JP2013250958A - Operational status diagnosis device for diagnosing operational status of apparatus and equipment, operational status diagnosis method, and operational status diagnosis program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、機器や設備の消費原単位に基づいて、当該機器や設備の稼働状況の診断を行う稼働状況診断装置、稼働状況診断方法、及び、稼働状況診断プログラムに関する。 The present invention relates to an operation status diagnosis apparatus, an operation status diagnosis method, and an operation status diagnosis program for diagnosing the operation status of the device or facility based on the consumption basic unit of the device or facility.
従来、BEMS(Building and Energy Management System)と呼ばれる、業務用ビルや工場等の省エネ監視、及び制御を自動化するためのビル・エネルギー管理システムが知られている。BEMSにおいては、知識データベースやエキスパートシステムを用いて、または専門家の知見を利用することで、効率的にエネルギー消費を管理することができる。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a building energy management system called BEMS (Building and Energy Management System) for automating energy-saving monitoring and control of business buildings and factories. In BEMS, energy consumption can be efficiently managed by using a knowledge database, an expert system, or by using expert knowledge.
例えば、特許文献1の記載によれば、対象となる建物について、基準年度ごとのエネルギー消費量目標値を算出するとともに、類似の建物における実績値に基づいてエネルギー消費量予測値を算出することで、省エネ計画を立案するエネルギー管理システムが明らかにされている。
For example, according to the description in
しかしながら、BEMSの利用にあたっては、導入に際して大きな初期費用を伴うという問題がある。すなわち、BEMSの中央管理システムと、消費エネルギーを計測するセンサ類との無線通信のための工事費用や、BEMSの中央管理システムに、各エネルギー消費機器の制御を可能にするための工事費用が必要であるとともに、通常BEMSの利用においては、サービス提供会社への対価として、システム利用料の支払いが必要となる。そのため、一定の規模に満たない施設や事業所では、BEMSの利用によるエネルギー消費の削減によっても初期費用を回収できず、省エネルギーの機会を逃すという問題があった。 However, when using BEMS, there is a problem that a large initial cost is involved in the introduction. That is, construction costs for wireless communication between the BEMS central management system and sensors for measuring energy consumption, and construction costs for enabling control of each energy consuming device in the BEMS central management system are required. In addition, when using BEMS, it is necessary to pay a system usage fee as a consideration to the service provider. Therefore, in facilities and business establishments that are less than a certain scale, there is a problem that the initial cost cannot be recovered even if the energy consumption is reduced by using BEMS, and the opportunity for energy saving is missed.
一方で、BEMSを利用しない場合に、エネルギーの使用に係る原単位のデータがあっても、削減のために当該データを分析するにあたっては、専門家のみがもちうる長年の経験や積み重ねた知識や知見が必要であるという問題がある。 On the other hand, when BEMS is not used, even if there is basic unit data related to energy use, in analyzing the data for reduction, many years of experience and accumulated knowledge that only specialists can have There is a problem that knowledge is necessary.
以上のような背景から、事業者はエネルギー消費原単位の分析に多大の労力と時間を要することになり、BEMSを導入できる大規模な事業者と比較して、中小企業において特に大きな経営負担となっている。しかし、省エネルギーは事業者の利益追求の手段のみならず、社会的な要請でもあるので、経営上の採算が合わないことを理由に行われないのは、好ましくない。 From the background as described above, business operators will require a lot of labor and time to analyze energy consumption intensity, and compared with large businesses that can introduce BEMS, the business burden is particularly large in small and medium-sized enterprises. It has become. However, since energy conservation is not only a means of pursuing profits of business operators but also a social request, it is not preferable that energy conservation is not performed because of unprofitable management.
本発明は、大規模なシステムの導入や、専門家の知見を必要とせず、エネルギー消費原単位を日常のエネルギー管理に容易に取り入れ、機器や設備の効果的な稼働状況の診断を行うことができる稼働状況診断装置、稼働状況診断方法、及び、稼働状況診断プログラムを提供することを目的とする。 The present invention does not require the introduction of a large-scale system or expert knowledge, and can easily incorporate energy consumption basic unit into daily energy management to diagnose the effective operating status of equipment and facilities. An object of the present invention is to provide an operating status diagnosis device, an operating status diagnosis method, and an operating status diagnosis program.
本発明では、以下のような解決手段を提供する。 The present invention provides the following solutions.
第1の特徴に係る発明は、
機器や設備に対して、消費原単位に基づいて稼働状況の診断を行う稼働状況診断装置であって、
前記機器や設備ごとに、前記消費原単位に応じて、原単位関数を決定する原単位関数決定手段と、
前記原単位関数決定手段によって決定された原単位関数から、導関数を算出する導関数算出手段と、
前記導関数算出手段によって算出された導関数を用いて演算を行うことで、値を算出する演算手段と、
前記演算手段による演算結果から、前記機器や設備の稼働状況の診断を行う稼働状況診断手段と、
を備える稼働状況診断装置を提供する。
The invention according to the first feature is
An operation status diagnosis device for diagnosing the operation status for equipment and facilities based on consumption basic unit,
For each device or facility, a basic unit function determining means for determining a basic unit function according to the consumption basic unit,
A derivative calculating means for calculating a derivative from the basic unit function determined by the basic unit function determining means;
A calculation means for calculating a value by performing a calculation using the derivative calculated by the derivative calculation means;
From the calculation result by the calculation means, the operation status diagnosis means for diagnosing the operation status of the equipment and equipment,
An operating condition diagnosis apparatus comprising:
第1の特徴に係る発明によれば、機器や設備に対して、消費原単位に基づいて稼働状況の診断を行う稼働状況診断装置は、前記機器や設備ごとに、前記消費原単位に応じて、原単位関数を決定し、決定した原単位関数から、導関数を算出し、算出した導関数を用いて演算を行うことで、値を算出し、演算結果から、前記機器や設備の稼働状況の診断を行う。 According to the first aspect of the invention, the operation status diagnosis apparatus for diagnosing the operation status on the basis of the consumption basic unit for the device or facility is in accordance with the consumption basic unit for each device or facility. The basic unit function is determined, the derivative is calculated from the determined basic unit function, the value is calculated by performing the calculation using the calculated derivative, and the operation status of the equipment or facility is calculated from the calculation result. Diagnose.
