JP2024070469A - Manufacturing support system and manufacturing support method - Google Patents

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Abstract

【課題】オペレーションを行うユーザの判断及び操作を支援するための指針となる情報を提供する。【解決手段】製造設備の状態量または操作量を計測する複数のセンサと、複数のセンサによって計測される複数の変数の時系列データを収集し保持するデータ収集・管理部と、保持されたデータとオンライン計測された変数から、分析の対象とする変数を定義する変数定義部と、変数を前処理し主成分演算するデータ整形処理部および主成分分析処理部と、所定サイクル毎に多変量解析を実行し、分析値を更新し時系列情報として表示し、目標指標となる時系列情報を時系列主成分値に合わせて表示する変数相関表示部と、多時系列情報から要因変数抽出の対象となる状態変化を定義する状態変化定義部と、状定義された状態変化に相関の大きな要因変数抽出処理を実行する変化要因変数算出処理部と、抽出された状態変化に関わる要因変数を表示する変化要因変数表示部と、を備える。【選択図】図4[Problem] To provide information that serves as a guide to assist the judgment and operation of a user who performs an operation. [Solution] The system includes a plurality of sensors that measure state quantities or operation quantities of a manufacturing facility, a data collection and management unit that collects and stores time series data of a plurality of variables measured by the plurality of sensors, a variable definition unit that defines variables to be analyzed from the stored data and variables measured online, a data shaping unit and a principal component analysis unit that preprocess the variables and perform principal component calculations, a variable correlation display unit that executes multivariate analysis at every predetermined cycle, updates the analysis value and displays it as time series information, and displays the time series information that is a target index in accordance with the time series principal component value, a state change definition unit that defines state changes that are the targets of factor variable extraction from the multi-time series information, a change factor variable calculation unit that executes a process to extract factor variables that are highly correlated with the state-defined state changes, and a change factor variable display unit that displays the factor variables related to the extracted state changes. [Selected Figure] Figure 4

Description

本発明は、製造設備や製造装置のオペレーションを行うユーザが設備状態や装置状態を調整する際の指針を提供し支援するシステム及び方法に関する。 The present invention relates to a system and method that provides guidance and assistance to users who operate manufacturing facilities and manufacturing equipment when adjusting the equipment status and device status.

製造設備や製造装置など(以下、単に「製造設備」と呼ぶ)に配置された多数のセンサが出力する検知信号に基づいて得られた多次元時系列データを主成分分析により処理し、製造設備の状態を視覚上わかりやすい出力形態で通知する技術が、特許文献1に開示されている。また、多次元時系列データの解析に基づいて異常の予兆を検知する予兆診断システムが、例えば特許文献2により知られている。 Patent Document 1 discloses a technology that uses principal component analysis to process multidimensional time series data obtained based on detection signals output by a large number of sensors installed in manufacturing facilities and manufacturing equipment (hereinafter simply referred to as "manufacturing facilities"), and notifies the state of the manufacturing facilities in a visually easy-to-understand output format. In addition, a predictive diagnosis system that detects signs of abnormalities based on the analysis of multidimensional time series data is known, for example, from Patent Document 2.

これらのシステムでは、多数のセンサ情報を複合して状態を診断するため、主成分分析などの多変量解析が用いられている。製造設備の状態を総合的かつ全体的に監視することで、製造設備の異常の予兆を捉え、これをユーザに報知する。これにより、事後保全の割合を減らし、製造設備等の運転を高度に支援することができる。また、出力変数に影響を持つ主成分を抽出し、製造設備の予兆検知のために、正常データを多数集めて学習し、統計量などを用いて異常と正常のしきい値を決定する処理が行われている。 These systems use multivariate analysis such as principal component analysis to diagnose the condition by combining information from a large number of sensors. By comprehensively and holistically monitoring the condition of the manufacturing equipment, signs of abnormalities in the manufacturing equipment can be detected and reported to the user. This reduces the rate of corrective maintenance and provides advanced support for the operation of manufacturing equipment. In addition, principal components that have an effect on the output variables are extracted, and a large amount of normal data is collected and learned in order to detect signs of abnormalities in the manufacturing equipment, and thresholds for normality and abnormality are determined using statistics, etc.

また、主成分分析の解析結果に関連の強い要因変数を表示するシステムが特許文献3により知られている。 In addition, a system that displays factor variables that are highly correlated with the results of principal component analysis is known from Patent Document 3.

特開2001-67117号公報JP 2001-67117 A 特開2019-204342号公報JP 2019-204342 A 特開2014-178844号公報JP 2014-178844 A

例えば化学プラントなどの製造設備では、異常ではないが稼働中に生産性が変動することがある。生産性とは、例えば原単位や製品の良品率、製造のエネルギー効率などである。この理由は、気温などの環境変化や、製造工程での触媒等の品質変化、メンテナス等の影響など様々な要因がある。生産性が低下した場合に生産を止めてメンテナスする方法もあるが、生産を完全に停止することは、生産量の大幅な低下につながったり、メンテナンス作業コストが上昇したりするなど、デメリットもある。そこで、生産を継続することも選択肢となるが、僅かでも生産性を向上させることが望ましい。 For example, in manufacturing facilities such as chemical plants, productivity can fluctuate during operation, although this is not abnormal. Productivity refers to, for example, the basic unit, the rate of defective products, and the energy efficiency of manufacturing. There are various factors that cause this, such as environmental changes such as temperature, changes in the quality of catalysts and other materials used in the manufacturing process, and the effects of maintenance. One method of preventing a drop in productivity is to stop production and perform maintenance, but completely stopping production can lead to a significant drop in production volume and increased maintenance work costs, and there are also disadvantages. Therefore, while continuing production is an option, it is preferable to improve productivity even slightly.

上記特許文献1から特許文献3のように、正常と異常を予兆及び識別する技術は従来から多く知られているが、正常状態の範囲で少しでも生産性を向上するためには、熟練技術者の経験に頼る部分がある。 As described in Patent Documents 1 to 3 above, there are many known techniques for predicting and identifying normal and abnormal conditions. However, in order to improve productivity even slightly within the range of normal conditions, there is still a need to rely on the experience of skilled technicians.

しかしながら、熟練技術者の高齢化による退職や、少子化によって将来的にオペレーションを担う人員が不足する事態を想定すると、熟練技術者の持つ生産性向上の知見を形式化することが望まれており、ひいては自動制御化にも繋がる。 However, considering the possibility of experienced technicians retiring due to aging and a future shortage of personnel to handle operations due to a declining birthrate, there is a need to formalize the knowledge of experienced technicians on how to improve productivity, which could ultimately lead to automated control.

そこで、本発明の目的は、製造設備が正常な範囲で稼働している中で様々に変化する運転状況変化に応じた要因抽出を行い、オペレーションを行うユーザの判断及び操作を支援するための指針となる情報を提供する製造を支援するシステム及び製造を支援する方法を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a system and method for supporting manufacturing that extracts factors in response to various changes in the operating conditions that occur while manufacturing equipment is operating within the normal range, and provides information that serves as a guide to support the judgment and operation of users who perform operations.

上記課題を解決するために、本発明は、製造設備の状態量または操作量を計測する複数のセンサと、前記複数のセンサによって計測される複数の変数の時系列データを収集し保持するデータ収集・管理部と、前記保持されたデータとオンライン計測された変数から、分析の対象とする変数を定義する変数定義部と、前記変数定義部で定義された変数を前処理し主成分演算するデータ整形処理部および主成分分析処理部と、所定サイクル毎に所定期間のデータに応じた多変量解析を実行し、前記所定サイクル毎に所定期間の多変量解析に基づいた分析値を更新し時系列情報として表示し、目標指標となる時系列情報を、時系列主成分値に合わせて表示する変数相関表示部と、前記多変量解析に基づいた前記時系列情報から要因変数抽出の対象となる状態変化を定義する状態変化定義部と、前記状態変化定義部により定義された状態変化に相関の大きな要因変数抽出処理を実行する変化要因変数算出処理部と、前記要因変数抽出処理により抽出された状態変化に関わる要因変数を表示する変化要因変数表示部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention is characterized by comprising: a plurality of sensors that measure the state quantities or operation quantities of a manufacturing facility; a data collection and management unit that collects and stores time-series data of a plurality of variables measured by the plurality of sensors; a variable definition unit that defines variables to be analyzed from the stored data and variables measured online; a data shaping processing unit and a principal component analysis processing unit that preprocess the variables defined by the variable definition unit and perform principal component calculations; a variable correlation display unit that executes multivariate analysis according to data for a predetermined period at each predetermined cycle, updates the analysis value based on the multivariate analysis for the predetermined period at each predetermined cycle and displays it as time-series information, and displays the time-series information that is the target index in accordance with the time-series principal component value; a state change definition unit that defines state changes that are the target of factor variable extraction from the time-series information based on the multivariate analysis; a change factor variable calculation processing unit that executes a process to extract a factor variable that is highly correlated with the state change defined by the state change definition unit; and a change factor variable display unit that displays the factor variables related to the state change extracted by the factor variable extraction process.

また、本発明は、(a)所定サイクル毎に所定期間のデータに応じた多変量解析を実行し、前記所定サイクル毎に所定期間の多変量解析に基づいた分析値を更新して時系列情報として表示し、目標指標となる時系列情報を、時系列主成分値に合わせて表示するステップ、(b)前記多変量解析に基づいた前記時系列情報から要因変数抽出の対象となる状態変化を定義するステップ、(c)前記定義された状態変化に相関の大きな要因変数抽出処理を実行するステップ、(d)前記抽出された状態変化に関わる要因変数を表示するステップ、を含むことを特徴とする。 The present invention also includes the steps of: (a) executing a multivariate analysis according to data for a predetermined period at each predetermined cycle, updating an analysis value based on the multivariate analysis for the predetermined period at each predetermined cycle and displaying it as time-series information, and displaying the time-series information serving as a target indicator together with the time-series principal component values; (b) defining state changes from which factor variables are to be extracted from the time-series information based on the multivariate analysis; (c) executing a process to extract factor variables that are highly correlated with the defined state changes; and (d) displaying the factor variables related to the extracted state changes.

