(57)【要約】【課題】プラント内の情報を共有化することで、業務の効率化を図ることができるプラント解析システムを提供する。【解決手段】  保存手段は、受付手段を介して定義されたロジックを保存する。監視データ生成手段は、保存手段に保存された前記ロジックを用い、プラントから取得されるデータに基づいてキー情報をプラント監視用のデータとしてリアルタイムに生成する。解析データ生成手段は、前記保存手段に保存された前記ロジックを用い、履歴データ蓄積手段に蓄積された履歴データに基づいてキー情報を過去のプラント状態を解析するための解析用データとして生成する。【選択図】図１
2011141658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラントから取得されたデータに基づいてプラントの状態を解析するプラント解析システムにおいて、
プラントから取得されるデータに基づいてプラントの診断に用いるキー情報を生成するロジックの定義を受け付ける受付手段と、
前記受付手段を介して定義された前記ロジックを保存する保存手段と、
前記保存手段に保存された前記ロジックを用い、プラントから取得されるデータに基づいて前記キー情報をプラント監視用のデータとしてリアルタイムに生成する監視データ生成手段と、
前記生成手段により生成された前記プラント監視用のデータをリアルタイムに運転監視用の画面上に表示する監視データ表示手段と、
前記プラントから取得されるデータを履歴データとして蓄積する履歴データ蓄積手段と、
前記保存手段に保存された前記ロジックを用い、前記履歴データ蓄積手段に蓄積された前記履歴データに基づいて前記キー情報を過去のプラント状態を解析するための解析用データとして生成する解析データ生成手段と、
を備えることを特徴とするプラント解析システム。
【請求項２】
前記保存手段に保存された前記ロジックの内容を前記運転監視用の画面上に表示するロジック表示手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のプラント解析システム。
【請求項３】
前記ロジックはマハラノビス・タグチ法によるパターン認識を用いたものであることを特徴とする請求項１または２に記載のプラント解析システム。
【請求項４】
前記ロジックは周波数分離処理を含んだものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラント解析システム。
【請求項５】
前記受付手段は、前記運転監視用の画面を介して前記ロジックの定義を受け付けることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラント解析システム。
【請求項６】
前記受付手段を介するロジックの定義に際して、このロジックの定義に必要な情報群を、ユーザの視点ごとにまとめられた情報群として取得する情報取得手段を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のプラント解析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラントから取得されたデータに基づいてプラントの状態を解析するプラント解析システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
食品／飲料、化学製品、医薬品、石油、素材などを生産しているプロセス製造業においては、プラントを安定、安全に運転するためにプラントに従事する人々は、様々な場所から収集した様々な情報に基づいてプロセスの状態を把握し、製品の品質や納期等を管理している。
【０００３】
また、プラントの運転には多数の役割の人（例えば、製造課長、運転スタッフ、保全スタッフ、オペレータなど）が従事している。各役割の人はそれぞれ別々のツールを使って、それぞれ独自に情報を収集している。例えば、プラントのオペレータは、その日の生産指示書に従って、製品の出来を左右するプロセスデータのトレンドを監視している。製造課長は出来上がる製品の量が生産計画に達するかをトレンドで各にしている。製造課長は製造に携わる人の勤務状況をチャックしている。運転スタッフは製造の各工程の加工状態のトレンドをチャックしている。保全スタッフは設備の稼動状態のトレンドをチャックしている。
【０００４】
このように各役割の人が別々のツールを使用して作業しており、ツール間の関連性はない。そのため、現状ではそれぞれの役割に応じた操作情報や運転解析情報を、別の役割の人と共有することが困難となっている。
【０００５】
例えば、オペレータは生産指示書に従って製品の品質を左右するプロセスデータのトレンドの傾向等を監視する。また、製造課長は製品の製造量が生産計画に達するかをトレンドで確認するとともに、製造に携わる人の勤務状態をチェックする。一方、運転スタッフは製造の各工程の稼動状態のトレンドをチェックし、保全スタッフは設備の稼動状態のトレンドをチェックする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開    号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
世界的な競争の激化等により、製造現場では安定・安全な運転はもちろんのこと、効率的で付加価値の高い運転と、その永続的な改善が求められている。このため、製造現場のＫＰＩ（キー情報）として考慮すべき対象として、製品の品質のみではなく、生産性の向上とリードタイムの短縮が重視されてきている。また、製造現場では人員削減等に伴い、一人当たりの作業量が増加しているとともに、生産体系も変化しており、多品種少量生産を行うことが増えている。これにより様々な新たな問題も発生するようになり、限られた時間内で問題解決や品質向上を果たすことが困難になってきている。
【０００８】
このようなプラントにおける効率化の向上については、制御システムの提供側でもこれに対応する手段の開発を行ってきている。しかし、以下のような理由からさらなる開発が必要と考えられる。
