JP6319271B2 - イベント解析装置、イベント解析システム、イベント解析方法、およびイベント解析プログラム - Google Patents
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Description
プラントの操業の方法は時と共に変更していくため、操業の方法の変更内容に応じてSOPの記述内容も更新されていく必要がある。また、プラントを立ち上げた時点では想定されていなかったトラブルに対する処理などのSOPが存在しない処理に対しては、新たにSOPが新規作成されることが望ましい。
例えば、制御対象である機器のSV(Set Variable;目標値)を、指定された値まで徐々に変更することがSOPに記述されている場合、SVの変更操作は複数回に渡って徐々に行われることが多い(ランピング操作)。この場合、イベントログには、複数回の操作記録がそれぞれ個別にイベントログとして記録される。このような個々の操作記録とSOPに記述された操作とを対比することは困難であることが多い。
以上により、従来技術では操作手順の構造、例えば、大まかな操作手順の流れ、および操作手順に含まれる各操作(操作手順の構成要素)が行われる確率(頻度)等を推定することが困難であるという課題がある。
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係るイベント解析システムは、オペレータによる制御システムの操作履歴などを示すイベントログから、オペレータの操作方法および操作意図を抽出する。
一般的に、オペレータは、流量や圧力などのプロセス値を増減させるために、SV(Set Variable;目標値)やMV(Manipulated Variable;操作量)などを増減させる。また、流量や圧力などの値を一定に保つために、プロセス値を微調整するなどの操作を行う。すなわち、オペレータの操作意図は、ターゲットとなるプロセス値を増加、減少、または安定させることにある。本発明においては、このオペレータの操作意図を抽出する。
そこで本発明では、複数の操作のイベントログをまとめることによって、操作方法を示す「基本単位操作」を定義する。また、本発明では、複数の基本単位操作をまとめることによって、操作意図を表す「単位操作」を定義する。
また、基本単位操作として、「ランピング(増加)」、「ランピング(減少)」、「微調整」、「設定変更(増加)」、または「設定変更(減少)」の5種類のいずれかが定義される。
また、「設定変更」とは、一度の操作で値を大きく変化させる変更である。ランピングの場合と同様に、SV値やMV値などを増加させるための設定変更操作は「設定変更+」、SV値やMV値などを減少させるための設定変更操作は「設定変更−」と表記することとする。
単位操作は、基本単位操作よりも抽象度が高い操作である。したがって、イベントログの解析処理においては、まずイベントログから基本単位操作を抽出し、次に、抽出した基本単位操作から単位操作を抽出するように、2段階の抽出処理が行われる。
次に、第1の実施形態に係るイベント解析システム1およびイベント解析装置10の構成について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るイベント解析システム1およびイベント解析装置10の機能構成を示すブロック図である。
第1の実施形態に係るイベント解析システム1は、イベント解析装置10と、イベントログデータベース11と、解析結果データベース12と、事象データベース15と、分類結果データベース16と、操作手順データベース17と、表示装置18と、制御システム19と、ヒストリアン20と、を含んで構成される。
また、イベント解析部103は、基本単位操作解析部1031と、単位操作解析部1032とを含んで構成される。
ヒストリアン20は、制御システム19において生成される膨大なイベントログデータを自動収集し、長期保存することを目的としたデータベースを含む装置である。ヒストリアン20は、記憶媒体、例えば、HDDを含んで構成される。
図2は、本発明の第1の実施形態に係るイベント解析システムのイベントログデータベースが記憶するイベントログテーブルの一例を示す図である。
