JPH0792895A - 運転員訓練用プラントシミュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】運転員の教育・訓練結果を客観的に評価するこ
とを可能とし、効率よくプラント運転のための教育・訓
練を進行できるようにする。 【構成】運転員がプラントの操作・運転監視を行う操作
制御装置と、訓練対象となるプラントを模擬したプラン
ト・モデルを有し操作制御装置からの操作指令を受けて
プラントの特性をシミシミュレートするプラントシミュ
レータと、プラントシミュレータによる訓練履歴情報を
記憶する手段と、この記憶手段から訓練履歴情報を読み
出し、指定された複数の評価項目ごとに所定の評価処理
を実施して各評価項目ごとに得点を算出する評価手段
と、評価手段で算出された各評価項目毎の得点を少なく
ともレーダーチャートとして表示する表示手段とで構成
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラントの制御・運転
等を訓練するための運転員訓練用プラントシミュレータ
に関し、更に詳しくは、運転員（オペレータ）の訓練結
果を自動的に評価する機能を備え、教育・訓練結果を客
観的に評価できるようにした運転員訓練用プラントシミ
ュレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ほとんどの工業，化学等の分野に
用いられているプラントは、計算機によるプロセス制御
システムにより自動化され、運転員は中央の制御室にい
て、各種の制御・運転管理作業等を行うような体制とな
っている。例えば、ＬＮＧ（液化天然ガス）受入れ基地
のような大規模なプラントを想定すると、そこでは、プ
ロセス制御システムが、ＬＮＧ受入れ作業からタンク備
蓄，気化設備運転，熱量調節・送出等と広範囲の制御を
昼夜連続で担当している。このため、運転員は安全で、
安定した制御・運転が行えるような技術を備えているこ
との外に、高度のオペレーション技術と、各種の異常発
生に対して迅速で適切な処理が行える対応能力を備えて
いることが要求される。

【０００３】運転員訓練用プラントシミュレータは、こ
の様な大規模なプラントを少人数で運転管理していくの
に必要な前記したような技術を備えた優秀な運転員を育
成するうえで必要不可欠である。従来より、この様なプ
ラント運転のための教育・訓練を行う訓練用プラントシ
ミュレータとして、例えば、特公平２−５８６３１号公
報や特公平３−７２９３２号公報等に開示されているよ
うな装置がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
での訓練用プラントシミュレータは、いずれも、教育・
訓練結果について、例えば、運転員の操作手順や操作タ
イミングが適正であったか否かを判断することが主体
で、プラントの安定な制御運転のための修得や高度のオ
ペレーション技術の修得に関して、それを客観的に評価
できるような機能を備えておらず、訓練効果を高めるう
えで課題があった。

【０００５】本発明は、教育・訓練結果を各種の項目に
応じて自動的に評価する機能を設けることにより、運転
員の教育・訓練結果を客観的に評価することを可能と
し、効率よくプラント運転のための教育・訓練を進行す
ることのできる運転員訓練用プラントシミュレータを提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
る本発明は、運転員がプラントの操作・運転監視を行う
操作制御装置と、訓練対象となるプラントを模擬したプ
ラント・モデルを有し操作制御装置からの操作指令を受
けてプラントの特性をシミュレートするプラントシミュ
レータと、このプラントシミュレータによる訓練履歴情
報を記憶する訓練履歴情報記憶手段と、この訓練履歴情
報記憶手段から訓練履歴情報を読み出し、指定された複
数の評価項目ごとに所定の評価処理を実施して各評価項
目ごとに得点を算出する評価手段と、この評価手段で算
出された各評価項目毎の得点を少なくともレーダーチャ
ートとして表示する表示手段とを備えたことを特徴とす
る運転員訓練用プラントシミュレータである。

【０００７】また、評価手段は、訓練履歴情報記憶手段
から読み出した管理目標となる対象データと上下限値で
指定される目標値を所定の区間内で比較し、目標値の範
囲に収まっている場合に当該範囲に応じた得点を与える
評価処理を実施するように構成されている。

【０００８】

【作用】評価手段で評価される項目は複数個存在してお
り、各評価項目に応じてそれぞれ得点が算出される。表
示手段には、評価手段で算出された各得点がレーダーチ
ャートとして表示される。従って、各評価項目での成績
のバランス・偏りが一目して把握でき、客観的な総合評
価が可能となる。

