JP2008146322A - 製造プロセスの操業状態の予測方法、装置、コンピュータプログラム、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】製造プロセスの操業状態の時系列データベース6を作成し、該プロセス変数値を量子化して時刻データと合わせて検索用テーブル8に逐次格納する。予測の起点時刻と起点としたプロセス変数値を量子化し、該量子化値を検索キーとして該検索用テーブルを検索する。類似度基準に従い、前記検索キーと類似する量子化値を有するプロセス変数値の時刻を特定し、該時刻のプロセス変数値を前記時系列データベース6から取り出し、予測したい将来時刻におけるプロセス変数値を決定する。
【選択図】図1
Description
また、本発明の製造プロセスの操業状態の予測方法の他の特徴とするところは、前記時系列データベース作成工程では、前記複数のプロセス変数値に、時々刻々の現在値に加えて該現在値の時間遅れ変数の値をも組み合わせた時系列データベースを作成する点にある。
また、本発明の製造プロセスの操業状態の予測方法の他の特徴とするところは、前記製造プロセスは高炉プロセスであり、前記複数のプロセス変数値は、溶銑温度、微粉炭吹き込み量、ソリューションロスカーボン、熱流比、装入ピッチ、溶銑中Si濃度、溶銑中Ti濃度、熱風温度、炉頂温度、熱負荷、炉頂ガスCO濃度、出銑速度、PCR(微粉炭比)、スラグ中Al2O2量、スラグ中TiO2量のうちの一つ以上を含む点にある。
また、本発明の製造プロセスの操業状態の予測方法の他の特徴とするところは、前記検索用テーブル作成工程では、ステップワイズ法を用いて前記プロセス変数値の数を削減する点にある。
また、本発明の製造プロセスの操業状態の予測方法の他の特徴とするところは、前記検索用テーブル作成工程では、分散拡大要因判定法を用いてプロセス変数値の数を削減する点にある。
また、本発明の製造プロセスの操業状態の予測方法の他の特徴とするところは、前記類似事例検索工程では、前記類似度基準として、前記プロセス変数値の量子化値ベクトルの無限大ノルム又は該量子化値ベクトルの差の絶対値の和を用いる点にある。
また、本発明の製造プロセスの操業状態の予測方法の他の特徴とするところは、前記将来状態予測工程では、前記将来時刻Bの時刻におけるプロセス変数値を決定するときに、重回帰計算を用いる点にある。
本発明の製造プロセスの操業状態の予測装置は、複数のセンサを備えた製造プラントの製造プロセスの操業状態を予測する装置において、前記複数のセンサで計測された製造プロセスにおける複数のプロセス変数値の時々刻々の計測値と、計測時刻である時刻データとを紐付けて記録した時系列データベースを作成する時系列データベース作成手段と、前記時系列データベースを基に前記複数のプロセス変数値それぞれの量子化値を算出し、該量子化値と前記時刻データとを紐付けて格納する検索用テーブルを作成する検索用テーブル作成手段と、前記製造プロセスの操業状態を予測するときに、予測の起点時刻A、及び該起点時刻A以後の将来時刻Bを設定する設定手段と、前記起点時刻Aのプロセス変数値の量子化値を検索キーとして前記検索用テーブルを検索し、予め設定した類似度基準に従い、該検索キーと類似する量子化値を有するプロセス変数値に紐付いた時刻データを、類似時刻データとして前記検索用テーブルから出力する類似事例検索手段と、前記類似時刻データを前記予測の起点時刻Aに対応した過去の起点時刻とし、前記予測したい将来時刻Bに対応する時刻のプロセス変数値を、前記時系列データベースから取り出し、前記将来時刻Bにおけるプロセス変数値の予測値として出力する将来状態予測手段と、前記起点時刻A及び前記将来時刻Bにおけるプロセス変数値の予測値を表示する表示手段とを備えることを特徴とする。
