(57)【要約】【課題】プラントの多次元の運転データの状態を分類したカテゴリー間の関係を明確にするとともに、カテゴリーと評価指標の関係を明示する。【解決手段】本発明の一態様のプラントデータ表示処理装置は、運転データを類似度に応じたカテゴリーに分類するデータ分類部と、運転データの値からカテゴリーの評価指標を計算する評価指標計算部と、各カテゴリーに含まれる運転データから、カテゴリー毎に運転データの代表値を計算し、当該運転データの代表値の類似度に応じて、各カテゴリーの識別情報を２次元にマッピングし、そのカテゴリーの識別情報を第１の軸及び第２の軸からなる平面に表すとともに、上記評価指標計算部で求めたカテゴリーの評価指標を第３の軸に表した３次元の画像データを生成する分類結果表示処理部と、を備える。【選択図】図１
2018049314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラントの運転データを格納する運転データデータベースと、
前記運転データデータベースから取得した多次元の前記運転データを類似度に応じたカテゴリーに分類し、分類結果のカテゴリーを出力するデータ分類部と、
前記運転データデータベースに格納された前記運転データの値から前記カテゴリーの評価指標を計算する評価指標計算部と、
前記データ分類部から出力された各カテゴリーに含まれる前記運転データから、前記カテゴリー毎に前記運転データの代表値を計算し、当該運転データの代表値の類似度に応じて各カテゴリーの識別情報を２次元にマッピングし、マッピングした前記カテゴリーの識別情報を第１の軸及び第２の軸からなる平面に表し、前記評価指標計算部で求めた前記カテゴリーの評価指標を第３の軸に表した３次元の画像データを生成する分類結果表示処理部と、
を備えるプラントデータ表示処理装置。
【請求項２】
前記分類結果表示処理部は、前記データ分類部から出力された各カテゴリーに含まれる運転データから、カテゴリー毎に前記運転データの代表値を計算し、当該運転データの代表値の類似度に応じて、指定したカテゴリーの識別情報が表示位置の中心となるように各カテゴリーの識別情報を２次元にマッピングする
請求項１に記載のプラントデータ表示処理装置。
【請求項３】
前記分類結果表示処理部は、前記データ分類部から出力された各カテゴリーに対応する運転データから、カテゴリー毎に前記運転データの代表値を計算し、当該運転データの代表値の類似度に応じて、現在の前記プラントの運転データが分類されるカテゴリーの識別情報が表示位置の中心となるように各カテゴリーの識別情報を２次元にマッピングする
請求項１に記載のプラントデータ表示処理装置。
【請求項４】
プラントの運転データを格納する運転データデータベースと、
前記運転データデータベースから取得した多次元の前記運転データを類似度に応じたカテゴリーに分類し、分類結果のカテゴリーを出力するデータ分類部と、
前記運転データデータベースに格納された前記運転データの値から前記カテゴリーの評価指標を計算する評価指標計算部と、
前記データ分類部から出力された各カテゴリーに含まれる前記運転データから、前記カテゴリー毎に前記運転データの代表値を計算し、当該運転データの代表値の類似度に応じて各カテゴリーの識別情報を２次元又は３次元にマッピングし、マッピングした各カテゴリーの識別情報の色又は濃淡を、前記評価指標計算部で求めた前記カテゴリーの評価指標の代表値に応じて変化させた画像データを生成する分類結果表示処理部と、
を備えるプラントデータ表示処理装置。
【請求項５】
前記分類結果表示処理部は、前記データ分類部から出力された各カテゴリーに対応する運転データから、カテゴリー毎に前記運転データの代表値を計算し、当該運転データの代表値の類似度に応じて、指定したカテゴリーの識別情報が表示位置の中心となるように各カテゴリーの識別情報を２次元又は３次元にマッピングする
請求項４に記載のプラントデータ表示処理装置。
【請求項６】
前記分類結果表示処理部は、前記データ分類部から出力された各カテゴリーに対応する運転データから、カテゴリー毎に前記運転データの代表値を計算し、当該運転データの代表値の類似度に応じて、現在の前記プラントの運転データが分類されるカテゴリーの識別情報が表示位置の中心となるように各カテゴリーの識別情報を２次元又は３次元にマッピングする
請求項４に記載のプラントデータ表示処理装置。
【請求項７】
前記分類結果表示処理部により前記カテゴリーの識別情報をマッピングする方法は、自己組織化マップ又は多次元尺度法である
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のプラントデータ表示処理装置。
【請求項８】
請求項１又は４に記載のプラントデータ表示処理装置と、
入力操作を受け付けて前記入力操作に応じた操作信号を出力する操作部と、
前記操作部から入力された前記操作信号に基づいて前記プラントの制御を行う制御装置と、備える
プラント制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラント設備の温度、圧力などの運転データを表示するプラントデータ表示処理装置及びプラント制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電プラントや化学プラント等には、プラントの監視及び制御を目的として、温度計、圧力計及び流量計などの多くのセンサーが設置されている。近年、これらのセンサーの計測データを活用し、プラントの運用効率や製品（プラント設備、プラント設備を構成する機器など）の収率等を向上させたいという要求が大きくなっている。
【０００３】
プラントの運用効率や製品の収率などの性能指標を向上させるには、プラントの状態と、性能指標との関係をモデル化する必要がある。
【０００４】
このため、例えば特許文献１には、操作パラメータをＸ軸、条件パラメータをＹ軸、評価パラメータをＺ軸に示して、各パラメータの関係をモデル化する方法が記載されており、これらの関係を可視化するデータ表示方法も示されている。
【０００５】
