WO2015079819A1 - 消費電力制御システム及び方法 - Google Patents

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WO2015079819A1
WO2015079819A1 PCT/JP2014/077485 JP2014077485W WO2015079819A1 WO 2015079819 A1 WO2015079819 A1 WO 2015079819A1 JP 2014077485 W JP2014077485 W JP 2014077485W WO 2015079819 A1 WO2015079819 A1 WO 2015079819A1
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俊二 三品
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三菱重工業株式会社
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    • Y04S40/20Information technology specific aspects, e.g. CAD, simulation, modelling, system security

Definitions

  • the present invention relates to a power consumption control system and method for managing and controlling power consumption of factory power.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a power consumption control system and method for clarifying the timing to be operated for each process and realizing equalization of power and facilitation of standby power control. Do.
  • a power consumption control method for solving the above-mentioned problems is For a production line with multiple processes performed by multiple equipment, PERT (Program Evaluation and review Technique) analysis of the process time of the production line based on process information including at least the required period of each process and process order Do, Perform a process margin analysis for obtaining a margin time of each process based on the PERT analysis, Based on the process margin analysis, a combination of the required periods that can be arranged within the spare period of each process is determined, and a process layout combination that is a combination in all processes of the combination is determined.
  • PERT Program Evaluation and review Technique
  • a power consumption control method for solving the above-mentioned problems is In the power consumption control method according to the first aspect of the invention, Measuring the power consumption of each of the plurality of equipment machines in real time, When the measured power consumption exceeds a preset target power, at least one of the rotation acceleration / deceleration speed and the rotation speed of the motor used in the corresponding equipment is reduced to not exceed the target power. It is characterized by
  • a power consumption control system for solving the above problems is Input means for inputting process information including at least a required period of each process, a process sequence, and power consumption per unit period of each process for a production line having a plurality of processes implemented by a plurality of equipments; And control means for controlling the plurality of equipment based on the process information input from the input means.
  • the control means PERT Program Evaluation and review Technique
  • analysis of the process period is performed based on the process sequence at least for the required period, Perform a process margin analysis for obtaining a margin time of each process based on the PERT analysis, Based on the process margin analysis, a combination of the required periods that can be arranged within the spare period of each process is determined, and a process layout combination that is a combination in all processes of the combination is determined.
  • PERT Program Evaluation and review Technique
  • the sum of the power consumption per unit period of the process period is determined based on the power consumption, and the distribution of the total with respect to the set power per unit period set in the process period To determine the variances corresponding to the total number of process arrangement combinations, Select the step arrangement combination that produces the minimum variance among all the determined variances,
  • the plurality of facilities are controlled based on the selected combination of step arrangement to control the progress of the plurality of steps, and in a period not allocated to the step period of the plurality of steps, the step To turn off the power of the equipment.
  • a power consumption control system for solving the above-mentioned problems is In the power consumption control system according to the third invention, And power measuring means for measuring the power consumption of each of the plurality of facilities in real time and inputting the measured power consumption to the control means.
  • the control means If the measured power consumption exceeds a preset target power, control is performed to reduce at least one of the rotational acceleration / deceleration speed and the rotational speed of the motor used in the corresponding facility device, thereby reducing the target power. It is characterized by not exceeding it.
  • FIG. 3 is a process diagram in which the process diagram shown in FIG. 2 is rearranged to a combination that minimizes the dispersion with respect to the set power. It is a graph explaining the reduction effect of electric power by the power consumption control system and method concerning the present invention.
  • 5 is a flowchart of process power leveling implemented by the power consumption control system and method according to the present invention. It is a system figure explaining an example of an embodiment of a power consumption control system concerning the present invention.
  • the PERT method which is an operation method of production management, is used to clarify the timing to be operated for each process, and realize equalization of power consumption and facilitation of standby power control. doing.
  • PROT is a technique used to schedule product development.
  • the relationship between the processing order of complex tasks is represented by an arrow diagram in the form of a network, and a path (critical path) which can not afford the processing time of the task from the start to the end of the project is clarified. It is a method to examine the feasibility of the plan whether the project can be completed and to clarify the emphasis of management.
  • FIG. 1 is a PERT analysis view showing an example of PERT analysis in the power consumption control system and method according to the present invention.
  • FIG. 2 is a process chart showing the process margin analysis result based on the PERT analysis chart shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is a process chart shown in FIG.
  • FIG. 4 is a graph for explaining the power reduction effect of the power consumption control system and method according to the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart of process power leveling implemented by the power consumption control system and method according to the present invention.
  • Step S1 Process Information Input
  • Table 1 the required number of days, for a production line having a plurality of processes implemented by a plurality of facilities.
  • a production line having power consumption (including standby power) and having the process sequence conditions shown in Table 2 below will be described as an example.
  • the process information (required days, process order conditions, power consumption, standby power) is input to the host computer 1 described later, and the host computer 1 carries out the following analysis, relocation and the like. At this time, it is also input whether or not the process can be divided.
  • the required period is taken as the required number of days, it may be, for example, required time (hour, minute) or the like.
  • Step S2 PERT analysis
  • the PERT analysis is performed based on the input process information (at least the required number of days, the process order)
  • the result of the PERT analysis diagram shown in FIG. 1 is obtained.
  • the work start time points of the nodes are calculated sequentially from this start point to the end point. ing.
  • the value added to the work start time “0” is the earliest work start time “2” of the node 2 to be calculated.
  • the required number of days “3” of the process P4 between the node 5 and the immediately preceding node 2 Is the value added to the earliest operation start time point “2” of the immediately preceding node 2 is “5”, and the required number of days “5” of the process P5 between the node 5 and the immediately preceding node 3 is The value added to the earliest work start time "3" of the immediately preceding node 3 is "8", and the maximum value "8" is the earliest work start time "8" of the node 5 to be calculated. Become.
  • the slowest task start point is calculated, but since the earliest task start point and the latest task start point are the same at the end point node 7, the slowest task start point is started based on the earliest task start point "13". Assuming that the time point is "13", the latest work start point of each node is calculated sequentially from this end point to the start point.
