(57)【要約】【課題】稼働型のムダを簡便に評価できるエネルギー監視装置などを提供する。【解決手段】エネルギー監視装置１は、ワークを加工し、これを繰り返す加工機が消費した消費電力量のうち、改善を為しうる量である改善余地量を算出するものである。エネルギー監視装置１は、電力量計２が計測した電力値の時系列データである電力データを取得する電力データ取得部２０と、電力データ取得部２０が取得した電力データから、１サイクルの電力データを検出するサイクル検出部２５と、サイクル検出部２５が検出した１サイクルの電力データを、加工による付加価値創出部分と無付加価値部分とに分割する分割部２６と、分割部２６によって分割された無付加価値部分の電力積算値を改善余地量として算出する積算部２７とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理を実行する機器が消費した消費エネルギーのうち、改善を為しうる量である改善余地量を算出するエネルギー監視装置であって、
上記消費エネルギーに関する物理量の時系列データを取得する取得手段と、
該取得手段が取得した時系列データの中から、所定時間の時系列データを検出する検出手段と、
該検出手段が検出した時系列データを分割する分割手段と、
該分割手段によって分割された部分から、上記処理による付加価値を創出していない無付加価値部分の消費エネルギーを、上記改善余地量として算出する算出手段とを備えることを特徴とするエネルギー監視装置。
【請求項２】
上記検出手段が検出する時系列データは、上記機器が上記処理を開始してから終了するまでの１サイクルの時系列データであることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー監視装置。
【請求項３】
上記物理量は、電力または電流であることを特徴する請求項１または２に記載のエネルギー監視装置。
【請求項４】
上記１サイクルの時系列データの波形モデルを示す波形モデル情報と、上記分割手段が分割するための条件である分割条件とを予め記憶する記憶部をさらに備えており、
上記検出手段は、上記記憶部に記憶された波形モデル情報に適合する１サイクルの時系列データを検出しており、
上記分割手段は、上記記憶部に記憶された分割条件に基づいて分割することを特徴とする請求項２に記載のエネルギー監視装置。
【請求項５】
上記取得手段が取得した物理量の時系列データを用いて、上記波形モデル情報を作成する波形モデル作成手段をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のエネルギー監視装置。
【請求項６】
上記機器が上記処理を開始してから終了するまでの期間の計画値であるサイクルタイム設計値を予め記憶する記憶部をさらに備えており、
上記検出手段は、上記サイクルタイム設計値に基づいて、上記１サイクルの時系列データの開始時点を検出するサイクル開始検出手段を備えることを特徴とする請求項２、４、および５の何れか１項に記載のエネルギー監視装置。
【請求項７】
上記１サイクルの時系列データの波形パターンを示す波形パターン情報を記憶する記憶部をさらに備えており、
上記サイクル開始検出手段は、上記記憶部に記憶された波形パターン情報に適合する１サイクルの時系列データを検出することにより、上記１サイクルの時系列データの開始時点を検出することを特徴とする請求項６に記載のエネルギー監視装置。
【請求項８】
上記１サイクルの時系列データの波形パターンを示す波形パターン情報を記憶する記憶部と、
上記検出手段が検出した１サイクルの時系列データを複数個利用して、上記波形パターンを作成して上記記憶部に記憶する波形パターン作成手段とをさらに備えることを特徴とする請求項２、４、５、６、および７の何れか１項に記載のエネルギー監視装置。
【請求項９】
上記分割手段は、
上記検出手段が検出した１サイクルの時系列データに基づいて、上記１サイクルの期間を或る時点で分割する特徴値を算出する特徴値算出手段と、
該特徴値算出手段が算出した特徴値に基づいて、上記処理による付加価値を創出していない無付加価値期間の開始時点を特定する開始時点特定手段とを備えることを特徴とする請求項２、４、５、６、７、および８の何れか１項に記載のエネルギー監視装置。
【請求項１０】
上記算出手段は、上記分割手段によって分割された部分から、上記処理による付加価値を創出している付加価値創出部分の消費エネルギーをさらに算出することを特徴とする請求項１から９までの何れか１項に記載のエネルギー監視装置。
【請求項１１】
処理を実行する機器が消費した消費エネルギーのうち、改善を為しうる量である改善余地量を算出するエネルギー監視装置の制御方法であって、
上記消費エネルギーに関する物理量の時系列データを取得する取得ステップと、
該取得ステップにて取得された時系列データの中から、所定時間の時系列データを検出する検出ステップと、
該検出ステップにて検出された時系列データを分割する分割ステップと、
該分割ステップによって分割された部分から、上記処理による付加価値を創出していない無付加価値部分の消費エネルギーを、上記改善余地量として算出する算出ステップとを含むことを特徴とするエネルギー監視装置の制御方法。
【請求項１２】
処理を実行する機器が消費した消費エネルギーのうち、改善を為しうる量である改善余地量を算出するエネルギー監視装置を動作させるためのエネルギー監視プログラムにおいて、
上記消費エネルギーに関する物理量の時系列データを取得する取得ステップと、
該取得ステップにて取得された時系列データの中から、所定時間の時系列データを検出する検出ステップと、
該検出ステップにて検出された時系列データを分割する分割ステップと、
該分割ステップによって分割された部分から、上記処理による付加価値を創出していない無付加価値部分の消費エネルギーを、上記改善余地量として算出する算出ステップとをコンピュータに実行させるためのエネルギー監視プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理を実行する機器が消費した消費エネルギーのうち、改善を為しうる量である改善余地量を算出するエネルギー監視装置およびその制御方法、ならびにエネルギー監視プログラムに関するものである。具体的には、本発明は、製造対象物を加工し、これを繰り返す加工機の改善余地量を算出するエネルギー監視装置などに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近時、産業界では、生産コストを削減するため、生産時に使用する各種機器の消費エネルギーの削減（以下「省エネ」と略称する）が求められている。また、地球温暖化対策として、国家レベルでの省エネが求められている。このため、省エネを図る各種手法が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の管理装置は、工場等に設けられた複数の生産設備の稼働状態を容易かつ精度よく管理するためのものである。同文献には、上記稼働状態として、生産状態、準備（待機）状態、および停止状態が挙げられている。生産設備の稼働状態を時系列に解析及び管理することにより、それぞれの生産設備が余剰な電力を消費していないかを検討することができる。また、生産効率の向上、生産設備の入れ換え等の検討にも、生産設備の時系列の稼働状態、生産設備の時系列の消費電力等の情報を用いることができる。例えば、特許文献２に記載の機械加工機電力監視装置は、加工機の劣化・摩耗による電力値上昇から、取替え時期を判断している。
【０００４】
また、特許文献３に記載された工作機械の稼働情報収集システムは、工作機械の稼働状態を特定する稼働信号をリアルタイムで計測し、機種別に、前記稼働状態に係る各カテゴリーについての前記稼働信号の特性を、予め、判定基準に設定し、前記計測対象の工作機械の機種に対応した稼働状態のカテゴリー毎に、その計測信号の特性により、前記稼働信号についてカテゴリー別の稼働状態を前記判定基準と対比して判定し、判定結果を、各カテゴリー別の稼働情報としてストックすることを特徴としている。
【０００５】
これにより、カテゴリー毎に稼働状態を自動的に把握することができる。特許文献３には、上記カテゴリーの例として、ＮＣ工作機械への電力供給、ＮＣ工作機械の運転、加工状態、工具交換操作、および主軸回転が挙げられており、これらは各センサによって検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−０９７１２８（２００８年０４月２４日公開）
【特許文献２】特開２００６−０１１８９７（２００６年０１月１２日公開）
【特許文献３】特開２００４−０７０４２４（２００４年０３月０４日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に、設備の稼働中に含まれるムダは、停止型のムダと稼働型のムダとに大別される。停止型のムダとしては、設備の故障、段取替え、刃具や治工具等の交換、および設備の立上げや立下げによるもの等が挙げられる。
【０００８】
一方、稼働型のムダは、設備がワーク（製造対象物）を加工しているサイクルタイムの中で、付加価値を創出していない無付加価値時間が該当し、一般には、ワークの着脱時間、工具の接近・離脱時間、アイドルタイムなどが該当する。
【０００９】
ここで、サイクルタイムとは、繰り返し行われる仕事、タスク、ジョブなどのプロセスにおいて、その１回のプロセスに要する時間であって、該プロセスの頻度や周期の単位となるものをいう。図１０は、加工機の消費電力の時間変化の一例を示すグラフであり、上記サイクルタイムを示すためのものである。例えば、工作機械の場合、図１０の（ａ）に示すように、１つのワークの加工開始から終了までの時間が１サイクルタイムとなる。
【００１０】
また、プレス機の場合、１つのワークの加工に費やされる加工時間は、非常に短い（０．５ｍｓなど）。しかしながら、図１０の（ｂ）のように、所定数の製品に対するプレス動作を連続的に行い、その後所定時間待機をするという動作を行う場合、この一連のプロセスが繰り返されていると見なすことができる。従って、プレス動作の開始から待機時間の終了までを１サイクルと見なすことができる。
【００１１】
上記特許文献１〜３は、上記停止型のムダの一部を評価するにとどまっており、上記稼働型のムダを評価するまでには至っていない。
【００１２】
上記稼働型のムダを評価するには、上記付加価値の創出の有無を検出するセンサを設けることが考えられる。しかしながら、上記付加価値の創出の有無は、加工機の種類によって異なるので、生産ラインに設けられる加工機の種類が増加するにつれて、多種多様なセンサが必要となり、コストが増加し、煩雑な処理が必要となる。
【００１３】
また、加工機を制御するＰＬＣ（Programmable Logic Controller）から該加工機の稼働状態を取得して、上記付加価値の創出の有無を取得することも考えられる。しかしながら、この場合、ＰＬＣが設置されていないときには新たにＰＬＣを購入する必要があり、ＰＬＣが設置されていてもＰＬＣのラダープログラムを変更する必要がある。従って、コストが増加し、煩雑な処理が必要となる。
【００１４】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、稼働型のムダを簡便に評価できるエネルギー監視装置などを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係るエネルギー監視装置は、処理を実行する機器が消費した消費エネルギーのうち、改善を為しうる量である改善余地量を算出するエネルギー監視装置であって、上記課題を解決するために、上記消費エネルギーに関する物理量の時系列データを取得する取得手段と、該取得手段が取得した時系列データの中から、所定時間の時系列データを検出する検出手段と、該検出手段が検出した時系列データを分割する分割手段と、該分割手段によって分割された部分から、上記処理による付加価値を創出していない無付加価値部分の消費エネルギーを、上記改善余地量として算出する算出手段とを備えることを特徴としている。
