するために、任意の好適な数の履歴サンプリングバッチ（例えば、少なくとも２５個のバッチ）を含めることができる。いくつかの例では、プールは２セットのバッチ、モデルトレーニング用の第１のバッチ、交差検証用の第２バッチに分割される場合がある。いくつかの例では、履歴サンプリングバッチジェネレータ２０６によって生成された履歴サンプリングバッチのすべてがプールに含まれる。他の例では、すべての履歴サンプリングバッチのサブセットがプールに含めるために選択される。いくつの例では、履歴サンプリングバッチは、始動期間３１６またはシャットダウン期間３２０のいずれかよりも多く定常状態期間３１８に関連付けられた履歴サンプリングバッチが、プールに含まれるように選択および／または生成される。いくつかの例では、始動およびシャットダウン期間３１６、３２０の両方に関連付けられている履歴サンプリングバッチの数はほぼ同じであるが、定常状態期間３１８に関連付けられている履歴サンプリングバッチの数は、始動およびシャットダウン期間３１６、３２０に関連付けられている履歴サンプリングバッチのほぼ２倍である。
【００４５】
いくつかの例では、バッチモデルジェネレータ２０８は、従来のバッチプロセスのモデルを生成するために使用される既存の分析ソフトウェア、ファームウェア、および／またはハードウェアに対応する（または少なくとも同様に動作する）。すなわち、いくつかの例では、バッチモデルジェネレータ２０８は、ＰＣＡおよび／またはＰＬＳ技法を使用し、履歴サンプリングバッチに基づいて分析モデルを生成する。上記のように、ＰＣＡとＰＬＳは、連続プロセスが、ＰＣＡとＰＬＳでは説明できない経時的な動的挙動を伴うため、連続プロセスに直接適用することはできない。しかしながら、本明細書に記載する例では、上記の履歴サンプリングバッチに対応する連続プロセスの離散部分の複数の固定長スナップショットを生成することにより、この問題を克服している。さらに、連続プロセスに関連するパラメータの動的挙動は、経時的な連続プロセスのパラメータの変化をキャプチャするのに好適な粒度で、時間的に離間された異なる開始時刻と終了時刻を有する異なる履歴サンプリングバッチに基づいて考慮される。つまり、（従来のバッチ分析で行われるように）分析モデルを生成するために同じ開始と同じ終了を有する複数のバッチを分析するのではなく、開示された例の分析は、関心のある連続プロセスの関連期間の経過にわたって、互いに対してわずかに時間シフトされた複数のサンプリングバッチに関連付けられている。いくつかの例では、バッチモデルジェネレータ２０８によって生成された分析モデルは、後で使用するために例示的なデータベース２１４に保存される。
【００４６】
図２の例示的な予測分析エンジン１０５は、仮想バッチユニットを生成するための例示的な仮想バッチユニットコントローラ２１０を含み、仮想バッチユニットは、連続プロセスのリアルタイム動作にリアルタイムで対応するサンプリングバッチを実装するための、仮想バッチユニットコントローラ２１０の基礎として機能する。いくつかの例では、仮想バッチユニットコントローラ２１０は、標準的なバッチプロセス（例えば、デルタＶ（商標）のバッチエグゼクティブ）を制御するために使用される、既存のバッチ制御ソフトウェア、ファームウェア、および／またはハードウェアに対応する（または少なくとも同様に動作する）。従来のバッチプロセス制御のＩＳＡ−８８標準によれば、バッチは、物理的なプロセス制御ユニット内の機器の動作に関連する手順制御を定義する、少なくとも１つのユニット手順を含むレシピの文脈で定義される。この標準に準拠して、図示された例示的な仮想バッチユニットコントローラ２１０は、標準バッチプロセスに対して定義された物理的ユニットの代わりである仮想バッチユニットを定義する。本明細書で使用する場合、仮想バッチユニットは、バッチのような分析手法をサンプリングバッチに適用できるように、ＩＳＡ−８８に準拠した手法で、サンプリングバッチを実装できるようにするための連続制御システムプロセスのすべての関連パラメータ（例えば、プロセスパラメータおよび／または入力と、品質パラメータおよび／または出力）を定義または含むデータ構造を指す。例示的な仮想バッチユニット５００の概略が図５に示されている。標準のバッチユニットおよび関連するユニット手順と同様に、例示的な仮想バッチユニット５００は、実質的にリアルタイムで監視される入力パラメータ５０２と、プロセスの出力の品質を測定および／または表示するために使用される出力パラメータ５０４とを含む。いくつかの例では、入力パラメータ５０２は、例えば、図３および／または４に関連して示され、記載されたプロセスパラメータ３１０、３１２、３１４などの連続プロセス制御システムに関連するプロセスパラメータに対応する。さらに、いくつかの例では、出力パラメータ５０４は、例えば、図３および／または４に関連して示され記載された品質パラメータ３０２、３０４、３０６などの連続プロセス制御システムに関連する品質パラメータに対応する。
【００４７】
