JP2023064174A - データ処理装置、データ処理方法、及び生産システム - Google Patents

データ処理装置、データ処理方法、及び生産システム Download PDF

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Abstract

【課題】銘柄変更時における操作端の最適な設定値を求めることができるデータ処理装置、データ処理方法、及び生産システムを提供する。【解決手段】データ処理装置２０は、製品の生産プロセスを制御する操作端の設定値を予め規定された周期で収集するとともに、製品の銘柄を示す銘柄情報を収集する収集部２１と、収集部２１で収集された操作端の設定値に対して統計処理を行って、製品が生産されている間における操作端の設定値の代表値を操業実績値として求め、銘柄情報が紐付けられた操業実績値を含む実績値データベースＤＢを生成する第１処理部２２ａと、実績値データベースＤＢに含まれる操業実績値のうち、次回銘柄を示す銘柄情報が紐付けられた操業実績値に対して統計処理を行って、次回銘柄の製品を生産するための操作端の最適な設定値を求める第２処理部２２ｂと、第２処理部２２ｂで求められた設定値を出力する出力部２４と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、データ処理装置、データ処理方法、及び生産システムに関する。
連続生産によって製品が生産されるプラントでは、製品の生産中に原料投入量、原料配合、操作条件等を変更することによって、異なる銘柄（品種）の製品を連続して生産することが行われる場合がある。ここで、連続生産とは、原料を連続的に投入し、生産された製品を連続的に取り出す生産方法をいう。このようなプラントとしては、例えば、化学プラントや製紙プラントが挙げられる。
以下の特許文献１，２には、製紙プラントにおいて、抄紙工程のドライヤにおける乾燥用飽和蒸気圧の設定値を、熱収支に基づくドライヤ乾燥の物理モデルを用いたシミュレーション演算により求める発明が開示されている。これら特許文献１，２に開示された発明では、生産する紙の銘柄変更時（抄替時）には、銘柄の坪量と生産スピードとから熱収支に基づきドライヤの飽和蒸気圧の設定値が予測される。
特許第３０９４７９８号公報 特許第４１６２８６４号公報
ところで、連続生産が行われている最中に銘柄変更が実施されると、銘柄変更の移行期間における生産物は、ロスとして廃棄されるか、回収されて原料として再利用される。このような生産物を少なくするには、次回銘柄における各操作端の最適な設定値を求めて、上記の移行期間を短縮する必要がある。しかしながら、上述した特許文献１，２に開示された方法（操作端の設定値を、物理モデルを用いたミュレーション演算により求める方法）では、物理モデルとして想定しきれなかった因子の影響等により、最適な設定値を求めることが困難な場合があるという問題があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、銘柄変更時における操作端の最適な設定値を求めることができるデータ処理装置、データ処理方法、及び生産システムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の一態様によるデータ処理装置（２０）は、製品の生産プロセスを制御する操作端の設定値を予め規定された周期で収集するとともに、製品の銘柄を示す銘柄情報を収集する収集部（２１）と、前記収集部で収集された前記操作端の設定値に対して統計処理を行って、前記銘柄情報で示される銘柄の製品が生産されている間における前記操作端の設定値の代表値を操業実績値として求め、前記銘柄情報が紐付けられた前記操業実績値を含む実績値データベース（ＤＢ）を生成する第１処理部（２２ａ）と、前記実績値データベースに含まれる前記操業実績値のうち、前記生産プロセスで生産されるべき次回銘柄を示す銘柄情報が紐付けられた前記操業実績値に対して統計処理を行って、前記次回銘柄の製品を生産するための前記操作端の最適な設定値を求める第２処理部（２２ｂ）と、前記第２処理部で求められた設定値を出力する出力部（２４）と、を備える。
また、本発明の一態様によるデータ処理装置は、前記第１処理部で行われる前記統計処理が、前記収集部で収集された前記操作端の設定値の平均値又は中央値を求める処理である。
また、本発明の一態様によるデータ処理装置は、前記第１処理部が、前記収集部で収集された前記操作端の設定値のうち、前記銘柄情報で示される銘柄の製品が安定して生産されているときに得られた設定値に対して前記統計処理を行う。
また、本発明の一態様によるデータ処理装置は、前記第１処理部が、前記統計処理を行う前に、前記収集部で収集された前記操作端の設定値のうち、所定の範囲から外れるものを除外する処理を行う。
また、本発明の一態様によるデータ処理装置は、前記第２処理部で行われる前記統計処理が、前記生産プロセスで生産されるべき次回銘柄を示す銘柄情報が紐付けられた前記操業実績値の平均値若しくは中央値を求める処理又は重み付け統計処理である。
また、本発明の一態様によるデータ処理装置は、前記第２処理部が、前記統計処理を行う前に、前記生産プロセスで生産されるべき次回銘柄を示す銘柄情報が紐付けられた前記操業実績値のうち、所定の範囲から外れるものを除外する処理を行う。
