CN110431496A - 评估装置、评估系统和评估方法 - Google Patents

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Abstract

一种评估装置，包括：存储单元，存储对在工厂中设置的设施的状态进行模拟的模型；模拟器，对在模型中设置的参数进行调整，使得基于所述设施在第一状态中的过程值的实际测量值与通过使用该模型算出的第一模拟值之差小于等于阈值；以及估计单元，基于调整后的参数估计表示所述设施在第一状态中的运行状态的第一估计工作点。

Description

评估装置、评估系统和评估方法
相关申请
以下的日本专利申请的内容通过引用并入本文：2017年3月13日在日本提交的2017-047796。
技术领域
本发明涉及评估装置、评估系统和评估方法。
背景技术
加工工厂包括实现预定功能的设施，例如：罐、管、泵、压缩机和热交换器，以及测量或控制这些设施的状态和流经这些设施的原料、气体、冷却水等的状态的过程控制系统。在该过程控制系统中，还可以通过使用通过模拟器模拟工厂的行为而获得的模拟结果来估计过程中发生异常的原因以及预测工厂的运行等。
为了创建使用上述模拟的模型，经常使用设计值或实验值(下文中，称为“由制造商提供的值”)，其由诸如设置在工厂中的设施的制造商等制造商提供，并表明设施的性能。然而，由制造商提供的这些值通常在与实际工厂中的使用条件不同的条件下收集。
例如，离心式压缩机通常在实际工厂处于使用条件下以大流量运行具有高压的可燃气体，为此所需的功率可以是至少数万KW，在某些情况下是数十万KW。因此，在离心压缩机的制造商收集制造商提供的值的情况下，制造商很难在与实际工厂中的使用条件相同的条件下执行性能测试。此外，由于制造商执行的许多性能测试是通过使用选择的测试气体(例如，不可燃气体)执行的，以使条件接近实际工厂的使用条件，因此，在很多情况下，没能掌握在实际工厂处于使用条件下的性能，也包括初始性能。
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开第2014-043795号
发明内容
发明要解决的问题
为了掌握在实际工厂中处于使用条件下的设施性能，已经执行了通过在目标设施中安装各种传感器(例如振动传感器)，基于传感器的检测值来检测设施异常等方法。然而，在该方法的情况下，当成功检测到设施的异常时，在许多情况下设施的恶化已经很严重。
另一方面，如果如上所述通过使用基于制造商提供的值创建的模型来执行模拟，则在某些情况下会降低模拟的准确性并且不能适当地评估设施的性能。特别地，如果制造商提供的值与在实际工厂中处于使用条件下的性能值之间的差异很大，则会显著降低模拟的精度。
考虑到上述问题，本发明提供一种评估装置、评估系统和评估方法，其能够以高精度评估在实际工厂中处于使用条件下的设施的运行状态，并能够及早发现设施的异常等。根据本发明，由于设施的异常可以在其征兆阶段被捕获，因此可以比使用传感器等测量仪器的传统方法更早地检测到设备的异常。
此处，本说明书中包括的技术创新的一个方面是提供能够解决上述问题的评估装置、评估系统和评估方法。
解决问题的方案
(一般性公开)
评估装置可包括存储单元，其存储对工厂中设置的设施的状态进行模拟的模型。评估装置可以包括模拟器，其对模型中设置的参数进行调整，使得基于设施在第一状态中的过程值的实际测量值与使用模型算出的第一模拟值之间的差小于等于阈值。评估装置可包括估计单元，其基于调整后的参数估计第一估计工作点，该第一估计工作点表示设施在第一状态中的运行状态。
模拟器可以调整参数，使得实际测量值与通过使用模型而算出的第二模拟值之间的差小于等于阈值，实际测量值基于设施在第二状态中的过程值，该第二状态在时间上位于第一状态之后。估计单元可以基于针对处于第二状态中的设施调整的参数来估计第二估计工作点，该第二估计工作点表示设施在第二状态中的运行状态。
评估装置可以包括评估单元，该评估单元基于第一估计工作点与第二估计工作点之间的差来评估设施的运行状态的变化。
评估单元可以基于由制造商提供的表示设施的性能的值与表示设施在第一估计工作点处的估计性能的数据之间的差来评估设施在第一状态中的性能。
第一状态可以表示设施在设施的引入期间或修复设施后的启动时的状态。
第一估计工作点可以是针对设施调整的参数、过程值和测量过程值的时间的信息，针对设施调整的参数、过程值和测量过程值的时间处于第一状态且彼此相关联。
评估单元可以基于第一估计工作点与第二估计工作点之间的差来评估流经设施的流体的变化。
该设施可以是压缩机。基于设施的过程值的实际测量值为压缩机的吸入压力与排出压力之间的压差，或吸入压力与排出压力的比率。该参数可以是压缩机的转速。
评估装置可包括存储单元，其存储对工厂中设置的设施的状态进行模拟的模型。评估装置可包括模拟器，其对在模型中设置的参数进行调整，使得基于设施在第一状态中的过程值的实际测量值与通过使用模型算出的第一模拟值彼此相匹配。评估装置可包括估计单元，其基于调整后的参数估计表示设施在第一状态中的运行状态的第一估计工作点。评估装置可以包括评估单元，评估单元基于由制造商提供的表示设施的性能的值与表示设施在第一估计工作点的估计性能的数据之间的差，评估由制造商提供的值与设施的实际性能之间的差。