【０００９】
まず、効率化に向けて、「人の判断」に基づく情報の利用に関する分野でのシステム化が進んでいない。例えば、分散型制御システムにおける運転監視や制御装置で取り扱うプロセスデータと、設備データとは別々の装置に収集・保存している。各役割の人は役割に応じて見たい情報が異なるため、別々の装置から作業に必要な情報をそれぞれ集める必要がある。リードタイム短縮のためには、各役割の人が複数の情報を必要としているが、その情報が別々の装置に保存されており、手作業により各装置から情報を集めなければならない。
【００１０】
また、各役割の人が別々に情報を集めて作業しているので、それぞれが行った操作情報や運転解析情報を別の役割の人との間で共有することが難しい。例えば、運転スタッフや保全スタッフが生産改善業務で解析した結果や対処情報を、オペレータが行う運転監視などの生産維持業務に迅速に反映することは困難である。またこれとは逆の方向として、オペレータが監視していて異常の発生に気付いた場合、その異常に関するデータや処理情報を生産改善業務側の運転スタッフや保全スタッフに渡すことも困難である。
【００１１】
このように、従来のシステムでは、各役割の人の作業間に連携やつながりがない。
【００１２】
本発明の目的は、プラント内の情報を共有化することで、業務の効率化を図ることができるプラント解析システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のプラント解析システムは、プラントから取得されたデータに基づいてプラントの状態を解析するプラント解析システムにおいて、プラントから取得されるデータに基づいてプラントの診断に用いるキー情報を生成するロジックの定義を受け付ける受付手段と、前記受付手段を介して定義された前記ロジックを保存する保存手段と、前記保存手段に保存された前記ロジックを用い、プラントから取得されるデータに基づいて前記キー情報をプラント監視用のデータとしてリアルタイムに生成する監視データ生成手段と、前記生成手段により生成された前記プラント監視用のデータをリアルタイムに運転監視用の画面上に表示する監視データ表示手段と、前記プラントから取得されるデータを履歴データとして蓄積する履歴データ蓄積手段と、前記保存手段に保存された前記ロジックを用い、前記履歴データ蓄積手段に蓄積された前記履歴データに基づいて前記キー情報を過去のプラント状態を解析するための解析用データとして生成する解析データ生成手段と、を備えることを特徴とする。
このプラント解析システムによれば、キー情報を生成するロジックを保存し、保存された前記ロジックを用い、プラントから取得されるデータに基づいて前記キー情報をプラント監視用のデータとしてリアルタイムに生成するとともに、保存された前記ロジックを用い、履歴データに基づいて前記キー情報を過去のプラント状態を解析するための解析用データとして生成するので、キー情報を介してプラント内の情報を共有化でき、業務の効率化を図ることができる。
【００１４】
前記保存手段に保存された前記ロジックの内容を前記運転監視用の画面上に表示するロジック表示手段を備えてもよい。
【００１５】
前記ロジックはマハラノビス・タグチ法によるパターン認識を用いたものであってもよい。
【００１６】
前記ロジックは周波数分離処理を含んだものであってもよい。
【００１７】
前記受付手段は、前記運転監視用の画面を介して前記ロジックの定義を受け付けてもよい。
【００１８】
前記受付手段を介するロジックの定義に際して、このロジックの定義に必要な情報群を、ユーザの視点ごとにまとめられた情報群として取得する情報取得手段を備えてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のプラント解析システムによれば、キー情報を生成するロジックを保存し、保存された前記ロジックを用い、プラントから取得されるデータに基づいて前記キー情報をプラント監視用のデータとしてリアルタイムに生成するとともに、保存された前記ロジックを用い、履歴データに基づいて前記キー情報を過去のプラント状態を解析するための解析用データとして生成するので、キー情報を介してプラント内の情報を共有化でき、業務の効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】一実施形態のプラント解析システムの構成を示すブロック図。
【図２】生産改善業務および生産維持業務の流れを示すフローチャート。
【図３】「製品ユニット」および「工程ユニット」の構成例を示す図。
【図４】生産維持業務および生産改善業務の流れを示すフローチャート。
【図５】表示画面例を示す図であり、（ａ）は解析結果表示画面を、（ｂ）はＫＰＩ演算定義画面を、（ｃ）はＭＴ解析定義画面を、（ｄ）はステータス変換定義画面を、それぞれ示す図である。
【図６】ソフトセンサのデータ構成と画面表示との対応関係を示す図。
【図７】履歴データの周波数分離処理を行う際の画面表示例を示す図。
【図８】ＭＴ法の利点を示す図であり、（ａ）はマハラノビス距離によりステータスを判定する例を示す図、（ｂ）は各タグの生データを表示する例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明によるプラント解析システムを分散型制御システムに適用した実施形態について説明する。
【００２２】
図１は、本実施形態のプラント解析システムの構成を示すブロック図である。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態のプラント解析システムは、プラントにおける過去の運転状況を解析・診断するための解析用端末装置１と、プラント各部に分散配置されたフィールドコントローラを介して、プラントの運転状況をリアルタイムに監視・制御するための運転監視用端末装置２と、各種データを格納するデータ格納装置３と、後述するソフトセンサを格納するソフトセンサ格納装置４と、を備える。
【００２４】