【０００９】

【実施例】以下図面を用いて本発明の一実施例を詳細に
説明する。図１は、本発明の基本的な構成ブロック図で
ある。図において、１は運転員がプラントの操作・運転
監視を行う操作制御装置で、運転員が実際にプラントを
運転する制御システムと同様の操作機能や制御機能を有
するものが用いられる。

【００１０】２は通信手段、３はプラントシミュレータ
で、通信手段２を介して操作制御装置と接続されてい
る。このプラントシミュレータ３内には、通信手段２を
介してデータの授受を行う仮想端子３１、訓練対象とな
るプラントを模擬したプラント・モデル３２を有し、仮
想端子３１を通して操作制御装置１からの運転員の時々
刻々の操作指令を受け、プラントがどの様な特性（応
答）を示すかがリアルタイムでシミュレートできるよう
に構成されている。そして、プラントシミュレータ３に
よるリアルタイムで出力されるシミュレート結果は、仮
想端子３１に出力される。

【００１１】ここでプラント・モデル３２は、訓練の対
象となる各種プラントに応じて複数個が備えられてい
て、各プラント・モデルは、いずれも実際のプラントの
特性に類似するように物理モデルとして組み立てられて
いる。例えば、バルブや配管系には、バルブ特性モデル
と流量公式により、容器内の気体には状態方程式により
それぞれ組み立てられ、また、熱交換部には熱伝達モデ
ル、液体の気化には蒸発モデル、燃焼部には燃焼モデ
ル、気化混合部にはミキシングモデルがそれぞれ使用さ
れ、これらが適宜組み合わされて実プラントの特性に近
づくように構成される。また、各プラントモデルの調整
は、各種のパラメータの設定，変更により行われるが、
これらの各パラメータは、実際のプラント等から把握さ
れる例えばステップ応答等の結果を反映したものとなっ
ている。

【００１２】４はプラントシミュレータ３によるシミュ
レート結果の履歴（訓練履歴）情報を記憶する訓練履歴
情報記憶手段、５は評価手段で、訓練履歴情報記憶手段
４から訓練履歴情報を読み出し、指定された複数の評価
項目ごとに所定の評価処理を実施して各評価項目ごとに
得点を算出する。６はインストラクター操作卓で、訓練
の開始指令や評価項目の指定、プラントの故障発生，復
帰等の指示、訓練結果に対する講評の入力等を行えるよ
うになっている。７は故障発生，復帰手段で、インスト
ラクター操作卓６からの故障発生，復帰等の指示を受け
て、プラントシミュレータ３に故障発生状態を作りだす
ように構成してある。８は評価手段５で算出された各評
価項目毎の得点を少なくともレーダーチャートとして表
示する表示手段である。

【００１３】評価手段５で評価処理される評価項目とし
ては、例えば、管理目標値，経済性，操作時間，品質，
安全性，効率，収束性等が用意してある。また、この評
価手段５には、インストラクター操作卓６から入力され
る模範訓練結果との比較により算出する評点や講評等を
受けて、それらを総合評価を示す情報内に組み込むこと
ができるように構成してある。

【００１４】この様に構成した装置の動作を次に説明す
る。図２は、動作の概要を示すフローチャートである。
インストラクター操作卓６から出力される訓練コース開
始指令を受けると、指定された一つのプラント・モデル
が選択され、そのプラント・モデルに初期状態が設定さ
れて訓練が開始される。訓練内容としては、プラントの
運転開始，定常運転，稼働変更，プラントの完全停止ま
での一連の操作を、操作制御装置１を訓練生である運転
員が実際に操作・制御運転しながら訓練する通常訓練コ
ース、異常状態が発生した時に適切に対処する異常訓練
コース等の各種のコースが用意されている。訓練実施中
にプラントシミュレータ３からリアルタイムに得られる
シミュレート結果（例えば、仮想端子３１に出力される
プロセス量ＰＶの履歴，各ステップ毎の訓練経過時間履
歴，アラーム発生履歴）は、訓練履歴情報記憶手段４に
格納される。

【００１５】訓練コースが終了すると、総合評価が必要
である場合、評価手段５が起動されて訓練結果に対する
評価が自動的に行われる。即ち、評価手段５は、指定さ
れた評価項目に応じて、訓練履歴情報記憶手段４から必
要な情報を読み出し、評価項目に応じた評価処理を行っ
てそれぞれ得点あるいは偏差値を算出する。以下に、評
価手段５に用意されている各評価項目毎に、その評価処
理を説明する。