  • the value subtracted from the late work start time “13” is the latest work start time “10” of the node 6 to be calculated.
  • the required number of days “5” of the process P5 between the node 3 and the node 5 one after that Is the value obtained by subtracting “1” from the latest work start time “8” of the node 5 after one, “3”
  • the number of days required for the process P6 between the node 3 and the node 6 one after it is “3” Is the value obtained by subtracting one from the latest work start time “10” of the node 6 after one, “7”, and the minimum value “3” of these is the latest work start time “3” of the calculation target node 3 It will be 3 ".
  • node 1 ⁇ node 3 (process P2)
  • node 3 ⁇ node 5 (process P5)
  • node 5 ⁇ node 7 (process P8) are critical paths.
  • Step S3 Process margin analysis (margin period illustration)
  • the margin period is analyzed based on the results of the PERT analysis chart shown in FIG. Specifically, in the process other than the critical path, the period from the earliest work start time of the node at the start of the process to the latest work start time of the node at the completion of the process is illustrated in the process diagram shown in FIG. Do.
  • processes P1, P3, P4, P6, P7, and P9 are processes other than the critical path.
  • process P1 the earliest work start time of node 1 at the start of process P1.
  • a period from “0” to the latest work start time “5” of the node 2 at the completion of the process P1 is illustrated.
  • the time points in the PERT analysis chart shown in FIG. 1 are shown in parentheses.
  • the process of the critical path may be basically the same as the process other than the critical path, but since the work start time point and the latest work start time point are the same, it may be illustrated as it is.
  • a period between the earliest and latest work start point of the node at the start to the earliest and latest work start point of the node at the completion of the process may be illustrated in the process chart shown in FIG.
  • processes P2, P5 and P8 are critical processes, and for example, in process P2, the earliest and latest work start time “0” of node 1 at the start of process P2
  • a period of the earliest and latest work start time point "3" of the node 3 at the completion of the process P2 is illustrated.
  • the period shown in the process chart of FIG. 2 in this way is a spare period in each process.
  • the spare period in which the required number of days “2” can be arranged is “5”
  • the margin period in which the required number of days "3” can be arranged is "3”
  • the power consumption per unit period of the process period is The sum is shown calculated.
  • the power consumption PE per unit period uses the average power during operation (kW / hour), but since the unit period of the process period is the number of days, the power consumption per day (kW / Day). Also, it is assumed that there is a facility for every process, and the power supply of all the facilities is calculated as always on (running or standby state).
  • a combination of the required days that can be arranged within the spare period of each process is determined, and a process layout combination to be a combination in all the processes of the combination is determined.
  • the variance of the total power consumption per unit period with respect to the set power (demand power) per unit period is determined, the process arrangement combination in which the variance is minimized is determined, and the process is rearranged.
  • the total number of process arrangement combinations (hereinafter referred to as the total number of process arrangement combinations) may be mainly divided into the following two cases and calculated by the following calculation formula. At this time, since it is not necessary to rearrange the critical path processes, it may be calculated excluding these (or as described later, since the number of combinations of critical path processes is “one”, “1 You can calculate by multiplying
  • Step S4 ⁇ S5 When the process may be divided halfway) If the process may be divided in the middle, that is, the required period of the process can be divided, and if the process does not have to be continuous, the purpose is to select one of the periods within the spare period. Since the following calculation is performed using the combination C, the number m of all process layout combinations can be obtained.
  • n the total number of processes is n
  • the number of an arbitrary process is i (i is an integer from 1 to n)
  • the required number of days of an arbitrary process Pi is x i
  • the spare period of an arbitrary process Pi is t i .
  • Process P1: 5 C 2 10
  • processes P3, P4, P6, P7, and P9 are as follows.
  • Step S4 ⁇ S6 When the process has to be carried out continuously, the following calculation can be performed to obtain the total process layout combination number m.
  • n ⁇ (t 1 -x 1 ) +1 ⁇ ⁇ ⁇ (t 2 -x 2) +1 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ (t i -x i) +1 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ (t n -x n ) +1 ⁇
  • the total number of processes is n
  • the number of an arbitrary process is i (i is an integer from 1 to n)
  • the required number of days of an arbitrary process Pi is x i
  • the margin of an arbitrary process Pi is t i .
  • the number of combinations in each process is calculated in processes P1, P3, P4, P6, P7 and P9 other than the critical path.
  • Process P1: 5-2 + 1 4
  • processes P3, P4, P6, P7, and P9 are as follows.
  • Process P3: 7-4 + 1 4 ways
  • Process P4: 6-3 + 1 4 ways
  • Process P6: 7-3 + 1 5 ways
  • the required period can be divided in all the steps or the required period can not be divided in all the steps.
  • the steps which can not divide the required period may be mixed.
  • the process set (process set of different product groups) can be handled in any number by increasing the calculation of the number of combinations each time.
  • Step S7 Calculation of variance Z
  • the sum of the power consumption per unit period of the process period is determined, and the consumption per unit time for the set power SP per unit time is calculated using the following equation.
  • the set power SP is an upper limit value or an average value of power consumption desired by the consumer, such as demand set power.
  • Dispersion Z 1 ⁇ ⁇ (SP ⁇ PE sum (11) ) 2 + (SP ⁇ PE sum (12) ) 2 + (SP ⁇ PE sum (13) ) 2 +... + (SP ⁇ PE sum (1 k) ) ) 2 ⁇ :
  • Distributed Z j ⁇ ⁇ (SP- PE sum (j1)) 2 + (SP-PE sum (j2)) 2 + (SP-PE sum (j3)) 2 + ⁇ + (SP-PE sum (jk ) ) 2 ⁇ :
  • Dispersion Z m ⁇ (SP-PE sum (m 1) ) 2 + (SP-PE sum (m 2 ) ) 2 + (SP-PE sum (m 3) ) 2 + ... + (SP-PE sum (mk) ) ) 2 ⁇
  • Step S8 Selection of minimum dispersion Z and rearrangement of process
  • the variance Z which is the smallest is determined, and a process layout combination that minimizes the variance Z is selected.
