JP7000738B2 - 品質監視システム及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、品質監視システム及びプログラムに関する。

連続鋳造プロセスにおける過渡的オペレーションをオンラインで監視するシステムが知られている（例えば特許文献１参照）。
特許文献１ 米国特許第６８８５９０７号明細書

バッチプロセスにおいて、各バッチの処理時間は、気温等の外部条件によって変動し得る。また、各バッチの状態量の測定は、バッチの開始タイミング近傍の測定データが欠損することを防ぐために、実際のプロセスの開始タイミングより前に開始される場合がある。また、プロセス変数の値には計測ノイズ等の影響が含まれ得る。そのため、プロセス変数の値に基づいて製品の品質を判定する場合に、品質の誤判定が生じ易いという課題があった。

第１の態様において、品質監視システムが提供される。品質監視システムは、バッチプロセスで製造された複数の製品のそれぞれの品質を示す情報と、バッチプロセスにおけるプロセス変数の値とを取得する実績情報取得部を備える。品質監視システムは、プロセス変数の値と第１の閾値との比較結果に基づいて、バッチプロセスにおける複数のバッチのそれぞれの開始タイミングを決定する開始タイミング決定部を備えてよい。品質監視システムは、複数のバッチのそれぞれについて、開始タイミングから始まるバッチ処理期間内のプロセス変数の値に基づき、複数の製品のそれぞれの品質を判定する品質判定部を備えてよい。品質監視システムは、品質判定部により判定された複数の製品のそれぞれの品質と、実績情報取得部が取得した複数の製品のそれぞれの品質との一致度が予め定められた値を超えるように、開始タイミングを決定するために用いるプロセス変数及び第１の閾値を決定する開始タイミング情報決定部を備えてよい。

品質判定部は、複数のバッチのそれぞれについて、開始タイミングから始まるバッチ処理期間内のプロセス変数の値に基づいて算出された品質判定指標と第２の閾値との比較結果に基づいて、複数の製品のそれぞれの品質を判定してよい。

品質監視システムは、品質判定指標と第２の閾値との比較結果に基づいて、製品の品質異常を判定してよい。品質監視システムは、記実績情報取得部が取得した品質を示す情報と品質判定部の判定結果とに基づいて、品質判定部による品質異常のある製品の検出漏れ率及び誤検出率の少なくとも一方が、予め定められた値より低くなるように、第２の閾値を決定する品質判定閾値決定部を備えてよい。

品質判定閾値決定部は、品質判定部により判定された複数の製品のそれぞれの品質と、実績情報取得部が取得した複数の製品のそれぞれの品質との一致度が予め定められた値を超えるように、第２の閾値を決定してよい。

第２の態様において、品質監視システムは、バッチプロセスで製造された複数の製品のそれぞれの品質を示す情報と、バッチプロセスにおけるプロセス変数の値とを取得する実績情報取得部を備えてよい。品質監視システムは、バッチプロセスにおける複数のバッチのそれぞれについて、バッチ処理期間内のプロセス変数の値に基づいて算出された品質判定指標と閾値との比較結果に基づいて、複数の製品の品質異常を判定する品質判定部を備えてよい。品質監視システムは、実績情報取得部が取得した品質を示す情報と品質判定部の判定結果とに基づいて、品質判定部による品質異常のある製品の検出漏れ率及び誤検出率の少なくとも一方が予め定められた値より低くなるように、閾値を決定する品質判定閾値決定部を備えてよい。

第３の態様において、品質監視システムは、バッチプロセスで製造された複数の製品のそれぞれの品質を示す情報と、バッチプロセスにおけるプロセス変数の値とを取得する実績情報取得部を備えてよい。品質監視システムは、プロセス変数の値と第１の閾値との比較結果に基づいて、バッチプロセスにおける複数のバッチのそれぞれの開始タイミングを決定する開始タイミング決定部を備えてよい。品質監視システムは、複数のバッチのそれぞれについて、開始タイミングから始まる処理時間内のプロセス変数の値に基づいて算出された品質判定指標と第２の閾値との比較結果に基づいて、複数の製品の品質異常を判定する品質判定部を備えてよい。品質監視システムは、実績情報取得部が取得した品質を示す情報と品質判定部の判定結果とに基づいて、品質判定部による品質異常のある製品の検出漏れ率及び誤検出率の少なくとも一方が予め定められた値より低くなるように、開始タイミングを決定するために用いるプロセス変数及び第１の閾値、並びに、第２の閾値とを決定する決定部を備えてよい。