评估系统可以包括评估装置。评估装置可包括存储单元，其存储对工厂中设置的设施的状态进行模拟的模型。评估装置可包括模拟器，其对在模型中设置的参数进行调整，使得基于设施在第一状态中的过程值的实际测量值与使用该模型算出的第一模拟值之间的差小于等于阈值。评估装置可包括估计单元，其基于调整后的参数估计表示设施在第一状态中的运行状态的第一估计工作点。评估系统可以包括数据库，其存储设施的运行条件和过程值。评估系统可以包括控制系统，其从设施获取过程值，并将该过程值存储在数据库中。
评估方法可以包括调整在模型中设置的参数，使得基于设施在第一状态中的过程值的实际测量值与通过使用模型算出的第一模拟值之间的差小于等于阈值，设施设置在工厂中。评估方法可以包括基于调整后的参数估计表示设施在第一状态中的运行状态的第一估计工作点。
另外，上述发明内容并非列举出本发明的实施方式的所有必要特征，所述特征组的子组合也有可能构成发明。
附图说明
图1是示出本实施例中所述评估系统的一个示例的框图。
图2是示出本实施例中所述评估装置的一个示例的框图。
图3是示出本实施例中所述评估装置的基准性能评估过程的一个示例的流程图。
图4是示出在本实施例中所述评估装置在运行期间的性能评估过程的一个示例的流程图。
图5是本实施例中所述压缩机的示意图。
图6是示出表示本实施例中所述压缩机的性能的性能曲线(由制造商提供的值)的一个示例的图。
图7是示出本实施例中所述评估装置的基准性能评估过程的一个示例的流程图。
图8是示出在实施例中在制造商提供的值的性能曲线上映射在实际工厂中处于使用条件下的基准性能值的一个示例的图。
图9是示出在本实施例中所述评估装置在运行期间的性能评估过程的一个示例的流程图。
图10是表示在本实施例中在制造商提供的值的性能曲线上映射在实际工厂中处于使用条件下的运行时的性能值的一个例子的图。
图11是示出针对泵头在制造商提供的值的性能曲线上映射实际工厂中处于使用条件下的基准性能值的一个示例的图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式进行说明。以下实施方式并非对权利要求书所涉及的发明进行限定，并且，实施方式中说明的特征组合也并非全部为本发明的必要特征。
图1是示出本实施例所述评估系统1的一个示例的框图。该评估系统1例如包括：评估装置3、运行监视终端5(控制系统)、控制器7(控制系统)、仪器数据库9(数据库)和过程值数据库11(数据库)。上述的评估装置3、运行监视终端5、控制器7、仪器数据库9和过程值数据库11例如经由控制网络N彼此连接。
评估装置3评估工厂PL中设置的各个设施(目标设施T)。评估装置3对经测量仪器M从目标设施T获得的过程值(实际测量值)与通过模拟获得的模拟值进行比较来调整设置在使用模拟的模型中的参数。此外，评估装置3评估工厂PL中设置的各个设施，例如，评估装置3执行性能恶化的估计。以下详细描述评估装置3。
例如，工厂PL是用于诸如石油或化学工业等工业的工厂，除此之外，可以是用于管理和控制诸如气田或油田的井源或井源的周边的工厂，用于管理和控制诸如水力发电、火力发电和核电等发电的工厂，用于管理和控制诸如太阳能或风能等环境发电的工厂，用于管理和控制水和污水、水坝等的工厂等。
目标设施T例如是：压送各种气体流体的压缩机、输送各种液体流体的泵、在各种流体之间交换热量的热交换器、阀门、蒸发器、反应器和蒸馏塔。此外，目标设施T还可以是这样的任何设施，该设施可以通过选择和调整对实际测量值具有高灵敏度的模型参数来评估设施。
此外，工厂PL设置有测量仪器M，该测量仪器M用于测量在目标设施T等中输入的流体的过程值以及从相同设施等输出的流体的过程值。该测量仪器M例如是：测量从目标设施T输入和输出的流体的压力的压力计、测量流体温度的温度计、测量流体流速的流速计等。注意，如果目标设施T具有测量过程值的功能，则可以不设置测量仪器M。
目标设施T和测量仪器M经由传输线L连接到控制器7。测量仪器M经由传输线L向控制器7发送诸如测量的过程值的信号。注意，尽管在图1中示出一个目标设施T和一个测量仪器M，但在工厂PL中也可以设置两个或更多个目标设施T和两个或更多个测量仪器M。
运行监视终端5例如是由工厂的操作员操作并用于监视该过程的终端。例如，运行监视终端5从控制器7获取从目标设施T或测量仪器M发送的数据(例如，过程值)，向操作员通知目标设施T或测量仪器M的行为，并根据操作员的指令控制控制器7。
控制器7响应于来自运行监视终端5的指令等，通过执行与目标设施T或测量仪器M的过程控制通信来执行控制。例如，控制器7获取由目标设施T或测量仪器M测量的过程值。另外，控制器7在过程值数据库11中存储通过与目标设施T或测量仪器M进行过程控制通信而获得的过程值。
仪器数据库9存储工厂PL中设置的设施/测量仪器/控制系统(控制器、运行监视终端)等的设置条件等。在工厂的长时期的生命周期中，可以更换或添加设施，可以修改控制程序。仪器数据库9还存储这些变化的历史信息等。
过程值数据库11存储从目标设施T或测量仪器M发送的数据，或者发送到目标设施T的数据(例如，过程值、操作量、运行条件等)。注意，仪器数据库9和过程值数据库11也可以构造在控制器7内设置的存储器中。另外，仪器数据库9和过程值数据库11也可以构造在评估装置3内部设置的存储器中。
