JP2018169763A - 情報処理装置、情報処理方法およびプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
監視装置が、装置の運用者が使用し易いように収集した運用データを加工して、装置の保守及び監視等を実行することが提案されている。例えば、特許文献1には、コンピュータが、収集された産業用プラントの運用データの欠落部分を検出すると、補完処理を実行し、欠落した状態量の値を算出することが提案されている。
また、補完処理により、欠落した状態量の値の設定を行う際には、物理モデルおよび統計モデル等のモデルが用いられることが知られている。
補完処理に用いられるモデルの各々は、対象装置の運用状況等を基に設定されている適応条件を有しており、適応条件に合致するほど精度の高い推定データの値が算出される。しかし、コンピュータが、モデルの各々の適応条件を考慮して状態量の推定値を処理し、状態量の値として設定することは行われていなかった。
本発明は、上記の課題に鑑みてされたものであって、複数のモデルにより算出された状態量の推定値に基づいて、対象装置の管理に用いる状態量の値を適切に特定することを目的とする。
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
《全体構成》
図1は、第1の実施形態に係る管理システムの構成を示す概略ブロック図である。
管理システム1は、対象装置10と、複数の計測器20と、通信装置30と、管理装置40とを備える。
対象装置10は、管理装置40による管理対象の装置である。対象装置10の例としては、例えばガスタービン、蒸気タービン、ボイラ、石炭ガス化炉などが挙げられる。また、環境プラント、化学プラント、および航空機のような交輸システムであってもよい。
計測器20は、対象装置10に設けられ、対象装置10の状態量を計測する。
通信装置30は、計測器20が計測した状態量の計測値をネットワークNを介して管理装置40に送信する。
管理装置40は、通信装置30から受信した計測値に基づいて対象装置10を管理する。管理装置40は、情報処理装置の一例である。
図2は、第1の実施形態に係る管理装置の構成を示す概略ブロック図である。
管理装置40は、計測値取得部401と、欠落検出部402と、統計モデル記憶部403と、統計推定部404と、物理モデル記憶部405と、物理推定部406と、運転時間計測部407と、重み算出部408と、特定部409と、管理部410と、通知部411と、統計モデル更新部412とを備える。
欠落検出部402は、計測値取得部401が取得した複数の計測値に基づいて、管理すべき状態量のうち値が欠落しているものを検出する。ここで、値の欠落とは、時間的または空間的な欠落をいう。例えば、管理部410が時間Δtごとの状態量を管理する場合において、時刻Tの計測値と時刻T+2Δtの計測値が取得された場合、欠落検出部402は、時刻T+Δtの計測値の欠落を検出する。また例えば、管理部410が距離Δdごとの状態量を管理する場合において、位置(0,0)、位置(2Δd,0)、位置(0,2Δd)、位置(2Δd,2Δd)の計測値が取得された場合、位置(0,Δd)、位置(Δd,0)、位置(Δd,Δd)、位置(Δd,2Δd)、位置(2Δd,Δd)の計測値の欠落を検出する。
統計推定部404は、計測値取得部401が取得した計測値を統計モデル記憶部403が記憶する統計モデルに適用することで、状態量の値を推定する。以下、統計推定部404によって推定された状態量の値を統計推定値という。
物理推定部406は、計測値取得部401が取得した計測値を物理モデル記憶部405が記憶する物理モデルに適用することで状態量の値を推定する。以下、物理推定部406によって推定された状態量の値を物理推定値という。
重み算出部408は、対象装置10の経年劣化に応じて変化する量に基づいて、統計推定値と物理推定値の重み係数を算出する。対象装置10の経年劣化に応じて変化する量の例としては、対象装置10の運転可能時間、余寿命、圧縮機効率、排ガス温度などが挙げられる。なお、第1の実施形態においては、重み算出部408は運転時間計測部407が計測した運転時間に基づいて重み係数を算出する。重み算出部408は、運転時間が長いほど(経年劣化が進んでいるほど)、統計推定値の重み係数を大きくし、物理推定値の重み係数を小さくする。つまり、統計推定値の重み係数は経年劣化の度合いに対して単調増加し、物理推定値の重み係数は経年劣化の度合いに対して単調減少する。
管理部410は、計測値取得部401が取得した計測値および特定部409が特定した値に基づいて対象装置10を管理する。対象装置10の管理の例としては、対象装置10の状態量が運転許容範囲を逸脱していないか監視すること、対象装置10の出力が目標を満たしているかを監視すること、および対象装置10に制御信号を出力することなどが挙げられる。