本発明によれば、製造設備が正常な範囲で稼働している中で様々に変化する運転状況変化に応じた要因抽出を行い、オペレーションを行うユーザの判断及び操作を支援するための指針となる情報を提供する製造を支援するシステム及び製造を支援する方法を実現することができる。 The present invention makes it possible to realize a system and method for supporting manufacturing that extracts factors in response to various changes in the operating conditions that occur while manufacturing equipment is operating within the normal range, and provides information that serves as a guide to support the judgment and operation of users who perform operations.

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の発明を実施するための形態の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and advantages other than those described above will become clear from the description of the embodiment of the invention below.

製造設備の生産性の時系列データの一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of time-series data on productivity of a manufacturing facility. 本発明の実施例1に係る化学プラント管理システムの概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a chemical plant management system according to a first embodiment of the present invention; 製造設備200とセンサ群300の一例を示す図である。2 is a diagram illustrating an example of a manufacturing facility 200 and a sensor group 300. FIG. プラント監視及び制御支援システム100の構成及び処理フローを示す機能ブロック図である。1 is a functional block diagram showing the configuration and processing flow of a plant monitoring and control support system 100. 状態変化表示部108の表示例を示す図である。11A and 11B are diagrams showing examples of display on a state change display unit 108. 状態変化表示部108の表示例を示す図である。11A and 11B are diagrams showing examples of display on a state change display unit 108. 状態変化表示部108の表示例を示す図である。11A and 11B are diagrams showing examples of display on a state change display unit 108. 状態変化表示部108の表示例を示す図である。11A and 11B are diagrams showing examples of display on a state change display unit 108. 状態変化定義部110における操作例を示す図である。11A to 11C are diagrams illustrating examples of operations in the state change definition unit 110. 全変数の内積値を工程順に表示した例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example in which the inner product values of all variables are displayed in the order of steps. 内積の大きさ順の表示例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of displaying inner products in order of magnitude. 本発明の実施例2に係る化学プラント管理システムの各部のデータ例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of data of each part of a chemical plant management system according to a second embodiment of the present invention. 予兆診断システム及び異常検知システム600の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a predictive diagnosis system and anomaly detection system 600. センサ値変化量を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a change amount of a sensor value. 本発明の適用有無によって想定されるユーザの行動の違いを概念的に示す図である。FIG. 13 is a diagram conceptually showing the difference in user behavior expected depending on whether the present invention is applied or not.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。実施例は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施することが可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。 The following describes embodiments of the present invention with reference to the drawings. The examples are illustrative for explaining the present invention, and some parts have been omitted or simplified as appropriate for clarity of explanation. The present invention can also be implemented in various other forms. Unless otherwise specified, each component may be singular or plural.

また、図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。 In addition, the position, size, shape, range, etc. of each component shown in the drawings may not represent the actual position, size, shape, range, etc., in order to facilitate understanding of the invention. Therefore, the present invention is not necessarily limited to the position, size, shape, range, etc. disclosed in the drawings.

図1から図9を参照して、本発明の実施例1に係る製造を支援するシステム及び製造を支援する方法について説明する。 With reference to Figures 1 to 9, a system for supporting manufacturing and a method for supporting manufacturing according to a first embodiment of the present invention will be described.

先ず、図1を用いて、本発明の基本コンセプトを説明する。図1は、製造設備の生産性の時系列データの一例を示している。横軸に時間を示し、縦軸に製造設備の稼働率や製品の良品率などの生産性指標を示している。 First, the basic concept of the present invention will be explained using Figure 1. Figure 1 shows an example of time-series data on the productivity of manufacturing equipment. The horizontal axis shows time, and the vertical axis shows productivity indicators such as the operating rate of the manufacturing equipment and the quality rate of products.

図1において、生産性とは、製造設備の稼働率や製品の良品率、生産量などの指標である。また、異常検知とは、製造設備の故障や停止、著しく生産性が低下するといった重大な問題を検知することである。 In Figure 1, productivity refers to indicators such as the operating rate of manufacturing equipment, the rate of quality products, and production volume. Additionally, anomaly detection refers to the detection of serious problems such as breakdowns or stoppages of manufacturing equipment, or a significant drop in productivity.

例えば化学プラントなどの製造設備では、基準となる生産性を想定して年間の製造計画を策定する場合がある。仮に生産性が計画よりも低下して改善の余地がある場合、B:生産性の低下を抑制しながら運転を継続するという試みがなされる。この場合、将来的に突発的な製造設備の故障や停止、或いは、予期しない製品の品質低下などに繋がる可能性がある。 For example, in manufacturing facilities such as chemical plants, annual production plans may be formulated based on an assumed benchmark productivity. If productivity falls below the plan and there is room for improvement, an attempt is made to continue operations while suppressing the decline in productivity (B). In this case, there is a possibility that this could lead to sudden breakdowns or shutdowns of the manufacturing equipment in the future, or unexpected declines in product quality.

一方、C:異常または異常予兆を検知して生産を停止し、異常の原因を取り除き再稼働した場合、設備を停止しメンテナンスすることは稼働率ひいてはトータルの生産性を犠牲にする。 On the other hand, in case C: where production is stopped when an abnormality or a sign of an abnormality is detected, and then restarted after the cause of the abnormality is removed, stopping the equipment for maintenance sacrifices the operating rate and ultimately the total productivity.

そこで、本発明では、A:正常な範囲内で生産効率改善の試行を継続することで、対象設備自体の製造能力向上に寄与する。そのため、製造設備が正常な範囲で稼働している中で様々に変化する運転状況変化に応じた要因抽出を行い、オペレーションを行うユーザの判断及び操作を支援するための指針となる情報を提供する。 Therefore, in this invention, A: By continuing to try to improve production efficiency within the normal range, it contributes to improving the manufacturing capacity of the target equipment itself. To this end, it extracts factors according to various changes in the operating conditions that occur while the manufacturing equipment is operating within the normal range, and provides information that serves as a guide to support the judgment and operation of the user who operates the equipment.

図2を用いて、本実施例の製造を支援するシステムについて説明する。図2は、本実施例のプラント監視及び制御支援システム100を含む化学プラント管理システム1の概略構成を示すブロック図である。 The system for supporting manufacturing in this embodiment will be described with reference to FIG. 2. FIG. 2 is a block diagram showing the schematic configuration of a chemical plant management system 1 including the plant monitoring and control support system 100 in this embodiment.

図2に示すように、本実施例のプラント監視及び制御支援システム100は、多数のセンサからなるセンサ群300の検知信号に基づき、製造設備200の運転を監視し、わずかな状態変化及びその変動要因を抽出しつつ、製造設備200の効率的なユーザの作業及び設備稼働を支援するシステムである。 As shown in FIG. 2, the plant monitoring and control support system 100 of this embodiment is a system that monitors the operation of the manufacturing equipment 200 based on detection signals from a sensor group 300 consisting of multiple sensors, extracts slight state changes and their fluctuating factors, and supports efficient user work and equipment operation of the manufacturing equipment 200.

図2の化学プラント管理システム1は、一例として、生産性データ管理システム400と、製造管理システム500と、予兆診断システム及び異常検知システム600と、監視及び制御部700と、データ収集・管理システム800とを含んで構成されている。 The chemical plant management system 1 in FIG. 2 is, as an example, configured to include a productivity data management system 400, a manufacturing management system 500, a predictive diagnosis system and anomaly detection system 600, a monitoring and control unit 700, and a data collection and management system 800.

なお、明細書中では生産性データ管理システム400、製造管理システム500、予兆診断システム及び異常検知システム600、監視及び制御部700、データ収集・管理システム800を機能として分けて記載しているが、本発明はプラント監視及び制御支援システム100に関わるものであるため、これらのすべてあるいは一部が、プラント監視及び制御支援システム100として同一の装置内で構成されていても良い。 In the specification, the productivity data management system 400, the manufacturing management system 500, the predictive diagnosis system and anomaly detection system 600, the monitoring and control unit 700, and the data collection and management system 800 are described as separate functions, but since the present invention relates to the plant monitoring and control support system 100, all or part of these may be configured within the same device as the plant monitoring and control support system 100.

センサ群300から出力された検知信号に基づく各種データは、監視及び制御部700に入力されるとともに、データ収集・管理システム800を通じて、生産性データ管理システム400、予兆診断システム及び異常検知システム600、プラント監視及び制御支援システム100に送信される。 Various data based on the detection signals output from the sensor group 300 are input to the monitoring and control unit 700 and transmitted to the productivity data management system 400, the predictive diagnosis system and anomaly detection system 600, and the plant monitoring and control support system 100 via the data collection and management system 800.

プラント監視及び制御支援システム100は、製造設備200の状況、及び製造環境の変動に関する診断を行い、製造設備200のパラメータ制御の指針となる情報を表示及び出力するシステムである。その詳細な機能及び構造に関しては後述する。 The plant monitoring and control support system 100 is a system that diagnoses the status of the manufacturing equipment 200 and fluctuations in the manufacturing environment, and displays and outputs information that serves as a guide for parameter control of the manufacturing equipment 200. Its detailed functions and structure will be described later.

生産性データ管理システム400は、例えば時間毎や1日毎、あるいは原料ロット毎、又は製造ロット毎に計測・検査された製品の生産性に関するデータを管理する。生産性に関するデータとは、例えば製品の良品率、あるいは一定量の製品を作るために消費した原材料である原単位、また製造過程で単位製造量あたりに消費されたエネルギー効率などがある。 The productivity data management system 400 manages data on the productivity of products that are measured and inspected, for example, hourly or daily, or for each raw material lot, or for each production lot. Productivity data includes, for example, the product yield rate, the basic unit of raw materials consumed to make a certain amount of products, and the energy efficiency consumed per unit production volume during the manufacturing process.

具体例を挙げると、生産性データ管理システム400は、原料又は最終製品の品質を分析する分析装置(図示せず)からの分析結果を取り込んで管理する機能を有する。また、生産性データ管理システム400は、製造管理システム500から原料ロット、製造ロットに関するデータの供給を受け、このデータに従って期間毎、あるいは原料ロット毎又は製造ロット毎に生産性に関するデータを管理する。 As a specific example, the productivity data management system 400 has a function of importing and managing analysis results from an analysis device (not shown) that analyzes the quality of raw materials or final products. The productivity data management system 400 also receives data related to raw material lots and production lots from the production management system 500, and manages productivity data for each period, raw material lot, or production lot in accordance with this data.

