(57)【要約】      （修正有）【課題】中央最低速度の制約等の厳しい制約を満足させつつ高効率を追求することを可能にした連続設備の運転指示方法及びその装置を提供する。【解決手段】複数の設備が直列に配置され、先頭設備で順次接続された材料群を処理する連続設備の運転指示装置であって、生産計画データ記憶手段５１と、操業実績データ記憶手段５２と、設備諸元憶手段５３と、操業条件記憶手段５４と、生産計画データ、操業実績データ、設備諸元及び操業条件に基づいて連続ラインの操業シミュレーションを行う連続ライン操業シミュレータ部４２と、シミュレーションの結果を評価する結果評価部４３と、シミュレーションの結果評価に基づいて操業条件を変更する操業条件変更部４４と、変更された操業条件に基づいて設備の運転指示を行う運転指示部４５とを備えたものである。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の設備が直列に配置され、先頭設備で順次接続された材料群を処理する連続設備のの運転指示方法であって、
生産計画データ、操業実績データ、設備諸元及び操業条件が格納された記憶手段から、そのデータを取り込んで連続ラインの操業シミュレーションを行う工程と、
前記シミュレーションの結果を評価する工程と、
前記シミュレーションの結果評価に基づいて操業条件を変更する工程と、
変更された操業条件に基づいて設備の運転指示を行う工程と
を備え、前記各工程を電子計算機により実行することを特徴とする連続設備の運転指示方法。
【請求項２】
複数の設備が直列に配置され、先頭設備で順次接続された材料群を処理する連続設備のの運転指示装置であって、
生産計画データが格納される第１の記憶手段と、
操業実績データが格納される第２の記憶手段と、
設備諸元が格納される第３の記憶手段と、
操業条件が格納される第４の記憶手段と、
前記生産計画データ、前記操業実績データ、前記設備諸元及び前記操業条件に基づいて連続ラインの操業シミュレーションを行う連続ライン操業シミュレータと、
前記シミュレーションの結果を評価する結果評価手段と、
前記シミュレーションの結果評価に基づいて操業条件を変更する操業条件変更手段と、
変更された操業条件に基づいて設備の運転指示を行う運転指示手段と
を備えたことを特徴とする連続設備の運転指示装置。
【請求項３】
入側に溶接機が配置され、中央に酸洗タンクが配置され、出側に検査室が配置され、入側と中央との間に入側ルーパーが配置され、中央と出側との間に出側ルーパーが配置され、入側の溶接機により順次接続された材料群を処理する酸洗ラインからなる連続設備の運転指示装置であって、
生産計画データが格納される第１の記憶手段と、
操業実績データが格納される第２の記憶手段と、
設備諸元が格納される第３の記憶手段と、
操業条件が格納される第４の記憶手段と、
前記生産計画データ、前記操業実績データ、前記設備諸元及び前記操業条件に基づいて連続ラインの操業シミュレーションを行う連続ライン操業シミュレータと、
前記シミュレーションの結果を評価する結果評価手段と、
前記シミュレーションの結果評価に基づいて操業条件を変更する操業条件変更手段と、
変更された操業条件に基づいて設備の運転指示を行う運転指示手段と
を備えたことを特徴とする連続設備の運転指示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の設備が直列に配置されて、先頭設備で順次接続された材料群を処理する連続ラインからなる連続設備の運転指示方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の連続設備に関するものとして、例えば連続統合プロセスラインの最適設計を目的として、ライン仕様、操業条件、被処理材の生産計画ライン休止情報を入力し、ダイナミックシミュレーションにより最適設計を行い、その結果による仕様を適宜修正するようにしたものが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−２４６４０７号公報（「連続統合プロセスラインの設計方法」）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の従来技術（特許文献１）は、新設の連続ラインの設計方法に関するものであり、既設設備の効率的な運転については、そのまま適用できないという問題点があった。以下、その理由を説明する。
【０００４】
連続設備は材料毎、設備毎に速度パターンが与えられるものであり、例えば酸洗ラインは表１に示されるように、３設備（入側、中央、出側）からなり、設備間にはルーパー（可変長のバッファ装置：ルーパー上流と下流の速度差を吸収してコイル蓄積量を増減させる）がある。
