JP6904387B2 - 工場のエネルギー管理装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力、ガス、水、蒸気、エア、窒素、ヘリウム等の複数のエネルギーを用い、材料の搬入、加熱、加工、運搬、検査、出荷等の工程を行って製品を生産する工場のエネルギー管理装置に関する。

工場でのエネルギー量を管理するに際しては、測定する生産量とエネルギー消費量との関係をプロットすることが、まずスタートとなる。例えば、特許文献１では、主要な生産量ｘを変数として、エネルギー消費量を表すエネルギー消費量関数ｆ（ｘ）、生産量関数ｋ（ｘ）を用いて原単位関数ｇ（ｘ）を表わしている。同様に、特許文献２でも、全生産量や製品別生産量を関係変数としてエネルギー消費指標を指名している。

特開２０１３−２５０９５８ 特開２０１５−１４１４４４

しかしながら、これらの先行技術文献で示された技術は、エネルギー消費量を工場の全体での消費量として捉えているので、マクロでの効率化には役立つものの、工場内の生産ラインにおける各工程のそれぞれのエネルギーがどの程度効率的に使用されているのかに関しては、正確に把握することができなかった。

また、これらの先行技術文献で示された技術は、生産台数が減少した際も、ベースロードとして一定量のエネルギーを用いることは当然であるとしており、ベースロードとなる一定量エネルギーの妥当性を含めて、無駄となるエネルギーを全て明らかにすることができていなかった。

更に、これらの先行技術文献で示された技術は、実際の生産台数の生産に要した実際の生産時間を用いて、エネルギー消費を示すため、異なる製品を生産する製造ラインを比較していずれの製造ラインの方がエネルギーがより効率的に用いられているのかを直感的に表示することができなかった。

本明細書の開示は、上記点に鑑みてなされたもので、工場内で用いられるエネルギーを、各種センサで、できる限り細かく検出し、各エネルギー毎での使用状況が把握できるようにすることを目的とする。

また、本開示は、正味稼働効率が最大となるときのエネルギー消費量が、最も効率よくエネルギーを利用していると考え、且つ、正味稼働効効率が０で生産台数が０であるときは、本来生産を行っていないので、必要エネルギーは０となるべきであると考え、この両点を結んだ線を基準線としている。そして、実際に測定された正味稼働効率とエネルギー量とのプロット点を正味稼働効率として捉えこの正味稼働効率を基準線とを対比させることで、エネルギー効率の改善の余地がどの程度あるのかが、視覚的に直観できるようにすることも目的とする。

また、本開示は正味稼働効率の算定に実際の生産に掛かった時間をそのまま用いるのではなく、生産に係る各製品毎の想定時間であるサイクルタイムを用いて、サイクルタイムと生産台数から生産に要する時間を算出している。それにより、生産形態の大きく異なる製品間での生産効率の良否判断を視覚的に直観できるようにすることを目的とする。

本件の開示は、以下のような解決手段を提供する。

第１の開示は、電力、ガス、水、蒸気、エア、窒素、ヘリウムの中の１つ以上をエネルギーとして製品の生産を行い、材料の搬入工程、加熱工程、加工工程、運搬工程、検査工程、出荷工程の少なくともいずれかの工程を含む工場のエネルギー管理装置である。管理装置は、生産される製品の個数を集計する個数集計カウンターと、エネルギーを夫々測定するエネルギー測定センサと、生産される製品の生産に係る時刻を記録する時刻記録器とを含む。かつ、個数集計カウンターでの集計個数及び時刻記録器の記録時刻に基づき、生産個数とサイクルタイムより所定生産台数に掛かる時間を示す正味稼働時間を算出する正味稼働時間算出手段と、時刻記録器での記録時刻及び前記エネルギー測定センサでの測定エネルギーに基づき、生産される製品の生産に用いられる所定時刻のエネルギー量を各種エネルギー毎のエネルギーやそれらの合計エネルギーで算出するエネルギー算出手段とも含む。

また、製品の生産に掛かる想定時間であるサイクルタイムを用い、個数集計カウンターでの集計個数及び時刻記録器の記録時刻に基づき、生産個数とサイクルタイムより所定生産台数に掛かる時間を示す正味稼働時間を算出する正味稼働時間算手段と、時刻記録器での記録時刻及びエネルギー測定センサでの測定エネルギーに基づき、生産される製品の生産に用いられる所定時刻のエネルギー量を各種エネルギー毎のエネルギーやそれらの合計エネルギーで算出するエネルギー算出手段とも含む。