【００１６】
また、本発明に係るエネルギー監視装置の制御方法は、処理を実行する機器が消費した消費エネルギーのうち、改善を為しうる量である改善余地量を算出するエネルギー監視装置の制御方法であって、上記課題を解決するために、上記消費エネルギーに関する物理量の時系列データを取得する取得ステップと、該取得ステップにて取得された時系列データの中から、所定時間の時系列データを検出する検出ステップと、該検出ステップにて検出された時系列データを分割する分割ステップと、該分割ステップによって分割された部分から、上記処理による付加価値を創出していない無付加価値部分の消費エネルギーを、上記改善余地量として算出する算出ステップとを含むことを特徴としている。
【００１７】
ここで、上記検出手段が検出する時系列データとしては、上記機器が上記処理を開始してから終了するまでの１サイクルの時系列データ、該１サイクルを複数回含む時系列データ、所定時間の時系列データなどが挙げられる。
【００１８】
また、消費エネルギーに関する物理量としては、消費エネルギーが電力量である場合における電力、電流などが挙げられ、消費エネルギーがガス、石油などの可燃性流体の熱量である場合における当該可燃性流体の流量などが挙げられる。また、上記電力は、電力量を時間微分して取得してもよいし、瞬時電力量として取得してもよい。
【００１９】
通常、機器の処理に関する動作は予め定まっている。従って、上記所定時間において、上記処理による付加価値の創出を行っている部分と、それ以外の部分とは予め定まっている。
【００２０】
従って、上記の構成および方法によると、消費エネルギーに関する物理量の時系列データの中から、上記予め定義された時間の時系列データを検出することにより、検出された時系列データを、上記処理による付加価値の創出に関して分割することができ、分割された部分から、無付加価値部分の消費エネルギーを、改善余地量として算出できる。すなわち、稼働型のムダを上記改善余地量として評価することができる。
【００２１】
また、上記改善余地量を算出するために利用される計測値は、消費エネルギーに関する物理量の時系列データのみである。従って、機器に設置すべき計測器は１つでよい。さらに、上記物理量の計測には、電力計、電流計、流量計など、機器専用の計測器を利用する必要が無い。以上より、上記改善余地量を簡便に算出することができる。
【００２２】
なお、上記分割に関して、上記付加価値を創出しているか否かの２つの部分に分割しても良いし、例えば、確実に創出している、やや創出している、不明である、ほとんど創出していない、全く創出していない、など、３つ以上の部分に分割してもよい。また、期間で分割することもできるし、上記物理量の閾値で分割することもできるし、上記時系列データの周波数で分割することもできる。さらに、上記物理量の３０％は付加価値を創出しており、残りの７０％は無付加価値であるというように、上記物理量の割合で分割することもできる。また、該割合は、時間の経過と共に変化してもよい。
【００２３】
また、上記時系列データから、１サイクルの時系列データを検出する手法としては、周波数解析、テンプレートマッチング、その他の公知の手法を利用できる。また、算出された改善余地量の積算値をさらに算出しても良い。
【００２４】
具体的には、本発明に係るエネルギー監視装置では、上記１サイクルの時系列データの波形モデルを示す波形モデル情報と、上記分割手段が分割するための条件である分割条件とを予め記憶する記憶部をさらに備えており、上記検出手段は、上記記憶部に記憶された波形モデル情報に適合する１サイクルの時系列データを検出しており、上記分割手段は、上記記憶部に記憶された分割条件に基づいて分割することが好ましい。
【００２５】
なお、上記機器が複数種類の処理を実行可能である場合、上記１サイクルの時系列データの波形は、上記製造対象物の種類によって異なることが多い。波形が異なれば、分割条件も異なる可能性がある。
【００２６】
そこで、上記記憶部は、複数の波形モデル情報と、複数の分割条件とを予め対応付けて記憶しており、上記分割手段は、上記検出手段が検出した１サイクルの時系列データが適合する波形モデル情報に対応付けられた分割条件に基づいて分割することが好ましい。この場合、上記機器が複数種類の処理を実行可能であるときにも対応することができる。また、上記時系列データが何れの波形モデル情報と適合するかに基づいて、上記処理が行われる物の種類を特定することができる。
【００２７】
本発明に係るエネルギー監視装置では、上記取得手段が取得した物理量の時系列データを用いて、上記波形モデル情報を作成する波形モデル作成手段をさらに備えることが好ましい。
【００２８】
例えば、上記エネルギー監視装置では、上記取得手段は、上記機器の１サイクルを検出するためのセンサからの検出データをさらに取得しており、ユーザからの入力を受け付ける入力部と、上記取得手段が取得した検出データを利用して、上記取得手段が取得した時系列データから、１サイクルの時系列データを抽出する抽出手段と、該抽出手段が抽出した１サイクルの時系列データに基づいて、上記波形モデル情報を作成する波形モデル作成手段と、上記抽出手段が抽出した１サイクルの時系列データの上記分割条件を、上記ユーザから上記入力部を介しての指示に基づき設定する分割条件設定手段とをさらに備えてもよい。
【００２９】
この場合、波形モデル情報が自動的に作成され、作成された波形モデル情報に基づく１サイクルの時系列データの波形モデルを参照して、ユーザが分割条件を決定することができる。
【００３０】
本発明に係るエネルギー監視装置では、上記機器が上記処理を開始してから終了するまでの期間の計画値であるサイクルタイム設計値を予め記憶する記憶部をさらに備えており、上記検出手段は、上記サイクルタイム設計値に基づいて、上記１サイクルの時系列データの開始時点を検出するサイクル開始検出手段を備えることが好ましい。
【００３１】
例えば、本発明に係るエネルギー監視装置では、上記機器が上記処理を開始してから終了するまでの期間の計画値であるサイクルタイム設計値を予め記憶する記憶部をさらに備えており、上記検出手段は、上記取得手段が取得した時系列データに対し周波数解析を行って、上記サイクルタイム設計値およびその付近で最もスペクトルの強い周波数を基本周波数として検出する周波数解析手段と、該周波数解析手段が検出した基本周波数およびその付近の周波数成分を強調するように、上記時系列データに対しフィルタ処理を行うフィルタ処理手段と、該フィルタ処理手段によるフィルタ処理後の時系列データに基づいて、上記１サイクルの時系列データの開始時点を検出するサイクル開始検出手段とを備えてもよい。
【００３２】
この場合、上記フィルタ処理により、基本周波数に等しいまたは近い１サイクルの周波数成分が強調されるので、１サイクルの時系列データの検出が容易となる。
【００３３】
なお、上記サイクル開始検出手段は、上記フィルタ処理後の時系列データとその２階微分のデータとを用いて、上記フィルタ処理後の時系列データの立上がりの時点を検出することにより、上記１サイクルの時系列データの開始時点を検出してもよい。
【００３４】
また、上記１サイクルの時系列データの波形パターンを示す波形パターン情報を記憶する記憶部をさらに備えており、上記サイクル開始検出手段は、上記記憶部に記憶された波形パターン情報に適合する１サイクルの時系列データを検出することにより、上記１サイクルの時系列データの開始時点を検出してもよい。
【００３５】
本発明に係るエネルギー監視装置では、上記１サイクルの時系列データの波形パターンを示す波形パターン情報を記憶する記憶部と、上記検出手段が検出した１サイクルの時系列データを複数個利用して、上記波形パターンを作成して上記記憶部に記憶する波形パターン作成手段とをさらに備えてもよい。この場合、波形パターン情報を記憶部に予め記憶しておく必要がない。
【００３６】
本発明に係るエネルギー監視装置では、上記分割手段は、上記検出手段が検出した１サイクルの時系列データに基づいて、上記１サイクルの期間を或る時点で分割する特徴値を算出する特徴値算出手段と、該特徴値算出手段が算出した特徴値に基づいて、上記処理による付加価値を創出していない無付加価値期間の開始時点を特定する開始時点特定手段とを備えてもよい。この場合、分割条件を記憶部に予め記憶しておく必要がない。なお、上記特徴値の例としては、上記１サイクルの期間を或る時点で分割することの尤もらしさを統計学的に特徴付ける値が挙げられる。
【００３７】
本発明に係るエネルギー監視装置では、上記算出手段は、上記分割手段によって分割された部分から、上記処理による付加価値を創出している付加価値創出部分の消費エネルギーをさらに算出することが好ましい。この場合、１サイクルの消費エネルギーに対する付加価値創出部分の消費エネルギーの割合を算出できるので、上記機器のエネルギー効率を把握することができる。
【００３８】
なお、上記エネルギー監視装置における各ステップを、エネルギー監視プログラムによりコンピュータに実行させることができる。さらに、上記エネルギー監視プログラムをコンピュータ読取り可能な記録媒体に記憶させることにより、任意のコンピュータ上で上記エネルギー監視プログラムを実行させることができる。
【発明の効果】
【００３９】
以上のように、本発明に係るエネルギー監視装置は、消費エネルギーに関する物理量の時系列データを計測データとして用いて、所定時間の時系列データを検出することにより、検出された時系列データを、上記処理による付加価値の創出に関して分割することができ、分割された部分から、無付加価値部分の消費エネルギーを、改善余地量として算出できるので、稼働型のムダを簡便に評価できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態であるエネルギー監視システムにおけるエネルギー監視装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】或るプレス機の稼働状況を示すグラフである。
【図３】上記エネルギー監視システムの概要図である。
【図４】或るマウンタの稼働状況を示すグラフである。
【図５】上記エネルギー監視装置のサイクル検出部の概略構成を示すブロック図である。
【図６】上記エネルギー監視装置の表示部における表示例を示すグラフである。
【図７】上記エネルギー監視装置の制御部における処理動作の概要を示すフローチャートである。
【図８】本発明の別の実施形態であるエネルギー監視システムにおけるエネルギー監視装置の概略構成を示すブロック図である。
【図９】上記エネルギー監視装置の制御部における処理動作の概要を示すフローチャートである。
【図１０】加工機の消費電力の時間変化の一例を示すグラフである。
【図１１】本発明のさらに別の実施形態であるエネルギー監視システムにおけるエネルギー監視装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１２】基本周波数を検出する手法を説明するための周波数スペクトルのグラフである。
【図１３】上記エネルギー監視装置におけるフィルタ処理実行部がフィルタ処理を実行する前後における電力データの一例を示すグラフである。
【図１４】上記電力データの周波数スペクトルを示すグラフである。