【０００５】
【表１】
2007157042.tif 000003
【０００６】
ここで問題になるのは中央の最低速度制約である。例として出側が停止した場合を考える。図６にその操業例を示す。出側切断点（入側溶接位置又はコイル分割位置）のトラッキング情報を元に切断機までの残長を監視し、Ａ点で出側の減速が開始する。それまでは出側速度MAX＞中央速度MAXのため、出側ルーパーは減少していたが、Ａ点以降は速度が逆転しルーパーは蓄積を開始する。Ｃ’点で出側ルーパー位置（蓄積量）は同期位置に到達する。これはルーパー残長が少なくなって来たときにルーパー前後の速度を一致させるポイントであるが、本例では出側停止に対して中央が最低速度制約を持っているため、実際には速度同期にはできず、中央速度はMINまで下がる。それでもルーパー蓄積は止まらないので、出側停止時間に比例して蓄積が進む。E点で出側処理が終了し、加速を開始する。その結果、出側ルーパー位置も減少に転じ、中央速度もMAXに復帰する。本例は上記の［特許文献１］で提案されたダイナミックシミュレーションにて対応可能である。
【０００７】
続いて、同じく出側が停止した場合を例に考える。図７にその操業例を示す。図６との相違は同期開始点の設定であり、本例ではＣ点としており、Ｃ’点よりも設備限界に近い位置としている。図６の例と同じくＣ点で出側ルーパーは同期位置に到達する。しかし本例では出側ルーパーが非常停止点D点に至り、中央が非常停止する。このような非常停止があると、酸洗槽内のコイルが異常材（不良品）となる。これは、出側の残停止時間に対して出側ルーパー長の管理が不適切だったことに起因する。本例は上記の［特許文献１］で提案されたダイナミックシミュレーションにては対応が困難である。
【０００８】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、中央最低速度の制約等の厳しい制約を満足させつつ高効率を追求することを可能にした連続設備の運転指示方法及びその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る連続設備の運転指示方法は、複数の設備が直列に配置され、先頭設備で順次接続された材料群を処理する連続設備の運転指示方法であって、生産計画データ、操業実績データ、設備諸元及び操業条件が格納された記憶手段から、そのデータを取り込んで連続ラインの操業シミュレーションを行う工程と、前記シミュレーションの結果を評価する工程と、前記シミュレーションの結果評価に基づいて操業条件を変更する工程と、変更された操業条件に基づいて設備の運転指示を行う工程とを備え、前記各工程を電子計算機により実行する。
【００１０】
本発明に係る連続設備の運転指示装置は、複数の設備が直列に配置され、先頭設備で順次接続された材料群を処理する連続設備の運転指示装置であって、生産計画データが格納される第１の記憶手段と、操業実績データが格納される第２の記憶手段と、設備諸元が格納される第３の記憶手段と、操業条件が格納される第４の記憶手段と、前記生産計画データ、前記操業実績データ、前記設備諸元及び前記操業条件に基づいて連続ラインの操業シミュレーションを行う連続ライン操業シミュレータと、前記シミュレーションの結果を評価する結果評価手段と、前記シミュレーションの結果評価に基づいて操業条件を変更する操業条件変更手段と、変更された操業条件に基づいて設備の運転指示を行う運転指示手段とを備えたものである。
【００１１】
本発明に係る連続設備の運転指示装置は、入側に溶接機が配置され、中央に酸洗タンクが配置され、出側に検査室が配置され、入側と中央との間に入側ルーパーが配置され、中央と出側との間に出側ルーパーが配置され、入側の溶接機により順次接続された材料群を処理する酸洗ラインからなる連続設備の運転指示装置であって、生産計画データが格納される第１の記憶手段と、 操業実績データが格納される第２の記憶手段と、 設備諸元が格納される第３の記憶手段と、操業条件が格納される第４の記憶手段と、前記生産計画データ、前記操業実績データ、前記設備諸元及び前記操業条件に基づいて連続ラインの操業シミュレーションを行う連続ライン操業シミュレータと、前記シミュレーションの結果を評価する結果評価手段と、前記シミュレーションの結果評価に基づいて操業条件を変更する操業条件変更手段と、変更された操業条件に基づいて設備の運転指示を行う運転指示手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明においては、生産計画データ、設備諸元及び操業条件に基づいて連続設備の操業シミュレーションを行い、そのシミュレーションを評価し、その結果評価に基づいて操業条件を変更し、所定の評価を満たした設備の運転を指示するようにしたので、例えば中央最低速度制約などの厳しい制約条件を満足しつつ高能率を追求する操業が出来るようになっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施形態１．
