JP2002278614A - プラント総合効率算出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラントにおける総合的な生産効率を評価す
る指標を提供し、その指標を算出する装置を提供する。 【解決手段】 本発明のプラント総合効率算出装置は、
（１）時間稼動率を算出する手段と、（２）性能稼動率
を算出する手段と、（３）良品率を算出する手段と、
（１）〜（３）の積であるプラント総合効率を算出する
手段を備える。（１）〜（３）は、プラントの生産効率
を低下させる原因を全て取り上げて分類し、その分類を
反映させた指標であり、プラント総合効率はそれらを総
合的に評価し、資産の活用度を評価できる指標となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、装置型プラントに
おける生産効率をより向上させるために、設備の現状の
生産効率を正確に算出するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】化学プラントや石油精製プラントなどの
装置型プラントにおける製造業務では、ある製品が生産
されるまでに複数の反応工程又は加工工程を経る場合が
ほとんどである。すなわち、製品が生産されるまでに、
連結された複数の設備が稼動され、原材料はそれら設備
を連続して通過しながら製品に加工される。従来は、そ
の製品の製造コストを削減するためや生産効率を向上さ
せるためには、主に各設備に故障が生じているかどう
か、及び、良品率がどの程度かを判断するしかなく、こ
れらの指標値を評価し、生産性に反映させるように自動
化が行われてきた。

【０００３】一方で、このような複数設備を有するプラ
ントでは原材料が連続して投入され流れていくため、プ
ラント全体が一つの製造設備のように連動するという側
面がある。そのため、各反応工程又は加工工程内設備ご
との生産効率を評価するのは困難であり、各設備の生産
効率に基づいてプラント全体としての資産の活用度を見
積もることは困難であった。しかも、一般的にプラント
においては設備が休止（計画休止）するのは１年に１回
程度である場合が多く、日々対策案を蓄積し、休止時期
に確実に全ての対策を取る必要がある。本発明者は、こ
のような点に注目し、各設備の生産効率を等しく反映
し、それらに基づいたプラント全体の総合的な生産効率
を算出する指標として、後述するプラント総合効率を提
案した。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、プラント総合
効率を算出するには、各設備に対応した煩雑な計測を行
わなくてはならない。例えば、ある一つの設備につい
て、細かな機械の停止や空転の時間を計測し、機械の運
転速度を計測し、温度や圧力などの反応条件を観測し、
また最終的な良品のトン数（t）を計測し、それらのデ
ータを用いて計算する、という操作を常時実施すること
が必要である。そのため、特に設備の数が多く複雑な反
応工程を経る場合には、生産効率を把握するためだけに
時間と人員が必要となり、プラントの生産効率を向上さ
せるという本来の目的に反してしまうこともあった。さ
らに、それら収集したデータの量が膨大となると、その
履歴や設備劣化の傾向について統計的な分析をするのが
困難であった。またさらに、本発明者の提案した指標を
用いたとしても、特に後述する性能稼動率のように生産
レートの関わる指標は、それを正確に数値化することが
難しく、プラントごと又は同じプラントにおいて定期的
に指標値の変化を比較するのはなお難しかった。したが
って、プラント全体の生産効率を向上させるために、そ
のような指標を用いて生産効率を常時算出し、管理する
ための装置が要望され、プラントのさらなる自動化を推
進することが望まれている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の要望に応えるた
め、本発明によれば、プラントの各設備の生産効率を評
価するためのプラント総合効率算出装置であって、時間
稼動率を算出する手段と、性能稼動率を算出する手段
と、良品率を算出する手段と、上記時間稼動率、上記性
能稼動率、及び上記良品率の積を算出する手段と、を備
えるプラント総合効率算出装置が提供される。

【０００６】本発明者は、様々な業種における装置型製
造プラントの現状の問題点を比較検討した結果、どのよ
うなプラントにも応用しうる、プラント全体の生産効率
を反映する指標を算出するための装置を案出した。その
指標とはプラント総合効率であり、以下のように定義さ
れる。 プラント総合効率≡時間稼動率×性能稼動率×良品率

【０００７】時間稼動率、性能稼動率及び良品率は、プ
ラントの生産効率を低下させると予想される様々な原因
を全て取り上げて８種類に分類し、その分類に応じて計
測データを取得することにより、算出される数値であ
る。以下に時間稼動率、性能稼動率及び良品率の定義を
説明する。図１には、プラント総合効率を求めるにあた
り、時間稼働率、性能稼働率及び良品率をどのように算
出するかを記載した説明図を示した。図１の左側は、暦
時間に対してプラントの実際の稼動時間がどのようにな
っているかを示した概念図であり、中央には生産効率を
低下させる８つの原因の分類を示した。右側の欄は、時
間稼動率、性能稼動率及び良品率の計算式を示した。