そして、管理装置は、正味稼働時間算出手段で算出された正味稼働時間に基づき、所定時間当たりの正味稼働時間を現す正味稼働効率を算出する正味稼働効率算出手段と、一方の軸を正味稼働効率算出手段で算出された正味稼働効率とし、他方の軸をエネルギー算出手段で算出されたエネルギー量として、時刻記録器で記録された時刻に基づいて所定時刻の正味稼働効率とエネルギー量とをプロットする表示演算手段と、この表示演算手段からの出力を表示するディスプレイとを備えている。

この表示演算手段では、正味稼働効率が０でエネルギー量が０の点を始点とし、正味稼働が最大時の目標エネルギー量を示す点を終点とした基準線と共に、正味稼働効率とエネルギー量とのプロット点を示し、プロットされるエネルギー量を、エネルギー測定センサで測定した複数のエネルギーの全体を表示する表示と、エネルギー測定センサで測定した複数のエネルギーのうち少なくとも１以上のエネルギーのみを表示する表示との双方を表示可能として、エネルギー全体としての表示のみでなく、個別のエネルギーが、各エネルギー毎の基準線との対比で表示できる。

これにより、正味稼働効率に応じて目標エネルギー量を基準線で示した上で、実際のエネルギー量を同じ表示で示すことができるので、実際のエネルギー消費効率にどの程度の改善の余地があるのかを、視覚的に直観することができる。

また、表示演算手段で正味稼働効率と共にプロットされるエネルギー量を、エネルギー測定センサで測定した複数のエネルギーの全体を表示する表示のみでなく、エネルギー測定センサで測定した複数のエネルギーのうち少なくとも１以上のエネルギーのみの表示とすることで、個別のエネルギーが、各エネルギー毎の基準線との対比で表示でき、どのエネルギーに消費効率の改善の余地が大きいのかも、視覚的に直観することができる。

かつ、正味稼働効率の算定に実際の生産に掛かった時間をそのまま用いるのではなく、生産に係る各製品毎の想定時間であるサイクルタイムを用いて、サイクルタイムと生産台数から生産に要する正味稼働時間を算出して、生産形態の大きく異なる製品間での生産効率の良否判断を視覚的に直観できる。

第２の開示では、正味稼働時間算出手段で算出された時間の単位と、正味稼働効率算出手段での所定時間の単位とを同一とすることにより、正味稼働時間算出手段と正味稼働効率算出手段とを同一の手段で行うようにしている。

第３の開示では、表示演算手段が、全ての工程におけるエネルギー量を示す表示と、いずれか一以上の工程におけるエネルギー量とを示す表示との双方を表示可能としている。これにより、工場の全行程でのエネルギー全体としての表示のみでなく、各工程での個別エネルギーが、その基準線との対比で表示できるようにしている。

第４の開示では、製品の生産を、複数の生産設備で行い、表示演算手段が、全ての生産設備におけるエネルギー量を示す表示と、いずれか一以上の生産設備におけるエネルギー量とを示す表示との双方を表示可能としている。これにより、設備全体でのエネルギー全体としての表示のみでなく、各生産設備での個別エネルギーが、その基準線との対比で表示できるようにしている。

第５の開示では、時刻記録器からの出力を様々な生産時期に応じて行えるようにし、表示演算手段は、時刻記録器で記録した第１の時期の生産ラインにおけるエネルギー量を示す表示と、時刻記録器で記録した第２の時期の生産ラインにおけるエネルギー量とを示す表示との双方を表示可能としてる。これにより、同一の生産ラインでのエネルギー消費効率の向上が継時的にどのようになされたのかや、季節に応じたエネルギー消費効率の変化等が把握できる。

第６の開示では、表示演算手段における目標エネルギー量を、工場の生産ライン設計時の設計上の目標エネルギー量としている。生産ラインが立ち上がった当初に、設計通りのエネルギー消費効率が得られているのか、把握できる。第７の開示では、表示演算手段における目標エネルギー量を、以前に測定された最小のエネルギー量としている。これにより、更なるエネルギー消費効率の向上が視覚的に直観できる。