第2の特徴に係る発明は、
前記導関数算出手段によって算出された導関数から、第二次導関数を算出する第二次導関数算出手段と、
を備え、
前記演算手段は、前記導関数算出手段によって算出された導関数と、前記第二次導関数算出手段によって算出された第二次導関数を用いて演算を行うことで、値を算出する演算手段である、第1の特徴に係る発明である稼働状況診断装置を提供する。
The invention according to the second feature is
Second derivative calculation means for calculating a second derivative from the derivative calculated by the derivative calculation means;
With
The calculation means calculates the value by calculating using the derivative calculated by the derivative calculation means and the second derivative calculated by the second derivative calculation means. The operating condition diagnosis apparatus according to the first aspect of the present invention is provided.
第2の特徴に係る発明によれば、第1の特徴に係る発明である稼働状況診断装置が、算出された導関数から第二次導関数を算出し、導関数と第二次導関数とを用いて演算を行う。 According to the invention relating to the second feature, the operating condition diagnosis device which is the invention relating to the first feature calculates a second derivative from the calculated derivative, and the derivative, the second derivative, Calculate using.
第3の特徴に係る発明は、
前記原単位関数決定手段は、前記機器や設備における消費原単位の実測値を多項式で近似することによる、第1、または第2のいずれかの特徴に係る発明である稼働状況診断装置を提供する。
The invention according to the third feature is
The basic unit function determining means provides an operating condition diagnosis apparatus that is an invention according to any one of the first and second features, by approximating a measured value of a basic unit of consumption in the device or facility by a polynomial. .
第3の特徴に係る発明によれば、第1、または第2のいずれかの特徴に係る発明である稼働状況診断装置が、前記機器や設備における消費原単位の実測値を多項式で近似することにより、原単位関数を決定する。 According to the invention according to the third feature, the operating status diagnosis device according to the invention according to either the first or second feature approximates the actual measurement value of the consumption intensity in the device or facility by a polynomial. To determine the basic unit function.
第4の特徴に係る発明は、
前記実測値は、診断を行う時を基準に、所定の過去の期間内における実測値のみである、第3の特徴に係る発明である稼働状況診断装置を提供する。
The invention according to the fourth feature is as follows:
The actual measurement value provides only the actual measurement value within a predetermined past period on the basis of the time of diagnosis, and provides the operating condition diagnosis apparatus according to the third aspect of the invention.
第4の特徴に係る発明によれば、第3の特徴に係る発明である稼働状況診断装置は、診断を行う時を基準に、所定の過去の期間内における消費原単位の実測値のみを、多項式で近似する。 According to the invention according to the fourth feature, the operation status diagnosis apparatus according to the invention according to the third feature uses only the actual measurement value of the consumption basic unit within a predetermined past period on the basis of the time of diagnosis. Approximate with polynomial.
第5の特徴に係る発明は、
表示部を備え、
前記稼働状況診断手段による診断を継続的に行い、当該結果を前記表示部にリアルタイムに表示する継続的診断結果表示手段と、
を備える第1から第4のいずれかの特徴に係る発明である稼働状況診断装置を提供する。
The invention according to the fifth feature is
With a display,
Continuous diagnosis is performed by the operating status diagnosis unit, and a continuous diagnosis result display unit that displays the result in real time on the display unit;
An operating condition diagnosis apparatus that is an invention according to any one of the first to fourth features is provided.
第5の特徴に係る発明によれば、第1から第4のいずれかの特徴に係る発明である稼働状況診断装置は、表示部を備え、診断を継続的に行い、当該結果を表示部にリアルタイムに表示する。 According to the fifth aspect of the invention, the operating status diagnosis device according to any one of the first to fourth aspects includes the display unit, continuously performs diagnosis, and the result is displayed on the display unit. Display in real time.
これら上記の発明は、稼働状況診断装置のカテゴリであるが、方法、プログラムのカテゴリであっても、そのカテゴリに応じた同様の作用、効果を奏する。 These above-mentioned inventions are categories of the operation status diagnosis apparatus, but even if they are categories of methods and programs, the same operations and effects according to the categories are exhibited.
本発明によれば、大規模なシステムの導入や、専門家の知見を必要とせず、エネルギー消費原単位を日常のエネルギー管理に容易に取り入れ、機器や設備の効果的な稼働状況の診断を行うことができる稼働状況診断装置、稼働状況診断方法、及び、稼働状況診断プログラムを提供することが可能となる。 According to the present invention, the introduction of a large-scale system and the knowledge of specialists are not required, and the energy consumption intensity is easily incorporated into daily energy management to diagnose the effective operating status of equipment and facilities. It is possible to provide an operation status diagnosis apparatus, an operation status diagnosis method, and an operation status diagnosis program.
また、機器や設備を運用する事業所や施設のエネルギー使用状況は、月初め、曜日、休祭日、天候、受注、イベント等によって影響を受けて変化している。そこで、本発明者は、その対象機器や設備のエネルギー消費原単位の挙動をエネルギー消費関数として捉えることによって、種々の影響を考慮してエネルギー消費原単位を捉え、エネルギーの使用量、生産量の測定によって、その偏差を算出することによって、エネルギー消費原単位の特性を把握することを可能とした。 In addition, the energy usage status of establishments and facilities that operate equipment and facilities is affected by changes such as the beginning of the month, the day of the week, holidays, weather, orders received, and events. Therefore, the present inventor grasps the energy consumption basic unit in consideration of various effects by grasping the behavior of the energy consumption basic unit of the target device or facility as an energy consumption function, and uses the energy consumption and the production amount. By calculating the deviation by measurement, it became possible to grasp the characteristics of the energy consumption basic unit.