本発明の一態様によるデータ処理方法は、製品の生産プロセスを制御する操作端の設定値を予め規定された周期で収集するとともに、製品の銘柄を示す銘柄情報を収集する収集ステップ（Ｓ１１）と、前記収集ステップで収集された前記操作端の設定値に対して統計処理を行って、前記銘柄情報で示される銘柄の製品が生産されている間における前記操作端の設定値の代表値を操業実績値として求め、前記銘柄情報が紐付けられた前記操業実績値を含む実績値データベース（ＤＢ）を生成する第１処理ステップ（Ｓ１５、Ｓ１６）と、前記実績値データベースに含まれる前記操業実績値のうち、前記生産プロセスで生産されるべき次回銘柄を示す銘柄情報が紐付けられた前記操業実績値に対して統計処理を行って、前記次回銘柄の製品を生産するための前記操作端の最適な設定値を求める第２処理ステップ（Ｓ２３）と、前記第２処理ステップで求められた設定値を出力する出力ステップ（Ｓ２４）と、を有する。
本発明の一態様による生産システム（１）は、上記の何れかに記載のデータ処理装置（２０）と、前記データ処理装置から出力された設定値を推奨値として表示部（１１）に表示し、又は前記データ処理装置から出力された設定値を前記操作端に設定して製品の生産を制御する生産制御システム（１０）と、を備える。
また、本発明の一態様による生産システムは、前記製品として紙を生産する抄紙機（４０）を制御するシステムであり、前記データ処理装置が、前記操作端の設定値として、少なくとも前記抄紙機にパルプ原料を供給する種口弁（Ｂ５）の開度と、前記抄紙機に設けられたドライヤ（４６ａ、４６ｂ）における乾燥用飽和蒸気圧とを収集する。
本発明によれば、銘柄変更時における操作端の最適な設定値を求めることができるという効果がある。
本発明の一実施形態による生産システムの要部構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による生産システムによって生産される紙の生産工程の一部を示す図である。 本発明の一実施形態における実績値データベースの一例を示す図である。 本発明の一実施形態によるデータ処理装置で行われるデータベース生成処理を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態におけるデータ処理装置で収集される設定値の一例を示す図である。 本発明の一実施形態によるデータ処理装置で行われる最適設定値算出処理を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態におけるデータ処理装置で処理される操業実績値の一例を示す図である。 本発明の一実施形態における最適な設定値の表示例である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態によるデータ処理装置、データ処理方法、及び生産システムについて詳細に説明する。以下では、まず本実施形態の概要について説明し、その後に各実施形態の詳細について説明する。
〔概要〕
本発明の実施形態は、銘柄変更時における操作端の最適な設定値を求めることができるようにするものである。一般的に、銘柄変更時には、製品の品質が、なるべく早く変更後の銘柄の品質に到達できるよう、各操作端をフィードフォワード制御することが行われる。このようなフィードフォワード制御を行うためには、各操作端の最適な設定値を求める必要がある。本発明の実施形態は、このような各操作端の最適な設定値を求めることができるようにするものである。
従来、例えば、抄紙工程のドライヤにおける乾燥用飽和蒸気圧の設定値は、上述した特許文献１，２のような熱収支に基づくドライヤ乾燥の物理モデルを用いたシミュレーション演算により求められていた。このような物理モデルを用いた演算により、紙からの水分乾燥に必要な蒸気圧を正確に求めるためには、熱伝達に関わる各層の熱伝達係数や比熱等のパラメータを正確に設定し、且つ水分蒸発による乾燥効率や、ドライヤ内に持ち込まれる水分量を正確にモデル化しなければいけない。
しかしながら、これらの物理現象を全て完璧にモデル化することは厳密には不可能である。仮に、上記の物理現象をモデル化できたとしても、モデル計算に使用する各パラメータは、周囲の温度や湿度等の環境条件や、紙の原料配合によっても変化するので、常に最適なパラメータを設定するのは極めて難しい。このため、これらの物理モデルを用いた手法は、一旦各パラメータがチューニングされたとしても、長期的な生産設備の変化や、新しい銘柄を追加した場合等に十分対応することができず、常に最適な設定値を求めることは困難であった。
本発明の実施形態では、従来のような物理的な計算による操作端の設定値の予測（ホワイトボックスモデル）ではなく、統計的手法と過去の実績データとに基づく操作端の設定値の予測（ブラックボックスモデル）を行うことで、常に最適な設定値を求めるようにしている。具体的には、把握しきれない外乱要素があったり、設備やプロセスが徐々に変化して最適な設定値が移り変わったりしたとしても、それらを加味した各操作端の最適な設定値を求めるようにしている。
