JP2014078111A - 省エネルギー操業評価システム - Google Patents

Abstract

【課題】生産量の大小が生産エネルギー原単位に与える一般的な影響に左右されることなく、省エネルギー操業の評価を行なえるようにする。
【解決手段】対象プロセスの生産量指標と消費エネルギー量指標とを入力するデータ入力部と、生産量指標と消費エネルギー量指標とから生産エネルギー原単位を算出する生産エネルギー原単位算出部と、生産量指標に対する生産エネルギー原単位の実績値に基づいて、生産量指標毎の評価基準を得るための評価基準データを作成する評価基準作成部と、評価基準データを用いて、評価対象の生産量指標に対する生産エネルギー原単位の評価を行なう評価部と、を備えた省エネルギー操業評価システム。
【選択図】図１

Description

本発明は、工場等の生産プロセスにおける省エネルギー操業評価システムに関する。

近年、省エネルギーに関する法制度の改正、整備や社会状況等により、一層の省エネルギーの要求が高まっている。このため、生産現場では、生産に関連したエネルギーの流れを把握することで、どこに無駄があるのかを明らかにして省エネルギー対策を継続推進することが急務となっている。

このような状況の中、エネルギー管理システムと呼ばれるシステムを導入し、工場の生産活動におけるエネルギーの可視化に取り組む企業が増えている。エネルギー管理システムで可視化された情報を用いて省エネルギー活動を継続的に行なうためには、省エネルギー操業の評価を行なうための指標を設けることが重要である。

生産設備で消費したエネルギー量をそのまま省エネルギー操業の評価を行なうための指標として用いることも考えられるが、一般に、生産設備のエネルギーは、その生産量や品種により変化するため、単にエネルギー量だけを把握しても実態を解析するのには十分でない。

そこで、生産設備で消費したエネルギー量を、その製品の生産量で割った値である生産エネルギー原単位が、省エネルギー操業の評価を行なうための指標として広く用いられている。

特開２０１０−２７１８２５号公報

しかしながら、一般に、生産量が多いほどエネルギー利用の効率が高まるため、生産エネルギー原単位も減少する。このため、単に生産エネルギー原単位の増減を評価しただけでは、それが生産量の増減の影響によるものかの判断ができないため、省エネルギー操業の評価としては十分でない。

そこで、本発明は、生産量の大小が生産エネルギー原単位に与える一般的な影響に左右されることなく、省エネルギー操業の評価を行なえるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の省エネルギー操業評価システムは、対象プロセスの生産量指標と消費エネルギー量指標とを入力するデータ入力部と、前記生産量指標と前記消費エネルギー量指標とから生産エネルギー原単位を算出する生産エネルギー原単位算出部と、生産量指標に対する生産エネルギー原単位の実績値に基づいて、生産量指標毎の評価基準を得るための評価基準データを作成する評価基準作成部と、前記評価基準データを用いて、評価対象の生産量指標に対する生産エネルギー原単位の評価を行なう評価部と、を備えたことを特徴とする。
ここで、前記生産量指標毎の評価基準は、生産エネルギー原単位の最小値、生産エネルギー原単位の平均値を含むことができる。
このとき、前記評価部が行なう評価は、評価対象の生産量指標において削減可能な生産エネルギー原単位の量を含むことができる。
具体的には、前記削減可能な生産エネルギー原単位の量は、評価対象の生産エネルギー原単位と、前記評価基準データから得られる評価対象の生産量指標値における生産エネルギー原単位の最小値との差により算出されることができる。
また、前記評価部が行なう評価は、さらに、前記削減可能な生産エネルギー原単位の量と、評価対象の生産量指標値とに基づいて算出される、評価対象の生産量指標において削減可能なエネルギー量を含むようにしてもよい。
また、前記評価部が行なう評価は、さらに、評価対象の生産エネルギー原単位と、前記評価基準データから得られる評価対象の生産量指標値における生産エネルギー原単位の平均値との差により算出される平均比較量を含むようにしてもよい。
このとき、前記評価部が行なう評価は、さらに、前記平均比較量と、評価対象の生産量指標値とに基づいて算出される、エネルギー削減量を含むようにしてもよい。前記評価部が行なう評価は、さらに、前記エネルギー削減量の履歴を含むようにしてもよい。
また、前記評価基準作成部は、分布状況が所定の基準を満たさない実績値を無効にして前記評価基準データを作成することができる。

