JPH1124735A - プラント運転支援システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラントの巡視作業を実際の視点と同じ視点
で３Ｄ表示するとともに、各３Ｄモデルの動作を表示す
ることによって、プラントの巡視作業を仮想体験すると
ともに、従来から見慣れている２Ｄの図面と、新たな３
Ｄ表示とを効果的に関連付けて表示することにより、巡
視作業の仮想体験をより効果的にする。 【解決手段】 プラントの機器の３Ｄモデルデータを管
理する３Ｄデータ管理部１、個々のモデルの動作・モデ
ル間の関連動作を記述する動作記述部２、巡視シナリオ
を管理する巡視シナリオ管理部３、仮想世界中の３Ｄモ
デルの状態を管理する仮想世界状態管理部４、中央制御
部５、および表示装置６を備え、作業員がプラントを巡
視する巡視シナリオを仮想世界を用いて実行するように
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラントの各種機
器を３Ｄモデルとして表示し、かつ従来からある２Ｄ図
面も効果的に活用し、プラントの巡視を仮想体験するこ
とができるプラント運転支援システムに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のプラントの運転を支援する情報シ
ステムは、プラントの設備の２Ｄ／３Ｄグラフィックを
用いて、プラントの各種情報を運転員に提供している。
従来のプラント情報システムの例として、図９に特開平
６ー１７５６２６号公報に記載されたプラント監視制御
装置の構成を示す。図において、１０１はプラント、１
０２はプラント監視制御装置、１０３はプラント情報取
込処理部、１０４はプラント状態データベース作成処理
部、１０５はプラント状態データベース、１０６は記憶
装置、１０７はプラント表示可変情報定義項目、１０８
はプラント表示固定情報定義項目、１０９は表示データ
編集処理部、１１０は画面表示処理部、１１１はＣＲＴ
表示装置、１１２はマンマシン装置、１１３は表示画面
制御処理部、１１４は設備固有情報定義項目、１１５は
設備履歴情報定義項目である。

【０００３】上記従来のプラント監視制御装置では、プ
ラントからの各種情報や記憶装置内の巡視情報を、記憶
装置内の３Ｄモデルと関連づけて表示するとともに、運
転員の要求に応じて３Ｄモデルを拡大、縮小等して表示
し、運転員の情報把握を支援している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のプラント情報シ
ステムは、機器の３Ｄモデルを用いて、表示画面と実際
の機器との対応関係を分かりやすくし、現場作業時の作
業員の危険防止／作業効率の向上を図っているが、この
場合、３Ｄモデルを静的なモデルとして持っているた
め、故障箇所の把握など静的なシステムの状態監視を行
うには適しているが、機器の動き、機器に対する操作な
どの実際の作業内容、および作業実行時のプラントの各
機器の状態変化など動的なシステムの動きを理解するこ
とができない。また作業員は既存の結線図、断面図など
による表示に慣れており、単に３Ｄモデルを画面に表示
するだけでは、かえってプラントの状態が分かりにくい
場合がある。

【０００５】そこで、本発明は、上記従来技術における
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的はプラン
トの巡視作業を実際の視点と同じ視点で３Ｄ表示すると
ともに、各３Ｄモデルの動作を表示することによって、
プラントの巡視作業を仮想体験するとともに、従来から
見慣れている２Ｄの図面と、新たな３Ｄ表示とを効果的
に関連付けて表示することにより、巡視作業の仮想体験
をより効果的にし、実際の巡視作業を安全かつ確実に行
わせることの可能なプラント運転支援システムを提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に係るプラント
運転支援システムは、プラントの機器の３Ｄモデルデー
タを管理する３Ｄデータ管理部と、個々のモデルの動作
・モデル間の関連動作を記述する動作記述部と、巡視シ
ナリオを管理する巡視シナリオ管理部と、仮想世界中の
３Ｄモデルの状態を管理する仮想世界状態管理部と、中
央制御部と、表示装置とを備え、作業員がプラントを巡
視する巡視シナリオを仮想世界を用いて実行するように
したものである。