控制网络N例如是以太网(注册商标)等有线网络。然而，控制网络N也可以是能够执行符合无线通信标准的无线通信的无线网络，例如：Wi-Fi(注册商标)、WiMAX(注册商标)和3G/LTE(注册商标)。
图2是示出本实施方式所述评估装置3的一个示例的框图。评估装置3包括例如：跟踪模拟器20(模拟器)、工作点估计单元22(估计单元)、存储单元24、评估单元26和显示单元28。跟踪模拟器20、工作点估计单元22和评估单元26例如可以通过诸如CPU(中央处理单元)的处理器执行存储在图中未示出的程序存储器中的程序来实现。
跟踪模拟器20实时跟踪在线的实际工厂并模拟工厂的状态。因为跟踪模拟器20使用基于物理或化学规则的模型，所以跟踪模拟器20不仅可以简单地计算表面动作，例如进出过程的输入和输出，还可以计算过程内的详细状态。因此，工厂内部的劣化等也反映在模拟的参数中。例如，跟踪模拟器20具有如下功能：从过程值数据库11读取诸如过程值的各种数据并模拟在工厂PL中设置的各个设施的运行状态，通过将模拟结果与诸如过程值等实际数据进行比较来调整用于模拟的模型MO从而与工厂PL的实际运行相匹配。
模型MO模拟工厂PL中设置的各个设施的状态。在设计工厂时，基于P&ID(管道和仪器图)等创建模型MO。模型MO由联立方程表示，该联立方程表示输入、输出、外部因素和作为建模目标的设施中包括的各种参数之间的关系。例如，跟踪模拟器20通过调整在模型MO中设置的参数来执行上述跟踪模拟。
跟踪模拟器20包括例如参数调整单元30和比较单元32。参数调整单元30通过使用从存储单元24读取的模型MO来执行跟踪模拟。比较单元32比较从过程值数据库11获取的过程值或通过使用过程值算出的表示设施性能的指标值与通过参数调整单元30使用模型MO而算出的模拟值，并将比较结果输出给参数调整单元30。可以根据目标设施T的类型等来确定使用过程值或指标值。例如，如果目标设施T是压缩机，则将出口流速以及吸入压力与排出压力之间的压差，或出口流速以及吸入压力与排出压力的比率用作通过使用过程值算出的指标值。
参数调整单元30基于从比较单元32输入的比较结果来调整在模型MO中包括的参数，以执行与工厂PL的实际操作进行匹配(跟踪模拟)的处理。例如，跟踪模拟器20调整参数，使得基于设施的过程值的实际测量值与通过使用模型MO算出的模拟值之间的差小于等于预定阈值。
工作点估计单元22将从参数调整单元30输入的调整后的参数与该时间点的过程值相关联，对估计工作点进行估计，该估计工作点表示上述设施在所估计性能下的工作，并将该估计工作点存储在存储单元24中。
存储单元24存储：在跟踪模拟器20的模拟中使用的模型MO、所估计的工作点(基准估计工作点RP，运行期间的估计工作点OP)、由制造商MK提供的表示设施性能的值等。存储单元24配置有例如HDD(硬盘驱动器)、SSD(固态驱动器)、存储器等。
评估单元26通过比较由制造商提供的值与在模拟中调整的参数模拟值，或者通过比较在过去模拟中调整的参数模拟值与当前模拟中调整的参数模拟值，来评估在工厂PL中设置的各个设施的状态。评估单元26还可以将各个设施的评估结果输出给显示单元28。
显示单元28显示从评估单元26输入的各个设施的评估结果。显示单元28为液晶显示器、有机EL(电致发光)显示设备等。
(基准性能评估)
接下来，描述本实施例所述评估装置3的动作。图3是示出本实施例所述评估装置3的基准性能评估过程的一个示例的流程图。基准性能是评估在实际工厂中处于使用条件下的设施性能时成为基准的性能。基准性能是在基准状态(第一状态)下获取的，该基准状态可选地根据目的进行设置，例如，在目标设施T的引入期间，在定期修复之后启动时，另外，在目标设施T(工厂PL)处在运行中的任何时间点等。
首先，例如，当在引入工厂PL的期间执行测试运行时，工厂PL的测试运行基于工厂的操作员对运行监视终端5的操作等开始，以便在评估装置3中开始跟踪模拟(步骤S101)。
接下来，参数调整单元30判断与从过程值数据库11获取的目标设施T相关的过程值是否满足参数的调整条件(步骤S103)。也就是说，参数调整单元30判断状态是否为与目标设施T相关的过程值稳定并且可以适当地评估目标设施T的基准性能。例如，如果与目标设施T相关的过程值的变化范围小于等于预定阈值(或者，变化范围也可以小于预定阈值)，则参数调整单元30判断为满足参数的调整条件；如果变化范围大于预定阈值(或者，变化范围也可以大于等于预定阈值)，则参数调整单元30判断为不满足参数的调整条件。如果判断为不满足调整条件，则参数调整单元30通过使用过程值继续执行上述判断过程。
另一方面，如果参数调整单元30判断为与目标设施T相关的过程值满足参数的调整条件，则参数调整单元30从过程值数据库11获取用于跟踪模拟的过程值(步骤S105)，并使用获取的该过程值或通过使用获取的该过程值算出的指标值(“过程值”和“通过使用该过程值计算出的指标值”统称为“实际测量值”)调整目标设施T的参数，该参数是从存储单元24读取的在模型MO中设置的参数(步骤S107)。例如，参数调整单元30调整在模型MO中设置的目标设施T的参数，使得通过上述跟踪模拟而算出的模拟值(第一模拟值)和获取的过程值或指标值变得彼此相等。可以根据目标设施T的类型等来确定使用过程值还是指标值。