  • the minimum variance Z may be determined using the following functional equation.
  • the process diagram shown in FIG. 3 is a process diagram shown in FIG. 3 in the case where the required period can be divided in all processes based on the process diagram shown in FIG. 2 and the process layout combination in which the dispersion Z is minimized. It becomes. That is, in the process diagram of FIG. 3, the processes are rearranged so that the combination of processes with the most equalized power consumption is obtained. Also in the process diagram of FIG. 3, the time points in the PERT analysis diagram shown in FIG. 1 are shown in parentheses. Further, although the margin period is exemplified by the number of days in FIG. 3, it may be, for example, hours (hours, minutes).
  • the first day and the second day of the second day are selected in the process P1
  • the fourth day of the third day, the fourth day, the fifth day, and the sixth day is selected in the process P3.
  • the sixth, seventh and eighth days are selected in the process P4, and the fifth, ninth and tenth days are selected in the step P6.
  • the tenth, 11th steps are selected in the step P7
  • the four days of the day 12, the 12th, and the 13th day are selected, and the 3rd days of the 11th, 12th, and 13th days are selected in the process P9.
  • the total power consumption before relocation is the maximum power consumption that can occur, and the power consumption for all the schedules is not as shown in the graphs in Table 3 and Figure 4, but if the process layout is not appropriate, It shows that the power consumption varies up to 70 kW.
  • the total power consumption after relocation is the power consumption that inevitably occurs on all schedules, and the power consumption is leveled up to 35 kW or less at maximum, and the process is relocated by the above procedure By doing this, it can be understood that the leveling of power consumption can be realized.
  • an interval (pitch time) at which an item is finished may be regarded as a critical path, and analysis may be performed at that interval.
  • the required unit is hour or minute, which is close to on / off control.
  • FIG. 6 is a system diagram for explaining the power consumption control system of this embodiment. That is, the above-described power consumption control method of the present invention ([1. Process power leveling], [2. Control of each process according to the process after relocation] and [3. Suppression of peak power consumption in the process after relocation] ] Is a system configured to perform.
  • a communication line 4 and an input device 6 (input means) for inputting information to the host computer 1 are provided.
  • the equipment unit 3 1 is performing step P1, equipment unit 3 2 and performing step P2, facilities machine 3 3 implement step P3, ⁇ ⁇ ⁇ , facilities It is assumed that the machine 3 n performs the process Pn.
  • the host computer 1 described above [1. Process power leveling], [2. Control of each process according to the process after relocation] and [3. Software for performing suppression of peak power consumption in processes after relocation] is created and executed. For example, when process information is input from the input device 6 such as a keyboard, the process power of the host computer 1 is calculated. Calculations for leveling are performed, and a combination of process arrangements with the most equalized power consumption is selected.