プラントを構成する設備や機器の数が多くなると、プラントの計測点の数は非常に多くなる。この非常に多くの計測点のデータ（多次元データ）を分類する方法として、データクラスタリング技術がある。例えば特許文献２には、適応共鳴理論というクラスタリング技術を用いて、多次元の運転データを複数のカテゴリーに分類する異常診断方法が記されている。この方法によれば、各時刻の多次元のプラントデータは、類似度に応じて、複数のカテゴリーに分類されるため、プラントの状態をカテゴリー番号で管理することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１５６８８１号公報
【特許文献１】特開２０１０−２３７８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、操作パラメータの項目と条件パラメータの項目を合わせた数が３以上となった場合に、これらのパラメータの関係を可視化することは非常に難しい。
【０００８】
また、特許文献２に記載の技術は、プラントの状態をカテゴリー番号で管理することができるが、プラントの状態を変化させる場合に、プラントの状態をどのように変化させればよいのかを判断することが難しい。
【０００９】
上記の状況から、プラントの多次元の運転データの状態を分類したカテゴリー間の関係を明確にするとともに、カテゴリーと評価指標の関係を表示する手法が要望されていた。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様に係るプラントデータ表示処理装置は、プラントの運転データを格納する運転データデータベースと、この運転データデータベースから取得した多次元の運転データを類似度に応じたカテゴリーに分類し、分類結果のカテゴリーを出力するデータ分類部と、運転データデータベースに格納された運転データの値から上記カテゴリーの評価指標を計算する評価指標計算部と、を備える。
そして、このプラントデータ表示装置は、上記データ分類部から出力された各カテゴリーに含まれる運転データから、カテゴリー毎に運転データの代表値を計算し、当該運転データの代表値の類似度に応じて、各カテゴリーの識別情報を２次元にマッピングし、マッピングしたカテゴリーの識別情報を第１の軸及び第２の軸からなる平面に表し、上記評価指標計算部で求めたカテゴリーの評価指標を第３の軸に表した３次元の画像データを生成する分類結果表示処理部を備える。
【００１１】
本発明の第２の態様に係るプラントデータ表示処理装置は、プラントの運転データを格納する運転データデータベースと、この運転データデータベースから取得した多次元の運転データを類似度に応じたカテゴリーに分類し、分類結果のカテゴリーを出力するデータ分類部と、運転データデータベースに格納された運転データの値から上記カテゴリーの評価指標を計算する評価指標計算部と、を備える。
そして、このプラントデータ表示装置は、上記データ分類部から出力された各カテゴリーに含まれる運転データから、カテゴリー毎に運転データの代表値を計算し、当該運転データの代表値の類似度に応じて、各カテゴリーの識別情報を２次元又は３次元にマッピングし、マッピングした各カテゴリーの識別情報の色又は濃淡を、上記評価指標計算部で求めたカテゴリーの評価指標の代表値に応じて変化させた画像データを生成する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の少なくとも一態様によれば、プラントの多次元の運転データの状態を分類したカテゴリー間の関係が明確となる。またカテゴリーとプラントの評価指標との関係を組み合わせて表示することができる。このため、監視員は、プラントの評価指標の値を向上させるための操作方法を容易に決定することが可能である。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】カテゴリー番号と評価指標の関係を表す表示形態例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るデータ表示処理装置を含むプラント制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】プラントの系統図の一例である。
【図４】運転データデータベースに格納されている運転データの例を示す図である。
【図５】適応共鳴理論（ＡＲＴ）を利用した運転データの分類方法の概要を示す説明図である。
【図６】評価指標データの一例を示す図である。
【図７】図２の各装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る分類結果表示処理部の処理を示すフローチャートである。
【図９】適応共鳴理論の説明図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係るカテゴリー番号を２次元空間にマッピングした例を示す図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態に係るカテゴリー番号と評価指標の関係を表す３次元グラフの例を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る分類結果表示処理部の処理を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係るカテゴリー番号を３次元空間にマッピングした例を示す図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る、２次元にマッピングしたカテゴリー番号に対して評価指標の代表値に応じて色の濃淡を変化させた例を示す図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係る、３次元にマッピングしたカテゴリー番号に対して評価指標の代表値に応じて色の濃淡を変化させた例を示す図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態の第１例に係る、２次元にマッピングしたカテゴリー番号と評価指標の関係を、評価指標の代表値に応じて等高線を用いて示した図である。
【図１７】本発明の第３の実施形態の第２例に係る、２次元にマッピングしたカテゴリー番号と評価指標の関係を、評価指標の代表値に応じて等高情報を用いて示した例である。