標準のバッチユニットおよび関連するユニット手順とは異なり、例示的な仮想バッチユニット５００は、本明細書で初期条件５０６と呼ばれる別個の入力のセットを含む。これらのパラメータに関する限り、バッチプロセスの開始は毎回ほぼ同じであるため、従来のバッチプロセスでは、同じプロセスパラメータのセットの初期条件を明確に定義する必要はない。対照的に、以下でさらに説明されるように、仮想バッチユニット５００上で実装される異なるサンプリングバッチは、単一の連続バッチプロセス内の異なる時点で開始する。その結果、任意の特定のサンプリングバッチの開始点でのプロセスパラメータの値は、異なるサンプリングバッチの開始点での値と必ずしも同じではない。したがって、例示的な仮想バッチユニット５００は、現在のサンプリングバッチの開始時刻におけるプロセスパラメータ（例えば、図３および／または４のプロセスパラメータ３１０、３１２、３１４）の値として定義される初期条件５０６を含む。すなわち、仮想バッチユニット５００は、入力としてプロセスパラメータの複製セットを含む。しかしながら、入力パラメータ５０２は、関連する連続プロセスが進むにつれて実質的にリアルタイムで更新されるが、初期条件５０６は、サンプリングバッチが第１に着手されたときに定義された固定値である。単一のサンプリングバッチの実装全体を通じて固定されているが、初期条件５０６は、新しいサンプリングバッチが着手されるたびに新しい値でリセットされる。
【００４８】
いくつかの例では、仮想バッチユニットコントローラ２１０は、連続プロセスの動作と並行して実質的にリアルタイムで仮想バッチユニット５００にサンプリングバッチを実装する。サンプリングバッチは、連続プロセスに現在存在するプロセスパラメータの値に対応している。仮想バッチユニットを使用する仮想バッチユニットコントローラ２１０によってサンプリングバッチを実装する目的は、連続プロセスのために、バッチのような分析技術の使用を可能にすることである。つまり、仮想バッチユニットでのサンプリングバッチの実装は、連続プロセスの動作に直接影響し、または制御するのではなく、予測分析を提供するために、連続プロセスの制御および動作と並行して走行する。その結果、仮想バッチユニット５００に関連して使用されるレシピは、レシピが実際にはシステムの動作を制御しないため、本明細書ではダミーレシピと呼ばれる。しかしながら、いくつかの例では、仮想バッチユニット５００上で走行するサンプリングバッチを分析することによって生み出される予測分析情報の結果は、標準の連続プロセス制御技術を通じて制御されるプロセスを調整または適合させるために使用され得る。
【００４９】
仮想バッチユニットコントローラ２１０によって実装された各個々のサンプリングバッチは、予測分析を生成するために使用される、分析モデルを生成するために使用される履歴サンプリングバッチと同じ時間を有するように定義される。さらに、仮想バッチユニットコントローラ２１０によって実装されるリアルタイムサンプリングバッチは、連続した手法で続けて実装される。つまり、１つのサンプリングバッチの終了は、次の後続のサンプリングバッチの開始に対応し、現在のサンプリングバッチが、分析対象の関連する連続プロセスの持続時間全体で終了するたびに、新しいサンプリングバッチが着手される。言い換えると、連続プロセスは、仮想バッチユニット５００で走行されている多くの連続するバッチのキャンペーンとして扱われる。
【００５０】
例えば、図６は、リアルタイムで動作する連続プロセスのプロセスパラメータ３１０、３１２、３１４を示すグラフ６００である。図示の例では、第１のサンプリングバッチは、連続プロセスが始まると同時（時間０）に始まり、図３および図４に関連して上記した履歴サンプリングバッチの長さに対応する第１の時間６０２まで延在する。上記のように、履歴サンプリングバッチは、連続プロセスの滞留時間に対応する長さを有するように定義され得る（例えば、図示された例では１０分）。上記のように、この第１のサンプリングバッチを実装するとき（第１の時間６０２中）に、仮想バッチユニット５００に対して定義された初期条件５０６は、プロセスパラメータ３１０、３１４、３１２の初期（例えば、時間０）値に対応する。１０分のマークで、第１のサンプリングバッチは終了し、第２のサンプリングバッチは、第２の時間６０４中に仮想バッチユニット５００で着手される。（第１のサンプリングバッチから第２のサンプリングバッチへの遷移に関連する）第１および第２の時間６０２、６０４間の遷移で、仮想バッチユニット５００の初期条件５０６は、第２の時間６０４の開始時（例えば、プロセスの１０分後）のプロセスの値に対応するようにリセットされる。後続の時間６０６、６０８で後続のサンプリングバッチを開始するプロセスは、連続する１０分の時間増分に対応し、新しいバッチごとに仮想バッチユニット５００の初期条件をリセットすることにより、連続プロセスを個々のバッチプロセスのシリーズまたはキャンペーンとして効果的に処理できる。
【００５１】
