(57)【要約】【課題】動的モデル作成および回帰モデル作成の使い分けがより容易に実施できるようにする。【解決手段】第１受付機構１０６は、動的モデル作成指示を受け付ける。第２受付機構１０７は、回帰モデル作成指示を受け付ける。選択部１０８は、まず、第１受付機構１０６が動的モデル作成指示を受け付けると動的モデル作成部１０４に動的モデルを作成させる。また、選択部１０８は、第２受付機構１０７が回帰モデル作成指示を受け付けると回帰モデル作成部１０５に回帰モデルを作成させる。【選択図】  図１
2018180838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モデルを作成する制御対象における入出力データを受け付けるように構成されたデータ受付部と、
前記データ受付部が受け付けた入出力データに対してモデル作成のための所定の前処理を行うように構成された前処理部と、
前記前処理部が前記所定の前処理を行った入出力データに対してモデル作成のための所定の統計処理を行うように構成された統計処理部と、
前記統計処理部が前記所定の統計処理を行った入出力データをもとに動的モデルを作成するように構成された動的モデル作成部と、
前記統計処理部が前記所定の統計処理を行った入出力データをもとに回帰モデルを作成するように構成された回帰モデル作成部と、
動的モデル作成指示を受け付けるように構成された第１受付機構と、
回帰モデル作成指示を受け付けるように構成された第２受付機構と、
前記第１受付機構が前記動的モデル作成指示を受け付けると前記動的モデル作成部に動的モデルを作成させ、前記第２受付機構が前記回帰モデル作成指示を受け付けると前記回帰モデル作成部に回帰モデルを作成させるように構成された選択部と
を備えることを特徴とするモデリング装置。
【請求項２】
請求項１記載のモデリング装置において、
前記データ受付部が受け付けた入出力データにおける入力データが１つの場合、および前記データ受付部が受け付けた入出力データにおける出力データの数が入力データの数より多い場合の少なくとも一方の場合に、前記動的モデル作成部に動的モデルを作成させるように構成された動的モデル選択部と、
前記データ受付部が受け付けた入出力データにおける出力データが、入力データとして用いられるデータの場合に前記回帰モデル作成部に回帰モデルを作成させるように構成された回帰モデル選択部と
を備えることを特徴とするモデリング装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のモデリング装置において、
前記動的モデル作成部が作成した動的モデル、前記回帰モデル作成部が作成した回帰モデルを表示するように構成された表示部
を備えることを特徴とするモデリング装置。
【請求項４】
請求項３記載のモデリング装置において、
前記第１受付機構は、前記動的モデル作成指示を受け付けるための第１選択表示部を前記表示部に表示し、
前記第２受付機構は、前記回帰モデル作成指示を受け付けるための第２選択表示部を前記表示部に表示する
ことを特徴とするモデリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御対象の制御のためのモデルを作成するモデリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油精製プロセスや石油化学プロセスなどの多入力・多出力システムとなる工業プロセスにおいて、モデル予測制御が広く知られている。この制御では、プロセスの制御器機より、プロセスの入力にあたる操作量の時系列データと、プロセスの出力にあたる制御量の時系列データとを収集し、制御対象をモデリングしている（特許文献１，２参照）。
【０００３】
上述したモデリングでは、収集された入力データおよび出力データ（入出力データ）をもとに、伝達関数や状態方程式などによる数学モデルを構築してシステム同定をしている。ところで、プラントで製造される製品の品質特性や性状値等、物理的因果関係が明らかにされていない場合、上述したシステム同定（モデリング）が困難であるが、この場合、統計モデルによるソフトセンサによるモデリング（回帰モデル）が用いられる。ソフトセンサによるモデリングでは、収集された入出力データをもとに、回帰式を構築している。
【０００４】
上述したモデリングでは、よく知られたモデリング装置が用いられる。例えば、システム同定を用いた動的モデルの作成を行うモデリング装置や、ソフトセンサによる回帰モデルを作成するモデリング装置がある。また、同一の装置において、システム同定を用いた動的モデルの作成を行うモデリングツールと、ソフトセンサによる回帰モデルを作成するモデリングツールとを備える場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１９９３０４号公報