  • the host computer 1 outputs an operation command to the facility devices 3 1 to 3 n of the process to be operated via the first communication line 2 (or Output a stop command (power off command) to equipment machines 3 1 to 3 n of processes not operating together with operation control of equipment machines 3 1 to 3 n directly) (or, equipment machines 3 1 to 3 of processes not operating 3 n stop (power off) control directly).
  • the host computer 1 transmits the on / off information to each of the facility devices 3 1 to 3 n or performs on / off control, whereby the process arrangement combination in which the power consumption is most equalized is selected. , Will be implemented to realize reduction of standby power with equalization of power consumption.
  • the demand control information (target power consumption) set in advance may be transmitted to each of the facility devices 3 1 to 3 n .
  • the power consumption of each of the facility devices 3 1 to 3 n is input to the host computer 1 via the power measurement device 5 and the second communication line 4, and the host computer 1 monitors the power consumption in real time.
  • the host computer 1 is used to accelerate and decelerate the rotational speed and rotational speed of the motor used in the facilities 3 1 to 3 n in operation.
  • Output a command to reduce at least one of the speeds.
  • At least one of the motor acceleration / deceleration and the rotation speed may be reduced by the sequencer control. By such control, peak power consumption can be suppressed to the target power consumption or less.
  • the present invention is suitable for management and control of power consumption in a factory, and can play a role in the field of the FACTORY ENERGY MANAGEMENT SYSTEM (FEMS) field where needs are expected to increase in the future.
  • FEMS FACTORY ENERGY MANAGEMENT SYSTEM

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Abstract

 工程ごとの稼動すべきタイミングを明らかにし、消費電力の平準化と待機電力コントロールの容易化を実現する消費電力制御システム及び方法を提供する。そのため、生産ラインの工程情報に基づいて、PERT分析を行い、PERT分析に基づいて、工程余裕分析を行い、工程余裕分析に基づいて、工程配置組み合わせ及び全工程配置組み合わせ数を求め、工程配置組み合わせについて、全工程配置組み合わせ数分の分散を求め、全分散の中から最小の分散となる工程配置組み合わせを選択して、工程を再配置し、再配置した工程に基づいて、工程の進行を制御する。

Description

消費電力制御システム及び方法
 本発明は、工場電力の消費電力を管理し、制御する消費電力制御システム及び方法に関する。
 工場電力の管理においては、各設備の消費電力をモニタし、負荷の状況を分析して、消費電力(待機電力を含む)の大きい設備・工程に対して、個別に対策を実施することが近年の消費電力管理方法として一般的である。
国際公開第2011/121934号パンフレット
 しかしながら、上記の分析・対策だけでは各工程の順序などの相互関係の情報が不足しているため、工場全体のピーク電力を常に平準化したい場合には情報不足である。又、稼動に寄与しない待機電力は、消費電力全体としてみると無視できない割合を占めており、待機電力を効果的にコントロールする上で、どの時点で待機電力を削減できるか、そのタイミングを計ることは難しい。
 本発明は上記課題に鑑みなされたもので、工程ごとの稼動すべきタイミングを明らかにし、電力の平準化と待機電力コントロールの容易化を実現する消費電力制御システム及び方法を提供することを目的とする。
 上記課題を解決する第1の発明に係る消費電力制御方法は、
 複数の設備機が実施する複数の工程を有する生産ラインについて、少なくとも各工程の所要期間、工程順序を含む工程情報に基づいて、当該生産ラインの工程期間のPERT(Program Evaluation and review Technique)分析を行い、
 前記PERT分析に基づいて、各工程の余裕期間を求める工程余裕分析を行い、
 前記工程余裕分析に基づいて、各工程の前記余裕期間内に配置可能な前記所要期間の組み合わせを求め、当該組み合わせの全工程での組み合わせとなる工程配置組み合わせを求めると共に、当該工程配置組み合わせの全数となる全工程配置組み合わせ数を求め、
 前記工程配置組み合わせの各々について、各工程の単位期間当たりの消費電力に基づいて、前記工程期間の単位期間当たりの前記消費電力の合計を求めると共に、前記工程期間に設定された単位期間当たりの設定電力に対する前記合計の分散を求めて、前記全工程配置組み合わせ数分の前記分散を求め、
