Устройство поддержки, устройство обучения и система поддержки настройки условий эксплуатации установки
Изобретение относится к области вычислений. Технический результат заключается в повышении безопасности при эксплуатации. Устройство поддержки, структурированное для настройки условий эксплуатации установки, включает блок получения значений состояния, структурированный, чтобы получать множество значений состояния, представляющих состояния множества управляемых устройств во время эксплуатации множества управляемых устройств, а также блок предсказания, блок уведомления и блок вычисления. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.
.
Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится к устройству поддержки для поддержки настройки условий эксплуатации установки, системе поддержки настройки условий эксплуатации установки и устройству обучения, которое может использоваться в системе поддержки настройки условий эксплуатации установки.
Предшествующий уровень техники
[0002] В установке для производства химических продуктов, промышленных продуктов и тому подобного, последовательности процессов исполняются множеством устройств, таких как реактор и топочная камера, и условия эксплуатации устанавливаются различными управляющими величинами для управления множеством устройств. В установке, в которой исполняется множество процессов, поскольку различные управляющие величины могут взаимодействовать друг с другом комплексным образом, нелегко предсказать воздействие изменения в управляющей величине, и установка эксплуатируется, по мере того как управляющие величины устанавливаются квалифицированным оператором.
[0003] Чтобы такая установка эксплуатировалась безопасным и стабильным образом, требуется надлежащим образом оценивать риск установки, и предложен метод оценки риска с использованием способа, такого как HAZOP (Исследования опасности и работоспособности) (например, см. патентный документ 1 и 2).
[0004] Патентный документ 1 JP2012-98820
Патентный документ 2 WO2015/152317
Проблема, решаемая изобретением
[0005] Как раскрыто в патентном документе 1 и 2, традиционный метод оценки риска используется главным образом на стадии проектирования установки, на стадии рассмотрения условий эксплуатации установки или тому подобного. Также, в последние годы, число квалифицированных операторов снизилось вследствие старения. Настоящие изобретатели создали настоящее изобретение на основе понимания потребности в методе для применения результата оценки риска даже во время эксплуатации установки, чтобы поддерживать безопасную и стабильную эксплуатацию установки.
[0006] Настоящее изобретение создано с учетом таких проблем, как упомянуто выше, и его задача состоит в предоставлении метода для поддержки настройки условий эксплуатации, обеспечивающих возможность осуществления надлежащей эксплуатации установки.
Средство для решения проблемы
[0007] Чтобы решить вышеописанную проблему, устройство поддержки в соответствии с аспектом настоящего изобретения включает в себя блок получения значений состояния, структурированный, чтобы получать множество значений состояния, представляющих состояния множества управляемых устройств во время эксплуатации множества управляемых устройств, блок предсказания, структурированный, чтобы предсказывать предсказываемые значения для множества соответственных значений состояния в предопределенный будущий момент времени на основе множества значений состояния, полученных блоком получения значений состояния, и блок уведомления, структурированный, чтобы в случае, когда индекс, вычисленный на основе разности между каждым из значений состояния в предопределенный момент времени, полученных блоком получения значений состояния, и каждым из предсказанных значений в предопределенный момент времени или более поздний момент времени, чем предопределенный момент времени, оцененных блоком предсказания, или изменения отношения разности, удовлетворяет предопределенному условию, обеспечивать уведомление об этом случае.
[0008] В соответствии с настоящим аспектом, в случае, когда наблюдается значение состояния, отличающееся от предсказанного значения для значения состояния в предопределенный момент времени, оцененного из прошлой эксплуатации, оператор может уведомляться об этом случае, чтобы побуждать оператора предпринять надлежащие контрмеры. Соответственно, возможно адекватно поддерживать настройку надлежащих условий эксплуатации установки в реальном времени аналогично тому, как это делает квалифицированный оператор.
[0009] Блок предсказания может оценивать предсказанные значения посредством алгоритма оценки, полученного машинным обучением на основе действительных прошлых значений множества соответственных значений состояния. В соответствии с настоящим аспектом, поскольку точность оценивания предсказанных значений для значений состояния в предопределенный будущий момент времени может быть улучшена, эксплуатация, отличающаяся от прошлой эксплуатации, может выявляться более точно.
[0010] Устройство поддержки может дополнительно включать в себя блок вычисления, структурированный, чтобы вычислять индекс посредством предопределенного алгоритма вычисления индекса, в котором разность или отношение изменения разности взвешивается на основе величины воздействия, которое оказывает разность или отношение изменения разности, вычисленные для каждого из соответственных значений состояния, на эксплуатацию конкретного управляемого устройства. В соответствии с настоящим аспектом, поскольку воздействие на эксплуатацию конкретного управляемого устройства может быть выражено как индекс и может быть представлено оператору, возможно адекватно поддерживать настройку надлежащих условий эксплуатации установки в реальном времени аналогично тому, как это делает квалифицированный оператор.
[0011] Алгоритм вычисления индекса может обучаться на основе истории действительных значений для разности или отношения изменения разности, вычисленных для каждого из значений состояния и оценки для эксплуатации конкретного управляемого устройства. В соответствии с настоящим аспектом, поскольку воздействие на эксплуатацию конкретного управляемого устройства может быть выражено как индекс более точно и может быть представлено оператору, возможно адекватно поддерживать настройку надлежащих условий эксплуатации установки в реальном времени аналогично тому, как это делает квалифицированный оператор.