図１は、工場でのエネルギー計測箇所を示す構成図である。 図２は、工場でのエネルギー供給状態を示す構成図である。 図３は、生産ＥＭＳサーバの機能を示すブロック図である。 図４は、時刻毎の正味稼働時間とエネルギー量を示すグラフである。 図５は、正味稼働効率を示すグラフである。 図６は、複数の設備の時刻毎のエネルギー量と生産台数を示すグラフである。 図７は、単独の設備の時刻毎のエネルギー量と生産台数を示すグラフである。 図８は、改善前後の正味稼働効率を示すグラフである。 図９は、漏れ検査装置を示す構成図である。 図１０は、改善前後の正味稼働効率を示すグラフである。 図１１は、複数の設備の時刻毎のエネルギー量と生産台数を示すグラフである。 図１２は、洗浄機の水計測器の配置を示す構成図である。 図１３は、水使用量の計測器を示す構成図である。

図１は、標準的なエネルギーの計測箇所を示す、図１において、１は工場であり、工場１内には、複数の生産ライン１００及び１０１が配置される。そして、生産ライン１００，１０１に沿って、各種の生産設備１０２、１０３、１０４、１０５が配置されている。

この生産ライン１００、１０１に材料が搬入され、加熱や加工が行われる。生産された製品は、検査工程を経て、出荷される。生産ラインは、例えば半導体を生産する場合には所定時間に非常に多くの製品を生産し、逆に、少量生産の製品では、所定時間に生産される製品の数量が限られている。即ち、生産ライン１００、１０１は大量生産ラインのみを想定したものではなく、製品に応じた各種の生産スピードを想定している。

１０６は工場１の空調設備であり、１０７は工場１の照明設備である。生産設備１０８には光電スイッチ１０９が設けられ、生産ライン１００，１０１の生産量を計測している。図１では、設備１０２〜１０５や、空調設備１０６、照明設備１０７を概略記載しているが、実際の工場１では非常に多くの設備が稼働している。

図２は、図１と同様の標準的な工場１でのエネルギーの供給形態を示す。図１に対応する設備には同一の符号を付している。工場１に供給されるエネルギーとしては、電気、ガス、エアの他に、蒸気、工業用水、ヘリウムガス、窒素ガスなどがある。水や蒸気は主に洗浄に用いられ、ガスは都市ガスやプロパンガスであるが、炉などの加熱用に用いられる。また、ヘリウムガスは主に検査装置に用いられ、窒素ガスはハンダ付け設備に用いられる。

電力は、電力会社より変電所１２０に供給され、変電所で６．６ｋｖに変電の上、工場１の変圧設備１２１に送電される、変圧設備１２１では、キュービクル１２２から各変圧器１２３、１２４に分配され、２００ｖの電圧がバスダスト１２５から各設備に供給される。

各設備１０２〜１０７には電力計測器Ｗｈが配置され、電力計測器Ｗｈの測定結果は、通信ユニット１３０に送信される。電気以外にも、エア配管１５０を介して生産ライン１００，１０１の生産設備１０２，１０３、１０４，１０５，１０８に供給されるエアの流量は、エア量計測器１５１によって測定され、測定結果は通信ユニット１３０に送信される。同様に、ガス配管１５２を介して生産設備に供給されるガスの量も、ガス量計測器１５３で計測され、測定結果は通信ユニット１３０に送信される。

このように、各エネルギーに関しては、夫々そのエネルギーを用いる設備に対応して計測器が配置される。上述の電力計測器Ｗｈ、エア量計測器１５１、ガス量計測器１５３の他に、蒸気は蒸気量計測器１５５で計測され、図示していないが、ヘリウムガスや窒素ガスも使用量が計測される。

ここで、エアは０．４メガパスカル程度の高圧空気で、洗浄に用いられ、蒸気は２００度程度の高温で水を加熱するのに用いられることが多い。

通信ユニット１３０は、各エネルギーの使用量が所定の量に達すると、１パルスの信号を、社内ＬＡＮ１３１を介して、生産ＥＭＳサーバ１４０に送信する。尚、ＥＭＳはエネルギー・マネージメント・システムの略である。送信する情報は、各計測器を特定する記号とともに、その計測器で計測したエネルギーが所定量となったことを示す信号である。

ここで、各エネルギーの所定使用量は、生産される製品の大きさや生産台数により異なる。この所定量をあまり小さく設定すると、細かな判断が可能となる反面バラツキの影響が大きくなってしまう。逆に、所定量を大きく設定したのでは、エネルギー使用量の変化を正しく判断することができない。

