JP2014085981A - エネルギー管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＦＥＭＳ等のエネルギー管理システムに関して、工場全体でのより効率的なエネルギー管理などを実現できる技術を提供する。
【解決手段】本エネルギー管理システムは、工場２０を対象としてエネルギー管理を行うＦＥＭＳ１、工場２０の生産計画を立案する生産管理システム（ＰＭＳ）２、工場２０に対し電力供給可能な蓄電池システム５、及び太陽光発電システム６等を有する。ＦＥＭＳ１は、ＰＭＳ２の生産計画と連携し、工場２０のエネルギー負荷を予測し、蓄電池システム５等からの供給可能な電力を予測し、生産計画の情報に対して、予測による供給可能な電力からの供給量を含めて、予測による工場の負荷を平準化してより効率的なエネルギー管理となるようにピークカットまたはピークシフトを含む調整を行い、当該調整後の生産計画の情報をＰＭＳ２に出力する処理を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、エネルギー管理システム、生産管理システムなどの技術に関する。

エネルギー管理システムとして、工場を対象（需要家）としてエネルギー管理を行う工場エネルギー管理システム（ＦＥＭＳ：Factory Energy Management System）などがある。ＦＥＭＳでは、対象となる工場ごと、生産ラインごとに、使用するエネルギー（言い換えると電力、負荷、需要など）を監視・記録し、省エネなどを図る。

また、生産管理システム（ないし生産計画システム）として、工場の生産ラインにおける製品・部品などの生産計画を作成・管理するシステムなどがある。

近年、情報通信技術を採り入れたスマートグリッドやマイクログリッドの研究開発が盛んである。これまで低炭素化と経済的電力運用実現を目的とした実証型の技術開発が主流である。しかしながら、２０１１年以降の電力不足やそれに伴う電気料金の値上げにより、あらゆる分野において節電が求められており、特に電力消費の多い製造業などの業種にとっては大きな負担となっている。このため、再生可能エネルギーや分散型電源の活用によるピークシフト（ないしピークカット）や負荷の低減などが注目を集めている。その他、生産工程におけるエネルギーの効率的な管理が従来以上に求められている。

例えば、製造・生産工程に関わるエネルギーの実績や、今後の生産計画などの入力情報をもとに、エネルギー負荷を予測し、今後のエネルギーの削減目標を設定する等、エネルギー負荷の平準化を図るように生産計画を策定・立案することが考えられる。

上記のように生産計画の段階から生産工程で消費するエネルギー負荷を把握するための手段・方法としては、消費エネルギーを生産量数で除算した値であるエネルギー原単位（単位量の生産に必要な消費電力などのエネルギー）を用いるものが挙げられる。

上記エネルギー管理などに関する先行技術例として、特開２０１０−２６８３６号公報（特許文献１）、特開２００４−１５１８３０号公報（特許文献２）、特開２００５−９２８２７号公報（特許文献３）、特開２００５−２６１０２１号公報（特許文献４）などがある。

特許文献１（エネルギ計画支援システム）では、エネルギー原単位の低減目標を達成するエネルギー計画が容易に作成できるように利用者を支援する旨が記載されている。特許文献１のシステムでは、エネルギーの使用実績、及びエネルギー原単位低減目標を持ち、当年度のエネルギー使用量計画と生産量計画値を入力情報とし、当年度のエネルギー原単位を算出すると共に、対前年度の低減率を演算し、低減率目標値を基に、月ごとのエネルギー使用量の計画値を算出することで、エネルギーの削減目標を達成するための、エネルギー使用計画を作成する旨が記載されている。

特許文献２（エネルギー需要最適化システム及び生産計画作成支援システム）では、新たな設備機器を導入することなく、既存の設備の需要エネルギー量の最適化を図る旨が記載されている。特許文献２では、製品の単位量生産あたりの消費エネルギーをエネルギー原単位とし、生産に必要な設備稼働時間を時間原単位として、消費エネルギーと設備稼働時間を予測し、空調機（非生産設備）の消費エネルギーと併せて単位時間における消費エネルギー量の最大値と最小値の差が最小となるようにすることで負荷の平準化を図る旨が記載されている。

特許文献３（スケジューリングシステム等）では、生産の諸条件を満たした上でエネルギー使用量を最小にしたスケジュールを作成できるシステムを提供する旨が記載されている。

特許文献４（運用計画システム等）では、エネルギー供給システムにおける諸条件を満たした上で、需要家にとって最適なエネルギー供給システムの運用計画を立案することができる旨が記載されている。

なお他の先行技術例として、工場ないしその建物における照明・空調などの建築設備における使用エネルギーないし電力量を制御する機能や予測する機能などを備えるシステム、例えば照明制御システムや空調制御システムなどは既に存在する。

特開２０１０−２６８３６号公報 特開２００４−１５１８３０号公報 特開２００５−９２８２７号公報 特開２００５−２６１０２１号公報

前記特許文献１では、電力使用計画及び実績情報からエネルギー原単位を取得し、エネルギー削減目標を達成するためのエネルギー使用計画の立案を行っている。しかし、立案される使用計画は月単位であり、１日単位や時単位でのより細かなエネルギー管理や生産計画の管理は行っていない。そのため、より効率的なエネルギー管理の観点では不十分である。

前記特許文献２では、生産設備に関わる負荷、及び空調（非生産設備）に関わる負荷を時間単位で予測し、負荷の平準化を図っている。しかし、再生可能エネルギーや分散型電源の設置、及びそれらとの連携を考慮しているものではない。そのため、エネルギー負荷の削減の観点からは限界がある。

前記特許文献３では、エネルギー需要予測情報を含むスケジュールを作成する旨が記載されているが、生産計画との連携、及び再生可能エネルギーや分散型電源を考慮したピークカット等を図るものではなく、効率などの観点で不十分である。

前記特許文献４では、工場・ビルを含む施設のエネルギー需要予測に基づき、全体的な多目的運用計画案を生成する旨が記載されているが、同様に、生産計画との連携、及び再生可能エネルギーや分散型電源を考慮したピークカット等を図るものではなく、効率などの観点で不十分である。

