JP6109066B2 - エネルギー管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、エネルギー管理方法に関する。詳細には、推定モデルを用いたエネルギー管理方法に関する。
本願は、２０１１年２月２８日に出願された日本国特許出願第２０１１−０４２４１３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

特許、特許出願、特許公報、科学文献等を以下で引用し明らかにするが、本発明の従来技術をより十分に説明するため、それらの内容をここに援用する。
近年、地球温暖化を防止するための温室効果ガスの削減と、限りある資源を有効利用することが強く求められている。そこで、電気、燃料、蒸気、熱、圧縮空気などの各種エネルギーを使用するのにあたり、これらのエネルギーをより効率よく利用するために、様々なエネルギー管理技術が提案され、実用化されている。

具体的なエネルギー管理手法として、たとえば特許文献１は、設備改修による省エネルギー量を環境要因の変化に影響されることなく正確に推定できるように、エネルギー消費量を推定する推定モデルの推定因子に、環境要因を組み込む手法を開示している。

特開２００７−１８３２２号公報

しかし、たとえば工場全体もしくはプラント全体におけるエネルギーの使用効率を改善するためには、工場で用いるそれぞれの設備の推定モデルの推定因子に環境要因を組み込むだけでは不十分と考えられる。

すなわち、推定モデルを用いて工場全体のエネルギー使用効率の最適化を図るのにあたっては、環境要因に加え、更に、推定モデルに工場の設備単位ごとの運転モードや工場全体の操業モードなどに対応したエネルギー特性も反映させることが望ましい。

本発明は、このような問題点に着目したものであり、高精度にエネルギー使用効率の最適化が行えるエネルギー管理技術を実現する。

エネルギー管理方法は、エネルギー管理対象物を特定するステップと、前記エネルギー管理対象物の時間遷移しうるステータスをモニタリングするステップと、前記エネルギー管理対象物の少なくとも１つのステータスに対応する、前記エネルギー管理対象物の稼動に伴うエネルギー消費量およびエネルギー変換量を推定するための少なくとも１つの推定モデルを定義するステップと、を含む。

前記推定モデルを定義するステップは、前記エネルギー管理対象物の複数の異なるステータスの各々に対応する、複数の前記推定モデルを定義するステップであってもよい。

前記エネルギー管理方法は、前記複数の推定モデルに基づいて、前記エネルギー管理対象物の稼動に伴うエネルギー消費量およびエネルギー変換量を推定するステップを更に含んでもよい。

前記エネルギー管理対象物は、デバイス、機器、装置、設備、施設、工程ライン、工場の少なくとも１つを含んでもよい。

前記エネルギー管理方法は、前記エネルギー管理対象物を、複数のバウンダリに分割するステップ、を更に含み、前記モニタリングするステップは、前記複数のバウンダリのうち少なくとも１つの時間遷移しうるステータスをモニタリングし、前記推定モデルを定義するステップは、前記バウンダリの少なくとも１つのステータスに対応する、少なくとも１つの推定モデルを定義してもよい。

前記エネルギー管理方法は、前記推定モデルを、前記複数の異なるステータスの各々におけるエネルギー消費量およびエネルギー変換量の少なくとも１つの実測値に基づき修正するステップ、を更に含んでもよい。

前記推定モデルを修正するステップは、前記推定モデルの自動修正の可／否の選択をすることと、前記推定モデルの修正の履歴を複数保存し、修正前の前記推定モデルの選択を可能とすることと、を含んでもよい。

設備の１つのステータスに対応する前記推定モデルを、銘柄ごとに分けて定義してもよい。

前記推定モデルは、異なる設備のバウンダリを二個以上関連付けて合成される複合モデルであってもよい。

エネルギー管理装置は、稼動することによりエネルギーを消費または変換するエネルギー管理対象物のエネルギー消費量およびエネルギー変換量を実測し、前記エネルギー管理対象物の時間遷移しうるステータスをモニタリングする監視部と、前記エネルギー管理対象物の少なくとも１つのステータスに対応する、前記エネルギー管理対象物の稼動に伴うエネルギー消費量およびエネルギー変換量を推定するための少なくとも１つの推定モデルを定義する推定モデル定義部と、前記推定モデルを格納する推定モデル格納部と、前記推定モデル格納部に格納されている前記推定モデルを、前記エネルギー管理対象物の稼動に伴う前記エネルギー消費量および前記エネルギー変換量に基づき修正し、前記推定モデル格納部に格納する推定モデル修正部と、を備える。

前記監視部は、前記エネルギー管理対象物を分割することによって生成される複数のバウンダリの各々のエネルギー消費量およびエネルギー変換量を実測し、前記複数のバウンダリの各々の時間遷移しうるステータスをモニタリングし、前記推定モデル定義部は、前記複数のバウンダリの各々の少なくとも１つのステータスに対応する、前記複数のバウンダリの各々の稼動に伴うエネルギー消費量およびエネルギー変換量を推定するための少なくとも１つの推定モデルを定義し、前記推定モデル修正部は、前記推定モデルを、前記複数のバウンダリの各々の稼動に伴う前記エネルギー消費量および前記エネルギー変換量に基づき修正し、前記推定モデル格納部に格納してもよい。

エネルギー管理システムのＧＵＩ方法は、エネルギー生成設備、エネルギー分配設備、エネルギー需要設備、の中から、複数のエネルギー管理対象物を特定するステップと、前記エネルギー管理対象物の時間遷移しうるステータスをモニタリングするステップと、前記エネルギー管理対象物の１つのステータスに対応する推定モデルを定義するステップと、定義された前記推定モデルに基づいて、前記エネルギー管理対象物の稼動に伴うエネルギー消費量およびエネルギー変換量を推定するステップと、前記エネルギー需要設備を含む第１のバウンダリと、前記エネルギー生成設備およびエネルギー分配設備の少なくとも１つを含む第２のバウンダリと、を互いに関連付けて表示する表示ステップと、を含む。

前記表示ステップにおいて、一次情報である過去の設備エネルギー値と、前記一次情報にもとづいて加工または生成された二次情報と、が分別して表示されてもよい。

前記表示ステップにおいて、前記一次情報のみを扱う第１の表示・操作用ウィンドウ画面と、前記二次情報のみを扱う第２の表示・操作用ウィンドウ画面と、が系統分けて表示されてもよい。

前記表示ステップにおいて、前記ステータスが、動的な状態遷移図で表示されてもよい。

前記動的な状態遷移図は、前記エネルギー管理対象物のバウンダリ内設備と対応させた階層構造のバブルチャートであってもよい。

前記バブルチャートは、前記エネルギー対象物の稼動に伴い時間軸上を推移するそれぞれの前記設備ステータスに対応する入力定義および／または出力表示を行うバブルと、任意の前記バブル間を接続してこれらの設備ステータス間で遷移経路を特定する状態移行ルートと、を含み、前記状態移行ルートは、前記任意の設備ステータス間の移行期間中の状態を、境界条件として定義できてもよい。

前記エネルギー管理対象物は、生産スケジュール情報に基づいて稼動し、前記エネルギー管理システムのＧＵＩ方法は、前記推定モデルおよび前記生産スケジュール情報に基づいて将来の前記エネルギー消費量および前記エネルギー変換量を推定するステップ、を更に含んでもよい。