【０００８】（１）時間稼動率 時間稼動率は、暦時間から、次の原因及びによって
設備を停止させた時間を差し引き（これを操業時間と称
する）、さらに原因及びによって設備を停止させた
時間を差し引いて（これを稼動時間と称する）算出す
る。それらの原因による停止時間とは次のとおりであ
る。 計画保全 各設備の年間保全計画によるシャット
ダウン工事、定期整備、法定検査などによって、設備を
計画的に休止させる時間である。 生産調整 生産調整停止、在庫調整停止など、変
動需給関係による生産計画上、設備を停止させる時間で
ある。 設備故障 ポンプ故障、モーター焼損、ベアリン
グ破損など、設備や機器が規定の機能を失い、突発的に
設備が停止した時間である。 プロセス故障 もれ、こぼれ、操作ミスなど工程
内での取り扱いミス及び取り扱い物質の物性や化学的、
物理的原因により設備が停止した時間である。したがっ
て、時間稼動率は次式で計算される。 時間稼動率（％）＝（暦時間−（＋＋＋））／
暦時間 ×１００ ただし、プラント総合効率を算出する際は、１００を掛
けない値を用いる。

【０００９】（２）性能稼動率 上記の稼動時間に対して、さらに設備の性能による生産
効率低下が考えられる。設備の性能に由来する原因及
びは、次のように分類される。 定常時性能低下 設備始動後の立ち上げ、停止前
の立ち下げ、品種切り替えに伴う生産レートの低下であ
る。 非定常時性能低下 低負荷運転、低速運転等プラ
ントの不具合や異常のための生産レートの低下である。
及びにより低下した生産効率は性能稼働率として、
ある製品がその設備によって生産される時の設計標準の
レートすなわち基準生産レート（t／時間）と、実際の
生産量すなわち実績生産量を稼動時間で割った実績平均
生産レートを用いて、次のように計算される。 性能稼動率（％）＝実績平均生産レート／基準生産レー
ト ×１００ 実績平均生産レート（t／時間）＝実績生産量／稼動時
間 ただし、プラント総合効率を算出する際は、１００を掛
けない値を用いる。

【００１０】（３）良品率 上記〜の他にプラントの生産効率を低下させる原因
は主に不良品生産によるが、それは次の２つに分類され
る。 工程不良 廃却品、２級格下げ品など、品質標
準から外れた製品を作り出すことによる生産量の低下で
ある。 再加工 最終工程での不良品を源流工程にリサ
イクルして合格品にすることによる生産量の低下であ
る。したがって、原因及びによる生産効率は、良品
率として次のように計算される。 良品率（％）＝（生産量−（＋））／（生産量）
×１００ ただし、プラント総合効率を算出する際は、１００を掛
けない値を用いる。

【００１１】プラントを構成する設備において生産効率
の低下を招くと予想される原因は、上記〜でほぼ全
てが網羅される。したがって、プラント総合効率は、ど
れが主たる原因かに関係なく、原因〜全てを反映し
た総合的な指標となり得る。プラントにおいて最終的な
製品が完成するまでを評価し、資産の活用度を評価する
ことができる。さらに、あるプラントのプラント総合効
率が急に低下したような場合には、〜のどの原因に
よって低下が起こったのか及びその原因の発生個所がど
の設備であるのかを調査し、分析することによって、設
備の不具合を迅速に見つけ出し、対策をとることが可能
となる。

【００１２】時間稼動率は、プラントの設備ごとに、既
知データとして暦時間、及びをパソコン等のコンピ
ュータにあらかじめ入力し、さらに、操業中における計
測データとして実測した及びによる停止時間を入力
し、算出する。この入力データ及び時間稼動率は、入力
データについては停止時間を〜の原因ごとに分類
し、データベース化して経時変化を蓄積しておく。この
ようにすると、例えば、ある設備の設備故障による停
止時間が徐々に増えてプラント総合効率を低下させると
いった状態が生じれば、その設備をある程度の周期で調
整又は修理するといった対策がとりやすくなる。

【００１３】性能稼動率を求めるには、まず、プラント
の設備ごとに、既知データとして設計標準による基準生
産レート、及び、操業時の計測データとして実測した実
績生産量をパソコン等のコンピュータに入力する。この
入力データと、時間稼動率を算出する際に入力したデー
タを用いて算出した稼動時間とを用いて、性能稼動率を
算出する。この入力データ及び性能稼動率は、時間稼動
率と同様にデータベース化して経時変化を蓄積しておく
ことが好ましい。