[0012] Устройство поддержки может дополнительно включать в себя блок обучения, структурированный для машинного обучения алгоритма вычисления индекса на основе истории действительных значений для разности или отношения изменения разности, вычисленных для каждого из значений состояния, и оценки для эксплуатации конкретного управляемого устройства. В соответствии с настоящим аспектом, поскольку воздействие на эксплуатацию конкретного управляемого устройства может быть выражено как индекс более точно и может быть представлено оператору, возможно более адекватно поддерживать настройку надлежащих условий эксплуатации установки в реальном времени аналогично тому, как это делает квалифицированный оператор.
[0013] Индекс может представлять степень важности, указывающую величину (значимость) воздействия на конкретное управляемое устройство, и степень срочности, указывающую срочность воздействия на конкретное управляемое устройство. В соответствии с настоящим аспектом, поскольку воздействие на эксплуатацию конкретного управляемого устройства может быть выражено как индекс путем разделения воздействия на степень важности и степень срочности и может быть представлено оператору, возможно более адекватно поддерживать настройку надлежащих условий эксплуатации установки в реальном времени аналогично тому, как это делает квалифицированный оператор.
[0014] Устройство поддержки может дополнительно включать в себя дисплей, структурированный, чтобы отображать степень важности и степень срочности на устройстве отображения. Дисплей может отображать матрицу, в которой степень важности графически представлена по вертикальной оси, а степень срочности - по горизонтальной оси или наоборот. В соответствии с настоящим аспектом, поскольку степень важности и степень срочности для воздействия на эксплуатацию конкретного управляемого устройства могут быть представлены оператору визуально понятным образом, возможно более адекватно поддерживать настройку надлежащих условий эксплуатации установки в реальном времени аналогично тому, как это делает квалифицированный оператор.
[0015] Дисплей может отображать на дисплейном устройстве разность или отношение изменения разности, вычисленные для каждого из множества соответственных значений состояния. В соответствии с настоящим аспектом, поскольку значение состояния, которое может оказывать воздействие на эксплуатацию конкретного управляемого устройства, может быть представлено оператору, возможно более адекватно поддерживать настройку надлежащих условий эксплуатации установки в реальном времени аналогично тому, как это делает квалифицированный оператор.
[0016] Другим аспектом настоящего изобретения является устройство обучения. Устройство обучения включает в себя блок получения оценок, структурированный, чтобы получать историю предсказанных значений для множества значений состояния, представляющих состояния множества управляемых устройств, и действительные значения и оценку для эксплуатации конкретного управляемого устройства, и блок обучения, структурированный, чтобы на основе истории и оценки осуществлять машинное обучение алгоритма вычисления индекса для вычисления индекса, представляющего величину воздействия, которое оказывает разность между каждым из предсказанных значений для множества значений состояния и действительными значениями или отношение изменения разности на эксплуатацию конкретного управляемого устройства во время эксплуатации множества управляемых устройств.
[0017] В соответствии с настоящим аспектом, в случае, когда наблюдается значение состояния, отличающееся от предсказанного значения для значения состояния в предопределенный момент времени, оцененного из прошлой эксплуатации, оператор может уведомляться об этом случае, чтобы побуждать оператора предпринимать надлежащие контрмеры. Соответственно, возможно адекватно поддерживать настройку надлежащих условий эксплуатации установки в реальном времени аналогично тому, как это делает квалифицированный оператор.
[0018] Еще одним аспектом настоящего изобретения является система поддержки настройки условий эксплуатации установки. Система поддержки настройки условий эксплуатации установки включает в себя устройство поддержки, структурированное, чтобы поддерживать настройку условий эксплуатации установки, и устройство обучения, структурированное, чтобы обучать алгоритм вычисления индекса, используемый в устройстве поддержки. Устройство поддержки включает в себя блок получения значений состояния, структурированный, чтобы получать множество значений состояния, представляющих состояния множества управляемых устройств во время эксплуатации множества управляемых устройств, включенных в установку, блок предсказания, структурированный, чтобы оценивать предсказанные значения для множества соответственных значений состояния в предопределенный будущий момент времени на основе множества значений состояния, полученных блоком получения значений состояния, и блок уведомления, структурированный, чтобы, в случае, когда индекс, вычисленный посредством алгоритма вычисления индекса на основе разности между каждым из значений состояния в предопределенный момент времени, полученных блоком получения значений состояния, и каждым из предсказанных значений в предопределенный момент времени или более поздний момент времени, чем предопределенный момент времени, оцененных блоком предсказания, или отношение изменения разности удовлетворяет предопределенному условию, обеспечивать уведомление об этом случае. Устройство обучения включает в себя блок получения оценок, структурированный, чтобы получать историю предсказанных значений для множества значений состояния, представляющих состояния множества управляемых устройств, и действительных значений и оценку для эксплуатации конкретного управляемого устройства, и блок обучения, структурированный, чтобы обучать алгоритм вычисления индекса на основе истории и оценки.
[0019] В соответствии с настоящим аспектом, в случае, когда наблюдается значение состояния, отличающееся от предсказанного значения для значения состояния в предопределенный момент времени, оцененного из прошлой эксплуатации, выполняемой квалифицированным оператором, оператор может уведомляться об этом случае, чтобы побуждать оператора предпринимать надлежащие контрмеры. Соответственно, возможно адекватно поддерживать настройку надлежащих условий эксплуатации установки в реальном времени аналогично тому, как это делает квалифицированный оператор.