【図１５】上記フィルタ処理後の電力データとその２階微分のデータとを示すグラフである。
【図１６】上記エネルギー監視装置における閾値決定部が電力閾値を決定する手法を示すグラフである。
【図１７】上記エネルギー監視装置の制御部における処理動作の概要を示すフローチャートである。
【図１８】本発明のさらに別の実施形態であるエネルギー監視システムにおけるエネルギー監視装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１９】上記エネルギー監視装置におけるパターン照合部が行うパターン照合の詳細を示すグラフである。
【図２０】上記エネルギー監視装置の制御部における処理動作の概要を示すフローチャートである。
【図２１】本発明のさらに別の実施形態であるエネルギー監視システムにおけるエネルギー監視装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２２】上記エネルギー監視装置の制御部における処理動作の概要を示すフローチャートである。
【図２３】本発明の他の実施形態であるエネルギー監視システムにおけるエネルギー監視装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２４】上記エネルギー監視装置における外れ値補正部による補正の例を示すグラフである。
【図２５】補正された１サイクルの電力データと特徴値とを示すグラフである。
【図２６】上記エネルギー監視装置の制御部における処理動作の概要を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１〜図７を参照して説明する。本実施形態の内容について説明する前に、機器の状態と、本実施形態によって算出される消費エネルギーの改善余地量とについて、図２を参照して説明する。
【００４２】
図２は、或るプレス機の稼働状況を示すグラフであり、具体的には、上記プレス機にて消費される瞬時電力（ｋＷ）の時間変化を示すグラフである。図２の上段には、数時間のグラフが示され、その中の或る２０秒のグラフが下段に拡大して示されている。なお、図２では、機器の例としてプレス機を挙げているが、その他の機器でも同様である。
【００４３】
図２の上段のグラフにおいて、瞬時電力が０ｋＷに近い期間ｔoffは、上記プレス機の電源がオフである状態の期間であり、この状態は電源オフ状態と呼ばれている。一方、電源オフ状態の期間ｔoff以外の期間ｔonは、上記プレス機の電源がオンである状態の期間であり、この状態は負荷状態と呼ばれている。
【００４４】
負荷状態の期間ｔonのうち、瞬時電力の低い期間ｔsは、上記プレス機が停止している状態の期間であり、この状態は停止状態と呼ばれている。上記プレス機は、停止中も待機電力を消費している。従って、期間ｔsにおける消費電力量は、改善余地量に該当する。なお、上記停止状態が発生する要因としては、設備の故障または予期せぬ異常によるもの、工程変更のための段取り（ワーク、治具の切替え等）によるもの、消耗部品（刃具等）の交換によるもの、設備の立上げ（電源を投入してからのウォーミングアップ等）・立下げ（電源を切る前の準備等）によるもの等が挙げられる。
【００４５】
一方、上記負荷状態の期間ｔonのうち、瞬時電力の高い期間ｔaは、上記プレス機が稼働している状態の期間であり、この状態は稼働状態と呼ばれている。稼働状態を示す図２の下段のグラフにおいて、瞬時電力の高い期間ｔavは、上記プレス機がワークを実際にプレス加工している状態の期間であり、付加価値創出期間と呼ぶ。この状態は、特にプレス機においては、正味稼働状態と呼ばれている。一方、瞬時電力の低い期間ｔanは、例えば、ワークの上記プレス機への取付けおよび取外し、下流の加工機での処理が滞っていることによる送り停止など、上記プレス加工以外の処理が行われている状態の期間であり、無付加価値期間と呼ぶ。この状態は、特にプレス機においては、空転状態と呼ばれている。
【００４６】
すなわち、正味稼働状態の期間ｔavは、プレス加工による付加価値を創出している付加価値創出期間であり、空転状態の期間ｔanは、上記付加価値を創出していない無付加価値期間である。従って、本実施形態では、無付加価値期間ｔanにおける消費電力量が上記改善余地量として算出される。
【００４７】
図３は、本実施形態に係るエネルギー監視システムの概要を示している。図示のように、エネルギー監視システム５は、或る生産ラインに配置された複数の加工機（機器）３と、複数の加工機３のそれぞれに供給される電力量を計測する複数の電力量計２と、複数の電力量計２と電気的に接続されたエネルギー監視装置１とを備える構成である。
【００４８】
加工機３は、加工の１サイクルの動作を予め把握できていれば、例えばプレス機、射出成形機、洗浄機など任意の加工機を利用することができる。電力量計２は、瞬時電力など、単位時間当りの電力量を測定できるものであれば、積算電力量計、電力計など、任意の計測器を利用することができる。
【００４９】
エネルギー監視装置１は、各電力量計２が測定した測定値を受信し、受信した測定値に基づいて、各加工機３における稼働型のムダに該当する改善余地量を算出するものである。エネルギー監視装置１は、算出した改善余地量に基づき、改善余地量に関する情報を表示部１３に表示させる。なお、以下では、説明の簡略化のため、１台の加工機３に設けられた１台の電力量計２に絞って説明するが、他の加工機３に設けられた電力量計２についても同様にして上記改善余地量を算出することができる。
【００５０】
図１は、エネルギー監視装置１の概略構成を示している。図１に示すように、エネルギー監視装置１は、制御部１０、記憶部１１、受信部１２、および表示部１３を備える構成である。
【００５１】
制御部１０は、エネルギー監視装置１内における各種構成の動作を統括的に制御するものであり、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリを含むコンピュータによって構成される。そして、各種構成の動作制御は、制御プログラムをコンピュータに実行させることによって行われる。このプログラムは、例えばフラッシュメモリなどのリムーバブルメディアに記録されているものを読み込んで使用する形態であってもよいし、ハードディスクなどにインストールされたものを読み込んで使用する形態であってもよい。また、上記プログラムをダウンロードしてハードディスクなどにインストールして実行する形態なども考えられる。なお、制御部１０の詳細については後述する。
【００５２】
記憶部１１は、情報を記憶するものであり、フラッシュメモリ、ＲＯＭ（Read Only Memory）などの不揮発性の記憶装置と、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの揮発性の記憶装置とによって構成される。なお、記憶部１１の詳細については後述する。
【００５３】
受信部１２は、外部から信号を受信するものであり、受信した信号を制御部１０に送信する。具体的には、受信部１２は、電力量計２から計測データを受信している。なお、受信部１２は、信号を有線で受信してもよいし、無線で受信してもよい。
【００５４】
表示部１３は、各種情報を表示出力するものである。表示部１３は、ＬＣＤ（液晶表示素子）、ＣＲＴ（陰極線管）、プラズマディスプレイなどの表示デバイスによって構成されている。
【００５５】
次に、制御部１０および記憶部１１の詳細について説明する。図１に示すように、制御部１０は、電力データ取得部（取得手段）２０、ムダ評価部２１、および表示制御部２２を備える構成である。また、記憶部１１は、電力データ記憶部３０、波形モデルＤＢ（データベース）記憶部３１、および評価結果記憶部３２を備える構成である。
【００５６】
電力データ記憶部３０は、電力量計２が計測した電力値の時系列データである電力データを記憶するものである。なお、電力データには、電力値ごとに、或いは所定の期間ごとに、計測時刻を含んでいる。また、評価結果記憶部３２は、ムダ評価部２１の評価結果を記憶するものである。
【００５７】
波形モデルＤＢ記憶部３１は、波形モデル情報と、該波形モデルに対応する分割条件とを含む波形モデルＤＢを予め記憶するものである。上記波形モデル情報は、１サイクルの電力データの波形モデルを示すものであり、上記分割条件は、付加価値創出部分と無付加価値部分とに分割するためのものである。本実施形態では、上記分割条件として付加価値創出期間ｔavおよび無付加価値期間ｔanとが上記波形モデルＤＢに含まれる。
【００５８】
例えば、１サイクルの最初から５秒までが無付加価値期間ｔanであり、５秒から１２秒までが付加価値創出期間ｔavであり、１２秒以後が無付加価値期間ｔanであると規定することができる。また、１サイクルの最初から、１サイクルの期間Ｔのａ％までが無付加価値期間ｔanであり、その後から、上記期間Ｔのｂ％までが付加価値創出期間ｔavであり、残りが無付加価値期間ｔanであると規定することもできる。
【００５９】
ところで、異なる種類のワークを加工した場合、１サイクルの電力データの波形は異なる可能性が高い。図４は、プリント基板に電子部品を取り付ける加工機３であるマウンタの電力データ（負荷状態）を示している。図示の例では、或る種類の基板Ａに対する電子部品の取付けを繰り返し、次に段取換えを行った後、別の種類の基板Ｂに対する電子部品の取付けを繰り返している。また、図４において、破線で囲まれた部分が１サイクルの電力データである。図４を参照すると、１サイクルの電力データの波形が基板の種類によって異なることが理解できる。
【００６０】
そこで、加工機３が複数種類のワークを加工できる場合には、該種類ごとに、波形モデル情報と、該波形モデルに対応する付加価値創出期間ｔavおよび無付加価値期間ｔanとを記憶することが好ましい。反対に、加工機３が１種類のワークのみを加工できる場合には、波形モデル情報と、付加価値創出期間ｔavおよび無付加価値期間ｔanとを固定してもよい。
【００６１】
なお、上記波形モデル情報は、１サイクルの電力データそのものでもよいし、該電力データの波形の特徴部分を示す波形特徴データでもよい。また、上記波形モデル情報は、後述の実施形態のように自動的に決定してもよいし、熟練者が１サイクルの実際の電力データを参照して決定するようにしてもよい。
【００６２】
付加価値創出期間ｔavおよび無付加価値期間ｔanは、熟練者が、加工機３における１サイクルの具体的な動作を参照して決定している。なお、付加価値創出期間ｔavおよび無付加価値期間ｔanの何れか一方を記憶すれば、他方の期間は、一方の期間の残りであるので、一方の期間から容易に算出することもできる。
【００６３】
電力データ取得部２０は、電力量計２からの電力データを、受信部１２を介して取得するものである。電力データ取得部２０は、取得した電力データを電力データ記憶部３０に記憶する。本実施形態では、電力量計２からの電力データは、瞬時電力の時系列データであるが、サンプリング期間の平均電力の時系列データでもよい。
【００６４】
ムダ評価部２１は、上述の稼働型のムダを評価するものである。ムダ評価部２１は、サイクル検出部（検出手段）２５、分割部（分割手段）２６、および積算部（算出手段）２７を備える構成である。
【００６５】
サイクル検出部２５は、電力データ記憶部３０から読み出した電力データから、１サイクル部分を検出するものである。サイクル検出部２５は、検出した１サイクルの電力データを分割部２６に送信する。
【００６６】