本発明によれば、対象機器、設備の特性をエネルギー消費関数として把握することによって、エネルギー消費をする機器、設備の稼働状況について定量的に評価することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to quantitatively evaluate the operating status of equipment and facilities that consume energy by grasping the characteristics of the target equipment and equipment as an energy consumption function.
以下に、本発明を実施するための最良の形態について、図を参照しながら説明する。なお、この実施の形態はあくまでも一例であって、本発明の技術的範囲はこれに限られるものではない。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. This embodiment is merely an example, and the technical scope of the present invention is not limited to this.
本発明の概要について説明する。稼働状況診断装置1は、診断の対象となる機器や設備100について、生産量と、それに対応するエネルギー消費量とをセンサ101から受信する。受信した実測値は離散的なデータであるので、それを元に原単位関数を決定し、導関数を算出する。稼働状況診断装置1は、当該導関数を用いて演算することで、極値等の特徴点を算出するとともに、現在の稼働状況について診断を行う。
The outline of the present invention will be described. The operation
[稼働状況診断装置1の概要]
初めに、図1に基づいて、本発明の好適な実施形態である稼働状況診断装置1の概要について説明する。
[Outline of Operation Status Diagnosis Device 1]
First, based on FIG. 1, the outline | summary of the operation condition
稼働状況診断装置1は、診断の対象となる設備100について、設備100に設置されたセンサ101から、消費エネルギーの計測値を受信する(ステップS01)。ここで、設備100は、単なる一つの機器であってもよいし、工場100aや高層ビル100bのような、複数の機器の集合たる設備であってよい。
The operating
また、センサ101は、生産量やエネルギー消費量を計測するためのセンサであって、計測値を稼働状況診断装置1に送信するための通信部を備えるものである。センサ101は、例えば電力計101a、電力計101b、水道計101c、ガス計101x等、同種のエネルギーについて消費量を計測するためのセンサ101が複数あることを妨げず、また各センサ101が異なる原理によってエネルギー消費量を計測していてよい。
The sensor 101 is a sensor for measuring a production amount and an energy consumption amount, and includes a communication unit for transmitting a measurement value to the operation
次に、稼働状況診断装置1は、受信した消費エネルギーの計測値を、稼働状況診断装置1が備える原単位データベース25に記憶する。このとき、センサ101から受信した計測値自体は、パルス値などであって消費量を直接表していない場合もある。そのような場合、稼働状況診断装置1はこの段階で、所定の係数等を用いて直接消費量に換算してもよいし、更に後の所定の段階で換算を行ってもよい。
Next, the operating status
次に、稼働状況診断装置1は、生産量、または生産量に密接に関連する他の量(以下、生産量等と表す)を取得する(ステップS02)。当該生産量等は、センサ101によって計測され、消費エネルギーの計測値と同様に受信してもよいし、あるいは生産管理者からの、一時間や一日単位ごとの生産量等の入力を、稼働状況診断装置1が受け付けてもよい。稼働状況診断装置1は、受信した生産量等を、稼働状況診断装置1が備える原単位データベース25に記憶する。
Next, the operation
次に、稼働状況診断装置1は、受信したエネルギー消費量と、生産量等とを用いて、エネルギー消費原単位を算出するとともに、エネルギー消費原単位を表す原単位関数を決定する。ここで、エネルギー消費原単位とは、各種エネルギーを使用する機器、設備、事業所等に対して、その大小をもってエネルギー効率を評価する指標である。エネルギー消費原単位は、エネルギー使用量を生産量等で除した商で表される。
Next, the operation
稼働状況診断装置1は、当該原単位関数の決定に先立ち、まずはエネルギー消費量関数を決定する。すなわち稼働状況診断装置1は、所定の期間について、生産量等と、当該生産量等に対するエネルギー消費量とを原単位データベース25から抽出し、エネルギー消費量を、生産量を変数とした関数として表す。
Prior to the determination of the basic unit function, the operating
図6は、図11に示された原単位データベース25内のデータを、エネルギー消費量を縦軸y、生産量を横軸xとしてプロットした場合の散布図である。図11が示すように、この値は離散的であり、このままでは後述するような導関数の算出等をすることができない。そこで、エネルギー消費量を関数f(x)として、多項式で近似することを考える。図7は、原単位データベース25内のデータに基づき、多項式近似したエネルギー消費量関数f(x)をグラフに表したものである。
FIG. 6 is a scatter diagram when the data in the
エネルギー消費原単位は、エネルギー使用量を生産量等で除した商で表わされるので、原単位関数g(x)はf(x)を用いて表せる。ここで、各種の条件で作成された生産量等を、主要な生産量であるxを用いて、生産量関数k(x)として表わすことを考える。k(x)は、生産量等が単純に一つの変数xで現されることは困難であるために、管理可能な生産量xを用いることによるものである。なお、k(x)は生産量に密接した量を含めた多次元になる場合もある。また、最も単純な場合、k(x)=xである。 Since the energy consumption basic unit is expressed by a quotient obtained by dividing the amount of energy used by the production amount or the like, the basic unit function g (x) can be expressed using f (x). Here, it is considered that the production volume and the like created under various conditions are expressed as a production volume function k (x) using x which is the main production volume. k (x) is based on the use of a manageable production amount x because it is difficult for the production amount or the like to be simply expressed by one variable x. Note that k (x) may be multidimensional including an amount closely related to the production amount. In the simplest case, k (x) = x.