[0020] Следует отметить, что произвольная комбинация вышеописанных компонентов и то, каким образом охарактеризовать настоящее изобретение, то есть, как способ, устройство, система, носитель записи и компьютерная программа, являются действительными в качестве аспектов настоящего изобретения.
ПРЕИМУЩЕСТВО ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0021] В соответствии с настоящим изобретением, можно обеспечить метод для поддержки настройки условий эксплуатации, позволяющих осуществлять надлежащую эксплуатацию установки.
Краткое описание чертежей
[0022] Фиг. 1 иллюстрирует полную конфигурацию системы поддержки настройки условий эксплуатации установки в соответствии с вариантом осуществления;
Фиг. 2 иллюстрирует конфигурацию устройства обучения в соответствии с вариантом осуществления;
Фиг. 3 иллюстрирует конфигурации устройства поддержки настройки условий эксплуатации и устройства управления в соответствии с вариантом осуществления; и
Фиг. 4 иллюстрирует пример экранного изображения, отображаемого на устройстве отображения панели управления.
Режим для выполнения изобретения
[0023] Фиг. 1 иллюстрирует полную конфигурацию системы поддержки настройки условий эксплуатации установки в соответствии с вариантом осуществления. Система 1 поддержки настройки условий эксплуатации установки включает в себя установку 3, адаптированную для производства химических продуктов, промышленных продуктов и тому подобного, и устройство 4 обучения, адаптированное для обучения алгоритма, используемого для поддержки настройки условий эксплуатации в установке 3. Установка 3 и устройство 4 обучения соединены посредством произвольной сети 2 связи, такой как Интернет и внутренняя система соединений, и эксплуатируются в произвольной форме эксплуатации, такой как “в помещениях” и граничные вычисления.
[0024] Установка 3 включает в себя управляемое устройство 10, такое как реактор и топочная камера, установленные в установке 3, устройство 20 управления, настраивающее управляющие величины для управления условиями эксплуатации управляемого устройства 10, и устройство 30 поддержки настройки условий эксплуатации, поддерживающее настройку условий эксплуатации установки 3 с использованием алгоритма, обучаемого устройством 4 обучения.
[0025] Как описано выше, не просто эксплуатировать безопасным и стабильным образом установку 3, в которой процессы, создаваемые множеством управляемых устройств 10, могут взаимодействовать друг с другом комплексным образом. В частности, когда установка 3 запускается или останавливается, возникает состояние, отличающееся от состояния во время нормальной эксплуатации, что сопровождается дополнительной сложностью. Квалифицированный оператор знает из своего опыта вид и степень важности каждого из значений состояния, предпочтительно подлежащих контролю, среди множества значений состояния, представляющих состояния установки 3, когда эксплуатация установки 3 может быть нестабильной. В случае, когда такие значения состояния являются аномальными и отличаются от значений состояния в прошлой эксплуатации, квалифицированный оператор пытается изменить управляющие величины для восстановления нормальной эксплуатации в соответствии с видом, степенью важности, величиной изменения, отношением изменения и тому подобным для каждого из измененных значений состояния. Квалифицированный оператор затем изменяет множество управляющих величин путем проб и ошибок, в то же время внимательно наблюдая за изменениями значений состояния после того, как управляющие величины изменены для восстановления нормальной эксплуатации. Такой опыт принятия контрмер по отношению к аномалии является полезным при принятии контрмер по отношению к аналогичным последующим аномалиям.
[0026] Система 1 поддержки настройки условий эксплуатации установки в соответствии с настоящим вариантом осуществления учитывает такой практический опыт квалифицированного оператора. Когда значение состояния, подлежащее контролю, является аномальным и отличается от значения состояния в прошлой эксплуатации, система 1 поддержки настройки условий эксплуатации установки вычисляет индекс, представляющий степень важности и степень срочности аномалии, и представляет индекс оператору в реальном времени, чтобы надлежащим образом поддерживать настройку условий эксплуатации для безопасной и стабильной эксплуатации установки 3. Соответственно, даже в случае, когда возникает аномалия, которая может вызвать эксплуатацию установки 3 нестабильным образом, система 1 поддержки настройки условий эксплуатации установки может представлять оператору степень важности и степень срочности аномалии как целевой индекс в реальном времени и может, таким образом, точно поддерживать надлежащие контрмеры оператором.
[0027] В системе 1 поддержки настройки условий эксплуатации установки в соответствии с настоящим вариантом осуществления, в качестве значений состояния, подлежащих контролю, устанавливается множество значений состояния, которые могут вызывать остановку или отказ конкретного управляемого устройства (ниже упоминаемого как “главное устройство”), которое может вызывать серьезный ущерб или опасность в случае, когда устройство останавливается или выходит из строя по некоторой причине, среди множества управляемых устройств 10, эксплуатируемых в установке 3.
[0028] Сначала, чтобы определить множество значений состояний, подлежащих контролю, исчерпывающим образом выявляют причины для остановки или отказа главного устройства, и среди этих причин, идентифицируют главную причину, которая напрямую и непосредственно ведет к остановке или отказу главного устройства. Затем проводят анализ дерева отказов (FTA), в котором идентифицированная главная причина установлена в качестве конечного события, для отыскания причин возникновения, маршрутов возникновения и вероятностей возникновения событий более низкого уровня, вызывающих конечное событие. Посредством такого анализа, определяется множество значений состояния, подлежащих контролю, чтобы ограничить остановку или отказ главного устройства во время эксплуатации установки 3.