【０００７】また、上記構成にさらに入力装置および視
点データ制御部を付加し、巡視シナリオを仮想世界を用
いて実行するとき、上記入力装置からの入力に基づいて
作業員の視点位置を移動させ、その視点に基づいてシナ
リオを起動させるようにしたものである。

【０００８】また、３Ｄデータ管理部に記憶する３Ｄモ
デルデータを階層的に管理し、作業員と機器との距離に
応じて、表示する３Ｄモデルの詳細度を切り替えるよう
にしたものである。

【０００９】また、１つの機器に対して詳細度の異なる
複数の３Ｄモデルを３Ｄデータ管理部で管理し、作業員
と機器との距離に応じて、表示する３Ｄモデルを切り替
えるようにしたものである。

【００１０】また、１つの機器に対して詳細な３Ｄモデ
ルと、簡略な３Ｄモデルと、その機器の画像データを３
Ｄデータ管理部で管理し、機器の動作の有無に応じて、
詳細な３Ｄモデルによる表示と、簡略な３Ｄモデルおよ
び画像による表示とを切り替えるようにしたものであ
る。

【００１１】また、上記構成に２Ｄ図面データを管理す
る２Ｄデータ管理部および表示モード記憶部を付加し、
３Ｄデータ管理部に記憶する３Ｄモデルデータと２Ｄデ
ータ管理部に記憶する２Ｄ図面データをリンクし、巡視
シナリオを仮想世界を使って実行するとき、３Ｄモデル
の表示の上に関連のある２Ｄ図面を半透明で重ねあわせ
て表示するようにしたものである。

【００１２】また、視点位置に応じて重複表示する２Ｄ
図面を縮小して表示するようにしたものである。

【００１３】また、３Ｄモデルの表示に重複表示する２
Ｄ図面の透明度を連続的に変化させて表示するようにし
たものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。 実施の形態１．図１は本発明の実施の形態１を示すプラ
ント運転支援システムの構成図であり、このプラント運
転支援システムは、プラントの機器モデルの３Ｄモデル
データを管理する３Ｄデータ管理部１、個々のモデルの
動作・モデル間の関連動作を記述する動作記述部２、巡
視シナリオを管理する巡視シナリオ管理部３、仮想世界
中の３Ｄモデルの状態を管理する仮想世界状態管理部
４、中央制御部５、および表示装置６から構成される。

【００１５】巡視シナリオ管理部３の記憶する巡視シナ
リオには、当該巡視シナリオにおいて作業員が巡視する
機器、巡視する順序、作業内容、各作業内容実施時の視
点位置を記述する。また、上記巡視シナリオ中の作業内
容には、巡視作業実施時の３Ｄモデルの動作を、動作記
述部２内の動作情報へのリンクとして記述する。動作記
述部２に記憶する動作・関連動作には、巡視作業時にお
いて作業員が操作を行った時の３Ｄモデルの動き、およ
びある３Ｄモデルが動作した場合に付随して動作する３
Ｄモデルの動作を記述する。

【００１６】ある巡視シナリオを仮想世界を用いて実行
する場合、まず中央制御部５は、巡視シナリオ管理部３
から当該巡視シナリオにおいて作業員が巡視する機器、
および作業員がその機器に対して行う作業内容とその時
の作業員の視点位置を取り出し、取り出した個々の作業
内容に対応する機器の動作を動作記述部２から取り出
す。この時、取り出した動作情報に関連する動作情報が
存在する場合、その関連動作情報を動作記述部２から取
り出す。さらに中央制御部５は、取り出した視点位置か
ら当該巡視シナリオにおける作業員の視点移動ルートを
計算し、その視点移動ルートを移動した場合に作業員の
視野に含まれる機器を抽出し、３Ｄデータ管理部１から
当該機器の３Ｄモデルデータを取り出す。以上のデータ
を基に中央制御部５は仮想世界状態管理部４に前述３Ｄ
モデルを配置し、プラントの仮想世界を構築する。

