JP2013182471A - プラントオペレーションの負荷評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラントオペレーションの負荷を定量評価するためのプラントオペレーションの負荷評価装置および負荷評価プログラムを提供する。
【解決手段】プラントオペレーションの負荷評価装置は、プラントからの計測データが入力されるとともにプラントに対して制御指令を与えるプラント制御監視システムから、プラント制御監視システムにおけるアラームに関する履歴を示す履歴データを取得する取得手段と、履歴データに含まれるアラームの発生時刻および復帰時刻に基づいて、プラントにおけるアラーム発生間隔分布およびアラーム対応時間分布を算出する算出手段と、待ち行列理論に基づいて、アラーム発生間隔分布およびアラーム対応時間分布からアラームに対する処置時間分布を求め、アラーム発生間隔分布および処置時間分布からプラントオペレーションの負荷を算出する評価手段とを含む。
【選択図】図５

Description

本発明は、オペレータによるプラントオペレーションの負荷を評価するプラントオペレーションの負荷評価装置および負荷評価プログラムに関する。

一般的に、各種のプラントは、プラント制御監視システムによって自動制御される。このようなプラント制御監視システムは、分散型制御システム（ＤＣＳ：Distributed Control System）やプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ：Programmable Logic Controller）などで構成される。

プラントの運転条件や外乱要因に伴って様々な事象が生じ得るので、多くのプラントにおいては、完全な自動化（オペレータが全くいない状態）が難しく、オペレータがプラント制御監視システムから提供される各種情報を監視しながら、設定値の変更やプロセス変化に対する処置といった必要な操作を行なう。すなわち、プラント制御監視システムは、プラントからの計測データが予め定められた正常範囲を逸脱した場合には、対応するアラームをオペレータへ通知する。

特開２００３−０５８９６７号公報（特許文献１）は、アラームを発生するための条件の設定方法についての改良を開示する。より具体的には、特許文献１は、警報表示ウィンドウに警報メッセージを表示する分散型制御システムにおいて、警報レベル（重要度のランク）に応じて警報メッセージをフィルタリングして表示する機能を開示する。

上述のようなプラントオペレーションにおいて、オペレータから見れば、不要なアラームの通知は可能な限り低減されることが好ましい。プラント制御の分野ではないが、通信ネットワーク保守の分野では、例えば、特開平０４−３５５５４３号公報（特許文献２）に開示されるように、通信ネットワークにおける障害の発生や復旧を知らせるアラームシステムにおいて、アラームが復旧した直後、再度障害アラームが発生する同一通信機器の重複アラームを相殺し、不要なアラームを防止する方法が提案されている。

ところで、電話回線の混雑を数学的に解析する目的で「待ち行列理論」が確立された。情報通信分野においては、この待ち行列理論を応用して、ネットワークのトラフィック解析やネットワークシステム設計が行なわれている。たとえば、特表２００４−５２８７６５号公報（特許文献３）は、Ｍ／Ｍ／Ｎ型の待ち行列理論を用いた、音声・データトラフィックにおける、移動体通信機器用ネットワークの基地局の規模および性能を評価する方法を開示する。より具体的には、特許文献３は、公知であるＭ／Ｍ／Ｎ型の待ち行列理論を用いた音声トラフィックの性能の評価に、新たに、データトラフィックを対象としてＭ／Ｍ／Ｎ型の同様の待ち行列理論を適用することで、音声・データのトラフィックにおける性能を精度良く評価できることを開示している。

特開２００３−０５８９６７号公報 特開平０４−３５５５４３号公報 特表２００４−５２８７６５号公報

上述したような、プラント制御監視システムを通じて運転されているプラントにおいて、オペレータが対応しなければならないアラームの数が多くなるほど、プラントオペレーションの負荷が高くなるとことは容易に想像できる。しかしながら、そのプラントオペレーションの負荷がどの程度まで高くなるかといった、プラントオペレーションの負荷を定量評価することは困難であった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、プラントオペレーションの負荷を定量評価するためのプラントオペレーションの負荷評価装置および負荷評価プログラムを提供することである。

本発明のある局面に従うプラントオペレーションの負荷評価装置は、プラントからの計測データが入力されるとともにプラントに対して制御指令を与えるプラント制御監視システムから、プラント制御監視システムにおけるアラームに関する履歴を示す履歴データを取得する取得手段と、履歴データに含まれるアラームの発生時刻および復帰時刻に基づいて、プラントにおけるアラーム発生間隔分布およびアラーム対応時間分布を算出する算出手段と、アラーム発生間隔分布およびアラーム対応時間分布からアラームに対する処置時間分布を求め、アラーム発生間隔分布および処置時間分布からプラントオペレーションの負荷を算出する評価手段とを含む。

