JP5839160B2 - プラント情報提供システム - Google Patents

Description

本発明は、発報されたメッセージに関連するプラントの情報を提供するプラント情報提供システムに関する。

プラントを安定・安全に運転するために、プラント内で働く人は、プロセスデータやプロセスアラーム、あるいは生産管理データや工程管理データを収集してプラントの状態を把握し、同じ品質の製品を、予定した納期に従って生産し続けている。

プラントの状態を把握する上で、プロセスデータの時系列データをトレンド表示させてそれを監視する業務と、プラントより発生するアラームを認識し、これに対処する業務が、中央管制室においてプラントの制御を行うオペレータに求められている。これらの業務のうち、とくにアラームへの対処では、オペレータの経験と勘を頼りとする暗黙知の要素が多くを占め、さらに警報や緊急性の高いアラームに対しては、瞬時に適切な判断が求められるという難しさがある。近年の生産効率向上を目指した省人化および２００７年問題に代表されるオペレータの大量退職は、このような暗黙知の喪失を招きかねず、アラームへの対処業務に対する支援が必要となる。

そして、このような支援のためのシステムとして、発生したアラームメッセージを収集するものが開発されている。このシステムでは、短期間に大量のメッセージが発生した場合であっても、これらを取りこぼしなく収集することができる。

特開２００６−３３０７７４号公報

しかし、従来のシステムでは、以下の問題がある。
（１）蓄積したメッセージから必要な情報を短時間で探し出すことができない。
（２）蓄積したメッセージから必要な情報を探し出しても、それらの情報は事実を示しているのみであるため、プラントの状態が良いのか悪いのか客観的に判断できない。
（３）蓄積したメッセージを使った解析を行うことができても、プラントの状態変化や操作等の効果の有無などの有用な情報がその解析結果から得られない。

本発明の目的は、発報されたメッセージに基づいて、プラントの運転のために有用な情報を提示することができるプラント情報提供システムを提供することにある。

本発明のプラント情報システムは、発報されたメッセージに関連するプラントの情報を提供するプラント情報提供システムにおいて、プラントにおいて発報されたメッセージの発生状況、前記メッセージに対応して行われた操作の状況、または前記メッセージが発報された後のプラントの状況に関する時系列データを、所定の尺度に従って指標値に変換する指標値算出手段と、前記指標値算出手段により算出された、複数の前記指標値をレーダーチャートとして表示する表示手段と、前記表示手段により表示される前記レーダーチャートの面積を算出する面積算出手段と、備え、前記表示手段は、前記面積算出手段により算出された複数の前記面積を指標値とする別のレーダーチャートを表示することを特徴とする。
このプラント情報システムによれば、プラントにおいて発報されたメッセージの発生状況、メッセージに対応して行われた操作の状況、またはメッセージが発報された後のプラントの状況に関する時系列データを、指標値に変換し、レーダーチャートとして表示するので、プラントの運転のために有用な情報を提示することができる。
また、本発明のプラント情報システムは、発報されたメッセージに関連するプラントの情報を提供するプラント情報提供システムにおいて、プラントにおいて発報されたメッセージの発生状況、前記メッセージに対応して行われた操作の状況、または前記メッセージが発報された後のプラントの状況に関する時系列データを、所定の尺度に従って指標値に変換する指標値算出手段と、前記指標値算出手段により算出された、複数の前記指標値をレーダーチャートとして表示する表示手段と、前記時系列データを履歴データとして収集する収集手段と、を備え、前記指標値は、一定のデータの、母集団となるデータに対する偏差に関するものであり、前記母集団は前記収集手段により収集された前記履歴データに基づくことを特徴とする。

前記指標値は、単位時間当たりのイベントの回数に関してもよい。

前記指標値は、２つのイベント間の時間間隔に関してもよい。

前記時間間隔は、アラームの確認から復帰までの時間であってもよい。

本発明のプラント情報システムによれば、プラントにおいて発報されたメッセージの発生状況、メッセージに対応して行われた操作の状況、またはメッセージが発報された後のプラントの状況に関する時系列データを、指標値に変換し、レーダーチャートとして表示するので、プラントの運転のために有用な情報を提示することができる。

一実施形態のプラント情報提供システムの機能を示すブロック図。 演算部のメッセージ時間演算部およびメッセージ数演算部における演算内容の具体例を示す図。 演算部の統計演算部における演算内容の具体例を示す図。 指標値の評価結果をレーダーチャートとして示す表示画面を例示する図。 レーダーチャートの面積を指標値として用いる場合の表示画面を例示する図。 指標値を示す表示例を示す図であり、（ａ）は、レーダーチャートの面積として得られる複数の指標値を、レーダーチャートとして表示した例を示す図、（ｂ）は、（ａ）のレーダーチャートの構成要素および面積である、個々の指標値のトレンドの表示画面を例示する図。 指標値およびプロセスデータに基づく締切値のトレンドグラフの表示画面を示す図。

