CN100410825C - 工厂运转支持系统 - Google Patents

Abstract

本发明关于一工厂运转支持系统，其可与一实体工厂的运转同步执行工艺过程仿真，并可根据仿真的结果而预测该实体工厂的运转。该工厂运转支持系统可根据所需的实际数据来修改仿真模型，并根据来自该实体工厂的实际数据而修改该仿真模型，进而使用该修正过的仿真模型而与该实体工厂的运转同步进行仿真。因此，该工厂运转支持系统可在该仿真模型中连贯地反映出工厂状态，并可高度精准的预测出实体工厂的运转。

Description

工厂运转支持系统

技术领域

本发明关于一工厂运转支持系统，用于例如石油提炼化学工艺过程以及水和污物的水处理工艺过程的复杂运作的工厂运转上。

背景技术

某些使用工厂仿真装置的传统工厂运转支持系统的内容系描述在专利文件1到3之中。

根据专利文件1中所描述的发明(现有技术1)，一工厂运转支持系统与一工厂同步运转工厂仿真装置，接着在该仿真装置上产生预测仿真的初始数据，并根据该初始数据而执行高速仿真来预测工厂运作。

根据专利文件2及3中所描述的发明(现有技术2)，一工厂运转支持系统与一工厂同步开始运作一工厂仿真装置并改变仿真模型的参数。

(专利文件1)

日本公开专利号第1994-222191

(专利文件2)

日本公开专利号第1997-134213

(专利文件3)

日本公开专利号第1998-214112

然而，现有技术1中仍存在一个问题，由于仿真装置中使用的参数并未经过修正，因此工厂运转的预测的正确性便会较差。

虽然专利文件3中所描述的发明会自动调整工厂模型中的参数，然而却是使用原先已取得并记录的工厂数据。因此此发明并无法提供实际工厂运转的实时同步化，且其原先主要是供调整工厂仿真装置的参数之用。

发明内容

本发明系用于解决上述问题。本发明的一目的是达成一种可高度准确地预测实际工厂运转的工厂运转支持系统，其根据所需的实际数据而修正仿真模型，并实时与实际工厂运转同步执行仿真，因此可连续地在工厂模型中反映出实际工厂的状况。

附图说明

图1显示一装置图，说明根据本发明的工厂运转支持系统的一实施例；

图2说明根据图1的工厂运转支持系统的一实体装置例；

图3说明一传统典型的工艺过程趋势画面；

图4说明本发明的工厂运转支持系统显示装置的画面的一例；

图5说明一趋势图，其中图4中的(d)的区域被放大；

图6说明一未来预测警示摘要的一例。

符号说明

10工艺过程仿真装置

101参数修正装置

102工艺过程仿真机构

103仿真模型

104输入接口装置

105参数决定装置

106仿真数据服务器

107显示装置

108初始数据产生装置

109未来预测装置

110工厂诊断装置

111控制部

20工艺过程数据服务器

30实体工厂

具体实施方式

本发明参考附图而在下面详加说明。

图1显示一装置图，说明本发明的一实施例。

在图1中，工艺过程仿真装置10利用工艺过程数据服务器20而接收来自实体工厂30的工艺过程数据。

工艺过程仿真装置10则与实体工厂30同步开始运作。每一次实体工厂30提供工艺过程数据至工艺过程仿真装置10的时候，工艺过程仿真装置10便修正工艺过程仿真装置10中的仿真模型的计算式参数，并进行计算。工艺过程仿真装置10接着输出计算结果。这些结果便成为仿真输出。

图2说明根据图1的工厂运转支持系统的一实体装置例。在图2中，与图1通用的组件被标以与图1相同的编号。

工艺过程仿真结构102使用仿真模型103来执行实体工厂30运转的工艺过程仿真。此工艺过程仿真是与实体工厂30的运转同步进行。

实体工厂30中的一感应器(未显示)的数据通过工艺过程数据服务器20以及输入接口装置104而传送至参数修正装置101中。

参数决定装置105则根据工厂数据以及仿真模型103的变量之间的关系而选择修正的参数。仿真模型103中参数的变动会影响到最终的仿真结果。参数决定装置105根据工厂启动数据或是模型算式的分析结果而预先选择出具有高度关连性的参数。