生産スケジュールに基づいて稼動し、稼動することによりエネルギーを消費および変換する、エネルギー管理設備と、前記エネルギー管理設備の時間遷移しうるステータス、エネルギー消費量およびエネルギー変換量をモニタリングする監視部と、外部情報を取得して出力する外部情報入力部と、前記外部情報に基づいて、前記エネルギー管理設備における前記エネルギー消費量および前記エネルギー変換量を管理するためのエネルギー管理装置と、を備える、エネルギー管理システムであって、前記エネルギー管理装置は、前記生産スケジュール情報を格納する、生産スケジュール情報格納部と、前記エネルギー管理設備の設備情報を格納する、設備情報格納部と、前記外部情報入力部が取得した前記外部情報を格納する、外部変動因子情報格納部と、前記監視部から前記エネルギー管理設備のエネルギー消費量およびエネルギー変換量を設備実績値として受信して格納する、設備実績値格納部と、前記エネルギー管理対象物を複数のバウンダリに分割するバウンダリ設定部と、前記生産スケジュール情報、前記設備情報、前記設備実績値に基づき、前記複数のバウンダリの各々における、少なくとも１つの前記ステータスに対応する、エネルギー消費量およびエネルギー変換量を推定するための複数の推定モデルを定義する、推定モデル定義部と、前記設備実績値および前記外部情報に基づき、前記複数の推定モデルを修正する、推定モデル修正部と、前記推定モデル修正部で修正された前記複数の推定モデルを合成してＧＵＩで表示する、ＧＵＩ表示部と、を備える。

前記ＧＵＩ表示部は、前記推定モデルおよび前記生産スケジュール情報に基づいて、将来の前記エネルギー消費量および前記エネルギー変換量を推定して表示してもよい。

本発明により、高精度にエネルギー使用効率の最適化が行える。

本発明に係るエネルギー管理方法が適用されるエネルギー管理システムの一実施形態を示すブロック図である。 図１の動作の流れを説明するフローチャートである。 テーブル入力方式のフォーマット例である。 バブルチャート入力方式のフォーマット例図である。 図２のフローチャートの処理により生成されるエネルギー特性例図である。 時間軸での設備１のステータス変化とエネルギー消費量の関係を示した図である。 本発明に係る複数のバウンダリの分割設定例図である。 本発明に係る複数のバウンダリの分割設定例図である。 本発明に係る複数のバウンダリの分割設定例図である。 生産計画に基づいてオペレータが設備運転計画を割り付けた図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態の以下の説明は、添付のクレームで規定される発明及びその均等物を単に具体的に説明するものであって、それらを限定することを目的としていないことは、本開示内容に基づき当業者にとって明らかである。
なお、以下の説明において、「エネルギー」とは、ＩＳＯ５０００１の定義と同様に、電気、燃料、蒸気、熱、圧縮空気およびその他類似の媒体をいう。

「設備」とは、エネルギー管理対象物と位置付けられる物理的空間の総称であって、たとえば工場、工場内に設置される各種の工程ライン、これら工程ラインを構成したり付帯する要素部品や機器や装置や狭義の設備、これら工程ラインとは独立した形態で工場内に設置される施設、狭義の設備、機器、要素などを含む。

「工場」とは、複数あるいは単一の銘柄の製品を製造する施設（群）で、複数または単一の工程ラインとこれらにエネルギー等を供給するエネルギー供給施設／設備等で構成される。例えば半導体工場や石油化学工場などの例がある。

「施設」とは、特定の目的のために作られた建物や設備である。工場内エネルギー供給施設やプリント基板製造施設などの例がある。プリント基板製造施設には、単数あるいは複数の工程ラインが設備される。

「工程ライン」とは、複数あるいは単一の銘柄の製品を生産する一連の設備や装置によって構成される生産の単位である。例えば自動車組み立て工程ラインなどがある。狭義の設備とは複数あるいは単一の装置や機器で構成される機能の単位である。脱硫設備や熱源設備などの例がある。

「装置」とは、一定の機能を持った機構のひとまとまりである。半導体製造装置などの例がある。
「機器」とは、器具、器械、機構の総称である。モータやポンプなどが機器の例である。
「デバイス」とは、特定の機能を有す装置、器具である。設備や機器の構成物として用いられる。蒸気流量センサーやバルブなどが例としてあげられる。

「バウンダリ」とは、これら広義の設備をエネルギー管理対象物として定めることができる任意の閉空間をいう。すなわち、上述した広義の設備群の一部分、すなわち、たとえば工場の一部分を、エネルギー管理対象物として定めることを、バウンダリという。バウンダリによって定められたエネルギー管理対象物の、エネルギー消費量および変換量の管理を行う。このバウンダリは、自由に定義や変更ができ、ソフトウェアの数式による推定モデルの対象にもなりうる。このような数式モデルは、エネルギーマネジメント目的に応じて、複数の数式モデル群を合成したり、複数の数式モデルに細分化して階層化することも可能である。

エネルギーマネジメントの大きな目的は、エネルギーの有効利用にあるが、詳細な目的としては、エネルギーの無駄な使用の発見と対策、設備（群）あるいはバウンダリ単位のエネルギー効率目標からの逸脱の管理と対策、エネルギーの調達計画のための消費量予測、生産銘柄ごとのエネルギー効率の管理と対策などがある。

本発明では、エネルギーを扱う目的に応じて、エネルギー使用に係わる設備をエネルギー需要設備に分類し、エネルギー供給に係わる設備をエネルギー供給設備として分類している。

エネルギー需要設備の代表例には工場がある。工場は、構成単位で細分階層化することができる。たとえば、装置、設備（狭義）、施設、ライン単位にバウンダリ設定された集合モデルとして扱うこともできる。

一般に、工場などのエネルギー需要設備におけるエネルギー使用効率管理は、エネルギー需要設備を、適切な数の複数のバウンダリ（サブ設備）に分ける。そして、それぞれのサブ設備、あるいはサブ設備の群ごとに、エネルギー使用効率管理が行われる。その他、組織単位や建物単位でのエネルギー使用効率管理も行われる。また、バウンダリ設定は、エネルギー使用量や計測の容易性などを考慮して行われる。一般に、電気炉などの顕著なエネルギー消費設備は、エネルギー需要設備における重点マネジメント対象設備と位置付けられており、組立てラインなどの他設備とは別枠でエネルギー管理を行うのが良いとされている。すなわち、電気炉などの顕著なエネルギー消費設備は、別枠のバウンダリとして扱うと、エネルギー管理を効率的に行うことができる。

エネルギー管理のためには、計測と分析が必要であり、このためにはコストがかかる。このため、エネルギー消費が大きい設備や、大きなエネルギー効率改善が可能な設備からエネルギー管理を始め、徐々に管理の範囲を拡大していくのが投資回収の観点で合理的であるためである。

一方、エネルギー供給設備の代表的なものには、いわゆるＢＴＧ（ボイラ、タービン、ジェネレータの略）がある。多くのエネルギー需要設備では、エネルギー供給設備であるＢＴＧの出力すなわち蒸気、電力等を生産、運転、操業など稼働用の動力源として利用している。エネルギー供給設備においても、エネルギー需要設備と同様に、バウンダリを階層状に細分化することにより、任意のバウンダリ設定が可能である。エネルギー供給設備の目的はエネルギーの変換である。たとえば燃料から蒸気や電気エネルギーへの変換を行う。

図１は、本発明に係るエネルギー管理方法が適用されるエネルギー管理システムの一実施形態を示すブロック図である。図１において、エネルギー供給設備１は、エネルギーを生成するエネルギー生成設備１ａと、エネルギー生成設備１ａで生成されたエネルギーをエネルギー需要設備２に分配するエネルギー分配設備１ｂとを備える。