通常、１サイクルの電力データは、種々の特徴を有する。そこで、当該特徴を検出することにより、１サイクルの電力データを検出することができる。例えば、１サイクルの電力データは、周波数に特徴を有する場合、周波数解析により検出でき、波形に特徴を有する場合、テンプレートマッチングなどのパターンマッチングにより検出でき、１サイクルの消費電力量に特徴を有する場合、積算電力量が所定値に到達したことにより検出できる。また、１サイクルの電力データは、繰返し発生する特徴を有するので、統計学習手法により検出できる。１サイクルの電力データの検出には、これらの何れかの手法を利用すればよいし、幾つかの手法を組み合わせてもよい。
【００６７】
図５は、上記パターンマッチングを利用して１サイクルの電力データを検出する場合におけるサイクル検出部２５の概略構成を示している。パターンマッチングを利用する場合、時間軸方向に延びた波形でも認識することができる。図示のように、サイクル検出部２５は、波形取得部４１、前処理部４２、特徴抽出部４３、識別部４４、および結果出力部４５を含む構成である。
【００６８】
波形取得部４１は、電力データ記憶部３０に記憶された電力データのうち、所定の時間幅の電力データを取得するものである。波形取得部４１は、取得した電力データを前処理部４２に送信する。
【００６９】
前処理部４２は、波形取得部４１からの電力データに対し、ノイズ除去処理、正規化処理などの前処理を行うものである。前処理部４２は、前処理後の電力データを特徴抽出部４３に送信する。
【００７０】
特徴抽出部４３は、前処理部４２からの電力データに対し、所定の波形特徴データを抽出するものである。上記所定の波形特徴データの例としては、周波数、急激な立上りなどが挙げられる。特徴抽出部４３は、抽出した波形特徴データを、識別部４４に送信する。
【００７１】
識別部４４は、特徴抽出部４３からの波形特徴データと、波形モデルＤＢ記憶部３１に記憶されている波形モデル情報とのパターンマッチングを行うことにより、波形取得部４１が取得した電力データのうち、１サイクルの電力データに該当する部分が存在するか否かを識別するものである。識別部４４は、識別結果を結果出力部４５に送信する。なお、波形モデルが複数種類存在する場合、識別部４４は、波形取得部４１が取得した電力データが、何れの波形モデルに該当するかを識別することになる。
【００７２】
結果出力部４５は、識別部４４からの識別結果に基づき、出力を行うものである。具体的には、結果出力部４５は、波形取得部４１が取得した電力データのうち、１サイクルの電力データに該当する部分が存在する場合、該当部分の電力データを分割部２６に出力する。
【００７３】
再び図１を参照すると、分割部２６は、サイクル検出部２５が検出した１サイクルの電力データを、付加価値を創出している付加価値創出部分と付加価値を創出していない無付加価値部分とに分割するものである。具体的には、サイクル検出部２５は、波形モデルＤＢ記憶部３１から付加価値創出期間ｔavおよび無付加価値期間ｔanを読み出し、上記１サイクルの電力データを、付加価値創出期間ｔavの電力データと無付加価値期間ｔanの電力データとに分割している。分割部２６は、分割した複数の電力データを積算部２７に送信する。
【００７４】
積算部２７は、分割部２６が分割した電力データの電力積算値（消費電力量）を求めるものである。具体的には、積算部２７は、分割部２６からの付加価値創出期間ｔavの電力データの電力積算値と、分割部２６からの無付加価値期間ｔanの電力データの電力積算値とをそれぞれ求めている。無付加価値期間ｔanは、稼働型のムダに該当するので、積算部２７が算出した無付加価値期間ｔanの電力積算値（消費電力量）で稼働型のムダを評価することができる。従って、無付加価値期間ｔanの電力積算値が、改善を為し得る量である改善余地量となる。
【００７５】
積算部２７は、付加価値創出期間ｔavの電力データおよびその電力積算値と、無付加価値期間ｔanの電力データおよびその電力積算値とを評価結果記憶部３２に記憶する。これにより、例えば、加工機３が１時間稼働した場合の改善余地量の積算値、１ロットのワークに対し加工機３が加工した場合の改善余地量の積算値、などを求めることができる。
【００７６】
表示制御部２２は、評価結果記憶部３２に記憶された各種情報を利用して、改善余地に関する各種情報を表示するように表示部１３を制御するものである。
【００７７】
図６は、表示部１３に表示されるグラフの一例を示している。図示の右側には、サイクル検出部２５が検出した１サイクルの電力データが折れ線グラフで示され、図示の左側には、上記電力積算値が棒グラフで示されている。図６において、右下がりのハッチングの施された領域は、付加価値創出期間ｔavにおける電力データおよび電力積算値であり、右上がりのハッチングの施された領域は、無付加価値期間ｔanにおける電力データおよび電力積算値である。図６に示す画像により、稼働型のムダを把握でき、改善余地量を把握することができる。
【００７８】
次に、上記構成のエネルギー監視装置１の制御部１０における処理動作を、図７を参照して説明する。図７は、制御部１０におけるムダ評価部２１および表示制御部２２の処理動作の概要を示している。
【００７９】
図７に示すように、まず、サイクル検出部２５において、波形取得部４１は、電力データ記憶部３０から所定の時間幅の電力データを取得し（ステップＳ１。以下、単に「Ｓ１」と記載する。他のステップについても同様である。）、前処理部４２は、ノイズ除去等の前処理を行う（Ｓ２）。次に、特徴抽出部４３は、上記前処理の行われた電力データに対し、ＦＦＴ（高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform））を行って（Ｓ３）、周期波形の基本周波数を抽出する（Ｓ４）。
【００８０】
次に、識別部４４は、電力データの時間微分を算出し、算出した微分値の大きさ（立上りの鋭さ）で、電力データにおける１サイクルの開始時点を特定する。なお、特定できなかった場合（Ｓ５にてＮＯ）、１サイクルの電力データを検出できなかったとして、Ｓ１に戻って上記動作を繰り返す。
【００８１】
一方、特定できた場合（Ｓ５にてＹＥＳ）、１サイクルの電力データを検出できたとして、分割部２６は、上記１サイクルの電力データと、波形モデルＤＢ記憶部３１に記憶された波形モデル情報とのパターンマッチングを行う（Ｓ６）。次に、分割部２６は、上記波形モデル情報に対応する付加価値創出期間ｔavおよび無付加価値期間ｔanを波形モデルＤＢ記憶部３１から読み出し、サイクル検出部２５が検出した１サイクルの電力データを、付加価値創出期間ｔavの電力データと無付加価値期間ｔanの電力データとに分割する（Ｓ７）。
【００８２】
次に、積算部２７は、付加価値創出期間ｔavの電力データの電力積算値と、無付加価値期間ｔanの電力データの電力積算値とをそれぞれ求める（Ｓ８）。そして、表示制御部２２は、付加価値創出期間ｔavの上記電力データおよび電力積算値と、無付加価値期間ｔanの上記電力データおよび電力積算値とのグラフを表示するように表示部１３を制御する（Ｓ９）。その後、処理動作を終了する。
【００８３】
従って、本実施形態のエネルギー監視装置１は、１サイクルの電力データを検出することにより、検出された１サイクルの電力データを、付加価値創出部分と無付加価値部分とに分割することができ、無付加価値部分の電力積算値（消費電力量）を、改善余地量として算出することができる。すなわち、稼働型のムダを上記改善余地量として評価することができる。また、上記改善余地量を算出するために、汎用の電力量計２のみを計測器として使用すればよいから、上記改善余地量を簡便に算出することができる。
【００８４】
また、付加価値創出部分の電力積算値も算出しているので、１サイクルの消費電力量に対する付加価値創出部分の消費電力量の割合を把握でき、加工機３のエネルギー効率を把握することができる。
【００８５】
なお、本実施形態は、無付加価値期間ｔanの電力積算値を求めることを目的としているので、付加価値創出期間ｔavに関する計算は省略してもよい。
【００８６】
また、本実施形態では、分割部２６は、１サイクルの電力データを２つの部分に分割しているが、例えば、付加価値創出部分、無付加価値部分、および不確定部分のように、３つ以上の部分に分割してもよい。
【００８７】
また、本実施形態では、分割部２６は、１サイクルの電力データにおける付加価値創出部分と無付加価値部分とを、期間で分割しているが、その他の方法で分割することもできる。例えば、３ｋｗ未満の電力データを無付加価値部分とし、３ｋｗ以上の電力データを付加価値創出部分として分割することもできる。また、ＦＦＴを利用して、周波数成分が１０Ｈｚ未満の電力データを無付加価値部分とし、それ以外の電力データを付加価値創出部分として分割することもできる。このように、電力データを閾値で分割してもよいし、周波数成分で分割してもよい。
【００８８】
さらに、分割部２６は、例えば、電力値の３０％は付加価値創出部分とし、残りの７０％は無付加価値部分として分割するように、電力値の割合で分割してもよい。また、上記割合は、時間の経過と共に変化してもよい。
【００８９】
また、本実施形態では、識別部４４は、電力データの時間微分を算出し、算出した微分値の大きさで、電力データにおける１サイクルの開始時点を特定しているが、これに代えて、上記基本周波数の領域で、上記電力データと、波形モデルＤＢ記憶部３１に記憶された波形モデル情報とのパターンマッチングを行うことにより、１サイクルの電力データを検出してもよい。この場合、電力データの波形が、波形モデル情報の波形に比べて時間軸方向に延びたものであっても、１サイクルの電力データとして検出することができる。
【００９０】
〔実施の形態２〕
次に、本発明の別の実施形態について、図８・図９を参照して説明する。本実施形態のエネルギー監視システム５は、図１〜図７に示すエネルギー監視システム５に比べて、波形モデルＤＢ記憶部３１が記憶する波形モデルＤＢを作成する構成が追加されている。
【００９１】
本実施形態のエネルギー監視システム５は、図１〜図７に示すエネルギー監視システム５に比べて、加工機３の動作を統括的に制御するＰＬＣ４が新たに利用され、エネルギー監視装置１に入力部１４が新たに設けられ、エネルギー監視装置１の制御部１０に検出データ取得部（取得手段）５０およびモデルＤＢ作成部５１が新たに設けられている点が異なる。なお、上記実施形態で説明した構成と同様の機能を有する構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００９２】
プレス機などの加工機３では、制御装置が１サイクルの動作開始信号および動作終了信号を加工機３に送信することにより、加工機３の動作が制御される。そこで、これらの信号を、上記制御装置、加工機３、または、上記制御装置および加工機３間の通信ケーブルから収集装置が収集する。そして、該収集装置が、収集した信号をエネルギー監視装置１に送信する。これにより、エネルギー監視装置１は、上記収集装置から受信した上記動作開始信号から上記動作終了信号までの期間を１サイクルとして認識することができる。
【００９３】
そこで、本実施形態では、上記制御装置の機能と、上記収集装置の機能との両方を有するＰＬＣ４が、上記動作開始信号および上記動作終了信号を加工機３に送信すると共に、エネルギー監視装置１に送信している。なお、ＰＬＣ４以外にも、加工機３にて１サイクルの反復性を有するモータ系、ヒータ系などの装置部分に設けて、当該装置部分にて時間変化する物理量から加工機３の１サイクルを検出するセンサを利用してもよい。或いは、電力データの波形の情報から、１サイクルを検出する手法もある。
【００９４】
入力部１４は、ユーザからの指示入力、情報入力などを受け付けるものであり、例えばキーボードやボタンなどのキー入力デバイスや、マウスなどのポインティングデバイスなどによって構成される。
【００９５】