従来のＦＥＭＳ等のエネルギー管理システムは、生産管理システムとの連携はしていないので、エネルギー需要に関する予測の精度は高くないという課題があった。また従来のＦＥＭＳ等は、再生可能エネルギー・分散型電源の利用を考慮していないので、工場全体のエネルギー管理に係わる効率などの観点で課題があった。

以上を鑑み、本発明の主な目的は、ＦＥＭＳ等のエネルギー管理システムに関して、第１に、生産管理システム・生産計画との連携により、エネルギー需要に関する予測の精度を高め、より効率的なエネルギー管理などを実現できること、第２に、再生可能エネルギー・分散型電源の積極的な活用及びその考慮などにより、工場全体のより効率的なエネルギー管理などを実現できることである。

上記目的を達成するため、本発明のうち代表的な形態は、工場を対象（需要家）とするＦＥＭＳ等のエネルギー管理システム等であって、以下に示す構成を有することを特徴とする。

本形態のエネルギー管理システムは、工場を対象としてエネルギー管理を行う工場エネルギー管理システム（ＦＥＭＳ）と、工場の生産設備における生産計画を管理する生産管理システム（ＰＭＳ）と、工場に対して再生可能エネルギーまたは分散型電源による電力を供給可能な電力供給システムとを有する。ＦＥＭＳは、ＰＭＳにより立案される生産計画に連携する処理と、工場のエネルギー負荷ないし需要量を予測する処理と、電力供給システムによる供給可能な電力を予測する処理と、生産計画の情報に対して、予測による供給可能な電力からの供給量を含めて、予測による工場のエネルギー負荷ないし需要量を平準化してより効率的なエネルギー管理となるようにピークカットまたはピークシフトを含む調整を行い、当該調整後の生産計画の情報をＰＭＳに対して出力する処理とを行う。

本エネルギー管理システムでは、ＦＥＭＳは、ＰＭＳから、生産計画の情報として、製品ごと及び生産ラインごとの使用電力を含む情報と、当該生産に係わる制約条件の情報と、当該生産に係わる原単位の情報とを取得する処理と、前記調整の処理として、上記取得した情報を用いて、工場の生産設備を用いた複数の生産ラインにおける負荷の大きい時間帯の作業を、その前後の負荷の小さい時間帯にシフトして全体的に負荷を平準化するようにピークカットまたはピークシフトを含む調整を行う。

本エネルギー管理システムでは、ＰＭＳは、生産計画の情報として、製品ごと及び生産ラインごとの日時及び使用電力を含む情報と、当該生産に係わる制約条件の情報と、当該生産に係わる製品単位ごと及び生産ラインごとの使用電力、人員、及び時間を含む原単位の情報とを記憶する処理と、生産計画を立案する処理と、ＦＥＭＳとの連携のため、ＦＥＭＳとの間で生産計画を含むデータ情報を送受信する処理と、ＦＥＭＳで調整された生産計画の情報に従い工場の生産設備での生産を実施する処理とを行う。

本発明のうち代表的な形態によれば、ＦＥＭＳ等のエネルギー管理システムに関して、第１に、生産管理システム・生産計画との連携により、エネルギー需要に関する予測の精度を高め、より効率的なエネルギー管理などを実現でき、第２に、再生可能エネルギー・分散型電源の積極的な活用及びその考慮などにより、工場全体のより効率的なエネルギー管理などを実現できる。

本発明の一実施の形態のエネルギー管理システムの全体の構成を示す図である。 本実施の形態のエネルギー管理システムの機能ブロック構成を示す図である。 本実施の形態のシステムで、ＦＥＭＳと生産計画との連携・調整の概念及び処理概要を示す図である。 本実施の形態のシステムで、生産計画（生産ライン）におけるピークシフトによる負荷の平準化の概念を示す図である。 本実施の形態のシステムで、ＦＥＭＳのエネルギー需要予測におけるピークシフトによる負荷の平準化の概念を示す図である。 本実施の形態のシステムで、生産管理システムによる生産計画の立案の適用例におけるデータ情報例を示す図である。 本実施の形態のシステムで、生産管理システムによる生産計画の立案の適用例における生産計画情報例を示す図である。 本実施の形態のシステムで、ＦＥＭＳでのエネルギー需要予測のための個別要素の予測例を示す図である。 本実施の形態のシステムで、ＦＥＭＳでのエネルギー需要予測の例を示す図である。 本実施の形態のシステムで、ＦＥＭＳでのエネルギー需要予測量に生産計画の電力量を加算して工場全体負荷量を得る例を示す図である。 本実施の形態のシステムで、ＦＥＭＳでの加算後の工場全体負荷量における負荷平準化の前後の例を示す図である。 本実施の形態のシステムで、ＦＥＭＳでの工場全体負荷量に蓄電池の充放電計画及びエネルギー負荷の目標値を設定した例を示す図である。

以下、図面に基づき、本発明の一実施の形態（エネルギー管理システム）を詳細に説明する。なお実施の形態を説明するための全図において同一部には原則として同一符号を付しその繰り返しの説明は省略する。

＜概要等＞
本実施の形態のエネルギー管理システム１０（図１等に示す）では、ＦＥＭＳ１は、ＰＭＳ２及びＰＭＳ２が立案する生産計画と連携し、ＰＭＳ２から生産計画、制約条件、及び原単位情報などを含むデータ情報を取得し、工場２０の生産ライン（生産設備）２１の全体におけるエネルギー需要に関する予測を行い、当該予測に基づき、生産計画（言い換えるとエネルギー使用計画・予定）を調整・最適化する処理（言い換えると生産計画を構成変更する処理）を行う。