第４の態様において、プログラムが提供される。プログラムは、コンピュータを、上述した品質監視システムとして機能させる。

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

一実施形態におけるプロセス監視システム１００の機器構成の一例を示す。 監視対象２０において測定されるデータの一例を示す。 プロセス運転データベース３０に格納される各バッチにおけるプロセス変数データを模式的に示す。 品質判定指標の算出期間の開始タイミングを決定する処理を模式的に示す。 品質監視システム１０の機能構成を概略的に示す。 品質データベース４０に格納されている実績情報の一例を示す。 品質判定結果を評価する一例を示すテーブルである。 製品の正常・異常判定における混同行列を示す。 品質判定閾値を変化させることによる品質判定結果の変化を示す表である。 品質判定閾値の変化により得られる効果を示す。 開始タイミング決定用閾値を変化させることによる品質判定結果の変化を示す表である。 開始タイミング決定用閾値の変化により得られる効果を示す。 開始タイミング決定用閾値及び品質判定閾値の組み合わせに対する品質判定結果を示す表である。 開始タイミング決定用閾値及び品質判定閾値を変化することにより得られる効果を示す。 品質監視システム１０により実行される処理に関するフローチャートを示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、一実施形態におけるプロセス監視システム１００の機器構成の一例を示す。プロセス監視システム１００は、品質監視システム１０と、監視対象２０と、プロセス運転データベース３０と、品質データベース４０とを備える。品質監視システム１０、監視対象２０、プロセス運転データベース３０、品質データベース４０は、ネットワーク９０を通じて接続され、ネットワーク９０を通じてデータをやり取りする。

監視対象２０は、監視対象となるバッチプロセスにより処理を行う機器やプラントと、機器やプラントを制御する制御装置等を含む。バッチプロセスとは、石油化学プラントのフィルム製造プロセスや、製鉄プラントにおける吹錬プロセス等のように、原料や中間製品を一定量の製造単位に分割して、製造単位毎に処理を行い、時間的に同じ設備を繰り返し使うことでこの製造単位処理を繰り返し行うプロセスをいう。

プロセス運転データベース３０は、監視対象２０における測定データや操作量等のプロセス変数のデータを、バッチ番号に対応づけて格納する。品質監視システム１０は、プロセス運転データベース３０に格納されたデータを取得して、製品の品質の判定結果である品質判定結果を出力する。例えば、品質監視システム１０は、プロセス変数に対して多変量解析を行って、製品の正常異常を判定するための品質判定指標を算出して、製品の品質の異常を判定するための品質判定用閾値と品質判定指標との比較結果に基づいて、品質の異常を判定する。品質判定指標は、バッチプロセスで製造中の製品の異常度合いを表す指標として用いられ得る。品質監視システム１０による品質判定結果は、製品の製品異常の最終判定を行う際に用いられ得る。

品質監視システム１０は、過去のバッチプロセスにおいて得られたデータを考慮して、製品の正常異常の判定を行う。品質データベース４０は、監視対象２０において過去に製造された製品の品質を示す情報を格納する。例えば、品質データベース４０は、品質が正常と判定された製品のバッチ番号と、品質が異常と判定された製品のバッチ番号を格納する。品質監視システム１０は、プロセス運転データベース３０及び品質データベース４０に格納されたデータを用いて、望ましい誤検出率や検出漏れ率が得られるように、品質判定閾値をオフラインで決定する。また、品質監視システム１０は、品質判定指標を算出する期間を決定するための情報を決定する。品質判定指標を算出する期間について、図２から図４に関連して説明する。

図２は、監視対象２０において測定されるデータの一例を示す。監視対象２０において、バッチプロセスにおける状態量として、圧力や温度等が測定される。測定されたデータは、プロセス変数としてプロセス運転データベース３０に格納される。各バッチの開始タイミング及び終了タイミングは、監視対象２０内の制御装置により決定される。各バッチの開始タイミングや終了タイミングに基づいて、原材料の投入や製品の取り出し等が行われる。

図３は、プロセス運転データベース３０に格納される複数のバッチにおけるプロセス変数の時系列データを模式的に示す。図３に示されるように、実際のプロセスにおいては、製品の品種や気温、湿度等の外部条件により、複数のバッチの間で、１バッチの処理時間が変動する。また、開始点付近のデータ欠損を防ぐため、プロセスの開始より前に計測を開始する場合がある。そのため、複数のバッチの間において、実際のバッチ処理の開始タイミングにズレが生じる場合がある。したがって、監視対象２０により決定された開始タイミングから終了タイミングまでの全期間のプロセス変数の値を用いて品質判定指標を算出すると、製品の品質判定において誤判定が生じ易い場合がある。

図４は、品質判定指標の算出期間の開始タイミングを決定する処理を模式的に示す。図４は、プロセス変数の一例として温度及び圧力の時間変化を示す。製造プロセスにおいては、製品を製造するために温度や圧力を変化させたり、製品の製造過程で温度や圧力の変化が生じたりする場合がある。このような場合、温度や圧力の変化を用いて、各バッチにおける実質的な処理の開始タイミングを判定することができる可能性がある。