接下来，参数调整单元30将模拟值输出给比较单元32。此外，当使用指标值执行模拟时，参数调整单元30还将该指标值输出给比较单元32。比较单元32对从参数调整单元30输入的模拟值与从过程值数据库11获取的过程值或从参数调整单元30输入的指标值进行比较，并将比较结果输出给参数调整单元30。参数调整单元30参考该比较结果来判断模拟值与过程值或指标值之间的差是否小于等于预定阈值(步骤S109)。如果参数调整单元30判断为模拟值与过程值或指标值之间的差不小于等于预定阈值，则参数调整单元30再次调整参数。注意，参数调整单元30还可以重复参数调整，直到模拟值与过程值或指标值彼此匹配。
另一方面，如果参数调整单元30判断为模拟值与过程值或指标值之间的差小于等于预定阈值，则参数调整单元30将调整后的参数连同在该时间点的过程值和测量过程值时的时间戳(时间)等输出给工作点估计单元22。注意，参数调整单元30还可以将其他环境条件等输出给工作点估计单元22。工作点估计单元22估计将从参数调整单元30输入的调整后参数、过程值、时间戳等彼此关联的基准估计工作点RP(第一估计工作点)，并将基准估计工作点RP存储在存储单元24中(步骤S111)。基准估计工作点RP表示目标设施T在基准状态下的工作点。注意，参数调整单元30还可以将基准估计工作点RP存储在存储单元24中。
接下来，评估单元26从存储单元24读取基准估计工作点RP和由制造商MK提供的值，并通过互相比较基准估计工作点RP和由制造商MK提供的值来执行目标设施T的基准性能评估(步骤S113)。例如，评估单元26基于由制造商MK提供的值(由制造商提供的表示目标设施T的性能的数据)与表示目标设施T在基准估计工作点RP处的估计性能的数据之间的差来评估目标设施T在基准状态下的性能。评估单元26还可以在显示单元28中显示评估结果。根据以上内容完成本流程图中的处理。
(运行期间的性能评估)
以下描述本实施方式所述评估装置3在运行期间的性能评估过程。图4是示出本实施例所述评估装置3的运行期间的性能评估过程的一例的流程图。运行期间的性能是目标设施T在运行期间的性能。运行期间性能是在运行状态(第二状态)下获取的，该运行状态可选地根据目的进行设置，例如，在运行的任何时间点等。该第二状态表示在时间上位于上述第一状态之后的状态。
例如，在工厂PL的运行期间在目标设施T的评估开始时间点，参数调整单元30从过程值数据库11获取用于跟踪模拟的过程值(步骤S201)。
接下来，参数调整单元30使用所获取的过程值或通过使用获取的该过程值算出的指标值来调整在模型MO中设置的目标设施T的参数(步骤S203)。例如，参数调整单元30调整在模型MO中设置的目标设施T的参数，使得通过跟踪模拟而算出的模拟值(第二模拟值)与过程值或指标值变得彼此相等。可以根据目标设施T的类型等来确定使用过程值还是指标值。
接下来，参数调整单元30将通过模拟而算出的模拟值输出给比较单元32。此外，当使用指标值执行模拟时，参数调整单元30还将该指标值输出给比较单元32。该比较单元32将从参数调整单元30输入的模拟值与从过程值数据库11获取的过程值或从参数调整单元30输入的指标值进行比较，并将比较结果输出给参数调整单元30。调整单元30参考该比较结果以判断模拟值与过程值或指标值之间的差是否小于等于预定阈值(步骤S205)。如果参数调整单元30判断为模拟值与过程值或指标值之间的差不小于等于预定阈值，则参数调整单元30再次调整参数。注意，参数调整单元30还可以重复进行参数调整，直到模拟值和过程值或指标值彼此匹配。
另一方面，如果参数调整单元30判断出模拟值与过程值或指标值之间的差小于等于预定阈值，则参数调整单元30将调整后的参数连同该时间点的过程值和时间戳等输出给工作点估计单元22。注意，参数调整单元30还可以向工作点估计单元22输出其他环境条件等。工作点估计单元22估计将从参数调整单元30输入的调整后参数、过程值和时间戳等彼此关联的运行期间的估计工作点OP(第二估计工作点)，并将运行期间的估计工作点OP存储到存储单元24(步骤S207)。运行期间的估计工作点OP表示目标设施T在运行状态下的工作点。注意，参数调整单元30还可以将运行期间的估计工作点OP存储在存储单元24中。
接下来，评估单元26从存储单元24读取在上述基准性能评估过程中获得的基准估计工作点RP和运行期间的估计工作点OP，并通过互相比较基准估计工作点RP与运行期间的估计工作点OP来执行目标设施T在运行期间的性能评估(步骤S211)。例如，评估单元26基于基准估计工作点RP(表示处于基准状态下的目标设施T的性能的数据)与表示目标设施T在运行期间的估计工作点OP的估计性能的数据之间的差来估计目标设施T的运行变化。评估单元26还可以在显示单元28上显示评估结果。根据以上内容完成本流程图的处理。此外，评估单元26还可以计算基准估计工作点RP与运行期间的估计工作点OP之间的差(偏差量)，而不在屏幕上显示评估结果，如果该偏差量超过预设阈值，则评估单元26还可以将此通知给工人。注意，除了基准估计工作点RP和运行期间的估计工作点OP之外，评估单元26还可以从存储单元24读取由制造商MK提供的值，通过相互比较来执行目标设施T在运行期间的性能评估。