[0029] Когда определены множество значений состояния, подлежащих контролю, подготавливается алгоритм вычисления индекса. В алгоритме вычисления индекса, разность между каждым из значений состояния в текущей эксплуатации и каждым из значений состояния в прошлой эксплуатации или отношение изменения разности взвешивается в соответствии с вероятностью возникновения значения состояния, маршрутом возникновения значения состояния до события более высокого уровня, величиной воздействия главной причины, служащей в качестве события более высокого уровня, на эксплуатацию главного устройства и тому подобным. В алгоритме вычисления индекса, из разности между каждым из значений состояния в текущей эксплуатации и каждым из значений состояния в прошлой эксплуатации или отношения изменения разности, вычисляется индекс, представляющий степень важности и степень срочности значения состояния, воздействующего на главное устройство.
[0030] Чтобы вычислить численное значение для разности между каждым из множества значений состояния, подлежащих наблюдению, в прошлой эксплуатации и каждым из множества значений в настоящей эксплуатации, во время эксплуатации установки 3, предсказанное значение каждого из значений состояния в предопределенный будущий момент времени оценивается на основе настоящего значения каждого из значений состояния, и вычисляется разность между предсказанным значением для каждого из значений состояния в предопределенный момент времени или более поздний момент времени и настоящим значением или отношение изменения разности. Предопределенный будущий момент времени для вычисления предсказанного значения может определяться в соответствии с видом управляемого устройства 10, включенного в установку 3, видом процесса, отношением изменения значения состояния, скоростью, с которой значение для значения состояния изменяется вследствие изменения значения для управляющей величины, и тому подобным, и может представлять собой момент времени, например, от нескольких секунд до нескольких минут после настоящего момента времени.
[0031] В настоящем варианте осуществления, чтобы точно оценить предсказанное значение каждого из значений состояния в предопределенный будущий момент времени, используется алгоритм оценки, полученный посредством машинного обучения, на основе действительного прошлого значения каждого из множества значений состояния. В другом примере, предсказанное значение может вычисляться путем использования уравнения, базы данных или подобного, установленного на основе действительных прошлых значений.
[0032] Как описано выше, в соответствии с настоящим вариантом осуществления, с использованием искусственного интеллекта, который систематически обучался индивидуальному опыту квалифицированного оператора посредством машинного обучения, эксплуатация, отличающаяся от действительной прошлой эксплуатации, может выявляться быстро и надлежащим образом, и индекс, представляющий степень важности и степень срочности воздействия эксплуатации на главное устройство, может быть представлен оператору в реальном времени. Следовательно, возможно адекватно поддерживать надлежащую настройку условий для безопасной и стабильной эксплуатации установки 3 независимо от навыков и опыта оператора.
[0033] Фиг. 2 иллюстрирует конфигурацию устройства обучения в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Устройство 4 обучения включает в себя блок 41 получения действительных значений, модуль 50 обучения алгоритма оценки, блок 44 получения оценок индекса, модуль 51 обучения алгоритма вычисления индекса и блок 49 представления. Функции компонентов реализуются компонентами аппаратных средств, такими как CPU и память, и программой, загружаемой в память, произвольного компьютера. На чертеже изображены функциональные блоки, реализуемые посредством совместной работы этих элементов. Поэтому, специалистам в данной области техники будет понятно, что функциональные блоки могут быть реализованы различным образом только аппаратными средствами, только программным обеспечением или комбинацией аппаратных средств и программного обеспечения.
[0034] Модуль 50 обучения алгоритма оценки включает в себя множество алгоритмов 43a, 43b,… оценки для вычисления соответственных предсказанных значений множества значений состояния, которые могут вызывать остановку или отказ главного устройства, и множество блоков 42a, 42b,… обучения алгоритма оценки (ниже совместно упоминаемых как “блок 42 обучения алгоритма оценки”), обучающих множество соответственных алгоритмов 43a, 43b,… оценки (ниже совместно упоминаемых как “алгоритм 43 оценки”).
[0035] Алгоритм 43 оценки используется, чтобы оценивать предсказанные значения множества значений состояния, представляющие состояния установки 3, в предопределенный будущий момент времени на основе значений состояния.
[0036] Блок 41 получения действительных значений получает от установки 3 соответственные действительные прошлые значения для множества значений состояния и значения настройки для множества управляющих величин.
[0037] Блок 42 обучения алгоритма оценки обучает посредством машинного обучения алгоритм 43 оценки на основе соответственных действительных прошлых значений для множества значений состояния и значений настройки для множества управляющих величин, полученных блоком 41 получения действительных значений. Блок 42 обучения алгоритма оценки обучает алгоритм 43 оценки, так что, когда действительные значения для множества значений состояния и значения настройки для множества управляющих величин в определенный момент времени вводятся в алгоритм 43 оценки, могут быть вычислены значения, близкие к действительным значениям для множества значений состояния в момент времени после того, как прошел предопределенный период времени с упомянутого момента времени. Блок 42 обучения алгоритма оценки может обучать алгоритм 43 оценки посредством контролируемого обучения, в котором действительные прошлые значения, полученные блоком 41 получения действительных значений, устанавливаются в качестве обучающих данных, или может обучать алгоритм 43 оценки посредством другого произвольного известного метода машинного обучения.