【特許文献２】特開２００９−１９９３０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、モデルの作成においては、同じ対象について、動的モデルと回帰モデルとの両者を作成する場合がある。この場合、例えば、入出力データが共通しているにもかかわらず、異なる装置、または、異なるツールを用いることになり、操作が煩雑になるという問題があった。
【０００７】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、動的モデル作成および回帰モデル作成の使い分けがより容易に実施できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るモデリング装置は、モデルを作成する制御対象における入出力データを受け付けるように構成されたデータ受付部と、データ受付部が受け付けた入出力データに対してモデル作成のための所定の前処理を行うように構成された前処理部と、前処理部が前処理を行った入出力データに対してモデル作成のための所定の統計処理を行うように構成された統計処理部と、統計処理部が統計処理を行った入出力データをもとに動的モデルを作成するように構成された動的モデル作成部と、統計処理部が統計処理を行った入出力データをもとに回帰モデルを作成するように構成された回帰モデル作成部と、動的モデル作成指示を受け付けるように構成された第１受付機構と、回帰モデル作成指示を受け付けるように構成された第２受付機構と、第１受付機構が動的モデル作成指示を受け付けると動的モデル作成部に動的モデルを作成させ、第２受付機構が回帰モデル作成指示を受け付けると回帰モデル作成部に回帰モデルを作成させるように構成された選択部とを備える。
【０００９】
上記モデリング装置において、データ受付部が受け付けた入出力データにおける入力データが１つの場合、およびデータ受付部が受け付けた入出力データにおける出力データの数が入力データの数より多い場合の少なくとも一方の場合に、動的モデル作成部に動的モデルを作成させるように構成された動的モデル選択部と、データ受付部が受け付けた入出力データにおける出力データが、入力データとして用いられるデータの場合に回帰モデル作成部に回帰モデルを作成させるように構成された回帰モデル選択部とを備える。
【００１０】
上記モデリング装置において、動的モデル作成部が作成した動的モデル、回帰モデル作成部が作成した回帰モデルを表示するように構成された表示部を備える。
【００１１】
上記モデリング装置において、第１受付機構は、動的モデル作成指示を受け付けるための第１選択表示部を表示部に表示し、第２受付機構は、回帰モデル作成指示を受け付けるための第２選択表示部を表示部に表示する。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、選択部を設けるようにしたので、動的モデル作成および回帰モデル作成の使い分けがより容易に実施できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１におけるモデリング装置の構成を示す構成図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施の形態１におけるモデリング装置の表示部１０９における表示例を示す説明図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の実施の形態１におけるモデリング装置の表示部１０９における表示例を示す説明図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明の実施の形態１におけるモデリング装置の表示部１０９における表示例を示す説明図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、本発明の実施の形態１におけるモデリング装置の表示部１０９における表示例を示す説明図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、本発明の実施の形態１におけるモデリング装置の表示部１０９における表示例を示す説明図である。
【図２Ｆ】図２Ｆは、本発明の実施の形態１におけるモデリング装置の表示部１０９における表示例を示す説明図である。
【図２Ｇ】図２Ｇは、本発明の実施の形態１におけるモデリング装置の表示部１０９における表示例を示す説明図である。
【図３】図３は、本発明におけるモデリング装置のハードウエア構成を示す構成図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態２におけるモデリング装置の構成を示す構成図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２におけるモデリング装置の動作例を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００１５】
［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１におけるモデリング装置について、図１を参照して説明する。このモデリング装置は、データ受付部１０１、前処理部１０２、統計処理部１０３、動的モデル作成部１０４、回帰モデル作成部１０５、第１受付機構１０６、第２受付機構１０７、選択部１０８、表示部１０９、および入力部１１０を備える。