本発明のコンピュータプログラムは、複数のセンサを備えた製造プラントの製造プロセスの操業状態を予測するためのコンピュータプログラムにおいて、前記複数のセンサで計測された製造プロセスにおける複数のプロセス変数値の時々刻々の計測値と、計測時刻である時刻データとを紐付けて記録した時系列データベースを作成する時系列データベース作成処理と、前記時系列データベースを基に前記複数のプロセス変数値それぞれの量子化値を算出し、該量子化値と前記時刻データとを紐付けて格納する検索用テーブルを作成する検索用テーブル作成処理と、前記製造プロセスの操業状態を予測するときに、予測の起点時刻A、及び該起点時刻A以後の将来時刻Bを設定する設定処理と、前記起点時刻Aのプロセス変数値の量子化値を検索キーとして前記検索用テーブルを検索し、予め設定した類似度基準に従い、該検索キーと類似する量子化値を有するプロセス変数値に紐付いた時刻データを、類似時刻データとして前記検索用テーブルから出力する類似事例検索処理と、前記類似時刻データを前記予測の起点時刻Aに対応した過去の起点時刻とし、前記予測したい将来時刻Bに対応する時刻のプロセス変数値を、前記時系列データベースから取り出し、前記将来時刻Bにおけるプロセス変数値の予測値として出力する将来状態予測処理とをコンピュータに実行させることを特徴とする。
本発明のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、本発明のコンピュータプログラムを格納したことを特徴とする。
時系列データベース作成手段5、時系列データベース6、検索用テーブル作成手段7、検索用テーブル8、類似事例検索手段9、将来状態予測手段10、表示手段11を含んで構成される。
一般に力学系のシステム理論分野においては、ある時刻において対象とするシステムから観測されるデータ、すなわちシステムの状態変数の一組(データセット)をシステムの相(又は位相)と呼び、システムがとりうる相の全体をシステムの相空間(Topological Space)と呼ぶ。このときシステムの相空間がn個の数値の組で表わせるとき、nをシステムの次元と呼び、n次元システムの相空間はn次元ユークリッド空間Rn又はその一部の領域Dである。ある時刻のシステムの相は、相空間T上の点である。このことを強調するために相のことを相点とも呼ぶ(例えば非特許文献1を参照)。
次に、検索用テーブル作成手段7において時系列データベース6に対して実施する、(A)ステップワイズ法による寄与率の計算とプロセス変数値の数の削減、(B)分散拡大要因計算による多重共線性を有するプロセス変数値の排除、及び(C)プロセス変数値の量子化による検索用テーブル8の作成、の処理フローの詳細を図3のフローチャートで説明する。
検索用テーブル8の作成条件として、出力ベクトルyk、予測時間p、むだ時間d、制御入力ベクトルの次数nu、観測出力ベクトルの次数nyを、操業者又はプロセス技術者が将来状態の予測をしたい条件に基づいて設定・操作入力手段4で設定する(図3の処理100)。
入力行列xkを構成するプロセス変数値xi;(i=1、2、・・・、L)の、出力ベクトルykに対する前記ステップワイズ法で計算する当該プロセス変数値の寄与率FがF1>F2>・・・FLとなるようにプロセス変数値xiを並び替え、新たな入力行列xk={x1 k,x2 k,・・・,xL k}T;k=1、2、・・・、とする(図3の処理102)。
検索用テーブル作成手段7において、前記最終的に得られたl個のプロセス変数値個々について、量子化すなわち離散値化を実施し、検索用テーブル8を作成する(図3の処理105)。すなわち、ある時刻の入力行列xkに対して式(6)とする。
類似事例検索手段9及び将来状態予測手段10における、過去の類似操業事例の探索方法と将来状態の予測方法の処理フローを図4に示す。
類似度基準に従い、要求点に近傍のデータセット{(xki,yki)}(ki<kq)を検索する。
類似事例検索手段9は、要求点におけるプロセス変数値の量子化値を検索キーとして前記検索用テーブル8を検索し、類似度基準に従って要求点に近傍のデータセットを抽出し、過去の高炉プロセスの操業状態の類似事例を検索する。
将来状態予測手段10は、類似事例検索手段9で特定した要求点xkqの操業類似事例の時刻データの情報を用いて、要求点xkqの操業類似事例の出力ベクトルykiを時系列データベース6から取り出し、該操業類似事例の出力ベクトルykiを補間する局所モデルを用いて、出力ベクトルの推定値ykq^(本明細書においてykq^の表記はykqの上に^が付されているものとする)の計算、すなわち前記予測したい将来時刻Bにおけるプロセス変数値の予測を実施する(図4の処理208)。