本発明によれば、生産量の大小が生産エネルギー原単位に与える一般的な影響に左右されることなく、省エネルギー操業の評価を行なえるようになる。

本実施形態に係る省エネルギー操業評価システムと関連システムの構成を説明するブロック図である。 評価基準データ作成動作について説明するフローチャートである。 対象プロセスについて算出した多数の生産エネルギー原単位を、それぞれの生産量に対応させてプロットした図である。 上下限フィルタによる異常値削除の結果を示す図である。 生産量と生産エネルギー原単位の区間について説明する図である。 度数分布と有効範囲の設定結果を示す図である。 度数分布フィルタによる異常値削除の結果を示す図である。 上下限フィルタ処理、度数分布フィルタ処理の結果、有効となった実績データを示す図である。 各生産量区間の代表値における最大値、最小値、平均値を結んだそれぞれの折れ線の式を、１次式の傾きと切片とで表わした評価基準関数を示す表である。 各生産量区間の代表値における最大値、最小値、平均値を結んだそれぞれの折れ線を示す図である。 生産量に対する生産エネルギー原単位の評価を行なう省エネルギー操業評価動作について説明するフローチャートである。 現在運転中の生産量に対する生産エネルギー原単位と実績データとを重ねた図である。 評価部が用いる式を示す図である。 生産量に対する生産エネルギー原単位の評価と、消費エネルギーの評価の出力例を示す図である。 評価結果を時系列表示した図である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る省エネルギー操業評価システムと関連システムの構成を説明するブロック図である。

本図に示すように、工場等には種々の生産設備２２０が稼働しており、生産制御システム２００が、これら生産設備２２０の制御・監視を行ない、各種の生産プロセスデータを収集している。生産制御システム２００が収集した生産プロセスデータは、生産プロセスデータベース２４０に蓄積される。生産プロセスデータベース２４０は、各種の生産プロセスデータを所定のフォーマットにより時系列で格納している。

省エネルギー操業評価システム１００は、生産プロセスデータベース２４０に蓄積された生産プロセスデータのうち、対象プロセスの生産量と消費エネルギー量を入力し、省エネルギー操業の評価を行なうシステムである。

省エネルギー操業評価システム１００は、パーソナルコンピュータやサーバコンピュータ等の汎用的なコンピュータを用いて構成することができ、本図に示すように、データ入力部１１０、生産エネルギー原単位算出部１２０、評価基準作成部１３０、評価部１４０を備えている。

データ入力部１１０は、生産プロセスデータベース２４０から、対象プロセスの生産量、消費エネルギー量を入力する。生産エネルギー原単位算出部１２０は、生産量、消費エネルギー量に基づいて、所定の集計単位で対象プロセスの生産エネルギー原単位を算出する。

評価基準作成部１３０は、対象プロセスについて、生産量に対する生産エネルギー原単位の多数の実績値に基づいて、評価基準データ１５０を生成する。評価基準データ１５０は、任意のタイミングで更新したり、季節別、月別等で複数種類用意しておくことができる。また、過去との比較用に、履歴を記録しておくようにしてもよい。

評価部１４０は、評価基準データ１５０を用いて、生産量に対する生産エネルギー原単位の評価を行なう。評価対象の生産量に対する生産エネルギー原単位は、例えば、現在の最新値、直近値等とすることができる。また、評価部１４０は、生産量に対する生産エネルギー原単位の評価結果と生産量とに基づいて、消費エネルギー量に関する評価も行なう。生産量に対する生産エネルギー原単位の評価結果と消費エネルギー量に関する評価結果は、評価データ１６０として出力する。

次に、上記構成の省エネルギー操業評価システム１００の動作について説明する。省エネルギー操業評価システム１００の動作は、過去の実績値に基づいて評価基準データ１５０を作成する評価基準データ作成動作と、評価基準データ１５０を参照して実際の評価を行なう省エネルギー操業評価動作の２つに分けることができる。

まず、評価基準データ作成動作について図２のフローチャートを参照して説明する。評価基準データ１５０は、生産量に対する生産エネルギー原単位の実績値に基づいて作成されるため、生産エネルギー原単位算出部１２０が、データ入力部１１０が入力した対象プロセスの生産量と消費エネルギー量に基づいて、対象プロセスの生産エネルギー原単位を算出する（Ｓ１０１）。

