JP6385830B2 - 操業オペレータの作業負荷を評価する評価方法 - Google Patents

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本発明は、ごみ処理炉や発電設備などのプラントの操業において、操業オペレータにかかる作業の負荷(繁忙度合い)を評価する評価方法に関する。
従来より、家庭や工場などから排出されるごみなどの廃棄物をガス化炉、溶融炉および焼却炉にて熱処理するごみ処理炉や、化石燃料の燃焼により発生させた水蒸気で蒸気タービンなどを回転させて発電を行う発電設備などの各種プラントでは、制御装置(プラント運転監視・制御システム)によって設備全体の制御が行われ、プラントの安定・安全な操業が行われている。
ところが、各種プラントが制御装置によって正しく自動制御されていても稀にではあるが、プラントが通常操業から外れる、すなわち異常な操業が行われてしまうことがある。
プラントにおける異常な操業の具体的な例としては、ごみ処理炉に供給されるごみの量が急激に変動すると、ごみ処理炉内でのごみ燃焼が不安定になり、炉内温度の変動や局所的な高温領域の発生、CO(一酸化炭素)、NOx(窒素酸化物)、ダイオキシン類等の発生を誘引する原因となる。
このような状況下となると、制御装置から、プラントが通常操業から外れたことを知らせる警告アラームが操業オペレータなどに通達されることとなる。そして、警告アラームにより、操業オペレータはプラントを通常操業に戻す操作、例えばガス化炉の炉内温度が急激に上昇した場合、炉内へのごみ供給量を増加させることで炉内温度を下げる作業、すなわち操業条件の変更を行う。
ところが、このような操業オペレータによる操業条件の変更が頻繁に行われていると、操業オペレータにかかる作業負荷が高くなり、本来必要な監視項目の全てに対して注視することが困難となり、ひいてはプラントの安定操業が行われなくなってしまう虞がある。
プラントの安定操業を行うためにも、操業オペレータに対する作業負荷(繁忙度合い)を把握する、すなわちプラントの操業における作業負荷を正しく評価し、その負荷指標に応じて適切な要員配置による負荷分散、制御装置の機能拡張(自動化)などによる適切なアクションに繋げていく必要がある。
ごみ処理炉などの各種プラントの操業における作業負荷を評価する技術としては、特許文献1,2などに開示されているものがある。
特許文献1には、プラントからの計測データが入力されるとともに前記プラントに対して制御指令を与えるプラント制御監視システムから、前記プラント制御監視システムにおけるアラームに関する履歴を示す履歴データを取得する取得手段と、前記履歴データに含まれるアラームの発生時刻および復帰時刻に基づいて、前記プラントにおけるアラーム発生間隔分布およびアラーム対応時間分布を算出する算出手段と、前記アラーム発生間隔分布および前記アラーム対応時間分布からアラームに対する処置時間分布を求め、前記アラーム発生間隔分布および前記処置時間分布からプラントオペレーションの負荷を算出する評価手段とを備える、プラントオペレーションの負荷評価装置が開示されている。
特許文献2には、機器を操作する運転員の運転負荷に関するデータを収集する運転負荷測定装置において、前記データに基づき所定のアルゴリズムによりリアルタイムの運転負荷を算出する負荷演算手段を備えた運転負荷測定装置が開示されている。
特開2013−182471号公報 特開2005−309936号公報
しかしながら、特許文献1,2の技術を用いても、プラントの操業に携わる操業オペレータにかかる作業負荷を正しく評価することが困難な場合がある。
すなわち、特許文献1,2などの技術は、警告アラームの頻度や操業条件の変更操作、及びその履歴を基に、操業オペレータにかかる作業負荷を評価している。
