JP7261195B2 - サーバ負荷予測システム及びサーバ負荷予測方法 - Google Patents

サーバ負荷予測システム及びサーバ負荷予測方法 Download PDF

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Description

本発明は、サーバ負荷予測システム及びサーバ負荷予測方法に関し、生産工程の装置に接続されるサーバの負荷を予測するサーバ負荷予測システム及びサーバ負荷予測方法に適用して好適なものである。
近年、通信技術や解析技術の発達により、生産工程において各種情報を取得し、様々な事象を数値化または可視化することが検討されている。この場合、生産工程において、生産装置の他に、各種情報を取得する装置(情報取得装置)が設置される。例えば、情報取得装置として、生産工程の作業者の動きを解析するためのカメラが設置される場合、カメラで撮影された画像が、有線または無線によってサーバに伝送され、サーバで画像解析が行われる。したがって、上記サーバを含むシステムは、画像解析によるサーバへの負荷に適した構成とする必要があった。
ここで、本発明の背景技術として、例えば特許文献1には、「運用上の環境変化に対して頑強なクラウドシステム、クラウドサーバ、エッジサーバおよびユーザ装置を提供すること」を目的として、「ネットワークを介して相互に通信可能なクラウドサーバ、エッジサーバ、およびユーザ装置を具備するクラウドシステム」において、「それぞれ自機で稼働するサービスの下層で機能するミドルウェアを具備し、前記ミドルウェアは、前記ネットワークの状況と、前記クラウドサーバ、前記エッジサーバおよび前記ユーザ装置のそれぞれの動作状況とを監視する監視機能と、前記ネットワークのトポロジを含むシステム構成を、前記監視の結果に基づいて動的に切り替える切替機能と、前記システム構成の切り替えに伴って、前記サービスの稼働先を再分配する再分配機能とを具備する」ことが記載されている。
また、特許文献1には、「ミドルウェアMWは、ネットワークの接続状況が変化したとき(例えば野外でネットワークがつながらない場所に移動したとき)、又は機器の動作状況が変化したとき(例えばクラウドやエッジの機器がダウンしたとき)に、システム構成を自動で切り替える」ことが記載されている。
特開2019-135578号公報
ところで、上述したように生産工程に情報取得装置(例えばカメラ)が設置されてサーバで画像解析が行われる場合、画像解析によってサーバに生じる負荷は、サーバが受信する画像のデータ量によって変化するだけでなく、画像のデータ量が同じであっても、画像の内容や解析に使用する解析モデルによっても変化する。そのため、生産工程の変更により、使用する生産装置や設置するカメラの台数等が変更される場合には、サーバの負荷も変化することとなる。また、生産装置やサーバの設置台数が変更される等の変化によっても、サーバの負荷は変化する。
したがって、サーバの負荷が許容範囲を超えないようにするためには、生産工程における変更を行う前に予めサーバの負荷を予測し、予測したサーバの負荷に適したシステム構成を検討できることが望ましい。
しかし、特許文献1では、動作状況を監視し、監視結果に基づいてシステム構成を変更することは開示されているものの、予め動作状況を予測し、予測結果に基づいてシステム構成を提示することについては何ら開示されていない。したがって、特許文献1に開示された技術では、生産工程における変更を行った後に、実際の動作状況を監視した上でシステム構成を変更することしかできず、上記変更によってサーバの過負荷等が生じた場合には、画像解析の処理ができない等の不具合が生じてしまうおそれがあった。
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、生産工程の装置に接続されるサーバの負荷を予測することが可能なサーバ負荷予測システム及びサーバ負荷予測方法を提案しようとするものである。
かかる課題を解決するため本発明においては、生産工程に設置される1以上の装置に接続する1以上のサーバにおけるサーバ負荷を予測するサーバ負荷予測システムであって、前記1以上の装置の各装置について、当該装置の制御または当該装置から伝送される情報の処理のために接続先の前記サーバに掛かる負荷を示すサーバ負荷情報と、当該装置を使用する作業に関する情報を示す作業情報と、を含む装置要求仕様を保存する装置要求仕様記憶部と、前記1以上のサーバの各サーバが保持する能力を示すサーバ仕様を保存するサーバ仕様記憶部と、前記サーバ負荷を予測する工程の指定を含む計算条件の入力を受け付け、前記計算条件、前記装置要求仕様及び前記サーバ仕様に基づいて、前記サーバ負荷を計算するシミュレーションの実行に必要な入力パラメータを作成する入力情報作成部と、前記入力パラメータに基づいて、前記計算条件で指定された前記工程で使用される前記装置が接続先の前記サーバに掛ける前記サーバ負荷を前記シミュレーションによって計算するサーバ負荷計算部と、前記サーバ負荷計算部による計算結果を出力する出力部と、を備えるサーバ負荷予測システムが提供される。
また、かかる課題を解決するため本発明においては、生産工程に設置される1以上の装置に接続する1以上のサーバにおけるサーバ負荷を予測するシステムによる以下のサーバ負荷予測方法が提供される。ここで前記システムには、前記1以上の装置の各装置について、当該装置の制御または当該装置から伝送される情報の処理のために接続先の前記サーバに掛かる負荷を示すサーバ負荷情報と、当該装置を使用する作業に関する情報を示す作業情報と、を含む装置要求仕様が保存され、前記1以上のサーバの各サーバが保持する能力を示すサーバ仕様が保存される。そして、サーバ負荷予測方法は、前記サーバ負荷を予測する工程の指定を含む計算条件の入力を受け付け、前記計算条件、前記装置要求仕様及び前記サーバ仕様に基づいて、前記サーバ負荷を計算するシミュレーションの実行に必要な入力パラメータを作成する入力情報作成ステップと、前記入力パラメータに基づいて、前記計算条件で指定された前記工程で使用される前記装置が接続先の前記サーバに掛ける前記サーバ負荷を前記シミュレーションによって計算するサーバ負荷計算ステップと、前記サーバ負荷計算ステップによる計算結果を出力する出力ステップと、を備える。
本発明によれば、生産工程の装置に接続されるサーバの負荷を予測することができる。
なお、前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明によって明らかにされる。
第1の実施形態に係るサーバ負荷予測システム10のハードウェア構成例を示すブロック図である。 稼働中の生産工程システム20の構成例を示すブロック図である。 サーバ負荷予測システム10の機能構成例を示すブロック図である。 入力情報作成部120の内部構成例を示すブロック図である。 サーバ負荷計算部130の内部構成例を示すブロック図である。 装置要求仕様表610の一例を示す図である。 サーバ仕様表620の一例を示す図である。 計算条件630の一例を示す図である。 工程-装置変換表640の一例を示す図である。 入力パラメータ650の一例を示す図である。 第1の実施形態におけるサーバ負荷予測処理の処理手順例を示すフローチャートである。 サーバ負荷計算処理の処理手順例を示すフローチャートである。 シミュレーション結果画面660の一例を示す図である。 第2の実施形態に係るサーバ負荷予測システム40の機能構成例を示すブロック図である。 第2の実施形態におけるサーバ負荷予測処理の処理手順例を示すフローチャートである。 動作変更リスト670の一例を示す図である。 シミュレーション結果画面680の一例を示す図である。 稼働中の生産工程システム50の構成例を示すブロック図である。 サーバ負荷の累積度数分布の一例を示す図である。
以下、図面を用いて、本発明の幾つかの実施形態を説明する。
なお、以下の実施形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクション又は実施形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互い無関係なものではなく、一方は他方の一部又は全部の変形例、詳細、補足説明などの関係にある。各実施形態は、個別に実施しても良いが、組合せて実施しても良い。
また、以下の実施形態において、要素の数など(個数、数値、量、範囲などを含む)に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良いものとする。
さらに、以下の実施形態において、その構成要素(要素ステップなどを含む)は、特に明示した場合及び原理的に明らかに必須であると考えられる場合などを除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
同様に、以下の実施形態において、構成要素などの形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合や原理的に明らかにそうでないと考えられる場合などを除き、実質的にその形状などに近似又は類似するものなどを含むものとする。このことは数値及び範囲についても同様である。
また、以下の説明では、「xxx表」といった表現にて、入力に対して出力が得られる情報を説明することがあるが、当該情報は、どのような構造のデータでも良い。また、以下の説明において、各表の構成は一例であり、1つの表は、2以上の表に分割されても良いし、2以上の表の全部又は一部が1つの表であっても良い。また、以下の説明では、「xxx部」の表現にて機能を説明することがあるが、当該機能は、1以上のコンピュータプログラムが実行されることで実現されても良い。