本発明の実施形態は、まず、製品の生産プロセスを制御する操作端の設定値を予め規定された周期で収集するとともに、製品の銘柄を示す銘柄情報を収集する。次に、収集された操作端の設定値に対して統計処理を行って、銘柄情報で示される銘柄の製品が生産されている間における操作端の設定値の代表値を操業実績値として求め、銘柄情報が紐付けられた操業実績値を含む実績値データベースを生成する。そして、実績値データベースに含まれる操業実績値のうち、生産プロセスで生産されるべき次回銘柄を示す銘柄情報が紐付けられた操業実績値に対して統計処理を行って、次回銘柄の製品を生産するための操作端の最適な設定値を求めて出力する。これにより、銘柄変更時における操作端の最適な設定値を求めることができる。
〔詳細〕
〈生産システム〉
図１は、本発明の一実施形態による生産システムの要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の生産システム１は、生産制御システム１０とデータ処理装置２０とを備えており、連続生産により所定の製品を生産する。ここで、生産システム１によって連続生産により生産される製品としては、例えば、紙や石油化学製品等が挙げられる。尚、本実施形態では、理解を容易にするために、生産システム１によって連続生産される製品は紙であるとする。
図２は、本発明の一実施形態による生産システムによって生産される紙の生産工程の一部を示す図である。図２に示す通り、紙の生産工程には、調成工程ＰＲ１と抄紙工程ＰＲ２とが含まれる。調成工程ＰＲ１は、抄紙工程ＰＲ２で用いられる原料の調成を行う工程である。この工程では、パルプ原料に対して填料、染料、薬品等を調整・配合することが行われる。抄紙工程ＰＲ２は、いわゆる紙すきを行う工程である。この工程では、調成工程ＰＲ１で調成が行われた原料が、紙すきを行うための抄紙機４０に供給される。
調成工程ＰＲ１で用いられる調成装置３０は、原料タンク３１、填料タンク３２、染料タンク３３ａ～３３ｃ、薬品タンク３４ａ，３４ｂ、ミキシングチェスト３５、及びマシンチェスト３６を備える。原料タンク３１に格納されたパルプ原料、填料タンク３２に格納された填料、染料タンク３３ａ～３３ｃに格納された染料、及び薬品タンク３４ａ，３４ｂに格納された薬品は、ミキシングチェスト３５に供給可能に構成されている。
具体的に、原料タンク３１に格納されたパルプ原料は、操作弁Ｂ１を開状態にすることでミキシングチェスト３５に供給される。填料タンク３２に格納された填料は、操作弁Ｂ２を開状態にすることでミキシングチェスト３５に供給される。染料タンク３３ａ～３３ｃに格納された染料はそれぞれ、操作弁Ｂ３ａ～Ｂ３ｃを開状態にすることでミキシングチェスト３５に供給される。薬品タンク３４ａ，３４ｂに格納された薬品はそれぞれ、操作弁Ｂ４ａ，Ｂ４ｂを開状態にすることでミキシングチェスト３５に供給される。
原料タンク３１から給されたパルプ原料、填料タンク３２から供給された填料、染料タンク３３ａ～３３ｃから供給された染料、及び薬品タンク３４ａ，３４ｂから供給された薬品はミキシングチェスト３５で混合される。ミキシングチェスト３５で混合された混合物は、マシンチェスト３６において粘剤等の抄紙薬品が添加された後に、抄紙工程ＰＲ２の種箱４１に供給される。
抄紙工程ＰＲ２で用いられる抄紙機４０は、種箱４１、ヘッドボックス４２、成形装置４３、脱水装置４４、白水ピット４５、プレドライヤ４６ａ、アフタドライヤ４６ｂ、品質計測装置４７、及び巻き取り装置４８を備える。種箱４１は、調成工程ＰＲ１から供給される原料の濃度を調整しながら貯槽し、一定の圧力で流下させる容器である。種箱４１に貯槽された原料は、種口弁Ｂ５を開状態にすることでヘッドボックス４２に供給される。
ヘッドボックス４２は、種箱４１から種口弁Ｂ５を介して供給される原料を、整流して所定の幅及び厚みにし、所定の速度で成形装置４３に向けて噴出する。成形装置４３は、ヘッドボックス４２から噴出された原料を、ワイヤー上にのせて脱水・濾過しながら紙層を形成する。この成形装置４３は、所謂ワイヤーパートを司る装置である。脱水装置４４は、成形装置４３で形成された紙層を機械的に圧搾脱水するとともに、ワイヤーマークなどを減らして紙質を向上させる。この脱水装置４４は、所謂プレスパートを司る装置である。白水ピット４５は、成形装置４３及び脱水装置４４で絞り出された水（白水）が集められる貯留槽である。
プレドライヤ４６ａ及びアフタドライヤ４６ｂは、脱水装置４４から供給される紙層を乾燥し、紙層に含まれる水分を所定の水分にする。プレドライヤ４６ａ及びアフタドライヤ４６ｂは概ね同様の構成であり、内部に蒸気が導入されることによって加熱する複数の蒸気ドラムを備える。脱水装置４４から供給される紙層は、プレドライヤ４６ａ及びアフタドライヤ４６ｂが備える複数の蒸気ドラムに順次巻き付けられることで乾燥される。
品質計測装置４７は、アフタドライヤ４６ｂから供給される紙（製品としての紙）の品質をオンライン計測する。尚、オンライン計測とは、紙の生産を止めることなく、生産される紙の品質を順次計測することをいう。品質計測装置４７は、放射線（例えば、Ｘ線やβ線）又は赤外線等を用いた坪量計、水分計、紙厚計、灰分計、分光測色計等を備えており、アフタドライヤ４６ｂから供給される紙の坪量［ｇ／ｍ2］、水分率［％］、厚み［μｍ］、灰分率［％］、色相（例えば、ＣＩＥＬＡＢ色空間における色相）等をオンライン計測する。巻き取り装置４８は、品質計測装置４７を経た紙を、ロール状に巻き取る装置である。