【００１７】中央制御部５は前述のように計算した視点
移動ルートに従って、構築された仮想世界中で視点を移
動させ、その視点から見えるプラントの様子を表示装置
６に表示する。また、中央制御部５は仮想世界中での視
点の位置が当該巡視シナリオ中に記述されている各作業
内容実施時の視点位置に達した時には、前述の取り出し
た動作・関連動作の内、当該作業内容に関する動作・関
連動作を抽出し、仮想世界中でその動作・関連動作を再
現し、その模様を表示装置６に表示する。作業員はこの
表示画面を見ることにより、巡視作業を仮想体験するこ
とができる。

【００１８】実施の形態２．図２は本発明の実施の形態
２を示すプラント運転支援システムの構成図であり、実
施の形態１の構成に加え、入力装置７、および視点デー
タ制御部８から構成される。

【００１９】ある巡視シナリオを用いて作業員主導で巡
視の仮想体験を行う場合、作業員は入力装置７を用いて
仮想世界中での視点の位置を任意に移動させる。このと
き視点データ制御部８は、仮想世界中の３Ｄデータと視
点位置との干渉チェックを行い、作業員が入り込めない
場所への視点の移動を制限する。中央制御部５は、視点
の移動に伴い、その視点でのプラントの様子を表示装置
６に表示する。また、中央制御部５は作業員が移動させ
る視点の移動を監視し、視点の位置が当該巡視シナリオ
中に記述されている各作業内容実施時の視点位置に達し
た時には、取り出した動作・関連動作の内、当該作業内
容に関する動作・関連動作を抽出し、仮想世界中でその
動作・関連動作を再現し、その模様を表示装置６に表示
する。以上により作業員は巡視作業を仮想体験する際、
任意のルートを選択することができ、より現実に即した
仮想体験をすることができる。

【００２０】実施の形態３．上記実施の形態１におい
て、プラントのある機器を３Ｄモデルとして表現する場
合、複数の３Ｄモデルの集合体として表現される。そこ
で、実施の形態３では、３Ｄデータ管理部１が記憶する
各機器の３Ｄデータを、詳細度によつて階層的に管理す
る。例えば、ある制御盤を例に取ると、図３ー（１）の
ように、まず制御盤本体という１個の３Ｄモデルがあ
る。１段詳細度を上げると、それに加えて図３ー（２）
のように左右の扉があり、さらに詳細度を上げると、図
３ー（３）のように複数のスイッチとメータがある。仮
想世界中の視点に従って表示装置６にプラントの様子を
表示する時に、中央制御部５が視点位置と各機器の３Ｄ
モデルとの距離を計算し、その距離に応じて、距離が遠
い場合は階層構造の上部の３Ｄモデルのみ表示し、近い
場合は階層構造の下部のより詳細な３Ｄモデルまで表示
する。

【００２１】以上により、作業員は巡視作業を仮想体験
する際、目前にある操作対象機器については詳細な情報
を得ることができる。また、遠方にある機器については
簡略に表示されているので画面が煩雑にならず、作業員
が情報の選択に混乱することを防ぐことができる。また
仮想世界中で同時に扱う３Ｄモデルの数を減らすことが
できるため、中央制御部の負荷を軽減することができ
る。