対象プロセスの生産量と消費エネルギー量の集計単位は、例えば、生産ロットや、所定の単位時間等とすることができる。生産量は、例えば、個数、重量等の指標で表わすことができ、消費エネルギー量は、電力換算値、コスト換算値、ＣＯ_２換算値、重油換算値等の指標で表わすことができる。生産エネルギー原単位は、消費エネルギー量を生産量で割ることにより算出することができる。

生産エネルギー原単位は、同一の対象プロセスについて、集計単位毎に多数算出する。図３は、対象プロセスについて算出した多数の生産エネルギー原単位を、それぞれの生産量に対応させてプロットした図である。一般に、生産エネルギー原単位は、生産量が大きいほど小さくなるため、本図のように、右下がりの分布傾向となる。

生産エネルギー原単位の算出を行なうと、上下限フィルタを利用して異常値の削除を行なう（Ｓ１０２）。これは、異常な実績データは統計処理を行なう上での誤差となり、評価の障害となり得るためである。ただし、この処理は省くようにしてもよい。

上下限フィルタを利用した異常値の削除処理では、生産エネルギー原単位、生産量ともに上下限値を設定し、それぞれの設定値から外れた値の実績データを無効として除外する。ただし、上下限のうち一方を設定したり、生産エネルギー原単位、生産量の一方に設定するようにしてもよい。図４は、上下限フィルタによる異常値削除の結果を示している。本例では、エネルギー原単体について下限値８０、上限値１９７を設定し、生産量について下限値８０、上限値１４３を設定している。

次に、生産量とエネルギー原単位の両方について、区間を設定する（Ｓ１０３）。区間は、エネルギー原単位については、所定の等間隔で区間を設定する。本例では、１０毎に区間を設定している。生産量については、図５（ａ）に示すように、等間隔で区間を設定する方法と、図５（ｂ）に示すように各区間に含まれるデータ数が均等となるように区間を設定する方法のいずれかを選択できるものとする。図５（ａ）では、生産量の区間を１０毎の等間隔で設定しており、図５（ｂ）では、生産量について実績データが粗な範囲では、区間が広く設定され、実績データが密な範囲では、区間が狭く設定される。

生産量とエネルギー原単位の両方について区間が設定されると、両区間で区分けられる矩形の小領域が、生産量の区間数×エネルギー原単位の区間数の個数分定められることになる。

区間が設定され、矩形の小領域が定められると、小領域単位で度数分布フィルタによる異常値の削除を行なう（Ｓ１０４）。度数分布フィルタによる異常値の削除では、生産量の区間毎に、それぞれの小領域に含まれるデータ個数を求め、小領域毎のデータ数比率を算出する。ここでのデータ数比率は、その生産量の区間に含まれる実績データ数に対する比率である。

そして、エネルギー原単位の小さい値の小領域から、初めて比率が所定の基準値を超える小領域をその生産量区間についての有効範囲の下限とする。また、エネルギー原単位の大きい値の小領域から、初めて比率が所定の基準値を超える小領域をその生産量区間についての有効範囲の上限として設定する。これにより、データ数が少ない小領域に含まれる実績データが無効となり削除される。なお、これ以降の処理においては、生産エネルギー原単位の区分は使用しない。

図６は、生産量の区間を１０毎の等間隔に設定した場合の、度数分布と有効範囲の設定結果を示している。生産量を中心としているため、図５に示した分布図とは縦横が入れ替わっている。本例では、比率の基準値を８％（＝０．０８）としている。また、図７は、度数分布フィルタによる異常値削除の結果を示しており、図８は、上下限フィルタ処理、度数分布フィルタ処理の結果、有効となった実績データを示している。

次に、有効実績データを用いて、生産量区間毎に、生産エネルギー原単位の最大値、最小値、平均値を集計する（Ｓ１０５）。集計した最大値、最小値、平均値は、生産量区間の代表値と対応付けるものとする。ここで、生産量区間の代表値は、生産量区間の中央値とする。

例えば、９０〜１００の生産量区間の実績データの平均値が１６６．８３、最大値が１９０．００であれば、生産量９５における生産エネルギー原単位の平均値が１６６．８３であり、最大値が１９０．００であるものとする。ただし、生産量区間の代表値は、生産量区間の中央値に限られず、他の値を用いるようにしてもよい。