ここで、原単位関数g(x)は、g(x)=f(x)/k(x)として表わすことができる。稼働状況診断装置1は、以上のような手順で原単位関数g(x)を決定する。ここで、当該原単位関数g(x)は、生産量等xを変数として設備100におけるエネルギー消費原単位を表すもので、当該設備100の生産特性などが反映されているものである。
Here, the basic unit function g (x) can be expressed as g (x) = f (x) / k (x). The operating
次に、稼働状況診断装置1は、エネルギー消費量関数、及び、原単位関数の導関数を得る。ここで、稼働状況診断装置1は原単位関数を微分することで、解析的に導関数を得てもよいし、数値的な演算により、導関数を得てもよい。
Next, the operating
さらに、稼働状況診断装置1は、導関数を用いて、エネルギー消費量関数、及び、原単位関数の第二次導関数を得る。ここで、稼働状況診断装置1は導関数を微分することで、解析的に第二次導関数を得てもよいし、数値的な演算により、第二次導関数を得てもよい。
Furthermore, the operating
そして、稼働状況診断装置1は、導関数、及び、第二次導関数を用いて演算を行い、それらの最小値、極地、解等を求めることで、特徴点となる生産量xを算出するとともに、現在の稼働状況について診断を行う。そして、当該診断の結果を、稼働状況診断装置1の備える入出力部14に表示する(ステップS03)。以上が、稼働状況診断装置1の概要である。
And the operating condition
[各機能の説明]
図2に基づいて、稼働状況診断装置1の構成について説明する。稼働状況診断装置1は、制御部11として、CPU(Central Processing Unit),RAM(Random Access Memory),ROM(Read Only Memory)等を備え、通信部12として、他の機器と通信可能にするためのデバイス、例えば、IEEE802.11に準拠したWiFi(Wireless Fidelity)対応デバイスを備える。加えて、稼働状況診断装置1は、データやファイルを記憶する記憶部13として、ハードディスクや半導体メモリ、記録媒体、メモリカード等による、データのストレージ部を備える。記憶部13は、原単位データベース25と、センサ情報データベース26を備える。また、稼働状況診断装置1は、入出力部14として、制御部で制御したデータや画像を出力表示する表示部を備え、かつ、ユーザからの入力を受付けるタッチパネルやキーボード、マウス等を備える。
[Description of each function]
Based on FIG. 2, the structure of the operation condition
電化製品10において、制御部11が所定のプログラムを読み込むことで、通信部12と協働して、計測値受信モジュール27を実現する。また、電化製品10において、制御部11が所定のプログラムを読み込むことで、記憶部13と協働して、計測値換算モジュール15、原単位関連データ記憶モジュール16、実測値抽出モジュール17、エネルギー消費量関数決定モジュール18、原単位関数決定モジュール19、導関数算出モジュール20、特徴点算出モジュール21、特徴点評価モジュール22、診断指標演算モジュール23、稼働状況診断モジュール24を実現する。また、電化製品10において、制御部11が所定のプログラムを読み込むことで、入出力部14と協働して、診断結果表示モジュール28を実現する。
In the
[エネルギー消費量の記憶処理]
図3は、稼働状況診断装置1が実行するエネルギー消費量の記憶処理の手順を表したフローチャートである。このエネルギー消費量の記憶処理について説明する。
[Energy consumption memory processing]
FIG. 3 is a flowchart showing a procedure of energy consumption storage processing executed by the operation
初めに、稼働状況診断装置1の計測値受信モジュール27は、診断の対象となる設備100について、設備100に設置されたセンサ101から、消費エネルギーに係るセンサ101の計測値を受信する(ステップS11)。
First, the measurement value receiving module 27 of the operation
次に、稼働状況診断装置1の計測値換算モジュール15は、受信した計測値がパルス値等であって消費量を直接表していない場合において、受信した計測値を所定の係数を用いてエネルギー消費量に換算する(ステップS12)。ここで所定の係数とは、例えば、一回のパルスが水の流量15立米を表す時に、15が所定の係数にあたる。すなわち、計測値が3であるならば、この15を3にかけて45立米とすることで、計測値をエネルギー消費量に換算する。なお、計測値がスケールされていない電流計の計測値等である場合には、エネルギー消費量の換算を行う必要がないため、ここでは特段の処理を行わない。
Next, when the received measurement value is a pulse value or the like and does not directly represent the amount of consumption, the measurement
図10は、センサ情報データベース26内のセンサ情報テーブルを表したものである。計測値換算モジュール15は、センサ101に個々に設定されたセンサIDを用いて、センサ情報テーブルからセンサ情報を抽出することで係数を取得し、計測値に当該係数をかけ合わせることで、エネルギー消費量の換算を行う。
FIG. 10 shows a sensor information table in the sensor information database 26. The measured
そして、稼働状況診断装置1の原単位関連データ記憶モジュール16は、換算されたエネルギー消費量を、稼働状況診断装置1が備える原単位データベース25に記憶する(ステップS13)。このとき、エネルギー消費量は、エネルギーが消費された時間と、当該エネルギー消費量を計測しているセンサ101のセンサIDとともに、原単位データベース25に記憶される。
Then, the basic unit related
図11は、原単位データベース25内の原単位関連データテーブルの内容を表したものである。時間ごとに、値種別と、値とが記憶されている。値種別が電気、ガス、または水道等、エネルギー種別であるときは、値はある時間における消費エネルギー量を表している。また、値種別が生産量等の際には、値はある時間における生産量等を表している。
FIG. 11 shows the contents of the basic unit related data table in the
以上が、エネルギー消費量の記憶処理の処理手順である。なお、稼働状況診断装置1は、センサ101によって計測された生産量等についても、消費エネルギーの計測値と同様に原単位データベース25に記憶してよい。あるいは、稼働状況診断装置1が生産管理者等から受け付けた、一時間や一日単位ごとの生産量等の入力について、消費エネルギーの計測値と同様に原単位データベース25に記憶してよい。
The above is the processing procedure of the energy consumption storage process. In addition, the operating
図12は、センサ情報データベース26内の生産量等とエネルギー消費量との対応テーブルの内容を表したものである。生産量等とエネルギー消費量との対応テーブルには、生産量等と、それを生産するための対応したエネルギー消費量とを、センサ101に設定されたセンサIDによって特定している。 FIG. 12 shows the contents of the correspondence table between the production amount and the energy consumption amount in the sensor information database 26. In the correspondence table between the production amount and the energy consumption amount, the production amount and the corresponding energy consumption amount for producing the production amount are specified by the sensor ID set in the sensor 101.
