JP2003515155A - 材料移送中に送達される材料の量を制御するための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 材料移送中に送達される材料の量を制御するための方法。この方法は、ソース位置から目標位置に送達すべき材料に関する目標量を入力するステップと、予測モデルベースのアルゴリズムを使用して、材料の送達中に目標量を更新するステップと、再帰的最小二乗手順を使用して、工程性能データに基づいて予測モデルベースのアルゴリズムを更新するステップとを含む。工程変化に応答して予測モデルベースのアルゴリズムを適合させる目的で、少なくとも１つの以前の予測モデルベースのアルゴリズムパラメータを、少なくとも１つの新しい予測モデルベースのアルゴリズムパラメータで置換すべきかどうかを判定するために使用される適応選択アルゴリズム。材料移送工程中に、少なくとも１つの独立に測定される材料の送達を主材料の送達とオーバラップするための方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （関連出願の相互参照） 本願は、１９９９年１１月２４日出願の、本出願人らの初期の仮米国出願第６
０／１６７４０１号の本出願である。

【０００２】 （発明の分野） 本発明は、計量システムおよび送達システムに関し、より詳細には、材料移送
中に送達される材料の量を制御するための改良型の方法に関する。

【０００３】 （発明の背景） 多くのバッチ（batch）計量／混合システムでは、材料が混合タンク内に順次
供給され、レシピまたは式によって決定される量に従って供給される。材料は、
しばしば様々な供給速度で混合タンク内に供給される。あるシステムでは、この
供給速度は、毎秒１ポンド（０．４５３ｋｇ）未満から毎秒３００ポンド（１３
６ｋｇ）超まで変化する。供給速度の如何に関わらず、可能な最短の時間で、正
確な材料の量をバッチ内に供給することが望ましい。これは、可能な限り最大の
供給速度で供給し、次いで供給量が目標量に近づくときに、生成物供給速度を減
少させることなく、正確な所望の材料の量を達成するようにその供給を停止する
ことを意味する。

【０００４】 材料の供給中に、どの瞬間での読みも、供給された実際の材料の量、またはま
さにその瞬間に供給が停止またはカットオフされた場合に結果として得られるこ
とになる最終重量とは異なる。最終バッチ重量と、カットオフでの読みとの間の
差はスピル（spill）と呼ばれる。このため、最大流量で材料を供給し、次いで
読みが目標重量に達するときに供給を停止して、正確な所望の材料の量を達成す
ることは可能でない。

【０００５】 この問題に対する従来の手法では、目標に対して設定される割合（一般に８０
〜９０％）に読みが達するときに低速のドリブル供給に切り替わる２段階供給が
使用される。この手法の変形形態では、多段階供給または絞り弁が使用されるが
、これらすべては、供給時間を延長する効果を有する。供給時間を犠牲にしてド
リブル速度を遅くすることによって、正確さを向上することができる。工程内の
撹拌機により、著しいスケールノイズが引き起こされる。このスケールノイズは
機械的フィルタリングまたは電子的フィルタリングで低減し、またはなくするこ
とができるだけであり、正確さと供給時間との間のトレードオフが増大する。

【０００６】 材料供給中にスピルを定量化し、予測するための方法が求められている。さら
に、所望の量に従って材料移送中に送達される材料の量をより良好に制御するた
めの方法が求められている。

【０００７】 （発明の概要） 本発明は、材料移送中に送達される材料の量を制御するための方法に関する。
この方法は、材料をソース位置から目標位置に送達する目標量を入力するステッ
プと、予測モデルベースのアルゴリズムを使用して材料の送達中に目標量を更新
するステップと、再帰的最小二乗手順を使用して工程性能データに基づいて予測
モデルベースのアルゴリズムを更新するステップとを含む。本発明はまた、工程
変化に応答して予測モデルベースのアルゴリズムを適合させるように少なくとも
１つの以前の予測モデルベースのアルゴリズムパラメータを、少なくとも１つの
新しい予測モデルベースのアルゴリズムパラメータで置換すべきかどうかを判定
するために使用される適応選択アルゴリズムにも関する。本発明はまた、材料移
送工程中に、少なくとも１つの独立に測定される材料の送達が主材料の送達とオ
ーバラップする方法にも関する。

【０００８】 （発明の詳細な説明） 図１に、本発明によるシステム１０の好ましい実施形態を示す。システム１０
を混合タンク１１および事前計量タンク（ｐｒｅｗｅｉｇｈ ｔａｎｋ）１２を
有するものとして示す。任意の数の混合タンクおよび／または事前計量タンクを
使用することができる。限定はしないが、液体、粉末、顆粒などの材料を使用す
ることができる。弁１３〜１５などの弁を介してタンク１１、１２のどちらかに
これらの材料を供給し、測定することができる。限定はしないが、ちょう形弁な
ど、どんなタイプの弁も使用することができる。タンク１１、１２のどちらかの
中に含まれる材料の量は、ロードセル１６を使用することによって測定すること
ができる。限定はしないが、Ｍｅｔｔｌｅｒ Ｔｏｌｅｄｏによって販売されて
いるロードセルなど、どんなタイプのロードセルも使用することができる。シス
テム１０はまた、スケールコントローラ１７も組み込む。スケールコントローラ
１７はプログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）１８に接続される。スケール
コントローラは、材料重量１９、材料供給速度２０、およびカットオフフラグ２
１などの材料送達情報をＰＬＣ １８に送る。スケールコントローラ１７および
ＰＬＣ １８は、弁出力コントローラ２２と共に働き、所望の材料の量の送達を
達成するために、材料供給を可能にする弁を閉じる適切な時間を決定する。ロー
ドセルスケールおよびスケールコントローラを説明したが、当業者は、限定はし
ないが、事前計量スケールシステム、流量計、計量ベルトフィーダ、および／ま
たはそれらの組合せを含む代替測定システムおよび／またはコントローラの使用
法を理解されよう。オペレータインタフェース２３により、レポートを生成し、
または他のシステム関係の機能を実行する目的で、技術者がシステム１０にアク
セスすることが可能となる。