そして、生産エネルギー原単位の最大値、最小値、平均値のそれぞれについて、各生産量区間の代表値における値を結んだ線の近似式を求める（Ｓ１０６）。最大値を結んだ線は、生産量に対する生産エネルギー原単位が最も悪かった状態に相当し、最大値を結んだ線は、生産量に対する生産エネルギー原単位が最も良かった状態に相当する。そして、平均値を結んだ線は、生産量に対する生産エネルギー原単位の平均的な状態に相当する。各近似式は、評価基準関数として評価基準データ１５０に保存する。

近似式は、隣接する点を線で結んだ折れ線状の１次式の近似や、最小二乗法による多項式近似等を用いることができる。ここでは、隣接する点を線で結んだ折れ線状の１次式の近似を用いるものとする。

図９は、各生産量区間の代表値における最大値、最小値、平均値を結んだそれぞれの折れ線の式を、１次式の傾きと切片とで表わした評価基準関数を示している。また、図１０は、各生産量区間の代表値における最大値、最小値、平均値を結んだそれぞれの折れ線を示している。

本例のように、折れ線で近似式を表現した場合、評価基準関数は、最大値、最小値、平均値のそれぞれについて、有効区間数−１個となるが、多項式近似を用いた場合は、最大値、最小値、平均値のそれぞれについて１つの式で評価基準関数を表わすことができる。

以上が、過去の実績値に基づいて評価基準データ１５０を作成する評価基準データ作成動作の手順である。最大値、最小値、平均値のそれぞれについての評価基準関数である評価基準データ１５０は、それ自身で、生産プロセスの評価に用いることができる。例えば、最大値を結んだ線と、最小値を結んだ線との幅が狭ければ、エネルギー消費のムラのない操業が行なわれていることを示している。また、平均値を結んだ線の異なる期間における遷移状況を観察することで、省エネルギー効果の変動や、生産プロセスの経年劣化、問題点等を発見することも可能となる。

次に、生産量に対する生産エネルギー原単位の評価を行なう省エネルギー操業評価動作について図１１のフローチャートを参照して説明する。

まず、データ入力部１１０が、評価対象プロセスの生産量と消費エネルギー量を入力する（Ｓ２０１）。ここでは、対象プロセスの現在の操業における生産量に対する生産エネルギー原単位を評価対象とする。したがって、運転中の生産プロセスにおける生産量と消費エネルギー量の現在値を入力する。もちろん、前日、前時間等の値を入力するようにしてもよい。

生産量と消費エネルギー量を入力すると、生産エネルギー原単位算出部１２０が、生産量と消費エネルギー量から評価対象の生産エネルギー原単位を算出する（Ｓ２０２）。

そして、評価部１４０が、評価基準データ１５０を参照して、生産量に対する生産エネルギー原単位の評価を行なう（Ｓ２０３）。評価結果は評価データ１６０として記録され、画面に表示したり、出力することができる。

図１２は、評価の１つとして得られる、現在運転中の生産量に対する生産エネルギー原単位と実績データとを重ねた図である。実績データには、最大値、最小値、平均値の線も含まれている。このような図を表示等することで、同じ生産量における過去の実績と対比させることができるため、現在運転中の生産量に対する生産エネルギー原単位の状態を視覚的に把握することができる。

また、評価部１４０は、図１３（ａ）に示した式にしたがって、現在の生産エネルギー原単位の値から「削減可能ポテンシャル量」「削減可能ポテンシャル率」「省エネ率」「平均比較量」を算出し、評価データ１６０に記録する。なお、式中の［評価基準最小値］［評価基準最大値］［評価基準平均値］は、評価基準データ１５０において、現在の生産量に対応する最小値、最大値、平均値であり、評価基準関数に現在の生産量を代入することにより得ることができる。

ここで、「削減可能ポテンシャル量」は、現在の生産量の場合、過去の実績からどのくらい生産エネルギー原単位を減らすことができるかを示す値である。「削減可能ポテンシャル率」は、「削減可能ポテンシャル量」の実績値の幅に対する割合である。「省エネ率」は、過去の実績を基準にどの程度省エネルギーが達成できているかを示す値である。「平均比較量」は、現在の生産量における過去の平均的な生産エネルギー原単位と現在の生産エネルギー原単位との差を示す値である。

また、評価部１４０は、図１３（ｂ）に示した式にしたがって、生産エネルギー原単位の評価結果をエネルギー量に換算した「削減可能ポテンシャル量（エネルギー量）」「削減量（エネルギー量）」を算出し、評価データ１６０に記録する（Ｓ２０４）。

