JP4205338B2 - 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
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Description
(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60/167401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(136kg)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21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−Wlast)/(t−tlast)として計算される。上式で、tは送達中の時間間隔であり、Wlastおよびtlast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(PS)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(PSc)+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=Tf+KV−v0/32.2
K2=0
【0016】
上式で、
Tfはフィルタ複合時定数であり、
KV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=Tf+KVで、
Tfはフィルタ複合時定数であり、
KV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*AV)で、
ρは材料の密度であり、
AV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Tdt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Tdt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100では、材料の流量(Q)をQ=(W−Wlast)/(t−tlast)として計算する。上式で、tは送達中の時間間隔であり、Wlastおよびtlast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*Q2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(PFW)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112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(PSc)+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134、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132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K1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】
Qi=カットオフ流量、Si=実際のスピルとして、(Qi,Si)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】
Qiをカットオフ流量、Siを実際のスピルとして、新しいデータポイント(Qi,Si)ごとに、
【0033】
更新
ANEW=AOLD+β・(Qi−AOLD)(平均流量)
BNEW=BOLD+β・(Qi 2−BOLD)
CNEW=COLD+β・(Qi 3−COLD)
AANEW=AAOLD+β・(Si−AAOLD)(平均スピル)
BBNEW=BBOLD+β・(Qi・Si−BBOLD)
【0034】
次いで、
【0035】
【数5】
【0036】
初期点(Q 0 ,S 0 )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0.01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、164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】
Tdb 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】
Tdt これは、必要な(Tma+Tdb)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】
Tma 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】
Tmf 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】
Tovl 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】
Tpwl 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:
Mact 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】
Mavg 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】
Metc. 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】
Msp 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】
PWact 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】
PWavg 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】
PWetc. 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】
PWma 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Tpwlを有するかを、式PWma/PWavgによって判定する。
3.材料供給時間を、式Tmf=Msp/Mavg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PWmaと、材料供給セットポイントMsp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Tpwlを用いて、Tdtを0未満にせずに、Tdt=(Tpwl−Tmf+Tdb+Tma)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、Tdt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Tmaに違反しないようにするため、単独供給時間Tmaを監視する。
【0061】
Tma>Metc.−PWetc.
【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。
Claims (16)
- 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目標位置への送達とオーバラップさせ、
前記主材料は、前記目標位置でのみ計量されソース位置では計量されず、
前記主材料送達は、前記独立に測定される材料の供給が開始された後に、(T pwl −T mf +T ma +T db )が0より大きい場合、
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材料移送方法。 - 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。
- 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、
前記材料の送達量を予測し、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予測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、
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方法。 - 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3に記載の方法。
- 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3に記載の方法。
- 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7に記載の方法。 - 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8に記載の方法。 - 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8に記載の方法。
- 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8に記載の方法。
- 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8に記載の方法。
- 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8に記載の方法。
- 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3に記載の方法。
- 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3に記載の方法。
- 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3に記載の方法。
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