JP7034874B2 - プロセス状態解析装置及びプロセス状態表示方法 - Google Patents
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Description
評価値計算部は、対象プラントに設置された複数種類の計測装置から出力される多次元のプロセスデータに基づいて分類されたクラスターに対し、そのクラスターの評価項目の値である評価値を計算する対象範囲を示す評価値計算範囲において、クラスターごとに評価値を計算する。
グラフ作成部は、各クラスターのグラフ要素の色相を、上記評価値計算部で計算された評価値計算範囲におけるクラスターの評価値と、グラフ要素の基準となる色相に対応する色基準評価値とに基づいて決定し、指定された表示期間における集計単位時間ごとの各クラスターに属するノードの数を表すグラフを作成して出力する。
上述したように、工業製品の製造工程では、プロセスの変化は多種多様であり、不連続な変化が頻繁に起こったり消滅したりする。また、変化のパターンとしては、少数、多種、及び未経験という特徴がある。発明者らは、これらの点を考慮し、プロセスの変化を適切に抽出するには教師なしクラスタリングが適すると考えた。すなわち、工業製品の製造工程における状態を表す評価値には、結局そのクラスターで不良品が生じた製品の割合を示す不良率が適する。ここで、以下の問題がある。
(1)製品個体又はロット等と紐づく複数の製造実績データを、(既知の)教師なしクラスタリング法によりクラスターに分類
(2)集計単位時間(設定時間)ごとに各クラスターのノード数を積み上げた棒グラフを作成
(3)棒グラフの色は、各クラスターの評価値(本実施形態では不良率)と色分け基準値に基づき計算
(4)クラスターの評価値を計算する対象期間を示す評価値計算範囲(後述する図10参照)と色分け基準値とを、グラフ表示画面から人が入力可能とし、入力値に応じて評価値とグラフ色を計算(再計算)し描画内容を更新。
図1は、シンプソンのパラドックスの一例を示す。図1は、クラスタリングした結果の2つのクラスターを想定し、評価値として不良率[%]を算出した例である。対象製品について、毎日クラスターごとに、最終検査結果が良(Pass)又は不良(False)の個数が集計される。この例では、図1に示すように、1月3日~1月7日の5日間において、クラスター1は、日々の評価値(不良率)は10%で一定している。クラスター2では、前半の3日間は不良率がゼロであり、後半の2日間は不良率が25%と比較的高い。
次に、色基準評価値及び色上限評価値について説明する。
上述したように本発明は、設定された評価値計算範囲に基づく評価値に応じてグラフ要素の色相を変化させる構成である。色基準評価値は、グラフ要素の色を複数の色相で表し、その程度を濃さで示すための基準値である。例えばグラフ要素の色を赤と青の2色相で表す場合、評価値が色基準評価値より大きいほど赤を濃く(赤の成分を多く)、色基準評価値より小さいほど青を濃くする(青の成分を多くする)。以下の説明において、色相を単に「色」と称することがある。
以下、本発明の第1の実施形態に係るプラント監視システムの全体構成及びプロセス状態解析装置の機能構成について説明する。本実施形態では、プラント監視システムの監視対象として製造プラントを想定している。ただし、本発明は、製造プラント等の計測値(プラントデータ)のばらつきや変化が多いプラントに適用して好適であるので、製造プラント以外のプラントにも適用可能であることは勿論である。
プロセス状態解析装置10は、図3に示すように、データ処理手段として、入出力制御部11、データ取得部12、データ前処理部13、クラスター分析部14、評価値計算部15、及びグラフ表示画面作成部16を備える。また、プロセス状態解析装置10は、データ格納手段として、プロセス実績データ格納部18、クラスター条件格納部19、及びクラスター結果データ格納部20を備える。さらに、プロセス状態解析装置10は、データインターフェースとして通信I/F17、ユーザーインターフェースとして入出力装置30を備える。これらは相互に内部バス25を介してアクセス可能に接続されている。