[0038] Поскольку блок 42 обучения алгоритма оценки обучает алгоритм 43 оценки с использованием множества действительных значений для обеспечения возможности повышения точности алгоритма 43 оценки, может генерироваться алгоритм 43 оценки, который может вычислять предсказанные значения значений состояния, более точно представляющих состояния установки 3. Также, поскольку не требуется разрабатывать развитый симулятор для воспроизведения сложного процесса, время и нагрузка, требуемые, чтобы сгенерировать алгоритм 43 оценки, могут быть значительно снижены. Также, поскольку могут воспроизводиться элементы, которые сложно воспроизвести симулятором, становится возможным более точно вычислить предсказанные выходные значения.
[0039] Алгоритм вычисления индекса используется для вычисления индекса, представляющего величину воздействия на эксплуатацию главного устройства и степень срочности на основе разности между предсказанным значением для каждого из значений состояния в предопределенный момент времени или более поздний момент времени, чем предопределенный момент времени, и действительным значением состояния в предопределенный момент времени или отношения изменения разности. Индекс представляет степень важности, указывающую величину воздействия на главное устройство, и степень срочности, указывающую срочность воздействия на главное устройство. На степени важности главным образом отражаются разность между предсказанным значением для каждого из значений состояния и действительным значением состояния и отношение изменения разности. На степени срочности отражаются отношение изменения разности между предсказанным значением в настоящий момент времени для каждого из значений состояния и действительным значением состояния в настоящий момент времени и разность между предсказанным значением в будущий момент времени для каждого из значений состояния и действительным значением состояния в настоящий момент времени или отношение изменения разности.
[0040] Блок 44 получения оценок индекса получает историю предсказанных значений, вычисленных для соответственных значений состояния и действительных значений состояния, и оценку для эксплуатации главного устройства. Оценка для эксплуатации главного устройства может вычисляться на основе истории значений состояния или может вводиться оператором. Блок 44 получения оценок индекса может получать историю предсказанных значений, вычисленных для соответственных значений состояния и действительных значений состояния, и оценку для индекса, вычисленного алгоритмом 46 вычисления важности и алгоритмом 48 вычисления срочности. Оценка для индекса может быть результатом оценки оператором.
[0041] Модуль 51 обучения алгоритма вычисления индекса включает в себя алгоритм 46 вычисления важности для вычисления степени важности, указывающей величину воздействия на главное устройство, блок 45 обучения алгоритма вычисления важности, обучающий алгоритм 46 вычисления важности, алгоритм 48 вычисления срочности для вычисления степени срочности, указывающей срочность воздействия на главное устройство, и блок 47 обучения алгоритма вычисления срочности, обучающий алгоритм 48 вычисления срочности.
[0042] Блок 45 обучения алгоритма вычисления важности и блок 47 обучения алгоритма вычисления срочности соответственно обучают алгоритм 46 вычисления важности и алгоритм 48 вычисления срочности на основе истории предсказанных значений и действительных значений состояния и оценки для эксплуатации главного устройства, полученных устройством 44 получения оценок индекса. Блок 45 обучения алгоритма вычисления важности и блок 47 обучения алгоритма вычисления срочности определяют из оценки для будущей эксплуатации главного устройства, действительно ли или нет индекс, вычисленный путем подстановки разности между предсказанным значением в предопределенный момент времени или более поздний момент времени, чем предопределенный момент времени, и значением состояния или отношения изменения разности в алгоритм 46 вычисления важности и алгоритм 48 вычисления срочности, на основе истории предсказанных значений и действительных значений состояния и оценки для эксплуатации главного устройства, полученных блоком 44 получения оценок индекса, оценивают степень важности и степень срочности воздействия на эксплуатацию главного устройства. В случае, когда будущая эксплуатация главного устройства оценивается хуже, чем предопределенная эксплуатация, блок 45 обучения алгоритма вычисления важности и блок 47 обучения алгоритма вычисления срочности обучают алгоритм 46 вычисления важности и алгоритм 48 вычисления срочности так, что может вычисляться индекс худшего значения, а в случае, когда будущая эксплуатация главного устройства оценивается лучше, чем предопределенная эксплуатация, блок 45 обучения алгоритма вычисления важности и блок 47 обучения алгоритма вычисления срочности обучают алгоритм 46 вычисления важности и алгоритм 48 вычисления срочности так, что может вычисляться индекс лучшего значения. Таким образом, блок 45 обучения алгоритма вычисления важности и блок 47 обучения алгоритма вычисления срочности могут обучать алгоритм 46 вычисления важности и алгоритм 48 вычисления срочности посредством контролируемого обучения, в котором оценка для эксплуатации главного устройства, полученная устройством 44 получения оценок индекса, устанавливается в качестве обучающих данных, или могут обучать алгоритм 46 вычисления важности и алгоритм 48 вычисления срочности посредством другого произвольного известного метода машинного обучения.
[0043] Блок 44 получения оценок индекса может получать в качестве обучающих данных значение для индекса, которое оператор вычислил или оценил самостоятельно независимо от алгоритма 46 вычисления важности и алгоритма 48 вычисления срочности. В этом случае, блок 45 обучения алгоритма вычисления важности и блок 47 обучения алгоритма вычисления срочности обучают алгоритм 46 вычисления важности и алгоритм 48 вычисления срочности, так что значение для индекса, полученное блоком 44 получения оценок индекса, может вычисляться, когда разность между предсказанным значением в предопределенный момент времени или более поздний момент времени, чем предопределенный момент времени, и значением состояния или отношение изменения разности вводится в алгоритм 46 вычисления важности и алгоритм 48 вычисления срочности.