 求めた前記分散全ての中から最小の分散となる前記工程配置組み合わせを選択し、
 選択した前記工程配置組み合わせに基づいて、前記複数の工程の進行を制御すると共に、前記複数の工程の前記工程期間に割り当てられていない期間には、当該工程を実施する前記設備機の電源をオフとする
ことを特徴とする。
 上記課題を解決する第2の発明に係る消費電力制御方法は、
 上記第1の発明に記載の消費電力制御方法において、
 前記複数の設備機の各々の消費電力をリアルタイムで実測し、
 実測した前記消費電力が予め設定した目標電力を超える場合には、該当する前記設備機で使用しているモータの回転加減速度及び回転速度の少なくとも一方を低下させて、前記目標電力を超えないようにする
ことを特徴とする。
 上記課題を解決する第3の発明に係る消費電力制御システムは、
 複数の設備機が実施する複数の工程を有する生産ラインについて、少なくとも各工程の所要期間、工程順序、各工程の単位期間当たりの消費電力を含む工程情報を入力する入力手段と、
 前記入力手段から入力された前記工程情報に基づいて、前記複数の設備機を制御する制御手段とを有し、
 前記制御手段は、
 少なくとも前記所要期間、前記工程順序に基づいて、前記工程期間のPERT(Program Evaluation and review Technique)分析を行い、
 前記PERT分析に基づいて、各工程の余裕期間を求める工程余裕分析を行い、
 前記工程余裕分析に基づいて、各工程の前記余裕期間内に配置可能な前記所要期間の組み合わせを求め、当該組み合わせの全工程での組み合わせとなる工程配置組み合わせを求めると共に、当該工程配置組み合わせの全数となる全工程配置組み合わせ数を求め、
 前記工程配置組み合わせの各々について、前記消費電力に基づいて、前記工程期間の単位期間当たりの前記消費電力の合計を求めると共に、前記工程期間に設定された単位期間当たりの設定電力に対する前記合計の分散を求めて、前記全工程配置組み合わせ数分の前記分散を求め、
 求めた前記分散全ての中から最小の分散となる前記工程配置組み合わせを選択し、
 選択した前記工程配置組み合わせに基づいて、前記複数の設備機を制御して、前記複数の工程の進行を制御すると共に、前記複数の工程の前記工程期間に割り当てられていない期間には、当該工程を実施する前記設備機の電源をオフとする
ことを特徴とする。
 上記課題を解決する第4の発明に係る消費電力制御システムは、
 上記第3の発明に記載の消費電力制御システムにおいて、
 更に、前記複数の設備機の各々の消費電力をリアルタイムで実測し、実測した前記消費電力を前記制御手段に入力する電力計測手段を有し、
 前記制御手段は、
 実測した前記消費電力が予め設定した目標電力を超える場合には、該当する前記設備機で使用しているモータの回転加減速度及び回転速度の少なくとも一方を低下させる制御を行って、前記目標電力を超えないようにする
ことを特徴とする。
 本発明によれば、PERT(Program Evaluation and review Technique)法を用いて、工程ごとの稼動すべきタイミングを明らかにできるので、消費電力の平準化と待機電力コントロールの容易化を実現することができる。
本発明に係る消費電力制御システム及び方法におけるPERT分析例を示すPERT分析図である。 図1に示したPERT分析図に基づく工程余裕分析結果を示す工程図である。 図2に示した工程図を、設定電力に対する分散が最小になる組み合わせに再配置した工程図である。 本発明に係る消費電力制御システム及び方法による電力の削減効果を説明するグラフである。 本発明に係る消費電力制御システム及び方法で実施する工程電力平準化のフローチャートである。 本発明に係る消費電力制御システムの実施形態の一例を説明するシステム図である。
 本発明に係る消費電力制御システム及び方法では、生産管理のオペレーション法であるPERT法を用いて、工程ごとの稼動すべきタイミングを明らかにし、消費電力の平準化と待機電力コントロールの容易化を実現している。
 なお、「PERT」とは、製品開発の日程計画を立てる時に用いられる技法である。複雑な仕事の処理順序の関係をネットワークの形でアローダイアグラムによって表現し、プロジェクトの開始から終了に至るまでの仕事の処理時間に余裕のない経路(クリティカルパス)を明確にして、予定工期までにプロジェクトを完成できるかどうかの計画の実行可能性を検討し、管理の重点を明らかにする方法である。
 まず、図1~図5を参照して、本発明に係る消費電力制御システム及び方法の基本的な考え方を説明する。ここで、図1は、本発明に係る消費電力制御システム及び方法におけるPERT分析例を示すPERT分析図である。又、図2は、図1に示したPERT分析図に基づく工程余裕分析結果を示す工程図であり、図3は、図2に示した工程図を、設定電力に対する分散が最小になる組み合わせに再配置した工程図である。又、図4は、本発明に係る消費電力制御システム及び方法による電力の削減効果を説明するグラフである。又、図5は、本発明に係る消費電力制御システム及び方法で実施する工程電力平準化のフローチャートである。
[1.工程電力平準化]
 (ステップS1:工程情報入力)
 ここでは、本発明に係る消費電力制御システム及び方法の基本的な考え方を説明するため、複数の設備機が実施する複数の工程を有する生産ラインについて、以下の表1に示す工程、所要日数、消費電力(待機電力を含む。)を有すると共に、以下の表2に示す工程順序条件を有する生産ラインを一例にとって説明する。これらの工程情報(所要日数、工程順序条件、消費電力、待機電力)を後述するホストコンピュータ1に入力して、このホストコンピュータ1において、以下の分析、再配置等を実施する。このとき、工程を分断できるかどうかも入力する。なお、ここでは、所要期間を所要日数とするが、例えば、所要時間(時、分)などであっても良い。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 (ステップS2:PERT分析)
 入力した工程情報(少なくとも、所要日数、工程順序)に基づいて、PERT分析を実施すると、図1に示すPERT分析図の結果となる。
 図1では、各工程P1~P9が矢印で示され、各工程P1~P9の開始時点、完了時点となる複数のノード(N=1、2、3・・・)が丸印で示されている。そして、各ノードにおいて、対象のノードから開始する工程の作業を最も早く開始できる時点(最早作業開始時点)と、最短時間で全工程を終了するために、対象のノードから開始する工程の作業を最も遅く開始できる時点(最遅作業開始時点)とを計算しており、各ノードの近傍の四角枠の上段に最早作業開始時点を、下段に最遅作業開始時点を示している。
 具体的には、始点となるノード1において、最早作業開始時点を「0」、最遅作業開始時点を「0」として、この始点から終点へ、順次、各ノードの最早作業開始時点を計算している。
 より詳細には、例えば、計算対象をノード2とする場合には、ノード2とその1つ前のノード1との間の工程P1の所要日数「2」を、1つ前のノード1の最早作業開始時点「0」に足した値が、計算対象のノード2の最早作業開始時点「2」となる。計算対象のノードの1つ前のノードが複数ある場合、例えば、計算対象をノード5とする場合には、ノード5とその1つ前のノード2との間の工程P4の所要日数「3」を、1つ前のノード2の最早作業開始時点「2」に足した値が「5」であり、ノード5とその1つ前のノード3との間の工程P5の所要日数「5」を、1つ前のノード3の最早作業開始時点「3」に足した値が「8」であり、このうち、最大の値「8」が計算対象のノード5の最早作業開始時点「8」となる。