エネルギー生成設備１ａは、エネルギー生成設備１ａが操作設定される運転稼動条件に応じて適切に運転稼動されるように監視制御するための監視制御システム１ａｓを備える。エネルギー分配設備１ｂは、エネルギー分配設備１ｂが操作設定される運転稼動条件に応じて適切に運転稼動されるように監視制御するための監視制御システム１ｂｓを備える。エネルギー需要設備２は、エネルギー需要設備２が操作設定される運転稼動条件に応じて適切に運転稼動されるように監視制御するための監視制御システム２ｓを備える。監視制御システム１ａｓ、１ｂｓ、２ｓは、それぞれの設備の構成に適合するセンサー類や制御機器類を備える。

監視制御システム１ａｓ、１ｂｓ、２ｓは、通信ネットワーク３を介して外部情報入力部４およびエネルギー管理装置５と接続されている。なお、監視制御システム１ａｓ、１ｂｓ、２ｓのうち、エネルギー管理装置５と近接しているものについては、通信ネットワーク３とは別の通信回線を介して直接接続してもよい。

外部情報入力部４は、たとえば気象予報値や気象観測値などの気象データを取得し、通信ネットワーク３を介してエネルギー管理装置５に提供するサービス機能を有する。なお、外部情報入力部４の機能は、監視制御システム１ａｓ、１ｂｓ、２ｓのいずれかが行ってもよい。

エネルギー供給設備１やエネルギー需要設備２の特性は、気温や湿度など気象条件の影響を受ける場合がある。外部情報入力部４により気象予報値や気象観測値などの気象データを取得してエネルギー管理装置５に取り込む。エネルギー管理装置５に取り込んだ気象データを用いて、気象データとエネルギー消費量の関係をモデル化したり、解析する。

エネルギー管理装置５は、たとえば少なくとも１台のＰＣやＷＳなどで構成される。エネルギー管理装置５は、インターフェース機能、表示操作機能、各種情報を取得し、生成し、管理し、検証し、調整し、格納する機能などを備えている。

エネルギー管理装置５は、設備・外部情報インターフェース部５ａと、ＧＵＩ表示操作部５ｂと、一次情報インターフェース部５ｃと、生産スケジュール情報取得部５ｄと、生産スケジュール情報格納部５ｅと、設備エネルギー特性生成部５ｆと、設備情報取得部５ｇと、設備情報格納部５ｈと、外部変動因子情報取得部５ｉと、外部変動因子情報格納部５ｊと、設備エネルギー特性調整部５ｋと、設備実績値格納部５ｍと、設備エネルギー特性検証部５ｎと、二次情報インターフェース部５ｐと、設備エネルギー特性合成部５ｑと、推定モデル格納部５ｒと、を備える。

エネルギー管理装置５において、設備・外部情報インターフェース部５ａは、通信ネットワーク３を介してエネルギー管理装置５と外部装置などとの間で各種情報の授受処理を行う入出力機能を有している。設備・外部情報インターフェース部５ａは、オペレータからの入力操作対応機能やオペレータなどへの表示機能を有するＧＵＩ表示操作部５ｂに接続される。また、設備・外部情報インターフェース部５ａは、一次情報インターフェース部５ｃにも接続されている。

ＧＵＩ表示操作部５ｂは、ＧＵＩを用いた表示機能と操作インターフェース機能とを備える。ＧＵＩ表示操作部５ｂは、たとえばウィンドウ表示を行うにあたり、同一ウィンドウ内での一括表示や、複数ウィンドウでも表示枠に共通のデザインやカラー配色を施すなどにより、表示機能と操作インターフェース機能に統一感を持たせることができる。

一次情報インターフェース部５ｃには生産スケジュール取得部５ｄが接続されている。生産スケジュール取得部５ｄには生産スケジュール格納部５ｅが接続されている。生産スケジュール格納部５ｅは設備エネルギー特性生成部５ｆ（推定モデル定義部）に接続されている。

生産スケジュール情報取得部５ｄは、図示しない外部サーバーに格納されている銘柄などの生産情報やスケジュール情報を含む生産スケジュール情報を、通信機能を用いてエネルギー管理装置５に取り込み生産スケジュール情報格納部５ｅに格納する。なお、生産スケジュール情報は、オペレータがＧＵＩ表示操作部５ｂを介して直接入力してもよい。

また、一次情報インターフェース部５ｃには設備情報取得部５ｇが接続されている。設備情報取得部５ｇには設備情報格納部５ｈが接続されている。設備情報格納部５ｈは設備エネルギー特性生成部５ｆに接続されている。

設備情報取得部５ｇは図示しない外部サーバーに格納されている設備情報（バウンダリ内の設備情報）を取得する。また設備情報取得部５ｇは、設備情報をエネルギー管理対象から直接取得する。また設備情報取得部５ｇは、オペレータがＧＵＩ表示操作部５ｂを操作して登録、変更、削除などを行った設備情報を取得する。設備情報取得部５ｇは取得した設備情報を、設備情報格納部５ｈに格納する。設備情報は、個々の設備に関する情報で一般的な設備情報（名称、型名、機能、仕様など）を指す。

そして、一次情報インターフェース部５ｃには外部変動因子情報取得部５ｉが接続されている。外部変動因子情報取得部５ｉには外部変動因子情報格納部５ｊが接続されている。外部変動因子情報格納部５ｊは設備エネルギー特性調整部５ｋおよび設備エネルギー特性検証部５ｎに接続されている。

外部変動因子情報取得部５ｉは、外部情報入力部４に入力される外部情報、たとえば前述のような気象データを取得して外部変動因子情報として外部変動因子情報格納部５ｊに格納する。

さらに、一次情報インターフェース部５ｃには設備実績値格納部５ｍが接続されている。設備実績値格納部５ｍは設備エネルギー生成部５ｆと設備エネルギー特性調整部５ｋおよび設備エネルギー特性検証部５ｎに接続されている。

監視制御システム１ａｓ、１ｂｓ、２ｓは、監視情報を取得する。監視情報は、監視制御システム１ａｓ、１ｂｓ、２ｓがエネルギー生成設備１ａ、エネルギー分配設備１ｂ、エネルギー需要設備２を監視することによって得られる情報である。設備実績値格納部５ｍは、監視制御システム１ａｓ、１ｂｓ、２ｓが取得した監視情報を受信し、管理対象の設備エネルギー実績データとして格納する。すなわち設備やバウンダリ内のエネルギー消費量は、設備実績値格納部５ｍに集められる。

生産スケジュール情報格納部５ｅは、生産スケジュール情報を格納する。設備情報格納部５ｈは、設備情報を格納する。外部変動因子情報格納部５ｊは、外部変動因子情報を格納する。設備実績値格納部５ｍは、設備エネルギー実績データを格納する。生産スケジュール情報格納部５ｅに格納される生産スケジュール情報、設備情報格納部５ｈに格納される設備情報、外部変動因子情報格納部５ｊに格納される外部変動因子情報および設備実績値格納部５ｍに格納される設備エネルギー実績データは、原則として設備・外部情報インターフェース部５ａを介して取り込まれ格納される処理加工前の実データであり、ＧＵＩ表示操作部５ｂから見て一次情報インターフェース部５ｃに属する情報として分類される。

次に、二次情報インターフェース部５ｐを介してアクセスする構成要素を説明する。二次情報とは、実際の設備の情報やセンサーからの測定値などの一次情報ではなく、本エネルギー管理装置にて管理対象とする、各バウンダリのエネルギーに係わる予測値及び／又は推定値等の情報を指す。以下に二次情報インターフェース部５ｐと接続する各部の説明を行う。

設備エネルギー特性生成部５ｆは、エネルギー推定モデルを定義する対象範囲（バウンダリ）内にある各設備群の推定モデルを定義する。具体的には、生産スケジュール情報格納部５ｅに格納されている生産スケジュール情報、設備情報格納部５ｈに格納されている実際の設備情報および設備実績値格納部５ｍに格納されている実際の設備エネルギー実績データに基づき、生産銘柄や設備のステータス（状態）毎にエネルギー消費特性およびまたはエネルギー供給特性をたとえばテーブル形式で、それぞれの設備の推定モデルとして定義する。