参数修正装置101则利用所供应的工艺过程数据来连续修正那些由参数决定装置105所选定的参数。参数修正装置101是以将工艺过程仿真机构102的仿真输出与实体工厂30的实际输出相匹配的方式来修正参数。

修正过的参数被送至工艺过程仿真机构102中。包括物理及化学模型算式的工艺过程仿真则根据此等修正过的参数来计算。仿真的结果储存在仿真数据服务器106中。根据此等储存的数据，工艺过程仿真机构102可让显示装置107显示出某一地点在现实中无法测量出的物理量。此外，在仿真的计算结果中，工艺过程仿真机构102也可让显示装置107显示出无法在实体工厂30中检测出的工艺过程数据以及装置或材料的特征数据。

工艺过程仿真机构102使用参数已经修正过的仿真模型103来实时与实体工厂30的运作同步执行仿真。

在与实体工厂30的运作同步仿真时，参数系以将仿真模型103的输出与实体工厂30的输出相匹配的方式来修正。

在工厂操作者提供指令而使同步与实体工厂30运作的工艺过程仿真装置10以高于实体工厂30的运作速度来运作，使得在一预定时间之前(例如数分钟之前或数小时之前)得知预测趋势，如此在一特定时间的工艺过程仿真的结果便通过初始数据产生装置108而当成初始数据来接收。之后，乃产生高速仿真的初始数据。此处的初始数据为仿真模型103的参数数据、设定状况等等。

未来预测装置109利用这些初始数据并通过将工艺过程仿真装置10的时间加速以例如数倍甚至是数百倍于平常时间的高速来进行计算。此外，未来预测装置109以预定的时间接收来自实体工厂30的实际数据，并修正仿真模型103的参数(状态变量)。

未来预测装置109在显示装置107上显示未来趋势的仿真结果。此外，未来趋势装置109传送未来趋势的仿真结果至控制部111，以便将其反馈至实体工厂30的控制。

工厂诊断装置110通过比较现在仿真的修正参数值以及过去仿真的修正参数值而提供工厂诊断。

工厂诊断装置110将现在工艺过程仿真的参数变化与过去工艺过程仿真中仿真模型103中的参数变化相比较，若该两者的差异超过一预定的可容忍值，便将此项差异当成工厂异常而向控制部111报告，并且利用显示装置107上的画面指示而将此项差异通知工厂操作者。换句话说，若现在工艺过程仿真的参数变化大幅偏离储存为过去数据的参数变化，工厂诊断装置110便会将此两者的差异报告成工厂异常。控制部111为一控制器，其提供操作数量指示数据到实体工厂30或是提供实体工厂30的数据至工艺过程仿真机构102中。

之后，工厂诊断装置110利用仿真模型103的模型算式来预测实体工厂30的哪个位置异常。

此外，工厂诊断装置110便检查由工艺过程仿真机构102所计算的数据和自实体工厂30所取得的实际数据是否一致，若该两者的差异超过一预定的可容忍值，便在显示装置107上显示该差异为一工厂异常。

图1的工艺过程仿真装置10系相当于参数修正装置101、工艺过程仿真机构102以及仿真模型103。

虽然比起机械或电子系统的运作，伴随有微生物反应或化学反应的工艺过程的运作更是极度复杂，然而有些工艺过程仿真装置是主动使用物理或化学模型。即使该等模型并不完整，然而其仍可提供实体工厂数据至这些仿真装置、补偿这些模型的某些参数以及令人满意地仿真工厂。

在本发明的工艺过程仿真装置10中，仿真模型103是以物理或化学模型来作代表。因此，该模型不仅可处理或显现例如那些在实体工厂中无法装设感应器地点的温度和流速的实体信息，并且也可处理或显现例如那些无法实际测量或观察到的相对比例以及沸点等信息。

此外，本发明可使工艺过程仿真机构102以高于工厂运作的速度来运转，并且可在现在时间的数分钟或数小时前取得预测趋势，以便工厂操作者可利用这些预测趋势来做工厂控制。且，本发明可为了工厂诊断的目的而将过去仿真的结果与现在仿真的结果相比较，以便达到早期发现工厂异常或是实时更换例如过滤器等的维修零件。