データ格納装置３に格納されるデータには、プラントから得られたプロセスデータ、プロセスアラームデータや運転監視用端末装置２による運転の内容を示す運転操作情報等の履歴データ、プラントの設備に関する情報である設備データ、プラントの設備についての設備台帳情報、プラントで実施されるプロセスに関する工程管理情報、プラントで必要な作業に関する作業管理情報、プラントにおける生産に関する生産管理情報等が含まれる。
【００２５】
図１に示すように、解析用端末装置１、運転監視用端末装置２、データ格納装置３およびソフトセンサ格納装置４は通信回線５を介して互いに接続される。なお、これらの装置の接続状態やこれらの装置間の通信方式は任意である。
【００２６】
解析用端末装置１には、プラントにおける過去の運転状況を解析・診断するための機能が設けられている。以下、各機能について説明する。
【００２７】
（データリンク機能）
データリンク機能はデータリンク部１１により与えられる。データリンク機能はデータ格納装置３、その他の部位に格納された複数のデータソースから解析・診断に必要な情報を収集する機能である。収集の対象となる情報には、データ格納装置３に格納された履歴データ、設備データ、設備台帳情報、工程管理情報、作業管理情報、生産管理情報が含まれる。また、上記履歴データには、プロセスデータ、プロセスアラーム、運転操作情報が含まれる。履歴データは時刻が対応付けられた時系列データとして、データ格納装置３に格納される。
【００２８】
（情報ユニット化機能）
情報ユニット化機能は情報ユニット化部１２により与えられる。情報ユニット化機能は、設備や工程など、使用者により指定された任意の視点で情報を束ねるとともに、束ねた情報を１つの情報群として提示する機能である。ここでは、特定の視点で束ねた１つの情報群を「ユニット」と呼ぶ。複数のユニットを作ることができ、情報を様々な視点（見方）で束ね、それを提示することができる。
【００２９】
（キー情報化機能）
キー情報化機能はキー情報化部１３により与えられる。キー情報化機能は、「ユニット」として束ねた情報群をもとに、プラントの診断・判断に用いるキー情報（ＫＰＩ）を作成するためのロジックや処理方法を定義する機能である。情報群をキー情報に変換する変換方法、あるいは変換のための処理としては、以下のものがある。これらを適宜組み合わせてロジック等を定義することもできる。
（１）「データの移動平均」や「生データと移動平均の差分」を利用した周波数分離処理
（２）四則演算や論理演算を利用した変換処理
（３）平均、最大値、最小値などの統計処理を使用した変換処理
（４）重回帰分析などの多変数解析
（５）マハラノビダス・タグチ法（ＭＴ法）などのパターン認識処理
（６）上記（１）〜（５）により得られた演算結果に基づいて、診断を行う処理；例えば、演算値が５０以上の場合は正常（品質が合格）、５０未満の場合には異常（品質が不合格）など
【００３０】
（診断・判断機能）
診断・判断機能は診断・判断部１４により与えられる。診断・判断機能は、キー情報化機能により定義されたロジックや処理方法を使用して診断処理を実行し、問題発見や原因解析を行う機能である。診断処理としては以下のものがある。
（１）複数のトレンド（プロセスデータの履歴データ値）の重ね合わせ表示によるトレンド間の比較
（２）相関図によるアイテム間の関係の解析
（３）品質管理のための各種方法（ヒストグラム、パレート図、チェックシート、管理図、特性要因図、層別法、散布図など）を用いた調査
【００３１】
（画面表示機能）
画面表示機能は画面表示部１５により与えられる。画面表示機能は、情報ユニット化機能により定義されたユニットの画面表示、診断・判断機能による診断結果や判断結果の画面表示等を行う機能である。また、画面表示機能は後述するソフトセンサのロジックや処理方法を表示する機能を含んでいる。
【００３２】
（ソフトセンサ作成機能）
ソフトセンサ作成機能はソフトセンサ作成部１６により与えられる。ソフトセンサ作成機能は、キー情報化機能により定義されたロジックや処理方法を「ソフトセンサ」という１つのまとまりとして生成、登録する機能である。ソフトセンサはキー情報化機能により定義されたロジックや処理方法と同様、複数生成される。また、生成されたソフトセンサのロジックや処理方法を画面表示機能により画面表示することができ、そのロジックや処理方法を確認することができる。生成されたソフトセンサは、ソフトセンサ格納装置４に格納される。
【００３３】
（ソフトセンサ取込機能）
ソフトセンサ取込機能はソフトセンサ取込部１７により与えられる。ソフトセンサ取込機能は、ソフトセンサ格納装置４に格納されたソフトセンサを取り込む機能である。ソフトセンサ取込機能により取り込まれるソフトセンサは、解析用端末装置１において作成されたものに限られず、運転監視用端末装置２で作成されたものも含まれる。取り込まれたソフトセンサに対しては、画面上への表示等によりそのロジックや処理方法を確認することができる。また、取り込まれたソフトセンサのロジックや処理方法を診断・判断機能により動作させることができる。例えば、データ格納装置３に格納された履歴データに対し、ソフトセンサのロジックや処理方法を診断・判断機能により動作させることで、過去に起きた問題等を解析用端末装置１において再現することができる。
【００３４】
次に、運転監視用端末装置２は、プラントの運転状況をリアルタイムに監視・制御するための装置である。
【００３５】
本実施形態のプラント解析システムでは、プラントの運転状況を監視・制御する機能のみならず、運転監視用端末装置２は上記解析用端末装置１と同様の機能を備えている。図１に示すように、運転監視用端末装置２は、上記データリンク機能を有するデータリンク部２１、上記情報ユニット化機能を有する情報ユニット化部２２、上記キー情報化機能を有するキー情報化部２３、上記診断・判断機能を有する診断・判断部２４、上記画面表示機能を有する画面表示部２５、上記ソフトセンサ作成機能を有するソフトセンサ作成部２６、上記ソフトセンサ取込機能を有するソフトセンサ取込部２７を、それぞれ具備する。