図示するように、イベントログテーブルは、「イベントID」、「日時」、「タグ名」、「操作種類」、「前回値」、および「現在値」の6つのデータ項目の列が含まれる2次元の表形式のテーブルである。
イベントログテーブルに含まれる各行が、それぞれ1つのイベントログデータである。
「日時」の項目には、制御システム19においてそれぞれのイベントが発生した発生時刻(すなわち、イベントログが生成された日時)を示す値が格納される。
「タグ名」の項目には、制御システム19が複数存在する場合に、イベントログを生成した制御システム19を一意に識別するための機器識別子(タグ)を示す値が格納される。
「操作種類」の項目には、オペレータによって行われた操作の種類を表す識別子を示す値が格納される。
「前回値」の項目には、オペレータによって設定値の変更操作が行われる前の設定値(前回値)を示す値が格納される。
「現在値」の項目には、オペレータによって設定値の変更操作が行われた後の設定値(現在値)を示す値が格納される。
なお、上述したイベントログテーブルの形式(フォーマット)はあくまで一例であり、この形式に限られるものではない。
続いて、図2に示した2件目のイベントログデータは、オペレータが、「2015年8月21日10時00分10秒」に、機器「TAG1」に対して、「MV(操作量)」の設定値を、「25.0(%)」から「30.0(%)」へ変更したことを表す。
イベント解析部103は、ユーザにより指定された複数業務期間に該当するイベントログデータをイベントログテーブルから取得する。イベント解析部103は、2段階に分けて、取得したイベントログデータからユーザが理解しやすい操作を抽出する。
まず、第1段階では、イベント解析部103は、イベントログをまとめて、操作方法を示す「基本単位操作」を抽出する。次に、第2段階では、イベント解析部103は、当該基本単位操作をまとめて、オペレータの操作意図を示す「単位操作」を抽出する。これらの抽出処理は、それぞれイベント解析部103が備える基本単位操作解析部1031および単位操作解析部1032によって行われる。
基本単位操作解析部1031は、同一機器かつ同種類の操作種類であるイベントログ群(すなわち、イベントログデータベース11に格納されたイベントログテーブルにおいて、「タグ名」の項目の値が同一、かつ「操作種類」の項目の値が同一であるイベントログデータ群)を抽出し、設定値の変化傾向および時間的な連続性に基づいて、基本単位操作を抽出する。
基本単位操作解析部1031は、抽出した基本単位操作を示すデータ(以下、基本単位操作データと称する)を、解析結果データベース12に格納された基本単位操作テーブルに記録する。
図3は、本発明の第1の実施形態に係るイベント解析システム1の解析結果データベース12が記憶する基本単位操作テーブルの一例を示す図である。
図示するように、基本単位操作テーブルは、「基本単位操作ID」、「開始日時」、「終了日時」、「タグ名」、「操作種類」、「操作方法」、および「イベントID」の7つのデータ項目の列が含まれる2次元の表形式のテーブルである。
基本単位操作テーブルに含まれる各行が、それぞれ1つの基本単位操作データである。
「開始日時」の項目には、それぞれの基本単位操作の開始日時(すなわち、基本単位操作に含まれるイベントログの中で、最初に生成されたイベントログが生成された日時)を示す値が格納される。
「終了日時」の項目には、それぞれの基本単位操作の終了日時(すなわち、基本単位操作に含まれるイベントログの中で、最後に生成されたイベントログが生成された日時)を示す値が格納される。
「操作種類」の項目には、オペレータによって行われた操作の種類を表す識別子を示す値が格納される。
「操作方法」の項目には、オペレータによって行われた操作の操作方法を示す値が格納される。
「イベントID」の項目には、基本単位操作に含まれるイベントログそれぞれのイベントIDを示す値が格納される。
なお、上述した基本単位操作テーブルの形式(フォーマット)はあくまで一例であり、この形式に限られるものではない。
続いて、図3に示した2件目の基本単位操作データ(すなわち、基本単位操作IDが「No.2」である基本単位操作データ)は、オペレータが、「2015年8月21日10時00分10秒」から「2015年8月21日10時01分00秒」にかけて、機器「TAG1」に対して、「MV(操作量)」の設定値をランピングする操作を行ったことを表す。なお、この例においては「操作方法」の値が「ランピング+」であるので、この例における基本単位操作は、オペレータが設定値を増加させるランピングの操作であることを表す。