製造管理システム500は、製造設備200において製造に用いられる原料の管理、原料ロット及び製造ロットの管理、在庫の管理、最終製品の管理、製造設備200の制御に関する情報の管理等を司るシステムであり、監視及び制御部700を通して製造設備200による製造を管理している。 The manufacturing management system 500 is a system that manages the raw materials used in manufacturing at the manufacturing facility 200, the management of raw material lots and manufacturing lots, inventory management, management of final products, and management of information related to the control of the manufacturing facility 200, and manages manufacturing at the manufacturing facility 200 through the monitoring and control unit 700.

監視及び制御部700は、センサ群300からの検知信号を監視し、そのデータに基づき製造設備200を制御する機能を有する。また、監視及び制御部700は、製造管理システム500で管理される各種情報に従い、製造設備200を制御する。 The monitoring and control unit 700 has the function of monitoring the detection signals from the sensor group 300 and controlling the manufacturing equipment 200 based on the data. The monitoring and control unit 700 also controls the manufacturing equipment 200 according to various information managed by the manufacturing management system 500.

図3に、製造設備200とセンサ群300の一例を示す。製造設備200は、一例として、原料タンク201と、貯蔵タンク202と、反応タンク203と、反応タンク204と、製品貯蔵タンク205とを備えており、原料群S,Mから最終製品Cを製造するための製造設備である。 Figure 3 shows an example of a manufacturing facility 200 and a sensor group 300. As an example, the manufacturing facility 200 includes a raw material tank 201, a storage tank 202, a reaction tank 203, a reaction tank 204, and a product storage tank 205, and is a manufacturing facility for manufacturing a final product C from raw material groups S and M.

タンク201~205は、それぞれ配管で接続されており、配管を通じて原料、中間生成物、及び最終生成物が搬送される。また、原料以外にも、窒素や酸素を供給する配管が接続されている。さらに、ヒーターやバルブなど(図示せず)が、独立あるいはセンサと組み合わせて多数設置されており、これらを調整することでもセンサ群300の検出値が変動する。反応タンク203,204では、原料群S,Mやガスの撹拌、加熱、加圧等により反応させることで最終製品Cが生成される。 Tanks 201-205 are connected to each other by pipes, through which the raw materials, intermediate products, and final products are transported. In addition to the raw materials, pipes for supplying nitrogen and oxygen are also connected. Furthermore, a large number of heaters, valves, etc. (not shown) are installed either independently or in combination with sensors, and adjustment of these also changes the detection value of sensor group 300. In reaction tanks 203 and 204, raw materials S, M and gas are stirred, heated, pressurized, etc. to cause a reaction, and the final product C is produced.

センサ群300は、一例として、原料等の流量を計測する流量センサ、反応タンク203等の温度を計測する温度センサ、反応タンク204等の圧力を計測する圧力センサ、製品貯蔵タンク205等の生成物の貯蔵量を計測するレベルセンサや生成物の濃度を計測する濃度センサ等を含む。 The sensor group 300 includes, for example, a flow sensor that measures the flow rate of raw materials, etc., a temperature sensor that measures the temperature of the reaction tank 203, etc., a pressure sensor that measures the pressure of the reaction tank 204, etc., a level sensor that measures the storage amount of the product in the product storage tank 205, etc., and a concentration sensor that measures the concentration of the product.

また、センサ群300には、窒素や酸素などのガスの供給量を計測する流量センサなども含まれ、センサ群の種類はこれらに限定されるものではなく、その配置も一例であることは言うまでもない。例えば、温度センサは反応タンク203だけでなく、製造設備200内の複数個所に設置することができる。また、温度センサの測定対象も、原料、中間生成物、最終生成物だけでなく、オイル、冷却水、環境温度などが含まれ得る。 The sensor group 300 also includes flow sensors that measure the supply amount of gases such as nitrogen and oxygen, but the types of sensors are not limited to these, and their placement is of course only one example. For example, temperature sensors can be installed not only in the reaction tank 203, but also in multiple locations within the manufacturing equipment 200. Furthermore, the objects that the temperature sensors measure can include not only raw materials, intermediate products, and final products, but also oil, cooling water, environmental temperature, etc.

このような製造設備200において、センサ群300中の複数のセンサの各々は、それぞれ検知信号を出力し、監視及び制御部700は、個々の検知信号の値が所定の範囲(上限,下限)に含まれる正常値であるか、又はこの範囲を超える異常値であるか否かを検知する。 In such a manufacturing facility 200, each of the multiple sensors in the sensor group 300 outputs a detection signal, and the monitoring and control unit 700 detects whether the value of each detection signal is a normal value within a predetermined range (upper limit, lower limit) or an abnormal value that exceeds this range.

また、センサ群300の各検出値は、直接制御に関係しないデータを含めてデータ収集・管理システム800によって収集及び蓄積され、生産性データ管理システム400、予兆診断システム及び異常検知システム600、プラント監視及び制御支援システム100におけるデータベースとなる。データ収集・管理システム800は、データ蓄積だけでなく、例えばセンサ群の各検出値のタイムスタンプ情報を統一するなど、データ整形の機能を備えていても良い。 The detected values of the sensor group 300, including data not directly related to control, are collected and stored by the data collection and management system 800, and become databases in the productivity data management system 400, the predictive diagnosis system and anomaly detection system 600, and the plant monitoring and control support system 100. In addition to storing data, the data collection and management system 800 may also have a function for shaping data, such as standardizing the timestamp information of each detected value of the sensor group.

予兆診断システム及び異常検知システム600の出力値は、センサ群300の検知信号と同様に表示され、製造設備200を統合的に監視した異常度合を表示することができる。 The output values of the predictive diagnosis system and anomaly detection system 600 are displayed in the same way as the detection signals of the sensor group 300, and the degree of anomaly that is monitored in an integrated manner for the manufacturing equipment 200 can be displayed.

本発明では、さらにプラント監視及び制御支援システム100によって、相対的に小さな状態変化を強調して表示する。センサ群300から得られる多次元時系列データを主成分分析する点は特許文献3のプロセス監視診断装置と類似しているが、正常と異常の判別ではなく、主成分分析に基づいた状態変化に関する情報を監視表示して制御を支援するシステムである。 In the present invention, the plant monitoring and control support system 100 further emphasizes and displays relatively small state changes. It is similar to the process monitoring and diagnosis device of Patent Document 3 in that it performs principal component analysis on multidimensional time series data obtained from the sensor group 300, but instead of distinguishing between normal and abnormal, this system monitors and displays information about state changes based on principal component analysis to support control.

そのため、本発明に学習モデルは無い。学習に基づくシステムではないため、学習のためのデータが不要である。学習に依存しないことは、例えば気候の変動などで製造設備の状態が変動する場合でも、柔軟に対応し直近のデータに基づいて分析が可能という長所がある。但し、本発明と、学習モデルを有する監視システムとを組み合わせて使用することを否定するものではない。一例として、学習モデルを有する予兆診断システムや異常検知システムは、図2のように組み込むことができる。 Therefore, the present invention does not have a learning model. As it is not a learning-based system, data for learning is not required. Not relying on learning has the advantage that it can respond flexibly and perform analysis based on the most recent data, even when the state of the manufacturing equipment changes due to, for example, weather changes. However, this does not deny the use of the present invention in combination with a monitoring system that has a learning model. As an example, a predictive diagnosis system or anomaly detection system that has a learning model can be incorporated as shown in Figure 2.

図4に、プラント監視及び制御支援システム100の構成及び処理フローを示す。上記の処理を実行するため、プラント監視及び制御支援システム100は一例として、オフラインのデータ蓄積部101と、オンラインのデータ取得部102と、変数定義部103と、データ整形処理部104と、主成分分析処理部105と、指標定義部106と、クラスタリング処理部107と、状態変化表示部108と、変数相関表示部109と、状態変化定義部110と、変化要因変数算出処理部111と、変化要因変数表示部112とによって構成される。また、製造設備200の状態を制御する制約条件を課す機能として、調整可能変数処理部113を有する。 Figure 4 shows the configuration and processing flow of the plant monitoring and control support system 100. To execute the above processing, the plant monitoring and control support system 100 is, as an example, composed of an offline data accumulation unit 101, an online data acquisition unit 102, a variable definition unit 103, a data shaping processing unit 104, a principal component analysis processing unit 105, an index definition unit 106, a clustering processing unit 107, a state change display unit 108, a variable correlation display unit 109, a state change definition unit 110, a change factor variable calculation processing unit 111, and a change factor variable display unit 112. In addition, it has an adjustable variable processing unit 113 as a function of imposing constraint conditions that control the state of the manufacturing equipment 200.

変数定義部103、データ整形処理部104、主成分分析処理部105から構成される監視処理部114での処理は、例えば特許文献1に記載されているような一般的な主成分分析である。 The processing in the monitoring processing unit 114, which is composed of a variable definition unit 103, a data shaping processing unit 104, and a principal component analysis processing unit 105, is a general principal component analysis such as that described in Patent Document 1, for example.

データ蓄積部101は、センサ群300から出力された検知信号群を時刻毎に生データとして記憶(蓄積)する記憶部である。データ取得部102は、監視している時刻のセンサ群300のデータをオンラインで取得する。オフラインのデータ蓄積部101及びオンラインのデータ取得部102は、システム構成によってはデータ収集・管理システム800の機能とみなすこともできるが、本実施例では図4中の機能ブロックの1つとして記載する。 The data accumulation unit 101 is a storage unit that stores (accumulates) the detection signals output from the sensor group 300 as raw data for each time. The data acquisition unit 102 acquires the data of the sensor group 300 online at the time being monitored. Depending on the system configuration, the offline data accumulation unit 101 and the online data acquisition unit 102 can be considered as functions of the data collection and management system 800, but in this embodiment they are described as one of the functional blocks in FIG. 4.

変数定義部103、データ蓄積部101及びデータ取得部102の検知信号群のうち、分析に利用する検知信号群を選択する。例えば全センサのデータを選択する場合や、反応タンク203に関わるセンサ群のみを選択することもできる。また、データ蓄積部101の時系列データから分析に用いる期間を定義する。 A detection signal group to be used for analysis is selected from the detection signal groups of the variable definition unit 103, data accumulation unit 101, and data acquisition unit 102. For example, data from all sensors can be selected, or only the sensor group related to the reaction tank 203 can be selected. In addition, the period to be used for analysis is defined from the time series data of the data accumulation unit 101.