[原単位関数の決定及び導関数の算出処理]
原単位関数の決定について、エネルギー消費原単位Uとエネルギー消費量Yには、生産量xを用いて、U=Y/xとの関係がある。すなわち、主要な生産量xを変数として、エネルギー消費量を表すエネルギー消費量関数f(x)、生産量関数k(x)を用いて原単位関数g(x)を表せば、
Regarding the determination of the basic unit function, the energy consumption basic unit U and the energy consumption Y have a relationship of U = Y / x using the production amount x. That is, if the basic production function x (x) is expressed using the energy consumption function f (x) and the production function k (x) representing the energy consumption with the main production quantity x as a variable,
今、簡単のため、生産量関数k(x)は最も単純に主要な生産量xそのものに等しいとする。すなわち、
ここで、エネルギー消費変化が最小となる点は、極値または境界値である。極値は、h(x)を微分して、その微分係数=0となる点であるから、h’(x)=f’’(x)=0を満たす生産量xの値は特徴点となる。エネルギー消費変化が最小となる運用点では、設備にとっては、原単位が小さく効率が最大点ではないが、安定的または、何らかの規約的運用によって固定的に稼働している点と評価することができる。 Here, the point where the energy consumption change is minimum is an extreme value or a boundary value. The extreme value is a point where h (x) is differentiated and its differential coefficient = 0, so the value of the production quantity x satisfying h ′ (x) = f ″ (x) = 0 is the feature point. Become. At the operating point where the change in energy consumption is minimal, the equipment has a small basic unit and efficiency is not the maximum point, but it can be evaluated that it is operating stably or by some kind of contractual operation. .
図8は、f(x)が三次式であって、三次の係数が正の場合に、f’(x)を図示したグラフである。h(x)=f’(x)は、式922で表わされ、横軸として生産量、縦軸としてエネルギー消費変化値のグラフ上に描画されている。各点921は、式922を表した曲線923上にあり、そのy座標は各生産量xにおけるエネルギー消費変化を表している。このとき、エネルギー消費変化が最小となる点は、点924で表わされる。尚、f(x)が三次式でなかった場合においても、極大値、極小値、境界値等において同様の議論を行ってよい。
FIG. 8 is a graph illustrating f ′ (x) when f (x) is a cubic expression and the cubic coefficient is positive. h (x) = f ′ (x) is represented by
ここで、本発明はエキスパートシステムや知識データベースを持たず、これらの極大値、極小値、境界値等について常に有意な意味付けができるとは限らない。しかし、意味付けができるときにはそれを提示し、できないときには少なくとも、これらの値が特徴点である旨を提示することで、それを基に設備100の稼働状況の診断を行い、稼働状況に関する議論に資することができる。 Here, the present invention does not have an expert system or a knowledge database, and these maximum values, minimum values, boundary values, etc. cannot always be meaningfully meaningful. However, when the meaning can be given, it is presented, and at least when these values cannot be presented, the fact that these values are feature points is presented, and based on this, the operational status of the facility 100 is diagnosed, and the discussion on the operational status is made. Can contribute.
ここで、f(x)と同様に、g(x)についても導関数を求めると
ここで、図4は、稼働状況診断装置1が実行する原単位関数の決定及び導関数の算出処理の手順を表したフローチャートである。この原単位関数の決定及び導関数の算出処理について説明する。
Here, FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of the basic unit function determination and derivative calculation processing executed by the operation
初めに、稼働状況診断装置1の実測値抽出モジュール17は、原単位データベース25の原単位関連データテーブルから、所定の期間について、生産量等とエネルギー消費量とを抽出する(ステップS21)。これは、原単位関連データテーブルの抽出条件に時間を含めることで実現できる。
First, the actual measurement
後述のエネルギー消費量関数を決定するにあたり、所定の期間についてのデータのみを用いるのは、従来技術においては年度ごとの比較が重要視されていたのに対して、本発明においては設備100の特性をリアルタイムに反映することにも、その技術思想があるからである。すなわち、所定の期間として十分な期間をとりつつ、それを現在に近づけるほど、より現在に近い設備100の特性が把握でき、稼働状況の変化に対する迅速なフィードバックが可能となる。 In determining the energy consumption function, which will be described later, only the data for a predetermined period is used. In the prior art, the comparison for each year is regarded as important. In the present invention, however, the characteristics of the facility 100 are used. This is because there is a technical idea in reflecting the above in real time. That is, the characteristic of the facility 100 that is closer to the present can be grasped as the predetermined period is increased while the period is closer to the present, and prompt feedback can be provided for changes in the operating status.
なお、これ以降の処理は、抽出した生産量等ごとに行われる。ここでは、図12の生産量等とエネルギー消費量との対応テーブル内における、「商品A―生産量」について説明する。ここで、生産量xはセンサID「E−01」のみからなるスカラー値である。図13は、本実施例において用いるデータ、すなわち商品A―生産量に関して生産量等とエネルギー消費量とをまとめた表である。 The subsequent processing is performed for each extracted production amount and the like. Here, “product A—production amount” in the correspondence table between the production amount and the energy consumption amount in FIG. 12 will be described. Here, the production amount x is a scalar value consisting only of the sensor ID “E-01”. FIG. 13 is a table summarizing the data used in this embodiment, that is, the product A—the production amount and the energy consumption with respect to the production amount.