本明細書で説明する例は、主に、サンプリングバッチの持続時間が、連続プロセスの滞留時間（例えば、図示の例では１０分）に対応するように定義されているシナリオに焦点を当てている。しかしながら、上述のように、いくつかの例では、サンプリングバッチの持続時間が、滞留時間よりも長くなる可能性がある。より具体的には、いくつかの例では、単一のサンプリングバッチの持続時間は、滞留時間の倍数であり得る（例えば、２つの滞留時間、３つの滞留時間、４つの滞留時間など）。そのようないくつかの例では、単一の手続き型ユニット（例えば、仮想バッチユニット５００）に関連するサンプリングバッチは、単一の滞留時間の持続時間を有する複数の段階に分割され得る。すなわち、図６の第１および第２の時間６０２、６０４を別個のサンプリングバッチに対応するものとして扱うのではなく、いくつかの例では、第１および第２の時間６０２、６０４は、第１の延長時間６１０を延在する、単一のサンプリングバッチに関連する別個の段階に対応し得る。この例では、第２の延長時間６１２は、第２のサンプリングバッチ内の別個の段階に対応する第３および第４の時間６０６、６０８で、第２のサンプリングバッチの持続時間を定義する。いくつかの例では、サンプリングバッチの持続時間および／またはサンプリングバッチ内の段階は、滞留時間の倍数に対応しない場合があるが、プロセスおよび／または品質パラメータの動的変化の程度、および生成される予測分析の精度レベルに依存して、任意の好適な長さであってもよい。
【００５２】
図２の例示的な予測分析エンジン１０５は、バッチモデルジェネレータ２０８によって生成された分析モデルを使用して、仮想バッチユニット５００に仮想バッチユニットコントローラ２１０によって現在実装されているサンプリングバッチを分析するための、例示的なサンプリングバッチアナライザ２１２を含む。いくつかの例では、サンプリングバッチアナライザ２１２は、バッチプロセスの対応する分析モデルに基づいて標準バッチを分析するために使用される、既存のバッチ分析ソフトウェア、ファームウェア、および／またはハードウェアに対応する（または少なくとも同様に動作する）。サンプリングバッチアナライザ２１２が既存のバッチ分析ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェアに対応する例では、標準のバッチ分析用に実装される動的時間伸縮機能は、上記のように、分析中のサンプリングバッチと、すべての分析モデルの生成に使用される履歴サンプリングバッチは、同じ時間を有するように定義されているため、不要になる可能性がある。
【００５３】
いくつかの例では、サンプリングバッチアナライザ２１２によって出力された結果は、サンプリングバッチの持続時間中の現在のサンプリングバッチに関連する障害検出および／または品質予測情報（まとめて予測分析情報と呼ばれる）を提供する。新しいサンプリングプロセスが着手されるとき、サンプリングバッチアナライザ２１２は、新しいサンプリングバッチを分析して、新しいサンプリングバッチの予測分析情報を生成する。したがって、品質予測が提供される今後の時間（例えば、予測時間）は、サンプリングバッチの持続時間に対応する。したがって、上記の例で１０分の滞留時間で新しいサンプリングバッチが着手されるとき、予測分析情報は、１０分後までの連続プロセスの出力品質の予測を提供する。現在のサンプリングバッチで時間が経過するにつれて、予測分析情報で表される今後の距離は、時間が現在のサンプリングバッチの終了に到達するまで減少する。その後、新しいサンプリングバッチが着手され、１０後先の新しい予測が生成される。
【００５４】
いくつかの例では、例示的なサンプリングバッチアナライザ２１２によって提供される予測分析情報は、データベース２１４に保存される。追加または代替として、例示的な通信インターフェース２０２は、予測分析情報を連続履歴データベース２１８に送信することができる。さらに、いくつかの例では、ユーザインターフェース２１６は、関連する表示画面を介して予測分析情報のグラフィック表現を生成および／またはレンダリングする。いくつかの例では、予測分析情報のグラフィック表現は、標準的なバッチプロセス分析に提供されるものと類似している場合がある。しかしながら、いくつかの例では、連続するサンプリングバッチの予測分析情報を互いに追加して、監視されている連続制御システムプロセスの連続時間全体にわたって予測の連続的なタイムラインを提供できる。
【００５５】
例えば、図７は、４つの連続するサンプリングバッチに関連付けられ４つの引き続く時間７０２、７０４、７０６、７０８の間、特定の品質パラメータ（例えば、図３の品質パラメータ３０２、３０４、３０６の１つ）の予測分析情報を提供する例示的な品質予測インターフェース７００を示す。いくつかの例では、別個のサンプリングバッチの開始および終了は、サンプリングバッチライン７１０によって識別され得る。この例では、第１の時間７０２は、プロセスの最初の始動に対応する。その結果、中央の実線７１２で表示される品質パラメータの予測には大幅な変動があり、信頼範囲は上下の破線７１４、７１６によって比較的広く表示されるので、予測の信頼は比較的低い。しかしながら、時間が進み、プロセスが定常状態に近づくと、品質パラメータの予測も、プロセスの出力の仕様を満たす品質パラメータの境界を定義する影付き領域７１８内にある、実質上の定常状態に収束する。いくつかの例では、現在の時間インジケータ７２０（例えば、線）は現在の時間を表示する。この例では、現在の時刻は午後１時４７分であり、これは、第４のサンプリングバッチに対応する第４の時間７０８の２分後である。図示された例に示されるように、品質パラメータ（例えば、実線７１２）の予測は、現在の時刻７２０を超えて、現在のサンプリングバッチの終了時刻に対応する午後１時５５分に及ぶ。したがって、オペレータは、現在の時刻７２０から今後８分にわたる連続プロセスの出力の品質予測を有する。いくつかの例では、現在の時刻が第４の時間７０８の終了に達すると、品質予測インターフェース７００のグラフがシフトして、新しいサンプリングバッチに関連する予測を表すことができる。