【００３６】
運転監視用端末装置２のソフトセンサ取込機能により取り込まれるソフトセンサは、運転監視用端末装置２において作成されたものに限られず、解析用端末装置１で作成されたものも含まれる。取り込まれたソフトセンサに対しては、画面上への表示等によりそのロジックや処理方法を確認することができる。また、運転監視用端末装置２がプラントからリアルタイムで取得したプロセスデータ等のデータに対し、取り込まれたソフトセンサのロジックや処理方法を診断・判断機能により動作させることで、オンライン解析を行うことができる。さらに、データ格納装置３に格納された履歴データを使用して、過去に起きた問題等を運転監視用端末装置２において再現することもできる。
【００３７】
次に、本実施形態のプラント解析システムの利用形態（利用形態１および利用形態２）について説明する。
【００３８】
（利用形態１）
本実施形態のプラント解析システムでは、生産改善業務において、なんらかの問題に対する原因調査およびその問題の発見が可能となる診断処理の作成を行った場合、その成果を生産維持活動の側へ反映させることができる。
【００３９】
図２は、この利用形態における生産改善業務および生産維持業務の流れを示すフローチャートである。
【００４０】
図２のステップＳ１〜ステップＳ６は、生産改善業務の流れを示しており、生産改善業務は解析用端末装置１を用いて行われる。
【００４１】
図２のステップＳ１では、問題が発生した際に、運転スタッフや保全ステップ等の改善業務担当者がデータ格納装置３から解析用端末装置１に履歴データ等の必要な情報を収集する。ここでは、解析用端末装置１のデータリンク機能により、履歴データ、設備データ、設備台帳情報、工程管理情報、作業管理情報、生産管理情報などから必要な情報が収集される。
【００４２】
次に、ステップＳ２では、改善業務担当者は、収集された情報を用いてユーザが見たい視点に即した情報の束である「ユニット」を作成する。ここでは、解析用端末装置１の情報ユニット化機能を用いて、製品、工程、設備など様々な視点で、必要な情報の切り出しを行う。
【００４３】
図３は、「製品ユニット」および「工程ユニット」の構成例を示す図である。
【００４４】
製品ユニットはプラントで生産される製品に着目し、原料から製品になるまでの各段階において関連するデータを束ねた情報の集合である。図３に示す例では、製品に関するデータが、製品の属性を示す「プロパティ」、製品に関するイメージファイルを示す「ファイル」、製品に関する状態を示す「ステータス」に分類されて格納される。また、製品ユニットに従った表示画面からの展開により参照可能なユニットとして、原料ユニット、工程ユニットおよび環境ユニットが指定されている。
【００４５】
工程ユニットは製品を製造する工程に着目し、各工程の関係や関連するデータを束ねた情報の集合である。図３に示す例では、工程に関するデータが、工程の属性を示す「プロパティ」、製造のフローに関するデータを示す「フロー」等に分類されて格納される。また、工程ユニットに従った表示画面からの展開によって参照可能なユニットとして、人ユニットおよび装置ユニットが指定されている。
【００４６】
次に、ステップＳ３では、改善業務担当者は、ユニット化された情報から、ユーザが診断・判断するためのキー情報を生成するためのロジックや処理方法を定義する。ここでは、解析用端末装置１のキー情報化機能が用いられる。
【００４７】
次に、ステップＳ４では、改善業務担当者は解析用端末装置１の診断・判断機能を用いて、ステップＳ３で定義されたロジックや処理方法により、ユニット化された情報をキー情報に変換し、問題発見や異常の原因調査を試みる。この結果、問題発見や異常の原因調査などが可能であれば、ステップＳ５の判断が肯定され、ステップＳ６へ進む。ステップＳ５の判断が否定されればステップＳ３へ戻り、キー情報を生成するためのロジックや処理方法の検討が繰り返される。
【００４８】
ステップＳ６では、改善業務担当者はステップＳ４で定義されたロジックや処理方法をソフトセンサ化し、このソフトセンサをソフトセンサ格納装置４に格納し、処理を終了する。ここでは、解析用端末装置１のソフトセンサ作成機能が用いられる。
【００４９】
図２のステップＳ１１〜ステップＳ１２は、生産維持業務の流れを示しており、生産維持業務は運転監視用端末装置２を用いて行われる。
【００５０】
図２のステップＳ１１では、維持業務担当者は、ステップＳ６において格納されたソフトセンサをソフトセンサ格納装置４から取得する。この処理は運転監視用端末装置２のソフトセンサ取り込み機能を用いて行われる。
【００５１】
次に、ステップＳ１２では、維持業務担当者は、ステップＳ１１で取り込まれたソフトセンサを使用する。
【００５２】
ここでは、例えば、運転監視用端末装置２のキー情報化機能を用いて、ソフトセンサにより現在のプラントデータをリアルタイムにキー情報に変換することができる。これにより、プラントの状況をリアルタイムに数値化することができるため、例えば運転監視用端末装置２の画面表示機能を介してプラントの状況をグラフィック表示させることができる。また、異常／正常を区別するようなロジックであれば、現在の状況が異常／正常のいずれに属するかをリアルタイムに把握することも可能となる。したがって、ソフトセンサによる解析結果をプラントの監視・制御に有効に活用できる。
【００５３】
さらに、ソフトセンサのロジックや処理方法自体を運転監視用端末装置２に画面表示させることもでき、維持業務担当者がロジックや処理方法を把握することもできる。このため、ソフトセンサを介し、改善業務担当者と維持業務担当者との間で、プラントの解析に関する情報、例えば、解析の手順などを広く共有することが可能となる。
【００５４】
（利用形態２）
本実施形態のプラント解析システムでは、運転監視用端末装置２による監視・制御に問題があった場合、生産改善業務の側で、問題発生時時の過去のデータを解析用端末装置１に取り込み、問題発生時の状況を再現させて問題を調査することができる。
【００５５】