例えば、図４（ａ）は、時刻ｔ０からの１つのバッチにおける温度の時間変化を示す。時刻ｔ０は、１バッチ全体の開始タイミングであり、時刻ｔ０からの測定データがバッチデータとして取得される。ここで、温度に対する開始タイミング決定用閾値Ｔを設定すると、実質的に温度が上昇した時刻ｔ_Ｔを、実質的な処理が開始したタイミングとみなすことができる。

同様に、図４（ｂ）は、時刻ｔ０からの１つのバッチにおける圧力の時間変化を示す。圧力に対する開始タイミング決定用閾値Ｐを設定すると、実質的に圧力が上昇した時刻ｔ_ｐを、実質的な処理が開始したタイミングとみなすことができる。

そして、品質監視システム１０は、時刻ｔ_Ｔ又は時刻ｔ_ｐを開始タイミングとして、終了タイミングまでの処理時間のプロセス変数から品質判定指標を算出する。これにより、実際に温度や圧力が変化していない期間を実質的に除外して品質判定指標を算出することができる。例えば、時刻ｔ０の直後のデータには、実質的な処理が開始される前の情報が含まれるが、時刻ｔ_Ｔや時刻ｔ_ｐを開始タイミングとして、品質判定指標を算出することで、実質的な処理が開始される前の情報が品質判定指標に与える影響を低減することができる。

このように、品質監視システム１０は、プロセス変数を用いて、バッチデータにおける開始タイミングを決定し、決定した開始タイミングからのプロセス変数に基づき品質判定指標を算出して、品質異常を監視する。これにより、開始タイミングのズレによる誤判定を抑制することが可能となる。

図５は、品質監視システム１０の機能構成を概略的に示す。品質監視システム１０は、開始タイミング調整部３００と、品質判定指標算出部３１０と、品質判定部３２０と、実績情報取得部２８０と、判定情報決定部２７０とを備える。判定情報決定部２７０は、開始タイミング決定部２００と、開始タイミング情報決定部２２０と、品質判定部２１０と、品質判定閾値決定部２３０とを備える。

まず、判定情報決定部２７０の動作について説明する。実績情報取得部２８０は、バッチプロセスで製造された複数の製品のそれぞれの品質を示す情報と、バッチプロセスにおけるプロセス変数の値とを取得する。具体的には、判定情報決定部２７０は、過去に製造された製品のバッチプロセスにおけるプロセス変数の値を、プロセス運転データベース３０から取得する。また、判定情報決定部２７０は、品質データベース４０から、過去に製造された製品の品質を示す情報を取得する。本実施形態の説明において、プロセス運転データベース３０及び品質データベース４０から取得する情報を、実績情報と総称する場合がある。

開始タイミング決定部２００は、プロセス変数の値と開始タイミング決定用閾値との比較結果に基づいて、バッチプロセスにおける複数のバッチのそれぞれの開始タイミングを決定する。開始タイミング決定用閾値は、第１の閾値の一例である。

品質判定部２１０は、複数のバッチのそれぞれについて、開始タイミング決定部２００により決定された開始タイミングから始まるバッチ処理期間内のプロセス変数の値に基づき、複数の製品のそれぞれの品質を判定する。開始タイミング情報決定部２２０は、品質判定部２１０により判定された複数の製品のそれぞれの品質と、実績情報取得部２８０が取得した複数の製品のそれぞれの品質との一致度が予め定められた値を超えるように、開始タイミングを決定するために用いるプロセス変数及び開始タイミング決定用閾値を決定する。開始タイミングを決定するために用いるプロセス変数を、開始タイミング決定用変数と呼ぶ場合がある。

品質判定部２１０は、バッチプロセスにおける複数のバッチのそれぞれについて、バッチ処理期間内のプロセス変数の値に基づいて算出された品質判定指標と閾値との比較結果に基づいて、複数の製品の品質異常を判定する。具体的には、品質判定部２１０は、複数のバッチのそれぞれについて、開始タイミング情報決定部２２０が決定した開始タイミングから始まるバッチ処理期間内のプロセス変数の値に基づいて算出された品質判定指標と品質判定閾値との比較結果に基づいて、複数の製品のそれぞれの品質を判定する。品質判定閾値は、第２の閾値の一例である。

品質判定指標は、統計量であってよい。品質判定部２１０は、重回帰分析（ＭＬＲ）や主成分分析（ＰＣＡ）や部分的最小二乗法（ＰＬＳ）などの多変量解析手法によって構築された品質モデルを用いて、品質異常指標を算出してよい。品質監視システム１０において多変量統計的プロセス管理に基づく品質監視を行う場合、Ｑ統計量やＴ２統計量等を品質判定指標として適用できる。マハラノビス・タグチメソッドに基づく品質監視を行う場合、マハラノビス距離を品質判定指標として適用できる。