本発明では、学習モデル等を構築する従来技術に比べて、分析する時系列データの期間は短い。本実施例では、分析対象期間よりも過去のデータが200日以上あるが、変数定義部103において、オンラインデータ1日分と、直近のオフラインデータ19日分の合計20日分のデータを利用した。データ量が多いことは学習モデル構築には有効であるが、直近の分析対象期間とは気候や消耗品の状態など状態が異なる場合がある。そこで、直近の僅かな状態変化を捉えるために、本実施例での分析期間は20日間で固定し、1日1回の分析の都度、分析データを更新した。 In the present invention, the period of time series data to be analyzed is shorter than that of conventional techniques for constructing learning models, etc. In this embodiment, there is data from more than 200 days prior to the analysis period, but the variable definition unit 103 uses a total of 20 days of data, consisting of one day of online data and the most recent 19 days of offline data. A large amount of data is effective for constructing a learning model, but conditions such as the weather and the state of consumables may differ from those in the most recent analysis period. Therefore, in order to capture slight changes in the most recent conditions, the analysis period in this embodiment is fixed at 20 days, and the analysis data is updated each time an analysis is performed once a day.

データ整形処理部104では、後段の主成分分析部105にデータを入力する前処理を行う。例えば異なるサンプリングタイムで取得されたデータ群に対して、1分周期や1時間周期などのサンプリングタイムに統一する。また、各検知信号毎に強度の正規化処理や、明らかな異常データの除去などを行う。検知信号群を前処理した後、主成分分析処理部105において、主成分分析処理を行う。 The data shaping processing unit 104 performs preprocessing to input data to the downstream principal component analysis unit 105. For example, data groups acquired at different sampling times are standardized to sampling times of one minute or one hour. In addition, intensity normalization processing is performed for each detection signal, and obviously abnormal data is removed. After the detection signal group is preprocessed, principal component analysis processing is performed in the principal component analysis processing unit 105.

主成分分析によって、各時刻のn個のセンサデータが主成分空間に変換される。分散がもっとも大きい主成分軸1の方向に対して、式(1)で表される。skは整形処理後のセンサ値、P1,kは主成分分析によって得られる主成分軸1に変換するためk番目の変数に対する係数である。 By principal component analysis, n sensor data at each time are transformed into principal component space. The direction of principal component axis 1 with the largest variance is expressed by equation (1). s k is the sensor value after shaping, and P 1,k is the coefficient for the kth variable to transform into principal component axis 1 obtained by principal component analysis.

Figure 2024070469000002
Figure 2024070469000002

同様に、第1主成分と直交方向で分散が最大となる第2主成分スコアScore2を算出する。Score1を横軸、Score2を縦軸にプロットすることで2次元の主成分スコアをプロットできる。n次元ベクトルZとして各時刻tにおけるScoreを表現すると式(2)となる。 Similarly, calculate the second principal component score Score2 that maximizes the variance in the direction perpendicular to the first principal component. Plotting Score1 on the horizontal axis and Score2 on the vertical axis allows you to plot two-dimensional principal component scores. Expressing the Score at each time t as an n-dimensional vector Z gives us Equation (2).

Figure 2024070469000003
Figure 2024070469000003

指標定義部106では、解析の対象とする生産性指標を定義する。原単位や良品率、エネルギー効率が例として挙げられる。或いは、予兆診断システム及び異常検知システム600の出力を用いて分析することもできる。 The indicator definition unit 106 defines the productivity indicators to be analyzed. Examples include basic units, non-defective product rates, and energy efficiency. Alternatively, analysis can be performed using the output of the predictive diagnosis system and anomaly detection system 600.

クラスタリング処理部107は、指標定義部106で定義された指標を複数のクラスに分類するものである。必須の要素ではないが、生産性指標をそのまま数値で表記するよりも適している場合に用いる。例えば、良品率が生産性指標であり、80~90%が目標の製造設備については、90%以上を良好、80~90%を中間、80%未満を不良と分類した方が、数値よりも認識しやすい場合がある。このような場合には生産性指標にクラスタリング処理を施す。 The clustering processing unit 107 classifies the indices defined by the index definition unit 106 into multiple classes. Although it is not an essential element, it is used in cases where it is more appropriate to express the productivity index as a numerical value as is. For example, for a manufacturing facility where the yield rate is a productivity index and the target is 80-90%, it may be easier to recognize the productivity index by classifying 90% or more as good, 80-90% as medium, and less than 80% as bad, rather than by numerical value. In such cases, a clustering process is applied to the productivity index.

続いて、状態変化表示部108について説明する。表示の一例として主成分スコアの2次元プロットについて説明する。変数定義部103において、20日分のデータを取得している。主成分スコアは変数と同数のn個存在するが、作業者への表示をするため2次元または3次元として表示することが適当であり、本実施例では2次元で説明する。 Next, the state change display unit 108 will be described. As an example of the display, a two-dimensional plot of the principal component scores will be described. 20 days' worth of data is acquired in the variable definition unit 103. There are n principal component scores, the same number as the variables, but it is appropriate to display them in two or three dimensions for display to the operator, and in this embodiment, two dimensions will be described.

上述のとおりScore1をPC1として横軸、Score2をPC2として縦軸にプロットすることで2次元の主成分スコアをプロットし、この座標に着目して正常と異常を判別する方法が代表的な手法である。本発明では、各座標ではなく、2点間の座標変化、すなわちベクトルに着目し、製造設備200の状態変化の情報として表示することを特徴とする。 As mentioned above, a typical method is to plot two-dimensional principal component scores by plotting Score1 as PC1 on the horizontal axis and Score2 as PC2 on the vertical axis, and to distinguish between normal and abnormal by focusing on these coordinates. The present invention is characterized by focusing on the coordinate change between two points, i.e., vectors, rather than on individual coordinates, and displaying this as information on the change in the state of the manufacturing equipment 200.

図5A及び図5Bに、本実施例における代表的な状態変化表示部108の表示例を示す。 Figures 5A and 5B show a representative example of the display of the status change display unit 108 in this embodiment.

図5Aは2次元プロットの例であり、主成分解析のスコアが座標情報としてプロットされることは従来手法と同じである。本発明では、さらに各プロットを時系列順に線で接続し方向を示す。或いは、プロット点の脇に時間や日付などの情報を付加する方法でも良い。また、クラスタリング処理部107からの出力を重ねて表示する。具体的には、上述した良品率の場合、90%以上で良好の場合には〇印でプロット、80~90%で中間状態の場合には△印でプロット、80%未満で不良の場合には×でプロットする。 Figure 5A is an example of a two-dimensional plot, and the scores of the principal component analysis are plotted as coordinate information, just like in conventional methods. In the present invention, the plots are further connected in chronological order with lines to indicate the direction. Alternatively, a method of adding information such as time and date next to the plot points may be used. In addition, the output from the clustering processing unit 107 is displayed in an overlapping manner. Specifically, in the case of the above-mentioned non-defective rate, if it is 90% or more and is in good condition, it is plotted with a circle, if it is 80-90%, it is in an intermediate state, it is plotted with a triangle, and if it is less than 80%, it is plotted with an x.

この表示は、プロットの形ではなく、プロットの色で青・黄・赤のように識別したり、A・B・C等のランクをプロット点の横に表示しても良い。また、クラスタリング処理部107を通さず、生産性指標の数値を直接表示しても良く、ユーザの利便性に応じて変更することが望ましい。 In this display, instead of the shape of the plot, the plot may be distinguished by color, such as blue, yellow, or red, or a rank, such as A, B, or C, may be displayed next to the plot points. In addition, the productivity index values may be displayed directly without passing through the clustering processing unit 107, and it is desirable to change the display according to the convenience of the user.

2次元プロット以外の表示方法について、図5Bを用いて説明する。主成分軸のプロットは、変数を多く含むほど、実際の設備との関連を認識しづらい。本発明では、オンラインデータを逐次入力しながら主成分分析処理を施すことを特徴としており、本実施例ではオンラインデータ取得時を含めて直近20日のデータを用いて解析している。そのため1日毎に解析及び表示を更新するたびに主成分軸が変動する。つまり、式(1)のP1,kや、式(2)のPnが解析及び表示毎に変化する。仮に1日毎に表示を更新する場合、現在表示している縦軸・横軸と、前日に表示された縦軸・横軸が異なる。 A display method other than the two-dimensional plot will be described with reference to FIG. 5B. The more variables the plot of the principal component axis contains, the more difficult it is to recognize the relationship with the actual equipment. The present invention is characterized in that the principal component analysis process is performed while sequentially inputting online data, and in this embodiment, the analysis is performed using the most recent 20 days of data including the time of online data acquisition. Therefore, the principal component axis changes every time the analysis and display are updated every day. In other words, P 1,k in formula (1) and P n in formula (2) change every time the analysis and display are performed. If the display is updated every day, the vertical and horizontal axes currently displayed are different from the vertical and horizontal axes displayed on the previous day.

この軸が変動する表示は、ユーザにとって理解が難しい場合があり、使い難さを感じる場合もある。そこで、図5Aの2次元プロットではなく、2次元プロットの2点間の距離(ユークリッド距離)、及び方向を時間軸に対してプロットしても良い。 This display with varying axes can be difficult for users to understand and can be hard to use. Therefore, instead of the two-dimensional plot of Figure 5A, the distance between two points on the two-dimensional plot (Euclidean distance) and the direction can be plotted against the time axis.

図5Bの上段は2点間の距離(ユークリッド距離)を時系列でプロットした例である。また、図5Bの中段は3点間で定義される2つのベクトルの方向変化をプロットしている。図5Bの中段に関しては、逐次データを更新しながら主成分分析を実施する手法が知られている。この手法では、主成分軸の変動量に着目し、特許文献3のように変動量にしきい値を設定し、異常検出を実現する。 The top part of Figure 5B is an example of a time series plot of the distance between two points (Euclidean distance). The middle part of Figure 5B plots the change in direction of two vectors defined between three points. For the middle part of Figure 5B, a method is known in which principal component analysis is performed while sequentially updating data. This method focuses on the amount of fluctuation in the principal component axis, and as in Patent Document 3, a threshold value is set for the amount of fluctuation to achieve anomaly detection.