しかしながら、プラントの操業に携わる操業オペレータは、通常「操業条件の変更作業」の他に、「変更後のプラントの監視作業」を行っている。「変更後のプラントの監視作業」とは、例えば操業オペレータが監視モニタを介してプラントの状態を一定期間に亘り常に監視するといった「操業オペレータの制御装置への張り付き作業」などがある。このような「変更後のプラントの監視作業」も当然、操業オペレータが一定の労力および時間をかけているアクションと見なせるため、作業負荷として評価されるべきである。特に、「変更後のプラントの監視作業」を長時間行うことは、高い集中力を必要とし、もし前回の操作から運転状態が更に悪化する場合、速やかに状況を把握し対応策を決定、オペレーションに結びつける必要があり、高い作業負荷とされる。それ故、「変更後のプラントの監視作業」を作業負荷の指標として用いることは、操業オペレータにかかる作業負荷(繁忙度合い)を正確に評価する上で非常に重要である。
ところが、特許文献1,2などの従来技術は、「操業条件の変更作業」後に行われる「プラントの監視作業」を、操業オペレータにかかる作業負荷を評価する上での指標としていないため、操業オペレータにかかる作業負荷を正しく評価することは困難である。つまり、特許文献1,2などの従来技術を用いて、操業オペレータにかかる作業負荷を評価すると、図2Aに示すように、実際は操作と操作の間には監視という操業オペレータにとっての負荷が生じているにも関わらず、操業条件の変更作業のみが作業負荷と評価されてしまう虞がある。
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、プラントの操業を変更する作業に関する情報と、その操業を監視する作業に関する情報とを指標として用いることで、プラントを操業する操業オペレータにかかる作業の負荷(繁忙度合い)を正確に評価することができる操業オペレータの作業負荷を評価する評価方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明にかかる操業オペレータの作業負荷を評価する評価方法は、所定の運転を行う設備を少なくとも1つ以上備えたプラントを操業するに際し、前記プラントの制御を行う制御装置によって操業オペレータにかかる作業の負荷を評価する評価方法において、前記操業オペレータが前記プラントに対して操作を行うことで発生する作業量である「操作作業量」を算出する操作作業量算出ステップと、前記操業オペレータが前記プラントに対して操作を行った後に、前記プラントの操業の経過を監視することで発生する作業量である「監視作業量」を算出する監視作業量算出ステップと、算出された前記「操作作業量」と前記「監視作業量」とを基に、前記操業オペレータにかかる作業の負荷を評価する評価ステップと、を有し、前記「操作作業量」は、前記プラントに対して操作を行った回数、前記操作に要した時間、前記プラントからの警告に対する対応回数、前記警告に対する対応時間の少なくとも1つ以上を用いて算出されることとし、前記「監視作業量」は、前記プラントの操業の経過を監視した時間、回数の少なくとも1つ以上を用いて算出されることとし、前記プラントに対して操作を行った回数、前記警告に対する対応回数、操業状態を知らせる監視項目が監視モニタなどに表示された回数・表示時間、並びに予め登録された操作作業とそれに関連する監視項目の対応情報から導出した監視頻度・時間を履歴データとして記憶し、記憶した前記履歴データに基づいて、前記プラントの操業を監視する時間を求め、求めた監視時間を用いて前記「監視作業量」を算出することを特徴とする。
本発明の操業オペレータの作業負荷を評価する評価方法によれば、プラントの操業を変更する作業に関する情報と、その操業を監視する作業に関する情報とを指標として用いることで、プラントを操業する操業オペレータにかかる作業の負荷(繁忙度合い)を正確に評価することができる。
本発明の操業オペレータの作業負荷を評価するシステムを模式的に示した図である。 従来のシステムを用いて、操業オペレータの作業負荷の評価を行った場合を示した図である。 本発明のシステムを用いて、操業オペレータの作業負荷の評価を行った場合を示した図である。 本発明の操業オペレータの作業負荷を評価するシステムのフローチャート図である。
以下、本発明にかかる操業オペレータの作業負荷を評価するシステムの実施形態について、図面に基づき説明する。