以下、本発明によるプラント情報提供システムの一実施形態について説明する。

図１は、本実施形態のプラント情報提供システムの機能を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施形態のプラント情報提供システム１００は、プラントからメッセージやプロセスデータ等のデータを収集する収集部１と、収集部１により収集されたメッセージに基づく数値化のための演算を実行する演算部２と、メッセージ、演算部２における演算結果、その他のデータを格納する格納部３と、ユーザに対して種々の情報を表示する表示部４，４，・・・と、収集部１、演算部２、格納部３および表示部４，４，・・・に対する指示、管理を行うことでプラント情報提供システム１００の制御を司る指令・管理部５と、を備える。

図１に示すように、収集部１は、プラント各部のメッセージ発生元からのアラームメッセージを含むメッセージを収集するメッセージ収集部１１と、プラントを制御する分散型フィールド制御システムのフィールドコントローラ７，７，・・・などからプロセスデータやフィールド機器（フィールドコントローラ７を含むフィールド機器）の機器データを収集するデータ収集部１２と、を具備する。

また、演算部２は、メッセージに関連するイベント間の時間やアラームメッセージが発報されたアラーム状態の継続時間などを演算するメッセージ時間演算部２１と、単位時間あるいは特定時間内のメッセージに関連するイベントの回数などを演算するメッセージ数演算部２２と、統計的な各種の演算を実行する統計演算部２３と、を具備する。

また、格納部３は、収集部１により収集されたメッセージを格納するメッセージ格納部３１と、演算部２における演算結果を格納する演算結果格納部３２と、プロセスデータやフィールド機器の機器データ、その他のデータを格納するデータ格納部３３と、を具備する。

次に、プラント情報提示システム１００の動作について説明する。

収集部１のメッセージ収集部１１は、プラント各部からアラームメッセージを含む各種のメッセージを時系列データとして収集する。これらのメッセージには、フィールドコントローラ７，７，・・・から取得されるメッセージをはじめとするフィールド制御システムから得られるすべてのメッセージのほか、プラントの安全を確保するために必要なシャットダウン等の動作を実行する安全システムから得られるメッセージを含めることができる。メッセージ収集部１１で収集されるメッセージには、メッセージの発報時刻等の時刻情報が付される。メッセージ収集部１１で収集されたメッセージは、適宜、格納部３のメッセージ格納部３１に格納される。

収集部１のデータ収集部１２は、プラント各部からプロセスデータを含む各種の時系列データを収集する。これらのデータには、フィールドコントローラ７，７，・・・から取得されるプロセスデータおよび各種の機器データのほか、オペレータの操作履歴、フィールドコントローラ７，７，・・・の上位機器（例えば、オペレータによるプラントの操作監視を行うための操作監視装置）や履歴データが保存されているサーバから得られる各種データ、および上記安全システムから得られる各種データを含めることができる。データ収集部１２で収集されるデータには、各データに対応付けられる時刻情報が付される。データ収集部１２で収集されたメッセージは、適宜、格納部３のデータ格納部３３に格納される。

演算部２のメッセージ時間演算部２１は、収集部１により収集される、あるいは格納部３に格納されたメッセージおよびデータに基づいて、メッセージに関連する時間を演算する。また、演算部２のメッセージ数演算部２２は、収集部１に収集されたメッセージおよびデータに基づいて、メッセージに関連するイベントの回数などを演算する。メッセージ時間演算部２１およびメッセージ数演算部２２により、例えば以下の数値が算出される。

（１）単位時間当たりに発生したアラーム数
（２）単位時間当たりのオペレータの操作回数
（３）単位時間当たりのアラームからの復帰回数
（４）単位時間当たりのオペレータの手動操作によるアラームからの復帰回数
（５）単位時間当たりにオペレータが確認したアラーム数
（６）特定時間内のアラーム発生数の平均値・中央値・最頻値
（７）特定時間内のアラーム発生数の最大値・最小値
（８）特定時間内において特定の内容を示すアラームの発生比率
（９）発生中のアラーム数および継続中のアラーム状態の数の総時間
（１０）一定時間以上アラーム状態が放置されているアラーム数
（１１）システムが自動的に抑制したアラーム数
（１２）アラーム通知後、確認操作するまでの時間
（１３）アラーム確認後、復帰するまでの時間
（１４）アラーム通知後、復帰するまでの時間

図２は、演算部２のメッセージ時間演算部２１およびメッセージ数演算部２２における演算内容の具体例を示す図、図３は、演算部２の統計演算部２３における演算内容の具体例を示す図である。