本システム１０では、ＦＥＭＳ１は、上記調整の処理では、工場２０の照明・空調などの設備（生産設備以外の関連設備）のエネルギー負荷を予測し、また、再生可能エネルギー・分散型電源による電力供給システムである蓄電池システム５や太陽光発電システム６による供給可能量・発電量を予測する。そしてＦＥＭＳ１は、これら予測量と、生産計画の製品及び生産ラインごとの使用電力量とをもとに、工場２０の全体のエネルギー負荷ないし需要量を予測する。そしてＦＥＭＳ１は、上記予測量について、再生可能エネルギー・分散型電源（５，６）からの電力供給の計画と併せて、工場２０全体の効率的なエネルギー管理を実現できるように、工場２０全体の負荷を平準化するピークカットないしピークシフトを行って、生産計画を調整・最適化する。

特に、ピークとなる時間帯におけるエネルギー負荷の平準化を図るように、ピークカットないしピークシフト等を行う。この平準化に対応して、生産計画における複数の生産ラインの並列的な稼働における作業の時間帯のシフトや、蓄電池からの電力供給の充当などを行う。

本システム１０は、上記生産計画の変更にあたり、工場２０の生産設備（２１）以外の、照明や空調などの設備による負荷の予測、及び蓄電池・太陽光発電などからの電力供給の計画により、工場２０全体でのエネルギーの最適化を図る。本システム１０は、上記変更された生産計画による生産を実施し、蓄電池・太陽光発電などからの電力供給を最大限に活用して、商用系統電力の使用量を削減する。これにより工場２０全体でのエネルギー負荷低減、及びエネルギー利用の効率化を実現する。

［システム構成（１）］
図１は、本実施の形態のシステム（エネルギー管理システム）１０の構成を示す。本システム１０の全体は、工場エネルギー管理システム（ＦＥＭＳ）１、生産管理システム（ＰＭＳと略す）２、電力量計（メータ）３、照明・空調システム４、蓄電池システム５、太陽光発電システム６、及び管理対象である工場２０を有し、これらが相互に通信手段で接続される構成である。ＦＥＭＳ１に対してＰＭＳ２及び各部（３〜６）が通信ネットワークや専用線などによって接続される。なお１〜５等の各システムは、工場２０内部に設けられてもよいし、外部に設けられてもよい。

本システム１０は、特にＦＥＭＳ１とＰＭＳ２との強い連携により工場２０の電力（エネルギー）のピークシフト等を制御する機能を提供する。また本システム１０は、工場２０に対して再生可能エネルギー・分散型電源によるエネルギー（電力）の供給が可能なシステムとして、蓄電池システム５及び太陽光発電システム６を含んで成る。本システム１０はこれら（５，６）のエネルギー（電力）を活用して生産計画を調整する。

工場２０は、所定の生産ライン（言い換えると生産設備）２１を含む構成であり、生産管理システム２による生産計画に従い、生産ライン２１を用いて、所定の製品・部品などが生産される。

ＦＥＭＳ１は、生産ライン（生産設備）２１を持つ工場２０を対象（需要家）として、工場２０の全体のエネルギー管理を行い、省エネ化などを図る。ＦＥＭＳ１は、サーバ１１やＤＢ（データベース）などの公知技術で構成される。サーバ１１でＣＰＵ及びメモリ等を用いてプログラム処理を実行することによりＦＥＭＳ１の各機能（１０１〜１０３等）を実現する。ＦＥＭＳ１の主な機能として、生産計画連携・調整機能１０１、エネルギー負荷監視機能１０２、エネルギー供給制御機能１０３等を有する。その他、ＦＥＭＳ１は、ネットワークを介して外部から必要な情報（後述の予測用情報など）を参照／取得する機能などを含む。またＦＥＭＳ１では、管理者（Ｕ１）等の端末からサーバ１１にアクセスして画面で各種情報の設定・閲覧などが可能となっている。ＦＥＭＳ１は、各システム（２〜５）から収集した実績情報や、自身の予測情報などをＤＢに格納する。

特にＦＥＭＳ１には、ＰＭＳ２の立案する生産計画に連携して当該生産計画を調整・最適化する機能（生産計画連携・調整機能１０１）を備える。この機能（１０１）は、工場２０のエネルギー負荷を平準化するようにピークカット・ピークシフト等の処理を行うことが含まれる。

またＦＥＭＳ１は、ＰＭＳ２、電力量計３、及び照明・空調システム４に対する、エネルギー負荷監視機能１０２を有し、工場２０に関するエネルギーの負荷ないし需要の予測・監視を行う。ＦＥＭＳ１は、電力量計３による計測情報を収集して、工場２０のエネルギー負荷の見える化・監視を行う。ＦＥＭＳ１は、照明・空調システム４に対しては、照明・空調などの設備の使用電力量を把握すると共に、デマンド（需要）に応じた制御を行う。

またＦＥＭＳ１は、蓄電池システム５及び太陽光発電システム６に対する、エネルギー供給制御機能１０３を有し、工場２０に対するエネルギー（再生可能エネルギー・分散型電源）の供給・制御を行う。ＦＥＭＳ１は、蓄電池システム５に対しては、蓄電池の充電・放電の計画（スケジュール）を立てて制御する。蓄電池からの放電により工場２０へ電力を供給する。ＦＥＭＳ１は、太陽光発電システム６に対しては、太陽光発電の発電量を予測・把握する。太陽光発電システム６の発電力を蓄電池システム５の蓄電池に蓄電（充電）する。

生産管理システム（ＰＭＳ）２は、生産計画システム等とも称し、工場２０の生産ライン（生産設備）２１を使用した製品等の生産における生産計画を立案し、その生産計画による生産管理（生産の実施のモニタ、生産実績情報の記録など）を行う。なおＰＭＳ２は既存システムの適用も可能である。ＰＭＳ２は、ＦＥＭＳ１との連携に対応した、生産計画の立案の機能などを有する。ＰＭＳ２は、生産計画情報、生産実績情報、生産の制約条件の情報、及び生産の原単位情報などを含むデータをＤＢ等に記憶・管理する。ＦＥＭＳ１及びＰＭＳ２はそれぞれＰＭＳ２及びＦＥＭＳ１との連携のためのインタフェース及び共通のフォーマット等を有し、互いに必要なデータ情報を送受信可能である。