【図１８】本発明の第４の実施形態に係るデータ表示処理装置を含むプラント制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図１９】本発明の第５の実施形態に係る指定したカテゴリー番号を２次元空間の中心にマッピングした例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態の例について、添付図面を参照しながら説明する。説明は下記の順序で行う。なお、各図において実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
１．第１の実施形態（マッピングしたカテゴリー番号と評価指標とを３次元表示する例）
２．第２の実施形態（マッピングしたカテゴリー番号を評価指標に応じて色表示する例）
３．第３の実施形態（カテゴリー番号間も評価指標に応じて識別可能に表示する例）
４．第４の実施形態（３次元表示と２次元表示を切り替える例）
５．第５の実施形態（指定又は現在のカテゴリー番号を中心にマッピングする例）
【００１５】
＜１．第１の実施形態＞
［検討］
発明者らは、特許文献１及び特許文献２に記載の技術を組み合わせて、プラントの状態（カテゴリー番号）と評価指標の関係を可視化する方法を考えた。
【００１６】
図１は、プラントの状態としてのカテゴリーと評価指標の関係を表す表示形態例を示す。
図１に示すように、横軸にカテゴリー番号、縦軸に各カテゴリーに含まれる運転データの評価指標の代表値をとることで、プラントの状態（カテゴリー番号）と評価指標の関係を可視化することができる。
【００１７】
しかしながら、図１の横軸に示したカテゴリー番号は、カテゴリーの発生順序で決められた分類であり、カテゴリー間のデータ空間上の近さを表していない。したがって、現在のカテゴリーから評価指標の高いカテゴリーにプラントの状態を遷移させようとした場合に、プラントの状態をどのように変化させればよいのかを判断することが難しい。
【００１８】
図１の例では、カテゴリー１とカテゴリー４の評価指標が高い。プラントの現在の運転データがカテゴリー３の状態にあった場合、プラントの状態をカテゴリー１又はカテゴリー４の状態に遷移させることが望ましい。しかしながら、カテゴリー３の状態から見た場合に、カテゴリー１の状態が近いのか、それともカテゴリー４の状態が近いのかが判別できないため、目指すべき目標を定めることが困難となる。
【００１９】
そこで、発明者らは、多次元の運転データの状態を分類したカテゴリー間の関係を明確にし、プラントの運転データと評価指標との関係を組み合わせて表示する方法について検討を重ねた結果、以下に説明する構成を発明した。
【００２０】
［プラント制御装置の全体構成］
図２は、本発明の第１の実施形態に係るデータ表示処理装置を含むプラント制御システムの構成例を示す。
【００２１】
第１の実施形態に係るプラント制御システム４０は、図２に示すように、プラント１０の運転データの分類処理及び分類結果の表示処理を行うデータ表示処理装置２０、表示部２１、制御装置３０及び操作部３１を備える。
【００２２】
データ表示処理装置２０（プラントデータ表示処理装置の一例）は、運転データデータベース２０１、データ分類部２０２、評価指標計算部２０３、及び分類結果表示処理部２０４を含む。
【００２３】
運転データデータベース２０１は、不図示の入力インターフェースを介して入力される、プラント１０を構成する設備や機器の温度、圧力、流量などの計測データの時系列データを格納する。また、運転データデータベース２０１は、制御装置３０より入力される、バルブ開度などの操作量データや制御の設定値データの時系列データを格納する。以下、計測データ、操作量データ、設定値データを合わせて「運転データ」と呼ぶ。ただし、計測データを運転データと記載することもある。
【００２４】
（系統図の例）
図３は、プラント１０の系統図の一例を示す。
以下、プラント１０として化学プラントを例に説明する。図３は、表示部２１の画面に表示される化学プラントの系統図の一例である。系統図は、例えば系統図作成用ＣＡＤソフトで作成された電子ファイルであり、系統図には、機器、接続配管、主要な計測機器が記載されている。系統図は、配管計装線図または、Ｐ＆ＩＤ（Piping & Instrument Flow Diagram）とも呼ばれる。系統図には、機器（図３では反応器Ｒ１〜Ｒ４）、機器間を接続する配管、計測器などの情報が記載されている。なお、図３において、計測器にはＦ１，Ｐ１，Ｔ１などのタグがついている。本実施形態では、Ｆが流量計、Ｐが圧力計、Ｔが温度計を示している。図３に示す系統には、２８個の計測器が設けられている。
【００２５】
（運転データの例）
図４は、運転データデータベース２０１に格納されている運転データの例を示す。
運転データ２０１ａは、時刻毎の流量、圧力、温度の値が保存された時系列データである。図４の例では、第１反応器入口流量、第１反応器入口圧力などのようにプラント１０の系統図（図３）の各部位で計測された計測データが、例えば数秒間隔で保存されている。
【００２６】
図２の説明に戻る。データ分類部２０２は、データクラスタリング技術を用いて、運転データデータベース２０１から取得した多次元の運転データを類似度に応じたカテゴリーに分類する。そして、データ分類部２０２は、分類結果（本実施形態ではカテゴリー番号）を、評価指標計算部２０３及び分類結果表示処理部２０４に出力する。データクラスタリング技術として、いくつかの手法が提案されているが、本実施形態では、適応共鳴理論（Adaptive Resonance Theory：ＡＲＴ）を用いた。ただし、分類手法を適応共鳴理論に限定するものではなく、他のデータクラスタリング技術を用いてもよい。
【００２７】
（運転データの分類方法）
図５は、適応共鳴理論（ＡＲＴ）を利用した運転データの分類方法の概要を示す。図５上段の横軸は時刻、縦軸は運転データの値を表す。また図５下段の横軸は時刻、縦軸はカテゴリー番号を表す。
【００２８】
ＡＲＴは、人間のパターン認識アルゴリズムを模擬したモデルであり、多次元のデータをその類似度に応じて複数のカテゴリーに分類することができる。ＡＲＴの構成については、公知の文献等に記載されているため、詳細な説明を割愛し、ＡＲＴを使ったデータの分類方法についてのみ図５を用いて説明する。ＡＲＴを用いたデータ分類方法の一例は、例えば特開２００５−２５８６４９号公報に記載されている。