本実施形態の操業オペレータWにかかる作業負荷を評価するシステム20を説明する前に、所定の運転を行う設備を少なくとも1つ以上備えたプラントについて、ごみ処理炉1を例示して説明する。なお、本発明は、例示したごみ処理炉1の他に、例えば発電設備や、製鉄所などの様々なプラントに適用可能である。
図1には、ごみ処理炉1の概略が示されている。図示されたごみ処理炉1は、流動床式ガス化溶融炉といわれるタイプである。
このごみ処理炉1においては、ごみ収集車2で収集されてきた家庭や工場などから排出され廃棄物(以降、ごみDと呼ぶ)は、有底の穴であるごみピット3に投下され、当該ごみピット3内に一時的に貯留される。
その後、ごみピット3内のごみDは、天井に設置されたクレーン4により運び出され、ホッパ5内に投入される。ホッパ5内に投入され堆積したごみDは、ホッパ5の下部に設置されたコンベアなどの搬送手段6によって、ホッパ5下部からガス化炉7に装入される。
ごみ処理炉1のガス化炉7の内部は、500℃〜600℃程度の比較的低温雰囲気とされており、ホッパ5から供給されたごみDはガス化炉7の内部にて熱分解し、可燃性ガス、未燃分及び灰に分解される。その後、可燃性ガス、未燃分が、ガス化炉7の上部より排出されて、溶融炉8に供給され、当該溶融炉8内において1200℃以上の高温雰囲気下で完全燃焼されることとなる。溶融炉8内に存在する灰は高温雰囲気下により溶融され、スラグとなる。溶融炉8から排出される排ガスは減温塔、バグフィルタ、触媒反応塔で処
理された後、煙突より大気中へ放出される(図示せず)。
ところで、以上述べたごみ処理炉1では、CO(一酸化炭素)、NOx(窒素酸化物)、ダイオキシン類等の発生を防止する、すなわち設備の安定・安全な操業を行うために、制御装置9(プラント制御監視システム)により、設備全体の制御が行われている。
制御装置9は、例えばプロコン、PLC等で実現されていて、ごみ処理炉1の操業に対する制御の履歴を記憶する記憶手段と、ごみ処理炉1の操業状態を示す表示モニタ21(監視モニタ)と、操業条件の入力や変更するための入力デバイス22(マウス、キーボード等)と、操業状態が通常と異なった場合に通達する通達手段23とを備える。
図1に示すように、ごみ処理炉1は、ガス化炉7及び溶融炉8の炉内温度や、ホッパ5内へのごみDの投入量、すなわち搬送手段6の送り速度(コンベア6の回転速度)や、溶融炉8から排出される排ガスの温度などのプラントの状態量が、制御装置9にて制御されることにより、安定且つ安全な操業が行われている。
しかしながら、ごみ処理炉1の制御が適正に行われていても、操業条件の変更を行わなければならないことがある。
上記したごみ処理炉1(プラント)の状態量が所定の範囲より外れた場合、例えば、何らかの理由でガス化炉7の炉内温度が急激に上昇してしまった場合、ガス化炉7(ごみ処理炉1)の操業の異常を知らせる警告(アラーム)が通達手段23により、操業オペレータWに通達される。操業オペレータWは、通達された警告により、ガス化炉7を通常操業に戻す操作、例えば、ガス化炉7内へのごみDの供給量を増加させて炉内温度を下げる、操業条件を変更する操作を行うこととなる。
また、ごみ処理炉1の操業条件を任意に変更することがある。例えば、ごみDがピット3内の大量に貯留されてきたときには、操業オペレータWは、通常操業より早く処理を行うように、ガス化炉7内へのごみDの供給量を増加させる、操業条件を変更する操作を任意に行うこともある。
さらに、操業オペレータWは、「操業条件の変更作業」の後に、監視モニタ21などを介してごみ処理炉1の状態を一定期間に亘り常に監視する「変更後のプラント1の監視作業(操業オペレータWの制御装置9への張り付き作業)」を行っている。
このような操業条件の変更及びごみ処理炉1の監視が頻繁に行われていると、前記の「発明が解決しようとする課題」で述べたとおり、操業オペレータWにかかる作業負荷が高いものとなる。このように、高い作業負荷が操業オペレータWにかかってしまうと、ごみ処理炉1の安定操業を行おうとしているにもかかわらず、本来必要な監視項目の全てに対して注意を払うことが困難となり、逆に安定操業が行われなくなってしまう虞がある。