本発明と比較すると、図5Bの中段に類似した時系列プロットに、正常/異常のしきい値を設定し監視する方式である。一方で、本発明は図5Bの中段の時系列プロットも含めて、正常/異常に関わらず状態の変動を可視化し、状態変化の要因抽出のための指標を可視化するものである。 Compared to the present invention, this is a method of monitoring by setting normal/abnormal thresholds on a time series plot similar to the middle part of Figure 5B. On the other hand, the present invention visualizes fluctuations in status, regardless of whether they are normal or abnormal, including the time series plot in the middle part of Figure 5B, and visualizes indicators for extracting the causes of status changes.

図5Bの上段の距離はセンサ群検出値の変動量、図5Bの中段の方向は該当期間中に変動した変数種類と関連が大きい。そのため、プロットの方向が変動し、かつ距離が大きい場合には製造設備200の状態が大きく変化した可能性があることをユーザに知らせる(アラートを発する)ことができる。 The distance in the upper part of Figure 5B is the amount of change in the sensor group detection value, and the direction in the middle part of Figure 5B is closely related to the type of variable that changed during the relevant period. Therefore, if the direction of the plot changes and the distance is large, it is possible to notify the user (issue an alert) that the state of the manufacturing equipment 200 may have changed significantly.

例えば、5/10から5/11への遷移距離は3を超えており、データを取得した20日間の平均値2に対して大きい。また、5/10から5/11への状態変化は、5/9から5/10の状態変化と方向が異なっている。ここでは、一例として90°±20°を大きな変化と定義している。180°付近は、変数の正負が異なるが、抽出する変数の種類は0°と類似するため、小さな角度変化である。 For example, the transition distance from 5/10 to 5/11 exceeds 3, which is larger than the average value of 2 over the 20 days when the data was collected. Furthermore, the state change from 5/10 to 5/11 has a different direction from the state change from 5/9 to 5/10. Here, as an example, 90°±20° is defined as a large change. Around 180°, the variables are positive and negative, but the type of variable to be extracted is similar to 0°, so this is a small angle change.

上記遷移長と角度変化の条件から、図5Bの下段に状態変化が大きい場合を1,小さい場合を0とした時系列プロットを示す。例えば、(2)5/19から5/20への変化は、遷移距離が小さい。角度変化は135°であり小さくはないが、本発明の手法では僅かな状態変化が角度変化としてプロットされる可能性があるため、5/19から5/20への状態変化は相対的に小さいと見做した。 Based on the above transition length and angle change conditions, the lower part of Figure 5B shows a time series plot in which a large state change is assigned a value of 1 and a small state change is assigned a value of 0. For example, (2) the change from 5/19 to 5/20 has a small transition distance. The angle change is 135°, which is not small, but since the method of the present invention allows for slight state changes to be plotted as angle changes, the state change from 5/19 to 5/20 was considered to be relatively small.

遷移距離と角度変化の両方が大きいという条件を課すと、5/20から過去20日間の状態変化を分析した場合には、5/7,11,17,19が状態変化の大きかった日として表示される。この表示に、クラスタリングした生産性の記号を重ねても良い。以上が5/20における本実施例の状態変化表示部108の表示である。2次元プロットと1次元時系列プロットを併記しても良いし、いずれか一方のみの表示でも良い。 If the condition that both the transition distance and the angle change are large is imposed, when analyzing the status changes over the past 20 days from 5/20, 5/7, 11, 17, and 19 will be displayed as days with large status changes. Clustered productivity symbols may be overlaid on this display. The above is the display of the status change display unit 108 of this embodiment on 5/20. Two-dimensional plots and one-dimensional time series plots may be displayed side by side, or only one of them may be displayed.

続いて、変数相関表示部109について説明する。主成分分析処理部105の演算結果を表示する機能を有し、本発明を構成する必須要素ではないが用途に応じて表示しても良い。 Next, we will explain the variable correlation display unit 109. It has a function to display the calculation results of the principal component analysis processing unit 105, and although it is not a required element of the present invention, it may be displayed depending on the application.

図6Aは図5Aと同じ主成分スコアの2次元プロットである。図6Bは図6Aをプロットする際に用いた変数の因子プロットである。式(2)で示したn次元行列Pnに対して、1行目と2行目の要素からなるベクトル(P1,k, P2,k)を示していることに等しい。変数が少ない場合には(P1,k, P2,k, P3,k)と3次元表示しても可視性に問題はない。 Figure 6A is a two-dimensional plot of the same principal component scores as Figure 5A. Figure 6B is a factor plot of the variables used to plot Figure 6A. This is equivalent to showing a vector (P1 ,k, P2 ,k ) consisting of the elements in the first and second rows for the n-dimensional matrix Pn shown in equation (2). When there are only a few variables, there is no problem with visibility even if it is displayed three-dimensionally as ( P1,k, P2 ,k, P3 ,k ).

図6Bからは主成分空間での変数同士の相関を把握することができる。例えば同じ点にプロットされる変数同士は、同じ挙動をしていることが分かる。また、図6Aで左下にプロットされた5/20のデータは、図6Bの左下の因子が相対的に大きく、右上の因子が負の値として大きいことを、この図から推測できる。図6Bは変数種類が少なければ状態把握に有効であるが、数十、数百といった多くの変数を扱う場合には、重要な変数を認識しづらく、ユーザのオペレーション支援方法として適していない。 Figure 6B makes it possible to grasp the correlation between variables in the principal component space. For example, it can be seen that variables plotted at the same point behave in the same way. Furthermore, it can be inferred from this figure that for the 5/20 data plotted in the lower left of Figure 6A, the factor in the lower left of Figure 6B is relatively large, and the factor in the upper right is large as a negative value. Figure 6B is effective for grasping the status if there are only a few types of variables, but when dealing with tens or hundreds of variables, it is difficult to recognize important variables, and it is not suitable as a method of supporting user operations.

そこで、本発明では、状態変化定義部110及び変化要因変数算出処理部111を備えることで、多くの変数の中からユーザが着目した状態変化に対して重要であると分析された変数を、変化要因変数表示部112に出力する。 Therefore, in the present invention, by providing a state change definition unit 110 and a change factor variable calculation processing unit 111, variables that are analyzed from among many variables as being important for the state change focused on by the user are output to a change factor variable display unit 112.

本実施例における状態変化定義部110の機能は、要因変数を表示する日を選択することである。例えば図5Bの時系列プロットから状態変化の大きいと提案された5/11が自動で選択される方法がある。或いは、最新の日付である5/20を自動で選択する方法でも良い。或いは、図5Aまたは図5Bの時系列プロット画面をユーザが確認し、画面で日付を選択する方式でも良い。 The function of the state change definition unit 110 in this embodiment is to select the date on which the factor variables are to be displayed. For example, there is a method in which 5/11, which is suggested to be a date with a large state change from the time series plot in FIG. 5B, is automatically selected. Alternatively, a method in which 5/20, which is the most recent date, is automatically selected may be used. Alternatively, a method in which the user checks the time series plot screen in FIG. 5A or FIG. 5B and selects a date on the screen may be used.

状態変化定義部110における別の操作方法を図7に示す。2次元プロットを状態変化表示部108に表示された図5Aに対し、ユーザが分析対象の状態変化を視覚で確認し、モニター画面からポインタのクリックなどで選択しても良い。例えば5/10から5/11の状態変化に着目した場合には、矢印(A)で示すように5/10と5/11を繋ぐ線を選択する方式であり、式(3)で表すことができる。この例ではt =5/11、k=1となる。 Another method of operation in the state change definition unit 110 is shown in Figure 7. The user may visually confirm the state change to be analyzed in Figure 5A, which is a two-dimensional plot displayed in the state change display unit 108, and select it from the monitor screen by clicking the pointer, etc. For example, when focusing on the state change from 5/10 to 5/11, this method selects the line connecting 5/10 and 5/11 as shown by arrow (A), and can be expressed by equation (3). In this example, t = 5/11, k = 1.

Figure 2024070469000004
Figure 2024070469000004

また、他の状態変化の定義方式として、2次元プロット図に矢印を挿入する方法がある。変数相関表示部109のとおり、相関の大きい変数は主成分空間の因子ベクトルとして表示することができる。そこで、ユーザが5/10から5/11の変化に着目し分析を実施するため、5/10から5/11への遷移方向と平行な矢印(B)を定義することで、状態変化の方向を定義することができる。例えばこの方法は監視装置のマウスで操作する方式、或いは、タッチパネル画面で定義しても良い。 Another method for defining state changes is to insert an arrow into a two-dimensional plot diagram. As shown in the variable correlation display unit 109, highly correlated variables can be displayed as factor vectors in the principal component space. Therefore, in order for the user to focus on the change from 5/10 to 5/11 and perform an analysis, the direction of the state change can be defined by defining an arrow (B) parallel to the transition direction from 5/10 to 5/11. For example, this method may be performed by operating the mouse of the monitoring device, or may be defined on a touch panel screen.

本方式は、任意の方向を定義できることに長所がある。日付やプロット点に基づいたデータ選択は、この例では約19種の状態変化に対する要因変数を抽出するのみである。一方、2次元プロットに矢印を挿入することで、データには存在しない方向の要因変数を調べることができる。または矢印の始点と終点を選択する方法でも良い。 The advantage of this method is that you can define any direction. Selecting data based on dates or plot points only extracts factor variables for about 19 types of state changes in this example. On the other hand, by inserting arrows into a two-dimensional plot, you can examine factor variables in directions that do not exist in the data. Alternatively, you can select the start and end points of the arrow.

状態変化定義部110の操作はデータの分析だけでなく、プラントのパラメータを調整する事前検討に有用である。例えば5/20の時点で生産効率が比較的良好であったときに、2次元プロットの右方向へ状態が移ると、生産効率が低下するのではないかと推測できる。そこで、状態変化定義部110において左右方向(C)の矢印すなわちPC1軸方向に相関が大きい変数を事前に把握し、右方向に状態が移る傾向があった場合には、左方向に状態を動かす変数を調整する準備をする、という操作に生かすことができる。また、主成分表示中に定義した矢印の長さや向きから、データ整形処理部104で実施した正規化処理の逆演算を行い、実際の物理量に基づいたセンサ検出値の一例を表示しても良い。 The operation of the state change definition unit 110 is useful not only for data analysis but also for prior consideration of adjusting plant parameters. For example, if the production efficiency is relatively good at the time of 5/20, it can be assumed that the production efficiency will decrease if the state moves to the right of the two-dimensional plot. Therefore, it is possible to use the operation of the state change definition unit 110 to grasp in advance the variables with high correlation in the left-right arrow (C), i.e., the PC1 axis direction, and prepare to adjust the variables that move the state to the left if there is a tendency for the state to move to the right. In addition, the reverse operation of the normalization process performed by the data shaping processing unit 104 may be performed from the length and direction of the arrow defined during the principal component display, and an example of the sensor detection value based on the actual physical quantity may be displayed.