[0044] Блок 49 представления представляет устройству 30 поддержки настройки условий эксплуатации алгоритм 43 оценки, обученный блоком 42 обучения алгоритма оценки, и алгоритм 46 вычисления важности и алгоритм 48 вычисления срочности, обученные блоком 45 обучения алгоритма вычисления важности и блоком 47 обучения алгоритма вычисления срочности.
[0045] Поскольку событие, в котором главное устройство останавливается, происходит редко, сложно обучать эксплуатацию установки 3 в случае возникновения такого события на основе прошлого возникновения события. Однако, в настоящем варианте осуществления, величина воздействия на эксплуатацию главного устройства выражается как индекс из разности между прошлой работой и настоящей работой. Соответственно, даже без действительного возникновения остановки главного устройства, можно обеспечить искусственный интеллект, обеспечивающий возможность надлежащего обнаружения состояния, в котором главное устройство может останавливаться.
[0046] На чертежах, хотя устройство 4 обучения проиллюстрировано как отдельное устройство для упрощения описания, функция устройства 4 обучения может быть реализована множеством серверов с использованием метода облачных вычислений, метода распределенной обработки или тому подобного. Следовательно, поскольку большой объем информации, собранной из установки 3, может обрабатываться на высокой скорости для побуждения обучения алгоритма 43 оценки, алгоритма 46 вычисления важности и алгоритма 48 вычисления срочности, время, требуемое, чтобы улучшить точность алгоритма 43 оценки, алгоритма 46 вычисления важности и алгоритма 48 вычисления срочности, может быть значительно сокращено.
[0047] Фиг. 3 иллюстрирует конфигурации устройства поддержки настройки условий эксплуатации и управляющего устройства в соответствии с вариантом осуществления. Устройство 20 управления включает в себя контроллер 21, панель 22 управления и хранилище 29 действительных значений.
[0048] Панель 22 управления отображает на устройстве отображения различные значения состояния, представляющие состояния эксплуатации установки 3, значения настройки для различных управляющих величин, установленные устройством 20 управления, выходные значения, представляющие результаты эксплуатации установки 3, и тому подобное и принимает значения настройки для различных управляющих величин, введенные оператором.
[0049] Контроллер 21 включает в себя блок 23 установки управляющих величин, блок 24 получения значений состояния, передатчик 25 значений состояния, передатчик 26 действительных значений, блок 27 получения оценок индекса и передатчик 28 оценок индекса. Эти функциональные блоки могут быть реализованы различным образом, например, только аппаратными средствами, только программным обеспечением и их комбинацией.
[0050] Блок 23 установки управляющих величин устанавливает значения настройки для различных управляющих величин, принятых от оператора через панель 22 управления, управляет управляемым устройством 10 и отображает значения на устройстве отображения панели 22 управления. Блок 24 получения значений состояния получает различные значения состояния, указывающие состояния эксплуатации и результаты эксплуатации установки 3, от различных датчиков и измерительных инструментов, установленных в управляемом устройстве 10, и тому подобного, отображает значения состояния на устройстве отображения панели 22 управления и сохраняет значения состояния в хранилище 29 действительных значений. Передатчик 25 значений состояния передает значения состояния, полученные блоком 24 получения значений состояния, на устройство 30 поддержки настройки условий эксплуатации. Передатчик 26 действительных значений передает значения для управляющих величин, установленные блоком 23 установки управляющих величин, и значения состояния, хранящиеся в хранилище 29 действительных значений, на устройство 4 обучения.
[0051] Блок 27 получения оценок индекса получает от оператора оценку для индекса, отображаемого на панели 22 управления. Блок 27 получения оценок индекса может получать от оператора оценку, указывающую, что индекс, отображенный на панели 22 управления, является слишком высоким или слишком низким, или может получать от оператора скорректированное значение индекса, отображаемого на панели 22 управления. Передатчик 28 оценок индекса передает на устройство 4 обучения оценку для индекса, которую блок 27 получения оценок индекса получил от оператора. Оценка для индекса используется для обучения алгоритма 46 вычисления важности и алгоритма 48 вычисления срочности в устройстве 4 обучения, как описано выше.
[0052] Устройство 30 поддержки настройки условий эксплуатации включает в себя контроллер 31, алгоритм 43 оценки, алгоритм 46 вычисления важности и алгоритм 48 вычисления срочности.
[0053] Контроллер 31 включает в себя блок 32 получения значений состояния, блоки 33a, 33b,… предсказания (ниже совместно упоминаемые как “блок 33 предсказания”), блок 34 вычисления индекса, блок 37 уведомления, дисплей 38 и блок 39 обучения. Эти функциональные блоки могут быть реализованы различным образом, например, только аппаратными средствами, только программным обеспечением и их комбинацией.
[0054] Алгоритм 43 оценки, алгоритм 46 вычисления важности и алгоритм 48 вычисления срочности получают от устройства 4 обучения и сохраняют в устройстве хранения.
[0055] Блок 32 получения значений состояния получает множество значений состояния от передатчика 25 значений состояния устройства 20 управления. Блок 33 предсказания вычисляет предсказанные значения для множества соответственных значений состояния в предопределенный будущий момент времени из множества значений состояния, полученных блоком 32 получения значений состояния, с использованием алгоритма 43 оценки и сохраняет предсказанные значения в устройстве хранения.