図４は、この利用形態における生産維持業務および生産改善業務の流れを示すフローチャートである。
【００５６】
図４のステップＳ２１〜ステップＳ２６は、生産維持業務の流れを示しており、生産維持業務は運転監視用端末装置２を用いて行われる。
【００５７】
図４のステップＳ２１では、オペレータなどの維持業務担当者は運転監視を行うために、プラントのデータソースからリアルタイムに情報を収集する。ここでは、運転監視用端末装置２のデータリンク機能が用いられる。
【００５８】
次に、ステップＳ２２では、維持業務担当者は、収集された情報を用いてユーザが見たい視点に即した情報の束である「ユニット」を作成する。ここでは、運転監視用端末装置２の情報ユニット化機能を用いて、製品、工程、設備など様々な視点で、必要な情報の切り出しを行う。
【００５９】
次に、ステップＳ２３では、維持業務担当者は、ユニット化された情報から、ユーザが診断・判断するためのキー情報を生成するためのロジックや処理方法を定義する。ここでは、運転監視用端末装置２のキー情報化機能が用いられる。
【００６０】
次に、ステップＳ２４では、維持業務担当者は運転監視用端末装置２の診断・判断機能を用いてリアルタイムでの診断・判断を行う。ここでは、ステップＳ２３で定義されたロジックや処理方法により、ユニット化された情報をリアルタイムでキー情報に変換し、維持業務担当者はキー情報に基づいて診断・判断を行う。
【００６１】
このように、ステップＳ２１〜ステップＳ２４の作業を繰り返すことにより、維持業務担当者はキー情報に基づいてリアルタイムにプラントの運転監視を行うことができる。
【００６２】
生産維持業務において問題が生じた場合、維持業務担当者は、例えば、改善業務担当者からの依頼を受けて、図４のステップＳ２５の作業を行う。
【００６３】
ステップＳ２５では、問題発生時の状況を改善業務担当者が解析できるようにするため、維持業務担当者は運転監視用端末装置２のソフトセンサ作成機能を用いて、問題発生時にキー情報を生成するために使用していたロジックや処理方法をソフトセンサ化する。作成されたソフトセンサはソフトセンサ格納装置４に格納される。
【００６４】
ステップＳ３１〜ステップＳ３２は、ステップＳ２５で作成、格納されたソフトセンサを用いて、改善業務担当者が行う作業を示している。この作業は解析用端末装置１を用いて行われる。
【００６５】
ステップＳ３１では、改善業務担当者は、ステップＳ２５において格納されたソフトセンサをソフトセンサ格納装置４から取得する。この処理は解析用端末装置１のソフトセンサ取り込み機能を用いて行われる。
【００６６】
次に、ステップＳ３２では、改善業務担当者は、解析用端末装置１の診断・判断機能を用いて、ステップＳ３１において取得されたソフトセンサのロジックや処理方法によるキー情報への変換処理を確認することができる。ここでは、例えば、問題発生時における履歴データをデータ格納装置３から取得し、履歴データに基づくキー情報への変換を行うことで、問題発生時の状況を再現することもできる。これにより、ロジックや処理方法に存在する問題点などを解析することができる。
【００６７】
また、ステップＳ１〜ステップＳ６（図２）の作業を行うことにより、当該問題の発見や原因解析等に必要なロジックや処理方法を新たに作成することができる。この場合、作成されたロジックや処理方法をソフトセンサとしてソフトセンサ格納装置４に格納することができる。ソフトセンサ格納装置４に格納されたソフトセンサは、上記のように生産維持業務において、運転監視用端末装置２に取り込んで利用することもできる。
【００６８】
このように、ソフトセンサを介して情報を共有化することにより、生産維持業務において問題が生じた場合、その時の状況を生産改善業務の側において再現し、解析することが可能となる。また、生産改善業務の側において問題の発見や原因解析等に必要なロジックや処理方法を新たに作成し、それをソフトセンサとして登録することができる。
【００６９】
以上のように、本実施形態のプラント解析システムによれば、ソフトセンサを介して生産改善業務と生産維持業務との間で双方向にプラントの解析に関する情報を授受し合うことができるので、両業務のリードタイムを短縮できる。
【００７０】
例えば、これまで別々のツールを使用して連携できなかった問題を連携して解決することが可能となる。また、連携がないために、両業務において同じ処理を個々に構築するなどの作業が必要となっていたが、そのような作業の無駄な重複を解消することができる。
【００７１】
また、本実施形態のプラント解析システムによれば、ソフトセンサ格納装置４に生産維持業務および生産改善業務の情報を蓄積でき、これらを共有の情報として生産維持活動と生産改善業務の両方で自由に使用することができる。
【００７２】
例えば、生産維持活動と生産改善活動においてそれぞれ獲得された診断・判断のためのノウハウをソフトセンサとして蓄積し、これを共有の情報として利用できる。また、ノウハウの蓄積により、例えば、運転の上手なオペレータの運転方法を、キー情報を介して客観化できるので、ノウハウを運転の支援情報として有効に利用できる。
【００７３】
さらに、「ユニット」を用いて情報の視点を自由に選択できるため、同じシステムを生産活動の様々な用途に使用することができる。
【００７４】
一般に、プラント運転には様々な役割の人（製造課長、運転スタッフ、保全スタッフ、オペレータなど）が従事しており、役割に応じて、「設備」、「工程」、「品質」、「人」、「原料／エネルギー」などの視点で監視や解析を行っている。本実施形態のプラント解析システムでは、ユーザが望む視点に従って情報をユニット化できるため、多様な用途に対応できる（図３）。
【００７５】
例えば、「工程」視点の場合には、解析用端末装置１により「工程」の解析を行うことができ、また、運転監視用端末装置２において「工程」に関する情報をリアルタイムに監視することができる。
【００７６】