生産制御システム１０は、図２に示す調成装置３０及び抄紙機４０等を制御することで、製品としての紙の生産を制御する。この生産制御システム１０としては、例えば、フィールド機器と呼ばれる現場機器（測定器、操作器）を制御するコントローラが、幾つかの制御ループ毎に分散配置される分散制御システム（ＤＣＳ：Distributed Control System）を用いることができる。
生産制御システム１０は、図２に示す調成工程ＰＲ１及び抄紙工程ＰＲ２が含まれる紙の生産プロセスを制御する操作端の設定値を調整することで、製品としての紙の生産を制御する。ここで、図２に示す調成工程ＰＲ１における操作端としては、例えば、操作弁Ｂ２，Ｂ３ａ～Ｂ３ｃ，Ｂ４ａ，Ｂ４ｂが挙げられる。操作弁Ｂ２の設定値によって原料に添加される填料量（灰分量）が調整され、操作弁Ｂ３ａ～Ｂ３ｃの設定値によって原料に添加される染料量が調整され、操作弁Ｂ４ａ，Ｂ４ｂの設定値によって原料に添加される薬品量が調整される。
また、図２に示す抄紙工程ＰＲ２における操作端としては、例えば、種口弁Ｂ５、ヘッドボックス４２におけるスライス開度、プレドライヤ４６ａ及びアフタドライヤ４６ｂにおける乾燥用飽和蒸気圧が挙げられる。種口弁Ｂ５の設定値によって抄紙機４０への原料供給量が調整され、スライス開度の設定値によってヘッドボックス４２から成形装置４３への原料の噴出量が調整される。また、乾燥用飽和蒸気圧によって、プレドライヤ４６ａ及びアフタドライヤ４６ｂに設けられた複数の蒸気ドラムの温度が調整される。
生産制御システム１０は、紙の生産プロセスの現在状態を参照しつつ、上述した操作端の設定値を調整する。ここで、紙の生産プロセスの現在状態としては、図２に示す品質計測装置４７の計測結果（紙の坪量、水分率、厚み、灰分率、色相等）、上述した操作端の現在の設定値、及び品質計測装置４７の計測結果以外の各種測定値（温度、圧力、液面レベル等）が挙げられる。
生産制御システム１０は、データ処理装置２０に対して、現在生産されている紙の銘柄を示す銘柄情報を出力する。生産制御システム１０は、連続生産が行われている最中に銘柄変更が実施される場合には、生産プロセスで生産されるべき次回銘柄を示す銘柄情報を出力する。また、生産制御システム１０は、銘柄変更が実施される場合に、データ処理装置２０から設定値が出力された場合には、その設定値を推奨値として表示部１１に表示し、又はその設定値を操作端に設定して紙の生産を制御する。
〈データ処理装置〉
データ処理装置２０から出力された設定値を生産制御システム１０の表示部１１に表示するのは、銘柄変更時における操作端の最適な設定値を生産プラントのオペレータ（運転員）に推奨値として提示するためである。データ処理装置２０から出力された設定値を操作端に設定して紙の生産を制御するのは、銘柄変更時において、最適な設定値を用いた自動制御を実現するとともに、銘柄変更の移行期間を極力短くするためである。
データ処理装置２０は、収集部２１、データ処理部２２、格納部２３、及び出力部２４を備えており、生産制御システム１０から得られる各種情報を用いて、銘柄変更時における操作端の最適な設定値を求める。このデータ処理装置２０は、例えば、ネットワークを介して生産制御システム１０と通信可能に接続されており、上記の各種情報を、ネットワークを介して収集し、上記の最適な設定値を、ネットワークを介して生産制御システム１０に出力する。尚、ネットワークは、有線ネットワークであっても、無線ネットワークであっても良い。
収集部２１は、生産制御システム１０から、上述した操作端の設定値を予め規定された周期（例えば、１秒周期又は１分周期）で収集するとともに、現在生産されている紙の銘柄を示す銘柄情報を収集する。また、収集部２１は、銘柄変更が実施される場合に生産制御システム１０から出力される次回銘柄を示す銘柄情報も収集する。加えて、収集部２１は、紙の生産プロセスで得られるプロセスデータ（温度、圧力、液面レベル等のデータ）を収集しても良い。尚、プロセスデータを収集する周期は、上述した操作端の設定値を収集する周期と同じであっても良く、異なっていても良い。
データ処理部２２は、第１処理部２２ａ及び第２処理部２２ｂを備えており、収集部２１で収集された操作端の設定値及び銘柄情報等を用いて、銘柄変更時における操作端の最適な設定値を求める。第１処理部２２ａは、収集部２１で収集された操作端の設定値に対して統計処理を行って、銘柄情報で示される銘柄の紙が生産されている間における操作端の設定値の代表値を操業実績値として求める。そして、第１処理部２２ａは、銘柄情報が紐付けられた操業実績値を含む実績値データベースＤＢを生成する。
図３は、本発明の一実施形態における実績値データベースの一例を示す図である。図３に例示する実績値データベースＤＢは、「時刻」、「銘柄」、及び「操業実績値」が紐付けられたものである。「時刻」は、製品の生産が行われた時刻を示す。尚、この時刻としては、例えば、製品の生産が開始された時刻を用いることができる。「銘柄」は、製品（紙）の銘柄を示す。「操業実績値」は、複数の操作端における設定値の代表値である。