【００５６】
図２に戻ると、例示的なユーザインターフェース２１６はまた、ユーザが予測分析エンジン１０５の構成要素の動作を構成および／または調整することを可能にする。例えば、いくつかの例では、ユーザは、ユーザインターフェース２１６を使用して、滞留時間を調整または指定し、かつ／またはサンプリングバッチの長さが、滞留時間または滞留時間よりも長い時間に対応するかどうかを指定することができる。いくつかの例では、ユーザは、ユーザインターフェース２１６を介して、履歴サンプリングバッチジェネレータ２０６によって生成される履歴サンプリングバッチの数、および／または異なる履歴サンプリングバッチ時間的位置を定義するために使用される品質読み取りポイント４０２の時刻間隔を指定することができる。いくつかの例では、ユーザは、ユーザインターフェース２１６を介して、分析モデルを生成するためにバッチモデルジェネレータ２０８によって使用された履歴サンプリングバッチの数を指定することができる。いくつかの例では、ユーザは、ユーザインターフェース２１６を介して、始動期間３１６、定常状態期間３１８、およびシャットダウン期間３２０の各々から取られる履歴サンプリングバッチの割合を指定することができる。いくつかの例では、ユーザは、ユーザインターフェース２１６を介して、仮想バッチユニット５００の入力パラメータおよび出力パラメータとして機能することになる、連続プロセスに関連する連続プロセスパラメータを指定することができる。
【００５７】
図１の予測分析エンジン１０５を実装する例示的な手法が図２に示されているが、図２に示された要素、プロセス、および／またはデバイスの１つ以上は、組み合わせ、分割し、再配設し、省略し、削除し、および／または他の方法で実装されてもよい。さらに、例示的な通信インターフェース２０２、例示的な滞留時間アナライザ２０４、例示的な履歴サンプリングバッチジェネレータ２０６、例示的なバッチモデルジェネレータ２０８、例示的な仮想バッチユニットコントローラ２１０、例示的なサンプリングバッチアナライザ２１２、例示的なデータベース２１４、例示的なユーザインターフェース２１６、および／または、より一般的には、図１の例示的な予測分析エンジン１０５は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアならびに／またはハードウェア、ソフトウェアおよび／もしくはファームウェアの任意の組み合わせによって実装され得る。したがって、例えば、例示的な通信インターフェース２０２、例示的な滞留時間アナライザ２０４、例示的な履歴サンプリングバッチジェネレータ２０６、例示的なバッチモデルジェネレータ２０８、例示的な仮想バッチユニットコントローラ２１０、例示的なサンプリングバッチアナライザ２１２、例示的なデータベース２１４、例示的なユーザインターフェース２１６、および／または、より一般的には、例示的な予測分析エンジン１０５は、１つ以上のアナログまたはデジタル回路（複数可）、論理回路、プログラム可能なプロセッサ（複数可）、プログラム可能なコントローラ（複数可）、グラフィックス処理ユニット（複数可）（ＧＰＵ（複数可））、デジタル信号プロセッサ（複数可）（ＤＳＰ（複数可））、特定用途向け集積回路（複数可）（ＡＳＩＣ（複数可））、プログラム可能な論理デバイス（複数可）（ＰＬＤ（複数可））、および／またはフィールドプログラム可能な論理デバイス（ＦＰＬＤ（複数可））によって実装することができる。この特許の装置またはシステムのクレームのいずれかを読んで、純粋にソフトウェアおよび／またはファームウェアの実装をカバーするとき、例示的な通信インターフェース２０２、例示的な滞留時間アナライザ２０４、例示的な履歴サンプリングバッチジェネレータ２０６、例示的なバッチモデルジェネレータ２０８、例示的な仮想バッチユニットコントローラの例２１０、例示的なサンプリングバッチアナライザ２１２、例示的なデータベース２１４、および／または例示的なユーザインターフェース２１６は、ソフトウェアおよび／またはソフトウェアを含むメモリ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、ブルーレイディスクなどの非一時的なコンピュータ可読記憶デバイスまたは記憶ディスクを含むと明確に定義されている。さらに、図１の例示的な予測分析エンジン１０５は、図２に示されたものに加えて、またはその代わりに、１つ以上の要素、プロセスおよび／もしくはデバイスを含み得、ならびに／または、例示された要素、プロセス、およびデバイスのいずれかまたはすべてのうちの２つ以上を含んでもよい。本明細書で使用される「通信中」という句は、その変形例を含めて、直接通信および／または１つ以上の中間構成要素を通じた間接通信を包含し、直接の物理的（例えば有線）通信および／または常時通信を必要とせず、むしろさらに、周期的な間隔、スケジュールされた間隔、非周期的な間隔、および／または１回限りのイベントでの選択的な通信を含む。