変化要因変数算出処理部111では、状態変化定義部110で定義した状態変化と相関の大きい変数を求める。本実施例では、主成分分析処理部105で演算され、場合によっては変数相関表示部109に出力されたn個の因子プロットをベクトルとして扱い、式(4)に示すように状態変化定義部110で定義したベクトルの内積を計算する。 The change factor variable calculation processing unit 111 finds variables that are highly correlated with the state change defined in the state change definition unit 110. In this embodiment, the n factor plots calculated in the principal component analysis processing unit 105 and, in some cases, output to the variable correlation display unit 109 are treated as vectors, and the inner product of the vectors defined in the state change definition unit 110 is calculated as shown in equation (4).

Figure 2024070469000005
Figure 2024070469000005

また、n個の内積値を並び替えて、変化要因変数表示部112に表示するための処理の実施も含める。内積値、或いは内積の絶対値の順に並び替える処理もある。或いは、内積値が大きいものから10個を選択する処理があっても良い。 It also includes the implementation of a process for sorting the n dot product values and displaying them in the change factor variable display unit 112. There is also a process for sorting in order of the dot product value or the absolute value of the dot product. Alternatively, there may be a process for selecting the 10 largest dot product values.

変化要因変数表示部112では、変化要因変数算出処理部111の結果を表示する。 The change factor variable display unit 112 displays the results of the change factor variable calculation processing unit 111.

図8は、式(4)で示した全変数の内積値を工程順に表示した例である。図9は、一例として内積の大きさ順の表示である。棒グラフの白抜き部は、その左側の変数と同じ動きをするため同一の変数と見なせることを意味する。或いは、内積の絶対値が大きい変数10~20個を相関が大きい変数として表示し、内積の絶対値が小さい変数を相関が小さい変数として表示しても良い。図9では棒グラフで表示しているが、表と相関値を表示しても良い。 Figure 8 is an example of the inner product values of all variables shown in equation (4) displayed in the order of steps. Figure 9 is an example of displaying the inner products in order of magnitude. The white parts of the bar graph indicate that they behave in the same way as the variable to the left of them and can therefore be considered to be the same variable. Alternatively, 10 to 20 variables with large absolute values of inner products can be displayed as variables with high correlation, and variables with small absolute values of inner products can be displayed as variables with low correlation. Figure 9 shows the display as a bar graph, but a table and correlation values can also be displayed.

さらに、要因変数を抽出する方法の一例として、式(5)で示される内積値とセンサ群300の各センサ値変動の乗算結果を表示しても良い。 Furthermore, as an example of a method for extracting factor variables, the multiplication result of the inner product value shown in equation (5) and the fluctuation of each sensor value of the sensor group 300 may be displayed.

Figure 2024070469000006
Figure 2024070469000006

以上説明したように、本実施例の製造を支援するシステムは、製造設備200の状態量または操作量を計測する複数のセンサ(センサ群300)と、複数のセンサによって計測される複数の変数の時系列データを収集し保持するデータ収集・管理部(データ収集・管理システム800)と、保持されたデータとオンライン計測された変数から、分析の対象とする変数を定義する変数定義部103と、変数定義部103で定義された変数を前処理し主成分演算するデータ整形処理部104および主成分分析処理部105と、所定サイクル毎に所定期間のデータに応じた多変量解析を実行し、所定サイクル毎に所定期間の多変量解析に基づいた分析値を更新し時系列情報として表示し、目標指標となる時系列情報を、時系列主成分値に合わせて表示する変数相関表示部109と、多変量解析に基づいた時系列情報から要因変数抽出の対象となる状態変化を定義する状態変化定義部110と、状態変化定義部110により定義された状態変化に相関の大きな要因変数抽出処理を実行する変化要因変数算出処理部111と、要因変数抽出処理により抽出された状態変化に関わる要因変数を表示する変化要因変数表示部112を備えている。 As described above, the system for supporting manufacturing in this embodiment includes a plurality of sensors (sensor group 300) that measure state quantities or operation quantities of the manufacturing equipment 200, a data collection and management unit (data collection and management system 800) that collects and holds time series data of a plurality of variables measured by the plurality of sensors, a variable definition unit 103 that defines variables to be analyzed from the held data and variables measured online, a data shaping processing unit 104 and a principal component analysis processing unit 105 that preprocess the variables defined in the variable definition unit 103 and perform principal component calculations, and a calculation unit 106 that calculates the time series data according to the data for a predetermined period at a predetermined cycle. It is equipped with a variable correlation display unit 109 that executes multivariate analysis, updates the analysis values based on the multivariate analysis for a specified period at each specified cycle and displays them as time-series information, and displays the time-series information that is the target index in accordance with the time-series principal component values, a state change definition unit 110 that defines state changes that are the subject of factor variable extraction from the time-series information based on the multivariate analysis, a change factor variable calculation processing unit 111 that executes a process to extract factor variables that are highly correlated with the state changes defined by the state change definition unit 110, and a change factor variable display unit 112 that displays the factor variables related to the state changes extracted by the factor variable extraction process.

また、目標指標となる時系列情報は、生産性指標の実績データ、或いは、予兆診断に基づく予測値である。 The time series information that serves as the target indicator is actual data on the productivity indicator or a predicted value based on predictive diagnosis.

本実施例の製造を支援するシステム及び製造を支援する方法によれば、正常稼働している製造設備の僅かな状態変化が可視化される。また、この状態変化の要因変数を抽出することで、製造設備の生産効率を向上させるための設備パラメータ調整の指針を提供することができる。そして、従来は熟練技術者の経験に依存していたパラメータ調整を形式化することが可能となる。 The manufacturing support system and manufacturing support method of this embodiment visualize slight changes in the state of manufacturing equipment that is operating normally. In addition, by extracting the causal variables of this state change, it is possible to provide guidelines for adjusting equipment parameters to improve the production efficiency of the manufacturing equipment. It is also possible to formalize parameter adjustments that previously relied on the experience of skilled engineers.

図10から図13を参照して、本発明の実施例2に係る製造を支援するシステム及び製造を支援する方法について説明する。 With reference to Figures 10 to 13, a system for supporting manufacturing and a method for supporting manufacturing according to a second embodiment of the present invention will be described.

図10は、本実施例の化学プラント管理システムの各部のデータ例を示す図である。図10には、期間3/1~3/20のデータを示している。 Figure 10 shows an example of data for each part of the chemical plant management system of this embodiment. Figure 10 shows data for the period 3/1 to 3/20.

生産性は、生産性データ管理システム400に表示されており、対象期間は約0.9前後で推移している。また、主成分分析に基づく予兆診断システム及び異常検知システム600の情報も表示することができる。監視及び制御部700では、センサ群300中の複数のセンサの各々の検知信号のモニタリングとともに、各個別センサの異常性を判定している。生産性データ管理システム400、予兆診断システム及び異常検知システム600、監視及び制御部700、プラント監視及び制御支援システム100を同一の表示装置に示した方が全体を認識しやすい場合には、図10のように並べて表示しても良い。 Productivity is displayed in the productivity data management system 400, and fluctuates around 0.9 during the target period. Information from the predictive diagnosis system and anomaly detection system 600 based on principal component analysis can also be displayed. The monitoring and control unit 700 monitors the detection signals of each of the multiple sensors in the sensor group 300 and determines the abnormality of each individual sensor. If it is easier to recognize the overall picture by displaying the productivity data management system 400, predictive diagnosis system and anomaly detection system 600, monitoring and control unit 700, and plant monitoring and control support system 100 on the same display device, they may be displayed side by side as shown in FIG. 10.

予兆診断システム及び異常検知システム600は、本発明において必須の構成要素ではないが、本発明として示した図4との構成比較のため、詳細を以下に説明する。 The predictive diagnosis system and anomaly detection system 600 are not essential components of the present invention, but are described in detail below for comparison with the configuration shown in Figure 4 of the present invention.

図11は、データ収集・管理システム800を通して得られたセンサ群300の検知信号群の挙動について異常の有無を判定する予兆診断システム及び異常検知システム600の一例である 。 Figure 11 shows an example of a predictive diagnosis system and anomaly detection system 600 that determines whether there is an anomaly in the behavior of the detection signals of the sensor group 300 obtained through the data collection and management system 800.

データ蓄積部601では、学習モデルを構築するため、センサ群300の過去の検出値を蓄積している。また、生産性データ管理システム400で収集及び分析された生産性に関するデータもオフラインデータとして蓄積される。なお、データ蓄積部601として、データ収集・管理システム800の機能を用いても良い。 The data accumulation unit 601 accumulates past detection values of the sensor group 300 in order to construct a learning model. In addition, data related to productivity collected and analyzed by the productivity data management system 400 is also accumulated as offline data. Note that the functions of the data collection and management system 800 may be used as the data accumulation unit 601.

変数定義部602では、データ蓄積部601に蓄積されたセンサ検出値から、プロセス監視の学習モデル構築に必要な項目を選定し、必要に応じて新たに管理指標等の変数を合成してn個の入力変数を定義する。 The variable definition unit 602 selects items necessary for constructing a learning model for process monitoring from the sensor detection values accumulated in the data accumulation unit 601, and defines n input variables by synthesizing new variables such as management indicators as necessary.

データ整形処理部603では、変数定義部602で定義された入力変数に対して、正規化処理や、異常値或いは学習に用いないデータ除去を施し、後段の主成分分析処理部604へデータを入力する前処理を実施する。 The data reforming processing unit 603 performs normalization processing and removes outliers and data not used for learning on the input variables defined in the variable definition unit 602, and performs preprocessing to input the data to the subsequent principal component analysis processing unit 604.

主成分分析処理部604では、重心からデータの分散が最大となる方向(第1主成分)を算出し、次に第1主成分と直交方向で分散が最大となる箇所(第2主成分)を算出する、という処理をデータ次元だけ繰り返す。以上の処理は、オフラインデータのみを利用する点を除いて、本発明と同様である。 The principal component analysis processing unit 604 calculates the direction from the center of gravity where the variance of the data is maximum (first principal component), and then calculates the location where the variance is maximum in the direction perpendicular to the first principal component (second principal component), repeating this process for the number of data dimensions. The above process is the same as in the present invention, except that only offline data is used.