通知部411は、物理推定値と統計推定値とが所定値以上乖離した場合に、管理者に通知を発する。物理推定値と統計推定値が乖離しているということは、統計モデル記憶部403に蓄積された値が、設計情報から求められる値と乖離していることを示す。つまり、通知部411は、対象装置10の劣化、または異常な計測値の蓄積による統計モデルの異常を、管理者に通知することができる。
統計モデル更新部412は、統計モデル記憶部403に蓄積された値に基づいて統計モデルを更新する。
図3は、第1の実施形態に係る管理装置の動作を示すフローチャートである。
管理装置40が対象装置10の管理を開始すると、計測値取得部401は、通信装置30から計測器20による状態量の計測値を取得する(ステップS1)。また、運転時間計測部407は、計測値取得部401が取得した計測値に基づいて対象装置10の運転時間を計測する(ステップS2)。
次に、欠落検出部402は、計測値取得部401が取得した計測値の欠落を検出する(ステップS3)。統計推定部404は、計測値取得部401が取得した計測値を統計モデルに適用し、欠落が検出された状態量の値を推定する(ステップS4)。また物理推定部406は、計測値取得部401が取得した計測値を物理モデルに適用し、欠落が検出された状態量の値を推定する(ステップS5)。
また、計測値取得部401および特定部409は、対象装置10の管理に用いた値を、統計モデル記憶部403に蓄積させる(ステップS11)。そして、統計モデル更新部412は、統計モデル記憶部403に蓄積された値に基づいて統計モデルを更新する(ステップS12)。これにより、統計推定部404は、次回の管理のタイミングにおいて更新された統計モデルを用いて、状態量の値を推定することができる。
このように、第1の実施形態によれば、管理装置40は、対象装置10の経年劣化に基づいて、統計推定値と物理推定値とから、対象装置10の管理に用いる値を特定する。これにより、対象装置10の管理に用いる状態量の値を適切に特定することができる。
なお、対象装置10の運転時間が長くなるほど、経年劣化が進むことが知られている。したがって、第1の実施形態のように管理装置40は、対象装置10の運転時間に基づいて、対象装置10の管理に用いる値を特定することで、経年劣化に応じて対象装置10の管理に用いる状態量の値を適切に特定することができる。他方、他の実施形態においてはこれに限られず、圧縮機効率および排ガス温度のように、経年劣化に応じて変化する他の量を用いて対象装置10の管理に用いる値を特定してもよい。
なお、第1の実施形態に係る管理装置40は、統計モデルを過去の状態量の値に基づいて更新するが、これに限られない。例えば他の実施形態においては管理装置40は、統計モデル記憶部403に状態量を蓄積させる一方で統計モデルの更新をしないものであってもよい。この場合においても、過去の状態量の値が蓄積することにより、統計モデルによる推定の精度が向上し得る。例えば、データの蓄積により「大数の法則」で平均値の推定値が真値に近づくこと、分散の範囲を狭く絞り込むことにより、推定精度の向上が期待できる。
第1の実施形態に係る管理装置40は、対象装置10の運転時間に基づいて、対象装置10の管理に用いる値を特定する。これに対し、第2の実施形態に係る管理装置40は、統計モデル記憶部403に記憶された対象装置10の過去の運転に係る状態量の値の総数(量)に基づいて、対象装置10の管理に用いる値を特定する。
つまり、第2の実施形態に係る重み算出部408は、統計モデル記憶部403が記憶する値の総数が多いほど統計推定値の重み係数を大きく算出し、物理推定値の重み係数を小さく算出する。例えば、重み算出部408は、統計モデル記憶部403が記憶する値の総数をアークタンジェント関数に代入することにより、統計推定値の重み係数を算出することができる。または、重み算出部408は、統計モデル記憶部403が記憶する値の総数が所定値未満の場合に、統計推定値の重み係数を統計モデル記憶部403が記憶する値の総数に単調増加する関数(ただし、値域は0以上1以下)に基づいて算出し、統計モデル記憶部403が記憶する値の総数が所定値以上の場合に、統計推定値の重み係数を1としてもよい。
管理装置40が対象装置10の管理を開始すると、計測値取得部401は、通信装置30から計測器20による状態量の計測値を取得する(ステップS101)。また、運転時間計測部407は、計測値取得部401が取得した計測値に基づいて対象装置10の運転時間を計測する(ステップS102)。
次に、欠落検出部402は、計測値取得部401が取得した計測値の欠落を検出する(ステップS103)。統計推定部404は、計測値取得部401が取得した計測値を統計モデルに適用し、欠落が検出された状態量の値を推定する(ステップS104)。また物理推定部406は、計測値取得部401が取得した計測値を物理モデルに適用し、欠落が検出された状態量の値を推定する(ステップS105)。