これまでに説明した本発明を実現する手段、すなわち図1の本発明によるプロセスの操業状態の予測装置3は、コンピュータのCPU或いはMPU、RAM、ROM等で構成されるものであり、RAMやROMに記録されたプログラムが動作することによって実現できる。従って、コンピュータが上記機能を果たすように動作させるプログラムを記憶媒体に記録し、コンピュータに読み取らせることによって実現できるものである。記憶媒体としては、CD−ROM、DVD、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、光磁気テープ、不揮発性のメモリカード等を用いることができる。
以下に、本発明における過去の操業状態の類似例を検索する方法と将来状態を予測する方法の実施例を説明する。本実施例は、ある高炉の時系列データを対象とした。データ項目数は235項目、サンプリング時間は1時間である。データ収集期間は2004年1月1日〜2005年1月31日でデータ点数は9528点である。
ステップワイズ法及び分散拡大要因判定によって選択した25変数について、各々量子数20で量子化し、検索用テーブル8として量子化した25次元相空間を構築した。量子化数の設定にあたってはいくつかの指針があるが、ここではスタージェスの公式によって得られる量子数、すなわち、式(17)やLeave-one-out Cross Validation等を参考にして何通りか設定し、溶銑温度の予測精度が最良となる量子数20を選択した。
2004年1月1日〜2005年1月31日の全データセット9528点の中から、2004年12月31日18:00のデータセットを取り出して要求点(xkq,ykq)とする。検索用テーブル作成手段5において要求点の量子化を実施し、要求点の量子空間Xkqと入力量子空間Xkとの相似度の計算により、要求点より過去のデータセット{(xki,yki)}(ki<kq)から要求点に類似の過去事例データセットを検索する。
続いて、将来状態の予測事例を説明する。検索した過去の類似操業事例データセットの出力ベクトルykに対し、式(15)の重回帰式を用いて出力変数、すなわち1時間後の溶銑温度を推定した。
2 計測・制御装置
3 プロセスの操業状態の予測装置
4 設定・操作入力手段
5 時系列データベース作成手段
6 時系列データベース
7 検索用テーブル作成手段
8 検索用テーブル
9 類似事例検索手段
10 将来状態予測手段
11 表示手段
Claims (10)
- 複数のセンサを備えた製造プラントの製造プロセスの操業状態を予測する方法において、
前記複数のセンサで計測された製造プロセスにおける複数のプロセス変数値の時々刻々の計測値と、計測時刻である時刻データとを紐付けて記録した時系列データベースを作成する時系列データベース作成工程と、
前記時系列データベースを基に前記複数のプロセス変数値それぞれの量子化値を算出し、該量子化値と前記時刻データとを紐付けて格納する検索用テーブルを作成する検索用テーブル作成工程と、
前記製造プロセスの操業状態を予測するときに、予測の起点時刻A、及び該起点時刻A以後の将来時刻Bを設定する設定工程と、
前記起点時刻Aのプロセス変数値の量子化値を検索キーとして前記検索用テーブルを検索し、予め設定した類似度基準に従い、該検索キーと類似する量子化値を有するプロセス変数値に紐付いた時刻データを、類似時刻データとして前記検索用テーブルから出力する類似事例検索工程と、
前記類似時刻データを前記予測の起点時刻Aに対応した過去の起点時刻とし、前記予測したい将来時刻Bに対応する時刻のプロセス変数値を、前記時系列データベースから取り出し、前記将来時刻Bにおけるプロセス変数値の予測値として出力する将来状態予測工程とを有することを特徴とする製造プロセスの操業状態の予測方法。 - 前記時系列データベース作成工程では、前記複数のプロセス変数値に、時々刻々の現在値に加えて該現在値の時間遅れ変数の値をも組み合わせた時系列データベースを作成することを特徴とする請求項1に記載の製造プロセスの操業状態の予測方法。
- 前記製造プロセスは高炉プロセスであり、
前記複数のプロセス変数値は、溶銑温度、微粉炭吹き込み量、ソリューションロスカーボン、熱流比、装入ピッチ、溶銑中Si濃度、溶銑中Ti濃度、熱風温度、炉頂温度、熱負荷、炉頂ガスCO濃度、出銑速度、PCR(微粉炭比)、スラグ中Al2O2量、スラグ中TiO2量のうちの一つ以上を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の製造プロセスの操業状態の予測方法。 - 前記検索用テーブル作成工程では、ステップワイズ法を用いて前記プロセス変数値の数を削減することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の製造プロセスの操業状態の予測方法。