【０００９】 図２を参照すると、送達される材料のカットオフ点を決定するための制御論理
の概略ブロック図が示されている。この制御論理は、スケールコントローラ１７
に組み込むことができる。ロードセル１６からの入力は、混合タンク１１内の撹
拌機によって引き起こされるようなノイズを低減するために、フィルタ３０によ
ってフィルタすることができる。図１に示すように、フィルタ後の入力を使用し
て、重量１９および材料供給速度２０がＰＬＣ １８に送られる。ＰＬＣ １８
から入力される制御目標量３３は、材料供給弁を閉じるためのカットオフ点を決
定する目的で、判定ブロック３４内で重量１９と比較される。弁をいつ閉じるべ
きかの指示を容易にするために、論理パラメータがブロック３５で使用されてい
るが、他の論理制御方法を利用することもできる。

【００１０】 図３を参照すると、材料移送中に送達される材料の量を制御するための方法を
示す流れ図が用いられている。図３および図４では、標準的な流れ図記号が使用
され、長方形のブロックは、材料を供給し、または材料の重量の読取りを開始す
るようなステップの実行を表し、ひし形のブロックは、システム１０および／ま
たは構成要素によって行われる判定を表す。流れ図の右側の円で囲った文字は終
了点を表し、この終了点は、流れ図の左側の円で囲った同じ文字で流れ図に再入
する。この方法は開始ブロック４０で開始する。ブロック４２では、開始スケー
ル重量（ＳＷ）を測定する。ブロック４４では、ＳＷ＋式量（ｆｏｒｍｕｌａ
ｗｅｉｇｈｔ）（ＦＷ）に等しくなるように目標重量（ＴＷ）を設定する。ここ
でＦＷは、送達すべき材料の所望の重量である。ブロック４６では、主材料の供
給を可能とするように弁１３を開く。ブロック４８では、図２に示すように、現
在のスケール重量を読み取り、次いでフィルタし、フィルタスケール重量（Ｗ）
に設定する。材料の流量（Ｑ）は、Ｑ＝（Ｗ−Ｗ_last）／（ｔ−ｔ_last）として
計算される。上式で、ｔは送達中の時間間隔であり、Ｗ_lastおよびｔ_lastは、以
前の読みと同様の値である。ブロック５０でこのステップを実行する。ブロック
５２では、予測モデルＰＳ＝Ｋ₁＊Ｑ＋Ｋ₂＊Ｑ²により、予測されるスピル（Ｐ
Ｓ）を定義して計算する。上式で、Ｋ₁およびＫ₂は予測モデルのパラメータで、
材料流量と独立であり、Ｑは、前述の材料の、測定流量または計算流量である。
ブロック５４では、予測最終重量（ＰＦＷ）をＰＦＷ＝Ｗ＋ＰＳとして定義し、
計算する。判定ブロック５６では、ＰＦＷがＴＷ未満である場合、この方法は右
側の円で囲った文字「Ａ」から出て左側の円で囲った文字「Ａ」で流れ図に再入
し、そうでない場合、この方法はブロック５８を通じて続行する。ブロック５８
では、材料の送達を止めるために弁１３などを閉じ、または遮断する。ブロック
６０では、スケールが落ち着くための十分な時間間隔（例えば１〜３秒）の経過
が許される。ブロック６２では、材料の最終重量（ＦＷ）を測定する。ブロック
６４では、供給誤差（Ｅ）をＥ＝ＦＷ−ＴＷとして定義し、計算する。ブロック
６６では、実際のスピル（Ｓ）を、Ｓ＝カットオフ点での予測されるスピル（Ｐ
Ｓ_c）＋Ｅとして定義し、計算する。ブロック６８では、新しいデータポイント
（Ｑ，Ｓ）で予測モデルパラメータＫ₁およびＫ₂を更新する。ただし、Ｑはカッ
トオフ点での材料流量に等しく、Ｓは実際のスピルである。この方法は終了ブロ
ック７０で終了する。

【００１１】 予測されるスピルおよび予測モデル 前述の予測されるスピル公式の理論は、以下の４つの成分（ａ〜ｄ）の効果を
認識する。この４つの成分は、任意の所与の瞬間での読みと、その瞬間に供給が
停止した場合、すなわち、カットオフ瞬間と呼ばれるその正に同じ瞬間に弁が閉
じる命令を与えられた場合に得られる最終スケール重量との間の、不一致に寄与
する。

【００１２】 ａ．懸濁液中の材料：弁を通過した材料の一部は、まだ「自由落下」する可能
性があり、まだ混合に達していない。 ｂ．減速力：混合物中に降下する材料を止めるために力が必要である。この動
的力は、材料流れが停止するまで、読みを増加する。 ｃ．スケール／フィルタラグ（Ｓｃａｌｅ／Ｆｉｌｔｅｒ Ｌａｇ）：供給中
に、任意の瞬間での読みは、フィルタリングを適用して、撹拌機または他の工程
構成要素による振動を抑えるときに、スケールに対して実際の重量を「ラグ」す
る可能性がある。フィルタリングのタイプ−機械的、電子的、またはデジタル−
の如何に関わらず、スケール重量の不一致、すなわちラグは、供給流量が増加す
るにつれて増加することになる。平滑化を向上するための一層のフィルタリング
もラグを増大する。 ｄ．弁「レットスルー（Ｌｅｔ−ｔｈｒｏｕｇｈ）」：弁は瞬時に閉じること
ができない。弁が閉じている間に、一部の材料は弁を通過する。