単位操作解析部1032は、基本単位操作解析部1031で解析した基本単位操作の情報を活用して、ドメイン知識(例えば、プラントの制御における知識)をベースとしたルールに基づいて、オペレータがプロセスにどのような変化を与えるかという操作意図を推定し、単位操作を抽出する。単位操作とは、上述したように、オペレータの操作意図を表す。
単位操作解析部1032は、抽出した単位操作を示すデータ(以下、単位操作データと称する)を、解析結果データベース12に格納された単位操作テーブルに記録する。
図4は、本発明の第1の実施形態に係るイベント解析システム1の解析結果データベース12が記憶する単位操作テーブルの一例を示す図である。
図示するように、単位操作テーブルは、「単位操作ID」、「開始日時」、「終了日時」、「タグ名」、「操作意図」、および「基本単位操作ID」の6つのデータ項目の列が含まれる2次元の表形式のテーブルである。
単位操作テーブルに含まれる各行が、それぞれ1つの単位操作データである。
「開始日時」の項目には、それぞれの単位操作の開始日時(すなわち、単位操作に含まれる基本単位操作の中で、最初に行われた基本単位操作の開始日時)を示す値が格納される。
「終了日時」の項目には、それぞれの単位操作の終了日時(すなわち、単位操作に含まれる基本単位操作の中で、最後に行われた基本単位操作の終了日時)を示す値が格納される。
「操作意図」の項目には、オペレータによって行われた操作意図を示す値が格納される。
「基本単位操作ID」の項目には、単位操作に含まれる基本単位操作それぞれの基本単位操作IDを示す値が格納される。
なお、上述した単位操作テーブルの形式(フォーマット)はあくまで一例であり、この形式に限られるものではない。
続いて、図4に示した2件目の単位操作データ(すなわち、単位操作IDが「No.2」である単位操作データ)は、オペレータが、「2015年8月21日10時00分50秒」から「2015年8月21日10時02分50秒」にかけて、機器「TAG2」に対して、「温度を微調整する」ことを意図とした操作を行ったことを表す。
操作列抽出部104は、イベント解析部103によって抽出された基本単位操作を示すデータまたは単位操作を示すデータを、時間順につなげたデータを生成する。なお、本実施形態において、基本単位操作または単位操作の集合を時間順につなげたものを、「操作列」と称する。
事象データベース15は、事象を格納するデータベースである。操作列データベース13は、記憶媒体、例えば、HDDを含んで構成される。
分類結果データベース14は、事象の分類結果を格納するデータベースである。分類結果データベース14は、記憶媒体、例えば、HDDを含んで構成される。
ここでいう接続情報には、操作/アラームの前後関係を表す接続元と接続先の情報だけでなく、操作の分岐がある場合には、接続元から各々接続先へ遷移する確率を示す情報も含まれている。
操作手順データベース17は、操作手順に関する構造情報を格納するデータベースである。操作手順データベース17は、記憶媒体、例えば、HDDを含んで構成される。
表示装置18は、ディスプレイ、例えば、液晶ディスプレイまたは有機EL(Erectro Luminessence)ディスプレイを含んで構成される。
以下に、操作手順の構造情報の出力画面例について、図面を参照しながら説明する。
図5は、本発明の第1の実施形態に係るイベント解析装置10の操作手順出力部109によって生成される出力画面の一例を示す図である。
例えば、図5において、ノードAとノードBとの間の矢印は、操作Aは先、操作Bは後という直列の順序関係を表す。ノードAからノードBへの矢印の隣に表記されている0.5は、操作Aの次に操作Bが行われる確率を表す。
また例えば、図5において、ノードD、ノードE、ノードGは2本の平行線に挟まれている。これは、ノードDとノードE、およびノードDとノードGは、それぞれ並列の関係であることを意味する。
次に、イベント解析装置10の動作について図面を参照しながら説明する。
図6は、本発明の第1の実施形態に係るイベント解析装置10の動作を示すシーケンス図である。
図6では、ユーザにより対象業務の実施期間が複数指定され、イベント解析装置10が実際の操作手順を表示する場合の動作の一例を説明する。