一般的な値として、水の計測器は１０リットルで１パルスを発信し、電気の計測器は０．１〜１０ＫＷｈで１パルスを発信し、ガスの計測器は１００リットルで１パルスを発信し、エアの計測器は１００リットルで１パルスを発信し、蒸気の計測器は１〜１０リットルで１パルスを発信することが多い。

各計測器からのエネルギー使用量は、上述の通り、ＬＡＮ１３１を介して生産ＥＭＳサーバ１４０に送信される。図３に示すように、生産ＥＭＳサーバ１４０は時刻記録器１４５を備えており、その時刻情報と共に、各計測器毎のエネルギー使用量を記録する。時刻記録器１４５は生産ＥＭＳサーバ１４０に備えるのが望ましいが、通信ユニット１３０に設けても
、各記録器に設けてもよい。

また、生産設備１０８の生産台数を記録する生産量計測計１０９からの信号も通信ユニット１３０を経て、ＬＡＮ１３１を通って生産ＥＭＳサーバ１４０に送信される。図１では、生産量計測器として光電スイッチなどの特別なセンサを説明したが、各生産ラインに配置された設備１０２〜１０５からの信号を用いて生産量を測定してもよい。多くの工場で用いられるのは、図２に示すように、生産ライン１００，１０１の最終工程を行う設備１０８が所定の動作を完了したことで、製品の生産が終了したとカウントする。また、製品の生産数量は、製品１台毎のカウントとすることが通常であるが、一度に多量の製品をバッチ処理するような工程にあっては、一度に生産される数量毎のカウントとしてもよい。

生産ＥＭＳサーバ１４０では、その時刻と共に入力する各種計測器からの計測データを用いて各種のグラフを作成し、その作成結果は、ＬＡＮ１３１を関してリアルタイムで関係者の手元に配置されるコンピュータ１４１に送信される。コンピュータ１４１は生産ＥＭＳサーバで計算して出力するグラフを表示するディスプレイ１４２を備えている。

関係者は、生産現場で実施の生産ライン１００，１０１を稼働している作業者、生産管理を行う管理部署の担当者、経営者等である。従って、生産に携わる者の全員が、生産ＥＭＳサーバ１４０で計算した同じ情報を共有することができる。

生産ＥＭＳサーバ１４０での時刻の記録は、所定時間を１単位として記録する。多くの例では５分間を１単位としている。例えば、０時０分０秒から０時５分０秒までを０時０分と把握し、０時５分０秒から０時１０分０秒までを０時５分と把握する。これは、生産台数やエネルギー使用量の把握を、ある程度時間の幅を持たせて把握した方が管理しやすいからである。

この所定単位も、勿論生産台数に応じて変動可能である。半導体のように生産台数が非常に多い製品では所定単位時間も短くなる。

また、本例では、集計時に単位時間を５分としてその時間の生産台数及びエネルギー使用量を記録しているが、記録時には、正確な時間情報とともに生産台数及びエネルギー使用量を記録し、集計時に所定時間の単位で集計することも可能である。ただ、本例のように所定の単位時間で集計した方が、演算処理が簡潔となり、望ましい。

生産ＥＭＳサーバ１４０では、生産台数の集計を上記の通り実際の時間に基づいて行い、その生産台数に基づいて正味稼働効率を算出する。この正味稼働効率の算出に際しての稼働時間は、実際の稼働時間ではなく、サイクルタイムを元に生産ＥＭＳサーバ１４０にて算出する。

サイクルタイムは、所定単位の台数の製品を生産するのに要する時間である。所定単位の生産台数は、上記の通り、製品に応じて異なるが、１台毎のカウントとするのが通常である。サイクルタイムは、製造ライン１００、１０１の設計上の工程能力に基づいて計算される。そして、後述する製造ライン１００，１０１の改善により実際のサイクルタイムが短くなれば、実情に応じてサイクルタイムを変更する。

実際の稼働時間は、生産ラインがフル生産の場合は６０分全て生産に用いられており、生産ラインが止まっていれば、ラインの稼働時間は０分である。それに対し、正味稼働時間は、生産個数Ｎと各製品のサイクルタイムＴから算出される。
正味稼働時間Ｍ＝生産個数Ｎ×サイクルタイムＴ
正味稼働時間を計算する上での生産個数Ｎは、生産する製品により異なるが、通常は５０乃至１００個程度である。何故なら、生産個数が少なすぎては、製品毎のバラツキの影響が大きくなり、逆に生産個数が多すぎては、エネルギー量の変化をきめ細かく把握するのが困難となるからである。