[0056] Блок 34 вычисления индекса включает в себя блок 35 вычисления важности и блок 36 вычисления срочности. Блок 35 вычисления важности и блок 36 вычисления срочности вычисляют разность между каждым из значений состояния, полученных блоком 32 получения значений состояния, и каждым из предсказанных значений для значений состояния, вычисленных блоком предсказания 33 и хранящихся в устройстве хранения, или отношение изменения разности и вычисляют индекс, представляющий степень важности и степень срочности с использованием алгоритма 46 вычисления важности и алгоритма 48 вычисления срочности.
[0057] В случае, когда индекс, вычисленный блоком 34 вычисления индекса, удовлетворяет предопределенным условиям, блок 37 уведомления обеспечивает уведомление об этом случае. Блок 37 уведомления может отображать вычисленный индекс на панели 22 управления все время в течение эксплуатации установки 3, чтобы уведомлять оператора об индексе, или в случае, когда индекс является худшим значением, чем предопределенное значение, блок 37 уведомления может отображать этот случай на панели 22 управления, чтобы уведомлять оператора об этом случае. Соответственно, можно уведомлять оператора о случае, когда возникает состояние, в котором главное устройство может подвергаться воздействию.
[0058] Дисплей 38 отображает на панели 22 управления матрицу, в которой степень важности графически представлена по вертикальной оси, а степень срочности - по горизонтальной оси, вычисленные блоком 34 вычисления индекса. Соответственно, степень важности и степень срочности воздействия текущего состояния на главное устройство могут быть представлены оператору визуально понятным образом. Дисплей 38 отображает на панели 22 управления разность между каждым из предсказанных значений, вычисленных для множества значений состояния, и каждым из значений состояния или отношение изменения разности. Соответственно, поскольку возможно представить оператору, какое из множества значений состояния, которое может воздействовать на главное устройство, является аномальным, и степень аномалии значения состояния, то возможно надлежащим образом представить информацию, которую оператору необходимо проверить для изменения значения настройки для управляющей величины.
[0059] Блок 39 обучения обучает алгоритм 43 оценки, алгоритм 46 вычисления важности или алгоритм 48 вычисления срочности. Блок 39 обучения может повторно обучать алгоритм 43 оценки, алгоритм 46 вычисления важности или алгоритм 48 вычисления срочности аналогично тому, как это делают блок 42 обучения алгоритма оценки, блок 45 обучения алгоритма вычисления важности или блок 47 обучения алгоритма вычисления срочности устройства 4 обучения. В случае, когда алгоритм 43 оценки, алгоритм 46 вычисления важности или алгоритм 48 вычисления срочности повторно обучаются в устройстве 4 обучения, блок 39 обучения может не предусматриваться.
[0060] Фиг. 4 иллюстрирует пример экранного изображения, отображаемого на устройстве отображения панели управления. На экранном изображения отображаются блок-схема последовательности операций процесса установки 3, множество значений состояния, предсказанные значения для значений состояния спустя предопределенный период времени, матрица, в которой графически представлены степень важности и степень срочности, и переход значения состояния. Оператор определяет значения настройки для управляющих величин со ссылкой на представленную информацию и вводит значения настройки на панели 22 управления. Устройство 23 установки управляющих величин управляет управляемым устройством 10 на основе введенных значений настройки.
[0061] Устройство 34 вычисления индекса вычисляет индекс с предопределенными интервалами, и дисплей 38 графически представляет степень важности и степень срочности индекса, вычисленного с предопределенными интервалами, в матрице. То есть, матрица степени важности и степени срочности обновляется в реальном времени и представляет настоящее состояние установки 3. Патентные документы 1 и 2 раскрывают отображение матрицы. Однако, в каждой из матриц, степень важности или степень воздействия устанавливается по одной оси, в то время как частота возникновения устанавливается по другой оси. Каждая из матриц не отображается на панели 22 управления установки 3 и не обновляется в реальном времени. Отображение матрицы и переход значения состояния и предсказанного значения в соответствии с настоящим вариантом осуществления все время отображаются на панели 22 управления. Таким образом, в случае, когда возникает аномалия, оператор может изменить значения настройки для управляющих величин и управлять состояниями эксплуатации установки 3 при проверке перехода значения состояния и предсказанного значения в реальном времени.
[0062] Настоящее изобретение было описано выше на основе варианта осуществления. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что настоящий вариант осуществления является иллюстративным, что комбинация соответственных компонентов и соответственных процессов может иметь различные примеры модификаций, и что такие примеры модификаций находятся в пределах объема настоящего изобретения.
[0063] Метод настоящего изобретения применим не только к установке, использующей непрерывный процесс, но также к установке, использующей периодический процесс.
Описание ссылочных позиций
[0064] 1 система поддержки настройки условий эксплуатации установки, 3 установка, 4 устройство обучения, 10 управляемое устройство, 20 устройство управления, 21 контроллер, 22 панель управления, 23 блок установки управляющих величин, 24 блок получения значений состояния, 25 передатчик значений состояния, 26 передатчик действительных значений, 27 блок получения оценок индекса, 28 передатчик оценок индекса, 29 хранилище действительных значений, 31 контроллер, 32 блок получения значений состояния, 33 блок предсказания, 34 блок вычисления индекса, 37 блок уведомления, 38 дисплей, 39 блок обучения, 41 блок получения действительных значений, 42 блок обучения алгоритма оценки, 43 алгоритм оценки, 44 блок получения оценок индекса, 45 блок обучения алгоритма вычисления важности, 46 алгоритм вычисления важности, 47 блок обучения алгоритма вычисления срочности, 48 алгоритм вычисления срочности, 49 блок представления, 50 модуль обучения алгоритма оценки, 51 модуль обучения алгоритма вычисления индекса
Промышленная применимость
[0065] Настоящее изобретение применимо к устройству поддержки для поддержки настройки условий эксплуатации установки.