検出データ取得部５０は、ＰＬＣ４からの検出データを、受信部１２を介して取得するものである。検出データ取得部５０は、取得した検出データをモデルＤＢ作成部５１に送信する。
【００９６】
モデルＤＢ作成部５１は、電力データ取得部２０からの電力データと、検出データ取得部５０からの検出データと、ユーザから入力部１４を介して入力された情報とを利用して、上記波形モデル情報と、該波形モデルに対応する付加価値創出期間ｔavおよび無付加価値期間ｔanとを作成するものである。モデルＤＢ作成部５１は、サイクル抽出部（抽出手段）５５、波形モデル作成部（波形モデル作成手段）５６、および分割条件設定部（分割条件設定手段）５７を備える構成である。
【００９７】
サイクル抽出部５５は、検出データ取得部５０が取得した検出データと、電力データ取得部２０が取得した電力データとを受信し、上記検出データに基づいて、上記電力データから１サイクルの電力データを抽出するものである。サイクル抽出部５５は、抽出した１サイクルの電力データを波形モデル作成部５６に送信する。
【００９８】
波形モデル作成部５６は、サイクル抽出部５５からの１サイクルの電力データを利用して、１サイクルの電力データの波形モデル情報を作成するものである。波形モデル作成部５６は、作成した波形モデル情報を分割条件設定部５７に送信する。
【００９９】
例えば、最近の上記１サイクルの電力データを数回分取得し、これらを利用して平均の上記１サイクルの電力データを算出し、これを波形モデル情報とすることが挙げられる。また、最近の上記１サイクルの電力データを数回分取得し、上記１サイクルの電力データのそれぞれについて、特徴抽出部４３と同様の機能を実行して、上記１サイクルの電力データの特徴部分を抽出し、複数の上記１サイクルの電力データ間で共通する特徴部分を波形モデル情報とすることが挙げられる。また、複数の上記波形モデル情報を組み合わせてもよい。
【０１００】
分割条件設定部５７は、１サイクルの電力データを、付加価値創出部分と無付加価値部分とに分割するための分割条件を設定するものである。分割条件設定部５７は、設定した分割条件を、波形モデル作成部５６が作成した波形モデル情報に対応付けて、波形モデルＤＢ記憶部３１に記憶する。
【０１０１】
具体的には、分割条件設定部５７は、波形モデル作成部５６からの波形モデル情報に基づき１サイクルの電力データのモデル波形を作成して表示部１３に表示させる。次に、ユーザは、表示部１３に表示されるモデル波形を参照し、加工機３の動作を考慮して、１サイクルの電力データにおける付加価値創出部分と無付加価値部分とを決定し、上記分割条件を決定する。そして、分割条件設定部５７は、ユーザが決定した分割条件を、入力部１４を介して取得することにより、上記分割条件を設定する。
【０１０２】
次に、上記構成のエネルギー監視装置１の制御部１０における処理動作を、図９を参照して説明する。図９は、制御部１０におけるモデルＤＢ作成部５１の処理動作の概要を示している。
【０１０３】
図９に示すように、まず、サイクル抽出部５５は、検出データ取得部５０が取得した検出データと、電力データ取得部２０が取得した電力データとを受信し、上記検出データに基づいて、上記電力データから１サイクルの電力データを抽出する（Ｓ１０）。次に、波形モデル作成部５６は、上記１サイクルの電力データの最近数回分を平均し、平均された１サイクルの電力データを波形モデル情報とする（Ｓ１５）。
【０１０４】
次に、分割条件設定部５７は、波形モデル作成部５６が作成した波形モデル情報に基づき、１サイクルの電力データのモデル波形を作成して表示部１３に表示させ、ユーザから入力部１４を介して取得した分割条件を設定する（Ｓ１６）。そして、分割条件設定部５７は、設定した分割条件を、波形モデル作成部５６が作成した波形モデル情報に対応付けて、波形モデルＤＢ記憶部３１に記憶する（Ｓ１７）。その後、処理動作を終了する。
【０１０５】
従って、本実施形態のエネルギー監視装置１は、波形モデル情報が自動的に作成され、作成された波形モデル情報に基づく１サイクルの電力データの波形モデルを参照して、ユーザが分割条件を決定することができる。
【０１０６】
なお、本実施形態では、検出データ取得部５０およびモデルＤＢ作成部５１は、エネルギー監視装置１に備えているが、エネルギー監視装置１以外の装置に備えてもよい。この場合、当該装置からエネルギー監視装置１に波形モデル情報および分割条件が送信されることになる。
【０１０７】
また、本実施形態では、ＰＬＣ４からの検出データと、電力量計２からの電力データとを利用して１サイクルの電力データを抽出しているが、例えば下記のように、電力量計２からの電力データのみを利用して１サイクルの電力データを検出することもできる。この場合、ＰＬＣ４および検出データ取得部５０を設ける必要が無い。
【０１０８】
すなわち、サイクル抽出部５５は、Ｓ１０の代わりに、図３に示すＳ１〜Ｓ４を行う。そして、波形モデル作成部５６は、電力データ取得部２０からの電力データの時間微分を算出し、算出した微分値の大きさ（立上りの鋭さ）で、電力データにおける１サイクルの開始時点を特定する。これにより、特定された１サイクルの開始時点から、基本周波数の逆数の期間までの電力データを１サイクルの電力データとして検出することができる。
【０１０９】
〔実施の形態３〕
次に、本発明のさらに別の実施形態について、図１１〜図１７を参照して説明する。本実施形態のエネルギー監視システム５は、図１〜図７に示すエネルギー監視システム５に比べて、サイクル検出部２５の動作が異なる。なお、上記実施形態で説明した構成と同様の機能を有する構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【０１１０】
本実施形態のサイクル検出部２５は、サイクルタイム設計値Ｄctと周波数解析とを利用して、電力データから１サイクルの開始時点を検出することにより、１サイクルの電力データを検出するものである。ここで、サイクルタイム設計値Ｄctとは、製造現場の担当者などが設定するサイクルタイムの計画値をいう。
【０１１１】
図１１は、サイクル検出部２５と、これに用いられるデータを記憶する記憶部との概略構成を示している。図示のように、サイクル検出部２５は、周波数解析部（周波数解析手段）１１０、フィルタ処理部（フィルタ処理手段）１１１、およびサイクル開始検出部（サイクル開始検出手段）１１２を備える構成である。また、記憶部１１は、設計値記憶部１００、パラメータ記憶部１０１、および条件記憶部１０２を備える構成である。
【０１１２】
設計値記憶部１００は、サイクルタイム設計値Ｄctを記憶するものである。また、パラメータ記憶部１０１は、フィルタ処理部１１１にてフィルタ処理に利用される各種パラメータの値を記憶するものである。また、条件記憶部１０２は、１サイクルの開始時点を検出するための各種条件を記憶するものである。サイクルタイム設計値Ｄct、上記各種パラメータ、および上記各種条件は、入力部１４（図８）などを介して、設計値記憶部１００、パラメータ記憶部１０１、および条件記憶部１０２にそれぞれ予め記憶される。
【０１１３】
周波数解析部１１０は、電力データの周波数解析を行い、サイクルタイム設計値Ｄctを利用して、周期波形の基本周波数ｆ0を検出するものである。周波数解析部１１０は、ＦＦＴ部１２０および基本周波数検出部１２１を備える構成である。
【０１１４】
ＦＦＴ部１２０は、所定期間の電力データに対しＦＦＴを行うものである。ＦＦＴ部１２０は、ＦＦＴ後の周波数スペクトルのデータを基本周波数検出部１２１に送信する。なお、上記所定期間は、後述する各種の統計値を電力データから取得できる期間であればよく、例えば、サイクルタイム設計値Ｄctの数倍〜稼働状態が連続する期間ｔaが挙げられる。
【０１１５】
基本周波数検出部１２１は、ＦＦＴ部１２０からの周波数スペクトルのデータを利用して、周期波形の基本周波数ｆ0を検出するものである。基本周波数検出部１２１は、検出した基本周波数ｆ0をフィルタ処理部１１１に送信する。
【０１１６】
本実施形態では、上記基本周波数を検出する周波数の範囲を、設計値記憶部１００に記憶されたサイクルタイム設計値の逆数Ｄct−１を含む所定範囲に限定している。これにより、サイクルタイムに対応する周期波形の基本周波数を確実に取得することができる。
【０１１７】
図１２は、上記基本周波数を検出する手法を説明するためのものであり、サイクルタイム設計値の逆数Ｄct−１付近における上記周波数スペクトルの例を折れ線グラフで示している。図１２において、破線で挟まれた範囲が上記所定範囲である。基本周波数検出部１２１は、破線で挟まれた範囲にて周波数スペクトルが最も強い周波数を基本周波数ｆ0として検出する。なお、本実施例では、上記所定範囲の周波数は、サイクルタイム設計値の逆数Ｄct−１に対する１／２倍〜２倍としている。
【０１１８】
フィルタ処理部１１１は、上記電力データに対しフィルタ処理（フィルタリング）を行って、基本周波数ｆ0付近の周波数成分を強調するものである。フィルタ処理部１１１は、関数決定部１２２およびフィルタ処理実行部１２３を備える構成である。
【０１１９】
関数決定部１２２は、基本周波数検出部１２１からの基本周波数ｆ0を利用して、フィルタ処理に利用される関数であるフィルタ用関数を決定するものである。関数決定部１２２は、決定したフィルタ用関数の情報をフィルタ処理実行部１２３に送信する。
【０１２０】
本実施形態では、フィルタ用関数として次式のロジスティック関数ｆ(x)が利用されている。なお、その他の関数をフィルタ用関数として利用することもできる。
ｆ(x)＝１／（１＋ｅｘｐ（ｓ×（ｘ−ｆc）））
ここで、ｆcは、ｆ＝１／２であるときのｘの値を表し、本実施形態ではカットオフ周波数に対応する。また、本実施形態では、カットオフ周波数ｆc＝基本周波数ｆ0×パラメータParamとしている。また、ｓは、ロジスティック関数の減少率を表しており、０≦ｓ≦１の範囲をとる。
【０１２１】
フィルタ処理実行部１２３は、関数決定部１２２からのフィルタ用関数を用いて、電力データに対しフィルタ処理を実行するものである。フィルタ処理実行部１２３は、フィルタ処理後の電力データをサイクル開始検出部１１２に送信する。
【０１２２】
図１３の（ａ）および（ｂ）は、フィルタ処理実行部１２３が上記フィルタ処理を実行する前後における電力データの一例をそれぞれ示すグラフである。また、図１４の（ａ）および（ｂ）は、図１３の（ａ）および（ｂ）に示す電力データの周波数スペクトルをそれぞれ示すグラフである。
【０１２３】
なお、図１４の（ａ）および（ｂ）には、関数決定部１２２が決定したフィルタ用関数であるロジスティック関数の周波数特性が示されている。図示の例では、ｆ0≒０．０５７３Ｈｚ、Param＝３（従って、ｆc＝０．１７１９Ｈｚ）、ｓ＝０．１である。また、図１３および図１４は、加工機３が射出成形機である場合の例を示している。
【０１２４】
図１４の（ａ）および（ｂ）を比較すると、上記フィルタ処理を実行することにより、基本周波数ｆ0よりも高く、かつ０．２Ｈｚ以上である周波数成分が除去されることが理解できる。また、図１３の（ａ）および（ｂ）を比較すると、上記フィルタ処理を実行することにより、サイクル波形が明確化されることが理解できる。
【０１２５】
サイクル開始検出部１１２は、１サイクルの開始時点を検出するものである。加工機３がワークに対する加工を開始する時、消費電力が急激に増加することが多い。実際、図１３の（ｂ）に示す上記フィルタ処理後の電力データを参照すると、電力値が急激に増加する立上がりが周期的に発生していることが理解できる。
【０１２６】