以下、適応共鳴理論(ART)を利用したクラスタリングの概要について説明する。本実施形態のクラスタリングでは、前処理済みのプロセス実績データから、クラスター条件に従って、類似度に応じてクラスター番号を求めたクラスターデータをクラスター結果データ格納部20に格納する。クラスタリング技術としていくつかの手法が公知である。本実施形態では、そのうちARTを用いるが、他のクラスタリング技術を用いてもよい。
ARTは、多次元のデータをその類似度に基づき複数のクラスターに分類する。ARTの構成及びARTを用いたデータ分類方法の一例は、例えば特開2005-258649号公報に記載されている。したがって、ここでは詳細な説明を割愛し、ARTを用いたデータ分類方法の概要のみ図7を用いて説明する。
次に、プロセス状態解析装置10が行う処理の手順について説明する。
図9は、プロセス状態解析装置10が行う処理の手順例を示すフローチャートである。まず、プロセス状態解析装置10が待機状態にあるとき(S1)、解析開始のトリガーを受けるとプロセス状態解析装置10はステップS2に進む。以降、プロセス状態解析装置10は、順にステップを進んでいく。
ここで、グラフ表示画面作成部16により作成されるグラフ表示画面について説明する。
図8は、グラフ表示画面作成部16が作成するグラフ表示画面601の例を示す。グラフ表示画面601には、評価開始日時入力枠604、評価終了日時入力枠605、色基準評価値入力枠606、色上限評価値入力枠607、グラフ602、及びグラフ凡例603が配置される。さらに、グラフ表示画面601には、集計単位時間入力枠610、グラフ表示開始日時入力枠608、及びグラフ表示終了日時入力枠609が配置される。各入力枠604~610には、管理者が値を入力する前は、予め決めた初期値が入力されている。
次に、ステップS8における評価値計算部15及びグラフ表示画面作成部16による処理の詳細について説明する。図10は、ステップS8における評価値計算部15及びグラフ表示画面作成部16による処理の詳細な手順例を示すフローチャートである。
まず、評価値計算部15は、グラフ表示画面601(図8参照)のグラフ表示開始日時入力枠608とグラフ表示終了日時入力枠609に入力された、グラフ表示開始日時及びグラフ表示終了日時に基づき、クラスター結果データ格納部20から、グラフ表示期間内のクラスターデータを抽出する(S11)。
次に、ステップS15におけるグラフ表示画面作成部16による処理の詳細について説明する。図11は、グラフ表示画面作成部16が行う、ステップS15における各クラスターのグラフ要素の色相の計算処理を示すフローチャートを示す。
G値=R値
B値=255
G値=B値
B値=255-{255×(Ei-Cs)÷(Cu-Cs)}
第1の実施形態の第1の変形例として、折れ線グラフを使用した場合について説明する。
図12は、第1の実施形態の第1の変形例に係るグラフの例を示す。図12は、図8に示した積み上げ棒グラフを使用したグラフ602の代わりに、同一の情報を折れ線グラフ611で表示した例である。横軸は日時、縦軸は製品数[個]を表す。折れ線グラフ611の各プロット点に配置された図形及び図形間を結ぶ線分の色は、該当クラスターの評価値(不良率)に基づくものであり、図8のグラフ凡例603に示された色と同じである。
第1の実施形態の第2の変形例として、ヒストグラムを使用した場合について説明する。
図13は、第1の実施形態の第2の変形例に係るグラフ表示画面601の例を示す。図13は、図8に示した時系列の積み上げ棒グラフによるグラフ602に計測値の分布の情報を加えて、ヒストグラム612a~612dで表示した例である。
次に、本発明の第2の実施形態に係るグラフ表示について説明する。
第1の実施形態では、クラスター番号が同じであれば、クラスターを表示する日時が異なっても同一の評価値に基づくため、該当クラスターのグラフ要素には同一の色を割り当てる。これに対し、第2の実施形態では、集計単位時間入力枠610に入力された集計単位時間ごとに評価値を計算する。そのため、クラスター番号が同じであっても、グラフ表示されるクラスターの日時が違えばそれらのクラスターは異なる色で表示される。
図16は、第2の実施形態の第1の変形例に係るグラフの例を示す。図16の例は、集計単位時間を“12時間”として、図14のグラフの場合と同一の情報をグラフ表示したものである。この場合、図16に示すように、1日の中で“0:00-11:59”の時間帯の第1の積み上げ棒グラフが作成され、“12:00-23:59”の時間帯の第2の積み上げ棒グラフが作成される。なお、図16では、7月5日の“0:00-11:59”の積み上げ棒グラフの表示を省略している。