- 前記検索用テーブル作成工程では、分散拡大要因判定法を用いてプロセス変数値の数を削減することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造プロセスの操業状態の予測方法。
- 前記類似事例検索工程では、前記類似度基準として、前記プロセス変数値の量子化値ベクトルの無限大ノルム又は該量子化値ベクトルの差の絶対値の和を用いることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造プロセスの操業状態の予測方法。
- 前記将来状態予測工程では、前記将来時刻Bの時刻におけるプロセス変数値を決定するときに、重回帰計算を用いることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の製造プロセスの操業状態の予測方法。
- 複数のセンサを備えた製造プラントの製造プロセスの操業状態を予測する装置において、
前記複数のセンサで計測された製造プロセスにおける複数のプロセス変数値の時々刻々の計測値と、計測時刻である時刻データとを紐付けて記録した時系列データベースを作成する時系列データベース作成手段と、
前記時系列データベースを基に前記複数のプロセス変数値それぞれの量子化値を算出し、該量子化値と前記時刻データとを紐付けて格納する検索用テーブルを作成する検索用テーブル作成手段と、
前記製造プロセスの操業状態を予測するときに、予測の起点時刻A、及び該起点時刻A以後の将来時刻Bを設定する設定手段と、
前記起点時刻Aのプロセス変数値の量子化値を検索キーとして前記検索用テーブルを検索し、予め設定した類似度基準に従い、該検索キーと類似する量子化値を有するプロセス変数値に紐付いた時刻データを、類似時刻データとして前記検索用テーブルから出力する類似事例検索手段と、
前記類似時刻データを前記予測の起点時刻Aに対応した過去の起点時刻とし、前記予測したい将来時刻Bに対応する時刻のプロセス変数値を、前記時系列データベースから取り出し、前記将来時刻Bにおけるプロセス変数値の予測値として出力する将来状態予測手段と、
前記起点時刻A及び前記将来時刻Bにおけるプロセス変数値の予測値を表示する表示手段とを備えることを特徴とする製造プロセスの操業状態の予測装置。 - 複数のセンサを備えた製造プラントの製造プロセスの操業状態を予測するためのコンピュータプログラムにおいて、
前記複数のセンサで計測された製造プロセスにおける複数のプロセス変数値の時々刻々の計測値と、計測時刻である時刻データとを紐付けて記録した時系列データベースを作成する時系列データベース作成処理と、
前記時系列データベースを基に前記複数のプロセス変数値それぞれの量子化値を算出し、該量子化値と前記時刻データとを紐付けて格納する検索用テーブルを作成する検索用テーブル作成処理と、
前記製造プロセスの操業状態を予測するときに、予測の起点時刻A、及び該起点時刻A以後の将来時刻Bを設定する設定処理と、
前記起点時刻Aのプロセス変数値の量子化値を検索キーとして前記検索用テーブルを検索し、予め設定した類似度基準に従い、該検索キーと類似する量子化値を有するプロセス変数値に紐付いた時刻データを、類似時刻データとして前記検索用テーブルから出力する類似事例検索処理と、
前記類似時刻データを前記予測の起点時刻Aに対応した過去の起点時刻とし、前記予測したい将来時刻Bに対応する時刻のプロセス変数値を、前記時系列データベースから取り出し、前記将来時刻Bにおけるプロセス変数値の予測値として出力する将来状態予測処理とをコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。 - 請求項9に記載のコンピュータプログラムを格納したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
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