例えば、製造ライン１００、１０１のサイクルタイムが２秒で、毎分３０個生産するとし、９時０分から９時５分までの５分間に１５０個生産した場合には、正味稼働時間と実際の生産時間とが一致する。しかし、９時０分から５分までに１２０個の生産であれば、
正味稼働時間Ｍ＝１２０個×サイクルタイム２秒＝２４０秒＝４分
となり、正味稼働時間は、実際の稼働時間の５分でなく、計算により求められた４分である。そして、正味稼働時間の１時間は、この５分毎の正味稼働時間を１２回足し合わせて計算する。

このように、実際の稼働時間ではなく、サイクルタイムを用いて計算した正味稼働時間を用いることで、製造ライン１００、１０１の稼働効率をより正確に判断することができる。即ち、単純に製造ライン１００、１０１が稼働している時間ではなく、所定の生産を行うべく機能している時間を稼働時間として計算できる。

製造ライン１００、１０１の生産性が向上して、計算上の所定時間（５分）が実際の所定時間（５分）を上回るようになれば、サイクルタイムを修正すればよい。このようにすることで、製造ライン１００、１０１間の生産性の比較がより正確となる。製造ライン１００、１０１はその生産する製品の種類に応じて、生産台数や必要エネルギー量が大きく異なるため、効率性を単純に比較することは困難であるが、稼働時間を正味稼働時間として揃えることで、効率性の比較も可能となる。

この生産ＥＭＳサーバ１４０で計算して出力するグラフの例を以下に説明する。図３に示すように、生産量のデータがＬＡＮ１３１を介して入力し、時刻記録器１４５の時刻と共にメモリ１４８に記録される。また、生産ＥＭＳサーバ１４０では、エネルギー測定センサからの所定パルスが通信ユニット１３０からＬＡＮ１３１を介して入力し、これも時刻記録器１４５の時刻と共にメモリ１４８に記録される。

そして、生産ＥＭＳサーバ１４０は、生産数ＮとサイクルタイムＴより正味稼働時間Ｍを正味稼働時間算出手段１４７で算出する。そして、この正味稼働時間に基づき、所定時間当たりの正味稼働効率が正味稼働効率算出手段１４９で計算される。この所定時間は、生産される製品の種類、特に、大量生産製品か少量生産製品かにより異なる。ただ、多くの製品を比較対象とする場合には、所定時間を１時間とする方が分かりやすい。

また、生産ＥＭＳサーバ１４０では、メモリ１４８より所定の時刻に消費したエネルギーを呼び出して、エネルギー算出手段１４６により、各種エネルギー毎のエネルギーやそれらの合計エネルギーを計算する。

図４は、工場１全体の電気の使用量推移を示したもので、横軸は２０１９年５月８日（水曜日）０７時から１６日（木曜日）０５時までの時刻を示している。縦軸の折れ線グラフは各時刻におけるエネルギー量を示しており、右側の目盛りに単位を示しているように、０から１５ｋＷｈである。５月１１日（土曜日）と１２日（日曜日）は生産が無いので、エネルギー使用量は０となっている。月曜日から金曜日でも、昼や夕方の休憩時間は生産が無く、また、生産ラインで生産する製品を変更する場合にも、一時的に生産ラインは停止するので、生産量は少なくなる。

縦軸の棒グラフは、正味稼働時間を示し、左側の目盛りに単位を分で示している。正味加工時間は、サイクルタイムを用いて算出されるが、表に示すことで、所定個数の製品を製造する為に、一時間の内どれ位の時間生産ラインが稼働しているのかを示すことができる。

図４は、各時刻のエネルギーを示しているので、確認したい時刻を指定すれば、その時間のエネルギー量を表示することができる。例えば、２０１９年５月１０日の２２時での電気使用量は８ｋＷｈである。上述の通り、本例では時間の所定単位を５分としており、より詳細なデータの表示も可能であるが、製造ライン１００、１０１の消費エネルギーの概要を知る上では、１時間程度のスパンが望ましい。このエネルギー量の算出は、生産ＥＭＳサーバ１４０のエネルギー算出手段１４６により行われる。