【００１４】良品率は、プラントの最終段階で全体の生
産量及び廃却品やリサイクル品の量を計測し、パソコン
等のコンピュータに入力し、算出する。この入力データ
及び良品率についても、時間稼動率及び性能稼動率同様
に一日毎の記録を残し、経時変化を蓄積しておくことが
好ましい。

【００１５】上述のように算出した時間稼動率、性能稼
動率及び良品率のデータを用いて、パソコン等のコンピ
ュータにより、プラント総合効率を算出する。本発明の
プラント総合効率算出装置は、入力機能や記憶装置、演
算処理機能、表示装置を備えていれば、時間稼動効率、
性能稼動効率、良品率及びプラント総合効率を算出する
際に用い得る単一のパソコン等のコンピュータであって
もよいし、ネットワークで連結された複数のコンピュー
タであってもよい。また、単一の演算処理部に対して複
数の入力装置や表示装置を備えていてもよい。また、各
工程における時間や数量の計測を自動化し、それら計測
装置からのデータをインタフェースボード等を介してパ
ソコン等に入力することもできる。計測データの取得
は、時間を短縮でき、得られるデータが正確であること
から自動化することが好ましい。

【００１６】本発明のプラント総合効率算出装置を用い
て、複数プラントの場合にはプラントごとの生産効率の
算出を迅速に行わせ、それら生産効率を一箇所で集中管
理することが好ましい。上記のような計測データの取得
を自動化し、常時表示させておくことにより、プラント
全体の生産効率が一定に保たれているかどうかのみなら
ず、各設備が正常に稼動しているかどうかを把握するこ
とができる。特に、本発明の装置は、従来は難しかっ
た、プラントの生産レートを反映する性能稼動率を正確
に算出でき、年間を通した性能稼動率の変化を追跡でき
る。そこで、各設備の性能稼動率の長期的な変化を表示
させるプログラムや、ある基準からの性能稼動率の低下
を検出して警告を出すプログラムを用いれば、設備の劣
化を発見しプラントの計画休止の際に対策を取ることが
できる。

【００１７】更に、本発明のプラント総合効率算出装置
は、プラント総合効率について、生産計画に基づく目標
値からのずれを算出させることもできる。このようなプ
ラント総合効率算出装置は、同一のプラントで年間に数
種類の製品（複数バッチ）を生産するときに特に有用で
ある。まず、生産目標が製品の出荷計画によって設定さ
れる。その生産目標に応じて、プラント総合効率の目標
が設定される。例えば、ある製品の基準生産レートが１
t／１時間であるとし、１００tの製品を生産する計画で
あるとする。この計画立案時は、設備の故障やその他の
停止、設備の機能低下、不良品等のない理想的な計画が
立てられる。すなわち、操業時間は、１t／１時間×１
００t＝１００時間 であり、時間稼動率は１００％、
性能稼動率は機能低下なく１００％、良品率はいかなる
不良品もなく１００％である。この場合のプラント総合
効率は１００％となる。しかし、実際に１００ｔの生産
を行った場合、計測の結果２００時間がかかったとす
る。このとき、プラント総合効率は５０％である。この
場合に本算出装置を使用すれば、例えば生産性におい
て、プラント総合効率を用いてそのずれを瞬時に把握す
ることが可能である。加えて、その原因把握において
も、あらかじめ設定しておいた目標の時間稼動率を減少
させる、設備停止によるのか、目標性能稼動率を減少さ
せる、基準生産レートの低下など設備機能の低下による
のか、それとも、目標良品率を減少させる、不良品の算
出によるのかが、自動的にかつ瞬時に分かる。また、一
般的には、１年にわたる操業の中で、複数のバッチを生
産する複合生産計画を立て、実施する場合が多い。この
場合においては、例えば、どのバッチの遅れにより生産
計画が未達成であったのかも、瞬時にして分かる。な
お、複合生産によるプラント総合効率を求める場合は、 バッチごとのプラント総合効率の和／バッチ数 となる。