【００２９】
一般にＡＲＴに入力する運転データは４次元以上のデータであるが、ここでは、データを単純化し、図５上段に示す２次元の時系列データ（データ１、データ２）を分類する場合について考える。この時系列データの各時刻におけるデータは、データ１、データ２の２次元のデータとなる。
【００３０】
この２次元のデータをデータ分類部２０２（ＡＲＴ）に入力すると、例えば、データ１の値が大きくかつデータ２の値が小さい領域１のデータは、あるカテゴリー（カテゴリー１）に分類される（図５下段）。また、領域２のデータは、領域１のデータとはデータ１とデータ２の関係が異なるため、別のカテゴリー（カテゴリー２）として分類される。同様にして、領域３、領域４のデータは、それぞれ別のカテゴリーとして分類される。本実施形態では、図４に示した２８項目のデータを入力項目としてＡＲＴにより分類した。
【００３１】
なお、本実施形態では、カテゴリーを番号（数字）により識別したが、何らかの記号を用いて識別すればよい。即ち、番号はカテゴリーの識別情報の一例である。また、番号を囲む円（球）等の図形は、該当カテゴリーの位置を示すものであって自カテゴリーと他のカテゴリーを区別し得る情報であるから、広い意味で識別情報に含まれる。
【００３２】
図２の機能ブロックの説明に戻る。評価指標計算部２０３は、運転データデータベース２０１に格納された運転データの値からプラント１０の評価指標を計算する。
【００３３】
本実施形態では、プラント１０の評価指標として製品（図３の系統）の収率を計算した。具体的には、図４に示す運転データ２０１ａのうち、流量計Ｆ１で計測された反応器Ｒ１の入口流量である第１反応器入口流量、及び、流量計Ｆ１２で計測された反応器Ｒ４の出口流量である第４反応器出口流量の値を式（１）に適用する。
【００３４】
製品の収率＝Ｋ×（流量計Ｆ１２の値）／（流量計Ｆ１の値）  ・・・・・（１）
ここで、Ｋは、理論式から求めた係数であり、理想的な運転状態では、製品の収率が１００％となる。
【００３５】
（評価指標データの例）
図６は、評価指標データの一例を示す。
図６に示す評価指標データ２０３ａは、図４の運転データ２０１ａの取得タイミングに対応して、例えば数秒間隔で評価指標（収率）の計算及び記録がなされる。
【００３６】
図２の機能ブロックの説明に戻る。分類結果表示処理部２０４は、データ分類部２０２で分類されたカテゴリーの情報（カテゴリー番号）を２次元又は３次元に写像する（マッピング）。そして、分類結果表示処理部２０４は、２次元又は３次元にマッピングしたカテゴリー番号と評価指標との関係を表す画像データを生成（グラフ化）する。第１の実施形態では、分類結果表示処理部２０４は、２次元にマッピングしたカテゴリー番号と評価指標との関係を表す３次元の画像データを生成し、表示部２１へ出力する。この分類結果表示処理部２０４の動作については、後で詳述する。
【００３７】
表示部２１は、分類結果表示処理部２０４で生成された、カテゴリー番号と評価指標との関係を表す画像データを画面に表示する。
【００３８】
制御装置３０は、運転データデータベース２０１に格納されたプラント１０の運転データに基づいて、プラント１０の監視及び制御を行う。また、制御装置３０は、操作部３１から入力される操作信号に応じてプラント１０の制御を行う。
【００３９】
操作部３１は、監視員の入力操作を受け付けて、入力操作に応じた操作信号を制御装置３０に入力する。
【００４０】
［各装置のハードウェア構成］
図７は、図２の各装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
ここでは、プラント制御システム４０に示されたデータ表示処理装置２０、制御装置３０を構成するコンピューター５０のハードウェア構成を説明する。なお、各装置の機能、使用目的に合わせてコンピューター５０の各部は取捨選択される。
【００４１】
コンピューター５０は、バス５４にそれぞれ接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）５１、ＲＯＭ（Read Only Memory）５２、ＲＡＭ（Random Access Memory）５３を備える。さらに、コンピューター５０は、表示部５５、操作部５６、不揮発性ストレージ５７、ネットワークインターフェース５８を備える。
【００４２】
ＣＰＵ５１は、本実施形態に係る各機能を実現するソフトウェアのプログラムコードをＲＯＭ５２から読み出して実行する。なお、コンピューター５０は、ＣＰＵ５１の代わりに、ＭＰＵ（Micro-Processing Unit）等の処理装置を備えるようにしてもよい。ＲＡＭ５３には、演算処理の途中に発生した変数やパラメータ等が一時的に書き込まれる。
【００４３】
表示部５５は、例えば、液晶ディスプレイモニタであり、コンピューター５０で行われる処理の結果等を表示する。この表示部５５は、図２の表示部２１に相当する。操作部５６には、例えば、キーボード、マウス又はタッチパネル等が用いられ、監視員が所定の操作入力、指示を行うことが可能である。また操作部５６は、操作キーやボタンスイッチなどの操作子でもよい。この操作部５６は、図２の操作部３１に相当する。
【００４４】
不揮発性ストレージ５７としては、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、フレキシブルディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード等が用いられる。この不揮発性ストレージ５７には、ＯＳ（Operating System）、各種のパラメータやデータの他に、コンピューター５０を機能させるためのプログラムが記録されていてもよい。例えば不揮発性ストレージ５７には、運転データデータベース２０１のデータや評価指標データ２０３ａ等が記憶されている。
【００４５】
ネットワークインターフェース５８には、例えば、ＮＩＣ（Network Interface Card）等が用いられ、ＬＡＮ等のネットワークＮを介して各装置間で各種のデータを送受信することが可能である。
【００４６】