そして、上記で得られた正味稼働時間Ｍを対比する所定時間と対比することで、正味稼働効率を計算する。上述の通り、所定時間は製品に応じて変えることが可能であるが、１時間とした方が、感覚的に分かりやすい。そこで、正味稼働時間が６０分の場合、正味稼働効率は１００％となり、正味稼働時間が５５分であれば、正味稼働効率は９１．７％である。

ただ、本例ではこの正味可動効率は単位として分を用い、１時間の内６０分全て生産に当てられた状態が１００％効率であるとしている。このように、最大正味稼働効率の単位として６０分を用いれば、正味稼働効率と正味稼働時間とは等しくなる。従って、本例のように正味稼働効率として単位に分を用い、その所定時間を正味稼働時間の所定時間（本例では６０分）と一致させれば、正味稼働時間を計算することにより、同時に、正味稼働効率も算出できることになる。

ここで、正味可動効率の単位を６０分としたのは、実際の生産状態への整合性がとり易いからである。即ち、製造ライン１００、１０１の生産性が向上して、正味稼働時間が６０分（実際には、５分の１２倍）より長くなれば、サイクルタイムを見直して正味稼働時間を６０分にすることが可能である。

そして、製造ライン１００、１０１やエネルギーの種類に拘らず横軸を０〜６０分に揃えることで、各生産ラインや各設備でのエネルギー効率を統一して示すことができ、改善につなげることができる。

図５の点は、図４の正味可動時間とエネルギー量を夫々横軸、縦軸にしてプロットしたものである。図５の各グラフは図４の日にちに対応しているので、５月１１日と１２日は、正味可動時間は０分であり、エネルギー量も０となっている。

図５には、０点と１００％可動時（正味稼働効率６０分）のエネルギー量とを結ぶ基準線２００が引かれている。図５ではエネルギー量を１０ｋＷｈとした点を最大効率点としている。この最大効率点のエネルギー量の求め方は、各ラインや各設備により異なるが、初期の設定としては、ライン設計時のフル生産に対応するエネルギー量とし、生産ラインでの改善が進めば、最も効率よく生産できている時のエネルギー量として算出する。この生産ラインの改善に関しては、後述する。

図４は、工場全体での電気エネルギー量を示したが、図６に示すように、各設備毎の電気エネルギー量に分割することもできる。図６の横軸はある月の３日の０７時から４日の０６時までの２４時間である。縦軸の棒グラフは第１設備から第７設備までの７つに分解できる。目盛りは左側で、０から２０ｋＷｈで示している。図６の折れ線グラフは１時間当たりの生産台数で、目盛りは右軸である。

そして、図７に示すように、任意の設備を選んで、その設備の使用エネルギー量を取り出すことも出来る。図７は図６の第４設備の電気使用エネルギー量を示している。折れ線グラフは生産台数で、図６と同じである。

従って、図５に示す正味可動効率のプロットも、工場全体としての可動効率のみでなく、各設備の稼働効率に分けて示すことも可能である。また、以上の説明は、エネルギーとして電気エネルギーを用いて行ったが、上述の通り、エア、ガス等他のエネルギーを用いても、同様に正味稼働効率をプロットすることができる。

そして、各設備毎の正味稼働効率をグラフにプロットすると、設備が効率よく用いられているのか否かが、直感的に視覚できる。図８は、製品の加工に用いるプレスのメインモータの消費電力と加工時間から、正味可動効率をプロットしたものである。図８の加工時間は正味稼働時間に対応し、サイクルタイムと生産台数によって算出される。

図８において、１月１３日と１４日は、プロット点が基準線より上方にぶれている。その原因を調べたところ、生産停止時にはメインモータを停止させていたが、生産する製品を交換する為に、一時的に生産ラインを停止させる場合には、メインモータの電源が入ったままであることが確認できた。そこで、一時的に生産ラインを停止する場合にもメインモータの電源を切るようにしたところ、１月１８日以降正味可動効率を基準線２００に近づけることができた。

図９はヘリウムガスを用いる漏れ検査装置３００を示す。検査を行うチャンバー３０１内に検査対象製品（例えば熱交換器）３０２を配置し、チャンバー３０１を真空ポンプ３０３で減圧して、対象製品３０２内部に封入されたヘリウムガスが検出器３０４で検出されなければ漏れがないことが確認できる。