【００１６】（管理目標値）図３は、管理目標値の得点
算出の概念を説明するための図である。管理目標値の対
象データとして、プロセス量ＰＶの履歴情報を読み出
し、その履歴を決められた区間（例えばステップ番号４
からステップ番号８）内で、上下限を指定した目標値範
囲Ａ，範囲Ｂ，範囲Ｃのそれぞれと比較し、どの範囲に
収まっているかで得点を決定する。例えば、上下限の目
標値範囲が一番狭い範囲Ａ内に収まっていれば１０点、
範囲Ｂ内に収まっていれば５点、範囲Ｃ内に収まってい
れば３点の得点を決定する。

【００１７】また、必要に応じて、得られた得点に対し
て、指定された母集団での偏差値を算出する。偏差値Ｔ
ｉの算出は、（１）式に示されるような一般的な統計手
法により算出される。 Ｔｉ＝｛１０＊（Ｘｉ−μ）｝／ρ＋５０ ……（１） ただし、Ｔｉ：偏差値 Ｘｉ：得点 μ ：平均値 ρ ：標準偏差 ここで、評価の基準となっている母集団は、複数個（例
えば上級者集団，中級者集団，初心者集団のような３集
団）定義できるようになっていて、平均値・標準偏差・
サンプル数などの入力により定義される。

【００１８】この様な管理目標値による評価は、プラン
トを常に安定に制御・運転する技術を正しく評価する上
で効果的がある。 （経済性）図４は、経済性の得点算出の概念を説明する
ための図である。リソース等の使用量として、例えばプ
ロセス量ＰＶを決められた区間（例えばステップ番号４
からステップ番号８）内で、（２）式に示すように積算
し、１次評価値（斜線を施した部分）Ｗを算出し、この
１次評価値（積分値）を対象データとして、指定された
基準となる母集団での偏差値を算出する。

【００１９】 Ｗ＝ΣＰＶｎｉ ……（２） ただし、Ｗは１次評価値としての積分値 ＰＶｎｉは仮想端子に出力されるプロセス量 （操作時間）基本状態を検出することにより算出される
各ステップ遷移の各所要時間と基準値との差を算出し、
その差と基準となる母集団と比較し、偏差値を算出す
る。ここで、基準値は、理想とする各ステップ毎の操作
時間を定義する。所要操作時間が短ければ短いほどよい
場合は、基準値は０とする。

【００２０】（品質）図５は、品質の得点算出の概念を
説明するための図である。製品などの品質を示すデータ
として、例えばプロセス量ＰＶｎｉを対象データとし、
基準値Ｆと対象データの差分積分値（斜線を施した部
分）を、（３）式により算出し、品質の１次評価値Ｖを
算出し、基準となる母集団での偏差値を算出する。

【００２１】 Ｖ＝Σ｜ＰＶｎｉ−Ｆ｜ ……（３） なお、対象データの平均値と基準値の差を算出し、それ
を基に基準となる母集団での偏差値を算出するようにし
てもよい。 （安全性）図６は、安全性の得点算出の概念を説明する
ための図である。

【００２２】訓練中のある区間内（例えばステップ番号
４からステップ番号８）での警報発生回数をアラーム履
歴情報から検出し、警報のグレード（重、軽）毎に得点
に換算し、基準となる母集団での偏差値を算出する。図
６の例では、上限値ＨＨ，下限値ＬＬがグレードの重い
警報で、これらの警報の発生回数により得点が算出され
るようになっている。ここで、下限値ＬＬを越える警報
発生時において、それが復帰するまでやや長い時間を費
やしている。この様に復帰に長い時間を要することは安
全上好ましくないので、復帰までの時間が著しく長い場
合を減点対象とし、得点を算出するようにしてもよい。

【００２３】（効率）複数の訓練実績データ（例えばプ
ロセス量ＰＶ）を基に、あらかじめ登録してある所定の
効率算出式を用いて効率を算出し、その算出結果と基準
となる母集団との比較により偏差値を算出する。 （収束性）図７は、収束性の得点算出の概念を説明する
ための図である。

【００２４】収束させる対象データ（例えばプロセス量
ＰＶ）に異常が発生した状態から、安定した状態（収束
目標値）になるまでの最大偏差Ｘ、収束目標値と対象デ
ータとの差分積分値で得られる制御面積Ｙ、収束条件と
して指定された範囲に対象データが収束するまでの整定
時間Ｚ、収束条件として指定された範囲を越えて、対象
データが破線に示すように上下に何回振れたかで得られ
る振動回数Ｎについて、それぞれ偏差値を算出し、例え
ば、（４）式に従って、それらの偏差値を指定された割
合で加算し、収束性の評点とする。