「工程ユニット」は、解析用端末装置１または運転監視用端末装置２において、複数のデータソースから工程にかかわる情報を登録することで作成される。改善業務担当者は、「工程ユニット」に含まれる情報を用いて工程に関する問題の解析を行うことができる。例えば、過去の工程に関する情報と問題が発生している工程に関する情報とを比較して原因調査等を行うことができる。解析に使用されたロジックや処理方法はソフトセンサの形態でソフトセンサ格納装置４に格納される。
【００７７】
一方、維持業務担当者は、このソフトセンサを用いることにより、生データだけでなく、工程に関する加工情報のリアルタイム監視を行うことができる。
【００７８】
また、例えば、「設備」視点の場合には、解析用端末装置１により「設備」の解析を行うことができ、また、運転監視用端末装置２において「設備」に関する情報、例えば設備傾向情報をリアルタイムに監視することができる。
【００７９】
「設備ユニット」は、解析用端末装置１または運転監視用端末装置２において、複数のデータソースから工程にかかわる情報を登録することで作成される。生産改善業務側の保全スタッフは、「設備ユニット」に含まれる情報を用いて設備傾向情報に関する問題の解析を行うことができる。例えば、昨年と今年の設備傾向の違いを見るなど、設備の長期的傾向を比較して劣化の原因調査等をすることができる。
【００８０】
一方、生産維持業務側の保全スタッフは、運転監視用端末装置２を介し、「設備ユニット」に含まれる情報を用いて比較的短期的な設備の状況変化等を監視することができる。また、現在の設備の状態を確認し、あるいは設備の使用状況やパフォーマンス状況を監視できる。
【００８１】
このように、「ユニット」の概念を用いて「設備」や「工程」などの視点を切り替えることで、生産活動に伴う、複数のそれぞれの用途に応じた情報への効率的なアクセスが可能となる。
【００８２】
なお、「工程ユニット」および「設備ユニット」など各ユニットの情報を、それぞれ格納する別々の格納装置を設け、ユニット毎にシステムを分離する構成としてもよい。
【００８３】
また、本実施形態のプラント解析システムによれば、オペレータの運転方法を共有化することもできる。
【００８４】
一般に、生産現場では運転の上手な熟練オペレータの運転方法や技術を継承できる仕組みが要望されている。現状では、オペレータは運転ノウハウを個々に把握しており、例えば本人の退職によりノウハウの継承ができなくなる。
【００８５】
これに対し、本実施形態のプラント解析システムによれば、運転監視用端末装置２のソフトセンサ作成機能を用いることで、運転の上手なオペレータが運転状態を判断するためのロジックや処理方法をソフトセンサとして保存することができる。そのソフトセンサを運転監視用端末装置２に取り込んで使用することで、他のオペレータも同様の運転を行うことが可能となる。また、ソフトセンサとして保存されたロジックや処理方法自体を参照することにより、操作内容、操作量、プロセスデータなどとの関係で具体的な運転ノウハウを直接的に把握することもできる。またこのようなソフトセンサを用いることで、例えば、本システムを新人オペレータに対するナビゲーションシステムとして使用することもできる。
【００８６】
また、本実施形態のプラント解析システムによれば、過去の運転情報を有効に利用することが可能となる。
【００８７】
生産現場では同一品種の製品を生産する場合が多い。しかし、季節に伴う現場環境の変動などの影響のため、一定の品質を維持するために、日々、操作方法や操作量に多少の相違が生じる。現状ではこのような運転情報のデータ化はされておらず、運転情報を有効に活用できていない。また、運転監視中に問題となる傾向を認識した場合、熟練オペレータであれば問題が発生する前に事前処置をすることが多いが、そのような場合の運転情報もデータ化されていない。
【００８８】
これに対し、本実施形態のプラント解析システムによれば、日々の運転における運転状態を判断するためのロジックや処理方法をソフトセンサとして保存し、いつでも使用、参照することが可能となる。現在の運転状況が過去の運転状況に類似する場合、当該過去の運転状況で使用したロジックや処理方法を使用することで、ソフトセンサを有効な運転支援情報として利用できる。また、現在の運転状況が、過去の問題発生時の状況に類似する場合、例えば、生産改善業務の側でこのソフトセンサを用いて今後のトレンド変化を予測することもできる。予測結果が不安定な傾向を示す場合には、生産維持業務担当者に連絡するなどの対処も可能となる。
【００８９】
上記のように、本実施形態のプラント解析システムでは、プラントの状況を解析するパターン認識技術としてマハラノビス・タグチ法（ＭＴ法）を適用することができる。ＭＴ法は多次元情報からパターンを認識する情報処理技術であり、ＭＴ法により、正常状態との相違を検知し、相違する場合に原因がどこにあるかを特定することができる。これにより、設備・機器が正常に稼動しているかどうか、あるいは現在の状況が、これまで正常とされてきた状態に対してどの程度同じ状態と看做せるのかなどの情報を得ることができる。なお、ＭＴ法をプラント運転の解析に適用する技術は、特開＊＊＊＊−＊＊＊＊＊＊号公報等に開示されている。
【００９０】
プラントの状況を解析するパターン認識技術としてマハラノビス・タグチ法（ＭＴ法）を適用した場合には、生産改善業務においてＭＴ法を用いたオフライン解析を行い、異常等を検出できる条件やロジックが作成できた場合に、その条件やロジックを生産維持業務における監視ロジックとしてオンライン解析に使用することが可能となる。以下、その場合の作業手順（手順１〜４）について説明する。
【００９１】
（手順１）  生産改善業務において、運転スタッフは履歴データに基づき解析用端末装置２を用いてＭＴ法による解析を試行する。履歴データに基づいて様々な条件下でＭＴ法による解析を行い、異常の原因等を特定することができる解析条件を探し出す。
【００９２】