根据以上所述的本实施方式，可以高精度地评估实际工厂中处于使用条件下的设施的运行状态，并有可能提前检测设施的异常等。根据本实施例，例如，由于设施的异常可以在其征兆阶段被捕获，因此与使用诸如传感器等测量仪器的传统方法相比，能够更早地检测到设备异常。此外，对于实际工厂中处于使用条件下的设施，可以通过获得基准估计工作点来掌握与制造商提供的值的差异。而且，即使设备制造商提供的值的测量条件与实际工厂中的使用条件之间的差异很大，也能防止模拟时参数的错误调整从而能够高精度地执行模拟。而且，当进行工厂的定期修复、改造等时，也能够提供具有较高精度的模型，并且可以在工厂的整个生命周期中长期使用相同的模型。
此外，通过存储基准估计工作点，在运行期间或在维护期间适当地实施模拟，并在该时间点获得运行期间的估计工作点，可以掌握(诊断)设施状况的变化状态(劣化状态)。而且，还可以从估计工作点的急剧变化发现流经设施的气体/液体的粘度/材料的变化等。
接下来，描述本实施方式所述评估装置评估作为目标设施T的“压缩机”的性能的示例。为此，在下面将要描述的实施方式的描述中，与上述实施例的那些相同的附图标记被赋予给与上述实施方式的那些部分类似的部分，并且省略或简化其描述。
图5是本实施例中的压缩机C的示意图。压缩机C例如是离心式压缩机，其通过由相对于气体旋转的螺旋桨(叶轮)的离心力给出的速度能量转换而来的压力来压缩吸入的气体。压缩机C以入口流速F1和吸入压力P1吸入气体，并通过使用具有转速N的螺旋桨以出口流速F2和排出压力P2压送气体。由于通常在压缩机C的出口后设置流速的控制器，由此来控制出口流速F2。
图6是表示本实施方式中的压缩机C的性能的性能曲线(由制造商提供的值)的一个例子的图。在图6中，纵轴表示处于多变状态的头部(泵头、液压头)(以下称为“多变头”)，这是表示压缩机等性能的规格之一(参见专利文献1)，而横轴表示入口流速。如果出口流速以及吸入压力与排出压力之间的压差，或出口流速以及吸入压力与排出压力之比是恒定值，则横轴上的入口流速是唯一确定的。注意，在曲线R1至R8中的每个括号中的数值表示压缩机C的转数。发现当压缩机C的转速从R1减小到R8时，多变头减少。
在一般使用条件下，压缩机C的转速与压缩机的吸入压力和排出压力之间的压差(或压缩机的吸入压力与排出压力之比)呈正相关。因此，对于差压，由于调整模拟器中转速的设定值使得实际测量值和模拟值相互匹配，如果通过模拟而获得的转速与在实际工厂中处于使用条件下的转速之间发生差异，也可以说设施在实际工厂中处于使用条件下的实际性能与由制造商提供的值之间存在差异。在本实施例中，通过使用通过实际测量而获得的吸入压力P1和排出压力P2之间的压差或者吸入压力P1与排出压力P2的比率来执行模拟。
(基准性能评估)
接下来，描述本实施方式中的评估装置3的操作。图7是示出本实施方式所述评估装置3的基准性能评估过程的一个示例的流程图。
首先，例如，当在引入工厂PL的期间执行测试运行时，工厂PL的测试运行基于由工厂操作员对运行监视终端5进行操作等而启动，以开始评估装置3中的跟踪模拟(步骤S301)。
接下来，参数调整单元30判断与作为目标设施T的压缩机C相关的过程值(从过程值数据库11获取的过程值)是否满足参数的调整条件(步骤S303)。例如，参数调整单元30判断状态是否为入口流速F1、吸入压力P1、出口流速F2和排出压力P2稳定并且可以适当评估压缩机C的基准性能。例如，如果入口流速F1的变化范围小于等于预定阈值(或者变化范围也可以小于预定阈值)，则参数调整单元30判断为满足参数的调整条件；如果变化范围大于预定阈值(或者变化范围也可以大于等于预定阈值)，则参数调整单元30判断为不满足参数的调整条件。如果判断为不满足调整条件，则参数调整单元30使用入口流速F1继续上述判断过程。
另一方面，如果参数调整单元30判断为与压缩机C相关的过程值满足参数的调整条件，则参数调整单元30从过程值数据库11获取用于跟踪模拟的吸入压力P1和排出压力P2，并计算所获取的这些吸入压力P1和排出压力P2之间的压差(步骤S305)。注意，参数调整单元30也可以被设定为计算吸入压力P1与排出压力P2的比率，而不是吸入压力P1与排出压力P2之间的压差。在下文中，描述了使用吸入压力P1与排出压力P2之间的压差的示例。
接下来，参数调整单元30使用吸入压力P1与排出压力P2之间的压差来调整“转速”，该“转速”是在从存储单元24读取的模型MO中设定的压缩机C的参数(步骤S307)。例如，参数调整单元30调整压缩机C的“转速”，使得通过跟踪模拟而算出吸入压力P1和排出压力P2之间的压差的模拟值变得等于从过程值数据库11获取的吸入压力P1与排出压力P2之间的压差的实际测量值。
接下来，参数调整单元30向比较单元32输出通过模拟而算出的吸入压力P1与排出压力P2之间的压差的模拟值以及从过程值数据库11获取的吸入压力P1与排出压力P2之间的压差的实际测量值。比较单元32将模拟值与实际测量值进行比较，并将比较结果输出给参数调整单元30。参数调整单元30参考该比较结果，判断模拟值与实际测量值之间的差是否小于等于预定阈值(步骤S309)。如果参数调整单元30判断为模拟值与实际测量值之间的差不小于等于预定阈值，则参数调整单元30再次调整转速。注意，参数调整单元30还可以重复转速的调整，直到模拟值与实际测量值彼此相匹配。