電力量計（メータ）３は、工場２０内の分電盤などに設置され、工場２０の負荷（生産ライン２１で使用する電力量など）の計測・収集を行う。メータ３は、情報処理機能を備えるスマートメータ等としてもよい。

照明・空調システム４は、工場２０の生産ライン（生産設備）２１以外の、電力を使用する関連する設備である、照明機器・空調機器・ＯＡ機器などを含む機器・システムである。照明・空調システム４は、所定の制御系、例えば照明や空調の状態を自動的に制御する機能や、照明や空調の負荷を予測する機能などを持つシステム（公知技術）を含んでもよい。例えば照明・空調システム４は、工場２０内の照明・空調などの運転状態・温度状態などを自律的に制御・監視する。

なお本実施の形態では、工場２０の生産ライン２１に対して、照明・空調などの設備は基本的に独立的に扱われ制御される。照明・空調などの設備で使用する電力量については、メータ３で計測・把握されるが、照明・空調システム４自体で把握可能な場合はそれを利用してもよい。また工場２０の生産ライン２１での生産自体に直接係わる照明・空調などの条件（例えば所定の工程時に温度を一定にするための条件）についてはＰＭＳ２の生産計画（生産ラインの使用電力量など）で管理・反映されている。よって、照明・空調などの設備に関して、全体の電力のうち、上記の生産時の条件として使用する分を除いた分を、ＦＥＭＳ１及び照明・空調システム４により、デマンドに応じて制御する。

蓄電池システム５は、蓄電池（例えばリチウムイオン二次電池）、及びその制御基板（パワーコンディショナー）などを含んで成る。蓄電池システム５は、ＦＥＭＳ１が生産計画の調整に伴って立案する充放電計画（スケジュール）に従い、充電及び放電が行われる。

太陽光発電システム６は、太陽光発電パネル及びその制御基板などを含んで成る。太陽光発電システム６は、太陽光発電による電力を蓄電池システム５あるいは工場２０内に供給する。

その他、本システム１０は、例えば工場２０の排熱を利用して発電や蓄電する公知のシステムを用いてＦＥＭＳ１に連携して同様に制御するようにしてもよい。

なお本実施の形態は、エネルギー管理の対象として、工場２０のライン生産に適用した場合であるが、これに限らず他の生産方式にも同様に適用可能である。また本実施の形態は、ＦＥＭＳ１を主体としてＰＭＳ２に連携する形態であるが、逆に、ＰＭＳ２を主体としてＦＥＭＳ１に連携する形態としてもよい。即ちＰＭＳ２がＦＥＭＳ１からエネルギー管理関連の情報を取得して生産計画を調整するようにしてもよい。またＦＥＭＳ１とＰＭＳ２を１つのシステムに統合してもよい。また他のシステム要素（３〜６）についても適宜分離や統合した形態としてもよい。

［システム構成（２）］
図２は、図１のシステム１０の主にＦＥＭＳ１の詳しい機能ブロック構成を示す。ＦＥＭＳ１（そのサーバ１１）は、処理部として、生産計画調整・最適化部１２、負荷見える化・収集部１３、設備負荷予測・デマンド制御部１４、充放電制御部１５、発電量予測部１６、エネルギー（Ｅ）需要予測部１１１、加算部１１２、再計算制御部１１３、目標制御部１１４、等を有する。ＦＥＭＳ１はＤＢに実績情報ｄ１１や予測情報ｄ１２を格納する。

生産計画調整・最適化部１２は、ＰＭＳ２の立案した生産計画（Ｋ１）を、ピークカット・ピークシフト等を含め、調整・最適化する処理を行う。生産計画調整・最適化部１２は、充放電計画部１２１、目標値設定部１２２等を含んで成る。充放電計画部１２１は、蓄電池システム５の充放電計画を作成する。目標値設定部１２２は、ピークカットに関する目標値を設定する。

負荷見える化・収集部１３は、メータ３から計測情報を収集し、工場２０のエネルギー負荷を見える化する処理、即ちＧＵＩ（グラフィカルユーザインタフェース）画面に負荷のグラフなどの各種情報を表示してユーザ操作可能とする処理などを行う。

設備負荷予測・デマンド制御部１４は、照明・空調システム４から情報を取得して照明・空調などの設備のエネルギー負荷を予測する処理や、照明・空調システム４に対するデマンドによる制御の処理を行う。１４では、照明・空調などの設備で固定的に消費する分の電力量を予測している。

充放電制御部１５は、蓄電池システム５に対して充放電計画に従い充電・放電を制御する処理を行う。

発電量予測部１６は、気象情報などに基づき太陽光発電システム６の発電量を予測する処理などを行う。

エネルギー需要予測部１１１は、１４による設備負荷予測量や、１６による発電予測量を用いて、エネルギー需要量を予測する。加算部１１２は、１１１によるエネルギー需要予測量に、調整前の生産計画（Ｋ１）での使用予定の電力量を加算する。再計算制御部１１３は、生産の実施・実績及び生産計画（Ｋ１）の立案に応じて、１１１，１１２，１２等の再計算を制御する。目標制御部１１４は、目標値とエネルギー需要とを比較して所定の制御を行う。これらは詳しくは図３で説明する。

ＰＭＳ２は、サーバやＤＢ等で構成され、ＣＰＵ及びメモリ等を用いてプログラム処理を実行することによりＰＭＳ２の機能を実現する。ＰＭＳ２は、主な機能・処理部として、生産計画立案部２０１を有する。またＰＭＳ２では、管理者（Ｕ２）等の端末からサーバにアクセスして画面で各種情報の設定・閲覧などが可能となっている。

ＰＭＳ２は、ＤＢに、生産工程に係わる制約条件ｄ２１、作業案件ｄ２２、原単位情報ｄ２３などを記憶・管理する。またＰＭＳ２は、立案・調整した生産計画（Ｋ１，Ｋ２）情報や、工場２０の生産ライン２１から収集した生産実績情報などをＤＢに格納する。