以下の実施形態では、汎用の無線LAN装置をシステムの構成要素の一部として用いて、システムに必要な通信の少なくとも一部を、無線により行う場合について述べる。なお、以下の実施形態において、無線LAN以外の無線方式をシステムの構成要素の一部として用いて良い。
(1)第1の実施形態
(1-1)構成
図1は、第1の実施形態に係るサーバ負荷予測システム10のハードウェア構成例を示すブロック図である。図1に示したように、サーバ負荷予測システム10は、演算ユニット11、メモリ12、補助記憶装置13、通信インタフェース14、入力インタフェース15及び出力インタフェース16を備えた計算機システムであって、演算ユニット11が各種プログラムを実行することによって、サーバ負荷予測システム10の各種機能が実現される。
演算ユニット11は、メモリ12に格納されたプログラムを実行する演算装置である。なお、演算ユニット11がプログラムを実行して行う処理の一部は、他の演算装置(例えばFPGA(Field Programmable Gate Array))で実行してもよい。
メモリ12は、不揮発性の記憶素子であるROM(Read Only Memory)及び揮発性の記憶素子であるRAM(Random Access Memory)を含む。ROMは、不変のプログラム(例えばBIOS)などを格納する。RAMは、DRAM(Dynamic Random Access Memory)のような高速かつ揮発性の記憶素子であり、演算ユニット11が実行するプログラム及びプログラムの実行時に使用されるデータを一時的に格納する。
補助記憶装置13は、例えば、磁気記憶装置(HDD(Hard Disk Drive))、フラッシュメモリ(SSD(Solid State Drive))等の大容量かつ不揮発性の記憶装置である。また、補助記憶装置13は、演算ユニット11がプログラムの実行時に使用するデータ、および演算ユニット11が実行するプログラムを格納する。すなわち、プログラムは、補助記憶装置13から読み出されて、メモリ12にロードされて、演算ユニット11によって実行されることによって、サーバ負荷予測システム10の各機能を実現する。
通信インタフェース14は、所定のプロトコルに従って、他の装置との通信を制御するネットワークインタフェース装置である。例えば、図1に示したように、通信インタフェース14は、ネットワーク30を経由して接続される生産工程システム20との通信を制御する。
入力インタフェース15は、キーボード17やマウス18などの入力装置が接続されるインタフェースである。使用者が入力装置を操作することにより、入力インタフェース15は、入力装置を介して使用者からの入力を受ける。
出力インタフェース16は、ディスプレイ装置19やプリンタ(不図示)などの出力装置が接続されるインタフェースである。出力インタフェース16は、例えば、サーバ負荷を計算するシミュレーションプログラムの実行結果を、使用者が視認可能な形式で出力装置に出力する。
なお、演算ユニット11が実行する上記シミュレーションプログラムは、リムーバブルメディア(CD-ROM、フラッシュメモリなど)又はネットワーク30を介してサーバ負荷予測システム10に提供され、非一時的記憶媒体である不揮発性の補助記憶装置13に格納される。このため、サーバ負荷予測システム10は、リムーバブルメディアからデータを読み込むインタフェースを有するとしてもよい。
また、サーバ負荷予測システム10は、図1に示したように物理的に一つの計算機上で構成されることに限定されず、例えば、論理的または物理的に構成された複数の計算機上で構成される計算機システムであってもよく、また例えば、複数の物理的計算機資源上に構築された仮想計算機上で動作するとしてもよい。
図1に示したように、サーバ負荷予測システム10は、ネットワーク30を経由して、稼働中の生産工程システム20に接続されており、このような構成とすることで、稼働中の生産工程システム20から装置要求仕様(詳細は後述する)に関する情報を収集することができる。
生産工程システム20は、生産工程において構築されたシステムであって、1以上の生産装置21及び1以上のカメラ22と、1以上のサーバ23とが有線または無線のネットワークで接続されて構成される。
図2は、稼働中の生産工程システム20の構成例を示すブロック図である。図2に示した生産工程システム20は、生産装置211~213(図1の生産装置21に相当)、カメラ221~223(図1のカメラ22に相当)、及びサーバ231,232(図1のサーバ23に相当)が、有線のネットワーク24で接続されて構成される。
生産装置21(生産装置211~213)は、生産工程において所定の生産作業を行うための装置である。個別には、生産装置211は装置A、生産装置212は装置B、生産装置213は装置Cに相当する。
カメラ22(カメラ221~223)は、生産工程において各種情報を取得する情報取得装置の一例であって、生産装置21を使用する作業者25の動作を撮影する。個別には、カメラ221(カメラA)は装置Aを使用する作業者25の動作を撮影し、カメラ222(カメラB)は装置Bを使用する作業者25の動作を撮影し、カメラ223(カメラC)は装置Cを使用する作業者25の動作を撮影する。
サーバ23(サーバ231,232)は、生産装置21及びカメラ22から情報を取得し、画像解析等の処理を実行するサーバである。個別には、サーバ231はサーバAに相当し、サーバ232はサーバBに相当する。なお、上記の生産装置21及びカメラ22は、何れも、生産工程においてサーバ23に接続される装置であることから、以降の説明では、これらをまとめて「装置」、「生産工程の装置」、あるいは「生産工程で使用される装置」と称することがある。
また、図1では、サーバ負荷予測システム10を、生産工程システム20とは独立した構成として示したが、本発明における一形態として、サーバ負荷予測システム10が、図2に示した生産工程システム20のサーバ231またはサーバ232のなかで動作するように構成されてもよい。
図3は、サーバ負荷予測システム10の機能構成例を示すブロック図である。図1及び図2を参照しながら前述したように、サーバ負荷予測システム10は、生産工程システム20におけるサーバ23の負荷を予測する計算機システムである。図3に示すように、このサーバ負荷予測システム10は、機能構成として、記憶部110、入力情報作成部120、サーバ負荷計算部130、及び出力部140を備える。
記憶部110は、装置要求仕様記憶部111と、サーバが保持する能力に関する値をサーバの仕様(サーバ仕様)として保存するサーバ仕様記憶部112とを含んで構成される。
装置要求仕様記憶部111は、装置のサーバ23への要求仕様(装置要求仕様)を示すデータを保存する。装置要求仕様は、生産工程の装置の制御に関する値、もしくは上記装置が出力した情報を処理するために必要なサーバ23の能力に関する値によって表される。後述する図6では、装置要求仕様記憶部111が保存する装置要求仕様のデータ例として、装置要求仕様表610が示される。
サーバ仕様記憶部112は、サーバ23の仕様(サーバ仕様)を示すデータを保存する。サーバ仕様は、サーバ23が保持する能力に関する値によって表される。後述する図7では、サーバ仕様記憶部112が保存するサーバ仕様のデータ例として、サーバ仕様表620が示される。
なお、本発明に係るサーバ負荷予測システムにおいて保存される「装置要求仕様」は、データ収集を目的として1台ずつ生産工程の装置を動作させて測定及び収集してもよいし、実際に生産工程で動作しているときに各装置から収集してもよい。また、生産工程で動作しているときの要求仕様を継続して測定し、必要に応じてデータを更新してもよい。また、所定期間が経過するまでは過去の情報を保持し続けるよう構成してもよい。
また、上記「装置要求仕様」は、ある条件における要求仕様に基づいて、他の条件における要求仕様を計算によって算出するようにしてもよい。具体的には例えば、カメラ22の画像処理に必要な要求仕様は、画像の解析モデルによって異なるが、画像内の人数によっても異なることがある。このような場合、同じ解析モデルを使用したときの画像内の人数の変化に対する要求仕様の変化が既知であれば、人数が1人であるときの要求仕様をもとに、複数人のときの要求仕様を計算によって算出してもよい。
入力情報作成部120は、サーバ負荷計算部130によるサーバ負荷計算に必要な入力パラメータを作成し、作成した入力パラメータをサーバ負荷計算部130に出力する機能を有する。
図4は、入力情報作成部120の内部構成例を示すブロック図である。図4に示すように、入力情報作成部120は、ユーザインタフェース121、工程-装置変換部122、サーバ負荷情報検索部123、及び入力パラメータ作成部124を備えて構成される。入力情報作成部120を構成する各部の具体的な役割については、図11のサーバ負荷予測処理の説明等において詳述する。
サーバ負荷計算部130は、サーバ負荷の計算を行う機能を有する。サーバ負荷計算部130の詳細は、図5,図12を参照しながら後述する。
図5は、サーバ負荷計算部130の内部構成例を示すブロック図である。図5に示すように、サーバ負荷計算部130は、入力インタフェース131、計算実行部132、プログラム格納部133、及び出力インタフェース134を備えて構成される。サーバ負荷計算部130を構成する各部の具体的な役割については、図11のサーバ負荷予測処理の説明等において詳述する。
出力部140は、サーバ負荷計算部130による計算結果を出力する機能を有する。後述する図13では、出力部140によって出力される表示画面の一例が示される。
(1-2)データ
以下では、サーバ負荷予測システム10で用いられるデータについて、図面を参照しながら説明する。なお、各データの利用方法については、図11のサーバ負荷予測処理の説明等において詳述する。