品質判定部２１０は、品質判定指標と品質判定閾値との比較結果に基づいて、製品の品質異常を判定する。品質判定閾値は、品質判定指標が管理限界を超えているか否か判定するための閾値であってよい。

品質判定閾値決定部２３０は、実績情報取得部２８０が取得した品質を示す情報と品質判定部２１０の判定結果とに基づいて、品質判定部２１０による品質異常のある製品の検出漏れ率及び誤検出率の少なくとも一方が、予め定められた値より低くなるように、品質判定閾値を決定する。また、品質判定閾値決定部２３０は、品質判定部２１０により判定された複数の製品のそれぞれの品質と、実績情報取得部２８０が取得した複数の製品のそれぞれの品質との一致度が予め定められた値を超えるように、品質判定閾値を決定してもよい。

なお、開始タイミング情報決定部２２０及び品質判定閾値決定部２３０は、実績情報取得部２８０が取得した品質を示す情報と品質判定部２１０の判定結果とに基づいて、品質判定部２１０による品質異常のある製品の検出漏れ率及び誤検出率の少なくとも一方が予め定められた値より低くなるように、開始タイミングを決定するために用いるプロセス変数及び開始タイミング決定用閾値、並びに、品質判定閾値とを決定する決定部として機能し得る。

開始タイミング情報決定部２２０によって決定された開始タイミング決定用閾値及び開始タイミング決定用変数は、それぞれ開始タイミング決定用閾値３３０及び開始タイミング判定用変数３４０に設定される。また、品質判定閾値決定部２３０によって決定された品質判定閾値は、品質判定閾値３５０に設定される。開始タイミング決定用閾値３３０、開始タイミング判定用変数３４０及び品質判定閾値３５０は、不揮発性メモリに記憶されてよい。

判定情報決定部２７０の処理は、オフラインにより行われる決定される。オンラインにおける製品の異常判定は、開始タイミング調整部３００、品質判定指標算出部３１０及び品質判定部３２０の機能ブロックにより行われる。

開始タイミング調整部３００、品質判定指標算出部３１０及び品質判定部３２０は、監視対象２０における品質監視を行うための機能ブロックである。開始タイミング調整部３００は、開始対象の製品を製造するバッチプロセスにおいて得られたプロセス変数を、プロセス運転データベース３０から取得する。開始タイミング調整部３００は、品質判定指標を算出するための時系列データを生成して、品質判定指標算出部３１０に提供する。

具体的には、開始タイミング調整部３００は、プロセス運転データベース３０から取得したプロセス変数の時系列データから開始タイミング判定用変数３４０の時系列データを抽出する。そして、開始タイミング調整部３００は、抽出した時系列データと、開始タイミング決定用閾値３３０とに基づいて開始タイミングを決定する。開始タイミング調整部３００は、プロセス運転データベース３０から取得したプロセス変数の時系列データから、決定した開始タイミング以降のデータを切り出して品質判定指標算出部３１０に提供する。開始タイミング調整部３００は、開始タイミング決定用変数が開始位置判定しきい値を超えたタイミングを開始タイミングとして、他のプロセス変数も同様にデータを切り出す。これにより、他の製品のバッチとの間で、開始タイミングを実質的に揃えることができる。

開始タイミング調整部３００によれば、開始タイミング決定用変数をどの変数とするか、及び、開始位置判定しきい値をどの値にするか、という２つのパラメータを用いて開始タイミングを判定して、プロセス変数の時系列データを調整することができる。上述したように、２つのパラメータは、開始タイミング情報決定部２２０によりオフラインで決定されている。

品質判定指標算出部３１０は、品質判定指標算出部３１０から提供されたプロセス変数の時系列データに基づいて、品質判定指標を算出する。品質判定指標は、Ｑ統計量、Ｔ２統計量、マハラノビス距離等であってよい。

品質判定部３２０は、品質判定指標算出部３１０により算出された品質判定指標と、品質判定閾値３５０との比較結果に基づいて、製品の品質を判定する。例えば、品質判定部３２０は、品質判定指標算出部３１０が品質判定閾値３５０以上である場合に、製品の品質が異常であると判定してよい。なお、品質判定指標算出部３１０及び品質判定部３２０の機能ブロックにより行われる品質判定処理は、品質判定部２１０により行われる品質判定処理と同じであってよい。

品質監視システム１０は、プロセッサ、メモリを含むコンピュータによって実現されてよい。プログラムは、コンピュータを品質監視システム１０として機能させてよい。例えば、プロセッサがプログラムに従ってコンピュータの各部を制御することにより、品質監視システム１０が備える各部の機能が実現されてよい。