２０１７年６月２６日及び２７日の正味可動効率を調べたところ、図１０に示すように、基準線から大きく上方にずれていた。そこで、原因を調べたところ、漏れ検査装置３００では、真空ポンプ３０３と検出器３０４との電力制御が同一の制御であることが分かった。検出器３０４は、一旦停止させると、再度使用開始するときに調整のための校正運転が必要となり、測定条件を定めるのに時間がかかり、生産を停止している際にも検出器３０４は停止させない方が全体としてのエネルギー効率は良くなる。一方、真空ポンプ３０３は、短時間でも停止させた方が、エネルギー効率が良い。

生産ラインでの改善として、真空ポンプ３０３と検出器３０４との制御を別々に行い、真空ポンプ３０３は、短時間の生産ライン停止であっても、電源を切ることとした。その結果、図１０の２０１８年１１月５日と６日の正味可動効率で示すように、生産台数が０に近い状態でのエネルギー量を低減することができている。

尚、図１０では、横軸を加工時間（分）と記載しているが、図８の加工時間と同様、サイクルタイムと生産台数とで算出される時間である。したがって、最大正味稼働効率の単位は６０分であり、図５の正味可動効率と同じ意味合いである。

図１１は、製品を封止するのに用いられるエポキシ樹脂を加熱して硬化させる炉の電力を示す。横軸は２０１７年５月１５日０７時から１６日０６時までの時間を示し、折れ線グラフは、８台ある炉３７１〜３７８の各電気使用量を示している。図６では棒グラフに縦方向に重ねて各設備の電気使用量を示したが、図１１は、折れ線グラフとして各炉の各時間での使用電気エネルギー量を目視できるようにしている。

図１１から、第７の炉３７７の電気使用量が最大になるときには、２０ｋＷｈ近くになっていることが分かる。これは、第１乃至第６の炉３７１〜３７６の最大使用電気量が１５ｋＷｈであることに対して、突出している。その為、第７の炉３７７に何らかの不具合が生じていることが発見でき、第７の炉３７７の点検、保全につなげることができる。尚、図１１で第８の炉３７８の電気使用量は０であるが、これは、停止していたためであり、不具合は無い。

図１１や図６では、正味稼働時間や正味稼働効率にグラフを纏めていないが、生産ＥＭＳサーバ１４０は図１１や図６に示すデータを基に、正味稼働時間や正味稼働効率を軸に記載したグラフに書き換えている。

図１２は、図１１と同じ炉を、時間を離して対比させたものである。一方の表示３８０は、２０１７年５月１５日の０７時から翌日０６時までの各時刻のエネルギー量及びその積算量を示し、他方の表示３８１は、２０１６年８月２３日の一日の各時刻のエネルギー量とその積算エネルギー量を示す。これも、ＥＭＳサーバにより、この図に示すデータを基に、正味稼働時間や正味稼働効率を軸に記載したグラフに書き換える。そして、異なる時刻を対比することで、期間比較による経年変化を確認することができる。

以上は、電気使用量での正味稼働効率を説明したが、他のエネルギーに関しても同様に適用することができる。図１３は洗浄機に用いる水の使用を示すが、表面処理の一種であるボンデ処理を行うボンデ装置３８１、洗浄機３８２、排水の中継槽３８３に夫々流量計を取付けて、各装置での水の使用量を計測する。図１３の例では、水の使用量が多いのはボンデ装置３８１と洗浄機３８２である。排水の中継槽３８３にはすべての排水が流入するので、中継槽３８３の水の使用量から、ボンデ装置３８１及び洗浄機３８２の水の使用量を差し引けば、その他の水の使用量が測定できる。

生産ＥＭＳサーバ１４０で、サイクルタイムと生産台数から正味可動効率を測定することで、給水量低減の改善につなげることができる。この図１２の設備では、まず、全体としての給水量を１７．５リットル／分から１０リットル／分に低減して、水温度を高めるために使用する蒸気の量を低減している。また、生産ラインの運転待機時に自動的に給水を停止することによって、給排水量を減らすと共に、昇温の為の蒸気使用量の低減を図っている。蒸気に付いても、各設備に計測器を配置することにより、設備からの蒸気漏れを早期に発見することができる。

１・・・工場、１００・・・生産ライン、１０２・・・生産設備、１３０・・・通信ユニット、１４０・・・ＥＭＳサーバ、１５１・・・エア量計測器、１５３・・・ガス量計測器、１５５・・・蒸気量計測器、Ｗｈ・・・電力計測器