図6は、装置要求仕様表610の一例を示す図である。装置要求仕様表610は、装置要求仕様記憶部111に保存される装置要求仕様の一例であって、生産工程で使用される装置のサーバ23への要求仕様を管理するためのデータである。
図6の場合、装置要求仕様表610は、データID611、装置612、サーバ負荷情報613、及び作業情報614のデータ項目を有して構成される。また、サーバ負荷情報613は、演算量6131、メモリ6132、及びストレージ6133の小項目を有し、作業情報614は、作業ID6141、作業者ID6142、関連装置6143、解析モデル6144、及び取得時間6145の小項目を有する。
データID611は、装置要求仕様の識別子である。データID611は、使用者が付してもよいし、システムが自動的に付してもよい。
装置612は、生産工程で使用される装置である。装置612に記載可能な「装置」には、製品を生産するために直接的に使用される掘削機や穴あけ加工機等の装置(例えば、生産装置21)だけではなく、製品を生産するために直接的には使用されないカメラやセンサ等の装置(例えばカメラ22)も含めることができる。
サーバ負荷情報613は、装置612を動作させるためにサーバ23が必要とするリソースを示す情報である。図6の場合、サーバ負荷情報613には、一例として、動作に必要な演算量6131、メモリ6132、ストレージ6133が記載される。
作業情報614には、サーバ23の負荷(サーバ負荷情報613)に影響を与える要因となり得る各種の情報として、装置612による作業に関する情報が記載される。
具体的には、サーバ負荷情報613は、生産工程で実施する作業や当該作業を行う作業者25によって変化する場合があるため、図6の作業情報614には、作業を表す識別子である作業ID6141、及び作業者を表す識別子である作業者ID6142が記載される。
また、サーバ負荷情報613に対応する装置612と連携して動作する関連装置も、サーバ負荷情報613に影響を与える場合があるため、図6の作業情報614では、関連装置が存在する場合に、関連装置の情報が関連装置6143に記載される。
また、情報の解析に用いる解析モデル情報も、サーバ負荷情報613に影響を与える場合があるため、図6の作業情報614では、解析モデルを示す情報が解析モデル6144に記載される。補足すると、「解析モデル」は、例えば、生産工程において、カメラA、カメラB、カメラCで取得した画像の中から、作業者25を抽出してその作業者25の動作を分析する場合に使用する解析モデルに相当する。このような画像解析用の解析モデルの場合、各カメラ22からサーバ23に入力される画像の情報が同じデータ量であったとして、使用する解析モデルの種類が変わると、必要となる演算量、メモリ、ストレージの少なくとも1つは変化する。また、解析モデルによっては、画像の中の作業者25の人数によっても、サーバ負荷が変化するものがある。すなわち、解析モデルは、サーバ負荷情報613に影響を与える場合がある。
また、サーバの負荷が時間によって変化する場合や、情報の新旧を比較することを考慮して、図6の作業情報614では、情報を取得した時間が取得時間6145に記載される。
なお、装置要求仕様表610について、図6に示したデータ構成は一例に過ぎず、本実施形態に係る装置要求仕様表610は、他のデータ項目を有して構成されてもよい。具体的には例えば、サーバ負荷情報613において、サーバ負荷に対する影響が最も大きいパラメータ(例えば、演算量が最も影響が大きい場合は演算量6131だけ)に関する情報を保持するようにしてもよいし、図6に例示していないリソースに関する情報を保持する等してもよい。また例えば、作業情報614においても、サーバ負荷に対する影響が最も大きい項目だけを記載するようにしてもよいし、図6に例示していない項目を保持する等してもよい。
また、装置要求仕様表610の各項目の値は、任意のタイミングで記録または更新することができる。例えば、サーバ負荷情報613や取得時間6145は、稼働中の生産工程システム20のサーバ23から取得してもよい。また例えば、作業(作業ID6141)、作業者(作業者ID6142)、関連装置6143、解析モデル6144は、これらに関する情報を管理する管理装置が別途設けられている場合にはその管理装置から取得するようにしてもよい。また例えば、サーバ負荷予測システム10の使用者がキーボード17やマウス18等の入力装置を操作して必要な情報を入力し、対応する項目の値が記録または更新されるようにしてもよい。
図7は、サーバ仕様表620の一例を示す図である。サーバ仕様表620は、サーバ仕様記憶部112に保存されるサーバ仕様の一例であって、サーバ23が保持する能力に関する情報を管理するためのデータである。
サーバ仕様表620は、生産工程で使用する、もしくは使用する可能性のあるサーバ23の性能のカタログ値や、測定によって求めた値をもとに、そのサーバ23を使用する時に、使用者が上限として設定したリソースの値をまとめた表である。具体的には図7の場合、サーバ仕様表620は、サーバ621、演算量622、メモリ623、及びストレージ624のデータ項目を有して構成される。
サーバ仕様表620の演算量622、メモリ623、及びストレージ624には、各リソースの性能等を考慮した値が予め設定されるとしてもよいし、使用者が、サーバ負荷予測システム10を使用するときに、生産工程を考慮してその都度、値を入力するようにしてもよい。また、サーバ仕様表620が有するデータ項目は、図7の例示に限定されるものではなく、例えば、他のリソースに関する情報を保持するようにしてもよいし、生産工程の装置が必要とするサーバの能力のなかで影響が大きいものだけを保持する等としてもよい。
図8は、計算条件630の一例を示す図である。計算条件630は、サーバ負荷予測システム10がサーバ負荷を予測する際の条件を指定する情報であって、計算方法に関する情報631と、工程に関する情報632とに大別することができる。計算条件630は、使用者が入力情報作成部120のユーザインタフェース121に対して入力操作を行うことによって、使用者が所望する内容が入力される。
図8に示したように、計算方法に関する情報631には、サーバ負荷の予測に用いる計算方法の番号を示す計算方法番号633が入力される。本実施形態では、サーバ負荷の予測に用いる計算方法として例えば、図5のプログラム格納部133内に示した計算方法1~計算方法3の3種類の計算方法が用意されており、プログラム格納部133には各計算方法に対応するシミュレーションプログラムが格納されている。そして、計算方法1~計算方法3に対応する計算方法番号として番号1~3が割り当てられる。すなわち、プログラム格納部133には、番号1のプログラム、番号2のプログラム、番号3のプログラムが格納されている。各計算方法の特徴等は、後述するサーバ負荷計算処理で説明する。
図8に示したように、工程に関する情報632には、サーバ負荷を予測したい工程の名前を示す工程名634、各装置を担当する作業者(例えば生産装置21を作業する作業者25)の情報として作業者ID635、使用予定のサーバ23の情報としてサーバ名636、各サーバ23と当該サーバ23が制御や情報の解析を行う装置との関係を示す接続関係637が入力される。
なお、サーバ名636には、使用予定のサーバ23の名称だけでなく、運用時に当該サーバ23に許容するサーバ能力を指定できるようにしてよい。具体的には例えば、「性能上限値の70%運用」と指定される場合、当該サーバ23が保持するサーバ能力(例えば演算量)に対して、その70%までを運用時に使用してよいことを指定している。
図9は、工程-装置変換表640の一例を示す図である。工程-装置変換表640は、生産工程の各工程と、各工程で使用される装置との対応関係を示す情報であって、各工程を示す工程641、工程641で使用される装置を示す装置642、及び、工程641で装置642を使用して実施される作業の識別子を示す作業ID643のデータ項目を有する。なお、工程-装置変換表640は、工程-装置変換部122内の記憶部(不図示)に予め保存される。
図10は、入力パラメータ650の一例を示す図である。入力パラメータ650は、サーバ負荷計算部130がサーバ負荷を計算するために必要となるパラメータであって、サーバ負荷予測システム10が実行するサーバ負荷予測処理において、入力パラメータ作成部124によって作成される。
図10に示すように、入力パラメータ650は、装置要求仕様651、サーバ仕様652、計算方法番号653、及び接続関係654を含む。このうち、装置要求仕様651の構成は、装置要求仕様表610の装置612及びサーバ負荷情報613の構成に準じ、サーバ仕様652の構成は、サーバ仕様表620の構成に準ずるため、個別の説明は省略する。また、計算方法番号653は、計算条件630の計算方法番号633に対応し、接続関係654は、計算条件630の接続関係637に対応する。
(1-3)処理
以下では、サーバ負荷予測システム10によって実行されるサーバ負荷予測処理について詳しく説明する。サーバ負荷予測処理は、生産工程システム20において生産工程の装置(生産装置21、カメラ22)に接続されるサーバ23について、使用者に指定された条件におけるサーバ負荷を予測する処理である。
図11は、第1の実施形態におけるサーバ負荷予測処理の処理手順例を示すフローチャートである。図11に示した処理手順のうち、ステップS101~S108の処理は主に入力情報作成部120によって実行され、ステップS109の処理はサーバ負荷計算部130によって実行され、ステップS110の処理は主に出力部140によって実行される。
図11によればまず、使用者が入力情報作成部120のユーザインタフェース121に対して計算条件を入力することにより、計算条件630が入力情報作成部120に入力される(ステップS101)。