【００２２】実施の形態４．上記実施の形態３では、３
Ｄモデルを階層的に管理し、３Ｄモデルの表示の詳細度
を切り替えているが、本実施の形態４では、１つの機器
に対して詳細度の異なる複数の３Ｄモデルを３Ｄデータ
管理部１で管理し、作業員と機器との距離に応じて、表
示する３Ｄモデルを切り替える。例えば、ブッシングを
３Ｄモデルで表現する場合、図４ー（１）のように個々
の碍子まで表現した詳細な３Ｄモデルと、図４ー（２）
のような円柱の２つの３Ｄモデルを用意し、作業員の視
点位置と機器の３Ｄモデルとの距離が近い場合は図４ー
（１）の詳細な３Ｄモデルを表示し、距離が遠い場合に
は図４ー（２）の簡略な３Ｄモデルを表示する。以上に
より実施の形態３と同様の効果を得ることができる。

【００２３】実施の形態５．上記実施の形態３では、３
Ｄモデルを階層的に管理し、３Ｄモデルの表示の詳細度
を切り替えているが、本実施の形態５では、１つの機器
に対し詳細な３Ｄモデルと、簡略な３Ｄモデルおよびそ
の３Ｄモデルの画像データを３Ｄデータ管理部１で管理
し、作業員と機器との距離に応じて、表示する３Ｄモデ
ルを切り替える。

【００２４】例えば、制御盤を３Ｄモデルで表現する場
合、図５ー（１）のように、制御盤本体、スイッチ、メ
ーター等から構成される詳細な３Ｄモデルの他に、図５
ー（２）のように制御盤本体を直方体１個で表現した簡
略な３Ｄモデルおよびその制御盤を正面から見た場合の
画像データを用意する。簡略な３Ｄモデルおよび画像デ
ータで表示する場合には、図５ー（３）のように、３Ｄ
モデルの表面に画像データを貼り付けて表示する。この
場合、詳細な３Ｄモデルは、各パーツごとの３Ｄモデル
群から構成されるので、機器の動作を表現することがで
きるが、簡略な３Ｄモデルおよび画像データでは機器の
動作を表現することはできない。そこで、その機器が実
行中の巡視シナリオにおいて動作する場合には、その機
器を詳細な３Ｄモデルで表示し、動作しない場合には、
簡略な３Ｄモデルおよび画像データを表示する。以上に
より実施の形態３と同様の効果を得ることができる。

【００２５】実施の形態６．図６は本発明の他の実施の
形態６を示すプラント運転支援システムの構成図であ
り、実施の形態１の構成に加え、２Ｄ図面データを管理
する２Ｄデータ管理部９、および表示モード記憶部１０
から構成される。

【００２６】この実施の形態６の動作を図６、図７を用
いて説明する。２Ｄデータ管理部９には、従来から用い
られているスケルトン図、機器断面図などの２Ｄ図面デ
ータを記憶する。また、３Ｄデータ管理部１には、各３
Ｄモデルに関連する２Ｄ図面データへのリンク、またそ
の２Ｄ図面データを表示する視点方向のベクトルを記憶
する。

【００２７】中央制御部５は、例えば仮想世界中のプラ
ントの機器７ー１を表示装置６に表示する場合、３Ｄデ
ータ管理部１から２Ｄ図面データを表示する視点方向の
ベクトル７ー３、７ー６を取得しておく。作業員の視点
位置がその視点方向のベクトルと重なる場合（図７の例
で、作業員の視点位置７ー２が視点方向のベクトル７ー
３と重なっている）、当該３Ｄモデルに関連する２Ｄ図
面データへのリンクをもとに、２Ｄデータ管理部９から
２Ｄ図面データを取り出し、３Ｄモデルによる表示の前
面に、半透明で当該機器に関する２Ｄ図面（図７の例で
は断面図７ー４）を表示する。この場合３Ｄモデル７ー
１を表示装置６に表示する大きさは、３Ｄモデルと視点
位置との距離によって変わるので、表示する３Ｄモデル
の大きさに合わせて、２Ｄ図面を表示する大きさを調節
し表示する。さらに、作業員の視点位置が、他のベクト
ルと重なった場合（図７の例で、作業員の視点位置７ー
５が視点方向のベクトル７ー６と重なっている）、同様
に２Ｄ図面（図７の例ではスケルトン図７ー７）を３Ｄ
モデルによる表示の前面に表示する。