Claims (7)

1. 電力、ガス、水、蒸気、エア、窒素、ヘリウムの中の１つ以上をエネルギーとして製品の生産を行う工場のエネルギー管理装置であって、
   前記製品の生産には、材料の搬入工程、加熱工程、加工工程、運搬工程、検査工程、出荷工程の少なくともいずれかの工程を含み、
   前記いずれかの工程において、生産される製品の個数を集計する個数集計カウンターと、
   前記いずれかの工程における前記エネルギーを夫々測定するエネルギー測定センサと、
   前記いずれかの工程における、前記生産される製品の生産及び前記エネルギーの消費に係る時刻を記録する時刻記録器と、
   前記製品の生産に掛かる想定時間であるサイクルタイムを用い、前記個数集計カウンターでの集計個数及び前記時刻記録器の記録時刻に基づき、生産個数とサイクルタイムより所定生産台数に掛かる時間を示す正味稼働時間を算出する正味稼働時間算出手段と、
   前記時刻記録器での記録時刻及び前記エネルギー測定センサでの測定エネルギーに基づき、前記生産される製品の生産に用いられる所定時刻のエネルギー量を各種エネルギー毎のエネルギーやそれらの合計エネルギーで算出するエネルギー算出手段と、
   前記正味稼働時間算出手段で算出された正味稼働時間に基づき、所定時間当たりの正味稼働時間を現す正味稼働効率を算出する正味稼働効率算出手段と、
   一方の軸を前記正味稼働効率算出手段で算出された正味稼働効率とし、他方の軸を前記エネルギー算出手段で算出されたエネルギー量として、前記時刻記録器で記録された時刻に基づいて所定時刻の正味稼働効率とエネルギー量とをプロットする表示演算手段と、
   この表示演算手段からの出力を表示するディスプレイとを備え、
   前記表示演算手段は、正味稼働効率が０でエネルギー量が０の点を始点とし、前記サイクルタイムで生産された時の目標エネルギー量を示す点を終点とした基準線と共に、前記正味稼働効率とエネルギー量とのプロット点を示し、
   前記表示演算手段は、プロットされるエネルギー量を、前記エネルギー測定センサで測定した複数のエネルギーの全体を表示する表示と、前記エネルギー測定センサで測定した複数のエネルギーのうち少なくとも１以上のエネルギーのみを表示する表示との双方の表示を行う工場のエネルギー管理装置。
2. 前記正味稼働時間算出手段で算出された時間の単位と、前記正味稼働効率算出手段での所定時間の単位とを同一とすることにより、前記正味稼働時間算出手段と前記正味稼働効率算出手段とを同一の手段で行う請求項１記載の工場のエネルギー管理装置。
3. 前記製品の生産は、材料の搬入工程、加熱工程、加工工程、運搬工程、検査工程、出荷工程の少なくとも２以上の工程を含み、
   前記表示演算手段は、全ての工程におけるエネルギー量を前記ディスプレイに示す表示と、いずれか一以上の工程におけるエネルギー量とを前記ディスプレイに示す表示との双方の表示を行う請求項１若しくは請求項２に記載の工場のエネルギー管理装置。
4. 前記製品の生産は、複数の生産設備でなされ、
   前記表示演算手段は、全ての生産設備におけるエネルギー量を前記ディスプレイに示す表示と、いずれか一以上の生産設備におけるエネルギー量とを前記ディスプレイに示す表示との双方の表示を行う請求項１乃至請求項３の何れかに記載の工場のエネルギー管理装置。
5. 前記表示演算手段は、前記時刻記録器で記録した第１の時期の生産ラインにおけるエネルギー量を前記ディスプレイに示す表示と、前記時刻記録器で記録した第２の時期の生産ラインにおけるエネルギー量とを前記ディスプレイに示す表示との双方の表示を行う請求項１乃至請求項４の何れかに記載の工場のエネルギー管理装置。
6. 前記表示演算手段における最大正味稼働効率の前記目標エネルギー量は、工場の生産ライン設計時の設計上の目標エネルギー量であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の工場のエネルギー管理装置。
7. 前記表示演算手段における最大稼働効率の前記目標エネルギー量は、以前に測定された最小のエネルギー量であることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の工場のエネルギー管理装置。

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