 その後、最遅作業開始時点を計算するが、終点となるノード7において、最早作業開始時点と最遅作業開始時点は同じであるので、最早作業開始時点「13」に基づいて、最遅作業開始時点を「13」として、この終点から始点へ、順次、各ノードの最遅作業開始時点を計算している。
 より詳細には、例えば、計算対象をノード6とする場合には、ノード6とその1つ後のノード7との間の工程P9の所要日数「3」を、1つ前のノード7の最遅作業開始時点「13」から引いた値が、計算対象のノード6の最遅作業開始時点「10」となる。計算対象のノードの1つ後のノードが複数ある場合、例えば、計算対象をノード3とする場合には、ノード3とその1つ後のノード5との間の工程P5の所要日数「5」を、1つ後のノード5の最遅作業開始時点「8」から引いた値が「3」であり、ノード3とその1つ後のノード6との間の工程P6の所要日数「3」を、1つ後のノード6の最遅作業開始時点「10」から引いた値が「7」であり、このうち、最小の値「3」が計算対象のノード3の最遅作業開始時点「3」となる。
 このようにして作成した図1のPERT分析図から分かるように、最早作業開始時点と最遅作業開始時点が等しいノードが存在し、該当するノードを始点から終点まで結んだ経路がクリティカルパス(点線の矢印)となる。図1では、ノード1→ノード3(工程P2)、ノード3→ノード5(工程P5)及びノード5→ノード7(工程P8)がクリティカルパスとなっている。
 (ステップS3:工程余裕分析(余裕期間の図示))
 図1に示したPERT分析図の結果に基づいて、余裕期間の分析を行う。具体的には、クリティカルパス以外の工程において、当該工程の開始時のノードの最早作業開始時点~当該工程の完了時のノードの最遅作業開始時点の期間を、図2に示す工程図に図示する。図1に示したPERT分析図では、工程P1、P3、P4、P6、P7、P9がクリティカルパス以外の工程であり、例えば、工程P1では、工程P1の開始時のノード1の最早作業開始時点「0」~工程P1の完了時のノード2の最遅作業開始時点「5」の期間が図示される。なお、図2の工程図には、図1に示したPERT分析図における時点を括弧内に示している。
 クリティカルパスの工程も、基本的には、クリティカルパス以外の工程と同じで良いが、最早作業開始時点と最遅作業開始時点が等しいので、そのまま図示すれば良く、具体的には、当該工程の開始時のノードの最早及び最遅作業開始時点~当該工程の完了時のノードの最早及び最遅作業開始時点の期間を、図2に示す工程図に図示すればよい。図1に示したPERT分析図では、工程P2、P5、P8がクリティカルパスの工程であり、例えば、工程P2では、工程P2の開始時のノード1の最早及び最遅作業開始時点「0」~工程P2の完了時のノード3の最早及び最遅作業開始時点「3」の期間が図示される。
 このようにして図2の工程図に図示した期間は、各工程における余裕期間であり、例えば、クリティカルパスでない工程P1は、所要日数「2」を配置可能な余裕期間が「5」であり、クリティカルパスである工程P2は、所要日数「3」を配置可能な余裕期間が「3」であり、クリティカルパスでは、工程を再配置する余裕が無いことになる。
 又、図2の工程図では、各工程の単位期間当たりの消費電力PE(図中の括弧内には単位期間当たりの待機電力を記載)に基づいて、工程期間の単位期間当たりの消費電力の合計を計算して示している。例えば、工程期間の1日目では、工程P1、P2を実施し、工程P3~P9は待機している状態であるので、消費電力合計PEsum=10+5+1+2+4+2+3+2+1=30[kW]となる。又、消費電力合計PEsumの中の待機電力の合計は、図2中の括弧内に記載するように、1+2+4+2+3+2+1=15[kW]となる。なお、ここでは、単位期間当たりの消費電力PEとして、稼働中の時間平均(kW/時)の使用電力を用いるが、工程期間の単位期間を日数としていることから、1日当たりの使用電力(kW/日)としてもよい。又、全工程毎に設備があるものとし、全ての設備の電源は常時ON(稼働又待機状態)として計算している。
 図2に示した工程図に基づいて、各工程の余裕期間内に配置可能な所要日数の組み合わせを求め、当該組み合わせの全工程での組み合わせとなる工程配置組み合わせを求め、求めた工程配置組み合わせの全てについて、単位期間当たりの設定電力(デマンド電力)に対する単位期間当たりの消費電力合計の分散を求め、分散が最小になる工程配置組み合わせを求めて、工程の再配置を行う。この場合、工程配置組み合わせの全数(以下、全工程配置組み合わせ数と呼ぶ。)は、主に、以下に示す2つの場合に分けて、以下に示す計算式で算出すれば良い。このとき、クリティカルパスの工程は再配置する必要は無いので、これらを除いて算出すれば良い(又は、後述するように、クリティカルパスの工程の組み合わせ数は「1通り」であるので、「1」を乗算して算出すれば良い)。
 (ステップS4→S5:途中で工程を分断しても良い場合)
 途中で工程を分断しても良い場合、つまり、工程の所要期間を分断可能であり、工程が連続しなくても良い場合には、余裕期間内において、その中からどの期間を選ぶかが目的となるので、組み合わせCを用いて、以下の計算を行うと、全工程配置組み合わせ数mを求めることができる。
 m=t1x1×t2x2×・・・×tixi×・・・×tnxn
 ここで、工程の全数をn、任意の工程の番号をi(i=1~nの整数)、任意の工程Piの所要日数をxi、任意の工程Piの余裕期間をtiとする。
 図2に示した工程図に基づいて、クリティカルパス以外の工程P1、P3、P4、P6、P7、P9において、各々の工程での組み合わせ数を計算する。例えば、工程P1は、余裕期間t1=5日、所要日数x1=2日であるので、余裕期間t1=5日のうちに所要日数x1=2日を配置する組み合わせを求めると、以下のようになる。
 工程P1:52=10通り
 同様に、工程P3、P4、P6、P7、P9は、以下のようになる。
 工程P3:74=35通り
 工程P4:63=20通り
 工程P6:73=35通り
 工程P7:74=35通り
 工程P9:73=35通り
 なお、クリティカルパスの工程P2、P5、P8でも、上記計算を行っても良いが、当然ながら、以下のように、全て、「1通り」となる。
 工程P2:33=1通り
 工程P5:55=1通り
 工程P8:55=1通り
 以上より、全工程配置組み合わせ数m=10×35×20×35×35×35=300125000通りとなる。
 (ステップS4→S6:連続して工程を実施しなければならない場合)
 工程の所要期間を分断不可能であり、連続して工程を実施しなければならない場合には、以下の計算を行うと、全工程配置組み合わせ数mを求めることができる。
 m={(t1-x1)+1}×{(t2-x2)+1}×・・・×{(ti-xi)+1}×・・・×{(tn-xn)+1}
 ここでも、工程の全数をn、任意の工程の番号をi(i=1~nの整数)、任意の工程Piの所要日数をxi、任意の工程Piの余裕期間をtiとする。
 図2に示した工程図に基づいて、クリティカルパス以外の工程P1、P3、P4、P6、P7、P9において、各々の工程での組み合わせ数を計算する。例えば、工程P1は、余裕期間t1=5日、所要日数x1=2日であるので、以下のようになる。
 工程P1:5-2+1=4通り