【００１３】 カットオフ点で示される測定重量の読みと、工程が「決定」した後の混合タン
ク中の材料の最終重量との間の不一致は、スピルと呼ばれる。スピルは正確には
、スピル＝最終バッチ重量−カットオフでの読み、として定義される。この原理
を用いて、実用的応用例は、予測モデルＰＳ＝Ｋ₁＊Ｑ＋Ｋ₂＊Ｑ²に導かれた。
上式で、Ｑは材料の測定流量または計算流量であり、Ｋ₁，Ｋ₂は、材料流量Ｑと
独立な予測モデルのパラメータである。

【００１４】 上述の予測モデルＰＳ＝Ｋ₁＊Ｑ＋Ｋ₂＊Ｑ²を参照すると、供給される材料の
初期下方速度が０に等しいか、または流量と独立であるとき、以下の値が使用さ
れる。

【００１５】 Ｋ₁＝Ｔ_f＋Ｋ_V−ｖ₀／３２．２ Ｋ₂＝０

【００１６】 上式で、 Ｔ_fはフィルタ複合時定数であり、 Ｋ_Vは

【００１７】

【数３】

【００１８】 に等しい弁レットスルー因子であり、 ｖ₀は材料の初期下方速度である。

【００１９】 材料の初期下方速度が流量に比例するとき、以下の値が使用される。

【００２０】 Ｋ₁＝Ｔ_f＋Ｋ_Vで、 Ｔ_fはフィルタ複合時定数であり、 Ｋ_Vは

【００２１】

【数４】

【００２２】 に等しい弁レットスルー因子であり、 かつ、 Ｋ₂＝−１／（３２．２＊ρ＊Ａ_V）で、 ρは材料の密度であり、 Ａ_Vは、材料がソース位置から目標位置まで、それを通じて移動する弁または
他のコンジットの断面積である。

【００２３】 図４を参照すると、オーバラッピング供給技法を使用して、複数の材料供給の
量およびタイミングを制御するための方法を示す流れ図が用いられている。この
方法は、開始ブロック８０で開始する。ブロック４２では、開始スケール重量（
ＳＷ）を測定する。ブロック８４では、目標重量（ＴＷ）をＳＷ＋式量（ＦＷ）
に等しく設定する。ただしＦＷは送達すべき材料の所望の重量である。ブロック
８６では、オーバラップする各事前計量供給またはダンプ（dump）の重量をＴＷ
に加える。ブロック８８では、主供給開始とも呼ばれる主材料の供給を遅延する
ための遅延時間Ｔ_dtを計算する。ブロック９０では、すべてのオーバラップする
事前計量供給またはダンプを開始する。ブロック９４で主材料供給を開始する前
に、ブロック９２で遅延時間Ｔ_dtが満了するのを待つ。ブロック９６では、この
方法は、すべてのオーバラップする事前計量供給またはダンプが完了するのを待
つ。目標重量（ＴＷ）は、事前計量ダンプまたは供給をオーバラップする際の任
意の重量誤差によって調節される。次いでこの方法はブロック９８に進み、そこ
で現在のスケール重量を測定し、フィルタし、値（Ｗ）に設定する。ブロック１
００では、材料の流量（Ｑ）をＱ＝（Ｗ−Ｗ_last）／（ｔ−ｔ_last）として計算
する。上式で、ｔは送達中の時間間隔であり、Ｗ_lastおよびｔ_lastは、以前の読
みと同様の値である。ブロック１０２では、予測モデルＰＳ＝Ｋ₁＊Ｑ＋Ｋ₂＊Ｑ ² によって、予測されるスピル（ＰＳ）を定義し、計算する。上式で、Ｋ₁および
Ｋ₂は予測モデルのパラメータで、材料流量と独立であり、Ｑは、前述の材料の
測定流量または計算流量である。ブロック１０４では、予測される最終重量（Ｐ
ＦＷ）をＰＦＷ＝Ｗ＋ＰＳとして定義し、計算する。判定ブロック１０６では、
ＰＦＷがＴＷ未満である場合、この方法は、右側の円で囲った文字「Ｂ」から出
て、左側の円で囲った文字「Ｂ」で流れ図に再入し、そうでない場合、この方法
はブロック１０８を通じて続行する。ブロック１０８では、材料の送達を止める
ために弁１３などを閉じ、または遮断する。ブロック１１０では、スケールが落
ち着くための十分な時間間隔（例えば１〜３秒）の経過が許される。ブロック１
１２では、材料の最終重量（ＦＷ）を測定する。ブロック１１４では、供給誤差
（Ｅ）をＥ＝ＦＷ−ＴＷとして定義し、計算する。ブロック１１６では、実際の
スピル（Ｓ）を、Ｓ＝カットオフ点での予測されるスピル（ＰＳ_c）＋Ｅとして
定義し、計算する。ブロック１１８では、新しいデータポイント（Ｑ，Ｓ）で予
測モデルパラメータＫ₁およびＫ₂を更新する。ただし、Ｑはカットオフ点での材
料流量に等しく、Ｓは実際のスピルである。この方法は終了ブロック１２０で終
了する。