【００５８】
図１および／または図２の予測分析エンジン１０５を実装するための例示的なハードウェア論理、機械可読命令、ハードウェア実装状態機械、および／またはそれらの任意の組み合わせを表すフローチャートが図８〜１０に示されている。機械可読命令は、図１１に関連して以下で説明される例示的なプロセッサプラットフォーム１１００に示される、プロセッサ１１１２などのコンピュータプロセッサによる実行のための１つ以上の実行可能プログラムまたは実行可能プログラムの部分（複数可）であってもよい。プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ、フロッピーディスク、ハードドライブ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク、またはプロセッサ１１１２に関連するメモリなどの非一時的なコンピュータ可読記憶媒体に保存されたソフトウェアで具現化されてもよいが、プログラム全体および／またはその一部分は、代替的に、プロセッサ１１１２以外のデバイスによって実行され、かつ／またはファームウェアまたは専用ハードウェアで具現化され得る。さらに、例示的なプログラムが、図８〜図１０に示されるフローチャートを参照して記載されるが、例示的な予測分析エンジン１０５を実装する他の多くの方法が代わりに使用されてもよい。例えば、ブロックの実行順序が変更されてもよく、かつ／または記載したブロックのいくつかが変更されるか、削除されるか、または組み合わされ得る。追加的または代替的に、ブロックのいずれかまたはすべては、ソフトウェアまたはファームウェアを実行せずに対応する動作を行うように構成されている、１つ以上のハードウェア回路（例えば、離散および／または統合アナログおよび／またはデジタル回路、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、コンパレータ、演算増幅器（オペアンプ）、論理回路など）によって実装されてもよい。
【００５９】
本明細書に記載する機械可読命令は、圧縮形式、暗号化形式、断片化形式、パッケージ形式などの１つ以上で保存され得る。本明細書に記載する機械可読命令は、機械実行可能命令を作成、製造、および／または生み出すために利用され得るデータ（例えば、命令の部分、コード、コードの表現など）として保存され得る。例えば、機械可読命令は、断片化され、１つ以上の記憶デバイスおよび／またはコンピューティングデバイス（例えば、サーバ）に保存され得る。機械可読命令は、それらをコンピューティングデバイスおよび／または他のデバイスで直接読み取り可能または実行可能にするために、インストール、改変、適応、更新、組み合わせ、補足、構成、復号化、解凍、開梱、配布、再割り当てなどの１つ以上を必要とする場合がある。例えば、機械可読命令は、個々に圧縮、暗号化され、別個のコンピューティングデバイスに保存される、複数の一部分に保存され、これらの一部分は、復号化、解凍、組み合わされるとき、本明細書に記載されるようなプログラムを実装する一連の実行可能命令を形成する。別の例では、機械可読命令は、それらがコンピュータによって読み取られ得る状態で保存され得るが、特定のコンピューティングデバイスまたは他のデバイスで命令を実行するためには、ライブラリ（例えば、ダイナミックリンクライブラリ（ＤＬＬ））、ソフトウェア開発キット（ＳＤＫ）、アプリケーションプログラミングインターフェース（ＡＰＩ）などの追加が必要である。別の例では、機械可読命令および／または対応するプログラム（複数可）を全体または一部分で実行する前に、（例えば、設定の保存、データ入力、ネットワークアドレスの記録など）機械可読命令を構成する必要がある場合がある。したがって、開示された機械可読命令および／または対応するプログラム（複数可）は、保存されているか、そうでなければ保管中または輸送中、機械可読命令および／またはプログラムの特定のフォーマットまたは状態に関係なく、そのような機械可読命令および／またはプログラムを離間することが意図されている。
【００６０】
上述のように、図８〜図１０の例示的なプロセスは、ハードディスクドライブ、フラッシュメモリ、読み取り専用メモリ、コンパクトディスク、デジタル多用途ディスク、キャッシュ、ランダムアクセスメモリ、および／または、情報が任意の持続時間（例えば、情報の長時間、永続的、短時間、一時的バッファリング、および／またはキャッシュのために）保存される、任意の他の記憶デバイスまたは記憶ディスクなどの、非一時的なコンピュータおよび／または機械可読媒体に保存された実行可能命令（例えば、コンピュータおよび／または機械可読命令）を使用して実装されてもよい。本明細書で使用される用語「非一時的なコンピュータ可読媒体」は、任意のタイプのコンピュータ可読記憶デバイスおよび／または記憶ディスクを含み、伝搬信号を除外し、伝送媒体を除外すると明確に定義される。
【００６１】