【００１６】
データ受付部１０１は、モデルを作成する制御対象における入出力データを受け付ける。前処理部１０２は、データ受付部１０１が受け付けた入出力データに対してモデル作成のための所定の前処理を行う。前処理部１０２は、例えば、利用者による入力部１１０の操作により入力された指示により、トレンド除去、フィルタ処理、外れ値除去、シフト処理などの前処理を行う。
【００１７】
統計処理部１０３は、前処理部１０２が前処理を行った入出力データに対してモデル作成のための所定の統計処理を行う。統計処理部１０３は、例えば、利用者による入力部１１０の操作により入力された指示により、相関解析、スペクトル処理、散布図表示などの統計処理を行う。
【００１８】
動的モデル作成部１０４は、統計処理部１０３が統計処理を行った入出力データをもとに動的モデルを作成する。回帰モデル作成部１０５は、統計処理部１０３が統計処理を行った入出力データをもとに回帰モデルを作成する。
【００１９】
第１受付機構１０６は、動的モデル作成指示を受け付ける。第２受付機構１０７は、回帰モデル作成指示を受け付ける。選択部１０８は、まず、第１受付機構１０６が動的モデル作成指示を受け付けると動的モデル作成部１０４に動的モデルを作成させる。また、選択部１０８は、第２受付機構１０７が回帰モデル作成指示を受け付けると回帰モデル作成部１０５に回帰モデルを作成させる。
【００２０】
表示部１０９は、データ受付部１０１が受け付ける対象となる入出力データ、前処理部１０２が前処理をした結果、統計処理部１０３が統計処理をした結果、動的モデル作成部１０４が作成した動的モデル、回帰モデル作成部１０５が作成した回帰モデルなどを、利用者に視認可能に表示する。
【００２１】
また、第１受付機構１０６は、動的モデル作成指示を受け付けるための第１選択表示部を表示部１０９に表示する。第２受付機構１０７は、回帰モデル作成指示を受け付けるための第２選択表示部を表示部１０９に表示する。
【００２２】
例えば、表示部１０９には、図２Ａに示すように、領域２０１に「データ読込」、「前処理」、「統計解析」、「モデリング」の選択ボタンが表示される。また、利用者による入力部１１０の操作により、例えば、表示部１０９に表示されているポインタ２０３を「データ読込」の選択ボタン上に移動させて選択すると、領域２０２に、選択可能な入出力データが表示される。なお、領域２０２に表示させる選択可能な入出力データは、「ファイル」で選択したデータファイルに格納されている。
【００２３】
上述したように、対象とするデータを選択した後、利用者による入力部１１０の操作によりポインタ２０３で領域２０１の「前処理」ボタンを選択することで、図２Ｂに示すように、前処理を実施する画面表示となる。この画面表示の状態で、表示部１０９の領域２０２に表示される前処理の各項目を設定することで、選択した項目の前処理が実施され、実施された前処理の結果が領域２０２に表示される。
【００２４】
前処理の項目には、例えば、「トレンド除去」、「フィルタ処理」、「外れ値除去」、「シフト」がある。「トレンド除去」は、元のデータから、線形最小２乗法で回帰した値（トレンド）を除去する（線形トレンド除去）。「フィルタ処理」は、例えばローパスフィルタによる処理であり、データの変化を滑らかにする際に使われる。移動平均と同様の効果を得られる。滑らかにする度合いは、時定数あるいは移動平均のサンプル数で指定する。図２Ｂに示した例では、時定数を３２としている。
【００２５】
「外れ値除去」は、トレンドや近似曲線から大きく外れたデータを除去する処理である。大きく外れたとみなす基準は、閾値によって決定する。閾値は、標準偏差やパーセンタイル値などで決定する。
【００２６】
「シフト」は、プラントなどの制御における入力信号と出力信号との間のむだ時間を考慮した前処理である。入力信号と出力信号において発生したむだ時間の分をシフトした上で分析するために用いる前処理である。図２Ｂに示す例では、上記シフト量を１０２ｍｉｎとしている。
【００２７】
上述したように、前処理をした後、利用者による入力部１１０の操作によりポインタ２０３で領域２０１の「統計解析」ボタンを選択することで、図２Ｃに示すように、統計解析を実施する画面表示となる。この画面表示の状態で、表示部１０９の領域２０２に表示される統計解析の項目を設定することで、選択した項目の統計解析が実施され、実施された統計解析の結果が領域２０２に表示される。図２Ｃの例では、統計解析の項目として「相関解析」が選択されている。
【００２８】
統計解析の項目には、例えば、「相関解析」、「スペクトル処理」、「散布図」がある。統計解析の項目として「相関解析」が選択されると、選択した入力変数１と入力変数２との間の相関図が領域２０２に表示される。なお、入力変数は、入出力データの中の入力データのことを示す。また、出力変数は、入出力データの中の出力データのことを示す。これにより、入力変数１と入力変数２とが、どれほど関連(類似)しているかを把握することができる。例えば、Ｘ軸をずらしながら、相関係数を算出する。例えば、元データのＸ軸シフト量により相関係数がどのように変化するかが把握できる。