【００２４】 予測モデルの適応更新 予測モデルパラメータＫ₁およびＫ₂は流速Ｑと独立であるが、弁の構成または
他の工程現象などの、工程または材料の特性変化のために、ゆっくりと変化する
可能性がある。材料をそれぞれ供給した後、以下のルーチンおよび方策を使用し
て、新しい点（例えば、カットオフ流量、実際のスピル）が予測モデルを更新す
るために有効であるかどうかを判定する。図５を参照すると、座標系１３０が定
義され、従属変数の値と、少なくとも１つの独立変数の値との関係が表示されて
いる。従属変数は、先に論じたような予測モデルによって定義される数学関数に
よって、独立変数に関係する。次に、閉じた基準ボックス１３２を座標系１３０
上に定義する。閉じた基準ボックス１３２は、所定の許容される材料送達データ
値に基づく従属変数および独立変数の値に位置する固定中心点１４０を有し、閉
じた基準ボックスの寸法を当初、所定の許容される材料送達データ値に基づいて
設定する。これらの寸法および中心点１４０は、工程性能データを用いた規則ベ
ースの調整を受ける。次に、有限の数の次々に小さくなる閉じた選択ボックス１
３４、１３６（図５の例に関しては２つのボックスを使用しているが、任意の数
のボックスを使用することができる）を座標系１３０上に定義する。閉じた選択
ボックス１３４、１３６はそれぞれ、工程性能データから計算される従属変数お
よび独立変数の現在の平均値に基づく従属変数および独立変数の値に位置する中
心点１３８を有する。閉じた選択ボックス１３４、１３６の寸法は、次々に小さ
くなる、閉じた基準ボックス寸法の分数倍によって定義される。次に、少なくと
も１つの決定規則を定義し、その規則によって、工程性能データから導出された
従属変数および独立変数を有する（図５に例示した１４１、１４２、１４３、お
よび１４４のような）特定の新しいデータポイントを使用して、予測モデルがそ
れによって修正されることになる特定の規則を選択することができる。この選択
は、ボックス１３２、１３４、１３６のうちのどれがデータポイントを含むかに
依存する。新しいデータポイント１４１が選択ボックスのうちの最小の選択ボッ
クス１３６と、閉じた基準ボックス１３２の両方に含まれる場合、少なくとも１
つの予測モデルパラメータを更新する。新しいデータポイント１４２が選択ボッ
クスのうちの大きい選択ボックス１３４と、閉じた基準ボックス１３２の両方に
含まれるが、小さい選択ボックス１３６内には含まれない場合、少なくとも１つ
の予測モデルパラメータをリセットする。新しいデータポイント１４３が閉じた
基準ボックス１３２内に含まれるが、前記選択ボックス１３４、１３６のどちら
にも含まれない場合、この領域内での最初の発生時には、どの予測モデルパラメ
ータにも変更を行わない。新しいデータポイント１４４が閉じた基準ボックス１
３２の外部にある場合、どの予測モデルパラメータにも変更を行わない。

【００２５】 このルーチンまたは方法は、予測モデルベースのアルゴリズムパラメータの初
期値が最初の材料送達のデータから自動的に設定される点でセルフスタート式で
ある。さらに、このルーチンまたは方法は、工程の変更、または指定した基準に
適合する材料特性が検出されたときに、予測モデルベースのアルゴリズムパラメ
ータがリセットされる点で自己補正式である。

【００２６】 更新およびリセット式 バッチシーケンスにおいて異なる材料ごとに、別々の予測モデルパラメータＫ ₁ およびＫ₂が使用され、維持される。予測モデルパラメータＫ₁およびＫ₂は、前
述の選択に従って、材料の各供給の後に更新またはリセットされる。この更新ま
たはリセットを実行するために使用される式は、「再帰的最小二乗法」と呼ばれ
る従来の数学的手法を用いて導出される。この手法は、データポイントのシーケ
ンスについて、実際のデータポイントと予測モデルによって与えられる点の推定
との間の偏差の２乗の和を最小にする。各データポイントは、独立変数としての
カットオフ流量Ｑと、従属変数としての実際のスピルＳとからなる。材料供給を
完了した後、新しいデータポイント（Ｑ，Ｓ）を以下の式で使用して、予測モデ
ルパラメータＫ₁およびＫ₂と、以下で定義される、予測モデルで使用される追加
のパラメータとを更新またはリセットする。

【００２７】 Ｑ_i＝カットオフ流量、Ｓ_i＝実際のスピルとして、（Ｑ_i，Ｓ_i）が新しいデー
タポイントを表すと仮定する。

【００２８】 初期データポイント（すなわち、材料の最初の供給によるデータポイント）、
または予測モデルをリセットするために使用すべきデータポイント（Ｑ₀，Ｓ₀）
を呼び出す。

【００２９】 モデルに対して必要な５つの追加のパラメータを以下のように定義する。

【００３０】 Ａ＝平均流量 ＡＡ＝平均スピル Ｂ＝（流量）²の平均 ＢＢ＝（流量・スピル）の平均 Ｃ＝（流量）³の平均

【００３１】 次いで、前述の予測モデルＰＳ＝Ｋ₁＊Ｑ＋Ｋ₂＊Ｑ²を、以下の式に従って更
新またはリセットする。

【００３２】 Ｑ_iをカットオフ流量、Ｓ_iを実際のスピルとして、新しいデータポイント（Ｑ _i ，Ｓ_i）ごとに、

【００３３】 更新 Ａ_NEW＝Ａ_OLD＋β・（Ｑ_i−Ａ_OLD）（平均流量） Ｂ_NEW＝Ｂ_OLD＋β・（Ｑ_i ²−Ｂ_OLD） Ｃ_NEW＝Ｃ_OLD＋β・（Ｑ_i ³−Ｃ_OLD） ＡＡ_NEW＝ＡＡ_OLD＋β・（Ｓ_i−ＡＡ_OLD）（平均スピル） ＢＢ_NEW＝ＢＢ_OLD＋β・（Ｑ_i・Ｓ_i−ＢＢ_OLD）

【００３４】 次いで、

【００３５】

【数５】

【００３６】 初期点（Ｑ₀，Ｓ₀）およびリセット： Ａ₀＝Ｑ₀（平均流量） Ｂ₀＝Ｑ₀ ² _- Ｃ₀＝Ｑ₀ ³ _- ＡＡ₀＝Ｓ₀（平均スピル） ＢＢ₀＝Ｑ₀・Ｓ₀