「含む」および「備える」（およびそのすべての形式および時制）は、本明細書では開放形式の用語であるように使用される。したがって、特許請求項がプリアンブルとして、またはあらゆる種類の特許請求項記述内で「含む」または「備える」のいずれかの形式を使用する場合（例えば、備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）、含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）、備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）、含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）、有するなど）、追加の要素、用語などが、対応する特許請求項または記述の範囲から外れることなく存在する場合があることが理解されるべきである。本明細書で使用されるように、「少なくとも」の句が、例えば特許請求項のプリアンブルで移行用語として使用される場合、「備える」および「含む」という用語が開放形式であるのと同じ手法で開放形式である。例えば、Ａ、Ｂ、および／またはＣなどの形態で使用されるときの「および／または」という用語は、（１）Ａのみ、（２）Ｂのみ、（３）Ｃのみ、（４）ＡとＢ、（５）ＡとＣ、（６）ＢとＣ、および（７）ＡとＢとＣとの組み合わせなどのＡ、Ｂ、Ｃの任意の組み合わせまたはサブセットを指す。構造、構成要素、アイテム、オブジェクト、および／または物事を記載する文脈において本明細書で使用されるように、「ＡおよびＢの少なくとも１つ」という句は、（１）少なくとも１つのＡ、（２）少なくとも１つのＢ、ならびに（３）少なくとも１つのＡおよび少なくとも１つのＢのうちのいずれかを含む実装態様指すことが意図される。同様に、構造、構成要素、アイテム、オブジェクト、および／または物事を説明する文脈において本明細書で使用されるように、「ＡまたはＢのうちの少なくとも１つ」という句は、（１）少なくとも１つのＡ、（２）少なくとも１つのＢ、ならびに（３）少なくとも１つのＡおよび少なくとも１つのＢのうちのいずれかを含む実装態様を指すことが意図される。プロセス、命令、アクション、アクティビティ、および／またはステップの実施または実行を説明する文脈において本明細書で使用されるように、「ＡおよびＢの少なくとも１つ」という句は、（１）少なくとも１つのＡ、（２）少なくとも１つのＢ、ならびに（３）少なくとも１つのＡおよび少なくとも１つのＢのうちのいずれかを含む実装態様を指すことが意図される。同様に、プロセス、命令、アクション、アクティビティ、および／またはステップの実施または実行を説明する文脈において本明細書で使用されるように、「ＡまたはＢの少なくとも１つ」という句は、（１）少なくとも１つのＡ、（２）少なくとも１つのＢ、および（３）少なくとも１つのＡと少なくとも１つのＢのうちのいずれかを含む実装態様を指すことが意図される。
【００６２】
図８の例示的なプロセスは、ブロック８０２で始まり、例示的な予測分析エンジン１０５は、連続制御システムプロセスに関連するサンプリングバッチを分析する分析モデルを生成する。ブロック８０２の実装に関するさらなる詳細は、図９および１０に関連して以下に提供される。ブロック８０４で、例示的な仮想バッチユニットコントローラ２１０は、連続制御システムプロセスに関連するパラメータ（例えば、図３および／または４の品質パラメータ３０２、３０４、３０６およびプロセスパラメータ３１０、３１２、３１４）に基づいて、仮想バッチユニット（例えば、図５の仮想バッチユニット５００）の入力パラメータおよび出力パラメータを定義する。ブロック８０６で、例示的な仮想バッチユニットコントローラ２１０は、サンプリングバッチの開始時刻を決定する。サンプリングバッチの開始時刻は、連続制御システムプロセスの開始時刻または前のサンプリングバッチの終了時刻に対応する。現在のサンプリングバッチの終了時刻は、サンプリングバッチに設定された固定持続時間に基づいて定義される。いくつかの例では、履歴サンプリングバッチジェネレータ２０６および／または仮想バッチユニットコントローラ２１０は、連続制御システムプロセスの滞留時間に基づいて、サンプリングバッチの時間を決定する。ブロック８０８で、例示的な仮想バッチユニットコントローラ２１０は、サンプリングバッチの開始時刻に連続制御システムプロセスに関連するパラメータに基づいて仮想バッチユニットの初期条件を設定する。
【００６３】
ブロック８１０で、例示的な仮想バッチユニットコントローラ２１０は、連続制御システムプロセスと並行して、仮想バッチユニット５００にサンプリングバッチを実装する。ブロック８１２で、例示的なサンプリングバッチアナライザ２１２は、分析モデルに基づいてサンプリングバッチを分析する。ブロック８１４で、例示的なサンプリングバッチアナライザ２１２は、サンプリングバッチの予測分析情報を生成する。予測分析情報は、連続制御システムプロセスの障害検出および／または品質予測を表示する場合がある。ブロック８１６で、例示的なユーザインターフェース２１６は、予測分析情報のグラフィック表現をレンダリングする。
【００６４】
ブロック８１８で、例示的な仮想バッチユニットコントローラ２１０は、別のサンプリングバッチを実装するかどうかを決定する。そうである場合、制御はブロック８０６に戻る。そうでない場合、制御はブロック８２０に進み、予測分析エンジン１０５が分析モデルを更新するかどうかを決定する。そうである場合、制御はブロック８０２に戻る。そうでなければ、図８の例示的なプロセスは終了する。