次に、工程-装置変換部122が、ステップS101で入力された計算条件630から工程名634を抽出し(ステップS102)、さらに、工程-装置変換表640を参照して、ステップS202で抽出した工程名634に対応する工程641で使用される装置642及び作業ID643を抽出する(ステップS103)。
次に、工程-装置変換部122は、ステップS103で抽出した各装置642について、ステップS101で入力された計算条件630から、各装置642を作業する作業者ID635を抽出する(ステップS104)。さらに、工程-装置変換部122は、ステップS102~S103で抽出した装置、作業ID、及び作業者IDの情報をサーバ負荷情報検索部123に出力する。
次に、サーバ負荷情報検索部123が、工程-装置変換部122から入力された装置、作業ID、及び作業者IDを用いて、装置要求仕様記憶部111に保存されている装置要求仕様表610から、該当するサーバ負荷情報613を検索する(ステップS105)。そして、サーバ負荷情報検索部123は、ステップS105の検索結果である各装置のサーバ負荷情報613を、各装置の要求仕様(装置要求仕様)として入力パラメータ作成部124に出力する(ステップS106)。
なお、本実施形態では、ステップS103において、ステップS102で計算条件630から抽出した工程名634に該当する工程641が工程-装置変換表640に記載されていなかった場合や、ステップS105において、工程-装置変換部122から入力された作業ID及び作業者IDの組み合わせに該当する作業ID6141及び作業者ID6142の組み合わせが装置要求仕様表610に記載されていなかった場合には、使用者に「該当なし」を知らせる旨のメッセージを表示し、使用者にサーバ負荷情報の入力を求めるようにしてもよい。あるいは、工程-装置変換部122またはサーバ負荷情報検索部123が、類似する条件の情報を検索して提示するように構成してもよい。
次に、入力パラメータ作成部124が、ステップS106でサーバ負荷情報検索部123から入力された装置要求仕様、及びステップS101で入力情報作成部120に入力された計算条件630に基づいて、入力パラメータ650を作成する(ステップS107)。
ここで、入力パラメータ作成部124による入力パラメータ650の具体的な作成方法を補足する。図10に示したように、入力パラメータ650は、装置要求仕様651、サーバ仕様652、計算方法番号653、及び接続関係654から構成される。ステップS107において、入力パラメータ650を構成する上記各情報は、以下のように作成される。
装置要求仕様651は、サーバ負荷情報検索部123から入力された装置要求仕様を用いて作成される。サーバ仕様652は、計算条件630に記載されたサーバ名636に基づいて、サーバ仕様記憶部112に保存されているサーバ仕様表620から、対応するサーバ仕様(例えば演算量622、メモリ623、ストレージ624)を抽出することによって作成される。計算方法番号653は、計算条件630に記載された計算方法番号633を用いて作成される。接続関係654は、計算条件630に記載された接続関係637を用いて作成される。
次いで、入力パラメータ作成部124は、ステップS107で作成した入力パラメータ650をサーバ負荷計算部130に出力する(ステップS108)。
次に、サーバ負荷計算部130が、ステップS108で入力された入力パラメータ650に基づいて、サーバ負荷を計算する処理(サーバ負荷計算処理)を実行する(ステップS109)。詳細は図12を参照しながら後述するが、サーバ負荷計算処理では、入力パラメータ650に基づいて、サーバ負荷を計算するシミュレーションが実行され、シミュレーションの計算結果が出力部140に出力される。
そして最後に、出力部140が、上記シミュレーションの計算結果を外部に出力し(ステップS110)、サーバ負荷予測処理を終了する。なお、ステップS109では、出力部140は、シミュレーションの計算結果だけでなく、当該シミュレーションに関するその他の情報も合わせて出力することが好ましい(後述する図13参照)。
図12は、サーバ負荷計算処理の処理手順例を示すフローチャートである。図12には、図11のステップS109で実行されるサーバ負荷計算処理について、その詳細な処理手順の一例が示されている。
サーバ負荷計算処理では、入力情報作成部120の入力パラメータ作成部124から入力パラメータ650が入力されたことを契機として、サーバ負荷計算部130の動作が開始される。このとき、サーバ負荷計算部130の入力インタフェース131が、入力パラメータ650から計算方法番号653を読み取る(ステップS201)。
次に、計算実行部132が、プログラム格納部133に格納されているプログラムのうちから、ステップS201で読み取った計算方法番号653に該当する番号のプログラムを選択し(ステップS202)、選択したプログラムを入力パラメータ650に従って実行することにより、サーバ負荷を計算するシミュレーションを実行する(ステップS203)。
シミュレーションが終了すると、計算実行部132が、シミュレーションの計算結果を出力インタフェース134に出力し、出力インタフェース134が、シミュレーションの計算結果を出力部140に出力する(ステップS204)。
以上のように、サーバ負荷計算部130は、サーバ負荷計算処理を実行することにより、使用者によって指定された計算条件630に従って、様々なシミュレーションプログラムを使用して、様々な条件で、生産工程システム20のサーバ23に掛かるサーバ負荷を予測計算することができる。
本実施形態では、サーバ負荷として、具体的には例えば、サーバ演算量の上限(サーバ能力)に対する、装置が要求する演算量の割合を計算することができる。本実施形態で計算可能なサーバ負荷の対象は「演算量」に限定されるものではなく、装置要求仕様表610のサーバ負荷情報613に記載された他のパラメータ、すなわち、メモリやストレージでも同様であるが、以下では、サーバ負荷として最も影響が大きいパラメータ(項目)として「演算量」を例に挙げ、装置とサーバとの接続関係に対して、サーバに要求される演算量を「サーバ負荷」と称する。
サーバ負荷計算部130は、プログラム格納部133に、サーバ負荷(ここではサーバに必要となる演算量)を計算する複数のシミュレーションプログラムを保持しており、使用者は、計算条件630の計算方法番号631においてどの番号を指定するかによって、所望の計算方式でサーバ負荷の計算を行わせることができる。具体的には、図5に示したサーバ負荷計算部130の場合、プログラム格納部133には、3種類の計算方法(計算方法1~3)に対応するシミュレーションプログラム(番号1~3のプログラム)が格納されており、使用者は、計算条件630の計算方法番号631で「番号1」~「番号3」の何れかを指定することにより、所望の計算方式でサーバ負荷を計算させることができる。
以下に、各計算方法に対応する各プログラムの特徴及び効果について説明する。
番号1のプログラムは、使用者指定の接続関係に基づいて、サーバ負荷のシミュレーションを行う。このため、番号1を指定した場合、使用者は、計算条件630に接続関係637を入力する必要がある。一方、番号2,3のプログラムは、シミュレーションの過程で、装置とサーバの接続関係を様々に変化させてサーバ負荷を計算するため、計算条件630において接続関係637の入力は不要となる。
したがって、番号1が指定された場合には、使用者が指定した装置とサーバの接続関係において、各サーバの負荷を計算できるため、番号2,3のプログラムによるシミュレーションと比べて、必要な計算量が少なく、比較的短い時間で計算結果が得られることが期待できる。ただし、番号1のシミュレーションでは、使用者が指定する接続関係637の内容が適切でない場合には、サーバ間でサーバ負荷の大きな偏りが生じたり、仕様の上限を超えるサーバ負荷が発生するサーバが生じたりする可能性がある。
番号2のプログラムによるシミュレーションでは、装置を基準として、装置の要求仕様(装置要求仕様651)を満足するために必要なサーバの台数を計算し、さらに各サーバと装置の接続を決定したうえで、各サーバの負荷を計算する。この番号2のシミュレーションでは、サーバの仕様(サーバ仕様652)の上限を超えずに、かつ、必要となるサーバの台数を少なくできるように、サーバと装置の組み合わせについて、既存のアルゴリズム(例えば、ビンパッキング問題を解くためのアルゴリズム)を用いて計算するように構成してもよい。
したがって、番号2が指定された場合には、装置の要求仕様を優先して、サーバと装置との好適な接続関係を検討した上で、各サーバの負荷を計算することができる。また、上記のアルゴリズム等を用いた場合には、サーバと装置との接続関係を最適解に近い関係にした上で、各サーバの負荷を知ることができる。ただし、番号2のシミュレーションでは、装置の要求仕様を優先しているため、計算の結果として使用者が想定しているサーバ台数よりも多い台数が必要との結果が出力される場合があり得る。
そして、番号2を指定した場合、使用者は、シミュレーションの結果から、装置の要求仕様を満足するために、どのような性能のサーバがあと何台必要であるか、または、想定していたよりも少ない台数のサーバで装置の要求仕様を満足できる、などの知見を得ることができる。また、シミュレーションの結果を使用者が想定していた接続関係と比較することで、サーバの負荷の余剰の程度、もしくは不足の程度を知ることができる。そこでサーバの不足が分かれば、サーバの追加を検討することにより、実際に不具合が生じる前にシステム構成を改善することに役立てることができる。また、サーバの余剰が分かれば、余剰分のサーバの使用停止を検討することにより、システムの省エネルギー化に役立つ。さらに、各サーバ負荷の計算結果から、余剰の程度を把握することで、例えば、サーバが故障した場合に、そのサーバに接続していた装置をどのサーバに接続させることができるかについても事前に検討できるようになる。