例えば、図３に例示する実績値データベースＤＢの第１行目は、時刻ｔ１において、「紙Ａ」という銘柄の紙が生産され、そのときの予め規定された３つの操作端の操業実績値がＳＶ１１，ＳＶ１２，ＳＶ１３であることを示している。また、第２行目は、時刻ｔ２において、「紙Ｂ」という銘柄の紙が生産され、そのときの予め規定された３つの操作端の操業実績値がＳＶ２１，ＳＶ２２，ＳＶ２３であることを示している。尚、予め規定された３つの操作端は、例えば、図２に示す抄紙工程ＰＲ２における種口弁Ｂ５、プレドライヤ４６ａ及びアフタドライヤ４６ｂにおける乾燥用飽和蒸気圧である。
ここで、第１処理部２２ａで行われる統計処理は、例えば、収集部２１で収集された操作端の設定値の平均値又は中央値を求める処理である。第１処理部２２ａは、収集部２１で収集された操作端の設定値のうち、銘柄情報で示される銘柄の製品（紙）が安定して生産されているときに得られた設定値に対して統計処理を行う。これは、製品としての紙が安定して生産されていないときに得られた設定値を用いて求められた代表値よりも、安定して生産されているときに得られた設定値を用いて求められた代表値を操業実績値とするのが望ましいためである。
製品としての紙が安定して生産されているか否かを判定する方法としては、例えば、以下の判定方法の少なくとも１つを用いることができる。
・品質計測装置４７（図２参照）の計測結果が目標範囲に入っていることによる判定
・品質計測装置４７の計測結果又は他の計測装置（不図示のオンライン計測装置あるいはオフライン計測装置等を含む）による判断に基づいて、一定品質以上の製品が生産されていることを示す製品フラグ（良品フラグ）が立っていることによる判定
・生産プロセスの状態が「銘柄変更中」等の非生産中であることを示すフラグが立っていないことによる判定
また、第１処理部２２ａは、上記の統計処理を行う前に、収集部２１で収集された操作端の設定値のうち、予め規定された範囲から外れるものを除外する処理を行う。これは、銘柄変更の移行期間において値が大きく異なる設定値を外れ値として除外するためである。外れ値を除外する方法としては、例えば、四分位法を用いることができる。
第２処理部２２ｂは、実績値データベースＤＢに含まれる操業実績値のうち、生産プロセスで生産されるべき次回銘柄を示す銘柄情報が紐付けられた操業実績値に対して統計処理を行って、次回銘柄の製品を生産するための操作端の最適な設定値を求める。例えば、生産プロセスで生産されるべき次回銘柄が「紙Ａ」である場合には、第２処理部２２ｂは、図３に例示する実績値データベースＤＢの第１行目及び第４行目の操業実績値に対して統計処理を行って、「紙Ａ」を生産するための操作端の最適な設定値を求める。
尚、第２処理部２２ｂは、上記の統計処理を操作端毎に行う。例えば、図３に例示する実績値データベースＤＢの第１行目及び第４行目の操業実績値ＳＶ１１，ＳＶ４１が図２に示す種口弁Ｂ５のものであり、操業実績値ＳＶ１２，ＳＶ４２が図２に示すプレドライヤ４６ａにおける乾燥用飽和蒸気圧であり、操業実績値ＳＶ１３，ＳＶ４３が図２に示すアフタドライヤ４６ｂにおける乾燥用飽和蒸気圧であるとする。第２処理部２２ｂは、操業実績値ＳＶ１１，ＳＶ４１の統計演算、操業実績値ＳＶ１２，ＳＶ４２の統計演算、及び操業実績値ＳＶ１３，ＳＶ４３の統計演算を個別に行う。
ここで、第２処理部２２ｂで行われる統計処理は、例えば、操業実績値の平均値若しくは中央値を求める処理又は操業実績値の重み付け統計処理（例えば、加重移動平均を求める処理、カルマンフィルタを用いた処理等）である。尚、第２処理部２２ｂは、操業実績値に重み付け（例えば、より新しい操業実績値ほどより大きな重み付けがなされるような重み付け）を行った上で統計処理を行っても良い。第２処理部２２ｂは、上記の統計処理を行う前に、生産プロセスで生産されるべき次回銘柄を示す銘柄情報が紐付けられた操業実績値のうち、予め規定された範囲から外れるものを除外する処理を行う。これは、値が大きく異なる設定値を外れ値として除外することで、より最適な設定値を求めるためである。外れ値を除外する方法としては、例えば、四分位法を用いることができる。
格納部２３は、データ処理部２２の第１処理部２２ａで生成された実績値データベースＤＢを格納する。この格納部２３としては、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性の半導体メモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性の半導体メモリ等を用いることができる。また、格納部２３は、半導体メモリに制限される訳ではなく、半導体メモリ以外に、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）やＳＳＤ（ソリッドステートドライブ）等を用いることもできる。出力部２４は、データ処理部２２の第２処理部２２ｂで求められた最適な設定値を生産制御システム１０に出力する。
〈データ処理方法〉