図６は、品質データベース４０に格納されている実績情報の一例を示す。品質データベース４０は、バッチ番号に対応づけて品質判定結果を格納する。バッチ番号は、製品を製造したバッチを特定する情報である。バッチ番号は、各製品に１つ割り振られる。図６に示す品質判定結果は、最終的に確定した判定結果である。例えば、図６の品質判定結果は、製造された製品の性能検査を行うことによって確定された判定結果であってよい。

なお、本実施形態において、「○」は、製品が正常と判定されたことを示し、「×」は、製品が異常と判定されたことを示す。また、本実施形態において、最終的に正常と判定された製品のことを「正常品質の製品」と呼び、最終的に異常と判定された製品のことを「異常品質の製品」と呼ぶ場合がある。

図７は、品質判定結果を評価する一例を示す。図７において、紙面に向かって左側領域は、正常品質の製品のバッチデータに基づく品質判定指標をプロットしたものである。紙面に向かって右側領域は、異常品質の製品のバッチデータに基づく品質判定指標をプロットしたものである。

品質監視システム１０において、品質判定部３２０は、品質判定閾値未満の品質判定指標が得られた製品を正常と判定する。また、品質判定部３２０は、品質判定閾値以上の品質判定指標が得られた製品を異常と判定する。したがって、領域７００ｂに属する製品は、正常品質の製品が異常と判定されることを示す。すなわち、正常品質の製品が異常品質の製品として誤検出されることを示す。また、領域７００ｃに属する製品は、異常品質であるにもかかわらず正常と判定されることを示す。すなわち、異常品質の製品の検出漏れを示す。

図８は、製品の正常・異常判定における混同行列を示す。ａは、正常品質の製品のうち、品質判定指標に基づいて正常と判定された製品の数を示す。ｂは、正常品質の製品のうち、品質判定指標に基づいて異常と判定された製品の数を示す。ｃは、異常品質の製品のうち、品質判定指標に基づいて正常と判定された製品の数を示す。ｄは、異常品質の製品のうち、品質判定指標に基づいて異常と判定された製品の数を示す。

誤検出率は、正常品質の製品数に対する、品質判定指標に基づいて異常と判定された製品数の比を示す。誤検出率は、ａ／（ａ＋ｂ）により算出される。検出漏れ率は、異常品質の製品数に対する、品質判定指標に基づいて異常でないと判定された製品数の比率を示す。検出漏れ率は、ｃ／（ｃ＋ｄ）により算出される。品質監視システム１０において、品質判定閾値決定部２３０は、検出漏れ率及び誤検出率がともに予め定められた値より小さくなるように品質判定閾値を調整する。これにより、検出精度を向上させることができる。

なお、製品によっては、検出漏れ率及び誤検出率の一方を小さくすることが望まれる場合もある。例えば、品質異常が重大な結果を生むような製品については、検出漏れ率を小さくすることが望まれる場合がある。したがって、このような製品については、誤検出率が高くなることを許容し、検出漏れ率のみが予め定められた値より小さくなるように、品質判定閾値を調整してよい。

図９は、異なる品質判定閾値に対する品質判定結果を示す表である。図１０は、品質判定閾値を変化させることにより得られる効果を示す。

本実施形態においては、品質判定閾値未満の品質判定指標が得られた製品が、正常と判定されるものとする。したがって、図９及び図１０に示されるように、品質判定閾値を大きくすると、正常と判定され易くなる。一方、品質判定閾値を小さくすると異常と判定され易くなる。

よって、図１０に示されるように、品質判定閾値を大きくするほど、正常と判定される製品数が増え、異常と判定される製品数が減少する。品質判定閾値を小さくするほど、正常と判定される製品数が減少し、異常と判定される製品数が増加する。したがって、品質判定閾値を大きくすると、誤検出率が低下し、検出漏れ率が上昇する。反対に、品質判定閾値を小さくすると、誤検出率が上昇し、検出漏れ率が低下する。誤検出率と検出漏れ率との間にはトレードオフの関係がある。しかし、品質判定閾値決定部２３０により、誤検出率及び検出漏れ率が予め定められた値に最も近くなるように品質判定閾値を決定することで、オンラインにおける異常検出の精度を高めることができる。

図１１は、異なる開始タイミング決定用閾値に対する品質判定結果を示す表である。開始タイミング決定用閾値を変化させることにより、品質判定指標の算出対象となるデータ期間が変化する。そのため、開始タイミング決定用閾値を変化させることにより、品質判定指標算出部３１０により得られる品質判定指標が変化し得る。したがって、品質判定閾値を固定した場合においても、判定結果が変化し得る。