【００３７】 次いで、

【００３８】

【数６】

【００３９】 上式において、βは０と１の間の値を有する重み因子である。βの値が小さい
と、以前のデータポイントに対してより大きな重み付けが与えられる。値β＝０
．１７は、最近のデータポイントから数えて２５番目のデータポイントを０．０
１で重み付けし、５０番目の点を０．０００１で重み付けするものであり、この
方法のいくつかの応用例では、この値が効果的に使用されている。

【００４０】 オーバラッピング供給技法 バッチ製造システムに関して多数の工程設計が存在し、そのすべては独自の利
点を有する。最も単純なシステムの１つは、複数のタンクアーキテクチャからな
る。これらのタンクは、必要な正確さで材料を送達するような大きさに作られる
。これにより、平行して動作してスループットを増加することも可能である。こ
れらのタンクはロードセル計量装置上に装着され、材料の移動は、重量の変化を
監視することによって制御される。一般にこれは、一度にいずれか１つのタンク
での単一の材料移動だけを指令する。

【００４１】 図６を参照すると、このバッチ計量／混合の例示的工程構成１６０は、２つの
事前計量タンク１６２、１６４を有し、この２つの事前計量タンク１６２、１６
４は、最終的な生成物が生成される主タンク１６６をサポートする。この構成に
より、中間材料を上層の事前計量タンク１６２、１６４で処理し、必要なときに
下層の主タンク１６６に送達することが可能となる。図６には２つの事前計量タ
ンクを有するシステムを示すが、限定はしないが、流量計、計量ベルトフィーダ
、および／またはそれらの組合せを含む代替測定システムおよび／またはコント
ローラの使用法を当業者は理解されよう。

【００４２】 従来の操作： 生成物の製造中、各タンクは、図７の従来の活動図に示すように、その配合サ
イクルを通過し、他のタンクと相互に作用する。この例では、主タンク内で行わ
れる活動と平行して、材料Ａ、Ｂ、およびＣが事前計量タンクに送達される。主
タンクが事前計量した中間材料を受ける用意ができたとき、主タンク内のすべて
の他の活動を中断して、その中間材料が主タンクに移送される。製造をバッチす
るこの手法により、効果的な速度で品質生成物が送達される。しかし、追加の生
成物に対する必要が増大するにつれて、追加の製造システムを加え、あるいは時
間外またはより多くのシフトによって製造時間を増加することが一般的な選択肢
である。

【００４３】 事前計量ダンプおよび材料供給のオーバラップ： バッチサイクル時間を低減し、それによって生成物を増やすために、本発明は
、中間材料が事前計量から移送されるのと同時に、ロードセルシステムを使用し
て材料を送達する。この手法により、物理的な修正を行うことなく、既存の工程
の生成物が著しく増加する。サイクル時間の減少はいくつかの要素に依存し、そ
の潜在性を判定するために各システムを評価しなければならない。図８のオーバ
ラッピング供給活動図に示すように、事前計量ダンプは材料供給と連係し、その
結果両者が同時に主タンクに加えられる。これが機能し、なお正確に主材料を送
達するために、材料がその供給を終了する前に事前計量はその送達を終了する。

【００４４】 このオーバラッピング供給技法は、工程の性能の大部分の側面に関する情報を
維持することによって機能する。材料流量、タンクサイズ、および排出時間を含
むこの情報は、工程が使用されるときに定期的に更新される。次いで、図９のタ
イミング図に記載するように、この情報を使用して、オーバラップ供給を実行す
るのに必要な予測が行われる。図９を参照して、以下の定義が与えられる。

【００４５】 Ｔ_db これは、材料供給に伴う問題を引き起こすことなく事前計量が入り込む
ことができる「不感帯」時間である。この時間は、技術者が構成することができ
、一般に５秒に設定される。

【００４６】 Ｔ_dt これは、必要な（Ｔ_ma＋Ｔ_db）が適合するように事前計量が供給される
間に、主材料が遅延することになる計算時間である。

【００４７】 Ｔ_ma これは、どんな事前計量材料も主タンク内に入ることなく、材料供給を
単独で供給しなければならない時間である。何らかの事前計量供給がこの単独供
給時間と干渉する場合、材料供給は中断することになる。この時間は、技術者が
構成することができ、一般に１５秒に設定される。

【００４８】 Ｔ_mf これは、主タンク内に材料を供給するのにかかると予想される時間であ
る。

【００４９】 Ｔ_ovl これは、事前計量および材料の両方が主タンク中に供給されるオーバ
ラップ時間である。

【００５０】 Ｔ_pwl これは、任意の選択した事前計量が内容物を主タンクに送達するのに
かかると予想される最大時間である。

【００５１】 追加の記述： Ｍ_act これは、材料がレシービングタンクに送達されるときの実際の流量で
ある。これは実データであり、毎秒更新される。

【００５２】 Ｍ_avg これは材料平均供給速度である。これは、その材料の使用の終わりに
更新される。

【００５３】 Ｍ_etc. これは、材料がその送達を完了するのにかかると予想される秒数であ
る。移送の進行中に、実工程データを使用してこれが形成される。

【００５４】 Ｍ_sp これは、オーバラップ操作中に加えるべき材料の量である。

【００５５】 ＰＷ_act これは、事前計量がその材料をレシービングタンクに送達するとき
の実際の流量である。これは実データであり、毎秒更新される。

【００５６】 ＰＷ_avg これは、事前計量がその材料をレシービングタンクに送達するとき
の履歴平均流量である。これは事前計量移送の終了ごとに更新される。

【００５７】 ＰＷ_etc. これは、事前計量がその材料を送達するのにかかると予想される秒
数である。移送の進行中に、これは実工程データを使用して形成される。

【００５８】 ＰＷ_ma これは、事前計量がレシービングタンクに送達すると予想される質量
である。これは、レシービングタンクが事前計量にその材料を送達するように要
求する時に決定される。