式(2)のPnが学習完了時にPn(learning)として固定され、オンラインデータを処理する際にはこのPn(learning)を用いる。 P n in equation (2) is fixed as P n(learning) when learning is completed, and this P n(learning) is used when processing online data.

主成分スコア抽出処理部606では、一例として主成分分析処理の結果に基づいて、第1主成分分析のスコアと第2主成分分析のスコアとの関係を2次元グラフにする。図10中の予兆診断システム及び異常検知システム600の表示に相当する。スコアの2次元グラフ中には、指標定義部605で定義された生産性指標の情報を付加しても良い。 The principal component score extraction processing unit 606, as an example, creates a two-dimensional graph showing the relationship between the score of the first principal component analysis and the score of the second principal component analysis based on the results of the principal component analysis processing. This corresponds to the display of the predictive diagnosis system and anomaly detection system 600 in FIG. 10. Information on the productivity index defined in the index definition unit 605 may be added to the two-dimensional score graph.

定義された生産性について正常値のプロット群と異常値のプロットが分離できれば、異常を診断できる。例えば、図10の予兆診断システム及び異常検知システム600の表示について、「×:不良」がすべて異常領域にプロットできれば、正常/異常の判定が正確にできることを意味する。また、観測データが、正常/異常の境界線からどの程度離れているかを、異常度や正常度として定量化できる。定量化する手法として、Q統計量やT2統計量といった指標を用いることができる。これらの統計量を統計量算出部607で算出し、しきい値定義部608で異常のしきい値を定義しモデルが完成する。 If it is possible to separate the plots of normal values from the plots of abnormal values for the defined productivity, it is possible to diagnose abnormalities. For example, in the display of the predictive diagnosis system and anomaly detection system 600 in FIG. 10, if all "x: bad" can be plotted in the abnormal region, it means that normal/abnormal judgments can be made accurately. In addition, the extent to which the observed data is away from the boundary between normal and abnormal can be quantified as the degree of abnormality or normality. Indices such as Q statistics and T2 statistics can be used as a quantification method. These statistics are calculated by the statistics calculation unit 607, and the abnormality threshold is defined by the threshold definition unit 608, completing the model.

監視時には、データ取得部609によりデータ収集・管理システム800を通じてセンサ群300から取得したオンラインデータの中から、解析に用いる検出値を変数定義部610にて選択し、学習時の条件を用いて前処理及びPn(learning)から主成分スコアを計算する。さらに、データ整形処理部611にてデータを整形した後、統計量算出処理部612において、異常度や正常度といった統計量を計算する。また、統計量がしきい値定義部608で定義されたしきい値を超えるか否かを異常判定処理部613で判定し、正常か異常の診断結果を状態判定表示部614に表示する。 During monitoring, a variable definition unit 610 selects detection values to be used for analysis from the online data acquired from the sensor group 300 by the data acquisition unit 609 through the data collection and management system 800, and calculates principal component scores from preprocessing and Pn (learning) using the conditions at the time of learning. Furthermore, after shaping the data in a data shaping processing unit 611, a statistics calculation processing unit 612 calculates statistics such as the degree of abnormality and the degree of normality. An abnormality determination processing unit 613 determines whether the statistics exceed the threshold value defined in the threshold definition unit 608, and displays the diagnosis result of normality or abnormality on a status determination display unit 614.

図10の予兆診断システム及び異常検知システム600について、分析の対象期間(3/1~3/20)のデータは点線で囲まれたエリアにプロットされている。過去データの学習に基づいて、異常は右下エリアと定められており、この後の期間も異常領域に移る兆候は無い。監視及び制御部700の画面には、センサの値が表示されている。実際は約100個のセンサ検出値をモニタリングしているが、ここでは反応タンク203に取り付けられた流量センサ、圧力センサ、濃度センサ、温度センサから各1つの検出値を表示している。 For the predictive diagnosis system and anomaly detection system 600 in Figure 10, data for the period of analysis (3/1 to 3/20) is plotted in the area surrounded by a dotted line. Based on learning from past data, the area at the bottom right is determined to be abnormal, and there are no signs of moving into the abnormal area in the following period. The sensor values are displayed on the screen of the monitoring and control unit 700. In reality, the detected values of approximately 100 sensors are monitored, but here, one detected value each from the flow sensor, pressure sensor, concentration sensor, and temperature sensor attached to the reaction tank 203 is displayed.

図10のプラント監視及び制御支援システム100の画面には、状態変化表示部108の情報を表示している。この20日間のデータに基づいた主成分分析では、3/14から3/15にかけて、大きな状態変化が検出された。また、2次元プロットからは生産性が良好な3/19と3/20の状態を識別することが可能であり、3/14から3/15への状態変化が良い影響をもたらしたと推測することができる。また、ユーザは3/14から3/15への状態変化の要因を抽出して把握することで、3/20以降のパラメータ調整の指針を得ることができる。 Information from the status change display section 108 is displayed on the screen of the plant monitoring and control support system 100 in FIG. 10. In a principal component analysis based on the data for these 20 days, a large status change was detected from 3/14 to 3/15. Furthermore, it is possible to distinguish the status of 3/19 and 3/20, which were good productivity, from the two-dimensional plot, and it can be inferred that the status change from 3/14 to 3/15 had a positive effect. Furthermore, by extracting and understanding the factors behind the status change from 3/14 to 3/15, the user can obtain guidelines for parameter adjustment from 3/20 onwards.

図10のプラント監視及び制御支援システム100の画面において3/15を選択することで、分析対象となる状態変化を定義する。 By selecting 3/15 on the screen of the plant monitoring and control support system 100 in Figure 10, the state change to be analyzed is defined.

図12は、センサ値変化量を示している。図12の上図は3/14から3/15にかけての、原料タンク201及び反応タンク203に設置されたセンサ群300の検出値の規格化変化量が大きいものを抽出した結果である。さらに、式(5)を用いて、主成分分析から抽出した要因変数の内積値を乗じた結果が図12の下図であり、今回の状態変化にはA_上部圧力3,A_上部圧力4の各検出値の変化量は大きいが、状態変化への寄与は小さいことを示している。 Figure 12 shows the amount of change in the sensor values. The upper graph in Figure 12 shows the results of extracting the largest amount of normalized change in the detection values of the group of sensors 300 installed in the raw material tank 201 and the reaction tank 203 from 3/14 to 3/15. Furthermore, the lower graph in Figure 12 shows the results of multiplying the inner product value of the factor variables extracted from the principal component analysis using equation (5), which shows that although the amount of change in the detection values of A_Upper Pressure 3 and A_Upper Pressure 4 was large in this state change, their contribution to the state change was small.

図12の右表はセンサ値変化量と主成分分析の内積値から抽出した、3/14から3/15にかけての状態変化要因変数の上位10個を示している。ユーザはこの表から、3/14から3/15の状態変化を解釈し、今後の生産性向上の指針となる情報を得られる。なお、図12の右表は規格化された数値であるが、データ整形処理部104で実施した正規化処理の逆演算を行い、実際の物理量に基づいたセンサ検出値の一例を表示しても良い。 The table on the right of Figure 12 shows the top 10 variables that caused state changes from March 14th to March 15th, extracted from the inner product of the sensor value change and the principal component analysis. From this table, the user can interpret the state changes from March 14th to March 15th, and obtain information that can serve as a guide for improving productivity in the future. Note that the table on the right of Figure 12 shows normalized values, but it is also possible to perform the inverse operation of the normalization process performed by the data reforming processing unit 104 and display an example of a sensor detection value based on the actual physical quantity.

図13は、本発明の適用有無によって想定されるユーザの行動の違いを概念的に示している。 Figure 13 conceptually shows the expected difference in user behavior depending on whether or not the present invention is applied.

3/14から3/15の状態変化が熟練作業者にとっては想定された結果であり、過去の知見に基づいて製造設備200の調整が可能であったが、図13の左図に示す監視及び制御部700による従来のオペレーションでは、オペレーション経験の少ないユーザにとっては理解が不十分な場合がある。 The change in state from 3/14 to 3/15 was an expected result for an experienced worker, and adjustments to the manufacturing equipment 200 were possible based on past knowledge. However, the conventional operation by the monitoring and control unit 700 shown in the left diagram of Figure 13 may not be fully understood by users with little operational experience.

一方、図13の右図に示すように、本発明のプラント監視及び制御支援システム100の適用によって、例えば経験値の伝承を目的として経験の少ないユーザに説明をする際に、データを用いることで納得感や理解度向上に寄与できる。或いは、3/14から3/15への状態変化が良い影響をもたらしたという、根拠となる仮説を複数のユーザ間で共有しながら製造設備200の運転を実施できる。 On the other hand, as shown in the right diagram of FIG. 13, application of the plant monitoring and control support system 100 of the present invention can contribute to improving the sense of satisfaction and understanding by using data when explaining to inexperienced users, for example, for the purpose of passing on experience. Alternatively, the manufacturing equipment 200 can be operated while multiple users share the hypothesis that the change in condition from 3/14 to 3/15 had a positive effect.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes various modified examples. For example, the above-described embodiments have been described in detail to clearly explain the present invention, and are not necessarily limited to those having all of the configurations described. It is also possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. It is also possible to add, delete, or replace part of the configuration of each embodiment with other configurations.

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。 Furthermore, the above-mentioned configurations, functions, processing units, processing means, etc. may be realized in hardware, in part or in whole, for example by designing them as integrated circuits. Furthermore, the above-mentioned configurations, functions, etc. may be realized in software, by a processor interpreting and executing a program that realizes each function. Information on the programs, tables, files, etc. that realize each function can be stored in a memory, a recording device such as a hard disk or SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card, SD card, or DVD.