なお、データ表示処理装置２０の全部又は一部と、制御装置３０の全部又は一部とを一つのコンピューターで構成してもよい。
【００４７】
［分類結果表示処理部２０４の処理］
図８は、分類結果表示処理部２０４の処理を示すフローチャートである。
まずステップＳ１において、分類結果表示処理部２０４は、データ分類部２０２で分類された各カテゴリーに含まれる運転データを元に、カテゴリー毎に運転データ及び評価指標の代表値を計算する。即ち、分類結果表示処理部２０４は、各カテゴリーに含まれる運転データの各項目の代表値を計算するとともに、その運転を計算する。
【００４８】
本実施形態で用いた運転データは、一例として図３に示す２８項目である。例えば、カテゴリー１に含まれるデータが１００点（１００サンプリング点）あったとすると、流量計Ｆ１による第１反応器入口流量、圧力計Ｐ１による第１反応器入口圧力といった項目毎に１００点のデータの平均値を計算する。
【００４９】
また、評価指標は、式（１）により求めた製品の収率であり、評価指標についても同様に１００点の平均値を算出する。
【００５０】
なお、本実施形態では、代表値として平均値を採用したが、中央値など他の代表値を採用してもよい。
【００５１】
次にステップＳ２において、ステップＳ１で計算されたカテゴリー間の運転データの各項目の代表値の類似度に応じて、各カテゴリーに含まれる運転データの各項目の代表値を２次元にマッピングする（写像）。なお以下の説明において、各カテゴリーに含まれる運転データの各項目の代表値を２次元にマッピングすることを「カテゴリー番号を２次元にマッピングする」と記すことがある。
【００５２】
本実施形態では、運転データの代表値をマッピングする方法として、自己組織化マップを利用する。自己組織化マップは、ニューラルネットワークの一種であり、高次元のデータを１〜３次元空間にマッピングする手法であり、高次元の空間内の位置関係を、低次元の空間内で再現しようとするものである。
【００５３】
［自己組織化マップの概要］
ここで、自己組織化マップの概要について説明する。
図９は、ｎ次元のデータ（Ｘｊ１〜Ｘｊｎ）を２次元にマッピングする場合の構成を示す。
【００５４】
図９に示すように、自己組織化マップでは、入力データを入力する入力層と、入力データをマッピングする出力層の２つの層を備える。入力データ及びマッピング後のデータは、ノードとも呼ばれる。入力データを２次元にマッピングする場合には、出力層ではノードが２次元（例えば格子状）に配置される。即ち、出力層の各ノードの位置が、各カテゴリーの位置に対応する。
【００５５】
本実施形態では、入力層に入力される各データＸｊ１〜Ｘｊｎは、カテゴリーごとの運転データの各項目（図４）の代表値に相当する。入力層の各ノードは、出力層の各ノードと重み係数ｍｉ１〜ｍｉｎを介して接続されている。なお、図９では、図が煩雑になるのを避けるため、入力層の各入力データと出力層のｉ番目のノードとの接続関係のみを記載している。
【００５６】
次に、自己組織化マップのアルゴリズムについて説明する。自己組織化マップでは、次の３つのステップ（１）〜（３）により、ｎ次元のデータを出力層にマッピングする。
【００５７】
ステップ（１）
出力層における全てのノードの重み係数ベクトルｍｉの中から、入力データの重み係数ｍｉ１〜ｍｉｎに基づく重み係数ベクトルと最も類似している重み係数ベクトルｍｃを探し出し、そのノードを勝者とする。重み係数ベクトルは「参照ベクトル」とも呼ばれる。
ステップ（２）
勝者のノード及びその近傍のノードの重み係数ベクトルｍｉを、入力データの重み係数ｍｉ１〜ｍｉｎに基づく重み係数ベクトルに近くなるように更新する。
ステップ（３）
入力データが与えられる度にステップ（１）、（２）を繰り返す。
【００５８】
重み係数ベクトルｍｉｎの初期値は乱数を発生させて決定する。その後はステップ（１）〜（３）により、出力層において近くに配置されているノード同士は互いに類似の重み係数ベクトルを持つようになり、遠くに配置されているノード同士は互いに異なる重み係数ベクトルを持つようになる。したがって、入力層に入力したデータ（Ｘｊ１〜Ｘｊｎ）を、出力層の重み係数ベクトルが最も近いノードの位置に配置することで、ｎ次元のデータを２次元にマッピングすることができる。
【００５９】
なお、本実施形態では、分類結果表示処理部２０４におけるマッピング方法に自己組織化マップを採用したが、多次元データをマッピングする方法は、自己組織化マップに限定されるものでなく、例えば多次元尺度法などの別の手段を利用してもよい。多次元尺度法は、分類対象物間の類似度あるいは距離に変換可能な親近性データを、２次元あるいは３次元空間に配置する手法で、類似した分類対象物を近くに、そうでない分類対象物を遠くに配置する。
【００６０】
［２次元へのマッピング例］
図１０は、第１の実施形態に係るカテゴリー番号を２次元空間にマッピングした例を示す。
図１０の２次元空間６１に示された数字はカテゴリー番号であり、カテゴリー番号は各カテゴリーに含まれる運転データの各項目の代表値を元にマッピングされる。したがって、本図から、例えば３番のカテゴリーは、４番及び５番にも近いが、９番にも近いということがわかる。また、７番と８番のカテゴリーは、番号は近いが、空間（ユークリッド距離）上は大きく離れていることが分かる。
【００６１】
図８のフローチャートの説明に戻る。ステップＳ３において、分類結果表示処理部２０４は、ステップＳ２でマッピングした２次元のカテゴリー番号をＸ軸及びＹ軸からなるＸＹ平面に表し、評価指標計算部２０３で求めた評価指標の代表値をＺ軸に表した３次元グラフを作成する。作成した３次元グラフの例を図１１に示す。
【００６２】
［カテゴリー番号及び評価指標の３次元表示］
図１１は、第１の実施形態に係るカテゴリー番号と評価指標の関係を表す３次元グラフの例を示す。
【００６３】
Ｘ軸（第１の軸）とＹ軸（第２の軸）を含むＸＹ平面は、図１０に示したカテゴリーの類似度の関係をマッピングした例を示している。本実施形態では、ＸＹ平面は４×４のドットを有し、分類されたカテゴリーが１６点のドットのいずれかの上に描画されるようにしたが、この例に限らない。Ｚ軸（第３の軸）の評価指標は、製品の収率であり、本実施形態では０．９から１．０の間の値をとる。例えば、本実施形態に係るカテゴリー番号と評価指標の代表値の対応は以下のとおりである。なお以降の説明において、各カテゴリーの評価指標の代表値を「評価値」と記すことがある。