【００５９】 オーバラップ供給の間、どんな工程アプセットの可能性も低減するために行わ
れる、多くの工程チェックが存在する。以下は、オーバラップ供給を実行すると
きに行われるステップおよびシーケンスである。

【００６０】 １．システムは、すべての要求された事前計量がすべての活動を終了し、その
材料を主タンクに移送する準備ができるまで待機する。 ２．事前計量を評価して、どれが最大のＴ_pwlを有するかを、式ＰＷ_ma／ＰＷ_{a vg} によって判定する。 ３．材料供給時間を、式Ｔ_mf＝Ｍ_sp／Ｍ_avgによって計算する。 ４．主タンクで予想される材料の合計量を、すべての予想される事前計量の量
ＰＷ_maと、材料供給セットポイントＭ_spとを合計に対して組み合わせることによ
って決定する。 ５．材料供給の開始を遅延する時間を、最大のＴ_pwlを用いて、Ｔ_dtを０未満
にせずに、Ｔ_dt＝（Ｔ_pwl−Ｔ_mf＋Ｔ_db＋Ｔ_ma）として計算する。 ６．すべての要求された事前計量が、その移送を開始するように指令を受ける
。 ７．すべての事前計量がその移送を開始し、Ｔ_dtを満たしたとき、材料供給を
開始する。 ８．以下の方法を使用して、確実に事前計量の移送が材料Ｔ_maに違反しないよ
うにするため、単独供給時間Ｔ_maを監視する。

【００６１】 Ｔ_ma＞Ｍ_etc.−ＰＷ_etc.

【００６２】 この比較の結果に基づいて、２つの事柄のうちの一方を行う。

【００６３】 ａ．単独供給時間に違反していない場合、事前計量は移送を終了する。この
材料は、その供給を終了することになり、その終わりに、限定はしないが、独立
に測定される供給からの情報を含むすべてのシステムデータを更新して、工程の
現在の操作を反映することになる。 ｂ．単独供給時間に違反している場合、以下を行う。 １．供給を停止する。 ２．事前計量がその移送を終了し、その工程データを更新する。 ３．材料供給の重量不足を判定し、オペレータは、補正アクションを行う
ことができるように、不足量の知らせを受ける。 ４．正確なシステムデータを収集することができるように、オーバラップ
供給で、次回の材料の使用を禁止する。 ５．正確なデータを収集した後、通常のオーバラップ活動を再開する。

【００６４】 本発明は、例えば、コンピュータシステムを操作して一続きの機械可読命令を
実行することによって実施することができる。これらの命令は、ハードディスク
ドライブおよびメインメモリなどの、様々なタイプの信号運搬媒体内に常駐する
ことができる。この点で、本発明の別の態様は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）な
どのデジタルデータプロセッサによって実行可能な、方法ステップを実行する機
械可読命令のプログラムを実施する、信号運搬媒体を含む、プログラム製品に関
する。この機械可読命令は、当技術分野で周知のいくつかのプログラミング言語
（例えば、ビジュアルベーシック、Ｃ、Ｃ＋＋など）のうちのいずれか１つを含
むことができる。

【００６５】 本発明は、どんなタイプのコンピュータシステム上でも実装できることを理解
されたい。１つの許容されるタイプのコンピュータシステムは、メインメモリ（
例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））、ディスプレイアダプタ、周辺記憶
装置アダプタ、およびネットワークアダプタに接続される、主演算処理装置また
は中央演算処理装置（ＣＰＵ）を備える。これらのシステム構成要素は、システ
ムバスを使用することによって相互接続することができる。

【００６６】 ＣＰＵは、例えばＩｎｔｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって作成されたペ
ンティアム（登録商標）プロセッサでよい。しかし、本発明はプロセッサの型に
限定されず、コプロセッサまたは補助プロセッサなど、他の何らかのタイプのプ
ロセッサを使用して本発明を実施することができることを理解されたい。補助記
憶アダプタを使用して、大容量記憶装置（ハードディスクドライブなど）をコン
ピュータシステムに接続することができる。プログラムは、必ずしもコンピュー
タシステム上にすべて同時に常駐する必要はない。実際、この後者のシナリオは
、コンピュータシステムがネットワークコンピュータである場合に当てはまる可
能性が高く、したがって、サーバ上に常駐する機構またはその一部にアクセスす
るためのオンデマンドシッピング機構（on-demand shipping mechanism）に依存
する可能性が高い。ディスプレイアダプタを使用して、ディスプレイ装置をコン
ピュータシステムに直接接続することができる。ネットワークアダプタを使用し
て、コンピュータシステムを他のコンピュータシステムに接続することができる
。

【００６７】 完全に動作可能なコンピュータシステムの状況で本発明を説明したが、本発明
の機構を様々な形態のプログラム製品として配布することができ、配布を実際に
実施するために使用される特定のタイプの信号運搬媒体の如何に関わらず、本発
明が等しく当てはまることを当業者が理解するであろうことに、留意することは
重要である。信号運搬媒体の例には、フロッピー（登録商標）ディスク、ハード
ディスクドライブ、およびＣＤ ＲＯＭなどの記録可能なタイプの媒体、ならび
にデジタルおよびアナログ通信リンクおよび無線などの伝送タイプ媒体が含まれ
る。

【００６８】 本発明の特定の実施形態を図示し、説明したが、本発明の趣旨ｓおよび範囲か
ら逸脱することなく、様々な変更および修正を行えることは当業者には明らかで
あろう。頭記の特許請求の範囲では、本発明の範囲内にあるすべてのこのような
修正形態を包含するものとする。

【図面の簡単な説明】

本明細書は、本発明を具体的に示し明瞭に主張する特許請求の範囲で完結する
が、添付の図面と共に以下の好ましい実施形態の説明を読むことによって、本発
明をより良く理解できると考えられる。これら各図面では、同じ参照番号によっ
て同じ要素が識別される。