制約条件ｄ２１は、製品単位ごと及び生産ラインごとの使用電力・人員・要期などの制約条件を示す。原単位情報ｄ２３は、製品単位ごと及び生産ラインごとの使用電力・人員・要期などの原単位を示す。作業案件ｄ２２は生産計画に対応した作業案件の情報である。なお原単位情報（ｄ２３）等をＰＭＳ２ではなくＦＥＭＳ１等で管理してもよい。

生産計画立案部２０１は、ＤＢの情報（ｄ２１〜ｄ２３等）に基づき、生産計画（Ｋ１）を作成・立案する。作成した生産計画Ｋ１の情報は、ＦＥＭＳ１に入力される。なおこの際、ＦＥＭＳ１からＰＭＳ２へアクセスして情報を取得する形としてもよいし、ＰＭＳ２からＦＥＭＳ１へアクセスして情報を送信する形などとしてもよい。

ＦＥＭＳ１及びＰＭＳ２ではそれぞれ管理者（Ｕ１，Ｕ２）等のユーザによりＧＵＩ画面で情報を閲覧可能であり、例えば後述する図４〜図１１のようなグラフ・表などを画面に表示して確認・操作が可能である。ＧＵＩ画面に表示する情報として、少なくとも、調整前後の生産計画（Ｋ１，Ｋ２）の情報、及び工場２０の負荷（実績値）の見える化の情報がある。

［生産計画と連携したエネルギー管理］
図３は、本システム１０で、ＦＥＭＳ１とＰＭＳ２の連携において、ＦＥＭＳ１に対してＰＭＳ２の生産計画情報を入力して調整し、生産計画と連携したエネルギー管理をサイクルで実施する概念などを示す。ｓ１等は処理ステップ、ｄ１等はデータ情報を示す。

ＰＭＳ２は、２０１により立案した生産計画（Ｋ１）の情報を、通信ネットワークを介してＦＥＭＳ１に送信する（ｓ１）。この調整前の生産計画（Ｋ１）の情報ないしそれに伴い送信される情報には、生産する製品ごと、及び生産ライン２１毎の使用電力量や、当該生産計画に係わる制約条件の情報（例えば生産ライン毎の上限の電力量・人員・納期など）などを含んでいる。言い換えるとＦＥＭＳ１は生産計画（Ｋ１）をＰＭＳ２から取得する。

ＦＥＭＳ１は、定期的、例えば毎朝のタイミングで、実績情報や気象情報などに基づき、１４による設備負荷予測や、１６による発電予測を実行する（ｓ２）。実績情報をもとに照明・空調などの設備の負荷量を予測し、また気象情報などに基づき太陽光発電量を予測する。そしてＥ需要予測部１１１は、それら予測量をもとにエネルギー需要を予測する。ｄ１はエネルギー需要予測量のグラフデータ一例を示し、これはｓ２の設備負荷予測量から発電予測量を減算したデータである。

ＦＥＭＳ１（加算部１１２）は、上記ｓ２のエネルギー需要予測量（ｄ１）に対して、ＰＭＳ２から受信した生産計画（Ｋ１）における生産ライン２１ごとの使用電力量を加算する（ｓ３）。ｄ２はその加算後のエネルギー需要予測量のグラフデータ一例である。

ＦＥＭＳ１（生産計画調整・最適化部１２）は、上記ｓ３のデータｄ２に対し、ピークカット・ピークシフトを含む負荷平準化の処理を行う（ｓ４）。この際、ピークカット・ピークシフトの処理として、全体において、負荷がピークとなる時間帯の生産計画（生産ラインの生産工程）を前後の時間帯にシフトしてピーク値を下げるように、生産計画（スケジュール）を調整・最適化する。またこの際、充放電計画部１２１により、蓄電池システム５の蓄電池の充放電計画を立てる。またこの際、目標値設定部１２２により、負荷平準化後のデータｄ３に示すように、目標電力となる目標値Ｘを設定する。負荷のピーク値がなるべく目標値Ｘ以下になるように計画を調整する。例えば目標値Ｘを超えてしまう分の電力を、蓄電池から放電供給するように上記の充放電計画を調整する。

上記の目標値Ｘは、管理者などの人が初期値を設定してもよいし、ＦＥＭＳ１（目標値設定部１２２）が適宜自動計算して設定してもよい。デマンドに応じて目標値Ｘを可変に設定・制御してもよい。

ＰＭＳ２は、上記ｓ３の調整後の生産計画（Ｋ２）のデータｄ３に従い、工場２０の生産ライン２１での生産を実施・制御し（ｓ５）、生産実績情報などを記録する。

上記調整後の生産計画（Ｋ２）に従う生産の実施（ｓ５）の結果、メータ３によって計測された実績値などに基づき、ＦＥＭＳ１（再計算制御部１１３）は、所定のタイミング、例えば１時間毎に、予測・計画の修正に基づく再計算の処理を起動する（ｓ６）。言い換えると新たな生産計画（Ｋ１）の入力（ｓ１）に応じて、調整・最適化のサイクル（ｓ２〜ｓ５）を同様に実行する。

またＦＥＭＳ１は、上記の際（ｓ６）、目標制御部１１４を用いて、実際のデマンド値がｄ３の目標値Ｘを超過したかどうか判定し（ｓ７）、超過（デマンド値＞Ｘ）を検出した場合、例えばＰＭＳ２あるいは工場２０に対して当該生産ライン２１の強制的な停止の要求などを発行・送信する（ｓ８）。あるいは、停止させる以外にも、所定のメッセージ等を管理者などに対して出力して報せるようにしてもよい。