前記問題を解決するためには、操業オペレータWの作業負荷に応じて要因配置の適正化などの適切なアクションに繋げていく必要がある。ところが、従来技術を用いて、操業オペレータWにかかる作業負荷を評価しようとする場合、図2Aに示すような、操業条件の変更作業のみ(図2Aの実線部分)が作業負荷と評価される状況となってしまう虞がある。言い換えると、従来技術では、実際に行われている監視作業に関する情報(図2Aの破線部分)が考慮できないので、操業オペレータWにかかる作業負荷を正しく評価できない。
すなわち、従来技術は、「操業条件の変更作業」に関する情報だけで、操業オペレータWに対する作業負荷を評価するので、操業オペレータWに過重な作業負荷がかかっているにもかかわらず、軽度な作業負荷と評価されてしまい、ごみ処理炉1の安定操業が行えなくなる虞があった。
ごみ処理炉1(プラント)の安定操業を行うためにも、操業オペレータWに対する作業負荷(繁忙度合い)を把握する、すなわちごみ処理炉1の操業における作業負荷を正しく評価する必要がある。
そこで、本願発明では、操業オペレータWにかかる作業負荷を、以下に述べるように評価している。すなわち、本発明の操業オペレータWの作業負荷を評価するシステム20は、操業条件の変更操作に関する作業量と、ごみ処理炉1の監視に関する作業量とを基に、操業オペレータWにかかる作業負荷を正しく評価するようにしている。
図1は、本発明の操業オペレータWの作業負荷を評価するシステム20を模式的に示した図である。図2Bは、本発明の評価システム20を用いて、操業オペレータWにかかる作業負荷の評価を行った場合を示した図である。図3は、本発明の操業オペレータWの作業負荷を評価するシステム20のフローチャート図である。
本発明の操業オペレータWの作業負荷を評価するシステム20は、設備全体の制御が行われている制御装置9(プラント制御監視システム)内に格納されている。
図1に示すように、本発明は、所定の運転を行う設備を少なくとも1つ以上備えたごみ処理炉1(プラント)を操業するに際し、操業オペレータWにかかる作業の負荷を評価するシステム20であり、操業オペレータWがごみ処理炉1に対して操作を行うことで発生する作業量である「操作作業量」を算出する操作作業量算出ステップと、操業オペレータWがごみ処理炉1に対して操作を行った後に、ごみ処理炉1の操業の経過を監視することで発生する作業量である「監視作業量」を算出する監視作業量算出ステップと、抽出された「操作作業量」と「監視作業量」とを基に、操業オペレータWにかかる作業の負荷を評価する評価ステップと、を有する。
図2Bに示すように、本発明の操業オペレータWの作業負荷を評価するシステム20は、通達された警告に基づいて操業条件の変更時間、すなわち操作作業量を算出すると共に、操業条件の変更後のごみ処理炉1の監視作業時間、すなわち監視作業量を算出し、これら操作作業量及び監視作業量を指標として用いて、ごみ処理炉1を操業する操業オペレータWにかかる作業負荷を正しく評価する、言い換えれば操業オペレータWの繁忙状況を把握する。
「操作作業量」(操作アクション)は、操業オペレータWがごみ処理炉1(プラント)に対して操作を行った回数、操作に要した時間などの操業条件に関する情報、通達手段23(ごみ処理炉1)からの警告に対する対応回数及び対応時間などの警告に関する情報の少なくとも1つ以上を用いて算出されるものであり、操業オペレータWにかかる作業負荷を評価するための指標として用いられる。
本実施形態では、操作作業量は、操業条件が表示された操作項目が入力デバイス22などにより入力・変更された回数(操作項目の変更頻度)、その操作に要した時間(入力・変更の開始時刻及び終了時刻)、異常操業の警告が通達されたときに示される警告対応項目が入力デバイス22などにより変更された回数(警告対応項目の変更頻度)、及びその対応に要した時間(対応の開始時刻及び終了時刻)の少なくとも1つ以上に基づいて、算出される。
操作項目には、例えば、給塵速度(コンベア6の回転速度)の設定、押込み空気量の設定、溶融炉8の空気比の設定、ボイラ(図示せず)上部O濃度の設定、主蒸気流量の設定、ガス化炉7に噴霧するろ液噴霧ポンプの出力設定、触媒反応塔にて使用する脱硝用アンモニア供給ポンプの出力設定、排ガスHCl/SOxの分解に使用する消石灰の供給速度の設定などが挙げられる。