図１２は、開始タイミング決定用閾値の変化により得られる効果を示す。本実施形態においては、分かり易く説明することを目的として、開始タイミング決定用閾値を大きくすると品質判定指標は概して小さくなり、開始タイミング決定用閾値を小さくすると品質判定指標は概して大きくなると仮定する。

図１２に示されるように、開始タイミング決定用閾値を大きくするほど、正常と判定される製品数が増加し、異常と判定される製品数が減少する。反対に、開始タイミング決定用閾値を小さくするほど、正常と判定される製品数が減少し、異常と判定される製品数が増加する。したがって、開始タイミング決定用閾値を大きくすると、誤検出率が低下し、検出漏れ率が上昇する。反対に、開始タイミング決定用閾値を小さくすると、誤検出率が上昇し、検出漏れ率が低下する。開始タイミング情報決定部２２０により、開始タイミング決定用閾値を調整することで、実際に処理が行われた期間のプロセス変数の時系列データから品質判定指標を算出することができる。そのため、実績情報に含まれる品質情報と一致するように開始タイミング決定用閾値を調整することで、異常判定の精度が高まることが期待できる。

図１３は、開始タイミング決定用閾値及び品質判定閾値の組み合わせに対する品質判定結果を示す表である。図１３には、バッチ番号１及びバッチ番号２の製品についての品質判定結果のみ示されている。

図１４は、開始タイミング決定用閾値及び品質判定閾値を変化することにより得られる効果を示す。図１１及び図１２に関連して説明したように、開始タイミング決定用閾値を大きくすると、誤検出率が低下し、検出漏れ率が上昇する。ここで、図１４に示されるように、品質判定閾値を０．０７から０．０６に低下させることで、最終的に得られた品質判定結果と一致させることができる。このように、実績情報に含まれる品質情報と一致するように開始タイミング決定用閾値及び品質判定閾値を調整することで、異常判定の精度が高まることが期待できる。

上述したように、品質判定閾値及び開始タイミング決定用閾値を適切に設定することで、品質判定部３２０による品質判定結果が、品質検査により得られた品質判定閾値の実績値に近づけるように、開始タイミング決定用閾値３３０及び品質判定閾値３５０を設定することができる。具体的には、品質判定閾値決定部２３０は、図９に例示されるように、品質判定閾値を変化させて、品質判定部２１０による品質判定結果を取得する。品質判定閾値決定部２３０は、最終的な品質判定結果の実績値と最も一致する結果が得られた品質判定閾値を、品質判定閾値３５０として設定する。

また、開始タイミング情報決定部２２０は、図１１に例示されるように、開始タイミング決定用閾値を変化させて、品質判定部２１０による品質判定結果を取得する。開始タイミング情報決定部２２０は、最終的な品質判定結果の実績値と最も一致する結果が得られた開始タイミング決定用閾値を、開始タイミング決定用閾値３３０として設定する。

なお、図４等に関連して説明したように、温度や圧力等、複数種類のプロセス変数が存在する場合、複数種類のプロセス変数のそれぞれについて、開始タイミング決定用閾値を変化させて、品質判定部２１０による品質判定結果を取得することができる。そして、開始タイミング情報決定部２２０は、最終的な品質判定結果の実績値と最も一致する結果が得られたプロセス変数及び開始タイミング決定用閾値を、それぞれ開始タイミング決定用閾値３３０及び開始タイミング判定用変数３４０として設定してよい。

また、図１３及び図１４に関連して説明したように、判定情報決定部２７０は、品質判定閾値及び開始タイミング決定用閾値の組み合わせを変化させて、品質判定部２１０による品質判定結果を取得してよい。そして、開始タイミング情報決定部２２０は、最終的な品質判定結果の実績値と最も一致する結果が得られた品質判定閾値及び開始タイミング決定用閾値を、それぞれ品質判定閾値３５０及び開始タイミング判定用変数３４０として設定してよい。

また、判定情報決定部２７０は、品質判定閾値と、開始タイミング決定用変数及び開始タイミング決定用閾値との組み合わせを変化させて、品質判定部２１０による品質判定結果を取得してよい。そして、開始タイミング情報決定部２２０は、最終的な品質判定結果の実績値と最も一致する結果が得られた品質判定閾値、開始タイミング決定用変数及び開始タイミング決定用閾値を、それぞれ品質判定閾値３５０、開始タイミング決定用閾値３３０及び開始タイミング判定用変数３４０として設定してよい。

図１５は、品質監視システム１０による処理に関するフローチャートを示す。図１５は特に、品質判定閾値、開始タイミング決定用変数、及び開始タイミング決定用閾値を決定する処理のフローチャートを示す。

Ｓ９０２において、実績情報取得部２８０は、実績情報として、プロセス運転データベース３０に格納されているプロセスデータと、品質データベース４０に格納されている品質データとを取得する。