なお、操作列の構成要素として、上記の例で示した「単位操作」が用いられる代わりに、具体的な操作方法を示す「基本単位操作」が用いられる場合には、イベント解析装置10のユーザは、オペレータの操作方法などの詳細な操作内容に関する情報を参照することができる。
次に、操作手順構築部108における操作手順の構築処理の詳細について、図面を参照しながら説明する。
図7は、本発明の第1の実施形態に係るイベント解析装置10の操作手順構築部108が行う操作手順の構築処理の流れの一例を示すフローチャートである。
本フローチャートは、操作手順構築部108が操作手順出力部109より、業務に関連する操作手順を要求が要求された際(例えば、図6のステップS002)に開始する。
例えば、開始時間差Δtが閾値以内である2つの操作において、次に示す1)または2)の条件のいずれかを満たす場合には、操作手順構築部108は、それらの2つの操作は並列の関係にある操作(並列操作)であると判定する。
2)2つの操作またはアラームの期間がほぼ重なっていること。例えば、2つの単位操作において、「後の単位操作の開始時刻<前の単位操作の開始時刻+0.5×実施期間」であること。
なお、上記の条件がいずれも満たされなかった場合には、操作手順構築部108は、それらの2つの操作を直列の関係にある操作(直列操作)であると判定する。
図8は、本発明の第1の実施形態に係るイベント解析装置10の操作手順構築部108による直列/並列の判定処理の一例を示す図である。
例えば、操作手順構築部108は、図8に示したEとD、およびGとDを並列と判定し、EとGを直列と判定した場合には、図8の右側に点線で囲まれた、直列/並列複合型の構造となる。
なお、上述した直列/並列性の判定は、操作とアラーム、またはアラームとアラームの間の直列/並列性の判定に対しても適用可能である。
その後、ステップS102へ進む。
図9は、本発明の第1の実施形態に係るイベント解析装置10の操作手順構築部108による事象データの整列処理の一例を示す図である。
その後、ステップS104へ進む。
図10は、本発明の第1の実施形態に係るイベント解析装置10の操作手順構築部108による操作手順の構造化の一例を示す図である。
例えば、図10の左側に示す5つの業務期間の事象データにおいて、業務期間1,2,3,5の順位1には同一の種類の構成要素である「A」がある。また、業務期間4の順位1には「A」ではなく「X」がある。そのため、図10の右側に示した操作手順の順位1において、「A」と「X」の2つの構成要素が抽出される。ただし、種類が同一でも順位が異なる場合には、別の構成要素として抽出される。例えば、図10に示す操作手順のように、順位1における「A」と順位5における「A」という2つの構成要素が抽出されている。
例えば、図10に示した順位1における「A」は、業務期間1,3,4において、順位2における「B」と隣接関係がある。そのため、順位1における「A」を接続元とし、順位2における「B」を接続先とするように接続関係が決められる。また、順位1における「A」は、業務期間2,5において、順位2における空白を除くことにより順位3における「C」と隣接関係がある。そのため、順位1における「A」を接続元とし、順位3における「C」を接続先とするように接続関係が決められる。ここで、1つの接続元に対して複数の接続先がある場合を「分岐」と呼ぶ。
以上で、本フローチャートの処理を終了する。
次に、第2の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図11は、本発明の第2の実施形態に係るイベント解析システム5およびイベント解析装置50の機能構成を示すブロック図である。
なお、第1の実施形態におけるイベント解析システム1およびイベント解析装置10が備える機能構成と共通する部分(名称が同一であるブロック)については、説明を省略する。
操作手順編集部510は、操作手順構築部508が構築した操作手順に対して、編集を行う機能を有する。操作手順編集部510は、イベント解析装置50のユーザからの操作入力を受け付けるデバイス、例えば、キーボード、マウス、またはタッチパネル等を含んで構成される。これにより、イベント解析装置50は、操作手順編集部510により、操作手順構築部508によって自動抽出した操作手順に対して、人間の判断に基づいて加工をすることができる。