【００６４】
番号１；０．９７、番号２；０．９３、番号３；０．９２、番号４；０．９４、番号５；０．９２、番号６；０．９８、番号７；１．００、番号８；０．９１、番号９；１．００、番号１０；０．９９
【００６５】
図１１のような３次元グラフ６２により、カテゴリー（プラントの状態）間の関係が明確になるとともに、評価指標が高いカテゴリーの位置を可視化することができる。例えば、現在の運転データのカテゴリーが４番であるとき、１番、６番又は９番のカテゴリーになるようにプラントを操作すると評価指標が高くなり、逆に３番のカテゴリーの状態に近づくと評価指標が低下するということを、監視員は直観的に理解できる。
【００６６】
［第１の実施形態の効果］
上述の構成を備える第１の実施形態によれば、プラント１０の多次元の運転データの状態を分類したカテゴリー間の関係が明確となる。また、カテゴリーと評価指標の関係を組み合わせて表示できる。このため、監視員は、プラント１０の評価指標を向上させるための操作方法を容易に決定することができる。
【００６７】
例えば監視員は、図１１に示すカテゴリー番号と評価指標の関係を見て、現在のカテゴリーより評価指標が高いカテゴリー番号を操作部３１により選択する。制御装置３０は、操作部３１で受け付けたカテゴリー番号に基づいて、不図示の操作テーブルを参照し、プラント１０の各機器（例えば図３に示すバルブなど）の操作量、及び設定値（例えば流量）を決定する。
【００６８】
例えば不揮発性ストレージ５７に、不図示の操作テーブルが格納されており、その操作テーブルには、カテゴリー番号、操作量データ、設定値データなどの対応関係が登録されている。制御装置３０は、現在のカテゴリーの操作量データ及び設定値データと、選択されたカテゴリーの操作量データ及び設定値データを比較し、これら操作量データ及び設定値データの差分に基づいてプラント１０を操作する。
【００６９】
ここで、監視員が、図１１に示すカテゴリー番号と評価指標の関係を見て、現在のカテゴリーより評価指標が高いカテゴリーを選択する場合、現在の番号のカテゴリーから近い位置にあるカテゴリーの番号が選択されることが望ましい。現在のカテゴリーから近いカテゴリーを選択することで、プラント１０が現在の状態から近い状態へと遷移しつつプラント１０の評価指標が向上するので、効率の良い状態遷移が可能となる。
【００７０】
また、あるカテゴリー番号の近くに少しだけ評価値が大きい第１のカテゴリー番号と、あるカテゴリー番号から第１のカテゴリー番号よりも離れた位置に第１のカテゴリー番号よりも評価値の大きな第２のカテゴリー番号が存在すると想定する。この場合、監視員は、３次元グラフでカテゴリー番号と評価指標の関係を確認した上で、より離れた位置にある第２のカテゴリーを選択するという操作も可能である。
【００７１】
なお、図１１の３次元グラフ６２では、隣接するカテゴリー番号の評価値が連続している（繋がっている）が、柱状グラフを用いて評価指標の代表値を各カテゴリーの位置に合わせて離散的に表示してもよい。
【００７２】
図１１のように、線形補間など何らかの手段を用いて計算した値をカテゴリー間に追加して隣接するカテゴリーの評価値（離散値）を滑らかに繋いだ場合、カテゴリー間の評価値が連続的に表示されるため、カテゴリー間の評価値の関係がより分かりやすくなる。言い換えると、評価値の大きさ（山の高さ）に加えて斜面の角度も表示されることで、監視員は、より直感的にカテゴリー間の状態の違いを認識しやすくなる。
【００７３】
＜２．第２の実施形態＞
第２の実施形態は、プラント制御システム４０（図１）の分類結果表示処理部２０４が、各カテゴリー番号を２次元又は３次元にマッピングし、マッピングした各カテゴリーの色を評価指標の代表値に応じて変化させて表示する例である。以下では、分類結果表示処理部２０４の処理を中心に説明する。
【００７４】
図１２は、第２の実施形態に係る分類結果表示処理部２０４の処理を示すフローチャートである。
ステップＳ１１は、第１の実施形態のステップＳ１と同じであり、分類結果表示処理部２０４は、データ分類部２０２で分類された各カテゴリーに含まれる運転データを元に、カテゴリー毎に運転データ及び評価指標の代表値を計算する。
【００７５】
次にステップＳ１２において、ステップＳ１１で計算されたカテゴリー間の運転データの各項目の代表値の類似度に応じて、各カテゴリーに含まれる運転データの各項目の代表値を２次元（図１０の２次元空間６１）又は３次元にマッピングする。運転データの代表値をマッピングする方法として、第１の実施形態と同様に、自己組織化マップを用いる。
【００７６】
次に、ステップＳ１３において、ステップＳ１２でマッピングしたカテゴリー番号、又はカテゴリー番号を含む領域を評価指標の代表値に応じて色分けする。すなわち、第１の実施形態では、評価指標の代表値に応じてＺ座標の値を変更することによりカテゴリー番号と評価指標との関係を表示したが、第２の実施形態では、色の違いによって両者の関係を表示する。あるいは、濃淡によって両者の関係を表現してもよい。ここで、カテゴリー番号を３次元空間上にマッピングした例を図１３に示す。
【００７７】
［３次元へのマッピング例］
図１３は、第２の実施形態に係るカテゴリー番号を３次元空間にマッピングした例を示す。即ち、図１３は、図９において出力層のノードが３次元である例である。
図１３の３次元空間７１に示された数字はカテゴリー番号である。図１３のマッピング例と図１０のマッピング例は、同じ運転データを用いたものである。
【００７８】
図１３において、カテゴリー番号の大きさを変えてカテゴリー間の位置関係をさらに見やすく表現してもよい。例えばＸ軸、Ｙ軸及びＸ軸の原点に近いほどカテゴリー番号を小さく記載し、原点からより離れているほどカテゴリー番号を大きく記載するようにしてもよい。あるいは、カテゴリー番号を図１５のように円（球）で囲み、その円の直径の大きさで遠近を表現するようにしてもよい。また、カテゴリー番号を四角形や他の図形で囲んでもよい。
【００７９】