図17は、第2の実施形態の第2の変形例に係るグラフの例を示す。図17の例は、図16と同様に、集計単位時間を“12時間”として、図14のグラフの場合と同一の情報をグラフ表示したものである。ただし、図17の積み上げ棒グラフ625では、1日分の表示領域に、2つの時間帯“0:00-11:59”と“12:00-23:59”のそれぞれの積み上げ棒グラフを隣接させて表示している。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。第3の実施形態は、第1~第2の実施形態に対して、グラフ表示画面601に評価開始日時入力枠604、及び評価終了日時入力枠605が配置されない構成である。
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。第4の実施形態では、図3に示したプロセス状態解析装置10に対し、更に未知因子探索部を追加する。
上述したプロセス状態解析装置10,10Aの各構成及び機能による一連の処理は、ソフトウェアにより実行することができる。
Claims (7)
- 対象プラントに設置された複数種類の計測装置から出力される多次元のプロセスデータに基づいて分類されたクラスターに対し、前記クラスターの評価項目の値である評価値を計算する対象範囲を示す評価値計算範囲において、前記クラスターごとに評価値を計算する評価値計算部と、
前記評価値計算部で計算された前記評価値計算範囲における前記クラスターの評価値と、グラフ要素の基準となる色相に対応する色基準評価値とに基づいて、各クラスターの前記グラフ要素の色相を決定し、指定された表示期間における集計単位時間ごとの各クラスターに属するノードの数を表すグラフを作成して出力するグラフ作成部と、を備える
プロセス状態解析装置。 - 前記評価値計算部は、前記評価値計算範囲が変更された場合には、変更後の評価値計算範囲において前記クラスターごとに評価値を再計算し、
前記グラフ作成部は、前記評価値計算範囲内の前記クラスターごとに再計算した前記評価値を用いて、前記指定された表示期間における集計単位時間ごとの各クラスターに属するノードの数を表すグラフを再作成する
請求項1に記載のプロセス状態解析装置。 - 前記グラフ作成部は、前記色基準評価値が変更された場合には、前記評価値計算範囲における前記クラスターの評価値と、変更後の色基準評価値とに基づいて、各クラスターのグラフ要素の色相を決定し、指定された表示期間における集計単位時間ごとの各クラスターに属するノードの数を表すグラフを再作成する
請求項1に記載のプロセス状態解析装置。 - 前記クラスターのグラフ要素の色相は、前記評価値計算範囲における前記クラスターの評価値と前記色基準評価値との、大小関係及び差分の大きさによって決定される
請求項2又は3に記載のプロセス状態解析装置。 - 前記グラフ作成部は、色限度評価値が設定されている場合には、前記クラスターの評価値と前記色基準評価値との差分の大きさが、前記色限度評価値と前記色基準評価値との差分の大きさを超える前記クラスターのグラフ要素の色相を、前記色限度評価値に対応する色相と同じ色相に決定する
請求項4に記載のプロセス状態解析装置。 - 前記評価値計算範囲及び前記色基準評価値を入力する入力部と、
前記グラフ作成部で作成された前記グラフを含む画面を表示する表示部と、を備える
請求項2又は3に記載のプロセス状態解析装置。 - 対象プラントに設置された複数種類の計測装置から出力される多次元のプロセスデータに基づいて分類されたクラスターに対し、前記クラスターの評価項目の値である評価値を計算する対象範囲を示す評価値計算範囲において、前記クラスターごとに評価値を計算する処理と、
前記評価値計算範囲における前記クラスターの評価値と、グラフ要素の基準となる色相に対応する色基準評価値とに基づいて、各クラスターの前記グラフ要素の色相を決定し、指定された表示期間における集計単位時間ごとの各クラスターに属するノードの数を表すグラフを作成する処理と、
前記グラフを表示部に出力する処理と、を含む
プロセス状態表示方法。
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