図１は本発明が適用される酸洗ラインの設備構成図であり、図２はその概念図である。酸洗ラインは３つの設備と２つのルーパーから構成される。入側１０には圧延コイルを巻きほぐすペイオフリール１１、溶接機１２があり、コイルを連続的に設備内に送り込む。中央２０には酸洗槽（塩酸による表面酸化鉄除去用）２１があり、所定の通板速度レンジを守りつつ、材料を酸洗する。酸洗槽２１内で材料が停止すると異常材になってしまうので、中央速度MINよりも小さくしないように注意して操業する。出側３０には、トリマー（幅落とし切断機）３１、表面検査室（目視又はセンサー）３２、切断機（シャー）３３、、テンションリール３４があり、幅を仕上げて所定の表面検査を終えた後に切断し、再び巻き取る。入側１０と中央２０との間には入側ルーパー１５が配置され、中央２０と出側３０との間には出側ルーパー２５が配置されている。入側ルーパー１５及び出側ルーパー２５は、その上流側と下流側のコイルの速度差を吸収してコイル蓄積量を増減させる。
【００１４】
図３は本発明の実施形態１に係る連続設備の運転指示装置の構成を示したブロック図である。この運転指示装置は、コンピュータ（電子計算機）４０と記憶装置（例えばデータベース）５０から構成されている。コンピュータ４０は、その機能が、データ入力処理部４１、連続ライン操業シミュレータ４２、結果評価部４３、操業条件変更部４４及び運転指示部４５から構成される。また、記憶装置５０は、生産計画データ記憶部５１、操業実績データ記憶部５２、設備諸元記憶部５３、操業条件記憶部５４及びシミュレーション経過・結果記憶部５５から構成される。
【００１５】
生産計画データ記憶部５１に格納される生産計画データは、出側コイルを単位とし、コイルには入側１コイル−出側Ｎコイルと分割されるものがある。生産計画データの例としては例えば表２に示されるものがある。
【００１６】
【表２】
2007157042.tif 000004
【００１７】
生産計画データ記憶部５１に格納される実績操業データは、例えば入側、中央及び出側の速度及び加速度（減速度）、入側ルーパー及び出側ルーパーの位置等であり、これは別途ラインを管理しているコンピュータから送信されて更新される。
【００１８】
設備諸元記憶部５３に格納される設備諸元には、例えば設備長、ルーパー長（MAX、MIN）、設備別速度（MAX、MIN）、設備別加速度がある。この設備諸元の例としては例えば表３に示されるものがある。
【００１９】
【表３】
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【００２０】
操業条件記憶部５４に格納される操業条件には、例えば入側、出側での停止時間や出側検査向け減速パターンがある。表４に入側、出側での停止時間の例を示す。また、出側検査向け減速パターンの例を図４に示す。この減速パターンは、コイル属性に応じて先端・中央・尾端にて目視（又はセンサー）検査を行うために減速するものであり、減速距離、減速速度をパターンとして登録する。シミュレーション経過・結果記憶部５５に格納されるシミュレーション経過・結果には、連続ライン操業シミュレータ４２によるシミュレータの経過や結果等がある。
【００２１】
【表４】
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【００２２】
図３の運転指示装置においては、データ入力処理部４１、連続ライン操業シミュレータ４２、結果評価部４３、操業条件変更部４４及び運転指示部４５が周期的（例えば１０秒程度）に動作する。まず、データ入力処理部４１は、生産計画データ記憶部５１及び操業実績データ記憶部５２のデータを取り込んで、今後ラインに投入するコイルの情報を把握するとともに、最新の操業実績データを収集し、現時点の連続ラインの操業状況を把握する。連続ライン操業シミュレータ４２は、データ入力処理部４１からのデータと、設備諸元記憶部５３及び操業条件記憶部５４のデータとを取り込んで連続ライン操業のシミュレーションをし、その結果をシミュレーション経過・結果記憶部５５に格納させる。この連続ライン操業シミュレータ４２が対象とするのは、現在から数分先までの短い期間であり、ラインを直接自動運転したり、あるいはオペレータに対して適切な運転指示を逐次出していくことを目的としている。