工厂的控制可经由工厂操作者观看预测趋势的画面而手动操作，但也可由控制部111自动执行。

若，例如，工艺过程仿真机构102和未来预测装置109位于同一计算机上时，当未来预测装置109以高速执行仿真时，工艺过程仿真机构102便可停止仿真，以便降低CPUs的负荷。

若一仿真模型的参数系根据已知的经验知识而修正，则不需要参数决定装置105。

若计算机具有高度的运算能力，参数决定装置105的离线计算便可在线执行，换句话说，即是在工厂实际运作时。

接着，将说明本发明的工厂运转支持系统的显示装置。首先先简短说明几个传统显示装置的例子。

图3说明一传统上使用的典型工艺过程趋势画面。

此画面会将放置在工厂中的感应器的时间序列数据当成趋势数据或历史数据而显示出来，以便监控工厂中发生的异常等状况。

然而，此等传统工厂运转支持系统并无法提供工厂运转状态的在线预测。

图4说明本发明的工厂运转支持系统显示装置画面的一例。横轴为时间轴，标明过去、现在和未来，而纵轴则显示0到100的百分比。此例显示出现在时间(g)在中央位置，而时间轴系标明从10:10:00的前一点到稍微超过10:14:00的时间。在图4中，曲线(a)显示来自实体工厂30的工艺过程输出数据的实际测量数据，而曲线(b)显示来自图2中工艺过程仿真机构102的仿真输出的仿真数据。此仿真数据显示例如在一反应器中的温度分布或是在该反应器中产品的物理常数的时间序列数据。

曲线(c)为来自未来预测装置109的输出，并且显示开始于10:11:00且持续到10:14:00过后一点的预测。此曲线的显示是当一操作者通过一显示装置画面等的方式而启动从一特定时间到一指定时间或以一区间方式的预测仿真。当下达预测仿真启动指示时，工厂仿真装置10(参见图1)便使用一仿真状态量，并在实际时间之前预先执行仿真至一指定时间，并且在一显示画面上显示结果。

在图4中，若在一显示实际测量数据、仿真数据以及预测数据的趋势图表上利用例如鼠标的输入装置而指定一放大区域，欲放大的区域由一指定放大区域指示器予以呈现，而将该区域放大。

图5说明一趋势图表，其中图4中的(d)区域经由一放大功能而被放大。此画面显示出一预测仿真已经启动，且显示出一呈现启动时间的指示器，并显示出自那时间开始到一指定时间的时间序列趋势图表已被覆写。

预测趋势图永远更新至最新状态。前一预测趋势图则从画面上删除。

该放大画面不仅显示出放大的图，更同时显示出在一指定区间内或例如分布数据的统计数据中，实际测量数据与仿真数据之间的差异。

回到图4，箭头(e)显示一预测警示显示方法。在此显示装置中，若预测的时间序列数据超过预定的可容忍值，便会产生一预测警示。之后，一预测警示产生标示器便以预计产生时刻而显示在预测趋势图上，并且也标明在未来预测警示摘要中。

图6说明未来预测警示摘要的一例，其中有不同颜色或预测标记以区分预测警示以及实际警示。在图6的例子中，●表示警示产生于过去，而○表示是预测的警示。应注意到，若因操作的改变等等的因素而避免了预测警示，预测警示便会自动删除。

根据执行上述显示的显示装置，其中工厂里参数的未来预测趋势的显示得以提供比传统更有用的信息给操作者。因此对于工厂的早期发现异常以及预防质量下降更有效了。此外，未来预测可以决定是否现在工厂运转状态是处于最佳情况。

应注意到前述说明中所指出的特定合适实施例仅供解说本发明及举例之用。例如，该实施例其中之一系显示出一根据当作未来预测功能的参数追踪而具有强化准确性的工厂仿真装置。然而，其亦可以是一使用数学模型的预测功能。且，未来预测趋势画面也可在另一不同窗口显示过去到一预测启动时间的趋势数据。