［負荷平準化（ピークカット・ピークシフト）］
図４，図５に、ＰＭＳ２とＦＥＭＳ１の連携による負荷平準化（ピークカット・ピークシフト）の概念を示す。図４の（ａ），（ｂ）は、ＰＭＳ２の生産管理・生産計画の例におけるピークカット（ＰＣと略す）・ピークシフト（ＰＳと略す）による負荷平準化の前後を示す。対応して、図５の（ａ），（ｂ）は、ＦＥＭＳ１（前記１１１）のエネルギー需要予測（シミュレート）におけるＰＣ・ＰＳによる負荷平準化の前後のグラフを示す。

図４（ａ）で、工場２０の生産ライン２１の例として、並列稼動可能な複数のライン＃１〜＃５がある。ライン上の作業（工程）は例えば図示するように、段取り・準備の単位と、製造の単位と、清掃の単位とを有する。例えばライン＃３上のある作業（４０１）は、１３時〜１３時３０分が段取り・準備、１３時３０分〜１５時３０分が製造、１５時３０分〜１６時が清掃である。製造の単位（時間）では、所定の電力を使用するものとする。同様にライン＃５の作業４０２（１１時３０分〜１６時の製造）などを有する。図４（ａ）の調整前の生産計画（Ｋ１）に対応した状態では、１３時〜１５時付近のように特定の時間帯で複数のラインの生産が重なっており、エネルギー負荷が高く集中している。

図４（ａ）の作業４０１，４０２は、前記生産計画調整・最適化の処理（１２，ｓ６）におけるＰＣ・ＰＳにより、図４（ｂ）の作業４１１，４１２のように前後の時間帯へシフトされる。特に、ライン＃３、＃５の計画作業（４０１，４０２）を、負荷が集中した時間帯よりも前の、比較的負荷が低い時間帯（１１時〜１２時付近）へシフトした場合である。これにより時間及び生産ライン２１全体において負荷が緩和・平準化されている。

上記に対応して、図５（ａ）で、横軸は時間［ｈ］、縦軸は各ライン＃１〜＃５ごとの電力量［ｋＷｈ］を示す。５０１の線はエネルギー需要量予測を示す。同様に図５（ｂ）はＰＣ・ＰＳ後を示す。エネルギー需要量予測は、（ａ）の５０１では凹凸が大きいが、（ｂ）の５０２では平らになっており、ピーク値が５００程度から３５０程度へと低くなっている。

［生産計画立案］
図６は、ＰＭＳ２（前記２０１）による生産計画の立案の適用例における、データ情報例を示す。工場２０の生産ライン２１における生産する製品の例としてＵＰＳ（無停電電源装置）に適用した場合であり、生産工程の例として試験ラインに適用した場合を示す。Ａ１は、ＰＭＳ２で管理されている原単位情報（ｄ２３）の一種であり、製品別試験原単位を示す。Ａ２は、作業案件の情報（ｄ２２）である。Ａ３は、制約条件（ｄ２１）の一種である試験工程制約条件である。

図６で、製品別試験原単位Ａ１は、製品１台毎にその試験に必要な試験エリア（各生産ラインに対応する）の面積、試験時間、人員、最大消費電力を示す。本例では、Ａ１は、管理項目として、（ａ１）ＵＰＳ容量、（ａ２）試験エリア、（ａ３）試験時間、（ａ４）試験人数、（ａ５）最大電力を有する。

作業案件Ａ２は、製品の案件ごとに、試験台数、及び試験要期（試験を完了させなければならない期限）を示す。本例では、Ａ２は、管理項目として、（ａ６）案件、（ａ７）台数、（ａ８）試験要期を有する。ａ６の案件の情報は、各社・仕様（ＵＰＳ容量）などの情報がある。

試験工程制約条件Ａ３は、許容試験エリア、試験人員、最大電力上限値などを定義した制約条件である。本例では、Ａ３は、管理項目として、（ａ９）制約条件と、その値である（ａ１０）制約値とを有する。各レコードで各制約条件が定義される。例えば許容試験エリアは７７０ｍ^２まで、試験人数は５人まで、電力上限は２０００ｋＶＡである。

図７のＡ４は、図６のＡ１〜Ａ３に基づき作成される生産計画（Ｋ１）の情報例を示す。生産計画Ａ４は、製品別試験原単位Ａ１及び作業案件Ａ２に対して試験工程制約条件Ａ３を考慮することにより立案される。本例では、Ａ４は、管理項目として、例えば（ａ１１）試験日、（ａ１２）試験エリア〜（ａ１６）試験エリア、（ａ１７）最大電力を有する。ａ１２〜ａ１６の５つの試験エリアは、前述の５つの生産ライン＃１〜＃５に対応している。図７から図４のような表に変換可能である。上記Ａ１〜Ａ４から工場２０のエネルギー負荷量を計算可能であり、図５のようにエネルギー需要量をシミュレーション計算により予測可能である。

［エネルギー需要・負荷予測］
図８は、ＦＥＭＳ１でのエネルギー需要・負荷の予測の例について示す。ＦＥＭＳ１（Ｅ需要予測部１１１）により工場２０内の設備（照明・空調など）の単位時間当たりの負荷予測（前記１４）、及び太陽光発電量予測（前記１６）を行い、設備負荷予測量から発電予測量を減算することにより実質的なエネルギー負荷・需要を算出する例を示す。

図８のＢ１は、予測に用いる予測入力情報を示し、ＤＢに格納される。Ｂ１は例えば、過去実績情報（例えば３または４から取得可能）、気象情報（例えば外部の気象情報提供者から取得可能）、就業カレンダー（例えば工場２０またはＰＭＳ２から取得可能）などを用いることができる。Ｂ２は、Ｂ１に基づく設備負荷予測量のグラフである。横軸は時間、縦軸は負荷量（電力量）を示す。ＦＥＭＳ１（前記１１１，１４）は、予測入力情報Ｂ１に基づき、単位時間当たりのエネルギー負荷（主として照明・空調などの設備の負荷）を予測し、その結果であるＢ２をＤＢに格納する。

Ｂ３は、予測に用いる太陽光発電予測情報を示し、ＤＢに格納される。Ｂ３は例えば、気温予測や日射量予測（例えば外部の気象情報提供者から取得可能）、過去実績などを用いることができる。気温予測や日射量予測は、単位時間当たりの気温・日射量などの予測情報であり、過去実績はそれらの過去の実績情報である。