具体的には、未来の可能性をしらみつぶしにあたるシミュレーションを行い、エラーの可能性の兆候を早めに検知し、回避可能な操業条件を探索して検証し、オペレータに提示する。結果評価部４３は、そのシミュレーションの結果を評価し、操業条件変更部４４は必要に応じて操業条件を変更して連続ライン操業シミュレータ４２にその変更された操業条件を与えてシミュレーションを行わせる。運転指示部４５は結果評価部４３による評価が適切な場合には操業条件を指示する。運転指示部４５によるオペレータに対する運転指示は、ドライブにおけるカーナビゲーションシステムの運転ガイダンスと同じ位置づけである。即ち指示については、今現在のアクションを促すのでは遅すぎるため、数秒または１０秒以上前に次のアクションを予告し、オペレータに最終判断を委ねることになる。
【００２３】
図５は連続ライン操業シミュレータ４２の処理の詳細を示したフローチャートである。
連続ライン操業シミュレータ４２は監視周期（例えば１秒周期）毎に起動して以下の処理をする（Ｓ１０）。なお、以下の数式に用いられる変数の意味は次のとおりである。
（変数の説明）
添字  ｉ＝1 入側、2 中央、3 出側
ｊ＝1 入側、2 出側
シミュレーション計算周期  ΔT   （sec）
現在速度    Vc（ｉ）        （m/sec）
目標速度    Va（ｉ）        （m/sec）
最低速度        Vmin（ｉ）      （m/sec）
加速度          α(ｉ)          （m/sec2）
加減速モード    A_mode（ｉ）
板進行長        L（ｉ）          (m)
ルーパー長      Lp（ｊ）         (m)
停止時間    Dn（ｉ）         (sec)
累積停止時間実績  Dn_Ji（ｉ）    (sec)
コイル残長      Lc（ｊ）         (m)
減速開始長      Ld（ｊ）         (m)
ルーパー長端側同期位置  L_lng_sync（ｉ）    (m)
【００２４】
（Ｓ１１）現在速度計算
A_mode（ｉ）＝1（加速）またはA_mode（ｉ）＝-1（減速）の場合
Vc（ｉ）＝Vc（ｉ）＋A_mode（ｉ）×α(ｉ)×ΔT
A_mode（ｉ）＝10（定速）またはA_mode（ｉ）＝0（停止）の場合
Vc（ｉ）＝Vc（ｉ）
（Ｓ１２）板進行長計算
A_mode（ｉ）＝1（加速）またはA_mode（ｉ）＝-1（減速）の場合
L（ｉ）＝L（ｉ）＋0.5×α（ｉ）×（ΔT）2
A_mode（ｉ）＝10（定速）またはA_mode（ｉ）＝0（停止）の場合
L（ｉ）＝L（ｉ）＋Vc（ｉ）×ΔT
【００２５】
（Ｓ１３）ルーパー長計算
Lp（1）＝Lp（1）＋L（1）−L（2）
Lp（2）＝Lp（2）＋L（2）−L（3）
（Ｓ１４）停止時間更新
A_mode（ｉ）＝0（停止）の場合
Dn_Ji（ｉ）＝Dn_Ji（ｉ）＋ΔT
【００２６】
（Ｓ１５）残コイル長計算
入側コイル残長
Lc（1）＝入側コイル長−ΣL（1）
なおΣは溶接完了後の板進行長合計を意味する。
出側コイル減速開始までの残長
Ld（2）＝0.5×Vc(3)2／α(3)
なおΣは切断完了後の板進行長合計を意味する。
出側コイル残長
Lc（2）＝出側コイル長−ΣL（2）
【００２７】
（Ｓ１６）イベント発生チェック・（Ｓ１７）目標速度変更
イベント発生（例えば減速、加速、停止等）の有無をチェックしてそれに応じて目標速度を変更する。
（例１）：入側コイル投入が終わりに近づき、次コイルとの溶接のためコイル尾端で停止させる。
入側コイル減速開始までの残長
Ld（1）＝0.5×Vc(1)2／α(1)
Lc（1）≦Ld（1）ならば減速。
Va（1）＝0（停止）
【００２８】
（例２）：出側ルーパーが長端側の同期位置に到達した場合に中央速度を出側速度に同期させる。
Lp(2)≧L_lng_sync（ｉ）ならば減速。
Va(2)＝Max（Va(3),Vmin（2））
【００２９】
（Ｓ１８）表示情報の変更
上記の計算結果に基づいて表示情報を変更する。
【００３０】
連続ライン操業シミュレータ４２は、上記の処理（Ｓ１１）〜（Ｓ１８）を終了すると、次に、溶接、検査、切断の何れかの処理がなされるかどうかを判断し（Ｓ２０）、該当する処理がある場合にはコイル接続、検査、切断の何れかの処理を行う（Ｓ３０）。そして、以上の処理の結果等をシミュレーション経過・結果記憶部５５に格納する（Ｓ４０）。
【００３１】
表５はシミュレーションの経過の例を示したものであり、入側・中央・出側の目標速度変更動作が記憶される。この情報は、シミュレーション結果の検証、シミュレーションエラー発生時の原因究明に活用される。
【００３２】
【表５】