番号3のプログラムによるシミュレーションでは、サーバの仕様と台数を基準として、サーバの仕様(サーバ能力)の上限を超えない範囲で、サーバと装置の接続を決定し、各サーバの負荷を計算する。番号3のシミュレーションでは、サーバと装置との効率の良い接続関係を決定するために、既存のアルゴリズム(例えば、ナップサック問題を解くためのアルゴリズム)を用いて計算するように構成してもよい。ただし、番号3のシミュレーションでは、サーバの仕様と台数を固定してシミュレーションが行われるため、各装置の要求仕様の合計がサーバ能力を超過する場合には、サーバに接続できない装置が発生する場合があり得る。
したがって、番号3が指定された場合には、サーバ側の仕様を優先して、サーバと装置との好適な接続関係を検討した上で、各サーバの負荷を計算することができる。このシミュレーションの結果から、使用者は、現在あるサーバで収容(処理)できる装置の構成を知ることができる。また、上記のアルゴリズム等を用いた場合には、サーバと装置との接続関係を最適解に近い関係にした上で、各サーバの負荷を知ることができる。
なお、上記3つの計算方法1~3(番号1~3のプログラム)は、あくまで一例であって、本実施形態はこれらの方法に限定されないことは明白である。他にも例えば、サーバに接続する装置の数が均等になるように、サーバと装置の接続関係を決めて計算する、という計算方法でもよいし、また例えば、装置が物理的に最も近いサーバに接続するように接続関係を指定して計算する、という計算方法等でもよい。
図13は、シミュレーション結果画面660の一例を示す図である。シミュレーション結果画面660は、図11のステップS110において出力部140が出力するシミュレーションの計算結果の一例であって、ディスプレイ装置19に画面表示される。
図13のシミュレーション結果画面660は、計算方法番号661と、サーバ負荷662と、サーバと装置の接続関係663とから構成されている。
計算方法番号661には、シミュレーションに使用された計算方法に対応する番号が示される。図13の場合、「番号1」と表示されていることから、計算方法1でサーバ負荷計算が行われたことが分かる。
サーバ負荷662には、サーバ負荷計算処理によるシミュレーションの計算結果が示される。例えば、サーバ負荷を、サーバ演算量の上限(サーバ能力)に対して装置が要求する演算量の割合とする場合、図13のサーバ負荷662には「サーバA:ユーザ指定上限の30%」と表示されていることから、シミュレーションの計算結果として、サーバAで予測される負荷(演算量)が、計算条件630で指定された運用時のサーバ能力の30%の演算量であったことを意味する。このようなサーバ負荷662の表示により、シミュレーションによって計算されたサーバ負荷が、使用者が指定した許容するサーバ能力に対して過不足があるか否かを提示することができる。
サーバと装置の接続関係663には、シミュレーションでサーバ負荷662の計算結果が算出されたときの、サーバと装置の接続関係が示される。図13の場合、計算方法番号661が「番号1」であることから、使用者が指定した接続関係でサーバ負荷の計算が行われており、サーバと装置の接続関係663の表示内容は、計算条件630の接続関係637に対応する。
なお、図13の表示例は一例に過ぎず、本実施形態に係る出力部140は、サーバ負荷予測システム10における任意の情報を出力するように構成されてよい。
以上に説明したように、第1の実施形態に係るサーバ負荷予測システム10は、サーバ負荷予測処理の実行によって、使用者に指定された計算条件630に基づくサーバ負荷を計算し出力することにより、生産工程の稼働前に(または生産工程で構成等の変更が行われる前に)、生産工程の装置に接続されるサーバ23のサーバ負荷を予測し、使用者に提示することができる。この結果、使用者にサーバの過不足を把握させることができ、サーバの不足が予測される場合、使用者は、必要なサーバを用意するかを、生産工程の稼働前に検討することができる。また、サーバの余剰が予測される場合、使用者は、生産工程における当該サーバの使用継続の可否を検討することができ、当該サーバを使用しないことにより生産工程の省エネルギー化を図ることができる。
また、本実施形態では、サーバ負荷予測処理において、サーバに接続する装置名だけでなく、当該装置を使用する作業や作業者の情報、さらには、当該装置(例えばカメラ22)からのデータを解析する解析モデルの情報も考慮したデータ(図6の装置要求仕様表610を参照)を用いることから、精度良くサーバ負荷を計算することができる。
また、本実施形態では、サーバ負荷予測処理においてサーバ負荷を計算する計算方式を複数の計算方式(例えば計算方式1~3)から選択できるようにしているため、使用者の要望に応える計算方式でサーバ負荷を予測することができる。
また、本実施形態は、派生例として、計算条件630の計算方法番号633で「番号2」または「番号3」が指定される場合に、使用者が想定するシステム構成を計算条件630に入力するようにしてもよい。このような場合、使用者が想定するシステム構成とシミュレーションの計算結果とを比較する機能を設け、その比較結果を出力部140が出力するように構成することで、ディスプレイ装置19に表示されるシミュレーション結果画面660において、シミュレーションによるサーバの過不足を明示することができる。具体的な表示例としては、サーバが不足する結果が得られた場合には、「サーバ不足:性能xxのサーバが後xx台必要」等と表示したり、サーバが余剰する結果が得られた場合には、「サーバ余剰:性能xxのサーバをxx台停止可能」等と表示したりするようにしてよい。
また、本実施形態では、例えば、サーバ負荷計算部130が機械学習を行うことにより、サーバ負荷が過負荷にならない範囲でできるだけ多くの装置及びサーバを構成に用いるように、最適な(または最適に近い)動作変更を予測していくように構成してもよい。
(2)第2の実施形態
本発明の第2の実施形態に係るサーバ負荷予測システム40について説明する。なお、第2の実施形態では、第1の実施形態に係るサーバ負荷予測システム10との相違点を中心に説明し、第1の実施形態と共通する構成や処理等については説明を省略する。
前述した第1の実施形態に係るサーバ負荷予測システム10は、入力された条件(計算条件630)に従って、サーバ負荷を計算し、その計算結果を出力するものであったが、第2の実施形態に係るサーバ負荷予測システム40は、サーバ負荷を閾値以下にできるように装置またはサーバの動作条件やシステム構成を変更した計算を行うことで、サーバ負荷の計算結果が閾値以下になる動作条件やシステム構成を、予め作成されたリスト(後述する動作変更リスト670)の中から探すことができる。
なお、第2の実施形態では、使用者によって予め、許容するサーバ負荷の上限が閾値として設定される。そして、第2の実施形態では、第1の実施形態で述べた計算方法1において、使用者が指定した組み合わせでサーバ負荷を計算した結果、サーバ負荷が上限を超えた場合、また、計算方法2において、装置要求仕様を満足するサーバの性能と台数を計算した結果、サーバの性能または台数の少なくともいずれかが使用者の想定していたサーバの性能、台数よりも多くなった場合、また、計算方法3において、サーバの負荷が閾値を超えないように接続する装置を選択した結果、サーバに接続されない装置が発生したことを、「サーバ負荷が閾値を超えた」と表現する。
サーバ負荷が閾値を超えた場合には、第1の実施形態に記載したように、追加のサーバを設け、過負荷となったサーバの負荷を減らすことが1つの対策方法として挙げられる。しかし、サーバの追加が困難であったりサーバを追加するまでに時間を要したりする等の理由があって、他の対策方法を検討したい場合に、第2の実施形態に係るサーバ負荷予測システム40が特に有効となる。また、サーバが急に故障した場合の対策として、装置の動作の変更方法を検討したい場合にも、第2の実施形態に係るサーバ負荷予測システム40が特に有効である。
図14は、第2の実施形態に係るサーバ負荷予測システム40の機能構成例を示すブロック図である。図14に示すように、サーバ負荷予測システム40は、入力情報作成部120が入力情報作成部410に置き換えられ、判定部420が追加された点で、第1の実施形態に係るサーバ負荷予測システム10(図3参照)と異なる構成となっている。
入力情報作成部410は、第1の実施形態における入力情報作成部120と同様に、サーバ負荷計算部130によるサーバ負荷計算に必要な入力パラメータを作成し、作成した入力パラメータをサーバ負荷計算部130に出力する機能を有する。さらに、入力情報作成部410は、判定部420によってサーバ負荷が閾値を超えたと判定された場合に、予め作成されたリスト(図16の動作変更リスト670)に基づいて、サーバまたは装置の動作条件やシステム構成を変更した上で、入力パラメータを作成し直す機能を有する。なお、入力情報作成部410の内部構成は、第1の実施形態で説明した図4の構成と同様であり、図示を省略する。
判定部420は、サーバ負荷計算部130によるシミュレーションの計算結果をサーバ負荷予測処理における最終的な計算結果として出力してよいか、を判定する機能を有する。具体的な判定処理の内容については、図15のサーバ負荷予測処理の説明のなかで述べる。
また、図14には図示しないが、サーバ負荷予測システム40(例えば記憶部110または入力情報作成部410)には、生産工程の装置またはサーバの動作条件の変更を管理するための情報として、動作変更リスト670が予め作成されて保存されている。動作変更リスト670は、図15に示すサーバ負荷予測処理において参照されることがあり、その具体例を図16に示す。