次に、本発明の一実施形態によるデータ処理装置２０の動作について説明する。データ処理装置２０の動作は、紙の生産プロセスを制御する操作端の設定値を収集して実績値データベースＤＢを生成する処理（以下、「データベース生成処理」という）と、実績値データベースＤＢを用いて銘柄変更時における操作端の最適な設定値を求める処理（以下、「最適設定値算出処理」という）とに大別される。以下、これらの処理の詳細について順に説明する。
《データベース生成処理》
図４は、本発明の一実施形態によるデータ処理装置で行われるデータベース生成処理を示すフローチャートである。尚、図４に示すフローチャートの処理は、紙の生産プロセスにおいて銘柄変更が行われる度に開始される。処理が開始されると、まず、銘柄変更が行われてから次の銘柄変更が行われるまでの操作端の設定値を収集する処理が収集部２１で行われる（ステップＳ１１：収集ステップ）。
具体的には、銘柄変更が行われてから次の銘柄変更が行われるまでの期間において、予め規定された周期（例えば、１秒周期又は１分周期）で、複数の操作端の設定値を収集する処理が行われる。尚、設定値が収集される複数の操作端としては、例えば、図２に示す種口弁Ｂ５、プレドライヤ４６ａにおける乾燥用飽和蒸気圧、及びアフタドライヤ４６ｂにおける乾燥用飽和蒸気圧が挙げられる。尚、収集された設定値は、現在生産されている紙の銘柄を示す銘柄情報とともに記録される。
図５は、本発明の一実施形態におけるデータ処理装置で収集される設定値の一例を示す図である。尚、図５に示すグラフは、横軸に時間をとり、縦軸に設定値をとっている。図５に示すグラフの横軸は、銘柄変更が行われた時刻を基準としており、横軸に示されている時間は、銘柄変更が行われた時刻からの経過時間を表している。尚、図５では、複数の操作端の設定値のうちの１つの操作端の設定値のみを図示している。図５に例示する設定値は、銘柄変更が行われた直後から１００秒程度経過するまでは値が大きく変化し、その後は概ね値が一定値以内に収まる（設定値が安定する）経時変化を示す。
次に、収集部２１が収集した複数の操作端の設定値のうち、一定時間分の設定値を抽出する処理が第１処理部２２ａで行われる（ステップＳ１２）。例えば、収集部２１が収集した複数の操作端の設定値のうち、銘柄変更が行われてから予め規定された時間（例えば、数十分程度）が経過するまでの設定値を抽出する処理が行われる。この処理は、操業実績値を求めるために第１処理部２２ａで行われる統計処理で用いられる設定値の数を制限するために行われる。例えば、図５に示す例では、銘柄変更が行われた時点からおおよそ１２００秒（２０分）が経過するまでの設定値が抽出される。
次いで、抽出した設定値から外れ値を除外する処理が第１処理部２２ａで行われる（ステップＳ１３）。具体的には、予め規定された範囲から外れる設定値を除外する処理が行われる。例えば、図５に示す下限閾値ＴＨ１と上限閾値ＴＨ２とによって規定される範囲（所定の範囲）Ｗから外れる設定値を除外する処理が行われる。尚、下限閾値ＴＨ１及び上限閾値ＴＨ２は、例えば、抽出した設定値から四分位法により求まる第１四分位、第３四分位、四分位範囲の各値を用いた計算等の予め規定された演算（処理）方法により設定されてもよく、また、紙の銘柄毎に予め設定されていてもよい。紙の銘柄毎に予め設定する場合には、例えば、紙の銘柄毎に得られた過去の設定値に基づいて、決定することができる。
続いて、製品が安定して生産されていない部分の設定値を除去する処理が第１処理部２２ａで行われる（ステップＳ１４）。例えば、品質計測装置４７（図２参照）の計測結果が目標範囲に入っていないときに得られた設定値を除去する処理が行われる。図５に示す例では、銘柄変更が行われてから品質計測装置４７の計測結果が目標範囲に最初に入るまでの期間Ｔ１における設定値が除去される。この処理が行われることで、紙が安定して生産されているときに得られた設定値が残ることとなる。
続いて、以上の処理が行われた設定値に対して統計処理を行って、設定値の代表値である操業実績値を算出する処理が第１処理部２２ａで行われる（ステップＳ１５：第１処理ステップ）。例えば、第１処理部２２ａは、以上の処理が行われた設定値の平均値又は中央値を図５に示す操業実績値Ｖ１として算出する。尚、第１処理部２２ａは、設定値の収集が行われた複数の操作端毎の操業実績値を算出する。
以上の処理が終了すると、銘柄情報が紐付けられた操業実績値を含む実績値データベースＤＢを生成する処理が第１処理部２２ａで行われる（ステップＳ１６：第１処理ステップ）。具体的には、設定値の収集が行われている間に生産されていた紙の銘柄を示す銘柄情報を、ステップＳ１５で算出した操業実績値の各々に紐付けて実績値データベースＤＢを生成する処理が行われる。尚、図３に例示する実績値データベースＤＢのように、銘柄情報に加えて製品の生産が行われた時刻を示す時刻情報を操業実績値に紐付けても良い。生成された実績値データベースＤＢは格納部２３に格納される。以上の処理により、実績値データベースＤＢが生成される。
《最適設定値算出処理》
図６は、本発明の一実施形態によるデータ処理装置で行われる最適設定値算出処理を示すフローチャートである。図６に示すフローチャートの処理は、紙の生産プロセスにおいて銘柄変更が行われる度に開始される。尚、銘柄変更が行われると、生産制御システム１０から次回銘柄を示す銘柄情報が出力され、データ処理装置２０の収集部２１で収集される。