此外，预测的时间序列数据、实际测量数据、仿真数据等等均可以不同颜色或线条形式来呈现。

因此，本发明并不仅限于上述实施例，而是在不背离本发明的本质的情形下，对于前述实施例的各种变更或修改均属可行。

如同在上述解说中，明显可以看到本发明系提供下面优点：

一仿真模型是根据接收自一实体工厂的实际数据而修正。利用该修正过的仿真模型而可同步与实体工厂的运作一起执行其仿真。因此，实体工厂的状态可连贯地反映在仿真模型中，如此实体工厂的运转便可以高度准确性来预测。

本发明可呈现那些工厂操作者在传统上无法实际看到的有用参数，因此在工厂运转上可避免错误。

工厂操作者亦可预测例如过滤器阻塞以及管线外泄的工厂异常，如此便可早期检测到异常状况。

未来预测装置可使仿真模型以高于实体工厂运转速度的速度进行仿真而取得未来趋势，如此工厂操作者便可提前在数分钟或数小时前先预测工厂的性能并在工厂控制上反应这些预测。

Claims (15)

1. 一种工厂运转支持系统，其使用一工厂仿真装置，其中包括：

一参数修正装置，用以接收来自一实体工厂的实际数据，并根据所述实际数据来修正一仿真模型的参数；

一工艺过程仿真装置，利用已修正过参数的所述仿真模型，并与所述实体工厂的运转同步执行仿真；以及

一参数决定装置，其利用工厂数据以及所述仿真模型的变量间的关系而选择欲修改的变量，所述参数修正装置在接收到来自所述实体工厂的实际数据后就修改由所述参数决定装置所选出的那些参数。

2. 根据权利要求1所述的工厂运转支持系统，其中所述工艺过程仿真装置将仿真的计算结果中的未在实体工厂中检测到的工艺过程数据、以及装置或材料的特征数据显示在显示装置上。

3. 根据权利要求1所述的工厂运转支持系统，在一预定时刻收到来自实体工厂的实际数据，修正所述仿真模型的参数，并在初始数据已经设定的情况下，根据所述仿真模型的所述初始数据而使所述仿真模型以高于所述实体工厂的运转速度的速度来执行工艺过程仿真，所述系统还包括一用以仿真所述实体工厂的未来趋势的未来预测装置。

4. 根据权利要求3所述的工厂运转支持系统，其中所述未来预测装置在所述显示装置上显示出未来趋势的仿真结果。

5. 根据权利要求3所述的工厂运转支持系统，其中所述未来预测装置将所述未来趋势的仿真结果反馈至所述实体工厂的控制。

6. 根据权利要求1所述的工厂运转支持系统，其中进行由所述工艺过程仿真装置计算出的数据以及接收自所述实体工厂的实际数据之间的一致性的检查，且其中所检测到的任何异常均显示在所述显示装置上。

7. 根据权利要求1所述的工厂运转支持系统，其中包括一工厂诊断装置，其通过比较过去仿真所修正的参数数据以及现在仿真所修正的参数数据来执行工厂诊断。

8. 根据权利要求2所述的工厂运转支持系统，其中，所述显示装置显示以下两画面至少其中之一：呈现从过去到现在的时间序列状态量的画面、以及呈现提供从现在到未来的对应数据的时间序列预测数量的趋势显示画面。

9. 根据权利要求2所述的工厂运转支持系统，其中所述显示装置记忆一未来预测的开始时间并将所述开始时间呈现在一趋势图画面上。

10. 根据权利要求9所述的工厂运转支持系统，其中所述显示装置在所述显示出的趋势图画面内显示先前预测的时间区以及时间步长。

11. 根据权利要求9所述的工厂运转支持系统，其中所述显示装置可根据所述趋势图画面的大小而使未来时间序列状态量滚动。

12. 根据权利要求2所述的工厂运转支持系统，其中所述显示装置在一显示的预测状态量超过一预定的上限或下限时，显示一预期的警示产生时刻。

13. 根据权利要求2所述的工厂运转支持系统，其中当一未来预测画面显示中又被要求再做一次未来预测时，所述显示装置清除先前的预测状态趋势。

14. 根据权利要求2所述的工厂运转支持系统，其中，所述显示装置显示出无法使用感应器的地点的物理量或是用所述感应器无法测量出的物理量的时间序列预测状态量。

15. 根据权利要求2所述的工厂运转支持系统，其中所述显示装置具有横轴及纵轴放大的功能。

Images