図12において、操作手順の構造を表すグラフを左右に2つ示しているが、左側はイベント解析装置50のユーザによって加工される前のグラフであり、右側はイベント解析装置50のユーザによって加工された後のグラフを表す。
例えば、図12の「加工後」のグラフ(右側のグラフ)は、「X」を削除することにより業務開始直後の分岐が削除され、かつ、「A」が行われた後の「B」または「C」への分岐が条件付きの分岐に変更された状態を表す。
イベント解析装置50のユーザは、イベント解析装置50によって自動抽出された操作手順を手動で編集することによって、フローチャート形式の標準操作手順を作成し、手動運転自動化装置61や運転支援装置(図示せず)などへ標準操作手順を提供することが可能である。
操作手順構築部は、例えば、事象抽出部によって抽出された操作列全体と、事象抽出部によって絞り込まれた操作頻度が高い操作が含まれる操作列と、をそれぞれ解析する。
イベント解析装置50のユーザは、このような操作頻度が高い操作(定常操作)の操作手順と、(絞り込み条件を緩和することによって抽出された)操作頻度が低い操作(例外操作)も含まれている操作手順とを比較して、その差分を抽出することによって、オペレータの通常時とは異なる操作挙動を発見することができる。これにより、イベント解析装置50は、定常操作と例外操作の相違部分を明確化でき、操業改善への「気づき」のサポートをすることができる。
Claims (11)
- オペレータによる操作の操作履歴を示すデータであるイベントログデータを収集するイベント収集部と、
前記イベント収集部によって収集された前記イベントログデータを解析し、前記オペレータの操作に基づく操作方法を示す基本単位操作または前記オペレータの操作に基づく操作意図を示す単位操作を抽出するイベント解析部と、
指定された複数の期間における、前記基本単位操作または前記単位操作の集合である操作列を、前記期間毎にそれぞれ抽出する事象抽出部と、
前記期間毎に抽出された前記操作列の間の類似度に基づいて前記操作列を分類する事象分類部と、
同一の種類に分類された前記操作列を解析し、複数の前記期間における前記基本単位操作または前記単位操作の流れを表す操作手順を推定する操作手順構築部と、
を備え、
前記操作手順構築部は、前記操作列を構成する前記基本単位操作または前記単位操作を抽出し、抽出した前記基本単位操作または前記単位操作間の直列性または並列性、順序、および分岐を表す接続情報を推定する、
ことを特徴とするイベント解析装置。 - 前記操作手順構築部は、プラント操業運転のドメイン知識に基づいて判定ルールを設定し、前記判定ルールに基づいて前記基本単位操作または前記単位操作間の直列性または並列性を推定する、
ことを特徴とする請求項1に記載のイベント解析装置。 - 前記操作手順構築部は、同一の前記種類に分類された複数の前記操作列に対して、前記操作列に含まれる同種類の前記基本単位操作または前記単位操作をなるべく同一の順位に揃えるように整列させることによって、前記基本単位操作または前記単位操作間の前記順序を推定する、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のイベント解析装置。 - 前記操作手順構築部は、
同種類の前記基本単位操作または前記単位操作が整列された前記操作列に含まれる前記基本単位操作または前記単位操作間の前記分岐を含めた接続関係を決定し、前記操作列に含まれる前記基本単位操作または前記単位操作間の遷移確率を算出する、
ことを特徴とする請求項3に記載のイベント解析装置。 - 前記操作手順を可視化した図を生成する操作手順出力部、
を備えることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載のイベント解析装置。 - 前記操作手順を可視化した図を生成し、操作入力に基づいて前記操作手順を示すデータを編集する操作手順編集部、
を備えることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載のイベント解析装置。 - 前記操作手順編集部は、編集した前記操作手順を示す前記データを、前記オペレータによって手動で行われている操作を標準化して前記操作を自動化するための装置である手動運転自動化装置へ出力する、