処理が開始されると、まず、実績値データベースＤＢから、収集部２１で収集された銘柄情報（次回銘柄を示す銘柄情報）と同じ銘柄情報が紐付けら得た操業実績値を取得する処理が第２処理部２２ｂで行われる（ステップＳ２１）。例えば、収集部２１で収集された次回銘柄を示す銘柄情報が「紙Ａ」である場合には、第２処理部２２ｂは、図３に例示する実績値データベースＤＢの第１行目及び第４行目の操業実績値を取得する。
次に、取得した操業実績値から外れ値を除外する処理が第２処理部２２ｂで行われる（ステップＳ２２）。この処理では、例えば、図４に示すステップＳ１３の処理と同様に、下限閾値と上限閾値とによって規定される範囲（図５に示す下限閾値ＴＨ１と上限閾値ＴＨ２とによって規定される範囲Ｗと同様の範囲）から外れる操業実績値を除外する処理が行われる。
図７は、本発明の一実施形態におけるデータ処理装置で処理される操業実績値の一例を示す図である。尚、図７に示すグラフは、横軸に時間をとり、縦軸に操業実績値をとっている。尚、図７では、図５と同様に、複数の操作端の操業実績値のうちの１つの操作端の操業実績値のみを図示している。ステップＳ２２の処理が行われることで、図７に示す通り、次回銘柄と同じ銘柄が過去に生産されたときの操業実績値（外れ値が除外された操業実績値）が、時系列的に並べられたものが得られる。
続いて、以上の処理が行われた操業実績値に対して統計処理を行って、次回銘柄の紙を生産するための操作端の最適な設定値を求める処理が第２処理部２２ｂで行われる（ステップＳ２３：第２処理ステップ）。例えば、第２処理部２２ｂは、以上の処理が行われた操業実績値のうち、直近の操業実績値（図７において符号Ｒを付した破線で囲われている操業実績値）の平均値若しくは中央値を求める処理、又は重み付け統計処理（例えば、加重移動平均を求める処理、カルマンフィルタを用いた処理等）を操作端の最適な設定値として算出する。尚、第２処理部２２ｂは、操業実績値の収集が行われた複数の操作端毎の最適な設定値を算出する。
以上の処理が終了すると、算出された操作端の最適な設定値を出力する処理が出力部２４によって行われる（ステップＳ２４：出力ステップ）。出力部２４から出力された操作端の最適な設定値は生産制御システム１０に入力され、推奨値として表示部１１に表示され、又は操作端に設定されて次回銘柄の紙の生産が行われる。以上の処理により、複数の操作端毎の最適な設定値が算出されて生産制御システム１０で用いられる。
図８は、本発明の一実施形態における最適な設定値の表示例である。図８に示す例では、生産プラントにおける複数の操作端のうち、種口弁Ｂ５の開度（種口弁開度）、プレドライヤ４６ａにおける乾燥用飽和蒸気圧（プレ蒸気圧）、及びアフタドライヤ４６ｂにおける乾燥用飽和蒸気圧（アフタ蒸気圧）の設定値のみを図示している。図８に示す例では、生産制御システム１０の表示部１１に、各操作端における生産開始時の設定値（開始）及び現在の設定値（現在）が表示されている。また、これら各操作端の設定値とともに、各操作端の最適な設定値が「推奨値」として表示されている。
このように、生産制御システム１０の表示部１１には、銘柄変更時において、次回銘柄の製品を生産するための操作端の最適な設定値が推奨値として表示される。このため、生産プラントのオペレータ（運転員）は、必要であれば設定値を表示された推奨値に変更することで、銘柄変更の移行期間を短くすることができる。これにより、移行期間に生産される生産物（ロスとして廃棄されるか、回収されて原料として再利用される生産物）を少なくすることができる。尚、従来技術の物理モデルによる予測も並行して行い、表示部１１内に推奨値と並列表示して、オペレータがどちらを使用するか選択してもよい。
以上の通り、本実施形態では、予め規定された周期で収集された操作端の設定値に対して統計処理を行って操業実績値を求め、銘柄情報が紐付けられた操業実績値を含む実績値データベースＤＢを生成する。そして、実績値データベースＤＢに含まれる操業実績値のうち、次回銘柄を示す銘柄情報が紐付けられた操業実績値に対して統計処理を行って、次回銘柄の製品を生産するための操作端の最適な設定値を求めて出力している。これにより、銘柄変更時における操作端の最適な設定値を、物理モデルの精度に依存せず、且つ最新の操業状況を常に反映しながら求めることができる。
また、本実施形態では、ある銘柄の製品を生産する際に操作端に設定された設定値の代表値が操業実績値として実績値データベースＤＢに格納される。そして、再びその銘柄の製品が生産される際に、過去にその銘柄の製品が生産された際の操業実績値が実績値データベースＤＢから読み出されて最適な設定値を算出するために用いられる。これにより、過去に設定された操作端の設定値を手作業で記録する必要がなく、生産プラントのオペレータ（運転員）の負担軽減が図られるとともに、記録間違いを防止することができる。
以上、本発明の一実施形態によるデータ処理装置、データ処理方法、及び生産システムについて説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、データ処理装置２０の第１処理部２２ａが、紙が安定して生産されているときに得られた設定値の平均値又は中央値を操業実績値として算出していた。しかしながら、第１処理部２２ａは、製品フラグ（一定品質以上の製品が生産されていることを示すフラグ）が最初に立った時点に得られた設定値を操業実績値としても良い。