稼働状況診断装置1のエネルギー消費量関数決定モジュール18は、原単位関数の決定に先立ち、エネルギー消費量関数を決定する(ステップS22)。ここで、エネルギー消費量関数決定モジュール18は、稼働状況診断装置1が備える記憶部13に予め記憶された、エネルギー消費量関数決定アルゴリズムに従ってエネルギー消費量関数を決定してよい。
Prior to the determination of the basic unit function, the energy consumption function determination module 18 of the operating
ここで、通常抽出された実測値は離散的なものである。なぜならば、実測値にはエネルギー使用の方法や機器の特性等による変動が誤差として含まれているからである。ここでは、エネルギー消費量関数決定アルゴリズムとして、離散的な実測値を多項式で近似し、当該多項式をエネルギー消費量関数とする場合について詳説する。 Here, the actually extracted actual measurement values are discrete. This is because the measured value includes fluctuations due to the method of using energy, the characteristics of the equipment, and the like as errors. Here, as an energy consumption function determination algorithm, a case where a discrete measured value is approximated by a polynomial and the polynomial is used as an energy consumption function will be described in detail.
尚、後の説明の簡便化のために、ここでは抽出されたデータを最小二乗法により、三次式で近似しているが、本発明の範囲がこれに限られるものではない。すなわち、本発明の本質は実測値を関数化し、当該関数の導関数を求めることで、特徴点を抽出することにあって、近似によって関数を求めることそのものや、近似の手法、及び、多項式の次数といった要素によって本発明の範囲を限定するものではない。 In order to simplify the following description, the extracted data is approximated by a cubic equation by the least square method here, but the scope of the present invention is not limited to this. In other words, the essence of the present invention is that the actual measurement value is converted into a function and the derivative of the function is obtained to extract the feature point. The function itself is obtained by approximation, the approximation method, and the polynomial. The scope of the present invention is not limited by factors such as the order.
図6は、実測値抽出モジュール17によって抽出された実測値を平面上にプロットした散布図である。点901は、抽出された実測値の一つと一対一に対応している。また、横軸902は生産量等xを、縦軸903はエネルギー消費量Yを表している。ここで、エネルギー消費量Yは扱うエネルギー種別によって様々であり、本実施例では電気の消費量単位、すなわちkWまたはkWhである。
FIG. 6 is a scatter diagram in which the actual measurement values extracted by the actual measurement
図7は、実測値抽出モジュール17によって抽出された実測値を平面上にプロットした散布図上に、近似曲線を描画したグラフである。前述のとおり、グラフ上に示された近似曲線913は、最小二乗法によって求められた三次式であり、エネルギー消費量関数f(x)を表したものにほかならない。グラフ上に示された式911のとおり、エネルギー消費量関数f(x)は、
次に、稼働状況診断装置1の原単位関数決定モジュール19が、エネルギー消費量関数を基に原単位関数を決定する(ステップS22)。原単位関数g(x)は、g(x)=f(x)/k(x)の関係によって決定できる。すなわち、
次に、稼働状況診断装置1の導関数算出モジュール20が、f(x)とg(x)の両関数について、導関数、及び、第二次導関数を算出する(ステップS24)。まず、h(x)=f’(x)について、エネルギー消費変化関数は、
以上の導関数の導出は、解析的な手法を示したが、これによって、数値的な手法により導関数を算出することを妨げるものではない。以上が、稼働状況診断装置1が実行する原単位関数の決定及び導関数の算出処理の処理手順である。
Although the derivation of the above-described derivatives has shown an analytical method, this does not preclude calculating the derivative by a numerical method. The above is the processing procedure of the basic unit function determination and the derivative calculation processing executed by the operating
[エネルギー消費量の記憶処理]
図5は、稼働状況診断装置1が実行する診断及び診断結果の表示処理の手順を表したフローチャートである。この診断及び診断結果の表示処理について説明する。
[Energy consumption memory processing]
FIG. 5 is a flowchart showing the procedure of the diagnosis and the display process of the diagnosis result executed by the operation
初めに、稼働状況診断装置1の特徴点算出モジュール21は、原単位関数の決定及び導関数の算出処理において決定された原単位関数とエネルギー消費量関数の両関数について、算出された導関数等を用いて特徴点を算出する(ステップS31)。
First, the feature point calculation module 21 of the operation
図8は、エネルギー消費量関数の導関数である数式6を平面上に図示したグラフである。同式は、図8において式922で表わされ、横軸として生産量、縦軸としてエネルギー消費変化値のグラフ上に描画されている。このとき、エネルギー消費変化が最小となる点x1は、h’(x1)=0なるxであるから、数式7を用いて、x1=14.93である。この点は、図8において点924で表わされる。当該点は、エネルギー消費量関数の特徴点の一つである。
FIG. 8 is a graph illustrating, on a plane, Equation 6 which is a derivative of the energy consumption function. This equation is represented by the
以降、特徴点算出モジュール21は、同様にして、f(x)の次数に関わらず、各関数の極大値、極小値、境界値、解等を特定することで、特徴点の算出を行う。特徴点算出モジュール21は、稼働状況診断装置1が備える記憶部13に記憶された、特徴点算出アルゴリズムに従って特徴点を算出してよい。
Thereafter, the feature point calculation module 21 similarly calculates the feature point by specifying the maximum value, the minimum value, the boundary value, the solution, and the like of each function regardless of the order of f (x). The feature point calculation module 21 may calculate a feature point according to a feature point calculation algorithm stored in the
本実施例においてはh’(x)がxの一次式であり、解析的に解を求めたが、現実には各関数は複雑になることが多く、数値的な解法をとるのが一般的である。例えば、簡単には予めxを相当数準備し、各xをh’(x)に代入してh’(x)≒0となる数値解xを求めることや、二分法や山登り法等の解探索手法を用いることが挙げられる。 In this embodiment, h ′ (x) is a linear expression of x, and the solution is obtained analytically. However, in reality, each function is often complicated, and it is general to take a numerical solution. It is. For example, a simple number x is prepared in advance and each x is assigned to h ′ (x) to obtain a numerical solution x such that h ′ (x) ≈0, or a solution such as a bisection method or a hill climbing method. The search method is used.