図15は、第2の実施形態におけるサーバ負荷予測処理の処理手順例を示すフローチャートである。以下、図15を参照しながら、サーバ負荷予測システム40によって実行されるサーバ負荷予測処理について詳しく説明するが、第1の実施形態で図11に示したサーバ負荷予測処理と同様の処理については、同一のステップ番号を付してその説明を省略する。
まず、図15において、使用者によって指定された計算条件が入力情報作成部410に入力されてから、サーバ負荷計算部130によって初回のシミュレーションが実行されるまでの処理(ステップS101~S109)は、第1の実施形態(図11のステップS101~S109)と同様である。なお、ステップS109のサーバ負荷計算処理において、サーバ負荷計算部130は、サーバ負荷を含むシミュレーションの計算結果を判定部420に出力する。
次に、判定部420は、ステップS109のサーバ負荷計算処理で算出されたサーバ負荷と、使用者が予め設定したサーバ負荷の上限(閾値)とを比較し、サーバ負荷が閾値以下であるか否かを判定する(ステップS301)。
ステップS301においてサーバ負荷が閾値以下であった場合は(ステップS301のYES)、サーバ負荷の再計算を行う必要がないと判断されるため、判定部420がシミュレーションの計算結果を出力部140に出力した後、ステップS110に進む。そしてステップS110では、第1の実施形態で説明したように、出力部140が、シミュレーションの計算結果を外部に出力し、サーバ負荷予測処理を終了する。
一方、ステップS301においてサーバ負荷が閾値を超えていた場合は(ステップS301のNO)、判定部420は、動作変更リスト670を参照し、動作変更リスト670に記載された動作条件のなかで未実施のものがないかを判定する(ステップS302)。
図15の説明に戻る。ステップS302において、動作変更リスト670に未実施の動作条件がなかった場合(ステップS302のYES)、これ以上の動作条件の変更はできないため、判定部420がシミュレーションの計算結果を出力部140に出力した後、ステップS110に進む。一方、ステップS302において動作変更リスト670に未実施の動作条件があった場合には(ステップS302のNO)、判定部420は、動作条件の変更を入力情報作成部120に通知して、ステップS303に進む。
ステップS303では、入力情報作成部120が、動作変更リスト670を参照し、動作条件が未実施のレコードのうち、計算の順番が最優先されるレコードに基づいて、次回のシミュレーション用の入力パラメータを作成する。
ステップS303の処理後は、ステップS108に戻って以降の処理が行われることにより、作成し直した入力パラメータに基づいてサーバ負荷計算部130がシミュレーションを再実行する。上記処理は、サーバ負荷が閾値以下になるか(ステップS301のYES)、シミュレーションが未実施の動作条件674がなくなる(ステップS302のYES)まで繰り返し実行される。
図16は、動作変更リスト670の一例を示す図である。動作変更リスト670は、生産工程の装置またはサーバの動作条件の変更を管理するためのリストであって、優先順位を付された複数の動作条件がまとめられている。図16の場合、動作変更リスト670は、計算の順番671、装置672、動作変更内容673、及び動作条件674のデータ項目を有して構成される。計算の順番671は、サーバ負荷が閾値を超えた場合に動作条件674を変更してシミュレーションを行うときの優先順位を示し、優先順位が小さいほうから順に選択される。装置672は、動作を変更する装置を示す。動作変更内容673は、動作変更の内容を示す。動作条件674は、装置からサーバへの要求仕様の変更内容を示す。
図16の動作変更リスト670を用いて、図15のサーバ負荷予測処理の流れを具体的に確認する。
初回のシミュレーションの計算結果において、生産工程システム20の複数のサーバ23の少なくとも1台のサーバの負荷が閾値を超えた場合(ステップS301のNO)、判定部420によるステップS302の判定を経て、入力情報作成部410による入力パラメータの再作成が行われ(ステップS303)、サーバ負荷計算部130によるシミュレーション(サーバ負荷計算処理)が行われる(ステップS109)。
上記の再作成された入力パラメータに基づくシミュレーションは、動作変更リスト670で計算の順番671に「1」が記載されたレコードの動作条件674を適用して行われる。より具体的には、カメラAからサーバへ伝送する画像の送信間隔を通常の100ミリ秒間隔から200ミリ秒間隔に変更することで、サーバへの要求仕様が通常の0.5倍になるとして、シミュレーションが行われる。
さらに、上記のシミュレーションの計算結果でも、少なくとも1台のサーバの負荷が閾値を超えた場合には(ステップS301のNO)、動作変更リスト670で計算の順番671に「2」が記載されたレコードの動作条件674を適用して、再び入力パラメータの作成及びシミュレーションが行われる。この場合、具体的には、カメラAならびにカメラDからサーバへ伝送する画像の送信間隔を通常の100ミリ秒間隔から200ミリ秒間隔に変更することで、2つのカメラのサーバへの要求仕様が通常の0.5倍になるとして、シミュレーションが行われる。
このように、図15のサーバ負荷予測処理では、生産工程システム20の複数のサーバ23の全てのサーバ負荷が閾値以下になるか(ステップS301のYES)、動作変更リスト670に未実施の動作条件674が存在しなくなる(ステップS302のYES)まで、動作変更リスト670の計算の順番671に従って動作条件674が変更されながら、シミュレーションが繰り返し実施される。
なお、第2の実施形態で実行可能な動作条件の変更は、図16に示した動作変更リスト670の記載内容に限定されるものではなく、様々な変更方法を採用することが可能である。
例えば、動作変更内容673の一例として、装置と関連装置の接続先サーバを変更することが挙げられる。具体的には例えば、図6の装置要求仕様表610には、「装置A」の関連装置として「カメラA」があるが、初回のシミュレーションでは、装置と関連装置を同じサーバに接続するという制約条件を持たせて計算する。その結果、サーバ負荷が閾値を超える結果となった場合は、関連装置(カメラA)を装置(装置A)とは異なるサーバに接続してもよいと緩和した条件で、次回以降の計算を行わせるようにしてもよい。
また、装置の条件の変更だけでなく、例えば、サーバ仕様の変更、すなわち、サーバの演算量やメモリ、ストレージの上限を緩和した条件で計算を行い、閾値の緩和を使用者に提示するように構成してもよい。この場合、それぞれのサーバに対して、どの程度、閾値を緩和するかという条件と、その計算の順番とを設定して、当該設定に従って計算を行えばよく、その結果、例えば「最初に設定した閾値の1.1倍を閾値とすれば、サーバ負荷が閾値以下で収まる」といった情報を使用者に提示することができる。
また、データの解析に用いる解析モデルを、解析精度は劣化するが演算量がより少なくてすむモデルに変更するなどの方法で、閾値以下になるような条件を計算し、その動作方法とサーバ負荷の計算結果を使用者に提示しても良い。
さらに、上記の説明では、装置の動作の変更、サーバと装置の接続に関する制限の変更、サーバの仕様の変更、解析モデルの変更を分けて説明したが、これらを組み合わせた動作条件の変更を提示してもよい。
また、図15に示したサーバ負荷予測処理では、終了条件を満たすまでに、繰り返し計算を行うことがあるため、シミュレーションの最終的な計算結果が出力されるまでに時間が掛かる場合がある。一般に、サーバと装置の接続関係を決めるためのアルゴリズムは、最適解により近い結果を出す計算方法を用いるほうが、計算時間がかかると考えられる。そのため、サーバと装置の接続をアルゴリズムが決める計算方法(第1の実施形態で説明した計算方法2や計算方法3)のプログラムについては、サーバと装置の接続に対して、最適解に比べて最適度は劣化するが短い計算時間で結果を出力できるもの、計算時間は長くなるがサーバと装置の接続に対して最適解により近い結果を出力できるもの、といった複数の計算アルゴリズムを用意し、使用者が結果を得るまでに待つことができる時間の長短によって、アルゴリズムを選択できるように構成してもよい。その場合は、使用者が計算方法番号で指定してもよく、また、使用者が計算条件として許容時間を入力して、サーバ負荷予測システム40が、入力された許容時間と、工程に関する情報から、計算に使用する方法を選択するように構成してもよい。
図17は、シミュレーション結果画面680の一例を示す図である。シミュレーション結果画面680は、図15のステップS110において出力部140が出力するシミュレーションの計算結果の一例であって、ディスプレイ装置19に画面表示される。
図17のシミュレーション結果画面680は、計算方法番号681と、サーバ負荷682と、サーバと装置の接続関係683と、動作を変更する装置と動作条件684とから構成されている。サーバと装置の接続関係683には、接続関係にあるサーバと装置の対応が表示される。動作を変更する装置と動作条件684には、動作を変更する装置がある場合に、その装置と動作条件が表示される。
以上に説明したように、第2の実施形態に係るサーバ負荷予測システム40は、サーバ負荷予測処理の実行によって、使用者に指定された計算条件630に基づくサーバ負荷を計算し出力するだけでなく、上記サーバ負荷の算出結果が予め設定した閾値を超える場合には、装置またはサーバの動作条件やシステム構成を変更してサーバ負荷を再計算することにより、サーバ負荷を閾値以下にできるような動作条件やシステム構成を動作変更リスト670のなかから探すことができる。このような第2の実施形態に係るサーバ負荷予測システム40によれば、生産工程の稼働前に(または生産工程で構成等の変更が行われる前に)、生産工程の装置に接続されるサーバ23のサーバ負荷をシミュレーションで予測し、使用者に提示することができるだけでなく、シミュレーションでサーバ負荷が閾値を超えるサーバが存在する場合には、それを回避するための動作条件やシステム構成を使用者に提示することができる。