Ｓ９０４において、判定情報決定部２７０は、品質判定閾値についてのループを開始する。本ループにおいて、複数の品質判定閾値の中から特定の品質判定閾値を順次選択して、Ｓ９０４とＳ９１６との間の繰り返し処理を行う。

品質判定閾値についてのループにおいて、判定情報決定部２７０は、開始タイミング決定用情報についてのループを開始する。開始タイミング決定用情報は、開始タイミング決定用変数と開始タイミング決定用閾値との複数の組み合わせを含む。各ループにおいて、複数の開始タイミング決定用情報の中から特定の開始タイミング決定用情報を順次選択して、Ｓ９０６とＳ９１４との間の繰り返し処理を行う。

開始タイミング決定用情報についてのループにおいて、品質判定部２１０は、品質判定指標を算出する。具体的には、開始タイミング決定部２００は、実績情報に含まれるプロセス変数の時系列データの中から、選択された開始タイミング決定用変数のデータを抽出して、プロセス変数の値が開始タイミング決定用閾値以上となる開始タイミングを決定する（Ｓ９０８）。そして、品質判定部２１０は、開始タイミング以降のプロセス変数の時系列データを用いて、品質判定指標を算出する（Ｓ９１０）。

Ｓ９１２において、判定情報決定部２７０は、過去の品質判定結果との一致率、誤検出率及び検出漏れ率を算出する。具体的には、開始タイミング情報決定部２２０は、実績情報に含まれる品質データと、Ｓ９１０で算出した品質判定指標と、品質判定閾値とに基づいて、品質データベース４０から取得した過去品質データと品質判定部２１０による品質判定結果との一致率を算出する。また、品質判定閾値決定部２３０は、実績情報に含まれる品質データと、Ｓ９１０で算出した品質判定指標と、品質判定閾値とに基づいて、誤検出率及び検出漏れ率を算出する。

Ｓ９０４とＳ９１６との間のループ処理が終了すると、Ｓ９１８において、開始タイミング決定用閾値３３０、開始タイミング判定用変数３４０及び品質判定閾値３５０として適用する情報を決定する。具体的には、開始タイミング情報決定部２２０及び品質判定閾値決定部２３０は、過去品質データと品質判定部２１０による品質判定結果との一致率として、最も高い値が得られた開始タイミング決定用閾値、開始タイミング決定用変数、及び品質判定閾値を決定して、開始タイミング決定用閾値３３０、開始タイミング判定用変数３４０及び品質判定閾値３５０として設定してよい。また、開始タイミング情報決定部２２０及び品質判定閾値決定部２３０は、予め定められた値より小さい誤検出率及び検出漏れ率が得られた開始タイミング決定用閾値、開始タイミング決定用変数、及び品質判定閾値を決定して、開始タイミング決定用閾値３３０、開始タイミング判定用変数３４０及び品質判定閾値３５０として設定してもよい。

以上に説明した品質監視システム１０によれば、過去の実績情報に基づいて、バッチプロセスにおける製品の品質管理における誤判定を抑制することが可能となる。

なお、プロセス系の製造工程において、例えば石油化学プラントにおける精油プロセスや製鉄プラントにおける製銑プロセスのように、同種類の製品を長時間連続して作り続けているプロセスは、連続プロセスと呼ばれる。連続プロセスを実現するためには大規模な設備投資が必要であることが多く、中小規模のプラントにおいてはバッチプロセスが大部分を占める。このため、上述したバッチプロセスの安定操業により製品の品質を高めることは製造業全体にとって重要な課題でとなっている。したがって、バッチプロセスにおいて異常を早期に検出又は予知し、異常に対して迅速又は異常発生前に異常回避の対処を行うことが望まれている。上述した品質監視システム１０によれば、係る異常の誤判定を抑制することができる監視システムを提供できる。

また、製造プロセスのみでなく、一般の産業用・民生用の機器や設備においてもバッチプロセスに類似した動きをするものが多い。例えば往復動式のポンプや圧縮機は往復動という反復した動きを繰り返す。冷蔵・冷凍庫や冷蔵・冷凍ショーケースは一定時間ごとに除霜を行っており、除霜間隔ごとに類似した動きを繰り返す。このような機器や設備の動作は、上述した製造プロセスにおけるバッチプロセスの動作と同様に扱うことができる。このような機器等においても、異常を迅速または事前に検出し、抑制することが望まれている。上述した品質監視システム１０は、製造プロセス以外に、繰り返し動作を行う機器の動作の異常を判定するシステムに適用することができる。