【００２９】
統計解析の項目として「スペクトル処理」が選択されると、選択されている入出力データを高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によって変換した周波数データが、表示部１０９の領域２０２に表示される。この表示により、どの周波数成分を多く含むかが把握でき、ノイズ除去などを行う際の参考となる。
【００３０】
統計解析の項目として「散布図」が選択されると、異なる２つのデータの散布図が、表示部１０９の領域２０２に表示される。この表示により、異なる２つのデータの分布が把握できる。
【００３１】
上述したように統計処理部１０３による統計処理が終了すると、図２Ｄに示すように、表示部１０９の領域２０２に、モデルを選択するための画面が表示される。表示部１０９の領域２０２には、第１受付機構１０６が、動的モデル作成指示を受け付けるための「動的モデル」（第１選択表示部）を表示する。また、表示部１０９の領域２０２には、第２受付機構１０７が、回帰モデル作成指示を受け付けるための「回帰モデル」（第２選択表示部）を表示する。
【００３２】
図２Ｄに示すように、利用者による入力部１１０の操作によりポインタ２０３で領域２０２の「動的モデル」を選択することで、第１受付機構１０６が、動的モデル作成指示を受け付ける。これにより、選択部１０８が動的モデル作成部１０４に動的モデルを作成させる。この結果、統計処理部１０３が統計処理を行った入出力データをもとにした動的モデル作成部１０４による動的モデルの作成が開始される。
【００３３】
領域２０２の「動的モデル」が選択されると、図２Ｅに示すように、表示部１０９の領域２０２に、モデル作成のための設定項目「むだ時間」、「整定時間」、「次数」などが表示される。これら設定項目に、所定の数値を入力すると、上述した動的モデル作成部１０４による動的モデルの作成が実施され、図２Ｅに示すように、表示部１０９の領域２０２に、作成されたモデルが表示される。
【００３４】
一方、モデルを選択するための画面の表示において、図２Ｆに示すように、利用者による入力部１１０の操作によりポインタ２０３で領域２０２の「回帰モデル」を選択することで、第２受付機構１０７が、回帰モデル作成指示を受け付ける。これにより、選択部１０８が回帰モデル作成部１０５に回帰モデルを作成させる。この結果、統計処理部１０３が統計処理を行った入出力データをもとにした回帰モデル作成部１０５による回帰モデルの作成が開始される。
【００３５】
領域２０２の「回帰モデル」が選択されると、図２Ｅに示すように、表示部１０９の領域２０２に、対象となる変数を選択するためのチェックボックスが表示される。いずれかの対象と選択すると、回帰モデル作成部１０５による回帰モデルの作成が実施され、図２Ｇに示すように、表示部１０９の領域２０２に、作成されたモデルが表示される。
【００３６】
なお、上述した実施の形態におけるモデリング装置は、図３に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit；中央演算処理装置）３０１と主記憶装置３０２と外部記憶装置３０３とネットワーク接続装置３０４となどを備えたコンピュータ機器であり、主記憶装置に展開されたプログラムによりＣＰＵが動作することで、上述した各機能が実現される。ネットワーク接続装置３０４は、ネットワーク３０５に接続する。また、各機能は、複数のコンピュータ機器に分散させるようにしてもよい。後述する実施の形態２におけるモデリング装置も同様である。
【００３７】
以上に説明したように、実施の形態１では、選択部により、第１受付機構が動的モデル作成指示を受け付けると動的モデル作成部に動的モデルを作成させ、第２受付機構が回帰モデル作成指示を受け付けると回帰モデル作成部に回帰モデルを作成させるようにした。この結果、実施の形態１によれば、動的モデル作成および回帰モデル作成の使い分けがより容易に実施できるようになる。
【００３８】
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２におけるモデリング装置について、図４を参照して説明する。このモデリング装置は、データ受付部１０１、前処理部１０２、統計処理部１０３、動的モデル作成部１０４、回帰モデル作成部１０５、第１受付機構１０６、第２受付機構１０７、選択部１０８、表示部１０９、入力部１１０、動的モデル選択部１１１、および回帰モデル選択部１１２を備える。
【００３９】
データ受付部１０１、前処理部１０２、統計処理部１０３、動的モデル作成部１０４、回帰モデル作成部１０５、第１受付機構１０６、第２受付機構１０７、選択部１０８、表示部１０９、入力部１１０は、前述した実施の形態１と同様であり、詳細な説明は省略する。
【００４０】