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、上述した実施形態に係る管理システム1における管理装置40は、対象装置10の管理に用いる値の抽出および特定をする機能を有するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る管理システム1においては、管理装置40と別個に対象装置10の管理に用いる値の抽出および特定をする情報処理装置を備え、管理装置40は、情報処理装置が特定した値を用いて対象装置10を管理してもよい。
また例えば、上述した実施形態に係る管理装置40は、ネットワークNを介して計測値を取得するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る管理装置は、計測器20から直接計測値を取得してもよい。この場合、管理システム1は通信装置30を備えなくてもよい。
コンピュータ90は、CPU91、主記憶装置92、補助記憶装置93、インタフェース94を備える。
上述の管理装置40は、コンピュータ90に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置93に記憶されている。CPU91は、プログラムを補助記憶装置93から読み出して主記憶装置92に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、CPU91は、プログラムに従って、上述した統計モデル記憶部403および物理モデル記憶部405に対応する記憶領域を主記憶装置92に確保する。
10 対象装置
20 計測器
30 通信装置
40 管理装置(情報処理装置)
401 計測値取得部
402 欠落検出部
403 統計モデル記憶部
404 統計推定部
405 物理モデル記憶部
406 物理推定部
407 運転時間計測部
408 重み算出部
409 特定部
410 管理部
411 通知部
412 統計モデル更新部
Claims (9)
- 対象装置の過去の状態量の値に基づいて構築された統計モデルを用いて状態量の値を推定する統計推定部と、
前記対象装置の設計データに基づいて構築された物理モデルを用いて状態量の値を推定する物理推定部と、
前記対象装置の経年劣化に基づいて、前記統計推定部が推定した値と前記物理推定部が推定した値とから、前記対象装置の管理に用いる値を特定する特定部と、
を備える情報処理装置。 - 前記特定部は、前記統計モデルの構築に用いられた前記過去の状態量の値の量に基づいて、前記対象装置の管理に用いる値を特定する
請求項1に記載の情報処理装置。 - 前記特定部は、前記物理モデルの所定の適用条件に基づいて、前記対象装置の管理に用いる値を特定する
請求項1に記載の情報処理装置。 - 前記特定部は、前記対象装置の運転時間に基づいて、前記対象装置の管理に用いる値を特定する
請求項1から請求項3の何れか1項に記載の情報処理装置。 - 前記統計推定部が推定した値と前記物理推定部が推定した値との差が所定値以上である場合に通知を発する通知部と、
をさらに備える請求項1から請求項4の何れか1項に記載の情報処理装置。 - 前記統計モデルの構築に用いられた前記過去の状態量の値に基づいて、統計モデルを更新するモデル更新部をさらに備え、
前記特定部は、前記更新された統計モデルを用いて、前記対象装置の管理に用いる値を特定する
請求項1から請求項5の何れか1項に記載の情報処理装置。 - 前記特定部は、前記対象装置の経年劣化に応じた重み付けによる前記統計推定部が推定した値と前記物理推定部が推定した値との加重平均値を、前記対象装置の管理に用いる値として特定する
請求項1から請求項6の何れか1項に記載の情報処理装置。 - 対象装置の過去の状態量の値に基づいて構築された統計モデルを用いて状態量の値を推定することと、
前記対象装置の設計データに基づいて構築された物理モデルを用いて状態量の値を推定することと、
前記対象装置の経年劣化に基づいて、前記統計モデルを用いて推定した値と前記物理モデルを用いて推定した値とから、前記対象装置の管理に用いる値を特定することと
を有する情報処理方法。 - コンピュータに、
対象装置の過去の状態量の値に基づいて構築された統計モデルを用いて状態量の値を推定することと、
前記対象装置の設計データに基づいて構築された物理モデルを用いて状態量の値を推定することと、
前記対象装置の経年劣化に基づいて、前記統計モデルを用いて推定した値と前記物理モデルを用いて推定した値とから、前記対象装置の管理に用いる値を特定することと
を実行させるためのプログラム。
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