【００６５】
図９は、図８のブロック８０２の例示的な実装を表すフローチャートである。図９の例示的なプロセスは、通信インターフェース２０２が連続制御システムプロセスの履歴プロセスデータにアクセスするブロック９０２で始まる。ブロック９０４において、例示的な滞留時間アナライザ２０４は、連続制御システムプロセスの滞留時間を決定する。ブロック９０６で、例示的な履歴サンプリングバッチジェネレータ２０６および／または例示的な仮想バッチユニットコントローラ２１０は、滞留時間に基づいてサンプリングバッチの長さを決定する。ブロック９０８において、例示的な履歴サンプリングバッチジェネレータ２０６は、連続制御システムプロセスの始動期間（例えば、始動期間３１６）に関連する履歴サンプリングバッチを生成する。ブロック９１０において、例示的な履歴サンプリングバッチジェネレータ２０６は、連続制御システムプロセスの定常状態期間（例えば、定常状態期間３１８）に関連する履歴サンプリングバッチを生成する。ブロック９１２で、例示的な履歴サンプリングバッチジェネレータ２０６は、連続制御システムプロセスのシャットダウン期間（例えば、シャットダウン期間３２０）に関連する履歴サンプリングバッチを生成する。ブロック９０８、９１０、および９１２の実装に関するさらなる詳細は、図１０に関連して以下に提供される。ブロック９１４で、例示的なバッチモデルジェネレータ２０８は、モデル生成のための履歴サンプリングバッチのプールを選択する。ブロック９１６で、例示的なバッチモデルジェネレータ２０８は、履歴サンプリングバッチのプールに基づいて分析モデルを生成する。その後、図９のプロセスは終了し、図８のプロセスを完了するために戻る。
【００６６】
図１０は、図９のブロック９０８、９１０、および９１２のいずれか１つの例示的な実装を表すフローチャートである。図１０の例示的なプロセスは、ブロック１００２で始まり、例示的な履歴サンプリングバッチジェネレータ２０６は、関連する期間に対応する履歴プロセスデータの動的変化の程度に基づいて、関連期間内の品質読み取りポイント（例えば、図４の品質読み取りポイント４０２）の時間間隔を決定する。これに関連して、関連期間は、図９のブロック９０８を実装するときの始動期間３１６、図９のブロック９１０を実装するときの定常状態期間３１８、および図９のブロック９１２を実装するときのシャットダウン期間３２０に対応する。ブロック１００４で、例示的な履歴サンプリングバッチジェネレータ２０６は、履歴プロセスデータの関連期間内の品質読み取りポイント４０２を識別する。ブロック１００６で、例示的な通信インターフェース２０２は、（図９のブロック９０６で決定された）サンプリングバッチの長さに対応し、品質読み取りポイントで終了する履歴サンプリングバッチの履歴プロセスデータを検索する。ブロック１００８で、例示的な履歴サンプリングバッチジェネレータ２０６は、履歴サンプリングバッチの初期条件を設定する。ブロック１０１０で、例示的なデータベース２１４は、履歴サンプリングバッチを保存する。ブロック１０１２で、例示的な履歴サンプリングバッチジェネレータ２０６は、関連期間に関連する別の履歴サンプリングバッチを生成するかどうかを決定する。そうである場合、制御はブロック１００２に戻る。そうでない場合、図１０の例示的なプロセスは終了し、図９のプロセスを完了するために戻る。
【００６７】
図１１は、図８および１０の命令を実行して、図１および／または２の予測分析エンジン１０５を実装するように構成された例示的なプロセッサプラットフォーム１１００のブロック図である。プロセッサプラットフォーム１１００は、例えば、サーバ、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、自己学習機械（例えば、ニューラルネットワーク）、モバイルデバイス（例えば、携帯電話、スマートフォン、ｉＰａｄ（商標）などのタブレット）、携帯情報端末（ＰＤＡ）、インターネット機器、または任意の他のタイプのコンピューティングデバイスであり得る。
【００６８】
示された例のプロセッサプラットフォーム１１００は、プロセッサ１１１２を含む。示された例のプロセッサ１１１２は、ハードウェアである。例えば、プロセッサ１１１２は、１つ以上の集積回路、論理回路、マイクロプロセッサ、ＧＰＵ、ＤＳＰ、または任意の所望のファミリまたは製造業者からのコントローラによって実装され得る。ハードウェアプロセッサは、半導体ベース（例えば、シリコンベース）のデバイスであってもよい。この例では、プロセッサは、例示的な滞留時間アナライザ２０４、例示的な履歴サンプリングバッチジェネレータ２０６、例示的なバッチモデルジェネレータ２０８、例示的な仮想バッチユニットコントローラ２１０、および例示的なサンプリングバッチアナライザ２１２を実装する。
【００６９】