ことを特徴とする請求項6に記載のイベント解析装置。 - 前記事象抽出部は、抽出した前記操作列に対して、操作頻度が高い前記基本単位操作または前記単位操作が含まれる前記操作列をさらに抽出する絞り込みを行い、
前記操作手順構築部は、前記事象抽出部によって抽出された前記操作列と、前記事象抽出部によって前記絞り込みが行われた前記操作列と、をそれぞれ解析する、
ことを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載のイベント解析装置。 - イベントログデータ管理装置とイベント解析装置とを有するイベント解析システムであって、
前記イベントログデータ管理装置は、
オペレータによる操作の操作履歴を示すデータであるイベントログデータを出力し、
前記イベント解析装置は、
前記イベントログデータを収集するイベント収集部と、
前記イベント収集部によって収集された前記イベントログデータを解析し、前記オペレータの操作に基づく操作方法を示す基本単位操作または前記オペレータの操作に基づく操作意図を示す単位操作を抽出するイベント解析部と、
指定された複数の期間における、前記基本単位操作または前記単位操作の集合である操作列を、前記期間毎にそれぞれ抽出する事象抽出部と、
前記期間毎に抽出された前記操作列の間の類似度に基づいて前記操作列を分類する事象分類部と、
同一の種類に分類された前記操作列を解析し、複数の前記期間における前記基本単位操作または前記単位操作の流れを表す操作手順を推定する操作手順構築部と、
を備え、
前記操作手順構築部は、前記操作列を構成する前記基本単位操作または前記単位操作を抽出し、抽出した前記基本単位操作または前記単位操作間の直列性または並列性、順序、および分岐を表す接続情報を推定する、
ことを特徴とするイベント解析システム。 - コンピュータを用いたイベント解析方法であって、
イベント収集部が、オペレータによる操作の操作履歴を示すデータであるイベントログデータを収集するイベント収集ステップと、
イベント解析部が、前記イベント収集ステップにおいて収集された前記イベントログデータを解析し、前記オペレータの操作に基づく操作方法を示す基本単位操作または前記オペレータの操作に基づく操作意図を示す単位操作を抽出するイベント解析ステップと、
事象抽出部が、指定された複数の期間における、前記基本単位操作または前記単位操作の集合である操作列を、前記期間毎にそれぞれ抽出する事象抽出ステップと、
事象分類部が、前記期間毎に抽出された前記操作列の間の類似度に基づいて前記操作列を分類する事象分類ステップと、
操作手順構築部が、同一の種類に分類された前記操作列を解析し、複数の前記期間における前記基本単位操作または前記単位操作の流れを表す操作手順を推定する操作手順構築ステップと、
を有し、
前記操作手順構築ステップは、前記操作列を構成する前記基本単位操作または前記単位操作を抽出し、抽出した前記基本単位操作または前記単位操作間の直列性または並列性、順序、および分岐を表す接続情報を推定する、
ことを特徴とするイベント解析方法。 - コンピュータに、
オペレータによる操作の操作履歴を示すデータであるイベントログデータを収集するイベント収集ステップと、
前記イベント収集ステップにおいて収集された前記イベントログデータを解析し、前記オペレータの操作に基づく操作方法を示す基本単位操作または前記オペレータの操作に基づく操作意図を示す単位操作を抽出するイベント解析ステップと、
指定された複数の期間における、前記基本単位操作または前記単位操作の集合である操作列を、前記期間毎にそれぞれ抽出する事象抽出ステップと、
前記期間毎に抽出された前記操作列の間の類似度に基づいて前記操作列を分類する事象分類ステップと、
同一の種類に分類された前記操作列を解析し、複数の前記期間における前記基本単位操作または前記単位操作の流れを表す操作手順を推定する操作手順構築ステップと、
を実行させ、
前記操作手順構築ステップは、前記操作列を構成する前記基本単位操作または前記単位操作を抽出し、抽出した前記基本単位操作または前記単位操作間の直列性または並列性、順序、および分岐を表す接続情報を推定する、
イベント解析プログラム。
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