Ｂ４は、Ｂ３に基づく太陽光発電予測量のグラフである。横軸は時間、縦軸は発電量を示す。ＦＥＭＳ１（前記１１１，１６）は、太陽光発電予測情報Ｂ３に基づき、単位時間当たりの太陽光発電量を予測し、その結果のＢ４をＤＢに格納する。

図９のＢ５は、図８のＢ２からＢ４を減算して得られる、エネルギー需要予測量のグラフであり、単位時間当たりの設備負荷予測量（即ち需要予測量）であり、図３のデータｄ１に対応する。横軸は時間、縦軸は需要量を示す。下側の９０１はＢ２からＢ４を減算した部分、上側の９０２はＢ４部分に相当する。ＦＥＭＳ１(前記１１１)は上記Ｂ２からＢ４を減算してＢ５を作成し、ＤＢに格納する。

次に、図１０は、ＦＥＭＳ１で、エネルギー需要予測量（Ｃ１）に生産計画（Ｋ１）の電力量（Ｃ２≒Ａ４）を加算して工場全体負荷量（Ｃ３）を得る例を示す。Ｃ１は、前記図９等のＦＥＭＳ１が予測計算したエネルギー需要量（Ｂ５，ｄ１）に相当する。１００１部分は図９の９０１部分と同じである。Ｃ１は、工場２０全体での設備（照明・空調など）の負荷予測量に対応する。Ｃ２は、前記図７等でＰＭＳ２が立案した生産計画（Ｋ１）のデータ情報（Ａ４）に相当し、横軸は時間、縦軸は生産ライン２１ごとの使用電力量を示す。前記加算部１１２はこれら（Ｃ１，Ｃ２）を加算する。

図１１は、ＦＥＭＳ１で、上記加算後の工場全体負荷量（Ｃ３）における負荷平準化（ＰＣ・ＰＳ）の前後の例を示す。図１１のＣ３は、ピークシフト前であり、図１１のＣ４は、ピークシフト後である。１００１の部分は同じ量である。ピーク値は、６０００越えから６０００未満へ減少している。上記のように、負荷が最も高くなるピーク時間帯を中心に、生産ライン２１毎に生産計画を前後の時間帯にシフトすることにより負荷を平準化する。

図１２は、ＦＥＭＳ１で、前記図１１の負荷平準化後の工場全体負荷量（Ｃ４）に対して、蓄電池情報（Ｄ２）に基づく充放電計画情報（Ｄ３）を立案・反映し、かつ目標エネルギー負荷を設定した例を示す。Ｄ４は調整後の生産計画（Ｋ２）における工場全体負荷量に相当する。

Ｄ２の蓄電池情報は、例えば蓄電池システム５内の制御部（パワーコンディショナー）が持っている情報を取得して利用でき、ＤＢに格納される。Ｄ２は、例えば、蓄電池の容量、機器状態、放電可能電力、放電可能時間などの情報がある。Ｄ２は、蓄電池システム５自体から取得可能な蓄電池容量や放電可能電力などの情報の他、ＦＥＭＳ１側で計算可能な放電可能時間や、ＦＥＭＳ１側で制約条件として定義する情報から成る。

Ｄ３の充放電計画情報は、Ｃ４，Ｄ２に基づく、工場２０（生産ライン２１）に対する単位時間当たりの蓄電池からの放電（供給）のスケジュールを含む情報である。Ｄ３は、例えば、目標電力、蓄電池の容量遷移、単時間充放電容量、停電時照明用充電などの情報がある。Ｄ３では、目標電力ないし目標負荷として、Ｄ４のＹの線に示すように、低減目標値が設定される。これは前記図３の目標値（Ｘ）の設定に対応する。当該目標に応じて、単位時間当たりの充放電量が決定される。

Ｄ４で、目標Ｙ以下である１２０１部分と目標Ｙ以上である１２０２部分とを有する。１２０２部分については、計画として、蓄電池システム５からの放電によりまかなう。即ち太陽光発電量を考慮した蓄電池の蓄電量の範囲内で当該放電をまかなうように計画を立てる。ＦＥＭＳ１は、上記設定した目標負荷（Ｙ）に基づき、前記設備負荷予測・デマンド制御部１４を用いて、照明・空調システム４（設備）に対するデマンド監視を実施する。この際、例えば目標負荷（Ｙ）に対して実測の負荷が急増（超過）した場合、ＦＥＭＳ１は、前述（１１４）のように生産ライン２１に対して生産一時停止などを要求することができる。あるいは、照明・空調システム４に対して電力使用の低減や停止を要求することができる。上記計画・制御により工場２０全体の負荷を削減することができる。

［効果等］
以上説明したように、本実施の形態のシステム１０では、ＦＥＭＳ１とＰＭＳ２との連携により、生産計画情報に即した工場２０のエネルギー需要の予測により、従来よりも高精度のエネルギー需要予測を可能とする。そして当該予測に基づき生産計画における生産ライン２１の稼働のシフト等によりエネルギー負荷平準化を可能とし、効率的な生産計画・電力使用計画が可能である。また再生可能エネルギー・分散型電源（５，６）を活用した、負荷低減目標を含む充放電計画により、効率的な生産が可能である。また照明・空調などの設備（４）のデマンド制御による負荷低減を含めた、効率的な生産が可能である。これらにより従来よりも工場２０全体の効率的なエネルギー管理による省エネなどを実現できる。また生産計画の精度の向上によりリードタイムの短縮などにもつながる。従来のＦＥＭＳは生産管理システムと連携していないためエネルギー需要予測精度が高くなかったが、本実施の形態では上記のように連携により予測精度を高め、エネルギー管理の効率化を実現している。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