示された例のプロセッサ１１１２は、ローカルメモリ１１１３（例えば、キャッシュ）を含む。示された例のプロセッサ１１１２は、バス１１１８を介して、揮発性メモリ１１１４および不揮発性メモリ１１１６を含むメインメモリと通信している。揮発性メモリ１１１４は、同期ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＳＤＲＡＭ）、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、ＲＡＭＢＵＳ（登録商標）ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＲＤＲＡＭ（登録商標））、および／または任意の他のタイプのランダムアクセスメモリデバイスによって実装されてもよい。不揮発性メモリ１１１６は、フラッシュメモリおよび／または任意の他の所望のタイプのメモリデバイスによって実装されてもよい。メインメモリ１１１４、１１１６へのアクセスは、メモリコントローラによって制御される。
【００７０】
示された例のプロセッサプラットフォーム１１００は、インターフェース回路１１２０も含む。インターフェース回路１１２０は、イーサネットインターフェース、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、ブルートゥース（登録商標）インターフェース、近距離通信（ＮＦＣ）インターフェース、および／またはＰＣＩエクスプレスインターフェースなど、任意のタイプのインターフェース標準によって実装されてもよい。この例では、インターフェース回路１１２０は、例示的な通信インターフェース２０２および例示的なユーザインターフェース２１６を実装する。
【００７１】
示された例において、１つ以上の入力デバイス１１２２がインターフェース回路１１２０に接続されている。入力デバイス１１２２（複数可）は、ユーザがデータおよび／またはコマンドをプロセッサ１１１２に入力することを許可する。入力デバイス（複数可）は、例えば、音声センサ、マイクロホン、（静止画または動画）カメラ、キーボード、ボタン、マウス、タッチスクリーン、トラックパッド、トラックボール、アイソポイントデバイス、および／または音声認識システムによって実装され得る。
【００７２】
１つ以上の出力デバイス１１２４も、示された例のインターフェース回路１１２０に接続されている。出力デバイス１１２４は、例えば、ディスプレイデバイス（例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、陰極線管ディスプレイ（ＣＲＴ）、インプレーススイッチング（ＩＰＳ）ディスプレイ、タッチスクリーンなど）、触覚出力デバイス、プリンタ、および／またはスピーカなどにより実装され得る。したがって、示された例のインターフェース回路１１２０は、通常、グラフィックスドライバカード、グラフィックスドライバチップ、および／またはグラフィックスドライバプロセッサを含む。
【００７３】
示された例のインターフェース回路１１２０はまた、送信機、受信機、トランシーバ、モデム、ホームゲートウェイ、無線アクセスポイント、および／またはネットワークインターフェースなどの通信デバイスを含み、ネットワーク１１２６を介した外部機械（例えば、あらゆる種類のコンピューティングデバイス）とのデータ交換を容易にする。通信は、例えば、イーサネット接続、デジタル加入者線（ＤＳＬ）接続、電話線接続、同軸ケーブルシステム、衛星システム、サイトの無線システム、携帯電話システムなどを介することができる。
【００７４】
示される例のプロセッサプラットフォーム１１００は、ソフトウェアおよび／またはデータを保存するための１つ以上の大容量記憶デバイス１１２８も含む。このような大容量記憶デバイス１１２８の例には、フロッピーディスクドライブ、ハードドライブディスク、コンパクトディスクドライブ、ブルーレイディスクドライブ、独立ディスクの冗長アレイ（ＲＡＩＤ）システム、およびデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）ドライブが含まれる。この例では、大容量記憶デバイスは、例示的なデータベース２１４を含む。
【００７５】
図８〜図１０の機械実行可能命令１１３２は、大容量記憶デバイス１１２８、揮発性メモリ１１１４、不揮発性メモリ１１１６、および／またはＣＤまたはＤＶＤなどの取り外し可能な非一時的なコンピュータ可読記憶媒体などに記憶されてもよい。
【００７６】
上記から、バッチプロセス制御システムに従来から使用されている分析技術に基づいて、連続プロセス制御システムの予測分析の生成を可能にする例示的な方法、装置、および製造物品が開示されたことが理解されよう。開示された方法、装置および製造物品は、プロセスの出力の今後の予測をオペレータに継続的に提供することにより、連続制御システムプロセスの動作を改善する。より具体的には、このような情報により、オペレータは連続プロセスへの潜在的な逸脱をより迅速に認識して対応することができるため、逸脱が深刻になるときよりも早く好適な改善措置を講じることができる。
【００７７】
ある例示的なシステム、方法、装置、および製造物品が本明細書で開示されてきたが、本特許の対象範囲はそれに限定されない。それどころか、本特許は、本特許の特許請求の範囲の範囲内にかなり加わるすべてのシステム、方法、装置、および製造物品をカバーする。
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【外国語明細書】
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