【図１】 材料移送中に送達される材料の量を制御するための装置の概略ブロック図であ
る。

【図２】 スケールコントローラに組み込むことのできる、送達される材料のカットオフ
点を決定するための制御論理の概略ブロック図である。

【図３】 材料移送中に送達される材料の量を制御するための方法を示す流れ図である。

【図４】 オーバラッピング供給技法を使用して、複数の材料供給の量およびタイミング
を制御するための方法を示す流れ図である。

【図５】 予測モデルベースのアルゴリズムを適合させる目的で、少なくとも１つの以前
の予測モデルベースのアルゴリズムパラメータを、少なくとも１つの新しい予測
モデルベースのアルゴリズムパラメータで置換すべきかどうかを判定するための
方法の例である。

【図６】 バッチ計量／混合システムに関する例示的工程構成である。

【図７】 従来技術で得られるオーバラッピング供給技法を使用しない、複数の材料供給
の従来の順序付けを示す図である。

【図８】 本発明で説明するオーバラッピング供給技法を用いた、複数の材料供給の新し
い順序付けを示す図である。

【図９】 オーバラッピング供給技法に関する計算を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ０９／５８４，８８４ (32)優先日 平成12年６月１日(2000．6．1) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 デービッド アーサー チャペル アメリカ合衆国 45069 オハイオ州 ウ ェスト チェスター パディントン コー ト 8190 (72)発明者 ララ ジェニー アイヴィー アメリカ合衆国 45240 オハイオ州 シ ンシナティ ノーボーン ドライブ 11755 アパートメント 323 Ｆターム(参考） 2F046 BA01 BA13 CA01 DA04 DA06 5H307 AA01 BB05 BB11 CC03 DD01 EE04 ES02 FF11 GG13 GG15 HH01 HH10