次に、稼働状況診断装置1の特徴点評価モジュール22は、算出された特徴点について、評価を行う(ステップS32)。例えば、図8に示される点924は、設備にとっては、原単位が小さく効率が最大点ではないが、安定的または、何らかの規約的運用によって固定的に稼働している点と評価することができる。
Next, the feature point evaluation module 22 of the operating
また、数式5によって表わされる原単位関数を用いて、最小原単位となる生産量の条件を求めることもできる。ここで数式8を用いて、g’(x)=0となる条件を求める。本実施例においては、x=22.68となった。本実施例で用いたデータにおける最大生産量は28であるから、これを設備100の最大生産量xmaxとおくと、x=22.68は81%負荷で操業した時が最もエネルギー消費が少ないことを示唆している。
Further, by using the basic unit function expressed by
図9は、原単位関数である数式5を平面上に描画したグラフである。数式5は、図9において式932として表わされ、各点931は、抽出された各生産量について、式932を表した曲線933上の点を表している。点934は、当該曲線を微分した際の一例として描かれており、接線935の傾きが、点934における数式8の値になる。これが0となるのが、上記x=22.68であり、図9においては点936で表わされている。
FIG. 9 is a graph in which
特徴点評価モジュール22は、稼働状況診断装置1が備える記憶部13に記憶された、特徴点評価アルゴリズムに従って特徴点を評価してよい。しかし、特徴点のうち一般的な評価ができる点もあれば、単なる極値や境界値等、一般的な議論ができない点も多く存在する。これらの点において、過去のデータの蓄積等を用いて詳細な議論をすることは、本発明の本質ではない。本発明は、一般的な評価ができる特徴点を除いては、それらがただ特徴点であることのみを示すことで、含意の可能性を示唆する。
The feature point evaluation module 22 may evaluate the feature points according to the feature point evaluation algorithm stored in the
次に、稼働状況診断装置1の診断指標演算モジュール23は、原単位関数の決定及び導関数の算出処理において算出された導関数等を用いて演算を行うことで、現在の稼働状況における診断指標を算出する(ステップS33)。稼働状況診断装置1の稼働状況診断モジュール24は、算出された診断指標を用いて、現在の稼働状況における診断結果を生成する(ステップS34)。
Next, the diagnostic index calculation module 23 of the operating
ここで、現在の稼働状況とは、稼働状況診断装置1の備える原単位データベース25の原単位関連データテーブルに記憶されたデータの中で、最も現在に近い時間に対応したデータによって表わされる稼働状況を指す。また、導関数等が、所定の期間として十分な期間を取りつつ、最も現在に近い時間に対応したデータを除いた中で、現在に近いデータを用いて算出された導関数等であれば、より即時性の高い診断結果が得られることは、先にも述べたとおりである。
Here, the current operating status is an operating status represented by data corresponding to the time closest to the present time among the data stored in the basic unit related data table of the
診断指標の算出、及び、診断結果の生成について具体例を述べる。今、図13に示されるデータによって導関数等が算出されたうえで、現在の稼働状況として時間=18、生産量xnow、エネルギー消費量Ynowという値をセンサ101から受信したとする。数式5からg(xnow)を求め、その値をYnowと比較した際に、g(xnow)<Ynowであれば、消費原単位は増加、すなわち稼働状況は悪化しているとの診断が行われる。逆に、g(xnow)>Ynowであれば、稼働状況は改善しているとの診断が行われる。
A specific example of calculation of a diagnostic index and generation of a diagnostic result will be described. Now, suppose that a derivative or the like has been calculated from the data shown in FIG. 13 and that the current operating status has received values from the sensor 101 such as time = 18, production xnow, and energy consumption Ynow. When g (xnow) is obtained from
同時に、診断指標演算モジュール23は、数式8を用いてエネルギー消費原単位変動係数g’(xnow)=hnowを演算する。このhnowからは、次のことがわかる。すなわち、hnow>0の時に、原単位は悪化傾向にあり、hnow<0の時に原単位は改善傾向にある。また、hnow=0の時に、原単位は安定している。これによって、稼働状況診断モジュール24は、現在の稼働状況を診断する。
At the same time, the diagnostic index calculation module 23 calculates the energy consumption basic unit variation coefficient g ′ (xnow) =
次に、稼働状況診断装置1の診断結果表示モジュール28は、稼働状況診断モジュール24の診断結果から診断結果表示画面を生成し(ステップS35)、生成した診断結果表示画面を入出力部14に表示する(ステップS36)。
Next, the diagnosis result display module 28 of the operation
図14は、診断結果表示モジュール28によって表示された診断結果表示画面の一例である。図14において、診断結果表示画面には、画面上に表示された原単位関数曲線941と共に、現在の稼働状況を表す点942が表示される。また、診断結果は診断メッセージ943として表示され、算出された各特徴点944や、稼働状況として有意であると分かっている点945等が、原単位関数曲線941上に表示される。
FIG. 14 is an example of a diagnostic result display screen displayed by the diagnostic result display module 28. In FIG. 14, a
前記のような診断方法は、前年度と比較しているのでなく、所定の期間における実績値から算出した基準と比較して、現在の設備の稼働状況を即時に診断することができる。よって、上記診断と診断結果の更新を繰り返すことで、稼働状況の改善の試みに対する効果を即時に確認することが可能となり、効果を確認しつつ更なる改善の試みを行うことも可能となる。稼働状況診断装置1が、リアルタイム表示モードに設定されている場合には、稼働状況診断装置1は、ステップS33からステップS36までを繰り返し実行する(ステップS37:YESの場合)。そうでない場合には、診断及び診断結果の表示処理を終了する(ステップS37:NOの場合)。以上が、診断及び診断結果の表示処理の処理手順である。
The diagnostic method as described above is not compared with the previous year, but can be immediately diagnosed with the operation status of the current equipment in comparison with the standard calculated from the actual value in a predetermined period. Therefore, by repeating the diagnosis and the update of the diagnosis result, it is possible to immediately confirm the effect on the attempt to improve the operation status, and it is possible to make further improvement attempts while confirming the effect. When the operating status
上述した手段、機能は、コンピュータ(CPU,情報処理装置,各種端末を含む)が、所定のプログラムを読み込んで、実行することによって実現される。プログラムは、例えば、フレキシブルディスク、CD(CD−ROMなど)、DVD(DVD−ROM、DVD−RAMなど)等のコンピュータ読取可能な記録媒体に記録された形態で提供される。この場合、コンピュータはその記録媒体からプログラムを読み取って内部記憶装置または外部記憶装置に転送し記憶して実行する。また、そのプログラムを、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク等の記憶装置(記録媒体)に予め記録しておき、その記憶装置から通信回線を介してコンピュータに提供するようにしてもよい。 The means and functions described above are realized by a computer (including a CPU, an information processing apparatus, and various terminals) reading and executing a predetermined program. The program is provided in a form recorded on a computer-readable recording medium such as a flexible disk, CD (CD-ROM, etc.), DVD (DVD-ROM, DVD-RAM, etc.), for example. In this case, the computer reads the program from the recording medium, transfers it to the internal storage device or the external storage device, stores it, and executes it. The program may be recorded in advance in a storage device (recording medium) such as a magnetic disk, an optical disk, or a magneto-optical disk, and provided from the storage device to a computer via a communication line.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述したこれらの実施形態に限るものではない。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment mentioned above. The effects described in the embodiments of the present invention are only the most preferable effects resulting from the present invention, and the effects of the present invention are limited to those described in the embodiments of the present invention. is not.