設備のステータス（状態）とは、例えば、設備が稼働中か停止中かである。さらに、稼働中は、スタンバイ中、立ち上げ中、生産中、シャットダウン中などに分かれる。図５Ｂにステータスの例が示されている。

生産銘柄ごとのエネルギー消費特性は、複数の銘柄を生産する設備の場合には生産銘柄に紐づけてエネルギー消費量を計量することで得られる。工場としての最終的な生産銘柄は、その構成要素に分解して消費量を把握する。この構成要素への分解は、生産計画を立案する際に一般に行われている各設備や装置の稼働計画にブレークダウンする場合と同様の手法で行うことができる。具体的には、最終的な生産銘柄を、構成部品や原材料などの構成要素に分解し、それぞれの構成要素を実際に生産した設備の消費エネルギーを計量する。一般的に構成要素への分解とエネルギー消費量の計量は、コストや手間がかかるため、生産銘柄の工場全体の生産量に対する比率や、生産に関わる設備群のエネルギー使用量の構成比率を考慮し、実際に計量を行う範囲を決め、他のエネルギー使用は生産銘柄の比率などで按分しても良い。

なお、設備エネルギー特性生成部５ｆにおいて定義される推定モデルは、各設備のカタログに記載されている特性情報などから定義してもよい。また、推定モデルは、関連変数を定義した上で過去の実績値に基づいた関係式を自動生成させることにより定義してもよい。一次情報である過去の実績値は、設備実績値格納部５ｍが格納する設備エネルギー実績値を参照することにより得ることができる。過去の実績値に基づく関係式の自動生成機能は、センサーがない場合や故障などで実績データが得られない設備において、想定するエネルギー特性を定義する場合にも有効である。

設備エネルギー特性の種別は、エネルギー生成設備１ａのエネルギー変換特性、エネルギー分配設備１ｂのエネルギー変換特性、およびエネルギー需要設備２のエネルギー消費特性があり、いずれもたとえばテーブル形式で表現できる。

設備エネルギー特性生成部５ｆにより定義された推定モデルや演算結果は、推定モデル格納部５ｒに格納される。また、設備エネルギー特性生成部５ｆにより定義された推定モデルは、設備エネルギー特性合成部５ｑにも入力される。

設備エネルギー特性調整部５ｋは、推定モデル格納部５ｒに格納されている生産銘柄毎や各設備のステータス毎の推定モデルを修正、調整する機能を有する。すなわち、設備エネルギー特性調整部５ｋは、推定モデル修正部である。具体的には、設備エネルギー特性調整部５ｋは、設備実績値格納部５ｍに格納されている設備エネルギー実績データおよび外部変動因子情報格納部５ｊに格納されている外部変動因子情報に基づいて、推定モデルの差分を求めて推定モデルに反映させることにより、推定モデルを修正、調整する。

推定モデルの修正、調整は、推定モデル中のパラメータを調整することにより行われる。推定モデル中のパラメータは、重回帰、主成分回帰などの統計的アルゴリズムやニューラルネットのような既知の学習アルゴリズムを用いてリファインされる。パラメータの調整範囲は、あらかじめ規定されているバウンダリ内から任意に選択できる。このようなパラメータの調整が必要になる理由の一つは、設備エネルギー特性生成部５ｆにより推定モデルとして定義された推定モデル（設備エネルギー特性）は、生産条件や操業条件によっても変化するためである。リファインおよび／または調整された推定モデルは、再び推定モデル格納部５ｒに格納されるとともに、設備エネルギー特性合成部５ｑにも入力される。

設備エネルギー特性合成部５ｑは、設備エネルギー特性生成部５ｆで定義された設備（群）の設備エネルギー特性の推定モデル同士を、あるいはこの推定モデルと、設備エネルギー特性調整部５ｋでリファインおよび／または調整された設備エネルギー特性の推定モデルとを合成する。

すなわち、各設備を構成する個々の設備または特定設備群の単位で定義されている設備エネルギー特性の推定モデルどうしを合成する。合成の対象範囲は、バウンダリとして任意に定めることができる。たとえばエネルギー生成設備１ａを構成しているすべての設備について、設備エネルギー特性を表す推定モデルどうしを合算すれば、エネルギー生成設備１ａの全消費エネルギー特性をモデリングすることができる。同様に、エネルギー分配設備１ｂを構成しているすべての設備について、設備エネルギー特性を表す推定モデルどうしを合算すれば、エネルギー分配設備１ｂの全消費エネルギー特性をモデリングすることができる。エネルギー需要設備２を構成しているすべての設備について、設備エネルギー特性を表す推定モデルどうしを合算すれば、エネルギー需要設備２の全消費エネルギー特性をモデリングすることができる。このようにして、複数の設備が組み合わされたプロセスのエネルギー消費量およびまたはエネルギー変換量を求めることができる。ただし、すべての設備をモデル化する必要はなく、バウンダリを適切に設定しマクロなバウンダリと実際の設備に対応したバウンダリを組合せて工場全体をモデル化すると、手間やコストが小さくなり効率的である。

合成された推定モデルは、バウンダリ内の設備（または設備群）のモデル推定値としてＧＵＩ表示操作部５ｂのＧＵＩ表示画面から参照できる。また、合成された推定モデルは、設備エネルギー特性検証部５ｎにも提供される。

また、供給されるエネルギーの流れに沿って、エネルギー生成設備１ａからエネルギー分配設備１ｂ、その後エネルギー需要設備２の順で複数設備をまたがったバウンダリ設定を行うことにより、異なる設備の任意のサブ階層にある設備について、推定モデルどうしを合成することができる。

たとえば、エネルギー生成設備、エネルギー分配設備、エネルギー需要設備の各境界を越えた複数の設備間をまたがるバウンダリ設定をする場合には、生成される複合モデルは、需給連携型となる。このような需給連携型（ＲＥＮＫＥＩ Ｔｙｐｅ）モデルは、エネルギー効率改善を目的とする設備間の連携制御の評価手段として有効である。エネルギー消費形態について設備をまたがる全体最適を追求できるためである。

設備エネルギー特性検証部５ｎは、外部変動因子情報格納部５ｊに格納されている外部変動因子情報と設備実績値格納部５ｍに格納されている管理対象の設備エネルギー実績データと設備エネルギー特性合成部５ｑで合成されるエネルギー特性の推定モデルを入力として同一条件で比較する。すなわち実際に運転した条件、たとえばエネルギー実績データの条件にて比較するということである。これにより、設備エネルギー特性検証部５ｎは、エネルギーの生成量、分配量、消費量の各差分を計算する。たとえば、需要側でエネルギー効率を改善する行為を行った場合、これを行う前の状態で作られた推定モデルが出力するエネルギー消費量と、実際の消費量との差分は、エネルギー削減量となる。また、設備エネルギー特性検証部５ｎは、現行の各設備の運転状態を後述するＫＰＩの監視などにより診断する機能も有している。

ＧＵＩ表示操作部５ｂは、二次情報インターフェース部５ｐを介して、設備エネルギー特性生成部５ｆ、設備エネルギー特性調整部５ｋ、設備エネルギー特性合成部５ｑ、設備エネルギー特性検証部５ｎおよび推定モデル格納部５ｒを操作する。これら５つの構成要素は、設備・外部情報インターフェース部５ａを介して取得した一次情報である過去の実績値と生産計画や気象条件などに基づき多重加工や再々生成された予測情報などの情報、すなわち二次情報を扱うために設けられたものである。