以上に説明したバッチプロセスや機器等においては、製造装置や製品自体に関する状態量を定期的または連続的に計測して、定期的にサンプリングされた時系列データとしてデータベースに格納することが可能である。近年、大量の計測データをデータベースに蓄積することが可能である。品質監視システム１０によれば、係る計測データを活用して、バッチプロセスや機器等の異常検出をオンラインで行う監視システムを提供することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、及び図面中において示した装置、システム、プログラム、及び方法における動作、手順、ステップ、及び段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ 監視システム
２０ 監視対象
３０ プロセス運転データベース
４０ 品質データベース
９０ ネットワーク
１００ プロセス監視システム
２００ 開始タイミング決定部
２１０ 品質判定部
２２０ 開始タイミング情報決定部
２３０ 品質判定閾値決定部
２７０ 判定情報決定部
２８０ 実績情報取得部
３００ 開始タイミング調整部
３１０ 品質判定指標算出部
３２０ 品質判定部
３３０ 開始タイミング決定用閾値
３４０ 開始タイミング判定用変数
３５０ 品質判定閾値
７００ 領域

Claims (6)

1. バッチプロセスで製造された複数の製品のそれぞれの品質を示す情報と、前記バッチプロセスにおける複数種類のプロセス変数の値とを取得する実績情報取得部と、
   前記複数種類のプロセス変数のそれぞれについて、それぞれのプロセス変数の値と第１の閾値との比較結果に基づいて、前記バッチプロセスにおける複数のバッチのそれぞれが開始したタイミングである開始タイミングを決定する開始タイミング決定部と、
   前記複数種類のプロセス変数のそれぞれについて前記開始タイミング決定部が決定した前記複数のバッチのそれぞれの前記開始タイミングから始まるバッチ処理期間内の前記プロセス変数の値に基づき、前記複数の製品のそれぞれの品質を判定する品質判定部と、
   前記品質判定部により判定された前記複数の製品のそれぞれの品質と、前記実績情報取得部が取得した前記複数の製品のそれぞれの品質との一致度が予め定められた値を超えるように、前記複数種類のプロセス変数のうち前記開始タイミングを決定するために用いる前記プロセス変数の種類と、前記開始タイミングを決定するために用いる前記第１の閾値とを決定する開始タイミング情報決定部と
   を備える品質監視システム。
2. 前記品質判定部は、前記複数種類のプロセス変数のそれぞれについて前記開始タイミング決定部が決定した前記複数のバッチのそれぞれの前記開始タイミングから始まるバッチ処理期間内の前記プロセス変数の値に基づいて算出された品質判定指標と第２の閾値との比較結果に基づいて、前記複数の製品のそれぞれの品質を判定する
   請求項１に記載の品質監視システム。
3. 前記品質判定部は、前記品質判定指標と前記第２の閾値との比較結果に基づいて、製品の品質異常を判定し、
   前記実績情報取得部が取得した前記品質を示す情報と前記品質判定部の判定結果とに基づいて、前記品質判定部による品質異常のある製品の検出漏れ率及び誤検出率の少なくとも一方が、予め定められた値より低くなるように、前記第２の閾値を決定する品質判定閾値決定部
   をさらに備える請求項２に記載の品質監視システム。
4. 前記品質判定部により判定された前記複数の製品のそれぞれの品質と、前記実績情報取得部が取得した前記複数の製品のそれぞれの品質との一致度が予め定められた値を超えるように、前記第２の閾値を決定する品質判定閾値決定部
   をさらに備える請求項２に記載の品質監視システム。
5. バッチプロセスで製造された複数の製品のそれぞれの品質を示す情報と、前記バッチプロセスにおける複数種類のプロセス変数の値とを取得する実績情報取得部と、
   前記複数種類のプロセス変数のそれぞれについて、それぞれのプロセス変数の値と第１の閾値との比較結果に基づいて、前記バッチプロセスにおける複数のバッチのそれぞれが開始したタイミングである開始タイミングを決定する開始タイミング決定部と、
   前記複数種類のプロセス変数のそれぞれについて前記開始タイミング決定部が決定した前記複数のバッチのそれぞれの前記開始タイミングから始まるバッチ処理期間内の前記プロセス変数の値に基づいて算出された品質判定指標と第２の閾値との比較結果に基づいて、前記複数の製品の品質異常を判定する品質判定部と、
   前記実績情報取得部が取得した前記品質を示す情報と前記品質判定部の判定結果とに基づいて、前記品質判定部による品質異常のある製品の検出漏れ率及び誤検出率の少なくとも一方が予め定められた値より低くなるように、前記複数種類のプロセス変数のうち前記開始タイミングを決定するために用いる前記プロセス変数の種類と、前記開始タイミングを決定するために用いる前記第１の閾値と、前記第２の閾値とを決定する決定部と
   を備える品質監視システム。
6. コンピュータを、請求項１から５のいずれか一項に記載の品質監視システムとして機能させるためのプログラム。

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