Claims (30)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 材料移送工程中に、少なくとも１つの独立に測定される材料
   の送達を主材料の送達とオーバラップするための方法。
2. 【請求項２】 最終目標バッチ重量は、前記主材料に関する目標量と、送達
   すべき前記独立に測定される材料に関する目標量の総和との、和として定義され
   、独立に測定される各材料の前記送達の後に前記最終目標バッチ重量が更新され
   、一方、主材料は依然として送達され、元の前記独立に測定される材料の目標量
   からのどのような送達変動も反映されることを特徴とする請求項１に記載の方法
   。
3. 【請求項３】 前記主材料送達は、独立に測定される供給が開始した後に、 （Ｔ_pwl−Ｔ_mf＋Ｔ_ma＋Ｔ_db）が０より大きい場合、式Ｔ_dt＝（Ｔ_pwl−Ｔ_mf＋
   Ｔ_ma＋Ｔ_db）であり、そうでない場合、式Ｔ_dt＝０ によって計算される時間Ｔ_dtで開始し、上式で、 Ｔ_dbは、前記主材料送達に伴う問題を引き起こすことなく、前記独立に測定さ
   れる材料送達が入り込むことができる「不感帯」時間であり、 Ｔ_dtは、必要とする（Ｔ_ma＋Ｔ_db）を満たすように、前記独立に測定される材
   料が供給される間に、前記主材料送達が遅延することになる、計算した時間であ
   り、 Ｔ_maは、独立に計測されるどのような材料も送達されることなく、前記主材料
   を単独で送達しなければならない時間であり、 Ｔ_mfは、前記材料供給を完了するための、予想される時間であり、 Ｔ_pwlは、任意の特定の独立に測定した材料が配量されると予想される最大時
   間である ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 【請求項４】 前記ステップはコンピュータ可読媒体内に含まれることを特
   徴とする請求項１に記載の方法。
5. 【請求項５】 前記ステップはデジタル制御装置内に含まれることを特徴と
   する請求項１に記載の方法。
6. 【請求項６】 前記ステップは、搬送波中に組み込まれたコンピュータデー
   タ信号中に含まれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 【請求項７】 材料移送中に送達される材料の量を制御するための方法であ
   って、 ソース位置から目標位置に送達すべき材料に関する目標量を入力するステップ
   と、 予測モデルベースのアルゴリズムを使用して、前記材料の送達中に前記目標量
   を更新するステップと、 再帰的最小二乗手順を使用して、工程性能データに基づいて前記予測モデルベ
   ースのアルゴリズムを更新するステップと を備えたことを特徴とする方法。
8. 【請求項８】 前記予測モデルベースのアルゴリズムは、配量される量と予
   測されるスピル量との和に等しい前記目標量を更新し、前記予測されるスピル量
   は、予測モデル Ｋ₁＊Ｑ＋Ｋ₂＊Ｑ² によって定義され、上式で、 Ｋ₁およびＫ₂は、材料流量に独立な前記予測モデルのパラメータであり、 Ｑは、前記材料の測定流量または計算流量である ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 【請求項９】 前記材料の初期下方速度は０に等しいか、または流量と独立
   であり、したがって、 Ｋ₁＝Ｔ_f＋Ｋ_V−ｖ₀／３２．２ Ｋ₂＝０ であり、上式で、Ｔ_fはフィルタ複合時定数であり、 Ｋ_Vは 【数１】 に等しい弁レットスルー因子であり、 ｖ₀は前記材料の初期下方速度である ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 【請求項１０】 前記材料の初期下方速度は流量に比例し、したがって、 Ｋ₁＝Ｔ_f＋Ｋ_Vで、 Ｔ_fはフィルタ複合時定数であり、 Ｋ_Vは 【数２】 に等しい弁レットスルー因子であり、 かつ、 Ｋ₂＝−１／（３２．２＊ρ＊Ａ_V）で、 ρは材料の密度であり、 Ａ_Vは、前記材料が前記ソース位置から前記目標位置まで移動する、弁または
    他のコンジットの断面積である ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
11. 【請求項１１】 前記Ｋ₁およびＫ₂は、前記再帰的最小二乗手順を使用して
    工程性能データから更新されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
12. 【請求項１２】 工程変化に応答して前記予測モデルベースのアルゴリズム
    を適合させる目的で、適応選択アルゴリズムを使用して、少なくとも１つの以前
    の予測モデルベースのアルゴリズムパラメータを、少なくとも１つの新しい予測
    モデルベースのアルゴリズムパラメータで置換すべきかどうかを判定し、該判定
    は工程性能データに基づくことを特徴とする請求項７に記載の方法。
13. 【請求項１３】 前記適応選択アルゴリズムは、 従属変数の表示値と、少なくとも１つの独立変数の値との関係に関する座標系
    を定義するステップであって、前記従属変数は、予測モデルを定義する数学関数
    によって前記独立変数に関係するステップと、 前記座標系上に閉じた基準ボックスを定義するステップであって、前記閉じた
    基準ボックスは、所定の許容される材料送達データ値に基づく前記従属変数およ
    び独立変数の値に位置する固定中心点を有し、前記閉じた基準ボックスの寸法は
    、所定の許容される材料送達データ値に基づいて当初設定され、前記寸法および
    前記中心点は、工程性能データを使用する規則ベースの調節を受けるステップと
    、 前記座標系上に、有限の数の、次々に小さくなる閉じた選択ボックスを定義す
    るステップであって、前記閉じた選択ボックスはそれぞれ、工程性能データから
    計算される前記従属変数および独立変数の現在の平均値に基づく前記従属変数お
    よび独立変数の値に位置する中心点を有し、前記閉じた選択ボックスの寸法が、
    次々に小さくなる、前記閉じた基準ボックス寸法の分数倍によって定義されるス
    テップと、 少なくとも１つの決定規則を定義するステップであって、前記規則によって、
    工程性能データから導出された前記従属変数および独立変数の値を有する特定の
    新しいデータポイントを使用して、前記予測モデルが修正される特定の規則を選
    択することができ、該選択は、前記ボックスのどれが前記データポイントを含む
    かに依存するステップと を備えたことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 【請求項１４】 前記新しいデータポイントが前記選択ボックスのうちの小
    さいものと、前記閉じた基準ボックスの両方の中に含まれる場合、前記予測モデ
    ルパラメータを更新し、 前記新しいデータポイントが前記選択ボックスのうちの大きいものと、前記閉
    じた基準ボックスの両方の中に含まれるが、前記小さい選択ボックス内には含ま
    れない場合、予測モデルパラメータをリセットし、 前記新しいデータポイントが前記閉じた基準ボックス内に含まれるが、前記選
    択ボックスのどちらにも含まれない場合、前記領域内での最初の発生時には、前
    記予測モデルパラメータに変更を行わず、それ以外の時には、前記予測モデルパ
    ラメータをリセットし、 新しいデータポイントが前記閉じた基準ボックスの外側にある場合、前記予測
    モデルパラメータに変更を行わない とした４つの決定規則と、２つの前記閉じた選択ボックスとを定義するステッ
    プ をさらに備えたことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 【請求項１５】 前記従属変数は実際のスピル量であることを特徴とする請
    求項１３に記載の方法。
16. 【請求項１６】 前記独立変数の数は１に等しく、前記独立変数は前記材料
    のカットオフ流量であることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
17. 【請求項１７】 閉じた選択ボックスの数は２であることを特徴とする請求
    項１３に記載の方法。
18. 【請求項１８】 閉じた選択ボックスの数は３であることを特徴とする請求
    項１３に記載の方法。
19. 【請求項１９】 前記方法は、前記予測モデルベースのアルゴリズムパラメ
    ータの初期値が最初の材料送達のデータから自動的に設定される、セルフスター
    ト式であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
20. 【請求項２０】 前記方法は、工程の変更、または指定した基準に適合する
    材料特性が検出されたときに、前記予測モデルベースのアルゴリズムパラメータ
    がリセットされる、自己補正式であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
21. 【請求項２１】 前記Ｑは、前記材料の最大の測定流量または計算流量に等
    しいことを特徴とする請求項８に記載の方法。
22. 【請求項２２】 前記ステップはコンピュータ可読媒体内に含まれることを
    特徴とする請求項７に記載の方法。
23. 【請求項２３】 前記ステップはデジタル制御装置内に含まれることを特徴
    とする請求項７に記載の方法。
24. 【請求項２４】 前記ステップは、搬送波中に組み込まれたコンピュータデ
    ータ信号中に含まれることを特徴とする請求項７に記載の方法。
25. 【請求項２５】 材料移送中に送達される材料の量を制御するための方法で
    あって、材料送達が完全に遮断される時間まで、単一材料送達速度が維持される
    ことを特徴とする方法。
26. 【請求項２６】 前記単一材料送達速度はその最大に設定されることを特徴
    とする請求項２５に記載の方法。
27. 【請求項２７】 前記方法は予測モデルベースのアルゴリズムおよび適応ア
    ルゴリズムを使用し、前記適応アルゴリズムは、少なくとも１つの予測モデルベ
    ースのアルゴリズムパラメータを更新することを特徴とする請求項２５に記載の
    方法。
28. 【請求項２８】 前記ステップはコンピュータ可読媒体内に含まれることを
    特徴とする請求項２５に記載の方法。
29. 【請求項２９】 前記ステップはデジタル制御装置内に含まれることを特徴
    とする請求項２５に記載の方法。
30. 【請求項３０】 前記ステップは、搬送波中に組み込まれたコンピュータデ
    ータ信号中に含まれることを特徴とする請求項２５に記載の方法。