（手順２）  異常の原因等を判別できるような解析条件が見出された場合には、その解析条件をソフトセンサとしてソフトセンサ格納装置４に保存する。また、この場合、運転スタッフは、例えば製造課長に原因調査の結果を報告するとともに、今後の対策として、異常の解析に利用できるソフトセンサが作成された旨を、生産維持業務を担当するオペレータに連絡する。
【００９３】
（手順３）  必要な場合には、オペレータは上記ソフトセンサをソフトセンサ格納装置４から運転監視用端末装置２に取り込む。また取り込まれたソフトセンサの解析条件を、運転監視用端末装置２による監視処理に組み込み、必要なパラメータ設定や監視周期の設定等を行う。
【００９４】
（手順４）  解析条件を組み込んだ後、運転監視用端末装置２による監視処理を動作させると、生産改善業務において作成された解析条件に従った解析内容がそのままオンライン解析に反映される。このため、オペレータは上記異常についての監視を運転監視用端末装置２の画面上で行うことが可能となる。この場合、ＭＴ法による解析結果は、現在の状況と異常な状態との類似性を示すことになるため、異常発生の予兆を比較的早い段階から予知することが可能となり、迅速かつ的確な対処が可能となる。
【００９５】
このように、ＭＴ法を使用することにより、異常が発生する直前ではなく、複数データ間のバランスが崩れてくる予兆の段階を捉えることができ、例えば、異常が発生する数時間前にこれを検知できる可能性もある。検知タイミングが早いほどオペレータが対応できる時間的余裕も生まれ、異常を未然に防止しやすくなる。また、ＭＴ法を適用することにより、解析にかかるリードタイムを短縮するだけでなく、品質維持や生産性向上を図ることができる。
【００９６】
次に、図５〜図８を参照して、本実施形態のプラント解析システムにおける解析で使用されるロジックないしソフトセンサの内容等について、解析用端末装置１および運転監視用端末装置２における画面表示等に即して説明する。これらの画面表示は解析用端末装置１および運転監視用端末装置２の画面表示機能に基づくものである。
【００９７】
図５（ａ）は解析用端末装置１または運転監視用端末装置２に画面表示される解析結果表示画面を例示したものである。
【００９８】
図５（ａ）の例では、解析結果表示画面５１に領域５１ａ〜５１ｅが設けられている。領域５１ａには所定のプロセスデータ（ＴＡＧ１）の値の履歴が、領域５１ｂには所定のプロセスアラームの発生履歴が、領域５１ｃには演算式を用いて定義されたキー情報（ＫＰＩ）の履歴が、領域５１ｄには所定の定義に従ったＭＴ法による解析結果が、領域５１ｅには所定の定義に従うステータスの履歴が、それぞれ表示される。領域５１ａ〜５１ｅの表示は、横軸を共通の時刻とするグラフィック表示により、それぞれの履歴や解析結果等を示している。領域５１ｄに表示されるＭＴ法による解析結果および領域５１ｅに表示されるステータスも、それぞれキー情報（ＫＰＩ）ないしその履歴に相当する。
【００９９】
領域５１ａに表示されるプロセスデータの値の履歴および領域５１ｂに表示されるプロセスアラームの発生履歴は、それぞれ解析用端末装置１または運転監視用端末装置２のデータリンク機能により、データ格納装置３等から取得される。
【０１００】
図５（ｂ）は、領域５１ｃに表示されるキー情報（ＫＰＩ）の演算式を定義するためのＫＰＩ演算定義画面５２ｃを示している。ユーザは解析用端末装置１および運転監視用端末装置２を介してＫＰＩ演算定義画面５２ｃによりキー情報（ＫＰＩ）の演算式を定義することができる。また、この定義内容はソフトセンサの情報の一部を構成し、ソフトセンサ格納部４に格納される。
【０１０１】
図５（ｃ）は、領域５１ｄに表示されるＭＴ法による解析方法を定義するためのＭＴ解析定義画面５２ｄを示している。ユーザは解析用端末装置１および運転監視用端末装置２を介してＭＴ解析定義画面５２ｄによりＭＴ法による解析方法を定義することができる。また、この定義内容はソフトセンサの情報の一部を構成し、ソフトセンサ格納部４に格納される。
【０１０２】
図５（ｄ）は、領域５１ｅに表示されるステータスの内容を定義するためのステータス変換定義画面５２ｅを示している。ユーザは解析用端末装置１および運転監視用端末装置２を介してステータス変換定義画面５２ｅによりステータスの内容を定義することができる。図５（ｄ）の例では、ＭＴ解析定義画面５２ｄ（図５（ｃ））による定義に従って解析されたＭＴ法による解析結果を、ステータス（正常／異常）に反映するように定義している。この定義内容はソフトセンサの情報の一部を構成し、ソフトセンサ格納部４に格納される。
【０１０３】
図５（ｂ）〜図５（ｄ）に示す定義画面を用いて定義された定義内容はソフトセンサとして登録（ソフトセンサ格納装置４に保存）される。また登録されたソフトセンサを取り込むことにより、解析用端末装置１および運転監視用端末装置２において、それらの定義内容を使用した図５（ａ）に相当する形態の画面を表示させ、プラント解析に使用することができる。また、登録されたソフトセンサを取り込むことにより、解析用端末装置１および運転監視用端末装置２の画面上にその定義内容自体を示す画面、すなわち、図５（ｂ）〜図５（ｄ）に示す定義画面、あるいは定義画面と同等の内容を表示する画面を表示させることもできる。これにより、ソフトセンサとして登録された、解析のためのロジック等を自由に参照することが可能となる。
【０１０４】
図５（ａ）の例では、ステータス（正常／異常）の判定にＭＴ法による解析結果を用いている。このような解析ロジックないし処理方法が有効であることが認められた時点で、解析用端末装置１または運転監視用端末装置２を介し、この解析ロジック等をソフトセンサとして登録することができる。上記のように、解析ロジックないし処理方法が有効であると認められる場面は、生産改善業務および生産維持業務のいずれかに限定される必要はなく、また、一旦登録されたソフトセンサを利用する場面も、生産改善業務および生産維持業務のいずれかに限定されない。生産改善業務の側で登録したソフトセンサを生産維持業務の場面で利用することができ、またその逆も可能である。このようにソフトセンサを双方向に登録、利用可能とすることで、プラント解析に関する情報の共有化を図ることができる。