ここで、「削減可能ポテンシャル量（エネルギー量）」は、現在の生産量の場合、過去の実績からどのくらい消費エネルギーを減らすことができるかを示す値である。「削減量（エネルギー量）」は、現在の生産量における過去の平均的な過去の平均的な消費エネルギー量と現在の消費エネルギー量との差を示す値である。

評価部１４０は、以上の生産量に対する生産エネルギー原単位の評価と、消費エネルギー量の評価を、図１４に示すような一覧形式で出力することができる。また、図１５に示すように、過去の評価結果を用いて「省エネ率」「削減量（エネルギー量）」を時系列に表示することができる。図１５に示すような時系列で評価結果を表示することで、対象プロセスの省エネルギー運転の継続性を管理することができるようになる。さらに、「削減量（エネルギー量）」の累積値を表示することで、省エネルギー運転の結果、所定の期間でどの程度エネルギー消費量を削減できたかを視覚的に把握することができるようになる。

以上に説明したような省エネルギー操業評価システム１００が出力する評価データ１６０を参照することで、生産プロセスのオペレータの操業に対して、省エネルギーの視点で定量的で具体的な評価を行なうことができるようになる。また、この際の評価は生産量に対する生産エネルギー原単位を用いたものであるため、生産量の大小が生産エネルギー原単位に与える一般的な影響を排除して評価を行なうことができる。さらに、過去の実績との比較において、現在の操業が視覚的に評価されるため、目標の設定がしやすく、オペレータの省エネルギーに対する意識を高めることができる。

また、統一した基準により、工場における種々の生産プロセスにおける評価を多面的に行なうことができるため、工場の管理者や企業の管理者は、生産品毎、工場毎の客観的な省エネルギー操業評価を効率的に行なうことができるようになる。

１００…省エネルギー操業評価システム、１１０…データ入力部、１２０…生産エネルギー原単位算出部、１３０…評価基準作成部、１４０…評価部、１５０…評価基準データ、１６０…評価データ、２００…生産制御システム、２２０…生産設備、２４０…生産プロセスデータベース

Claims (9)

1. 対象プロセスの生産量指標と消費エネルギー量指標とを入力するデータ入力部と、
   前記生産量指標と前記消費エネルギー量指標とから生産エネルギー原単位を算出する生産エネルギー原単位算出部と、
   生産量指標に対する生産エネルギー原単位の実績値に基づいて、生産量指標毎の評価基準を得るための評価基準データを作成する評価基準作成部と、
   前記評価基準データを用いて、評価対象の生産量指標に対する生産エネルギー原単位の評価を行なう評価部と、
   を備えたことを特徴とする省エネルギー操業評価システム。
2. 前記生産量指標毎の評価基準は、生産エネルギー原単位の最小値、生産エネルギー原単位の平均値を含むことを特徴とする請求項１に記載の省エネルギー操業評価システム。
3. 前記評価部が行なう評価は、評価対象の生産量指標において削減可能な生産エネルギー原単位の量を含むことを特徴とする請求項２に記載の省エネルギー操業評価システム。
4. 前記削減可能な生産エネルギー原単位の量は、評価対象の生産エネルギー原単位と、前記評価基準データから得られる評価対象の生産量指標値における生産エネルギー原単位の最小値との差により算出されることを特徴とする請求項３に記載の省エネルギー操業評価システム。
5. 前記評価部が行なう評価は、さらに、前記削減可能な生産エネルギー原単位の量と、評価対象の生産量指標値とに基づいて算出される、評価対象の生産量指標において削減可能なエネルギー量を含むことを特徴とする請求項３または４に記載の省エネルギー操業評価システム。
6. 前記評価部が行なう評価は、さらに、評価対象の生産エネルギー原単位と、前記評価基準データから得られる評価対象の生産量指標値における生産エネルギー原単位の平均値との差により算出される平均比較量を含むことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の省エネルギー操業評価システム。
7. 前記評価部が行なう評価は、さらに、前記平均比較量と、評価対象の生産量指標値とに基づいて算出される、エネルギー削減量を含むことを特徴とする請求項６に記載の省エネルギー操業評価システム。
8. 前記評価部が行なう評価は、さらに、前記エネルギー削減量の履歴を含むことを特徴とする請求項７に記載の省エネルギー操業評価システム。
9. 前記評価基準作成部は、分布状況が所定の基準を満たさない実績値を無効にして前記評価基準データを作成することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の省エネルギー操業評価システム。