 同様に、工程P3、P4、P6、P7、P9は、以下のようになる。
 工程P3:7-4+1=4通り
 工程P4:6-3+1=4通り
 工程P6:7-3+1=5通り
 工程P7:7-4+1=4通り
 工程P9:7-3+1=5通り
 なお、クリティカルパスの工程P2、P5、P8でも、上記計算を行っても良いが、当然ながら、以下のように、全て、「1通り」となる。
 工程P2:3-3+1=1通り
 工程P5:5-5+1=1通り
 工程P8:5-5+1=1通り
 以上より、全工程配置組み合わせ数m=4×4×4×5×4×5=6400通りとなる。
 なお、上記ステップS4~S6の計算では、全ての工程で所要期間を分断可能か、又は、全ての工程で所要期間を分断不可能かのいずれか一方としているが、所要期間を分断可能な工程、所要期間を分断不可能な工程は混在しても良い。この場合には、工程毎に、所要期間を分断可能な工程での組み合わせ数m’を[m’=tixi]とし、所要期間を分断不可能な工程での組み合わせ数m’を[m’=(ti-xi)+1]として、工程の全数n個分の組み合わせ数m’同士を乗算することにより、全工程配置組み合わせ数mを算出すれば良い。又、工程の集合(違う製品群の工程の集合)は、その都度、組み合わせ数の計算を増やすことで、何種類でも対応可能である。
 (ステップS7:分散Zの計算)
 求めた全工程配置組み合わせ数m個の工程配置組み合わせにおいて、工程期間の単位期間当たりの消費電力の合計を求めると共に、以下の式を用いて、単位時間当たりの設定電力SPに対する単位時間当たりの消費電力の合計の分散Z1、・・、Zj、・・、Zmを求める。ここで、設定電力SPは、デマンド設定電力等、需要家が望む消費電力の上限値あるいは平均値である。又、PEsum(j1)~PEsum(jk)は、j番目の工程配置組み合わせにおいて、工程期間1~k日目の各日程での消費電力合計であり、j=1~mの整数である。kについては、例えば、図3では、k=13となる。
 分散Z1=√{(SP-PEsum(11)2+(SP-PEsum(12)2+(SP-PEsum(13)2+・・・+(SP-PEsum(1k)2
  :
 分散Zj=√{(SP-PEsum(j1)2+(SP-PEsum(j2)2+(SP-PEsum(j3)2+・・・+(SP-PEsum(jk)2
  :
 分散Zm=√{(SP-PEsum(m1)2+(SP-PEsum(m2)2+(SP-PEsum(m3)2+・・・+(SP-PEsum(mk)2
 (ステップS8:最小の分散Zの選択及び工程の再配置)
 求めた分散Z1、・・、Zj、・・Zmの中から、最小となる分散Zを求め、分散Zが最小になる工程配置組み合わせを選択する。例えば、以下に示す関数式を用いて、最小の分散Zを求めれば良い。分散Zが最小になることは、単位期間当たりの消費電力の合計を最も平準化したことを意味する。
 選択した工程配置組み合わせ=min{Z1、・・、Zj、・・Zm
 なお、所要日数だけ設備機を動かし、それ以外は待機電力をオフとするのであれば、上記分散のみを考慮すれば良いが、所要期間を分断できる場合において、一旦、設備機の電源を入れて、工程は実施しなくても設備機の電源は落とせない場合(待機電力は消費される場合)については、上記分散と共に消費電力の最小値も考慮して、工程配置組み合わせを選択するようにしても良い。
 図2に示した工程図、そして、分散Zが最小になる工程配置組み合わせに基づいて、全ての工程で所要期間を分断可能な場合について、その工程配置組み合わせを図示すると、図3に示す工程図となる。つまり、図3の工程図では、消費電力を最も平準化した工程の組み合わせになるように、工程を再配置している。なお、図3の工程図にも、図1に示したPERT分析図における時点を括弧内に示している。又、図3では、余裕期間を日数で例示するが、例えば、時間(時、分)であっても良い。
 図3の工程図においては、工程P1で1日目、2日目の2日間が選択され、工程P3で3日目、4日目、5日目、6日目の4日間が選択され、工程P4で6日目、7日目、8日目の4日間が選択され、工程P6で5日目、9日目、10日目の3日間が選択され、工程P7で10日目、11日目、12日目、13日目の4日間が選択され、工程P9で11日目、12日目、13日目の3日間が選択されている。
 特に、工程P6では、所要日数3日のうちの1日として、4日目を選択することにより、例えば、6~8日目を選択した場合と比較して、消費電力を平準化することになる。加えて、各工程の稼働日が明確になったため、各工程の稼働日以外の日(各工程の工程期間に割り当てられない期間)も明確になり、稼働日以外の日であれば、設備機の電源をオフとして、待機電力をなくすことができる。つまり、いつ設備機の電源をオフにすれば良いのかが明確になったので、待機電力のコントロール(オン/オフ)を容易に行うことができる。
 図3の工程図には、選択した配置工程組み合わせにおいて、各工程の単位期間当たりの消費電力PEに基づいて、工程期間の単位期間の消費電力の合計を計算して示している。例えば、工程期間の1日目では、工程P1、P2を実施し、工程P3~P9は設備の電源をオフとし、待機電力は無いので、消費電力合計PEsum=10+5=15[kW]となる。
 図2の工程図での工程期間における消費電力合計と図3の工程図での工程期間における消費電力を比較すると、つまり、工程の再配置前後を比較すると、以下の表3及び図4のグラフとなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 再配置前の消費電力合計は、発生しうる最大の消費電力であり、全ての日程で表3及び図4のグラフの通りの消費電力となる訳ではないが、工程の配置が適切でないと、消費電力が最大で70kWまでばらつくことを示している。これに対して、再配置後の消費電力合計は、全ての日程で必ず発生する消費電力であり、消費電力が最大で35kW以下になるように平準化されており、上記手順で工程を再配置することにより、消費電力の平準化が実現できていることがわかる。
[2.再配置後の工程に従う各工程の制御]
 図3の工程図に従い、例えば、後述するホストコンピュータ1を用いて、工程P1~P9を実施すると共に、各工程P1~P9において、稼働しない工程の対象設備機の電源をオフとする。このような制御により、消費電力の平準化と共に待機電力の削減を実現することができる。
[3.再配置後の工程におけるピーク消費電力の抑制]
 以上のようにして、消費電力の平準化と待機電力の削減を実現するが、工程期間の各日程において、平準化後の消費電力におけるピーク消費電力(瞬間の最大消費電力)が予め設定した目標消費電力を超える場合には、例えば、後述するように、ホストコンピュータ1を用いて、各設備で使用するモータの回転加減速度及び回転速度の少なくとも一方を低下させるように制御することにより、ピーク消費電力を抑えるようにすれば良い。
 なお、ここでは、プロジェクト形式の工程管理としているが、ライン形式の場合も所要日数を短く設定すること(時間、分単位)で対応可能である。つまり、品物が出来上がる間隔(ピッチタイム)をクリティカルパスと捉え、その間隔で分析を行えば良い。この場合、所要単位は時間或いは分単位となりオン/オフ制御に近くなる。
 次に、上述した本発明の消費電力制御方法を実施するシステムの実施形態の一例を説明する。
 図6は、本実施例の消費電力制御システムを説明するシステム図である。つまり、上述した本発明の消費電力制御方法([1.工程電力平準化]、[2.再配置後の工程に従う各工程の制御]及び[3.再配置後の工程におけるピーク消費電力の抑制])を実施するために構成されたシステムである。