なお、本実施形態では、図2に示した生産工程システム20をサーバ負荷の予測対象として説明したが、例えば、生産工程システム20においてサーバA(サーバ231)及びサーバB(サーバ232)の上位に別のサーバ(上位サーバ)が設けられる場合には、サーバ負荷予測システム40は、サーバA,Bが実施する処理の一部を上位サーバに負担させることで各サーバのサーバ負荷を閾値以下にするような計算方法を実施するシミュレーションプログラムを有するように構成してもよい。
(3)第3の実施形態
上述した第1及び第2の実施形態では、サーバ負荷予測システム10,40は、生産工程の装置及びサーバが有線のネットワーク24で接続された生産工程システム20(図2参照)を対象として、サーバの負荷を予測できることを説明した。しかし、本発明のサーバ負荷予測システムがサーバ負荷を予測することができる生産工程システムは、生産工程システム20に限定されるものではない。そこで第3の実施形態では、無線ネットワークを含む生産工程システム(図18に示す生産工程システム50)についてサーバ負荷を予測するサーバ負荷予測システムを説明する。
図18は、稼働中の生産工程システム50の構成例を示すブロック図である。生産工程システム50は、少なくとも一部の装置がサーバとの通信に無線通信を使用することを想定した生産工程に構築されたシステムであって、生産工程システム20と同様の構成については、共通の符号を付してその説明を省略する。
図18に示したように、生産工程システム50は、サーバ231(サーバA)、サーバ232(サーバB)、生産装置211(装置A)、生産装置511(装置D)、カメラ221(カメラA)、カメラ521(カメラDa)、カメラ522(カメラDb)、カメラ523(カメラE)、無線機531(無線機Wa)、無線機532(無線機Wb)、無線機533(無線機Wc)、無線機534(無線機Wd)、及び、定められたルート541にしたがって移動する搬送車542を備える。
生産工程システム50において、カメラDa,Dbは装置Dを使用する作業者25の動作を撮影し、カメラEは搬送車542に搭載されて搬送車542の周囲を撮影する。カメラDbが撮影した画像は、無線機Wbから無線通信で無線機Waに送信された後、無線機Waから有線でサーバAまたはサーバBに送信される。また、カメラEが撮影した画像は、無線機Wdから無線通信で例えば無線機Wcに送信された後、無線機Wcから有線でサーバAまたはサーバBに送信される。また、搬送車542とサーバAまたはサーバBとの通信(例えば搬送車542に対する制御信号の送信)にも、無線機Wdと無線機Wcの無線通信が用いられる。
上記のように少なくとも一部の装置がサーバとの通信に無線通信を使用する生産工程システム50では、電波の状態によって通信速度が変動する。また、搬送車542の移動に伴い、搬送車542に搭載された無線機Wdも移動するため、通信相手となる無線機Wcとの相対関係によって通信速度がかわり、他の装置で遮蔽されて通信が途切れることも起こり得る。このように、無線通信では、装置からサーバに届くデータが時間によって変動する場合があるため、無線通信を利用してサーバAまたはサーバBにデータを伝送する装置(例えばカメラDb、カメラE、搬送車542)がサーバAまたはサーバBに掛けるサーバ負荷も、時間によって変化することが想定される。
そこで、本実施形態では、サーバ負荷予測システム(例えば、サーバ負荷予測システム10でもよいし、サーバ負荷予測システム40でもよい)が、生産工程システム50を対象としてサーバの負荷を予測する場合、次のような処理を行う。
第1例として、サーバ負荷予測システムは、搬送車542がルート541を移動する場合に無線通信によって発生する通信量の変化をシミュレーションにより算出し、算出した通信量を用いてサーバ負荷の変化を計算し、その計算結果を、搬送車542のサーバに対する装置要求仕様に利用する。
また、第2例として、サーバAもしくは他の装置に、ネットワークの状態を監視し解析するネットワーク監視解析機能を実装する。そして、搬送車542が同じルート541を同じ速度で走行したとき、もしくはルート541と同様のルート(不図示)を同様の速度で走行したとき等、搬送車542が類似の条件で走行したときの無線機WdとサーバAとの間の通信を、上記ネットワーク監視解析機能を用いて解析し、解析の結果得られた通信量の変化から、サーバ負荷の変化を計算し、サーバAもしくは他の装置に保存する。そして、サーバ負荷予測システムは、上記保存されたサーバ負荷の変化を装置要求仕様に利用する。
そして本実施形態では、上記の第1例のシミュレーションや第2例のネットワークを監視し解析したことによって求めたサーバ負荷の変化から、統計処理を行ってサーバ負荷の累積度数分布を求めることにより、累積相対度数からサーバ負荷を予測できるように構成する。
図19は、サーバ負荷の累積度数分布の一例を示す図である。図19に示したグラフ690は、累積相対度数を縦軸に、サーバ負荷を横軸にとって、サーバ負荷の変化の一例を表したグラフである。このようなグラフ690からは、累積相対度数を指定することで、サーバ負荷の予測を行うことができる。具体的には例えば、グラフ690内の破線は、サーバ負荷が75%の確率で、75%値として示した値以下になることを示している。したがって、75%の確率で満足するという条件で計算を行う場合、サーバ負荷予測システムは、75%値に相当する数値を、装置要求仕様として計算すればよい。
なお、通信の時間変化が工程や搬送車542の走行ルートによって変わる場合や、午前、午後、夜間など時間帯によって変化する場合は、それぞれの条件での累積度数分布を求めて、その累積度数分布から求めたサーバ負荷の値を、装置要求仕様として計算すればよい。
また、上記のようにサーバ負荷が変化する場合は、使用者がサーバ負荷予測システムに、計算条件630として、装置要求仕様の値そのものを入力するような構成としてもよい。また、計算に使用する可能性のある数値、例えば75%値、95%値、平均値、中央値などをまとめたテーブルを予め作成しておき、そのテーブルをサーバ負荷予測システム内に保存し、使用者が計算条件630に「X%値」を入力することで、上記テーブルに記載されているX%値に相当するサーバ負荷の値を装置要求仕様として計算するようにサーバ負荷予測システムを構成してもよい。
ところで、第1の実施形態でも述べたように、生産工程に設置されるカメラ(例えばカメラ22)は、カメラが撮影した画像データの中の作業者25の動作をサーバ23で解析するために設置されており、使用する解析モデルによっては、画像データ内の作業者数によって、必要となるサーバの演算量、すなわちサーバ負荷が変わる場合がある。そのため、同一の装置から、同一のデータ量が定期的にサーバ23(231,232)に伝送される場合であっても、サーバ負荷が変動することがある。
そこで本実施形態では、無線通信を介してサーバに接続される搬送車542の場合と同様に、サーバ負荷の変化から装置要求仕様を計算するという上述した方法を、カメラの装置要求仕様にも適用することができる。この場合、画像内の人数が変化するカメラも、無線通信と同様に、累積度数分布のX%値、平均値、中央値、最大値といった数値を装置要求仕様に使用し、これらの装置要求仕様に基づいてサーバ負荷を予測することができる。
また、本実施形態では、サーバ負荷が計算条件によって変化する場合には、出力部140による出力において、シミュレーションの結果とともに、シミュレーションの条件も使用者に提示するように構成することが好ましい。例えば、カメラの画像を分析する場合、画像内に存在する人数によってサーバの負荷が変化するため、使用者に対して、「この計算では、画像内の人数が、1人の確率が80%、2人の確率が15%、3人の確率が5%の場合に、95%の確率で満足するサーバ負荷を装置要求仕様として計算を行った」ということを示すようにしてもよい。本実施形態では、上記のようにシミュレーションの条件が併せて表示されることによって、使用者がサーバ負荷の計算条件を確認することができるため、以降の計算条件の指定に役立てることができる。
以上のように、本発明は、各実施形態に係るサーバ負荷予測システムを構築することにより、工程変更後のサーバ負荷を予測し、さらに、サーバ負荷が閾値を超えないようにするための、システム構成や各装置やサーバの動作条件に対する提案をすることができる。その結果、使用者は、サーバ負荷が閾値を超える場合は、サーバの追加を検討することができ、サーバの追加が困難な場合や追加までに時間を要する場合は、装置の動作を変更することでサーバの負荷を低減することを検討できる。また、サーバ負荷を予測した結果、当初使用予定のサーバよりも、演算能力は小さいが、エネルギー消費の観点では優れたサーバを保有しており、その演算能力の小さいサーバでも装置の要求仕様を満足できることが分かれば、使用者は、演算能力の小さいサーバへの置き換えを検討することができる。
なお、本発明は上述した第1~第3の実施形態に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えても良い。また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えても良い。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしても良い。例えば、各実施形態では、生産工程にサーバが複数台ある構成について述べたが、サーバが1台の場合でも、本発明を適用することは可能である。