また、データ処理装置２０の第１処理部２２ａが操業実績値を算出する前に、操業実績値を算出するために用いる設定値を、その設定値以外の情報を用いて補正しても良い。設定値の補正例としては、例えば、以下が挙げられる。
・銘柄変更の移行期間に生産された生産物を原料として再利用する場合に、再利用する生産物の添加率に応じた填料添加率の補正
・抄速に応じた種口弁Ｂ５（図２参照）の開度の補正
・種濃度に応じた種口弁Ｂ５の開度の補正
・抄速に応じたプレドライヤ４６ａ及びアフタドライヤ４６ｂにおける乾燥用飽和蒸気圧の補正
また、データ処理装置２０の第２処理部２２ｂが最適な設定値を算出する前に、最適な設定値を算出するために用いる操業実績値を、その操業実績値以外の情報を用いて補正しても良い。操業実績値の補正例としては、例えば、上述したものと同様のものが挙げられる。
１ 生産システム
１０ 生産制御システム
１１ 表示部
２０ データ処理装置
２１ 収集部
２２ａ 第１処理部
２２ｂ 第２処理部
２４ 出力部
４０ 抄紙機
４６ａ プレドライヤ
４６ｂ アフタドライヤ
Ｂ５ 種口弁
ＤＢ 実績値データベース

Claims (9)

  1. 製品の生産プロセスを制御する操作端の設定値を予め規定された周期で収集するとともに、製品の銘柄を示す銘柄情報を収集する収集部と、
    前記収集部で収集された前記操作端の設定値に対して統計処理を行って、前記銘柄情報で示される銘柄の製品が生産されている間における前記操作端の設定値の代表値を操業実績値として求め、前記銘柄情報が紐付けられた前記操業実績値を含む実績値データベースを生成する第１処理部と、
    前記実績値データベースに含まれる前記操業実績値のうち、前記生産プロセスで生産されるべき次回銘柄を示す銘柄情報が紐付けられた前記操業実績値に対して統計処理を行って、前記次回銘柄の製品を生産するための前記操作端の最適な設定値を求める第２処理部と、
    前記第２処理部で求められた設定値を出力する出力部と、
    を備えるデータ処理装置。
  2. 前記第１処理部で行われる前記統計処理は、前記収集部で収集された前記操作端の設定値の平均値又は中央値を求める処理である請求項１記載のデータ処理装置。
  3. 前記第１処理部は、前記収集部で収集された前記操作端の設定値のうち、前記銘柄情報で示される銘柄の製品が安定して生産されているときに得られた設定値に対して前記統計処理を行う、請求項１又は請求項２記載のデータ処理装置。
  4. 前記第１処理部は、前記統計処理を行う前に、前記収集部で収集された前記操作端の設定値のうち、所定の範囲から外れるものを除外する処理を行う請求項２又は請求項３記載のデータ処理装置。
  5. 前記第２処理部で行われる前記統計処理は、前記生産プロセスで生産されるべき次回銘柄を示す銘柄情報が紐付けられた前記操業実績値の平均値若しくは中央値を求める処理又は重み付け統計処理である請求項１から請求項４の何れか一項に記載のデータ処理装置。
  6. 前記第２処理部は、前記統計処理を行う前に、前記生産プロセスで生産されるべき次回銘柄を示す銘柄情報が紐付けられた前記操業実績値のうち、所定の範囲から外れるものを除外する処理を行う請求項１から請求項５の何れか一項に記載のデータ処理装置。
  7. 製品の生産プロセスを制御する操作端の設定値を予め規定された周期で収集するとともに、製品の銘柄を示す銘柄情報を収集する収集ステップと、
    前記収集ステップで収集された前記操作端の設定値に対して統計処理を行って、前記銘柄情報で示される銘柄の製品が生産されている間における前記操作端の設定値の代表値を操業実績値として求め、前記銘柄情報が紐付けられた前記操業実績値を含む実績値データベースを生成する第１処理ステップと、
    前記実績値データベースに含まれる前記操業実績値のうち、前記生産プロセスで生産されるべき次回銘柄を示す銘柄情報が紐付けられた前記操業実績値に対して統計処理を行って、前記次回銘柄の製品を生産するための前記操作端の最適な設定値を求める第２処理ステップと、
    前記第２処理ステップで求められた設定値を出力する出力ステップと、
    を有するデータ処理方法。
  8. 請求項１から請求項６の何れか一項に記載のデータ処理装置と、
    前記データ処理装置から出力された設定値を推奨値として表示部に表示し、又は前記データ処理装置から出力された設定値を前記操作端に設定して製品の生産を制御する生産制御システムと、
    を備える生産システム。
  9. 前記生産制御システムは、前記製品として紙を生産する抄紙機を制御するシステムであり、
    前記データ処理装置は、前記操作端の設定値として、少なくとも前記抄紙機にパルプ原料を供給する種口弁の開度と、前記抄紙機に設けられたドライヤにおける乾燥用飽和蒸気圧とを収集する、
    請求項８記載の生産システム。
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