図２の例では、収集部１のメッセージ収集部１１により収集されたメッセージおよび収集部１のデータ収集部１２により収集された時系列データに基づく演算の例として、具体的には、通知されたアラームに対する確認操作後、復帰するまでの時間を指標値として算出する場合を示している。この指標値を算出する演算は、演算部２のメッセージ時間演算部２１およびメッセージ数演算部２２により実行され、演算結果は適宜、格納部３に格納される。

図２に示すように、メッセージ収集部１１により収集されたメッセージおよびデータ収集部１２により収集された時系列データは、発生元、種類および発生時刻（時刻情報）により構成される。図２の例では、時刻「10:10:10」にアラームメッセージが通知され、時刻「10:10:25」に通知されたアラームメッセージに対する確認操作が行われ、時刻「10:13:10」にアラームから復帰したことが示されている。「通知されたアラームメッセージに対する確認操作後、復帰するまでの時間」は、例えば、「アラームメッセージ通知後、復帰するまでの時間」から、「通知されたアラームメッセージに対する確認操作後、通知されたアラームメッセージに対する確認操作までの時間」を差し引くことにより算出できる。

次に、演算部２の統計演算部２３による演算に移行する。統計演算部２３では、収集部１により収集されているアラームメッセージ群の個々のアラームメッセージについて算出された上記指標値に基づいて、「通知されたアラームメッセージに対する確認操作後、復帰するまでの時間」の分布、すなわち上記指標値の分布を求める。

図３は、求められた上記分布に基づいて、「通知されたアラームメッセージに対する確認操作後、復帰するまでの時間」（上記指標値）を正規分布により規格化する例を示している。ここでは、上記指標値は正規分布のモデルに従った分布をとるとの仮定に基づいている。図３に示すように、上記指標値は平均値を０として、標準偏差（σ）を基準とする平均値からの偏差量として評価される。

正規分布の基になる指標値の母集団としては、オペレータの個人単位、オペレータの班単位、オペレータ全体、工場単位など、任意に選択することができる。また、母集団は定期的にあるいは適時、更新してもよい。これにより、最新の状況に基づく判定が可能となる。

また、指標値の平均値あるいは標準偏差の履歴を格納部３に保存し、その値自体を新たな指標値として利用することもできる。また、保存された平均値の履歴の推移を調べることで、指標値全体としての変化の傾向を把握できる。さらに、保存された標準偏差の推移を調べることで、指標値全体のばらつきの変化の傾向を把握できる。

このように、指標値の評価に正規分布モデルを使用することは、評価対象に依らず指標値を同じ基準で機械的に定義できるという利点がある。また、指標値自体をその指標値の母集団に基づいて作成するために、基準の作り込み作業や基準の定期的な見直し作業などが必要なく、指標が陳腐化しない。また、過去のメッセージや時系列データが履歴データとして保存されている場合には、履歴データに基づいて母集団を設定できるため、システム導入時から充分な確度で指標値を評価することが可能となる。

一方、指標値の評価にあたり、平均値や標準偏差などを用いるのが適切でない場合がある。例えば、最大アラーム発生数（最もアラームの発生数が多い場合のその発生数）や特定の事象発生数の最小値などは、平均値からのばらつきを指標とするのではなく、数値が小さいほど、あるいは数値が大きいほど高評価となる。このような場合には、正規分布に従わずに、ユーザが指標の閾値を直接設定するようにすればよい。

図４は、複数の指標値の算出結果をレーダーチャートとして示す表示画面を例示する図である。このような表示画面は表示部４（図１）により表示される。

図４の例では、（１）一定期間におけるアラーム数、（２）一定期間における操作回数、（３）一定期間におけるアラームの発生割合、（４）一定期間に発報されたアラームメッセージについての発報から確認操作までに要した時間、（５）一定期間における無駄な（有効でなかった）アラーム数、（６）一定期間においてメッセージの発報が抑制されたアラーム数、をレーダーチャートの表示軸４１，４２，４３，４４，４５，４６にそれぞれ表示している。この例では、図３に示した方法により、例えば、特定のオペレータや特定の班の各指標値（上記（１）〜（６）の指標値）を、母集団の平均値からの偏差として示している。このような特定の指標値を母集団と比較することにより、この特定の指標値の母集団の平均値からの偏差を新たな指標値として表示し、これに基づく評価を行うことが可能となる。

図５は、レーダーチャートの面積を指標値として用いる場合の表示画面を例示する図である。このような表示画面は表示部４（図１）により表示される。図５の例では、さらに図４に示したレーダーチャートで囲まれた領域の面積を指標値とする例を示している。このようにレーダーチャートの面積を指標値とすることにより、レーダーチャートの表示軸に割り当てられた複数の指標値を総合的な評価基準となる１つの指標値としてとり纏めることが可能となる。