1…化学プラント管理システム
100…プラント監視及び制御支援システム
101,601…データ蓄積部(オフライン)
102,609…データ取得部(オンライン)
103,602,610…変数定義部
104,603,611…データ整形処理部
105,604…主成分分析処理部
106…指標定義部
107…クラスタリング処理部
108…状態変化表示部
109…変数相関表示部
110…状態変化定義部
111…変化要因変数算出処理部
112…変化要因変数表示部
113…調整可能変数処理部
114…監視処理部
200…製造設備
201…原料タンク
202…貯蔵タンク
203,204…反応タンク
205…製品貯蔵タンク
300…センサ群
400…生産性データ管理システム
500…製造管理システム
600…予兆診断システム及び異常検知システム
605…指標定義部
606…主成分スコア抽出処理部
607…統計量算出部
608…しきい値定義部
612…統計量算出処理部
613…異常判定処理部
614…状態判定表示部
700…監視及び制御部
800…データ収集・管理システム(データ収取システム)
1... Chemical plant management system 100... Plant monitoring and control support system 101, 601... Data storage unit (offline)
102,609...Data acquisition section (online)
103, 602, 610...variable definition section 104, 603, 611...data shaping processing section 105, 604...principal component analysis processing section 106...index definition section 107...clustering processing section 108...state change display section 109...variable correlation display section 110...state change definition section 111...change factor variable calculation processing section 112...change factor variable display section 113...adjustable variable processing section 114...monitoring processing section 200...manufacturing equipment 201...raw material tank 202...storage tank 203, 204...reaction tank 205...product storage tank 300...sensor group 400...productivity data management system 500...manufacturing management system 600...predictive diagnosis system and anomaly detection system 605...index definition section 606...principal component score extraction processing section 607...statistics calculation section 608...threshold definition section 612...statistics calculation processing section 613: Abnormality determination processing unit 614: Status determination display unit 700: Monitoring and control unit 800: Data collection and management system (data collection system)

Claims (13)

製造設備の状態量または操作量を計測する複数のセンサと、
前記複数のセンサによって計測される複数の変数の時系列データを収集し保持するデータ収集・管理部と、
前記保持されたデータとオンライン計測された変数から、分析の対象とする変数を定義する変数定義部と、
前記変数定義部で定義された変数を前処理し主成分演算するデータ整形処理部および主成分分析処理部と、
所定サイクル毎に所定期間のデータに応じた多変量解析を実行し、前記所定サイクル毎に所定期間の多変量解析に基づいた分析値を更新し時系列情報として表示し、目標指標となる時系列情報を、時系列主成分値に合わせて表示する変数相関表示部と、
前記多変量解析に基づいた前記時系列情報から要因変数抽出の対象となる状態変化を定義する状態変化定義部と、
前記状態変化定義部により定義された状態変化に相関の大きな要因変数抽出処理を実行する変化要因変数算出処理部と、
前記要因変数抽出処理により抽出された状態変化に関わる要因変数を表示する変化要因変数表示部と、
を備えることを特徴とする製造を支援するシステム。
A plurality of sensors for measuring state quantities or operation quantities of the manufacturing equipment;
a data collection and management unit that collects and stores time-series data of a plurality of variables measured by the plurality of sensors;
a variable definition unit that defines variables to be analyzed based on the stored data and variables measured online;
a data shaping unit and a principal component analysis unit that preprocess the variables defined in the variable definition unit and perform principal component calculations;
a variable correlation display unit that executes a multivariate analysis according to data for a predetermined period at each predetermined cycle, updates an analysis value based on the multivariate analysis for the predetermined period at each predetermined cycle and displays it as time-series information, and displays the time-series information serving as a target index together with the time-series principal component values;
a state change definition unit that defines state changes to be targets for factor variable extraction from the time-series information based on the multivariate analysis;
a change factor variable calculation processing unit that executes a process of extracting a factor variable having a high correlation with the state change defined by the state change definition unit;
a change factor variable display unit that displays the factor variables related to the state change extracted by the factor variable extraction process;
A manufacturing support system comprising:
請求項1に記載の製造を支援するシステムであって、
前記所定サイクル毎に所定期間の多変量解析に基づいた分析値を更新し時系列情報として表示するとともに、変数関係を因子プロットとして表示することを特徴とする製造を支援するシステム。
2. The system for supporting manufacturing according to claim 1,
A manufacturing support system characterized in that analytical values based on multivariate analysis for a predetermined period are updated for each predetermined cycle and displayed as time-series information, and variable relationships are displayed as factor plots.
請求項1に記載の製造を支援するシステムであって、
前記目標指標となる時系列情報の数値データを、クラスタリング処理によって分類されたクラスとして前記時系列主成分値に合わせて表示することを特徴とする製造を支援するシステム。
2. The system for supporting manufacturing according to claim 1,
A manufacturing support system, characterized in that the numerical data of the time-series information serving as the target index is displayed in accordance with the time-series principal component values as classes classified by clustering processing.
請求項1に記載の製造を支援するシステムであって、
前記多変量解析に基づいた前記時系列情報から要因変数抽出の対象となる状態変化を定義する際に、前記所定サイクル毎に所定期間の多変量解析に基づいた分析値から、前記所定期間から任意の2点を選択することを特徴とする製造を支援するシステム。
2. The system for supporting manufacturing according to claim 1,
a manufacturing support system comprising: when defining a state change that is to be the subject of factor variable extraction from the time-series information based on the multivariate analysis, selecting any two points from a predetermined period from analysis values based on the multivariate analysis for the predetermined period for each predetermined cycle.
請求項1に記載の製造を支援するシステムであって、
前記多変量解析に基づいた前記時系列情報から要因変数抽出の対象となる状態変化を定義する際に、前記所定サイクル毎に所定期間の多変量解析に基づいた分析値を更新し時系列情報として表示された画面上において、状態変化の方向を入力することで定義することを特徴とする製造を支援するシステム。
2. The system for supporting manufacturing according to claim 1,
a manufacturing support system, characterized in that, when defining a state change that is to be the subject of factor variable extraction from the time-series information based on the multivariate analysis, the system defines the state change by inputting a direction of the state change on a screen that updates an analysis value based on the multivariate analysis for a predetermined period at each predetermined cycle and displays the analysis value as time-series information.
請求項1に記載の製造を支援するシステムであって、
状態変化に相関の大きな要因変数抽出処理において、主成分空間における変数関係の因子ベクトルと、前記時系列情報から定義された要因変数抽出の対象となる状態変化ベクトルの内積値を各変数毎に演算することを特徴とする製造を支援するシステム。
2. The system for supporting manufacturing according to claim 1,
A manufacturing support system characterized in that, in a process of extracting factor variables having a high correlation with state changes, the system calculates, for each variable, the inner product value of a factor vector of variable relationships in a principal component space and a state change vector that is the subject of factor variable extraction defined from the time-series information.
請求項6に記載の製造を支援するシステムであって、
状態変化に相関の大きな要因変数抽出処理において、主成分空間における変数関係の因子ベクトルと、前記時系列情報から定義された要因変数抽出の対象となる状態変化ベクトルの内積値に対して、前記前処理された変数の変化量を乗算処理することを特徴とする製造を支援するシステム。
A system for supporting manufacturing according to claim 6, comprising:
A manufacturing support system, characterized in that in a process of extracting factor variables having a high correlation with state changes, the system multiplies the inner product of a factor vector of variable relationships in a principal component space and a state change vector that is the subject of factor variable extraction defined from the time-series information by the amount of change in the preprocessed variable.
請求項1に記載の製造を支援するシステムであって、
前記所定サイクル毎に所定期間の多変量解析に基づいた分析値を更新した時系列情報について、多変量解析に基づいた分析値が該当時刻と1サイクル前の時刻における主成分分析のプロット間のユークリッド距離を表示することを特徴とする製造を支援するシステム。
2. The system for supporting manufacturing according to claim 1,
The manufacturing support system is characterized in that, for time series information in which analytical values based on multivariate analysis for a specified period are updated for each specified cycle, the analytical values based on multivariate analysis display the Euclidean distance between plots of principal component analysis at the relevant time and the time one cycle prior.
請求項8に記載の製造を支援するシステムであって、
前記ユークリッド距離が所定の大きさよりも大きい際に、アラートを発することを特徴とする製造を支援するシステム。
The system for supporting manufacturing according to claim 8,
A manufacturing support system that issues an alert when the Euclidean distance is greater than a predetermined value.
請求項1に記載の製造を支援するシステムであって、
前記抽出された状態変化に相関の大きな要因変数を表示、または変数関係を因子プロット時に制御可能な変数を表示することを特徴とする製造を支援するシステム。
2. The system for supporting manufacturing according to claim 1,
A manufacturing support system characterized by displaying a factor variable having a high correlation with the extracted state change, or displaying a controllable variable when plotting a variable relationship.
請求項1に記載の製造を支援するシステムであって、
前記目標指標となる時系列情報は、生産性指標の実績データ、或いは、予兆診断に基づく予測値であることを特徴とする製造を支援するシステム。
2. The system for supporting manufacturing according to claim 1,
A manufacturing support system, wherein the time-series information serving as the target index is performance data of a productivity index or a predicted value based on a predictive diagnosis.
請求項2に記載の製造を支援するシステムであって、
前記抽出された状態変化に相関の大きな要因変数について、主成分分析に基づいた相関の大きさと、定義された状態変化量から、センサ検出値の物理量に変換して表示することを特徴とする製造を支援するシステム。
The system for supporting manufacturing according to claim 2,
A manufacturing support system characterized by converting the magnitude of correlation based on principal component analysis and the defined amount of state change for factor variables that are highly correlated with the extracted state change into a physical quantity of the sensor detection value and displaying it.
以下のステップを含む、製造を支援する方法;
(a)所定サイクル毎に所定期間のデータに応じた多変量解析を実行し、前記所定サイクル毎に所定期間の多変量解析に基づいた分析値を更新して時系列情報として表示し、目標指標となる時系列情報を、時系列主成分値に合わせて表示するステップ、
(b)前記多変量解析に基づいた前記時系列情報から要因変数抽出の対象となる状態変化を定義するステップ、
(c)前記定義された状態変化に相関の大きな要因変数抽出処理を実行するステップ、
(d)前記抽出された状態変化に関わる要因変数を表示するステップ。
A method for assisting in manufacturing, comprising the steps of:
(a) executing a multivariate analysis according to data for a predetermined period at each predetermined cycle, updating an analysis value based on the multivariate analysis for the predetermined period at each predetermined cycle and displaying the updated analysis value as time-series information, and displaying the time-series information serving as a target index together with time-series principal component values;
(b) defining state changes to be subjected to factor variable extraction from the time-series information based on the multivariate analysis;
(c) executing a process of extracting factor variables having a high correlation with the defined state change;
(d) displaying the factor variables related to the extracted state changes.
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