動的モデル選択部１１１は、データ受付部１０１が受け付けた入出力データにおける入力データが１つの場合、およびデータ受付部１０１が受け付けた入出力データにおける出力データの数が入力データの数より多い場合の少なくとも一方の場合に、動的モデル作成部１０４に動的モデルを作成させる。
【００４１】
回帰モデル選択部１１２は、データ受付部１０１が受け付けた入出力データにおける出力データが、入力データとして用いられるデータの場合に回帰モデル作成部１０５に回帰モデルを作成させる。
【００４２】
次に、実施の形態２におけるモデリング装置の動作例について、図５のフローチャートを用いて説明する。
【００４３】
まず、ステップＳ２０１で、動的モデル選択部１１１が、データ受付部１０１が受け付けた入出力データにおける入力データが１つか否かを判断する。データ受付部１０１が受け付けた入出力データにおける入力データが１つの場合（ステップＳ２０１のｙｅｓ）、ステップＳ２０２で、動的モデル選択部１１１は、動的モデル作成部１０４に動的モデルを作成させる。
【００４４】
次に、データ受付部１０１が受け付けた入出力データにおける入力データが２つ以上の場合（ステップＳ２０１のｎｏ）、ステップＳ２０３で、動的モデル選択部１１１は、データ受付部１０１が受け付けた入出力データにおける出力データの数が入力データの数より多いか以下かを判断する。データ受付部１０１が受け付けた入出力データにおける出力データの数が入力データより多い場合（ステップＳ２０３のｙｅｓ）、ステップＳ２０２で、動的モデル選択部１１１は、動的モデル作成部１０４に動的モデルを作成させる。
【００４５】
一方、データ受付部１０１が受け付けた入出力データにおける出力データの数が入力データの数以下の場合（ステップＳ２０３のｎｏ）、ステップＳ２０４で、回帰モデル選択部１１２が、データ受付部１０１が受け付けた入出力データにおける出力データが、入力データとして用いられるデータであるか否かを判断する。データ受付部１０１が受け付けた入出力データにおける出力データが、入力データとして用いられるデータである場合（ステップＳ２０４のｙｅｓ）、ステップＳ２０５で、回帰モデル選択部１１２は、回帰モデル作成部１０５に回帰モデルを作成させる。
【００４６】
なお、ステップＳ２０４で、データ受付部１０１が受け付けた入出力データにおける出力データが、入力データとして用いられていないデータであると判断された場合（ステップＳ２０４のｎｏ）、ステップＳ２０６で、選択部１０８による選択動作の受け付けに移行する。選択動作の受け付けに移行した後は、前述した実施の形態１と同様である。
【００４７】
モデリングに使う入出力データの種類は、入力用のものと、出力用のものがある。動的モデルのモデリング処理は、１入力１出力で行う場合もあれば、多入力多出力で行う場合もある。一方で、回帰モデルのモデリング処理は、１入力１出力の場合や、出力変数の数が入力変数の数よりも多い場合に実施されることはない。また回帰モデルの場合、ある出力変数が、特定の出力変数から見た場合に、入力変数となりうることがある。これに対し、動的モデルの場合、出力変数を入力変数とみなしてモデリングするという使い方はあまりしない。
【００４８】
従って、前述した実施の形態２のようにすることで、入出力データが選択されたことにより、利用者の選択操作を必要とせずに、自動的に動的モデルの作成または回帰モデルの作成が行える。このように、自動的に選択することで、動的モデル作成および回帰モデル作成の使い分けが、更に容易に実施できるようになる。
【００４９】
以上に説明したように、本発明によれば、選択部により、第１受付機構が動的モデル作成指示を受け付けると動的モデル作成部に動的モデルを作成させ、第２受付機構が回帰モデル作成指示を受け付けると回帰モデル作成部に回帰モデルを作成させるようにした。この結果、本発明によれば、動的モデル作成および回帰モデル作成の使い分けがより容易に実施できるようになる。
【００５０】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
【符号の説明】
【００５１】
１０１…データ受付部、１０２…前処理部、１０３…統計処理部、１０４…動的モデル作成部、１０５…回帰モデル作成部、１０６…第１受付機構、１０７…第２受付機構、１０８…選択部、１０９…表示部、１１０…入力部。
【図１】
2018180838.tif 000003
【図２Ａ】
2018180838.tif 000004
【図２Ｂ】
2018180838.tif 000005
【図２Ｃ】
2018180838.tif 000006
【図２Ｄ】
2018180838.tif 000007
【図２Ｅ】
2018180838.tif 000008
【図２Ｆ】
2018180838.tif 000009
【図２Ｇ】
2018180838.tif 000010
【図３】
2018180838.tif 000011
【図４】
2018180838.tif 000012
【図５】
2018180838.tif 000013