【００２８】以上により、作業員は巡視作業を仮想体験
する際、３Ｄ表示と重ね合わせて従来から見慣れた２Ｄ
の図面を見ることができ、容易に情報を把握することが
できる。

【００２９】実施の形態７．本実施の形態７では、実施
の形態６において３Ｄモデルによる表示の前面に２Ｄ図
面を重ね合わせて表示する場合に、作業員の視点位置が
その２Ｄ図面データを表示する視点方向のベクトルと重
ならない場合でも、視点位置が当該ベクトルと同一側の
空間にある場合、当該ベクトル上に視点位置がある場合
の２Ｄデータの表示サイズを縮小し表示する。

【００３０】具体的には図８のように、３Ｄモデル８ー
１と重ね合わせて、視点方向のベクトルが８ー２である
２Ｄ図面８ー３を表示する場合、視点位置を当該ベクト
ル上より横方向にずれた位置８ー４とすると、本来の２
Ｄ図面の横幅を８ー５の面上に射影したものを表示す
る。視点位置が上下方向にずれている場合も同様にして
縮小する。また、視点位置が斜め位置にずれている場合
は、横方向の縮小と上下方向の縮小の両方を行う。これ
により、作業員は巡視作業を仮想体験する際、任意の位
置から２Ｄ図面を重ね合わせて見ることができる。

【００３１】実施の形態８．本実施の形態８では、実施
の形態６において３Ｄモデルによる表示の前面に２Ｄ図
面を重ね合わせて表示する場合に、作業員の要求に応じ
て、表示する２Ｄ図面データの透明度を１００％（表示
無し）から、０％（２Ｄ図面のみ表示。３Ｄモデルの表
示は２Ｄ図面の表示によって隠される）まで、表示する
データの透明度を連続的に切り替えて表示する。これに
より、作業員は巡視作業を仮想体験する際、３Ｄモデル
と２Ｄ図面を重ね合わせて見ながら、同時に、より注目
したい表示方式を選択し、見ることができる。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、本発明によるプラント運
転支援システムによれば、実際の作業時に作業員が見る
プラントの様子を、３Ｄモデルを用いて表示することに
より、巡視作業を事前に仮想体験することができ、実際
の巡視作業をより安全かつ確実に行うことができる。

【００３３】また、巡視作業の仮想体験において、視点
位置を作業員が任意に移動させ、移動した視点に基づい
て個々の機器に対する巡視作業のシナリオを起動させる
ことにより、作業員主導で巡視を仮想体験することがで
き、より現実に則した体験をすることができる。

【００３４】また、巡視作業の仮想体験において、作業
員の視点位置に応じて各機器の表示の詳細度を変化させ
ることにより、迅速な全体状況の把握と詳細な個別情報
の把握を確実に行うことができる。

【００３５】また、巡視作業の仮想体験において、３Ｄ
モデルによる表示の上に２Ｄ図面を半透明で重ね合わせ
て表示することにより、従来からある見慣れた２Ｄ図面
を通して巡視作業を仮想体験することができ、３Ｄモデ
ルによる表示に不慣れな作業員でも効果的に仮想体験が
できる。

【００３６】また、重ね合わせて表示する２Ｄ図面の透
明度を連続的に変化させることにより、作業員の習熟度
や作業内容に応じて、適切な画面表示を選択できるだけ
でなく、表示方法の切り替えによる表示方式間の個々の
情報の関係を見失うことが無くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１に係るプラント運転支
援システムの構成を示すブロック図である。