従って、上記フィルタ処理後の上記電力値の立上がりを検出できれば、１サイクルの開始時点を検出できることが理解できる。本実施形態では、上記電力値の立上がりの時点を１サイクルの開始時点とする。
【０１２７】
上記電力値の立上がりの決定手法としては、種々のものが知られているが、本実施形態にて利用される上記検出手法について、図１５を参照して説明する。図１５は、上記フィルタ処理後の電力データとその２階微分のデータとを示すグラフである。図中、破線のグラフは上記電力データであり、実線のグラフは上記２階微分のデータである。
【０１２８】
図１５に示すように、上記フィルタ処理後の上記電力値の立上がりの直前には、上記フィルタ処理後の電力値が小さく、時間の経過と共に、上記電力値の傾きが負から正に急激に増加している。このため、上記電力値の２階微分値が大きくなっている。従って、上記電力値が或る閾値よりも低く、かつ、上記電力値の２階微分値が別の閾値よりも高くなるという条件を満たす時点を、上記電力値の立上がりの時点と決定することができる。例えば、図１５において、グラフの線種と同じ線種の○印で囲まれた箇所が上記条件を満たすので、当該箇所の時点が上記電力値の立上がりの時点として決定される。以下、上記電力値に関する上記閾値を「電力閾値」と称し、上記電力値の２階微分値に関する上記閾値を「２階微分閾値」と称し、かつ、上記条件を「立上がり検出条件」と称する。
【０１２９】
なお、上記立上がり検出条件として他の条件を追加してもよい。例えば、上述のように、上記電力値の傾きが急激に増加しても、その直後に減少すれば、上記電力値の増加が抑制されることになり、上記立上がりとは呼べなくなる。そこで、上記条件を満たす時点から所定時間経過後（例えば５秒後）の上記電力値が、上記電力閾値よりも大きいという条件を上記立上がり検出条件に追加してもよい。
【０１３０】
また、図１５に示すように、上記立上がり検出条件は、或る時点のみ満たされるのではなく、当該時点を含む複数の時点で満たされる可能性がある。そこで、サイクルタイム設計値Ｄctと、基本周波数ｆ0の逆数である基本周期Ｔ0との何れか一方の０．５倍以内の期間に、上記立上がり検出条件を満たす複数の時点が存在する場合、上記電力値の２階微分値が最も大きい時点を、上記電力値の立上がりの時点とするという条件を上記立上がり検出条件に追加してもよい。
【０１３１】
次に、上記電力閾値および上記２階微分閾値の決定手法について説明する。図１５を参照すると、上記電力閾値を下回る電力値が周期的に存在する必要があることが理解できる。従って、上記電力閾値としては、当該値を下回る電力値が周期的に検出されるようなものに決定される。
【０１３２】
図１６は、上記電力閾値を決定するためのグラフを示している。図１６の上段に記載のグラフは、電力データの時間変化を示しており、図中の破線は、それぞれ、探索区間を示している。図１６の下段には、各探索区間内の電力データのうち、下位の所定数の電力値の中央値が示されている。
【０１３３】
なお、上記所定数としては、実際の数が設定されてもよいし、当該所定数を求めるための式が設定されてもよい。この式の例としては次式が挙げられる。
所定数＝ａ／（ｆ0＊ｔｓａｍｐｌｉｎｇ）    （但し、小数点以下は切り上げ）
ここで、ｔｓａｍｐｌｉｎｇは、データ計測のサンプリング周期を表している。また、（ｆ0＊ｔｓａｍｐｌｉｎｇ）−１は、基本周期Ｔ0（＝１／ｆ0）のデータ数を表し、ａはその係数を表している。本実施例ではａ＝０．３である。例えば、ｆ0＝０．１７１９Ｈz、ｔｓａｍｐｌｉｎｇ＝０．６秒の場合、上記所定数＝３となり、下位の３個の電力値の中央値を算出することになる。
【０１３４】
図１６に示すように、本実施形態では、所定の探索区間を上流側の或る時間に設定し、設定された探索区間内の電力データのうち、下位の所定数の電力値の中央値を算出する。なお、上記探索区間は、基本周期Ｔ0よりも広い所定期間であることが望ましい。
【０１３５】
次に、上記探索区間を下流側に所定時間ずらして上述と同様の処理を行い、これを繰り返す。そして、算出された中央値の集合の上側隣接値を上記電力閾値として決定する。なお、上記所定時間は、基本周期Ｔ0よりも狭いことが望ましく、基本周期Ｔ0の半分程度であることがより望ましい。
【０１３６】
ここで、上側隣接値は、（上側ヒンジＵ）＋（１ヒンジ散布度ｈ）×ａよりも下側にあるデータの最大値を意味する。また、１ヒンジ散布度ｈは、上側ヒンジ（upper hinge）Ｕと下側ヒンジ（lower hinge）との間隔を意味し、上側ヒンジは、中央値よりも大きな値のデータの中央値（７５パーセンタイル値）を意味し、下側ヒンジは、中央値よりも小さな値のデータの中央値（２５パーセンタイル値）を意味する。なお、パラメータａは、通常１．５であるが、本実施例では立上がりを確実に検出するためのマージンを考慮して、２としている。
【０１３７】
なお、上記２階微分閾値は、上記電力閾値の決定手法と反対の手法により決定することができる。具体的には、図１５を参照すると、上記２階微分閾値を上回る電力値が周期的に存在する必要があることが理解できる。従って、上記２階微分閾値としては、当該値を上回る電力値が周期的に検出されるようなものに決定される。
【０１３８】
本実施形態では、所定の探索区間を上流側の或る時間に設定し、設定された探索区間内の上記２階微分のデータのうち、上位の所定数の電力値の中央値を算出する。次に、上記探索区間を下流側に所定時間ずらして上述と同様の処理を行い、これを繰り返す。そして、算出された中央値の集合の下側隣接値を上記２階微分閾値として決定する。ここで、下側隣接値は、（下側ヒンジＬ）−（１ヒンジ散布度ｈ）×ａよりも上側にあるデータの最小値を意味する。
【０１３９】
従って、サイクル開始検出部１１２は、フィルタ処理実行部１２３にてフィルタ処理が実行された電力データと、その２階微分のデータとを用いて、電力値の立上がりの時点を１サイクルの開始時点として検出している。サイクル開始検出部１１２は、２階微分演算部１２４、閾値決定部１２５および開始時刻検出部１２６を備える構成である。また、条件記憶部１０２は、上記探索区間、上記所定数、上記所定時間、およびパラメータａを記憶している。
【０１４０】
２階微分演算部１２４は、フィルタ処理実行部１２３からのフィルタ処理後の電力データに対し２階微分の演算を行うものである。２階微分演算部１２４は、演算した２階微分のデータを上記フィルタ処理後の電力データと共に閾値決定部１２５および開始時刻検出部１２６に送信する。
【０１４１】
閾値決定部１２５は、２階微分演算部１２４からのフィルタ処理後の電力データおよび２階微分のデータと、条件記憶部１０２に記憶された上記探索区間、上記所定数、上記所定時間、およびパラメータａとを利用して、上述のように、上記電力閾値および上記２階微分閾値を決定するものである。閾値決定部１２５は、決定した上記電力閾値および上記２階微分閾値を開始時刻検出部１２６に送信する。
【０１４２】
開始時刻検出部１２６は、２階微分演算部１２４からのフィルタ処理後の電力データおよび２階微分のデータと、閾値決定部１２５からの上記電力閾値および上記２階微分閾値とを利用し、上記立上がり検出条件に基づいて、１サイクルの開始時点を検出するものである。これにより、サイクル検出部２５は、１サイクル部分の電力データを検出することができる。
【０１４３】
次に、上記構成のエネルギー監視装置１の制御部１０における処理動作を、図１７を参照して説明する。図１７は、制御部１０におけるサイクル検出部２５の処理動作の概要を示している。
【０１４４】
図１７に示すように、まず、サイクル検出部２５は、電力データ記憶部３０から所定の時間幅の電力データを取得する（Ｓ２０）。次に、取得された電力データに対し、ＦＦＴ部１２０はＦＦＴを行い（Ｓ２１）、該ＦＦＴにより取得された周波数スペクトルのデータと、設計値記憶部１００に記憶されたサイクルタイム設計値Ｄctとを利用して、基本周波数検出部１２１は周期波形の基本周波数ｆ0を検出する（Ｓ２２）。
【０１４５】
次に、検出された基本周波数ｆ0と、パラメータ記憶部１０１に記憶された各種パラメータとを利用して、関数決定部１２２はフィルタ用関数を決定し（Ｓ２３）、決定されたフィルタ用関数を利用して、フィルタ処理実行部１２３は、上記電力データに対しフィルタ処理を実行する（Ｓ２４）。
【０１４６】
次に、上記フィルタ処理後の電力データに対し、２階微分演算部１２４は、２階微分の演算を行い、該演算結果から得られた２階微分のデータと、上記フィルタ処理後の電力データと、条件記憶部１０２に記憶された各種データとを利用して、閾値決定部１２５は、上記電力閾値および上記２階微分閾値を決定する（Ｓ２５）。次に、決定された電力閾値および２階微分閾値と、上記フィルタ処理後の電力データおよび上記２階微分のデータとを利用して、開始時刻検出部１２６は、上記立上がり検出条件に基づいて、１サイクルの開始時点を検出する（Ｓ２６）。そして、検出された１サイクルの開始時点を利用して、サイクル検出部２５は、電力データ記憶部３０から取得された所定の時間幅の電力データから１サイクル部分の電力データを検出して出力し（Ｓ２７）、その後、処理動作を終了する。
【０１４７】
従って、本実施形態では、電力データと各種の設定値とを利用して、１サイクルの開始時点を検出することができるので、パターン波形を利用する必要が無い。
【０１４８】
なお、本実施形態では、電力値の立上がりの時点を１サイクルの開始時点としているが、加工機３によっては、上記加工のための準備を行ってから、上記加工を開始するものも存在する（図６参照）。この場合、上記１サイクルの開始時点は、上記準備の開始時点となり、上記加工の開始時点、すなわち上記電力値の立上がりの時点からずれることになる。しかしながら、加工機３の動作から、上記準備の期間が既知であったり、当該期間における電力データに特徴を有したりすることが多い。従って、上記電力値の立上がりの時点を検出することにより、上記準備の開始時点、すなわち上記１サイクルの開始時点を容易に求めることができる。
【０１４９】
また、上記電力値の立上がりの検出と同様にして、上記電力値の立下がりを検出してもよい。この場合、上記電力値の立上がりの時点から上記電力値の立下がりの時点までの期間が、正味稼働状態（図２参照）の期間ｔavとなり、付加価値創出期間を求めることができる。
【０１５０】
〔実施の形態４〕
次に、本発明のさらに別の実施形態について、図１８〜図２０を参照して説明する。図１８は、本実施形態のエネルギー監視システム５のエネルギー監視装置１において、制御部１０に含まれるサイクル検出部２５と、これに用いられるデータを記憶する記憶部との概略構成を示している。
【０１５１】
本実施形態のエネルギー監視システム５は、図１１〜図１７に示すエネルギー監視システム５に比べて、サイクル検出部２５におけるサイクル開始検出部１１２の動作と、記憶部１１が、条件記憶部１０２に代えて、パターン波形記憶部１０３を備える点とが異なる。なお、上記実施形態で説明した構成と同様の機能を有する構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【０１５２】
パターン波形記憶部１０３は、１サイクルの電力データのパターン波形を示すパターン波形情報を記憶するものである。なお、パターン波形記憶部１０３の代わりに、波形モデルＤＢ記憶部３１を利用してもよい。この場合、波形モデルＤＢ記憶部３１における波形モデル情報が上記パターン波形情報となる。
【０１５３】
本実施形態のサイクル検出部２５は、サイクルタイム設計値Ｄctと周波数解析とパターン照合とを利用して、電力データから１サイクルの開始時点を検出することにより、１サイクルの電力データを検出するものである。図１８に示すように、サイクル検出部２５におけるサイクル開始検出部１１２は、パターン照合部１３０および開始時刻検出部１３１を備える構成である。