另一方面，如果参数调整单元30判断为模拟值与实际测量值之间的差小于等于预定阈值，则参数调整单元30将调整后的转速连同该时间点的过程值和时间戳等输出给工作点估计单元22。注意，参数调整单元30还可以向工作点估计单元22输出其他环境条件等。工作点估计单元22估计从参数调整单元30输入的将转速、过程值和时间戳等彼此关联的基准估计工作点RP，并将基准估计工作点RP存储在存储单元24中(步骤S311)。注意，参数调整单元30还可以将基准估计工作点RP存储在存储单元24中。
接下来，评估单元26从存储单元24读取基准估计工作点RP和由制造商MK提供的值，通过互相比较基准估计工作点RP和由制造商MK提供的值来执行压缩机C的基准性能评估(步骤S313)。评估单元26还可以在显示单元28上显示评估结果。根据以上内容完成本流程图的处理。
图8是示出在本实施方式中将实际工厂PL中处于使用条件下的基准性能值映射到由制造商MK提供的值的性能曲线上的一个示例图。这里，如果实际设施与模拟器的转速设定值彼此相同，则实际设施具有与制造商MK提供的值相似的性能。另一方面，即使模拟器的转速的设定值低于实际设备的转速的设定值，当差压的实际测量值和压差的模拟值为彼此相等时，则仅有与该低转速对应的实际设施的压差会发生。
在图8中，示出了在制造商MK提供的值的性能曲线(转速：30,000转)上，在入口流速A的D1的多变头的值是B时，表示在实际工厂PL中处于使用条件下的性能值的D2的多变头的值降到b。图8中的虚线所示的曲线是通过从制造商MK提供的值的性能曲线进行线性插值而获得的，使得根据跟踪模拟器20的调整而获得的多变头的值与曲线相吻合。据此，发现在实际工厂PL处于使用条件下，即使压缩机C的转速为30,000转，也只能获得多变头的值为b(相当于29,000转)而不是B。注意，当识别基准性能时，如果在实际设施侧设置多个不同的入口流速并分别由跟踪模拟器预先识别，则可以更准确地获得基准性能。
(运行期间的性能评估)
接下来，描述在本实施方式所述评估装置3在运行期间的性能评估过程。图9是示出在本实施方式所述评估装置3在运行期间的性能评估过程的一个示例的流程图。
例如，在工厂PL的运行期间在目标设施T的评估开始时间点，参数调整单元30从过程值数据库11获取吸入压力P1和排出压力P2作为用于跟踪模拟的过程值，计算吸入压力P1与排出压力P2之间的压差(步骤S401)。注意，参数调整单元30也可以被设定为计算吸入压力P1与排出压力P2之间的比率，而不是吸入压力P1与排出压力P2之间的压差。在下文中，描述了使用吸入压力P1与排出压力P2之间的压差的示例。
接下来，参数调整单元30使用所算出的吸入压力P1与排出压力P2之间的压差来调整作为压缩机C的参数的转速(步骤S403)。例如，参数调整单元30调整压缩机C的转速，使得通过跟踪模拟而算出的吸入压力P1与排出压力P2之间的压差的模拟值与从过程值数据库11获取的吸入压力P1与排出压力P2之间的压差的实际测量值变得彼此相等。
接下来，参数调整单元30向比较单元32输出吸入压力P1与排出压力P2之间的压差的模拟值，以及从过程值数据库11获取的吸入压力P1与排出压力P2之间的压差的实际测量值。比较单元32将模拟值与实际测量值进行比较，并将比较结果输出给参数调整单元30。参数调整单元30参考该比较结果，判断模拟值与实际测量值之间的差是否小于等于预定阈值(步骤S405)。如果参数调整单元30判断为模拟值与实际测量值之间的差不小于等于预定阈值，则参数调整单元30再次调整转速。注意，参数调整单元30还可以重复进行转速的调整，直到模拟值与实际测量值彼此相匹配。
另一方面，如果参数调整单元30判断为模拟值与实际测量值之间的差小于等于预定阈值，则参数调整单元30将调整后的转速连同该时间点的过程值和时间戳等输出给工作点估计单元22。注意，参数调整单元30还可以向工作点估计单元22输出其他环境条件等。工作点估计单元22估计将参数调整单元30输入的转速、过程值和时间戳等相互关联的运行期间的估计工作点OP，并将运行期间的估计工作点OP存储在存储单元24中(步骤S407)。注意，参数调整单元30还可以将运行期间的估计工作点OP存储在存储单元24中。
接下来，评估单元26从存储单元24读取在上述基准性能评估过程中创建的基准估计工作点RP和在运行期间的估计工作点OP，并通过互相比较基准估计工作点RP与运行期间的估计工作点OP来执行目标设备T在运行期间的性能评估(步骤S409)。评估单元26还可以在显示单元28上显示评估结果。此外，评估单元26还可以计算基准估计工作点RP与运行期间的估计工作点OP之间的偏差量，而不在屏幕上显示评估结果。如果偏差量超过预设阈值，则评估单元26例如也可以通知工人。注意，除了基准估计工作点RP和运行期间的估计工作点OP之外，评估单元26还可以从存储单元24读取由制造商MK提供的值，并通过对它们相互比较来执行目标设施T的运行期间性能评估。根据以上所述内容完成了本流程图的处理。
图10是示出在本实施方式中将实际工厂PL在使用条件下的运行期间性能值映射到由制造商MK提供的值的性能曲线上的一个示例图。在图10中示出，实际工厂PL中处于使用条件下的基准性能值是D2，而在运行期间的性能值降低到D3。此外，在图10中示出，在时间上位于D3之后的D4(随着运行时间的流逝)处，运行期间性能值进一步降低。通过显示这样的评估结果，可以掌握压缩机C的状况的恶化状态。