ＧＵＩ表示操作部５ｂのＧＵＩ表示画面にたとえばウィンドウ表示する場合、二次情報を集約した同一ウィンドウでの一括表示や、複数ウィンドウであっても表示枠が共通のデザインやカラー採用など、表示と操作面で統一感を持たせることができる。従って、二次情報を扱うＧＵＩ表示画面と前述した一次情報を扱うＧＵＩ表示画面とを系統分けすることができる。これにより、二次情報を扱うＧＵＩ表示画面と前述した一次情報を扱うＧＵＩ表示画面とは明確に区別することが可能であり、操作と識別の利便性向上を図っている。たとえば警報、情報通知としてＧＵＩ表示画面にポップアップ・ウィンドウ出力する場合、その通知が、一次情報インターフェース部５ｃに由来するか、二次情報インターフェース部５ｐに由来するかは、ウィンドウ枠デザインやカラー系統などから直ちに判別できる。

図２は、図１の動作の流れを説明するフローチャートである。
はじめに、ステップＳ１において、ＧＵＩ表示操作部５ｂに設けられている設定ＧＵＩ画面を介して、オペレータが、エネルギー管理対象とする設備の定義を行う。設定ＧＵＩ画面は、ＧＵＩ表示操作部５ｂに設けられており、どこまでの設備をひとまとまりとするか、すなわち前述のバウンダリとして定義するかをグラフィカルに定義するための画面である。この設定ＧＵＩ画面により、設備の名称、運転ステータス、時間スケジューリングなどの登録、変更、削除が行える。この定義機能により、設備毎、生産銘柄毎、運転ステータス毎のタイムチャートが完成する。

次に、ステップＳ２において、オペレータが、設備エネルギー特性を定義する。具体的には、ステップＳ１で定義した設備毎、銘柄毎、ステータス毎のタイムチャートに併せて、各ステータス毎のエネルギー消費特性およびエネルギー供給特性を定義する。

設備エネルギー特性の定義の方法としては、図３に示すテーブル入力方式や、図４に示す状態遷移図によるバブルチャート入力方式などが考えられる。以下の説明はバウンダリを設備単体として扱っている。

図３は、エネルギー需要設備２を構成する設備（バウンダリ）の設備エネルギー特性を、二次元マトリックス形式の設定テーブルで表現したものである。設備ごとに別々の設定テーブルになっている。図３では、設備１の設定テーブルと、その下に設備２の設定テーブルが表示されている。設定テーブルの縦軸方向は設備のステータスＡ〜Ｃを表す。設定テーブルの横軸方向は各ステータスＡ〜Ｃに対応したそれぞれの変数の名称と単位および各変数とエネルギーの関係式を表している。

図４は、エネルギー需要設備２を構成する設備の設備エネルギー特性を、階層化バブルチャートで表現したものである。動的な状態遷移ＧＵＩにより、設備の各ステータスを、より動的に定義（入力）できるとともに表示（出力）できる。

図４のバブルＳＡ、ＳＢ、ＳＣの各々は、図３の設備１のテーブルで定義されている設備ステータスＡ、Ｂ、Ｃの各々に対応している。バブルＳＢは、階層化定義していることを示している。図３にはないバブルShaltは、設備１の異常またはメンテナンス中などによる停止状態を定義している。設備のステータスごとに対応するバブルに定義する変数、式、論理記述表記（「if then else」など）を用いて、各設備エネルギー特性（需要、分配、生成）について記述できる。バブルチャート入力は、テーブル入力と異なり、設備の各ステータス間を状態移行するルートや、境界条件についても定義できる利点がある。たとえば、図４中の「Condition Def.(ＳＣ−ＳＢ)」は、設備ステータスＢから設備ステータスＣへの移行期間についてステータスを定義した例である。

図３に示すテーブル表示と図４に示すバブルチャート表示のいずれのＧＵＩ方式であっても、同一バウンダリで同一論理記述であれば、相互変換してＧＵＩインターフェース上の入力部および／または表示部として扱うことができる。

これらの入力、表示部を用いることにより、設備毎、設備ステータス毎に、設備エネルギー特性（推定モデル）における例えば下記の各情報を定義できる。
・変数の数
・変数名称と単位
・パラメータ数
・パラメータ名称と単位
・エネルギーとの関係式（変数、パラメータ）
・パラメータ自動調整の有無
・パラメータ自動調整条件（銘柄、一定周期、条件合致など複数の条件選択可能）
・実績値取得期間

ステップＳ１およびステップＳ２により定義された情報に基づき、設備毎、生産銘柄毎のエネルギー消費特性およびエネルギー供給特性を設備のステータスと関連付けて定義することができる。

図５Ａは、これらにより生成されるエネルギー特性例図である。図５Ａでは、ステータスごとのエネルギー特性を表示している。横軸は時間軸である。図５Ａでは、５つのステータスについて、表示されており、上から「計画生産時間」「実行生産時間」「生産時間」「装置稼働時間」「生産寄与時間」である。

各時間の構成は下記のように定義される。
・計画生産時間（ＰＯＴ：Production order time / order duration)：あらかじめ生産計画で設定する生産時間。
・実行生産時間（ＴＰＴ：Throughput time / Execution time)：生産開始から終了までの生産活動を行っている時間。
・生産時間（ＢＴ：Busy time)：１回（ロット）の生産運転に費やされた時間。
・装置稼働時間（ＰＣＴ：Process time)：アウトプットにかかわらず生産に使用する装置の稼働時間。
・生産寄与時間（ＰＤＴ：Production time / Main usage time)：製品となるアウトプットを生産した時間。
・装置セットアップ時間（ＥＳＵＴ：Effective setup time)：生産のために装置をセットアップする時間。
・搬送時間（ＴＴ：Transportation time)：装置間の搬送あるいは倉庫からの搬送時間。
・待機時間（ＷＴ：Wait time / set aside time)：脇置き時間、次工程搬送待ち時間。
・遅延時間（ＤｅＴ：Delay time）：故障、欠陥により装置を止めた時間。
さらに、これらの相互関係は下記のように定義される。
・実行生産時間ＴＰＴ＝Σ（生産時間ＢＴ＋搬送時間ＴＴ＋待機時間ＷＴ）
・生産時間ＢＴ＝装置稼働時間ＰＣＴ＋遅延時間ＤｅＴ
・装置稼働時間ＰＣＴ＝生産寄与時間ＰＤＴ＋装置セットアップ時間ＥＳＵＴ

生産寄与時間ＰＤＴ中は、生産量に応じてエネルギー消費量が比例的に増加する場合（熱源装置など）や一定の場合（加熱炉など）があり、バンダリの特性に応じて決まる。装置セットアップ時間ＥＳＵＴは設備（群）を完全停止状態から立ち上げているステータスであり、時間の経過とともにエネルギー使用量が増加する例を示している。遅延時間ＤｅＴは、故障や欠陥により装置を一時的に止めたステータスであり、生産時と同等の大きなエネルギーが消費されている例を示している。設備によっては、一時停止後、一定の時間が経過すると消費エネルギーが漸減し、待機状態のエネルギーまで減少するものも多い。搬送時間ＴＴ、待機時間ＷＴは別のロットに生産変更するための準備作業のステータスであり、時間の経過とともにエネルギー使用量が減少し、最終的に待機状態のエネルギー使用量になっている。

このように設備毎のステータスと関連する複数の変数およびパラメータを関連付けて、設備のエネルギー特性をモデル化したものを、推定モデルあるいはエネルギーベースラインモデルと言う。以下では「エネルギーベースラインモデル」という言葉も用いて説明する。各種の変数を入力することにより、設備の改善前あるいは理想状態などの推定エネルギー量が求められる。