警告(アラーム)対応項目には、例えば、消石灰貯蔵量レベル、アンモニア貯蔵量レベル、砂層温度、風箱圧力、COレベル、NOxレベル、HClレベル、SOxレベル、Oレベル、ガス化炉7の圧力などが挙げられ、それぞれ警戒レベル(HH/H/L/LL)に応じて閾値が定められ、各測定情報が閾値を超過/未達となった場合に警告が発令される。
なお、警告に関する情報は、操業の異常を通達する通達手段23からの通達回数、発令時間、例えば警告灯の点灯・点滅の回数や時間や、サイレン等による発報回数や時間などから取得してもよい。
以上まとめると、操作作業量は、上記の操作項目の入力・変更頻度及び、警告対応項目の操作頻度などに基づいて算出される。
「監視作業量」(監視アクション)は、操業オペレータWによるごみ処理炉1の操業の経過を監視した時間、回数の少なくとも1つ以上を用いて算出されるものであり、操業オペレータWにかかる作業負荷を評価するための指標として用いられる。
本実施形態では、監視作業量は、操業状況を知らせる監視項目が監視モニタ21上に表示された回数(監視項目の閲覧頻度)、その時間(表示の開始時刻及び終了時刻)、及び、予め評価システム20に登録された、操作作業とそれに関連する監視項目の対応情報の少なくとも1つ以上に基づいて、算出される。
監視項目には、例えば、砂層温度、砂層温度の平均、ボイラの主蒸気流量、ボイラの主蒸気温度、給塵量、押込み空気量、溶融炉8の空気比、溶融炉8上部のO濃度、排ガス流量、排ガス温度、溶融炉8の絞り部温度、CO濃度、NOx濃度、HCl濃度、SOx濃度などが挙げられる。
なお、監視時間は、操業オペレータWが、操業条件の操作項目を入力あるいは変更した後に、その操業条件におけるごみ処理炉1の操業の経過を観察して、通常操業になったことを確認するまでの間、あるいは、操業条件の変更後から再度操業条件を変更するまでの間の時間のことをいう。
また、ごみ処理炉1に対して、操業オペレータWが操業条件を変更する操作を行った回数及び時間、警告に対する対応回数及び対応時間の少なくとも1つ以上を履歴データとして記憶し、記憶された操作作業量の履歴データに基づいて、その操作作業後に監視作業が発生すると想定される監視項目についてプラントの操業を監視する時間を求め、求めた監視時間を用いて監視作業量を算出してもよい。
以上まとめると、監視作業量は、監視項目の閲覧頻度や操作作業の履歴データのなど、操業オペレータWによる監視作業の経緯に基づいて算出される。
なお、上記した操作作業量及び監視作業量を、項目別に操業オペレータWへの影響度を考慮した重み付けをし、操業オペレータWの作業負荷を評価する指標としてもよい。
操作作業量算出ステップは、操業オペレータWの作業負荷を評価する際に基準となる評価条件を設定する。ここが図3のSTEP1である。
続いて、操業オペレータWがごみ処理炉1に対して、操業条件の操作項目に対する入力・変更作業の回数及びその作業時間と、警告対応項目に対する変更作業の回数及びその作業時間を抽出する。抽出された操業条件に関する情報(回数及び時間)及び警告対応作業に関する情報(回数及び時間)の少なくとも1つ以上を用いて、操業オペレータWの作業負荷を評価する際の指標の一つである「操作作業量」を算出する。
監視作業量算出ステップは、操業条件の変更後に、操作作業量算出ステップにて算出された操作作業量を参考に、ごみ処理炉1の監視作業の時間及び回数を抽出する。抽出対象
となる監視作業の回数及び時間としては、例えば、操業状況を知らせる監視項目が、監視モニタ21などに表示された回数及び表示時間、及び、予め評価システム20に登録された、操作作業とそれに関連する監視項目の対応情報から導出した監視頻度、時間などが挙げられる。抽出された監視時間及び監視回数の少なくとも1つ以上を用いて、操業オペレータWの作業負荷を評価する際の指標の一つである「監視作業量」を算出する。ここまでが図3のSTEP2である。
評価ステップは、操作作業量算出ステップにて算出された「操作作業量」と、監視作業量算出ステップにて算出された「監視作業量」とを用いて、操業オペレータWにかかる作業負荷Lを算出する。