根据上述的本实施方式，可以高精度地评估在实际工厂中处于使用条件下的设施的运行状态，并可以及早检测设施的异常等。根据本实施方式，特别地，因为可以在其征兆阶段检测压缩机的异常，所以可以比使用诸如传感器等设备的传统方法更早地检测设施的异常。而且，对于在实际工厂中处于使用条件下的压缩机，可以通过跟踪模拟器获得估计工作点来掌握与制造商提供的值的差异。通过存储上述估计工作点，适当地实施运行中或维护期间的跟踪模拟，并获得该时间点的估计工作点，从而可以掌握(诊断)压缩机的状况的变化状态(劣化状态)。
结合到工厂中的压缩机通常也包含在多个控制回路(例如防止喘振)中。在这种情况下，因为如果从整个系统观察，反馈回路起作用并且看起来运行是稳定的，因此难以掌握压缩机本身的变化(例如劣化)。根据本实施方式，由于压缩机本身的工作点被关注，因此也可以捕获到包含在多个控制回路中的压缩机的变化。而且，从估计工作点的急剧变化，还可以发现流经压缩机的流体的变化等(气体或液体的材料或粘度的变化)。
在上述实施方式中所描述的例子为，采用“吸入压力P1与排出压力P2之间的压差或吸入压力P1与排出压力P2的比率”作为“压缩机”(评估设施T)中的测量目标的计算值，并采用“转速”作为调整目标的参数。在要评估“泵”作为评估设施T的情况下，可以采用“吸入压力与排出压力之间的压差或吸入压力与排出压力的比率”作为测量目标的计算值，并可以采用“泵头”作为调整目标的参数。图11是示出在实际工厂PL中处于使用条件下的基准性能值被映射到由制造商提供的与泵头相关的值的性能曲线上的一个示例图。其示出了当由制造商提供的在泵的排出量B处的头的值是D5时，在实际工厂PL中处于使用条件下的基准性能值是D6。
此外，在要评估“热交换器”作为评估设施T的情况下，可以采用“出口温度”作为测量目标的过程值，并且可以采用“总热传递系数”作为调整目标的参数。此外，在要评估“阀”作为评估设施T的情况下，可以采用“MV值”作为测量目标的过程值，并可以采用“CV值”作为调整目标的参数。另外，对于“蒸发器”、“反应器”和“蒸馏塔”，也通过选择和调整相对于实际测量值具有高灵敏度的模型参数来适用本发明。
此外，尽管在上述实施方式中描述了使用跟踪模拟器20的结构，但是也可以使用离线调整参数的离线型模拟器。
此外，尽管在上述实施例中描述了使用跟踪模拟器20的结构，但是也可以使用包括静态模拟器和动态模拟器两者的模拟器，或者包括静态模拟器和跟踪模拟器两者的模拟器。
上述静态模拟器是使用静态模型(计算工厂或过程的稳态的模型)的模拟器，以模拟工厂中设置的设备的稳态。此外，上述动态模拟器是使用动态模型(计算工厂或过程的动态行为(非稳态)的模型)的模拟器，以计算工厂的瞬态。
在跟踪模拟器20用于调整参数的情况下，工厂的外部条件(诸如生产数量，原材料等)可能已经改变。如果这些因素包括在调整后的参数值中，则在某些情况下不能简单地将当前参数值和过去参数值相互比较。在包括上述静态模拟器和动态模拟器(或上述静态模拟器和跟踪模拟器)的模拟器中，通过将跟踪模拟器中使用的动态模型转换为静态模型并与条件相匹配(均衡运行条件)，来实现与基准状态中的静态模型的比较。通过利用该功能，可以减少根据工厂外部条件的变化进行参数调整时的错误。注意，在日本专利申请No.2016-021116中公开了包括这种静态模拟器和这种动态模拟器(或这种静态模拟器和这种跟踪模拟器)的模拟器的细节。
根据上述本实施方式，可以高精度地评估在实际工厂中处于使用条件下的设施的运行状态，并可以及早地检测到设施的异常等。注意，例如，可以通过云计算来实现上述实施方式的评估系统。这里，云计算还可以符合例如以下URL(统一资源定位符)中的指定文档中描述的定义(由美国国家标准与技术研究院推荐的定义)。
http://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/SP/nistspecialpublication800-145.pdf；
https://www.ipa.go.jp/files/000025366.pdf。
例如，也可以设置为使得工厂中的每个设施的过程值经由网络累积在连接到工厂的云上，并在该云上执行每个设施的评估。
此外，还可以通过在计算机可读存储介质中存储用于实现配置上述实施方式中所描述装置的功能的程序，并使得存储在该存储介质中的程序被读入到计算机系统并由其执行，来执行本实施方式的上述各种处理。注意，这里所述的术语“计算机系统”还可以包括诸如OS或外围设备之类的硬件。此外，如果使用WWW系统，术语“计算机系统”还可以包括页面提供环境(或显示环境)。此外，术语“计算机可读存储介质”指的是诸如可写入非易失性存储器之类的存储装置，例如软盘、磁光盘、ROM和闪存，便携式介质，例如CD-ROM，以及内置于计算机系统中的硬盘。
此外，术语“计算机可读存储介质”包括在一定时间内携带程序的介质，在通过诸如因特网之类的网络或诸如电话线之类的通信信道发送程序的情况下，例如是作为服务器或客户端的计算机系统内的易失性存储器(例如，DRAM(动态随机存取存储器))。此外，上述程序还可以从将该程序存储在存储装置等中的计算机系统，经由传输介质或通过传输介质中的传输波传输到另一计算机系统。这里，传输程序的术语“传输介质”是指具有传输信息功能的介质，例如因特网等网络(通信网络)或电话线等通信信道(通信线路)。另外，上述程序也可以用于实现前述功能的一部分。此外，上述程序还可以通过组合已经存储在计算机系统中的程序(即，差异文件(差异程序))来实现上述功能。