【００１８】生産計画による目標値をプラント総合効率
算出装置に設定して用いる場合には、バッチの品種、生
産量（バッチサイズ）ごとの目標プラント総合効率を装
置にあらかじめ入力しておき、実測データに基づく実際
のプラント総合効率との比較を行えばよい。このように
目標値からのずれを把握することによって、各バッチの
生産が理想的に行われたか、又は、生産効率の低下が生
じたか、ということについて装置は明確な判断ができ
る。すなわち、目標値は、数値化された明確な判断基準
を提供する。したがって、この判断基準に従って自動的
に設備の点検や修理などの対策を取るかどうかという指
示をオペレーターに伝えることができる。このような判
断は常時行えるのみならず、記録しておいて計画休止の
際に確実に整備点検を行うよう指示を出すようにするこ
ともできる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を、
図２に示した例を用いて具体的に説明する。図２の上部
に示したのは、あるプラントにおいて、原材料を投入し
てからＡ、Ｂ、Ｃ及びＤの４つの反応工程、すなわち４
つの設備を経て製品が生産されるまでの流れである。こ
のプラントは、各設備のスイッチを入れて立ち上げた
後、原材料が連続して投入され、ほぼ１年間の操業時間
の間、製品も連続して生産される。

【００２０】図２の中央のグラフは、プラント総合効率
算出のために収集されるデータが示されている。グラフ
は、このプラントにおいて収集された計測データを示
し、横軸が操業時間、縦軸が製品の生産量である。生産
量は、最後の反応工程Ｄを経た最終的な製品の量を計測
する。まず、各設備が完全に立ち上がるまで生産量は０
から徐々に増加している。その後、プロセス故障による
生産の一時停止が生じたことが示されている。このとき
例えば反応工程Ｂを実施する設備において液もれが発生
したとすると、そのプロセス故障の生じた場所や細かい
原因についても入力される。次いで、設備故障が発生
し、生産の停止した時間があったことが示されている。
このときも、例えば反応工程Ｂの設備でポンプの故障が
あったなど、発生個所や詳細な原因について入力され
る。その後、例えば反応工程Ｃの設備の温度が一時的に
上昇し、生産品の一部に廃却品が出たとすると、廃却品
の量を差し引いた実績生産量が、原因の分類と共に記録
される。グラフが示すように、異なるバッチ（品種）の
製品を生産するため、一時的に低速運転をすると、その
ことも生産量と共に記録される。その後、例えば反応工
程Ｄにおいて圧力上昇が発生し設備を低速運転したとす
ると、その非定常時性能低下により低下した生産量と、
発生個所及び原因とが記録される。このようにして、操
業時間の間連続してプラント総合効率を算出するための
データが蓄積される。

【００２１】このようなデータを取得するには、生産量
の自動計測の他に、設備機械に流れる電流負荷を計測す
る、あるいは機械の回転数を計測する等、各設備の運転
速度を直接反映する計測データを自動的に取得し、コン
ピュータに蓄積する。これによって故障の生じた設備の
特定が容易にできる。設備が停止した場合には追加デー
タとして原因の分類を入力してもよいし、温度、圧力な
どを検出しそれらあらかじめ規定した反応条件のみが変
化した場合はプロセス故障、それ以外に設備の機械的故
障が生じた場合は設備故障に分類する等、自動分類でき
るよう設定をしておいてもよい。

【００２２】

【発明の効果】本発明のプラント総合効率算出装置によ
って、各設備の生産効率を常時高い水準に保つことがで
き、さらなるプラントの自動化が実現される。本発明の
装置を用いれば、プラントの生産効率及び各設備の稼動
の様子を集中管理することができるためであり、人員削
減と時間短縮によるコスト削減が可能となる。また、プ
ラント全体の生産効率を常時把握できるのみならず、特
に、性能稼動率を正確に数値化できることから、各設備
の生産レートを反映した指標が与えられる。また、プラ
ント総合効率を算出するために用いた計測データや算出
データを蓄積しておけば、生産効率が低下したときに、
それらのデータの蓄積を用いて原因の分析を容易にで
き、対策を取るかどうかの判断を迅速に行える。本発明
のプラント総合効率算出装置は、すなわち、資産の活用
度を評価できる装置となりうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 プラント総合効率を説明するための図であ
る。

【図２】 プラント総合効率を算出するために収集する
データの例を示した図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラントの各設備の生産効率を評価する
   ためのプラント総合効率算出装置であって、 時間稼動率を算出する手段と、 性能稼動率を算出する手段と、 良品率を算出する手段と、 上記時間稼動率、上記性能稼動率、及び上記良品率の積
   を算出する手段と、を備えるプラント総合効率算出装
   置。
2. 【請求項２】 さらに、上記時間稼動率、上記性能稼動
   率及び上記良品率の積について、生産計画に基づく目標
   値からのずれを算出する手段を備える請求項１に記載の
   プラント総合効率算出装置。