【００２５】 Ｔｎ＝α１＊Ｘの偏差値＋α２＊Ｙの偏差値＋α３＊Ｚの偏差値 ＋（１−α１−α２−α３）＊Ｎの偏差値 ……（４） ただし、Ｔｎ：収束性評価の偏差値 α１，α２，α３：指定される割合 収束できなかったり、あらかじめ定義した収束制限時間
を越えたような場合は、その評価得点は最低の点数とな
り、また、偏差値は２０となる。

【００２６】図８は、表示手段８によりその画面に表示
される訓練結果の総合評価を示す図である。表示手段８
は、評価手段５による各指定された各評価項目について
の評価点情報を受け、それらをレーダーチャート５０と
して図示するように表示する。レーダーチャートの各表
示要素はここでは偏差値を使用しており、最高点を偏差
値８０、最低点を偏差値２０として表示している。レー
ダーチャートとして画く多角形は、評価項目数によって
決定され、評価項目名は真上から、反時計方向に、管理
目標値、経済性、操作時間、品質、安全性、インストラ
クタ評点、効率、収束性の順としてある。

【００２７】画面内には、レーダーチャート５０の外
に、総評を入力する欄５１や訓練開始時刻，終了時刻，
コース名，母集団名などのコメント入力欄が設けられて
いる。総評入力欄５１には、評価実施後インストラクタ
ー操作卓６から各種の総評をインストラクターが入力で
きるようになっている。なお、上記の説明において、各
評価項目の評価処理の中で、偏差値を算出する過程に先
立って、基準となる母集団を適宜変更できるようにして
もよい。これにより、訓練の情況や訓練生の習熟度等に
より、個人別のきめ細かな評価にも対応することができ
る。

【００２８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、より高度のオペレーション技術の修得に関して、
それを管理目標値、経済性、操作時間、品質、安全性、
効率、収束性といつたように多方面からの評価をするこ
とができるもので、運転員の教育・訓練結果を客観的に
総合評価することができる。従って、各運転員に対して
きめ細かな教育・訓練を進行することのでき、訓練効率
を高めることができる。

【００２９】また、評価手段において、訓練履歴情報記
憶手段から読み出した管理目標となる対象データと上下
限値で指定される目標値を所定の区間内で比較し、目標
値の範囲に収まっている場合にその範囲に応じた得点を
与える評価処理を行うことにより、安定な制御・運転を
行う上で要求される管理目標値の評価を正確に行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的な構成ブロック図である。

【図２】動作の概要を示すフローチャートである。

【図３】管理目標値の得点算出の概念を説明するための
図である。

【図４】経済性の得点算出の概念を説明するための図で
ある。

【図５】品質の得点算出の概念を説明するための図であ
る。

【図６】安全性の得点算出の概念を説明するための図で
ある。

【図７】収束性の得点算出の概念を説明するための図で
ある。

【図８】表示手段８によりその画面に表示される訓練結
果の総合評価を示す図である。

【符号の説明】

１ 操作制御装置 ２ 通信手段 ３ プラントシミュミレータ ３１ 仮想端子 ３２ プラントモデル ４ 訓練履歴情報記憶手段 ５ 評価手段 ６ インストラクタ操作卓 ７ 故障発生復帰手段 ８ 表示手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 蔦 利美 神奈川県横浜市鶴見区末広町１丁目７番７ 号 東京ガス株式会社内 (72)発明者 来海 洋治 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 西川 浩 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】運転員がプラントの操作・運転監視を行う
   操作制御装置と、 訓練対象となるプラントを模擬したプラント・モデルを
   有し操作制御装置からの操作指令を受けてプラントの特
   性をシミュレートするプラントシミュレータと、 このプラントシミュレータによる訓練履歴情報を記憶す
   る訓練履歴情報記憶手段と、 この訓練履歴情報記憶手段から訓練履歴情報を読み出
   し、指定された複数の評価項目ごとに所定の評価処理を
   実施して各評価項目ごとに得点を算出する評価手段と、 この評価手段で算出された各評価項目毎の得点を少なく
   ともレーダーチャートとして表示する表示手段とを備え
   たことを特徴とする運転員訓練用プラントシミュレー
   タ。
2. 【請求項２】評価手段は、訓練履歴情報記憶手段から読
   み出した管理目標となる対象データと上下限値で指定さ
   れる目標値を所定の区間内で比較し、目標値の範囲に収
   まっている場合に当該範囲に応じた得点を与える評価処
   理を行う請求項１の運転員訓練用プラントシミュレー
   タ。