また、上述した実施形態における各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、SSD等の記録装置、又は、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に格納することができる。
また、図面において制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてよい。
10,40 サーバ負荷予測システム
11 演算ユニット
12 メモリ
13 補助記憶装置
14 通信インタフェース
15 入力インタフェース
16 出力インタフェース
17 キーボード
18 マウス
19 ディスプレイ装置
20,50 生産工程システム
21(211~213) 生産装置
22(221~223) カメラ
23(231,232) サーバ
24,30 ネットワーク
25 作業者
110 記憶部
111 装置要求仕様記憶部
112 サーバ仕様記憶部
120 入力情報作成部
121 ユーザインタフェース
122 工程-装置変換部
123 サーバ負荷情報検索部
124 入力パラメータ作成部
130 サーバ負荷計算部
131 入力インタフェース
132 計算実行部
133 プログラム格納部
134 出力インタフェース
140 出力部
410 入力情報作成部
420 判定部
511 生産装置
521~523 カメラ
531~534 無線機
541 ルート
542 搬送車
610 装置要求仕様表
620 サーバ仕様表
630 計算条件
640 工程-装置変換表
650 入力パラメータ
660,680 シミュレーション結果画面
670 動作変更リスト
690 グラフ

Claims (15)

  1. 生産工程に設置される1以上の装置に接続する1以上のサーバにおけるサーバ負荷を予測するサーバ負荷予測システムであって、
    前記1以上の装置の各装置について、当該装置の制御または当該装置から伝送される情報の処理のために接続先の前記サーバに掛かる負荷を示すサーバ負荷情報と、当該装置を使用する作業に関する情報を示す作業情報と、を含む装置要求仕様を保存する装置要求仕様記憶部と、
    前記1以上のサーバの各サーバが保持する能力を示すサーバ仕様を保存するサーバ仕様記憶部と、
    前記サーバ負荷を予測する工程の指定を含む計算条件の入力を受け付け、前記計算条件、前記装置要求仕様及び前記サーバ仕様に基づいて、前記サーバ負荷を計算するシミュレーションの実行に必要な入力パラメータを作成する入力情報作成部と、
    前記入力パラメータに基づいて、前記計算条件で指定された前記工程で使用される前記装置が接続先の前記サーバに掛ける前記サーバ負荷を前記シミュレーションによって計算するサーバ負荷計算部と、
    前記サーバ負荷計算部による計算結果を出力する出力部と、
    を備えることを特徴とするサーバ負荷予測システム。
  2. 前記入力情報作成部は、
    前記生産工程の各工程と各工程で使用される装置との対応関係を示す工程装置変換情報を保持し、
    前記作業情報及び前記工程装置変換情報に基づいて、前記計算条件で指定された前記工程で使用される前記装置を判断し、当該装置に対応する前記サーバ負荷情報を用いて前記入力パラメータを作成する
    ことを特徴とする請求項1に記載のサーバ負荷予測システム。
  3. 前記計算条件において、前記サーバ負荷を予測する工程の指定に加えて、当該工程における前記装置及び前記サーバの接続関係が指定された場合に、
    前記サーバ負荷計算部は、前記シミュレーションにおいて、前記計算条件で指定された前記接続関係に基づいて、前記サーバにおける前記サーバ負荷を計算する
    ことを特徴とする請求項1に記載のサーバ負荷予測システム。
  4. 前記計算条件において、前記サーバ負荷を予測する工程の指定に加えて、当該工程で使用される前記装置が指定された場合に、
    前記サーバ負荷計算部は、前記シミュレーションにおいて、前記計算条件で指定された前記装置を基準として、当該装置の前記装置要求仕様を満足するために必要な前記サーバの台数を計算し、当該装置に接続する前記サーバを決定した上で、当該サーバにおける前記サーバ負荷を計算する
    ことを特徴とする請求項1に記載のサーバ負荷予測システム。
  5. 前記計算条件において、前記サーバ負荷を予測する工程の指定に加えて、当該工程で使用される前記装置が接続する前記サーバの仕様及び台数が指定された場合に、
    前記サーバ負荷計算部は、前記シミュレーションにおいて、
    前記計算条件で指定された前記サーバの仕様及び台数を基準として、当該サーバの能力を超えない範囲で、当該サーバに接続する前記装置を決定した上で、当該サーバにおける前記サーバ負荷を計算する
    ことを特徴とする請求項1に記載のサーバ負荷予測システム。
  6. 前記装置要求仕様において、
    前記作業情報には、前記装置から伝送される情報を解析するときに前記サーバが用いる解析モデルを表す情報が含まれ、
    前記サーバ負荷情報には、前記解析モデルを用いた前記解析によって前記サーバに掛かる負荷が示される
    ことを特徴とする請求項1に記載のサーバ負荷予測システム。
  7. 前記装置要求仕様には、各装置の稼働中に測定した実測データに基づく前記サーバ負荷情報または前記作業情報が含まれる
    ことを特徴とする請求項1に記載のサーバ負荷予測システム。
  8. 前記計算条件では、前記サーバ負荷に対する判定条件がさらに設定され、
    前記サーバ負荷計算部によって計算された前記サーバ負荷が前記判定条件を満たしているか否かを判定する判定部をさらに備え、
    前記判定部によって、前記サーバ負荷の計算結果が前記判定条件を満たしていないと判定された場合、
    前記入力情報作成部が、前記入力パラメータを変更し、
    前記サーバ負荷計算部が、前記変更された入力パラメータに基づいて、前記サーバ負荷を再計算する処理を繰り返し、
    前記判定部によって、前記サーバ負荷の計算結果が前記判定条件を満たしていると判定された場合、
    前記出力部は、当該サーバ負荷の計算結果を出力する
    ことを特徴とする請求項1に記載のサーバ負荷予測システム。
  9. 前記入力パラメータの変更では、
    前記判定条件を満たしていないと判定された前記サーバ負荷を計算したときに接続関係が想定された前記装置及び前記サーバについて、前記装置に対応する前記装置要求仕様または前記サーバに対応する前記サーバ仕様に含まれる情報の少なくとも何れかが変更される
    ことを特徴とする請求項8に記載のサーバ負荷予測システム。
  10. 前記出力部は、前記判定条件を満たしていると判定された前記サーバ負荷とともに、前記変更された前記装置要求仕様または前記サーバ仕様の情報を出力する
    ことを特徴とする請求項9に記載のサーバ負荷予測システム。
  11. 前記生産工程において前記装置要求仕様が変動する場合、
    前記変動に対する統計処理を行って得られる数値を前記装置要求仕様記憶部に保存し、
    前記サーバ負荷計算部は、前記装置要求仕様記憶部に保存された前記数値を用いて前記サーバ負荷を計算する
    ことを特徴とする請求項1に記載のサーバ負荷予測システム。
  12. 前記生産工程において少なくとも一部の前記装置と前記サーバとが無線通信で接続される場合、
    前記サーバ負荷計算部は、前記無線通信によって変動する通信量を統計処理した数値を用いて、前記サーバ負荷を計算する
    ことを特徴とする請求項11に記載のサーバ負荷予測システム。
  13. 前記計算条件において、運用時の前記サーバに許容する能力が指定された場合に、
    前記出力部は、前記サーバ負荷計算部によって計算された前記サーバ負荷を、前記計算条件で指定された前記運用時の前記サーバに許容する能力に対する過不足を判別可能な態様で出力する
    ことを特徴とする請求項1に記載のサーバ負荷予測システム。
  14. 前記出力部は、前記サーバ負荷計算部によって計算された前記サーバ負荷とともに、当該サーバ負荷の計算で想定された前記装置及び前記サーバの接続関係を出力する
    ことを特徴とする請求項1に記載のサーバ負荷予測システム。
  15. 生産工程に設置される1以上の装置に接続する1以上のサーバにおけるサーバ負荷を予測するシステムによるサーバ負荷予測方法であって、
    前記システムには、
    前記1以上の装置の各装置について、当該装置の制御または当該装置から伝送される情報の処理のために接続先の前記サーバに掛かる負荷を示すサーバ負荷情報と、当該装置を使用する作業に関する情報を示す作業情報と、を含む装置要求仕様が保存され、
    前記1以上のサーバの各サーバが保持する能力を示すサーバ仕様が保存され、
    前記サーバ負荷を予測する工程の指定を含む計算条件の入力を受け付け、前記計算条件、前記装置要求仕様及び前記サーバ仕様に基づいて、前記サーバ負荷を計算するシミュレーションの実行に必要な入力パラメータを作成する入力情報作成ステップと、
    前記入力パラメータに基づいて、前記計算条件で指定された前記工程で使用される前記装置が接続先の前記サーバに掛ける前記サーバ負荷を前記シミュレーションによって計算するサーバ負荷計算ステップと、
    前記サーバ負荷計算ステップによる計算結果を出力する出力ステップと、
    を備えることを特徴とするサーバ負荷予測方法。
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