レーダーチャートで囲まれた領域の面積は、演算部２の統計演算部２３で算出され、表示部４により画面表示される。図５の例では、表示画面の領域４７に、「人ＫＰＩ 面積：６０」と表示され、これにより、「人ＫＰＩ」と呼ばれる指標値がレーダーチャートの面積の値（＝６０）として示されている。「人ＫＰＩ」は人（オペレータ）に着目した指標値と考えることができる。

さらに、レーダーチャートの面積として得られる複数の指標値を、新たなレーダーチャートの表示軸に割り当てることができる。このようなレーダーチャートの表示画面は表示部４（図１）により表示される。

図６（ａ）は、レーダーチャートの面積として得られる複数の指標値として、上述した「人ＫＰＩ」のような「人」に着目した指標値のほか、「装置」に着目した指標値および「工程」に着目した指標値を用いたレーダーチャートを示している。図６（ａ）の例では、表示軸５１に「人」に着目した指標値を、表示軸５２に「装置」に着目した指標値を、表示軸５３に「工程」に着目した指標値を、それぞれ対応付けている。

このように、レーダーチャートの面積を新たな指標値とすることにより、指標値を階層化することが可能となる。例えば、図６に示すレーダーチャートの面積を、「人」、「装置」および「工程」の視点を総合的に捉えたプラント全体の指標値として、評価の対象とすることもできる。

図６（ｂ）は、図６（ａ）のレーダーチャートの構成要素および面積である、個々の指標値のトレンドの表示画面を例示する図である。このような表示画面は表示部４（図１）により表示される。

図６（ｂ）の例では、領域６１にレーダーチャートの面積に相当するプラント全体の指標値のトレンドを、領域６２に「人」に着目した指標値のトレンドを、領域６３に「工程」に着目した指標値のトレンドを、領域６４に「装置」に着目した指標値のトレンドを、それぞれ表示している。それらのトレンドの時間軸（横軸）は一致している。

このように、プラント全体の指標値のトレンドを、「人」、「工程」および「装置」に着目した指標値のトレンドと並べて表示することにより、プラント全体を「人」、「工程」および「装置」の各要素に分解して評価することが可能となる。また、これらの指標値の時系列データにより、アラーム等に対する解析が必要な箇所を推測し、あるいは、指標値の時系列データを、例えば、複数の解析対象箇所についての優先順位付けの判断材料として利用できる。本発明のプラント情報提供システムによれば、指標値に基づいて解析が必要な対象を容易に把握することができ、解析プロセスへの円滑な移行が可能となる。

指標値のトレンドと並べてプロセスデータや機器データのトレンドを同一時間軸上に表示してもよい。この場合には、メッセージを発生させるに至った経緯やメッセージ発報後の状況が詳細に把握できる。

また、例えば、プロセスデータにより締切値（１時間ごと、１週間ごとなどの締切値）を求め、特定の締切値をその正規分布と比較する指標値（偏差）を算出してもよい。さらに、この算出値をメッセージに関連する指標値と併せてトレンドグラフにより表示してもよい。

図７は、図６（ｂ）に示したトレンドグラフに、プロセスデータに基づく締切値のトレンドグラフを追加した表示画面を示す図である。図７における領域７１および領域７２には、プロセスデータに基づく締切値のトレンドグラフが表示される。これにより、プラントの状況を示す指標値と、締切値との関係を把握することが可能となる。また、このようなトレンドの傾きとして示される、直近における締切値の変化の程度（傾き）に基づいて、将来の締切値の予測値を算出することも可能となり、解析に有効な指標値としてこれを利用することができる。

本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、発報されたメッセージに関連するプラントの情報を提供するプラント情報提供システムに対し、広く適用することができる。

２ 演算部（指標値算出手段、面積算出手段）
４ 表示部（表示手段）

Claims (4)

1. 発報されたメッセージに関連するプラントの情報を提供するプラント情報提供システムにおいて、
   プラントにおいて発報されたメッセージの発生状況、前記メッセージに対応して行われた操作の状況、または前記メッセージが発報された後のプラントの状況に関する時系列データを、所定の尺度に従って指標値に変換する指標値算出手段と、
   前記指標値算出手段により算出された、複数の前記指標値をレーダーチャートとして表示する表示手段と、
   前記表示手段により表示される前記レーダーチャートの面積を算出する面積算出手段と、
   を備え、
   前記表示手段は、前記面積算出手段により算出された複数の前記面積を指標値とする別のレーダーチャートを表示することを特徴とするプラント情報システム。
2. 前記指標値は、単位時間当たりのイベントの回数に関することを特徴とする請求項１に記載のプラント情報システム。
3. 前記指標値は、２つのイベント間の時間間隔に関することを特徴とする請求項１または２に記載のプラント情報システム。
4. 前記時間間隔は、アラームの確認から復帰までの時間であることを特徴とする請求項３に記載のプラント情報システム。