2007157042.tif 000007
【００３３】
表６はシミュレーションの結果の例を示したものであり、この内容と上記のシミュレーション経過により例えば能率計算ができる。
能率計算  例：入側能率＝入側コイル重量／（当該コイルの入側通過完了時刻−入側装入時刻）
【００３４】
【表６】
2007157042.tif 000008
【００３５】
結果評価部４３は、上記のシミュレーションの経過・結果を評価して、例えば操業条件に従ってシミュレーションを実施する途中でエラーが発生した場合に出力する。表７はシミュレーションエラーの例を示したものである。
【００３６】
【表７】
2007157042.tif 000009
【００３７】
結果評価部４３による「エラー発生が無い」という評価結果が得られた場合には操業条件を変更せずに運転続行可能であり、結果評価部４３による「エラー発生が有る」という評価結果が得られた場合には、操業条件変更部４４がシミュレーション経過を過去に遡って、エラー発生を回避可能なように操業条件を変更する。
【００３８】
操業条件変更部４４による操業変更の一例として、図６及び図７の場合について説明する。
（ａ）シミュレーション経過には、
図７のB点（出側停止時刻）
同    C点（中央減速開始時刻）
の時刻が残っている。
（ｂ）シミュレーションエラーには、
同  D点（中央非常停止）
の時刻が残っている。
（ｃ）生産計画データ及び操業条件データからは、出側で停止中のコイルが後何sec停止し続けるのか
という残停止時間の情報がある。
以上のデータから、仮に出側ルーパー長上限制約がなかったならば、出側の残停止時間の間に中央は何ｍ進行していたかを計算できる。この距離を「ルーパー不足長」とよぶ。ルーパー不足長を出側ルーパー２５が蓄積できたならば、非常停止はかからなかったことになる。ルーパー不足長が０mまたは負になるように、Ｃ点（中央減速開始時刻）を判定する同期開始位置を図６のＣ’の位置に修正してやればよい。この時、変動によるバラツキを考慮してルーパー不足長にさらに数値を上乗せすることも可能である。これが操業条件変更に相当する。
【００３９】
操業条件変更後に、連続ライン操業シミュレータ４２により改めてシミュレーションを行ってエラー解消を確認することも可能である。操業条件変更を恒久的なものにするのか（学習）、一時的なものにするのか、あるいは一定期間だけ有効なものにするのか、選択可能である。
【００４０】
以上のように本実施形態においては、生産計画データ、設備諸元及び操業条件に基づいて連続設備の操業シミュレーションを行い、そのシミュレーションを評価し、その結果評価に基づいて操業条件を変更するという処理を繰り返して行い、所定時間後の操業状態を予測し、所定の評価を満たした設備の運転を指示するようにしたので、例えば中央最低速度制約などの厳しい制約条件を満足しつつ高能率を追求する操業が出来るようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態が適用される酸洗ラインの設備構成図である。
【図２】図１の酸洗ラインの概念図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る連続設備の運転指示装置の構成を示したブロック図である。
【図４】出側検査向け速度パターンの例を示した図である。
【図５】連続ライン操業シミュレータの処理の詳細を示したフローチャートである。
【図６】操業事例を示したタイミングチャート（その１）である。
【図７】操業事例を示したタイミングチャート（その２）である。
【符号の説明】
【００４２】
１０ 入側、１１ ペイオフリール、１２ 溶接機、１５ 入側ルーパー、２０ 中央、２１ 酸洗槽、２５ 出側ルーパー、３０ 出側、３４ テンションリール、４０ コンピュータ（電子計算機）、４１ データ入力処理部、４２ 連続ライン操業シミュレータ、４３ 結果評価部、４４ 操業条件変更部、４５ 運転指示部、５１ 生産計画データ記憶部、５２ 操業実績データ記憶部、５３ 設備諸元記憶部、５４ 操業条件記憶部、５５ シミュレーション経過・結果記憶部。
【図１】
2007157042.tif 000010
【図２】
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【図３】
2007157042.tif 000012
【図４】
2007157042.tif 000013
【図５】
2007157042.tif 000014
【図６】
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【図７】
2007157042.tif 000016