なお、多次元データを２次元空間にマッピングした場合と３次元空間にマッピングした場合とでは、一般に３次元空間にマッピングした場合の方がカテゴリー間の位置関係をより正確に表現できるという利点がある。ただし、カテゴリー番号の視認性は２次元の方がよい。例えば分類結果表示処理部２０４は、操作部３１からの指示に基づいて、３次元空間７１に対する視点を移動（３次元空間７１を回転）させることで、視認性を向上させることができる。
【００８０】
［２次元の色分け例］
図１４は、２次元にマッピングしたカテゴリー番号（図１０）に対して評価指標の代表値に応じて色を変化させた例を示す。図１４では、図面の制約により色の違いを濃淡で示している。
【００８１】
図１４に示す２次元グラフ７２において、色が薄いカテゴリー番号ほど評価指標が高く、色が濃いものほど評価指標が低い。図１４により、７番、９番及び１０番のカテゴリーの評価指標が最も高く、その次に１番及び６番のカテゴリーの評価指標が高く、次に２番及び４番のカテゴリーの評価指標が高く、３番、５番及び８番のカテゴリーの評価指標が最も低いことが読み取れる。
【００８２】
［３次元の色分け例］
図１５は、３次元にマッピングしたカテゴリー番号（図１３）に対して評価指標の代表値に応じて色を変化させた例を示す。
【００８３】
図１５に示す３次元グラフ７３において、図１４と同様に、色が薄いカテゴリー番号ほど評価指標が高く、色が濃いものほど評価指標が低い。そして図１４と同様に、９番及び１０番のカテゴリーの評価指標が最も高く、次に１番及び６番のカテゴリー、その次に２番及び４番のカテゴリーの評価指標が高く、３番、５番及び８番のカテゴリーの評価指標が最も低いことが読み取れる。
【００８４】
上述の構成を備える第２の実施形態によれば、カテゴリー番号（番号を囲った円又は球）に色又は濃淡を付けることで、図１１と同様にカテゴリー間の関係と評価指標が高いカテゴリーの位置を可視化することができる。それ故、監視員は、第１の実施形態と同様に、現在のプラント１０の状態から評価指標の値がより高い状態にプラント１０の状態を変更するための指針を決定することができる。
【００８５】
＜３．第３の実施形態＞
第３の実施形態は、２次元にマッピングしたカテゴリー番号と評価指標の関係を、評価指標の代表値に応じて等高線を用いてグラフ化した例である。
【００８６】
（第１例）
図１６は、第３の実施形態の第１例に係る、２次元にマッピングしたカテゴリー番号と評価指標の関係を、評価指標の代表値に応じて等高線を用いて示した例である。
【００８７】
図１６の２次元グラフ８１は、図１０に示した２次元空間６１のカテゴリーに対して、等高線を用いて評価指標の代表値を示したものである。この図１６からも、１番、７番及び１０番のカテゴリーの評価指標が高く、次に６番、９番のカテゴリーの評価指標が最も高く、次に２番、４番のカテゴリーの評価指標が高く、３番、５番及び８番のカテゴリーの評価指標が最も低い。
【００８８】
（第２例）
図１７は、第３の実施形態の第２例に係る、２次元にマッピングしたカテゴリー番号と評価指標の関係を、評価指標の代表値に応じて示した等高情報を用いて示した例である。本実施形態における等高情報は、同じ評価値を示す情報（色、濃淡）を含む。
【００８９】
図１７の２次元グラフ８２は、ある運転データを元に２次元空間にマッピングしたカテゴリー番号に対して、色（濃淡）により評価指標の等高を示している。図１７の表示形態は、色及び濃淡で評価指標の値の大きさを確認できるので、図１６の表示形態と比較して、瞬時に評価指標の値の大きさを判別しやすい。この図１７の２次元グラフ８２は、図１４の２次元グラフ８２の変形例とも言える。
【００９０】
＜４．第４の実施形態＞
第４の実施形態は、３次元表示のカテゴリー番号と評価指標の関係図（３次元グラフ）と２次元表示のカテゴリー番号と評価指標の関係図（２次元グラフ）とを、切り替え可能な構成とした例である。
【００９１】
図１８は、第４の実施形態に係るデータ表示処理装置２０Ａを含むプラント制御システム４０Ａの構成例を示す。
データ表示処理装置２０Ａの分類結果表示処理部２０４Ａは、操作部３１からの切替信号を受けて、３次元グラフ（第１表示画像２０５ａ）と２次元グラフ（第２表示画像２０５ｂ）とを切り替える。３次元グラフは、例えば図１１、図１５に示すグラフである。また、２次元グラフは、例えば図１４、図１６及び図１７に示すグラフである。
【００９２】
分類結果表示処理部２０４Ａは、プラント１０の稼働中に２次元グラフ及び３次元グラフを作成し、それぞれの画像データを内蔵のメモリ又は不揮発性ストレージ５７等に格納する。分類結果表示処理部２０４Ａは、初期設定のグラフの画像データを表示部２１に出力し、切替指示を受けると、他方のグラフの画像データに切り替えて表示部２１に出力する。
【００９３】
あるいは、分類結果表示処理部２０４Ａは、初期設定では２次元グラフ及び３次元グラフの一方を作成し、切替指示を受けると、他方のグラフを作成してその画像データを表示部２１に出力するようにしてもよい。
【００９４】
上述の構成を備える第４の実施形態によれば、分類結果表示処理部２０４Ａは、操作部３１からの指示に基づいて、２次元グラフと３次元グラフを切り替えることができる。既述したとおり、２次元空間と３次元空間とでは、３次元空間の方がよりカテゴリー間の位置関係を正確に表現できるが、カテゴリー番号の視認性は２次元の方がよい。したがって、監視員は、２次元グラフと３次元グラフを切り替えることで、視認性を向上させ、注目したいカテゴリー番号に関する情報を得ることができる。
【００９５】
＜５．第５の実施形態＞
第１〜第４の実施形態において、カテゴリー番号を２次元空間（図１０）にマッピングする際、２次元空間（出力層）の中心に位置するカテゴリー番号を特に指定していない。第５の実施形態では、注目したいカテゴリー番号（指定した又は現在のカテゴリー番号）が２次元空間の中心に位置するようにマッピングする。
【００９６】
例えば、図１０の２次元空間６１において、番号７に近い番号４及び番号９のカテゴリーについては、番号７のカテゴリーとの類似度の関係性が保たれる。しかし、番号７と番号１０のカテゴリーの関係は正確にはわからない。
【００９７】
図１９は、第５の実施形態に係る指定したカテゴリー番号を２次元空間の中心にマッピングした例を示す。図１９の例は、図１０と同じ運転データを元に、カテゴリー番号７が２次元空間９１の中心に位置するように指定した例である。