図５Ｂは時間軸での設備１のステータス変化とエネルギー消費量の関係を示した図である。図５Ｂの横方向は、時間軸である。図５Ｂにおける設備１は、単一の銘柄の製品を製造するものとする。設備１は起動指示を受けて起動し、運転指示後に運転準備を経て運転状態になり、停止指示を受けて停止準備を経て停止する。このときのエネルギー消費は、起動指示後、時間ｔ１で定格エネルギーまで上昇し、運転指示までその状態を続ける。運転指示後、時間ｔ２をかけて必要とする生産量に応じて運転能力を落とし、エネルギーもそれに応じて落ちる。この後、運転が開始される。運転時は図５Ｂ中のグラフに示すようなエネルギー特性で生産量に比例したエネルギーが消費される。停止指示を受けると時間ｔ３までにリニアに能力を絞りエネルギーも落ちる。さらに小さなエネルギー使用の時間ｔ４の後、完全に停止する。

設備が複数の銘柄の製品を製造する場合、銘柄ごとにエネルギー特性が異なる場合がある。例えば、加熱炉に材料を投入し加熱する場合、銘柄ごとに加熱の昇温パターンが異なる。このような場合には、運転時のステータスを銘柄ごとに分けてエネルギー特性を定義する。設備の起動や停止に関しても銘柄で特性が異なる場合には、上記と同様に起動の特性を銘柄ごとにわけるか、設備と銘柄をセットとして全てのステータスを別の管理にする。

このような手法により、モデルパラメータの自動調整条件を設備毎、ステータス毎に持たせることが可能となる。したがって、たとえばメンテナンスが行われた設備のみのモデル更新や、ある生産銘柄だけのモデル調整などの推定モデルの部分更新が可能となり、エネルギー予測精度の向上が図れるだけでなく、演算処理資源を節約できるという利点も得られる。

再び図２を参照して説明を行う。続いて、ステップＳ３において、オペレータは、本エネルギー管理装置５と接続されている図示しない外部システムのサーバーから、生産スケジュール情報を取得する。生産スケジュール情報は、各設備における生産計画をデータ化したもので、生産スケジュール情報に基づいて、各設備における銘柄と生産量の生産スケジュールが決められる。取得された生産スケジュール情報はたとえば１日または１週間程度先までの生産銘柄と生産量が時系列情報として記されたものであり、生産スケジュール情報格納部５ｅに格納される。

ステップＳ４において、オペレータは、ステップＳ３で定義された使用されたプロセス変数（たとえばヘッダ圧力Ｐ、入口温度Ｔなど）および式中のパラメータ値を入力する。

続いて、ステップＳ５において、オペレータは、推定モデルの自動調整の有無を確認し、自動調整がなければ続くステップ６の処理に移行し、自動調整があれば後述するステップ１０以降の処理に遷移する。

ステップＳ６において、プラントが複数のバウンダリ（設備（群））に分割されている場合には、オペレータが、分割されているそれぞれのバウンダリ（設備（群））の定義を合成することで、プラント全体のエネルギー消費特性を求めることができる。合成方法については後述する。

ステップＳ７において、エネルギー管理装置は、エネルギー管理対象とするバウンダリ（設備（群））の監視制御システムからエネルギー使用量実績値を収集してエネルギーベースラインモデルより導出される想定エネルギー量と比較し、その差分をＫＰＩ（エネルギー効率指標）として生成する。なお、ＫＰＩはこれに限るものではなく、他の候補も考えられる。

ステップＳ８において、エネルギー管理装置は、これらステップＳ３からステップＳ７までの処理を、エネルギー管理対象として定義した全てのバウンダリ（設備（群））について完了するまで繰り返して実行する。

そして、ステップＳ９において、エネルギー管理装置は、ステップＳ７における全てのバウンダリ（設備（群））についてのＫＰＩの計算結果をＧＵＩ表示操作部５ｂの表示画面に表示する。

一方、ステップＳ５において、エネルギー管理装置は、推定モデルの自動調整が必要な場合には、まずステップＳ１０において、外部因子情報の取得処理を行う。ステップＳ２の設備エネルギー特性の定義にあたっては、プラント情報のみならず、気象条件(気温、湿度など)が変数となる場合も想定されるので、エネルギー管理装置は、外部因子情報としてたとえば外部情報入力部４からこれら気象の予報値および実績値を収集する。

続いて、ステップＳ１１において、エネルギー管理装置は、設備エネルギー特性で定義されたプラント情報の実績値を取得する。

ステップＳ１２において、エネルギー管理装置は、設備エネルギー特性として定義されたパラメータを、ステップＳ１０およびステップＳ１１の実績値を用いて自動的に算出する。計算に用いる実績値はステップＳ２で定義された変数である。

パラメータの自動計算には、様々なアルゴリズムを用いることができる。多変数回帰手法の一種である重回帰分析を用いたパラメータ導出法を例として以下に示す。

任意の設備ステータスに対する第ｋ番目データのステータス変化後の経過時間（ステータス変化直後を０とする）の時間帯をｉとし、そのときの設備のエネルギー消費推定値をＹ（ｋ,ｉ）とする。Ｙ（ｋ,ｉ）は、（１）式に示すＮ個の実測データの線形結合により計算できるものと仮定する。

ここでαｎ（ｉ）は偏回帰係数、Ｘｎ（ｋ,ｉ）はＹ（ｋ,ｉ）を計算するために観測した第ｎ番目のデータである。あらかじめ、（１）式とＮ個のαｎ（ｉ）とＸｎ（ｋ,ｉ）が与えられたとするとき、（１）式の計算によって得られる推定値をｍＹ（ｋ,ｉ）とする。一方、第ｋ番目の第ｉ時間帯で観測された実績値をＹ（ｋ,ｉ）とし、第ｉ時間帯の実績値に対する推定値の近似誤差の学習期間における２乗和をＱｉとすると、（２）式となる。

誤差の２乗和Ｑｉを最小にするようなαｎ（ｉ）を求めるため（２）式の両辺をαｎ（ｉ）で偏微分して０とし、Ｙ（ｋ,ｉ）に（１）式を代入すると次式が得られる。

（ｎ＝１，２，３,… Ｎ）
各時間帯ｉごとに（３）式のＮ元連立方程式を解いて偏回帰係数αｎ（ｉ）を求めることができる。

プロセスのエネルギー特性に非線形性がある場合には、非線形回帰手法を用いることでモデルを非線形にすることもできる。

このように設備ステータスの変化後の時間を利用して、各時間帯別にモデルパラメータを調整して過去実績値に基づくエネルギー使用推定値を得ることもできる。

これにより、あるタイミングで自動的にモデルパラメータを再調整することができ、生産および生産条件の変化にモデルを追従させることができる。また、生産スケジュール情報に基づいて将来の前記エネルギー消費量およびまたは前記エネルギー変換量を、推定することができる。

次に、ステップＳ１３において、エネルギー管理装置は、ステップＳ１２で計算した推定モデルパラメータを推定モデル格納部５ｒに再格納する。なお、推定モデル格納部５ｒには修正履歴が保存されているので、推定モデルを任意の状態に戻すこともできる。あるいは、予め定めた特定のモデルを使用することもできる。

ステップＳ１３の処理を完了すると、ステップＳ６に遷移する。

図６Ａは本発明に基づく複数のバウンダリの分割設定例図であり、図１と共通する部分には同一の符号を付けている。図６Ａは図１の設備エネルギー特性生成部５ｆのインターフェースの説明である。設備を、複数のバウンダリに階層的に分割し、各々をエネルギー管理対象物とする。各々のバウンダリは、複数の設備構成要素からなる。図６Ａにおいて、エネルギー分配設備１ｂおよびエネルギー需要設備２は、複数の設備構成要素でそれぞれツリー構造として階層化されている。そして、エネルギー分配設備１ｂの特定バウンダリ（設備ｂ１−２）とエネルギー需要設備２の特定バウンダリ（設備２１−２−１〜設備２１−２−４）が互いに関連付けて表示されている。