ごみ処理炉1の操業における一定期間(開始時刻t〜終了時刻t)において、操業オペレータWが警告を受けて、操作項目の変更作業をし、変更後に監視作業を行った工程の回数、すなわち操作作業量と監視作業量とを下式に代入して、操業オペレータWにかかる作業負荷Lを算出して評価する。なお、図2Bに示すように、操業オペレータWの監視作業量を、別途設定した閾値(t−t≦ΔT)を用いて評価してもよい。すなわち、操作アクションx1の後、次の操作アクション(x2)発生までの時間(t−t)が閾値ΔT以下の場合はt−tを監視作業の時間とし、ΔTよりも大きい場合はΔTを監視作業の時間として評価する。ここまでが図3のSTEP3である。
操業オペレータWの作業負荷の評価結果を、履歴データなどに反映させる。ここが図3のSTEP4である。そして、ごみ処理炉1の操業が安定した、操業オペレータWにかかる作業負荷が所定の範囲内になった場合、評価終了の判断を行う。ここが図3のSTEP
5である。なお、作業負荷の評価は監視モニタ21に内蔵したインタフェース画面から任意に評価期間の設定や評価の開始/終了を実行することができる。ステップ5において、評価終了の入力信号が検知された場合は図3の評価フローを終了し、そうでない場合は新たに設定された評価期間情報を参照のうえ、引き続きSTEP2に戻り評価を継続する。
以上より、本発明の操業オペレータWにかかる作業負荷を評価するシステム20は、従来難かった操業オペレータWの監視作業の数値化・可視化を可能とし、操業オペレータWにかかる作業負荷、すなわち操業オペレータWの繁忙度合いを正確に評価することを可能としている。このように、本発明の評価システム20を用いて正確な作業負荷を知ることで、操業オペレータWが繁忙状況にある場合には、操業オペレータWを増員するなどといった、ごみ処理炉1の操業に対する適正な対応策を採ることができる。
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
1 ごみ処理炉
2 ごみ収集車
3 ごみピット
4 クレーン
5 ホッパ
6 搬送手段(コンベア)
7 ガス化炉
8 溶融炉
9 制御装置
20 作業負荷を評価するシステム(評価システム)
21 監視モニタ(表示モニタ)
22 入力デバイス
23 通達手段
W 操業オペレータ
D ごみ

Claims (1)

  1. 所定の運転を行う設備を少なくとも1つ以上備えたプラントを操業するに際し、前記プラントの制御を行う制御装置によって操業オペレータにかかる作業の負荷を評価する評価方法において、
    前記操業オペレータが前記プラントに対して操作を行うことで発生する作業量である「操作作業量」を算出する操作作業量算出ステップと、
    前記操業オペレータが前記プラントに対して操作を行った後に、前記プラントの操業の経過を監視することで発生する作業量である「監視作業量」を算出する監視作業量算出ステップと、
    算出された前記「操作作業量」と前記「監視作業量」とを基に、前記操業オペレータにかかる作業の負荷を評価する評価ステップと、を有し、
    前記「操作作業量」は、前記プラントに対して操作を行った回数、前記操作に要した時間、前記プラントからの警告に対する対応回数、前記警告に対する対応時間の少なくとも1つ以上を用いて算出されることとし、
    前記「監視作業量」は、前記プラントの操業の経過を監視した時間、回数の少なくとも1つ以上を用いて算出されることとし、
    前記プラントに対して操作を行った回数、前記警告に対する対応回数、操業状態を知らせる監視項目が監視モニタなどに表示された回数・表示時間、並びに予め登録された操作作業とそれに関連する監視項目の対応情報から導出した監視頻度・時間を履歴データとして記憶し、
    記憶した前記履歴データに基づいて、前記プラントの操業を監視する時間を求め、
    求めた監視時間を用いて前記「監視作業量」を算出する
    ことを特徴とする操業オペレータの作業負荷を評価する評価方法
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