 本実施例の消費電力制御システムは、ソフトウェアにより所定の計算、制御を行うホストコンピュータ1(制御手段)と、ホストコンピュータ1に接続されると共に後述する設備機31~3n同士も接続する第1通信ライン2と、第1通信ライン2を介して、ホストコンピュータ1と接続された複数の設備機31、32、33、・・・、3nと、設備機31~3nの消費電力をリアルタイムで実測する電力計測装置5(電力計測手段)と、設備機31~3nと電力計測装置5との間及び電力計測装置5とホストコンピュータ1との間を接続する第2通信ライン4と、ホストコンピュータ1に情報を入力する入力機器6(入力手段)とを有している。なお、ここでは、説明を簡単にするため、設備機31が工程P1を実施し、設備機32が工程P2を実施し、設備機33が工程P3を実施し、・・・、設備機3nが工程Pnを実施するものとする。
 ホストコンピュータ1では、上述した[1.工程電力平準化]、[2.再配置後の工程に従う各工程の制御]及び[3.再配置後の工程におけるピーク消費電力の抑制]を実施するソフトウェアが作成されて、実行されており、例えば、キーボード等の入力機器6から工程情報が入力されると、ホストコンピュータ1において、工程電力平準化のための計算が行われ、消費電力を最も平準化した工程配置組み合わせが選択される。
 そして、選択された工程配置組み合わせに基づいて、ホストコンピュータ1は、第1通信ライン2を介して、稼働させる工程の設備機31~3nに稼働指令を出力する(又は、稼働させる工程の設備機31~3nの稼働制御を直接行う)と共に、稼働しない工程の設備機31~3nに停止指令(電源オフ指令)を出力する(又は、稼働しない工程の設備機31~3nの停止(電源オフ)制御を直接行う)。このように、ホストコンピュータ1は、各設備機31~3nへのオン/オフ情報の送信又はオン/オフ制御を行っており、これにより、消費電力を最も平準化した工程配置組み合わせが選択、実施されて、消費電力の平準化と共に待機電力の削減を実現することになる。
 このとき、併せて、予め設定したデマンド制御情報(目標消費電力)を各設備機31~3nへ送信してもよい。各設備機31~3nでの消費電力は、電力計測装置5及び第2通信ライン4を介して、ホストコンピュータ1に入力されて、ホストコンピュータ1では、リアルタイムで消費電力を監視しており、ピーク消費電力(瞬間の最大消費電力)が目標消費電力を超える場合には、ホストコンピュータ1を用いて、稼働している設備31~3nで使用しているモータの回転加減速度及び回転速度の少なくとも一方を低下させる指令を出力する。指令を受けた設備31~3nでは、当該設備機のシーケンサによりモータを制御している場合には、シーケンサの制御により、モータの回転加減速度及び回転速度の少なくとも一方を低下させればよく、このような制御により、ピーク消費電力を目標消費電力以下に抑えることができる。
 本発明は、工場の消費電力の管理、制御に好適なものであり、今後ニーズが高まると予想されるFEMS(FACTORY ENERGY MANAGEMENT SYSTEM)分野において一役を担うことができるものである。
 1 ホストコンピュータ
 2 第1通信ライン
 31~3n 設備機
 4 第2通信ライン
 5 電力計測装置
 6 入力機器

Claims (4)

  1.  複数の設備機が実施する複数の工程を有する生産ラインについて、少なくとも各工程の所要期間、工程順序を含む工程情報に基づいて、当該生産ラインの工程期間のPERT(Program Evaluation and review Technique)分析を行い、
     前記PERT分析に基づいて、各工程の余裕期間を求める工程余裕分析を行い、
     前記工程余裕分析に基づいて、各工程の前記余裕期間内に配置可能な前記所要期間の組み合わせを求め、当該組み合わせの全工程での組み合わせとなる工程配置組み合わせを求めると共に、当該工程配置組み合わせの全数となる全工程配置組み合わせ数を求め、
     前記工程配置組み合わせの各々について、各工程の単位期間当たりの消費電力に基づいて、前記工程期間の単位期間当たりの前記消費電力の合計を求めると共に、前記工程期間に設定された単位期間当たりの設定電力に対する前記合計の分散を求めて、前記全工程配置組み合わせ数分の前記分散を求め、
     求めた前記分散全ての中から最小の分散となる前記工程配置組み合わせを選択し、
     選択した前記工程配置組み合わせに基づいて、前記複数の工程の進行を制御すると共に、前記複数の工程の前記工程期間に割り当てられていない期間には、当該工程を実施する前記設備機の電源をオフとする
    ことを特徴とする消費電力制御方法。
  2.  請求項1に記載の消費電力制御方法において、
     前記複数の設備機の各々の消費電力をリアルタイムで実測し、
     実測した前記消費電力が予め設定した目標電力を超える場合には、該当する前記設備機で使用しているモータの回転加減速度及び回転速度の少なくとも一方を低下させて、前記目標電力を超えないようにする
    ことを特徴とする消費電力制御方法。
  3.  複数の設備機が実施する複数の工程を有する生産ラインについて、少なくとも各工程の所要期間、工程順序、各工程の単位期間当たりの消費電力を含む工程情報を入力する入力手段と、
     前記入力手段から入力された前記工程情報に基づいて、前記複数の設備機を制御する制御手段とを有し、
     前記制御手段は、
     少なくとも前記所要期間、前記工程順序に基づいて、前記工程期間のPERT(Program Evaluation and review Technique)分析を行い、
     前記PERT分析に基づいて、各工程の余裕期間を求める工程余裕分析を行い、
     前記工程余裕分析に基づいて、各工程の前記余裕期間内に配置可能な前記所要期間の組み合わせを求め、当該組み合わせの全工程での組み合わせとなる工程配置組み合わせを求めると共に、当該工程配置組み合わせの全数となる全工程配置組み合わせ数を求め、
     前記工程配置組み合わせの各々について、前記消費電力に基づいて、前記工程期間の単位期間当たりの前記消費電力の合計を求めると共に、前記工程期間に設定された単位期間当たりの設定電力に対する前記合計の分散を求めて、前記全工程配置組み合わせ数分の前記分散を求め、
     求めた前記分散全ての中から最小の分散となる前記工程配置組み合わせを選択し、
     選択した前記工程配置組み合わせに基づいて、前記複数の設備機を制御して、前記複数の工程の進行を制御すると共に、前記複数の工程の前記工程期間に割り当てられていない期間には、当該工程を実施する前記設備機の電源をオフとする
    ことを特徴とする消費電力制御システム。
  4.  請求項3に記載の消費電力制御システムにおいて、
     更に、前記複数の設備機の各々の消費電力をリアルタイムで実測し、実測した前記消費電力を前記制御手段に入力する電力計測手段を有し、
     前記制御手段は、
     実測した前記消費電力が予め設定した目標電力を超える場合には、該当する前記設備機で使用しているモータの回転加減速度及び回転速度の少なくとも一方を低下させる制御を行って、前記目標電力を超えないようにする
    ことを特徴とする消費電力制御システム。
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