なお、エネルギー生成設備１ａについても、ツリー構造として階層化されていてもよい。さらに、エネルギー生成設備１ａの特定バウンダリとエネルギー需要設備２の特定バウンダリとが互いに関連付けて表示されていてもよい。
ツリー構造への分解は、設備の管理という側面では実際の設備構成に合わせて詳細化するほうが好ましいが、エネルギー管理の側面では、計測の容易性やエネルギー使用量の大きさで分解の程度を決める。

これにより、エネルギー分配設備１ｂ（および／またはエネルギー生成設備１ａ）およびエネルギー需要設備２のいずれか一方の設備のステータスを変動（変更）した場合の影響が他方に波及するまでのタイムラグ（応答時間の遅れ）や定量的な影響度（応答特性）について、評価判定ができる。

さらに、エネルギー分配設備１ｂ（および／またはエネルギー生成設備１ａ）およびエネルギー需要設備２の双方の設備のバウンダリを統合させた需給連携型の複合モデルとして形成（合成）することにより、需給設備間をまたがる広域バウンダリを対象とした、エネルギー管理と需給連携モデリングが構成できる。これにより、エネルギー分配設備１ｂ（および／またはエネルギー生成設備１ａ）およびエネルギー需要設備２のどちらか一方の設備の推定モデルだけでは実現できなかった連携かつ相補型の視点から、新たなエネルギー効率改善策の発見を期待できる。

たとえばある工場内のエネルギー管理を行う場合には、工場内の設備などのエネルギー管理対象物をいくつかのバウンダリに分けて、バウンダリ（サブ設備およびサブ設備群）別にモデル化し、エネルギー使用効率を管理する。組織や建物などの単位で管理するようにバウンダリを決定してもよい。エネルギー使用量や計測の容易性などを考慮して、バウンダリを決定してもよい。当初は、建物全体で管理し、次に「顕著なエネルギーを消費する設備」と「それ以外」に分けて管理し、さらに、「それ以外」を分割して管理してもよい。具体的には、たとえば加熱炉はエネルギー使用量が大きいため装置をバウンダリとして管理する。これに対し、組立工程はエネルギー使用量が比較的小さいため、装置群をまとめてバウンダリとして、工程ライン単位で管理する。加熱炉のエネルギー効率改善が終わったら組み立て工程のバウンダリを分割し、次にエネルギー使用量の大きな部分をバウンダリとして管理していくと効率的な管理ができる。図６Ｂは、最初の段階のバウンダリの設定例である。バウンダリ１はユーティリティ設備群、バウンダリ２は加熱炉、バウンダリ３は、その他の製造設備と、３つのバウンダリに分けている。次のステップでは、バウンダリ１を２つのバウンダリに分け、バウンダリ３を３つのバウンダリに分けている。バウンダリ間の矢印は、物やエネルギーの流れを示している。また、バウンダリの中には、設備や装置が混在していることを示している。

設定バウンダリ内に複数設備を包含させて推定モデルを作成する場合、２つの方法がある。

第一の方法は、バウンダリ内の個々の設備に着目し、それぞれの入出力条件、対外的な応答条件（ふるまい）、能力の範囲、内部の動作状態（ステータス）の種類やその定義、動作の順序や時間的性質、エネルギーの計測に関わる情報、エネルギーに関わる変数の計測に関わる情報などを個々に記述し、これらを独立した複数の推定モデル群として並列計算することで各エネルギー特性を同時評価する。推定モデル群の算出結果と実績値との乖離は、バウンダリ域内における設備間のローカルな連携や結合条件等についての改善課題を抽出する一手段となりうる。

第二の方法は、バウンダリ内の個々の設備や装置などの情報を包含するとともに、そのバウンダリ領域全体から外側を見たときの入出力条件、対外的な応答条件（ふるまい）、能力の範囲、内部の動作状態（ステータス）の種類やその定義、動作の順序や時間的性質、エネルギーの計測に関わる情報、エネルギーに関わる変数の計測に関わる情報などを記述する。すなわち設定バウンダリ領域全体を仮想的な単一設備と見做して推定モデルを構成（合成）する。

たとえば、第一の方法を駆使した結果、バウンダリ領域内の最適化がある程度達成された場合などには次ステップとして、第二の方法に切り替えエネルギー管理対象スコープを更に拡張していくことは、全体最適化を達成する一手段となりうる。外部との入出力条件としては例えば、原材料と生産品の定義がある。

原材料と生産品の関係は、例えば熱源設備（群）の場合、原材料は電力エネルギーやガスなどが該当し、生産品は冷水や温水が該当する。冷水は空調用に用いられるだけでなく生産冷却水としても用いられる。生産ロボット設備（群）の場合、原材料としては、加工対象の部品や電力エネルギーや生産冷却水が該当し、生産品としては加工後の部品などが該当する。この加工後の部品は最終組み立てラインの原材料として扱われる。このような関係が記述される。

エネルギー使用効率の最適化には、第一の方法と第二の方法を適宜組み合わせたエネルギー管理を行うことが、最も効果的である。

たとえば、第一の方法のみではコストや手間がかかり過ぎるため、必ずしも実用的でない。そこで一般的には、バウンダリ内で「顕著なエネルギー消費」に関連する設備群のみピックアップして、それらだけには、設備単位で第一の方法を適用し、他の多くの設備群は第二の方法、すなわち個々の設備ではなくバウンダリ全体の挙動を記述する推定モデルとして構成する。

このように、異なる設定粒度でバウンダリを組合せ、入れ子、あるいは階層化した推定モデルのバウンダリ構成とすれば、管理目的や管理方針に応じ、効果的にエネルギー効率化を達成しうる。コストや手間対、得られる効果のトレードオフを考慮して、最適なバウンダリの粒度設定と全体構造の設計が重要である。

通常は、「顕著なエネルギー消費」にかかわる設備以外では、手間とコストが掛かりすぎるため、推定モデルのバウンダリ設定粒度は低く（粗く）とるべきである。すなわち、第二の方法により、バウンダリ域内を構成する、それぞれの個別設備の個性を没却させた推定モデルとして作成しておけば、バウンダリ単位での推定モデルの管理、運用やメンテナンスも極めて容易となる。

本発明の方法および装置によれば、すべての設備（施設、設備、装置、機器、要素などエネルギーを使用する生産設備の総称）あるいはエネルギー使用量および／またはエネルギー供給量の変化に関係するステータスそれぞれについて、エネルギーの使用量およびまたはエネルギー供給量と関連する変数の関係を記述し、そのエネルギー使用量および／またはエネルギー供給量を算出する計算式または条件式を定義する機能を持つ設備のエネルギー使用量および／またはエネルギー供給量を推定算出できる設備のモデル機能が得られる。

ここで、変数とは、設備の動作条件を指定する外部からの指示（値）、設備の動作に関連する計測値、設備の内部の動作に関わる情報、時間情報やステータス変化からの動作時間を含む。

設備のモデル機能は、少なくとも、設備の稼動中というステータスと、その際の定格エネルギー消費または定格エネルギー供給量を記述できる設備情報定義機能を持つ。

また、このモデル機能においては、設備の運転時の実際のエネルギー使用量またはエネルギー供給量と推定したエネルギー使用量との差分を評価する。これにより、実際のエネルギー情報に基づいて以下のような推定モデル（設備エネルギー特性）の修正を行う。なお、推定モデル（設備エネルギー特性）の修正を行う条件は、設備の異常状態がない場合、または設備の改修が行われた場合とする。