【図２】 本発明の実施の形態２に係るプラント運転支
援システムの構成を示すブロッ ク図である。

【図３】 本発明の実施の形態３に係るプラント運転支
援システムの３Ｄモデルデータの階層構造を説明する図
である。

【図４】 本発明の実施の形態４に係るプラント運転支
援システムの３Ｄモデルデータの構成を説明する図であ
る。

【図５】 本発明の実施の形態５に係るプラント運転支
援システムの３Ｄモデルデータの構成を説明する図であ
る。

【図６】 本発明の実施の形態６に係るプラント運転支
援システムの構成を示すブロック図である。

【図７】 本発明の実施の形態６に係るプラント運転支
援システムの表示画面と視点位置の関係を示す図であ
る。

【図８】 本発明の実施の形態７に係るプラント運転支
援システムの２Ｄ図面の縮小表示について説明する図で
ある。

【図９】 従来のプラント情報システムの構成を示すブ
ロック図である。

【符号の説明】

１ ３Ｄデータ管理部、２ 動作記述部、３ 巡視シナ
リオ管理部、４ 仮想世界状態管理部、５ 中央制御
部、６ 表示装置、７ 入力装置、８ 視点データ制御
部、９ ２Ｄデータ管理部、１０ 表示モード記憶部。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラントの機器の３Ｄモデルデータを管
   理する３Ｄデータ管理部、個々のモデルの動作・モデル
   間の関連動作を記述する動作記述部、巡視シナリオを管
   理する巡視シナリオ管理部、仮想世界中の３Ｄモデルの
   状態を管理する仮想世界状態管理部、中央制御部、およ
   び表示装置を備え、作業員がプラントを巡視する巡視シ
   ナリオを仮想世界を用いて実行するようにしたことを特
   徴とするプラント運転支援システム。
2. 【請求項２】 入力装置および視点データ制御部を付加
   し、巡視シナリオを仮想世界を用いて実行するとき、上
   記入力装置からの入力に基づいて作業員の視点位置を移
   動させ、その視点に基づいてシナリオを起動させるよう
   にしたことを特徴とする請求項１記載のプラント運転支
   援システム。
3. 【請求項３】 ３Ｄデータ管理部に記憶する３Ｄモデル
   データを階層的に管理し、作業員と機器との距離に応じ
   て、表示する３Ｄモデルの詳細度を切り替えるようにし
   たことを特徴とする請求項１または請求項２記載のプラ
   ント運転支援システム。
4. 【請求項４】 １つの機器に対して詳細度の異なる複数
   の３Ｄモデルを３Ｄデータ管理部で管理し、作業員と機
   器との距離に応じて、表示する３Ｄモデルを切り替える
   ようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２記
   載のプラント運転支援システム。
5. 【請求項５】 １つの機器に対して詳細な３Ｄモデル
   と、簡略な３Ｄモデルと、その機器の画像データを３Ｄ
   データ管理部で管理し、機器の動作の有無に応じて、詳
   細な３Ｄモデルによる表示と、簡略な３Ｄモデルおよび
   画像による表示とを切り替えるようにしたことを特徴と
   する請求項１または請求項２記載のプラント運転支援シ
   ステム。
6. 【請求項６】 ２Ｄ図面データを管理する２Ｄデータ管
   理部および表示モード記憶部を付加し、３Ｄデータ管理
   部に記憶する３Ｄモデルデータと２Ｄデータ管理部に記
   憶する２Ｄ図面データをリンクし、巡視シナリオを仮想
   世界を使って実行するとき、３Ｄモデルの表示の上に関
   連のある２Ｄ図面を半透明で重ねあわせて表示するよう
   にしたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれ
   か一項記載のプラント運転支援システム。
7. 【請求項７】 ３Ｄモデルの表示に重複表示する２Ｄ図
   面を視点位置に応じて縮小して表示するようにしたこと
   を特徴とする請求項６記載のプラント運転支援システ
   ム。
8. 【請求項８】 ３Ｄモデルの表示に重複表示する２Ｄ図
   面の透明度を連続的に変化させて表示するようにしたこ
   とを特徴とする請求項６記載のプラント運転支援システ
   ム。