【０１５４】
パターン照合部１３０は、電力データ記憶部３０からフィルタ処理実行部１２３を介して取得したフィルタ処理後の電力データに対し、パターン波形記憶部１０３からフィルタ処理実行部１２３を介して取得したフィルタ処理後の上記パターン波形の電力データを利用して、パターン照合（テンプレートマッチング）を行うものである。
【０１５５】
パターン照合部１３０は、上記パターン照合の結果、上記フィルタ処理後のパターン波形の電力データに最も類似（適合）する上記フィルタ処理後の電力データの部分を特定し、当該部分における開始時点を、１サイクルの基準開始時点として検出する。パターン照合部１３０は、検出した１サイクルの基準開始時点を開始時刻検出部１３１に送信する。なお、本実施形態では、照合の度合（評価基準）を相関係数で表しているが、たたみ込み積分値など、公知の評価基準で表すこともできる。
【０１５６】
図１９は、上記パターン照合の詳細を示すグラフである。図１９の上段に記載のグラフは、フィルタ処理後の電力データの時間変化を示しており、図中の二点差線は、それぞれ、比較区間を示している。図１９の下段には、フィルタ処理後のパターン波形の電力データを示している。なお、上記比較区間は、上記フィルタ処理後のパターン波形の電力データの区間と同じである。
【０１５７】
図１９に示すように、本実施形態では、まず、探索開始時点を適当な時点に設定し、探索開始時点から下流側に比較区間を設定する。次に、設定された比較区間の上記電力データと、上記パターン波形の電力データとの相関係数を算出する。
【０１５８】
次に、上記比較区間を下流側にずらして上述と同様の処理を行い、これを、比較区間の開始時点が探索終了時点に到達するまで繰り返す。そして、相関係数が最大となる比較区間の開始時点を１サイクルの基準開始時点として決定し、決定された１サイクルの基準開始時点を開始時刻検出部１３１に送信する。
【０１５９】
なお、探索開始時点は、フィルタ処理後の電力データの先頭でもよいし、中央でもよい。また、比較区間の移動方向は、上流側でもよいし、下流側でもよい。また、探索開始時点から探索終了時点までの期間は、サイクルタイム設計値Ｄctの２倍というように、サイクルタイム設計値Ｄctに依存してもよいし、一定でもよい。また、比較区間は、１つの電力値ごとにずらしてもよいし、複数の電力値ごとにずらしてもよい。
【０１６０】
開始時刻検出部１３１は、パターン照合部１３０からの１サイクルの基準開始時点を利用して、上記フィルタ処理後の電力データにおける他の１サイクルの開始時点を検出する。パターン照合部１３０が検出した１サイクルの基準開始時点と、開始時刻検出部１３１が検出した１サイクルの開始時点とを利用して、サイクル検出部２５は、１サイクル部分の電力データを検出することができる。
【０１６１】
開始時刻検出部１３１が上記他の１サイクルの開始時点を検出する手法としては、下記の２つが考えられる。第１の手法は、基本周波数検出部１２１が検出した基本周波数ｆ0の逆数である基本周期Ｔ0を利用するものである。この手法では、上記１サイクルの基準開始時点を起点として、基本周期Ｔ0ごとに離間した時点が、上記他の１サイクルの開始時点として検出される。なお、基本周期Ｔ0の代わりに、サイクルタイム設計値Ｄctなど、サイクルタイムに対応する任意の期間を利用してもよい。
【０１６２】
また、第２の手法は、第１の手法により検出された１サイクルの開始時点の前後に上記探索開始時点および上記探索終了時点をそれぞれ設定してパターン照合部１３０に送信することにより、上記探索開始時点〜上記探索終了時点の期間における上記１サイクルの基準開始時点をパターン照合部１３０から受信するものである。第２の手法の場合、第１の手法の場合に比べて、処理が増加するが、１サイクルの開始時点の精度を向上することができる。
【０１６３】
なお、上記探索開始時点は、上記１サイクルの開始時点より少し前（例えば、基本周期Ｔ0の０．１倍など）の時点であることが望ましい。また、上記探索終了時点は、上記探索開始時点から所定期間（例えば、基本周期Ｔ0、サイクルタイム設計値Ｄctなど）経過した時点であることが望ましい。
【０１６４】
次に、上記構成のエネルギー監視装置１の制御部１０における処理動作を、図２０を参照して説明する。図２０は、制御部１０におけるサイクル検出部２５の処理動作の概要を示している。なお、電力データ記憶部３０から所定の時間幅の電力データを取得してから（Ｓ２０）、関数決定部１２２がフィルタ用関数を決定するまで（Ｓ２３）の処理は、図１７と同様であるので、その説明を省略する。
【０１６５】
Ｓ２３の後、フィルタ処理実行部１２３は、決定されたフィルタ用関数を利用して、上記電力データと、パターン波形記憶部１０３から取得されたパターン波形の電力データとに対しフィルタ処理を実行する（Ｓ３０）。次に、パターン照合部１３０は、上記フィルタ処理後の電力データに対し、上記フィルタ処理後のパターン波形の電力データを利用して、パターン照合を行う（Ｓ３１）。そして、パターン照合部１３０は、上記パターン照合の結果、上記フィルタ処理後のパターン波形の電力データに最も類似する上記フィルタ処理後の電力データの部分における開始時点を、１サイクルの基準開始時点として検出する（Ｓ３２）。
【０１６６】
次に、開始時刻検出部１３１は、検出された１サイクルの基準開始時点を利用して、上記フィルタ処理後の電力データにおける他の１サイクルの開始時点を検出する（Ｓ３３）。そして、検出された他の１サイクルの開始時点と、上記１サイクルの基準開始時点とを利用して、サイクル検出部２５は、電力データ記憶部３０から取得された所定の時間幅の電力データから１サイクル部分の電力データを検出して出力し（Ｓ３４）、その後、処理動作を終了する。
【０１６７】
なお、パターン波形記憶部１０３は、フィルタ処理後の上記パターン波形情報を記憶してもよい。この場合、パターン照合部１３０は、上記フィルタ処理後のパターン波形情報をパターン波形記憶部１０３から直接取得することができる。なお、上記パターン波形情報に施されたフィルタ処理は、フィルタ処理実行部１２３が実行するフィルタ処理と同じであることが望ましい。
【０１６８】
〔実施の形態５〕
次に、本発明のさらに別の実施形態について、図２１および図２２を参照して説明する。本実施形態のエネルギー監視システム５は、図１８〜図２０に示すエネルギー監視システム５に比べて、制御部１０にパターン波形作成部（波形パターン作成手段）１１３が追加されている点が異なる。なお、上記実施形態で説明した構成と同様の機能を有する構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【０１６９】
図２１は、本実施形態のエネルギー監視システム５のエネルギー監視装置１において、制御部１０に含まれるサイクル検出部２５およびパターン波形作成部１１３と、これに用いられるデータを記憶する記憶部との概略構成を示している。なお、サイクル検出部２５は、図１８に示すサイクル検出部２５と同様であるので、その説明を省略する。
【０１７０】
パターン波形作成部１１３は、サイクル検出部２５が検出した１サイクルの電力データを利用して、１サイクルの電力データのパターン波形を作成するものである。図２１に示すように、パターン波形作成部１１３は、正常波形抽出部１３２およびパターン作成部１３３を備える構成である。
【０１７１】
正常波形抽出部１３２は、サイクル検出部２５から１サイクルの電力データを受信し、受信した１サイクルの電力データの中から、波形が正常であるものを抽出するものである。以下では、波形が正常である１サイクルの電力データを正常波形データと称する。正常波形抽出部１３２は、抽出した正常波形データをパターン作成部１３３に送信する。
【０１７２】
正常波形抽出部１３２において上記波形が正常であると判断する手法について説明する。まず、１サイクルの波形を特徴付ける１または複数の特徴量Ｆiを予め選択する。この特徴量Ｆiとして、実施例ではサイクルタイムＦ1と１サイクルの電力和Ｆ2とを利用している。特徴量Ｆiの他の例としては、基本統計量を用いたものが考えられ、具体的には、平均、分散、標準偏差、２乗平均平方根、最大値、最小値、尖度、歪度などが挙げられる。なお、尖度とは、１サイクル中の電力の分布が正規分布に対してどれだけ尖っているかを表すものである。また、歪度とは、１サイクル中の電力の分布が正規分布に対してどれだけ歪んでいるかを表すものである。
【０１７３】
次に、受信された１サイクルの電力データのそれぞれに関して、特徴量Ｆiを算出し、算出された特徴量Ｆiの集合から、中央値ｍｄiおよび標準偏差ｓｄiを算出する。そして、この処理を、特徴量Ｆiのそれぞれについて繰り返す。
【０１７４】
そして、特徴量Ｆiと中央値ｍｄiとの差の絶対値ａｂｓ（Ｆｉ−ｍｄi）が標準偏差ｓｄiよりも小さいという条件を、全ての特徴量Ｆiで満足するような１サイクルの電力データを正常波形データとして抽出し、パターン作成部１３３に送信する。実施例の場合、ａｂｓ（Ｆ1−ｍｄ1）＜ｓｄ1、かつ、ａｂｓ（Ｆ2−ｍｄ2）＜ｓｄ2を満たすような１サイクルの電力データを抽出することになる。
【０１７５】
パターン作成部１３３は、正常波形抽出部１３２からの複数の正常波形データを利用して、パターン波形を作成するものである。具体的には、パターン作成部１３３は、開始時刻から同じ経過時間における電力値を、上記複数の正常波形データから抽出し、抽出した複数の電力値における中央値を算出し、算出した中央値を当該経過時間におけるパターン波形の電力値とし、これを全ての経過時間について繰り返すことにより、パターン波形を作成している。パターン作成部１３３は、作成したパターン波形のデータをパターン波形記憶部１０３に記憶する。
【０１７６】
次に、上記構成のエネルギー監視装置１の制御部１０における処理動作を、図２２を参照して説明する。図２２は、制御部１０におけるパターン波形作成部１１３の処理動作の概要を示している。
【０１７７】
図２２に示すように、まず、サイクル検出部２５が所定の時間幅の電力データの中から検出した１サイクルの電力データを受信すると（Ｓ４０）、正常波形抽出部１３２は、波形が正常であるものを正常波形データとして抽出する（Ｓ４１）。次に、パターン作成部１３３は、抽出された複数の正常波形データを利用して、パターン波形を作成し（Ｓ４２）、作成されたパターン波形のデータをパターン波形記憶部１０３に記憶する（Ｓ４３）。その後、処理動作を終了する。
【０１７８】
従って、本実施形態では、パターン波形が事前に判明していない場合でも、適切なパターン波形を自動的に取得することができる。
【０１７９】
なお、パターン波形作成部１１３が受信する１サイクルの電力データは、フィルタ処理部１１１がフィルタ処理したものでもよいし、フィルタ処理していないものでもよい。また、パターン波形作成部１１３は、他の検出手法によって検出された１サイクルの電力データを利用してもよい。
【０１８０】
〔実施の形態６〕
次に、本発明のさらに別の実施形態について、図２３〜図２６を参照して説明する。本実施形態のエネルギー監視システム５は、図１〜図７に示すエネルギー監視システム５に比べて、分割部２６の動作が異なる。なお、上記実施形態で説明した構成と同様の機能を有する構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【０１８１】
本実施形態の分割部２６は、統計処理を利用して、サイクル検出部２５が検出した１サイクルの電力データから、無付加価値期間ｔanの開始時点を特定している。これにより、波形モデルから分割条件を作成することができるので、分割条件を波形モデルＤＢ記憶部３１に予め記憶する必要が無い。また、１サイクルの電力データから付加価値創出期間ｔavおよび無付加価値期間ｔanを特定できるので、波形モデルＤＢ記憶部３１を利用する必要が無い。