推定モデル（設備エネルギー特性）の修正方法としては、各設備について、以下の「自動修正」と「手動修正」を選択または組み合わせて実施できる。特定設備の推定モデルのみを自動修正したり、特定設備の推定モデルの修正禁止を指定することもできる。推定モデルの修正履歴は逐次保存されるので、必要に応じて指定時点に戻すことができる。

１）自動修正
Ａ：変数とエネルギーの関係の統計値を用い、移動平均、総平均などで自動的に推定モデル（設備エネルギー特性）を修正する。
Ｂ：指定した条件成立後から、指定した条件成立までの期間のワンショットデータを用いて、ステータスごとの設備エネルギー特性を算出して推定モデルを自動的に修正する。
Ｃ：指定した条件成立後から、指定した条件成立までの期間の時系列データの統計値を用いて自動的に推定モデルを修正する。ただし、時間を変数として設備エネルギー特性が変化する場合に適用する。
２）手動修正
過去のトレンドデータを用い、指定した期間のデータを用いて推定モデルの修正を行う。

推定モデル（設備エネルギー特性）を最初に構築するのにあたっては、上記「１）自動修正」のＢや「２）手動修正」が使えるかを吟味し、必要であれば項目を追加するとよい。「１）自動修正」のＣは、同一ステータスでも時間的な要素でエネルギーが変動する場合の自動修正に有効である。

また、実際の設備の運転時に得られる上記変数を上記推定モデルに入力して得られる設備の推定エネルギー使用量およびまたはエネルギー供給量と、設備の実際のエネルギー使用量およびまたはエネルギー供給量を比較することにより、設備の改修によるエネルギー使用量およびまたはエネルギー供給量の削減効果を比率や絶対量として算出できる。
１）比率（単位時間当たりのエネルギー使用量（およびエネルギー供給量）の比（例：ｋＷ/ｋＷ)
２）エネルギー削減量の絶対量（例：ｋＷｈ)

関連して、エネルギー使用量およびエネルギー供給量の異常状態も判別できる。
１）定義された偏差を上回った場合
２）定義された比較タイミングで比較

これらにより、生産情報、設備情報（ステータス）および各種の変数に基づいてエネルギー管理対象とする設備のエネルギー使用量およびエネルギー供給量を推定するための推定モデルを定義することにより、エネルギー使用に関する公平な基準となる指標を作成できる。

また、推定モデルから生産条件、プラント条件を仮定した場合の想定エネルギー量がシミュレートでき、実際のエネルギー使用量との差分を求めることで省エネ運転における削減絶対量、削減比率などのＫＰＩ（エネルギー効率指標）とすることができる。このＫＰＩを常時監視することで、設備の異常診断やエネルギー原単位の推定なども行うことができる。

また、推定モデルから得られる時系列の推定エネルギー消費量を用いてエネルギー生産設備の最適な運転計画の立案に利用でき、更なる省エネルギー達成が期待できる。

またベースラインモデルに生産条件、プラント条件を入力すると、これに対応する想定エネルギー量がより正確にシミュレートできる。想定エネルギー量とは生産計画に基く未来の消費エネルギートレンドである。これと実際のエネルギー使用量との差分を求めることで省エネ運転における削減絶対量、削減比率などのＫＰＩ（エネルギー効率指標）とすることができる。

さらに、エネルギーべースラインモデルは指定した条件を満たす場合に自動的に修正することが可能である。これは設備毎、ステータス毎、生産銘柄毎などモデル定義の粒度に併せて可能なため、モデル全体ではなく、部分的なモデル調整が可能となり、予測精度向上と計算機資源の有効利用が期待できる。

この効果を図７の画面実施例を基に説明する。図７は生産計画に基づいてオペレータが設備運転計画を、図７の中段のように割り付けた図である。図７の上段は生産計画を表示する。図７の中段は各設備の使用計画をグラフィカルに表示する。オペレータが中断の画面をダブルクリックすると、図５Ｂが展開される。図７の下段は将来の消費電力のトレンド予測を表示する。図７において、1/30/9を現在時刻とする。図５Ｂに示したように各設備の運転ステータス毎にエネルギー消費トレンドが定義されているため、この設備計画に従った場合の全ての設備の消費量を積算することにより、将来の消費エネルギートレンドを求めることが出来、下段に表示される。このように未来の消費エネルギートレンドを予測することで、例えば電力であればデマンドオーバーの危険を早期に検知できる。図７の下段において、上方の直線が契約電力量を示す。またこのトレンドを参考にエネルギーを考慮した生産スケジュールの再調整や電力負荷の平準化が可能となる。このエネルギートレンドを用いて生産量とエネルギー生産設備の運転制約をも考慮した最適な生産設備計画の立案も考えられ、更なる省エネルギー達成が期待できる。

以上説明したように、本発明によれば、高精度にエネルギー使用効率の最適化が行えるエネルギー管理技術を実現できる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明し例証したが、これらはあくまで発明の例示であって限定的に考慮されるべきものではなく、追加、削除、置換及び他の変更は本発明の範囲を逸脱しない範囲で可能である。即ち、本発明は前述した実施形態により限定されるものではなく、以下のクレームの範囲により限定されるものである。

本発明は、エネルギーの使用効率を改善したい工場およびプラントなどのエネルギー管理対象物に広く適用することができる。

１ エネルギー供給設備（エネルギー管理対象物）
１ａ エネルギー生成設備（エネルギー管理対象物）
１ａｓ 監視制御システム（監視部）
１ｂ エネルギー分配設備（エネルギー管理対象物）
１ｂｓ 監視制御システム（監視部）
２ エネルギー需要設備（エネルギー管理対象物）
２ｓ 監視制御システム（監視部）
３ 通信ネットワーク
４ 外部情報入力部
５ エネルギー管理装置
５ａ 設備・外部情報インターフェース部
５ｂ ＧＵＩ表示操作部
５ｃ 一次情報インターフェース部
５ｄ 生産スケジュール取得部
５ｅ 生産スケジュール格納部
５ｆ 設備エネルギー特性生成部（推定モデル定義部）
５ｇ 設備情報取得部
５ｈ 設備情報格納部
５ｉ 外部変動因子情報取得部
５ｊ 外部変動因子情報格納部
５ｋ 設備エネルギー特性調整部（推定モデル修正部）
５ｍ 設備実績値格納部
５ｎ 設備エネルギー特性検証部
５ｐ 二次情報インターフェース部
５ｑ 設備エネルギー特性合成部
５ｒ 推定モデル格納部

Claims (1)

1. 外部から入力される指示に基づき、生産銘柄が変わりうる設備を含む生産設備を複数のバウンダリに分割する設備情報定義ステップと、
   前記複数のバウンダリのうち少なくとも１つの時間遷移しうるステータスに対応した各変数とエネルギーの関係式をテーブルにする設備エネルギー定義ステップと、
   生産スケジュール情報を取得するステップと、
   前記エネルギー関係式に対して変数及びパラメータを入力し、前記生産スケジュール情報に従って、推定モデルを確定するステップと
   前記推定モデルに対して調整の要不要を判断するステップと
   前記調整が必要な場合は、さらに、
   設備エネルギー特性を定義するための変数となる外部因子情報を収集するステップと、
   プラント実績値を収集するステップと、
   前記外部因子情報と前記プラント実績値からパラメータを計算するステップと
   計算されたパラメータによって推定モデルを再調整するステップを追加し、
   前記複数のバウンダリすべてについて推定モデルを生成して、プラント全体のエネルギー特性を求めるステップと、
   を含む、エネルギー管理方法。

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