１…工場エネルギー管理システム（ＦＥＭＳ）、２…生産管理システム（ＰＭＳ）、３…電力量計（メータ）、４…照明・空調システム、５…蓄電池システム、６…太陽光発電システム、１０…本システム（エネルギー管理システム）、１１…サーバ、２０…工場、２１…生産ライン（生産設備）。

Claims (9)

1. コンピュータの情報処理を用いて、生産設備を持つ工場を対象としてエネルギー管理を行うエネルギー管理システムであって、
   前記工場を対象としてエネルギー管理を行う工場エネルギー管理システムと、
   前記工場の生産設備における生産計画を管理する生産管理システムと、
   前記工場に対して再生可能エネルギーまたは分散型電源による電力を供給可能な電力供給システムと、を有し、
   前記工場エネルギー管理システムは、
   前記生産管理システムにより立案される生産計画に連携する処理と、
   前記工場のエネルギー負荷ないし需要量を予測する処理と、
   前記電力供給システムによる供給可能な電力を予測する処理と、
   前記生産計画の情報に対して、前記予測による供給可能な電力からの供給量を含めて、前記予測による工場のエネルギー負荷ないし需要量を平準化してより効率的なエネルギー管理となるようにピークカットまたはピークシフトを含む調整を行い、当該調整後の生産計画の情報を前記生産管理システムに対して出力する処理と、を行うこと、を特徴とするエネルギー管理システム。
2. 請求項１記載のエネルギー管理システムにおいて、
   前記工場エネルギー管理システムは、
   前記生産管理システムから、前記生産計画の情報として、製品ごと及び生産ラインごとの使用電力を含む情報と、当該生産に係わる制約条件の情報と、当該生産に係わる原単位の情報とを取得する処理と、
   前記調整の処理として、前記取得した情報を用いて、前記工場の生産設備を用いた複数の生産ラインにおける負荷の大きい時間帯の作業を、その前後の負荷の小さい時間帯にシフトして全体的に負荷を平準化するように前記ピークカットまたはピークシフトを含む調整を行うこと、を特徴とするエネルギー管理システム。
3. 請求項１記載のエネルギー管理システムにおいて、
   前記生産管理システムは、
   前記生産計画の情報として、製品ごと及び生産ラインごとの日時及び使用電力を含む情報と、当該生産に係わる制約条件の情報と、当該生産に係わる製品単位ごと及び生産ラインごとの使用電力、人員、及び時間を含む原単位の情報とを記憶する処理と、
   前記生産計画を立案する処理と、
   前記エネルギー管理システムとの連携のため、前記エネルギー管理システムとの間で前記生産計画を含むデータ情報を送受信する処理と、
   前記工場エネルギー管理システムで調整された生産計画の情報に従い前記工場の生産設備での生産を実施する処理と、を行うこと、を特徴とするエネルギー管理システム。
4. 請求項１記載のエネルギー管理システムにおいて、
   前記工場及び工場エネルギー管理システムに接続される照明・空調システムを有し、
   前記照明・空調システムは、前記工場の生産設備以外の設備である照明機器及び空調機器を含んで成り、
   前記工場エネルギー管理システムは、前記照明・空調システムからの情報を用いて、前記照明・空調を含む設備のエネルギー負荷を予測する処理と、
   前記照明・空調を含む設備のエネルギー負荷の予測量から、前記電力供給システムによる供給可能な電力の予測量を減算する処理と、
   前記減算した予測量に前記生産計画の使用電力量を加算して前記工場の全体のエネルギー需要予測量を得る処理と、
   前記工場の全体のエネルギー需要予測量に応じて、前記照明・空調を含む設備に対するデマンド制御を行う処理と、を行うこと、を特徴とするエネルギー管理システム。
5. 請求項１記載のエネルギー管理システムにおいて、
   前記電力供給システムとして、前記工場で発生する電力、あるいは所定の発電システムによる発電力を蓄電し、前記工場に対して放電による電力供給が可能な蓄電池システムを有し、
   前記工場エネルギー管理システムは、前記蓄電池システムと接続され、前記生産計画の調整に併せて、前記工場の全体のエネルギー需要量のうちの一部を、前記蓄電池システムからの放電による電力供給でまかなうように、前記蓄電池システムから前記工場に対する放電の計画を立案する処理を行うこと、を特徴とするエネルギー管理システム。
6. 請求項１記載のエネルギー管理システムにおいて、
   前記電力供給システムとして、太陽光発電または他の方式による発電システムを有し、
   前記工場エネルギー管理システムは、前記発電システムと接続され、
   前記発電システムからの情報または外部からの気象情報を含む情報を用いて、前記発電システムによる発電量を予測する処理と、
   前記工場のエネルギー負荷の予測量から、前記発電システムによる発電予測量を減算する処理と、
   前記減算した予測量に前記生産計画の使用電力量を加算して前記工場の全体のエネルギー需要予測量を得る処理と、を行うこと、を特徴とするエネルギー管理システム。
7. 請求項１記載のエネルギー管理システムにおいて、
   前記工場エネルギー管理システムは、前記生産計画の調整において、前記予測による工場のエネルギー需要量に対し、目標値を設定する処理と、当該目標値を超える分を前記電力供給システムによる電力供給でまかなうように、前記電力供給システムから前記工場に対する電力供給の計画を立案する処理と、を行うこと、を特徴とするエネルギー管理システム。
8. 請求項１記載のエネルギー管理システムにおいて、
   前記工場エネルギー管理システムは、前記生産計画の調整において、前記予測による工場のエネルギー需要量に対し、目標値を設定する処理と、前記調整後の生産計画に従う生産の実施による実績値における負荷量が前記目標値を超過している場合に、前記工場の生産設備または前記生産管理システムに対して、生産の停止を要求する処理と、を行うこと、を特徴とするエネルギー管理システム。
9. 請求項１記載のエネルギー管理システムにおいて、
   前記生産設備を含む工場の使用電力量を計測するメータと、
   前記工場エネルギー管理システムは、前記メータの情報を収集して前記工場の使用電力量を含む情報を画面で表示する処理を行うこと、を特徴とするエネルギー管理システム。