【００９８】
例えば、出力層（図９）の各次元の大きさ（長さ）を考慮し、特定のカテゴリー番号が各次元において真ん中に位置するように設定する。それにより、特定のカテゴリー番号を出力層の中心（中央）に配置しつつ各カテゴリー番号を類似度に応じた位置にマッピングすることができる。
【００９９】
カテゴリー番号７の近くにカテゴリー番号４及び番号９が位置し、カテゴリー番号７とカテゴリー番号４及び番号９との類似度が高いことがわかる。そして、カテゴリー番号１０は、図１０のマッピング例よりもカテゴリー番号７と類似性があることがわかる。
【０１００】
ところで、プラント１０が稼動している際に、プラント１０のデータが分類されるカテゴリーは変化していく。そこで、現在（もしくは直近）のプラント１０のデータが分類されたカテゴリーが２次元空間（出力層）の中心に位置するように、カテゴリー番号をマッピングしてもよい。
【０１０１】
このように、現在のプラント１０の状態が変化した場合に、最新のカテゴリーを基準としたマッピングデータ（カテゴリー間の関係）の画像データを作成／表示する。これにより、最新のカテゴリー間の関係が正確に表現される。それ故、現在のプラント１０のデータから分類したカテゴリー番号が２次元空間の中心に位置するように再表示されることで、現在の状態からどちらの状態にプラントを操作すべきかがより直感的に分かりやすくなる。
【０１０２】
なお、上記の第５の実施形態に係る概念を、３次元空間へのマッピングに適用することも可能である。
【０１０３】
＜６．その他＞
上述した第３の実施形態に係る第１例（図１６）において、カラーの等高線地図のように、同一の評価指標の代表値に該当する領域に色（濃淡）を付けて表示してもよい。これにより、カテゴリー間の評価指標の関係についての視認性がさらに向上する。
【０１０４】
また、第４の実施形態において２次元グラフと３次元グラフを切り替える構成としたが、３次元グラフ（図１１）と色（濃淡）付きのグラフ（図１４、図１５）を切り替える構成としてもよい。このように構成することにより、監視員の好みに応じたグラフを表示できるため、利便性が向上する。
【０１０５】
また、図２及び図１８のデータ表示処理装置２０，２０Ａは、評価指標計算部２０３を有しているがこの例に限らない。運転データデータベース２０１が各カテゴリーの評価指標の代表値を格納しており、運転データデータベース２０１に格納された評価指標の代表値を分類結果表示処理部２０４へ入力するようにしてもよい。あるいは、運転データデータベース２０１が各カテゴリーの評価指標の代表値を計算する機能を有していてもよい。
【０１０６】
また、図１及び図１８では、制御装置３０がプラント１０を監視及び制御する形態を説明したが、制御装置３０がシミュレーターを監視及び制御する構成としてもよい。
【０１０７】
さらに、本発明は上述した各実施形態例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、その他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。
【０１０８】
例えば、上述した実施形態例は本発明を分かりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細且つ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態例の構成の一部を他の実施形態例の構成に置き換えることは可能である。また、ある実施形態例の構成に他の実施形態例の構成を加えることも可能である。また、各実施形態例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
【０１０９】
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、又はＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
【０１１０】
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【０１１１】
また、本明細書において、時系列的な処理を記述する処理ステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）をも含むものである。
【符号の説明】
【０１１２】
１０…プラント、  ２０…データ表示処理装置、  ２１…表示部、  ３０…制御装置、  ３１…操作部、  ４０…プラント制御システム、  ５０…コンピューター、  ５１…ＣＰＵ、  ６１…２次元空間、  ６２…３次元グラフ、  ７１…３次元空間、  ７２…２次元グラフ、  ７３…３次元グラフ、  ８１…２次元グラフ、８２…２次元グラフ、  ９１…２次元平面、  ２０１…運転データデータベース、  ２０１ａ…運転データ、  ２０２…データ分類部、  ２０３…評価指標計算部、  ２０３ａ…評価指標データ、  ２０４…分類結果表示処理部、２０５ａ…第１表示画面、  ２０５ｂ…第２表示画面
【図１】
2018049314.tif 000003
【図２】
2018049314.tif 000004
【図３】
2018049314.tif 000005
【図４】
2018049314.tif 000006
【図５】
2018049314.tif 000007
【図６】
2018049314.tif 000008
【図７】
2018049314.tif 000009
【図８】
2018049314.tif 000010
【図９】
2018049314.tif 000011
【図１０】
2018049314.tif 000012
【図１１】
2018049314.tif 000013
【図１２】
2018049314.tif 000014
【図１３】
2018049314.tif 000015
【図１４】
2018049314.tif 000016
【図１５】
2018049314.tif 000017
【図１６】
2018049314.tif 000018
【図１７】
2018049314.tif 000019
【図１８】
2018049314.tif 000020
【図１９】
2018049314.tif 000021