【０１８２】
次に、本実施形態の分割部２６の詳細について説明する。本実施形態では、１サイクルに関して、電力値の立上がりの時点を開始時点とし、前期間が付加価値創出期間ｔavであり、後期間が無付加価値期間ｔanであるとしている。
【０１８３】
一般に、付加価値創出期間ｔavでは、加工機３が加工を行っているため、消費電力値が高い。一方、無付加価値期間ｔanでは、加工機３が加工を行っていないため、消費電力値が低い。そこで、消費電力値が高い状態から低い状態に遷移する遷移時点が、無付加価値期間ｔanの開始時点（付加価値創出期間ｔavの終了時点）と考えることができる。
【０１８４】
上記遷移時点を特定するために、次式の特徴値ｆ(t)を利用する。
ｆ(t)＝｜｛（期間Ｌsの電力データの平均値）−（期間Ｒsの電力データの平均値）｝２｜／｛（期間Ｌsの電力データの分散値）＋（期間Ｒsの電力データの分散値）｝
ここで、期間Ｌsと期間Ｒsとは、１サイクルの期間のうち、或る時点ｔよりも前の期間と後ろの期間とをそれぞれ表す。時点ｔが上記遷移時点である場合、期間Ｌsの電力データの平均値が大きくなり、期間Ｒsの電力データの平均値が小さくなり、期間Ｌsおよび期間Ｒsの電力データの分散値が小さくなるので、特徴値ｆ(t)は最大となる。逆に言えば、特徴値ｆ(t)が最大となる場合、時点ｔが上記遷移時点となり、期間Ｌsが付加価値創出期間ｔavとなり、期間Ｒsが無付加価値期間ｔanとなる。従って、１サイクルの電力データから特徴値ｆ(t)が最大となる時点ｔを特定することにより、上記１サイクルの電力データを、付加価値創出期間ｔavの電力データと無付加価値期間ｔanの電力データとに分割することができる。
【０１８５】
図２３は、分割部２６の概略構成を示している。図示のように、分割部２６は、外れ値補正部１４０、特徴値算出部（特徴値算出手段）１４１、および遷移時点決定部（開始時点特定手段）１４２を備える構成である。
【０１８６】
外れ値補正部１４０は、特徴値ｆ(t)を算出する前処理として、サイクル検出部２５からの１サイクルの電力データに存在する外れ値を補正するものである。外れ値補正部１４０は、補正された１サイクルの電力データを特徴値算出部１４１に送信する。
【０１８７】
外れ値補正部１４０による補正の詳細について、図２４を参照して説明する。図２４は、外れ値補正部１４０による補正の例を示している。同図の（ａ）は補正前の１サイクルの電力データを示しており、同図の（ｂ）は補正後の１サイクルの電力データを示している。
【０１８８】
図２４に示すように、外れ値補正部１４０は、まず、１サイクルの電力データの平均値を算出し、１サイクルの電力データを、平均値よりも上のデータｕｐｐｅｒと下のデータｌｏｗｅｒとに分割する仮決めを行う。次に、上のデータｕｐｐｅｒの中央値ｍ＿ｕと、下のデータｌｏｗｅｒの中央値ｍ＿ｌを算出する。なお、中央値の代わりに平均値を用いると、外れ値が含まれることになるので、好ましくない。
【０１８９】
そして、上のデータｕｐｐｅｒのうち、ｍ＿ｕ＋｜ｍ＿ｕ−ｍ＿ｌ｜以上のデータを外れ値とみなし、当該データの電力値をｍ＿ｕに補正する。
【０１９０】
特徴値算出部１４１は、外れ値補正部１４０からの補正された１サイクルの電力データを利用して、１サイクル内の全時点ｔについて特徴値ｆ(t)を算出する。特徴値算出部１４１は、算出した特徴値ｆ(t)を遷移時点決定部１４２に送信する。
【０１９１】
遷移時点決定部１４２は、特徴値算出部１４１からの特徴値ｆ(t)を利用して、特徴値ｆ(t)が最大となる時点ｔを遷移時点として決定し、該遷移時点を無付加価値期間ｔanの開始時点（付加価値創出期間ｔavの終了時点）とする。これにより、分割部２６は、１サイクルの電力データを、付加価値創出期間ｔavの電力データと無付加価値期間ｔanの電力データとに分割することができる。
【０１９２】
図２５は、補正された１サイクルの電力データと特徴値ｆ(t)とを示すグラフである。図中、太線が補正された１サイクルの電力データを表し、細線が特徴値ｆ(t)を表している。図示のように、特徴値ｆ(t)が最大値となる時点ｔで、付加価値創出期間ｔavと無付加価値期間ｔanとに分割できることが理解できる。
【０１９３】
次に、上記構成のエネルギー監視装置１の制御部１０における処理動作を、図２６を参照して説明する。図２６は、制御部１０における分割部２６の処理動作の概要を示している。
【０１９４】
図２６に示すように、まず、サイクル検出部２５が検出した１サイクルの電力データを受信すると（Ｓ５０）、外れ値補正部１４０が上記１サイクルの電力データに存在する外れ値を補正する（Ｓ５１）。次に、補正された１サイクルの電力データを利用して、特徴値算出部１４１は、１サイクル内の全時点ｔについて特徴値ｆ(t)を算出し（Ｓ５２）、遷移時点決定部１４２は、算出された特徴値ｆ(t)が最大となる時点ｔを遷移時点として決定する（Ｓ５３）。そして、決定された遷移時点を利用して、分割部２６は、１サイクルの電力データを、付加価値創出期間ｔavの電力データと無付加価値期間ｔanの電力データとに分割して出力し（Ｓ５４）、その後、処理動作を終了する。
【０１９５】
なお、本実施形態では、特徴値ｆ(t)が最大となる最大時点ｔ1のみを特定して、１サイクルを２つの期間に分割しているが、２番目に大きい第２時点ｔ2や３番目に大きい第３時点ｔ3を特定し、これらの時点ｔ1〜ｔ３が互いに隣接していない条件を満たすことにより、３つ以上の期間に分割することもできる。
【０１９６】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１９７】
例えば、上記実施形態では、消費エネルギーとして消費電力量を利用しているが、ガス、石油などの可燃性流体が燃焼するときの熱量を利用することもできる。この場合、当該可燃性流体の流量を流量計によって計測すればよい。
【０１９８】
また、上記実施形態では、ワークに対し加工を行う加工機３を対象機器として消費エネルギー量を監視しているが、例えば、住宅内の電化製品およびガス製品の消費エネルギー量を監視する場合にも適用可能である。なぜなら、住宅内での電力データ等は、例えば１日、１年などの単位で周期的に変動することが多いからである。このように、本発明は、何らかの処理を行う任意の機器を対象機器とすることができる。
【０１９９】
また、上記実施形態では、１サイクルの電力データを検出しているが、１サイクルを複数回含む電力データを検出してもよい。また、製造対象物によっては、電力データに特徴的な波形が現れない場合もある。この場合でも、所定時間の電力データを検出することにより、加工機３の改善余地量を算出することができる。
【０２００】
最後に、エネルギー監視装置１の各ブロック、特に電力データ取得部２０、ムダ評価部２１、表示制御部２２、検出データ取得部５０、およびモデルＤＢ作成部５１は、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにＣＰＵを用いてソフトウェアによって実現してもよい。
【０２０１】
すなわち、エネルギー監視装置１は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するＣＰＵ（central processing unit）、上記プログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（random access memory）、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置（記録媒体）などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアであるエネルギー監視装置１の制御プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、上記エネルギー監視装置１に供給し、そのコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。
【０２０２】
上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒ等の光ディスクを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ系などを用いることができる。
【０２０３】
また、エネルギー監視装置１を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網（virtual private network）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ回線等の有線でも、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、８０２．１１無線、ＨＤＲ、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。
【産業上の利用可能性】
【０２０４】
本発明に係るエネルギー監視装置は、消費エネルギーに関する物理量の時系列データを計測データとして用いて、所定時間の時系列データを検出することにより、検出された時系列データを、上記処理による付加価値の創出に関して分割することができ、分割された部分から、無付加価値部分の消費エネルギーを、改善余地量として算出できるので、消費電力量だけでなく、消費石油量などの任意の消費エネルギーに適用することができる。
【符号の説明】
【０２０５】
１  エネルギー監視装置
２  電力量計
３  加工機
４  ＰＬＣ
５  エネルギー監視システム
１０  制御部
１１  記憶部
１２  受信部
１３  表示部
１４  入力部
２０  電力データ取得部（取得手段）
２１  ムダ評価部
２２  表示制御部
２５  サイクル検出部（検出手段）
２６  分割部（分割手段）
２７  積算部（算出手段）
３０  電力データ記憶部
３１  波形モデルＤＢ記憶部
３２  評価結果記憶部
４１  波形取得部
４２  前処理部
４３  特徴抽出部
４４  識別部
４５  結果出力部
５０  検出データ取得部（取得手段）
５１  モデルＤＢ作成部
５５  サイクル抽出部（抽出手段）
５６  波形モデル作成部（波形モデル作成手段）
５７  分割条件設定部（分割条件設定手段）
１００  設計値記憶部
１０１  パラメータ記憶部
１０２  条件記憶部
１０３  パターン波形記憶部
１１０  周波数解析部（周波数解析手段）
１１１  フィルタ処理部（フィルタ処理手段）
１１２  サイクル開始検出部（サイクル開始検出手段）
１１３  パターン波形作成部（波形パターン作成手段）
１２０  ＦＦＴ部
１２１  基本周波数検出部
１２２  関数決定部
１２３  フィルタ処理実行部
１２４  ２階微分演算部
１２５  閾値決定部
１２６  開始時刻検出部
１３０  パターン照合部
１３１  開始時刻検出部
１３２  正常波形抽出部
１３３  パターン作成部
１４０  外れ値補正部
１４１  特徴値算出部（特徴値算出手段）
１４２  遷移時点決定部（開始時点特定手段）
ｔan  無付加価値期間
ｔav  付加価値創出期間
Ｄct  サイクルタイム設計値
ｆ(t)  特徴値
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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