尽管对本发明的实施方式进行了说明，但本发明的技术范围不限于上述实施方式所记载的范围。另外，本领域技术人员应当清楚，在上述实施方式的基础上可加以增加各种变更或改进。此外，由权利要求的记载可知，这种加以变更或改进的实施方式也包含在本发明的技术范围内。
应当注意的是，权利要求书、实施方式或附图中所示的装置、系统、程序以及方法所执行的各个处理的动作、顺序、步骤及阶段，只要没有特别明示“更早”、“早于”等，或者只要前面处理的输出并不用在后面的处理中，则可以以任意顺序实现。关于权利要求书、实施方式或附图中的动作流程，为方便起见而使用“首先”、“然后”等进行了说明，但并不意味着必须按照这样的顺序实施。
附图标记说明
1...评估系统；3...评估装置；5...运行监视终端；7...控制器；9...仪器数据库；11...过程值数据库；20...跟踪模拟器；22...工作点估计单元；24...存储单元；26...评估单元；28...显示单元；30...参数调整单元；32...比较单元；L...传输线；N...控制网络；T...目标设施；M...测量仪器；MO...模型；MK...由制造商提供的值；RP...基准估计工作点；OP...运行期间的估计工作点；PL...工厂。

Claims (11)

1.一种评估装置，包括：
存储单元，存储对工厂中设置的设施的状态进行模拟的模型；
模拟器，对所述模型中设置的参数进行调整，使得基于所述设施在第一状态中的过程值的实际测量值与使用所述模型算出的第一模拟值之间的差小于等于阈值；以及
估计单元，基于调整后的参数估计第一估计工作点，所述第一估计工作点表示所述设施在所述第一状态中的运行状态。
2.根据权利要求1所述的评估装置，其中，
所述模拟器调整所述参数，使得实际测量值与通过使用所述模型而算出的第二模拟值之间的差小于等于所述阈值，所述实际测量值基于所述设施在第二状态中的过程值，所述第二状态在时间上位于所述第一状态之后；
所述估计单元基于针对处于所述第二状态中的所述设施调整的参数来估计第二估计工作点，所述第二估计工作点表示所述设施在第二状态中的运行状态。
3.根据权利要求2所述的评估装置，还包括：评估单元，基于所述第一估计工作点与所述第二估计工作点之间的差来评估所述设施的运行状态的变化。
4.根据权利要求3所述的评估装置，其中，所述评估单元基于由制造商提供的表示所述设施的性能的值与表示所述设施在所述第一估计工作点处的估计性能的数据之间的差来评估所述设施在所述第一状态中的性能。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的评估装置，其中，所述第一状态表示所述设施在所述设施引入期间或修复所述设施后的启动时的状态。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的评估装置，其中，所述第一估计工作点是处于所述第一状态且彼此相关联的针对所述设施调整的参数、所述过程值和测量所述过程值的时间的信息。
7.根据权利要求3所述的评估装置，其中，所述评估单元基于所述第一估计工作点与所述第二估计工作点之间的差来评估流经所述设施的流体的变化。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的评估装置，其中，
所述设施为压缩机；
基于所述设施的所述过程值的所述实际测量值为所述压缩机的吸入压力与排出压力之间的压差，或所述吸入压力与所述排出压力的比率；
所述参数为所述压缩机的转速。
9.一种评估装置，包括：
存储单元，存储对工厂中设置的设施的状态进行模拟的模型；
模拟器，对在所述模型中设置的参数进行调整，使得基于所述设施在第一状态中的过程值的实际测量值与通过使用所述模型算出的第一模拟值彼此相匹配；
估计单元，基于调整后的参数估计表示所述设施在所述第一状态中的运行状态的第一估计工作点；以及
评估单元，基于由制造商提供的表示所述设施的性能的值与表示所述设施在所述第一个估计工作点的估计性能的数据之间的差，评估由所述制造商提供的所述值与所述设施的实际性能之间的差。
10.一种评估系统，包括：评估装置、数据库和控制系统，其中，
所述评估装置，包括：
存储单元，存储对工厂中设置的设施的状态进行模拟的模型；
模拟器，对在所述模型中设置的参数进行调整，使得基于所述设施在第一状态中的过程值的实际测量值与使用所述模型算出的第一模拟值之间的差小于等于阈值；以及
估计单元，基于调整后的参数估计表示所述设施在所述第一状态中的运行状态的第一估计工作点；
所述数据库存储所述设施的运行条件和所述过程值；
所述控制系统从所述设施获取所述过程值，并将所述过程值存储在所述数据库中。
11.一种评估方法，包括：
调整在模型中设置的参数，使得基于设施在第一状态中的过程值的实际测量值与通过使用对所述设施进行模拟的所述模型算出的第一模拟值之间的差小于等于阈值，所述设施设置在工厂中；以及
基于调整后的参数估计表示所述设施在所述第一状态中的运行状态的第一估计工作点。
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