【０１０５】
図６は、ソフトセンサのデータ構成と、画面表示との対応関係を示す図である。
【０１０６】
図６に示すように、ソフトセンサは解析に使用されるデータ名の一覧と、それらデータに含まれるキー情報の定義と、データと定義ファイルのリンク情報であるセンサ管理情報とを含んで構成される。図６の例では、解析結果表示画面５１に対応する場合が示されており、データ名の一覧は領域５１ａ〜領域５１ｅに表示されるデータに対応し、キー情報の定義は図５（ｂ）〜図５（ｄ）に示す定義画面における定義内容に対応している。このようなソフトセンサの内容（データ名の一覧およびキー情報の定義）を解析用端末装置１または運転監視用端末装置２の画面上に表示させることにより、上記のように、解析ロジックないし処理方法を直接的に把握することができる。
【０１０７】
図７は、「データの移動平均」を用いて履歴データの周波数分離処理を行う際の画面表示例を示している。上記のように、周波数分離処理は、ロジック等を定義する際の一手法として用いられる。
【０１０８】
図７の例では、元データがトレンドグラフ画面５３として示され、このデータの移動平均（低周波領域）がトレンドグラフ画面５３Ａとして示されている。また、元データと移動平均との差分（高周波領域）がトレンドグラフ画面５３Ｂとして示されている。このような処理により得られたデータを用いてキー情報を定義することができる。例えば、低周波領域のデータを用いてステータスを定義することにより、過渡的な挙動に起因する異常発生の誤検知などを防止できる。また、周波数分離処理は、履歴データなどの元データのみならず、時刻の関数の形態をとるキー情報に対して広く施すこともできる。
【０１０９】
図８は、本実施形態においてキー情報（ＫＰＩ）を作成するためのロジックの１つとして挙げられるＭＴ法の利点を示す図である。図８（ａ）は各タグ（プロセスデータ）におけるマハラノビス距離によりステータスを判定する例を示している。このマハラノビス距離は、解析対象となるデータ群と、正常と判断される履歴データ群との間の距離を示すものであり、マハラノビス距離が大きいほど、正常時のパターンから各タグの状態が離れていることを示す。図８（ａ）の例では、各タグ（図８（ａ）におけるＴＡＧ  Ａ，Ｂ，Ｎ，・・・）のマハラノビス距離およびマハラノビス距離の総和（図８（ａ）における「全タグ」）がキー情報として定義され、これらのマハラノビス距離の総和に基づいてステータスが判断される。一方、図８（ｂ）は図８（ａ）と同一時刻帯における各タグの生データを表示する例を示している。
【０１１０】
図８（ａ）に示すように、プラントの状態が異常状態に近づくとマハラノビス距離が拡大するため、マハラノビス距離を監視することで、異常の発生を検知することができる。図８（ａ）の例では、時刻ｔ２で異常が発生したものと判定できる。また、図８（ａ）に示すように、時刻ｔ０において運転条件が切り替えられた場合、時刻ｔ０以降、定常状態が得られるまでの間、マハラノビス距離は全体として縮小している。しかし、時刻ｔ１においてマハラノビス距離が拡大傾向に転じているため、これを捉えて異常の前兆を認識することが可能となる。このため、ステータスが異常を示す時刻ｔ２よりも前に、異常の発生を予知することが可能となる。
【０１１１】
これに対し、図８（ｂ）に示すように、従来のシステムのように、各タグの生データのみを画面表示させても、オペレータが異常の前兆を捉えることは困難である。
【０１１２】
このように、ＭＴ法を適用し、図８（ａ）に示すような画面を運転監視用端末装置２において表示させることにより、オペレータは異常発生を比較的早い段階から予知することが可能となり、異常の発生を回避するための迅速かつ的確な対処が可能となる。
【０１１３】
以上説明したように、本実施形態のプラント解析システムによれば、生産維持業務と生産改善業務で共通に使用でき、情報を共有できるツールを提供することができる。また、生産改善業務で発見した問題や解決策をプラントの運転に迅速に反映できる。また、プラント運転における処理の問題点を、生産改善業務の側で迅速に確認し、解析することができる。
【０１１４】
また、本実施形態のプラント解析システムによれば、ソフトセンサを介して生産維持業務と生産改善業務との間で情報が共有され、両業務を連携させることができる。このため、業務サイクルの回転を速めることができ、生産リードタイムの短縮が可能となる。また、限られた時間の中で問題解決や品質向上を図ることができる。
【０１１５】
本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、プラントから取得されたデータに基づいてプラントの状態を解析するプラント解析システムに対し、広く適用することができる。
【符号の説明】
【０１１６】
３      データ格納部（履歴データ蓄積手段）
４      ソフトセンサ格納部（保存手段）
１２，２２  情報ユニット化部（情報取得手段）
１３，２３  キー情報化部（受付手段）
１４      診断・判断部（解析データ生成手段）
２４      診断・判断部（監視データ生成手段、解析データ生成手段）
２５      画面表示部（監視データ表示手段）
【図１】
2011141658.tif 000003
【図２】
2011141658.tif 000004
【図３】
2011141658.tif 000005
【図４】
2011141658.tif 000006
【図５】
2011141658.tif 000007
【図６】
2011141658.tif 000008
【図７】
2011141658.tif 000009
【図８】
2011141658.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成22年11月8日(2010.11.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−０７０９６９号公報
【特許文献２】特許第２５４７８３１号公報