1. Устройство поддержки, структурированное для настройки условий эксплуатации установки, содержащее:
блок получения значений состояния, структурированный, чтобы получать множество значений состояния, представляющих состояния множества управляемых устройств во время эксплуатации множества управляемых устройств;
блок предсказания, структурированный, чтобы оценивать предсказанные значения для множества соответственных значений состояния в предопределенный будущий момент времени на основе множества соответственных значений состояния, полученных блоком получения значений состояния; и
блок уведомления, структурированный, чтобы в случае, когда индекс, вычисленный на основе разности между каждым из значений состояния в предопределенный момент времени, полученных блоком получения значений состояния, и каждым из предсказанных значений в предопределенный момент времени или более поздний момент времени, чем предопределенный момент времени, оцененных блоком предсказания, или отношение изменения разности удовлетворяет предопределенному условию, обеспечивать уведомление об этом случае,
блок вычисления, структурированный, чтобы вычислять индекс посредством предопределенного алгоритма вычисления индекса, в котором разность или отношение изменения разности взвешивается соответственно на основе величины воздействия, которое оказывает разность или отношение изменения разности, вычисленные для каждого из соответственных значений состояния, на эксплуатацию конкретного управляемого устройства.
2. Устройство поддержки по п. 1, причем блок предсказания оценивает предсказанные значения посредством алгоритма оценки, полученного посредством машинного обучения на основе действительных прошлых значений множества соответственных значений состояния.
3. Устройство поддержки по п. 1 или 2, причем алгоритм вычисления индекса обучается на основе истории предсказанных значений, вычисленных для соответственных значений состояния и действительных значений, и оценки для эксплуатации конкретного управляемого устройства.
4. Устройство поддержки по п. 3, дополнительно содержащее:
блок обучения, структурированный для машинного обучения алгоритма вычисления индекса на основе истории предсказанных значений, вычисленных для соответственных значений состояния и действительных значений, и оценки для эксплуатации конкретного управляемого устройства.
5. Устройство поддержки по любому из пп. 1-4, причем индекс включает в себя степень важности, указывающую величину воздействия на конкретное управляемое устройство, и степень срочности, указывающую срочность воздействия на конкретное управляемое устройство.
6. Устройство поддержки по п. 5, дополнительно содержащее:
дисплей, структурированный, чтобы отображать степень важности и степень срочности на устройстве отображения.
7. Устройство поддержки по п. 6, причем дисплей отображает матрицу, в которой степень важности графически представлена по вертикальной оси, а степень срочности - по горизонтальной оси, или наоборот.
8. Устройство поддержки по п. 6 или 7, причем дисплей отображает на устройстве отображения разность или отношение изменения разности, вычисленные для каждого из множества соответственных значений состояния.
9. Устройство обучения, структурированное для обучения алгоритма вычисления индекса, содержащее:
блок получения оценок, структурированный, чтобы получать историю предсказанных значений для множества значений состояния, представляющих состояния множества управляемых устройств, и действительные значения и оценку для эксплуатации конкретного управляемого устройства; и
блок обучения, структурированный, чтобы на основе истории и оценки осуществлять машинное обучение алгоритма вычисления индекса для вычисления индекса, представляющего величину воздействия, которое оказывает разность между каждым из предсказанных значений для множества значений состояния и действительных значений или отношение изменения разности на эксплуатацию конкретного управляемого устройства во время эксплуатации множества управляемых устройств.
10. Система поддержки настройки условий эксплуатации установки, содержащая:
устройство поддержки, структурированное, чтобы поддерживать настройку условия эксплуатации установки; и
устройство обучения, структурированное, чтобы обучать алгоритм вычисления индекса, используемый в устройстве поддержки,
причем устройство поддержки содержит:
блок получения значений состояния, структурированный, чтобы получать множество значений состояния, представляющих состояния множества управляемых устройств во время эксплуатации множества управляемых устройств, включенных в установку;
блок предсказания, структурированный, чтобы оценивать предсказанные значения для множества соответственных значений состояния в предопределенный будущий момент времени на основе множества соответственных значений состояния, полученных блоком получения значений состояния; и
блок уведомления, структурированный, чтобы в случае, когда индекс, вычисленный посредством алгоритма вычисления индекса на основе разности между каждым из значений состояния в предопределенный момент времени, полученных блоком получения значений состояния, и каждым из предсказанных значений в предопределенный момент времени или более поздний момент времени, чем предопределенный момент времени, оцененных блоком предсказания, или отношение изменения разности удовлетворяет предопределенному условию, обеспечивать уведомление об этом случае, и
причем устройство обучения содержит:
блок получения оценок, структурированный, чтобы получать историю предсказанных значений для множества значений состояния, представляющих состояния множества управляемых устройств, и действительные значения и оценку для эксплуатации конкретного управляемого устройства; и
блок обучения, структурированный, чтобы обучать алгоритм вычисления индекса на основе истории и оценки.