1 稼働状況診断装置、25 原単位データベース、26 センサ情報データベース、100 施設、101 センサ 1 operation status diagnosis device, 25 basic unit database, 26 sensor information database, 100 facilities, 101 sensor
Claims (11)
前記機器や設備ごとに、前記消費原単位に応じて、原単位関数を決定する原単位関数決定手段と、
前記原単位関数決定手段によって決定された原単位関数から、導関数を算出する導関数算出手段と、
前記導関数算出手段によって算出された導関数を用いて演算を行うことで、値を算出する演算手段と、
前記演算手段による演算結果から、前記機器や設備の稼働状況の診断を行う稼働状況診断手段と、
を備える稼働状況診断装置。 An operation status diagnosis device for diagnosing the operation status for equipment and facilities based on consumption basic unit,
For each device or facility, a basic unit function determining means for determining a basic unit function according to the consumption basic unit,
A derivative calculating means for calculating a derivative from the basic unit function determined by the basic unit function determining means;
A calculation means for calculating a value by performing a calculation using the derivative calculated by the derivative calculation means;
From the calculation result by the calculation means, the operation status diagnosis means for diagnosing the operation status of the equipment and equipment,
An operational status diagnosis apparatus comprising:
を備え、
前記演算手段は、前記導関数算出手段によって算出された導関数と、前記第二次導関数算出手段によって算出された第二次導関数を用いて演算を行うことで、値を算出する演算手段である、請求項1に記載の稼働状況診断装置。 Second derivative calculation means for calculating a second derivative from the derivative calculated by the derivative calculation means;
With
The calculation means calculates the value by calculating using the derivative calculated by the derivative calculation means and the second derivative calculated by the second derivative calculation means. The operating condition diagnosis apparatus according to claim 1, wherein
前記稼働状況診断手段による診断を継続的に行い、当該結果を前記表示部にリアルタイムに表示する継続的診断結果表示手段と、
を備える請求項1乃至4のいずれか一項に記載の稼働状況診断装置。 With a display,
Continuous diagnosis is performed by the operating status diagnosis unit, and a continuous diagnosis result display unit that displays the result in real time on the display unit;
The operating condition diagnosis apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
前記機器や設備ごとに、前記消費原単位に応じて、原単位関数を決定するステップと、
前記決定された原単位関数から、導関数を算出するステップと、
前記算出された導関数を用いて演算を行うことで、値を算出するステップと、
前記演算の演算結果から、前記機器や設備の稼働状況の診断を行うステップと、
を備える稼働状況診断方法。 It is a method of diagnosing the operation status for equipment and facilities based on consumption basic unit,
Determining a basic unit function according to the consumption basic unit for each device or facility;
Calculating a derivative from the determined basic unit function;
Calculating a value by performing an operation using the calculated derivative;
From the calculation result of the calculation, a step of diagnosing the operating status of the equipment and equipment,
An operating condition diagnosis method comprising:
を備え、
前記算出された導関数を用いて演算を行うことで、値を算出するステップに替えて、前記算出された導関数と、前記算出された第二次導関数を用いて演算を行うことで、値を算出するステップを備える、請求項6に記載の設備診断方法。 Calculating a second derivative from the derivative;
With
By calculating using the calculated derivative, instead of calculating the value, performing the calculation using the calculated derivative and the calculated second derivative, The facility diagnosis method according to claim 6, further comprising a step of calculating a value.
前記機器や設備ごとに、前記消費原単位に応じて、原単位関数を決定するステップと、
前記決定された原単位関数から、導関数を算出するステップと、
前記算出された導関数を用いて演算を行うことで、値を算出するステップと、
前記演算の演算結果から、前記機器や設備の稼働状況の診断を行うステップと、
をコンピュータに実行させる稼働状況診断プログラム。 It is a program that diagnoses the operating status of equipment and facilities based on the consumption unit.
Determining a basic unit function according to the consumption basic unit for each device or facility;
Calculating a derivative from the determined basic unit function;
Calculating a value by performing an operation using the calculated derivative;
From the calculation result of the calculation, a step of diagnosing the operating status of the equipment and equipment,
An operating status diagnosis program that causes a computer to execute.
前記算出された導関数を用いて演算を行うことで、値を算出するステップに替えて、前記算出された導関数と、前記算出された第二次導関数を用いて演算を行うことで、値を算出するステップと、
をコンピュータに実行させる、請求項9に記載の稼働状況診断プログラム Calculating a second derivative from the derivative;
By calculating using the calculated derivative, instead of calculating the value, performing the calculation using the calculated derivative and the calculated second derivative, Calculating a value;
The operating condition diagnosis program according to claim 9, which causes a computer to execute
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