好ましくは、評価手段は、アラーム発生間隔分布のパラメータである平均アラーム発生間隔と処置時間分布のパラメータである平均処置時間とに基づいて、プラントにおけるオペレータによるオペレーションの負荷を示す値を算出する。

好ましくは、アラーム発生間隔分布の算出手段は、履歴データに含まれるアラームのうち、従属関係にある複数のアラームを集約する集約手段を含む。

さらに好ましくは、集約手段は、予め定められた期間内に発生した複数のアラームのうち、同一の計測データに起因して発生したアラーム同士を１つに集約する。

好ましくは、アラーム発生間隔分布の算出手段は、履歴データに含まれるアラームについて、各アラームの発生から後続のアラームの発生までの発生間隔をそれぞれ算出する手段と、算出したそれぞれの発生間隔について、算術平均、対数平均、中央値のうちいずれかの方法によって、アラーム発生間隔分布のパラメータである平均アラーム発生間隔を算出する手段とを含む。

好ましくは、アラーム対応時間分布の算出手段は、履歴データに含まれるアラームのうち、発生してから復帰するまでの期間が予め定められた時間内であるものをアラーム発生対応時間分布の算出対象から除外する手段を含む。

好ましくは、アラーム対応時間分布の算出手段は、履歴データに含まれるアラームについて、各アラームの発生から復帰までの時間をアラーム対応時間としてそれぞれ算出する手段と、算出したそれぞれの対応時間について、区間算術平均、対数平均、中央値のうちいずれかの方法によって、アラーム対応時間分布のパラメータである平均アラーム対応時間を算出する手段とを含む。

本発明の別の局面に従うプラントオペレーションの負荷評価プログラムは、コンピュータに、プラントからの計測データが入力されるとともにプラントに対して制御指令を与えるプラント制御監視システムから、プラント制御監視システムにおけるアラームに関する履歴を示す履歴データを取得するステップと、履歴データに含まれるアラームの発生時刻および復帰時刻に基づいて、プラントにおけるアラーム発生間隔分布およびアラーム対応時間分布を算出するステップと、アラーム発生間隔分布およびアラーム対応時間分布からアラームに対する処置時間分布を求め、アラーム発生間隔分布および処置時間分布からプラントオペレーションの負荷を算出するステップとを実行させる。

本発明によれば、プラントオペレーションの負荷を定量評価できる。

本発明の実施の形態においてプラントオペレーションの負荷評価の対象となるプラントの一例を示す模式図である。 本発明の実施の形態においてプラントオペレーションの負荷の定量評価を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態に従うプラント制御監視システムの構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態に従う負荷評価装置の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態に従う負荷評価装置が提供する制御構造を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に従う負荷評価装置において実行される全体処理手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に従うプラントオペレーションの負荷評価方法における集約処理を説明するための図である。 本発明の実施の形態に従うプラントオペレーションの負荷評価方法における前処理の具体的なデータ処理を説明するための図である。 本発明の実施の形態に従うプラントオペレーションの負荷評価方法における集約処理の効果を説明するための図である。 本発明の実施の形態に従うプラントオペレーションの負荷評価方法における瞬時復帰アラーム排除処理を説明するための図である。 本発明の実施の形態に従うプラントオペレーションの負荷評価方法における瞬時復帰アラーム排除処理の効果を説明するための図である。 図６に示す前処理（ステップＳ２）のより詳細な手順を示すフローチャートである。 図１２のマスターテーブルの生成処理（ステップＳ２１）のより詳細な手順を示すフローチャートである。 図１２の処理テーブルの生成処理（ステップＳ２２）のより詳細な手順を示すフローチャートである。 図１２のアラーム発生間隔データとアラーム対応時間データとの生成処理（ステップＳ２３）のより詳細な手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に従うプラントオペレーションの負荷評価方法における平均アラーム発生間隔および平均アラーム対応時間の算出例を示す図である。 本発明の実施の形態に従うプラントオペレーションの負荷評価方法を用いて算出されたアラーム発生間隔分布の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に従うプラントオペレーションの負荷評価方法を用いて算出されたアラーム対応時間分布の一例を示す図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜Ａ．プラントおよびプラント制御監視システムについて＞
まず、本実施の形態に従うプラントオペレーションの負荷評価装置が対象とするプラントおよびプラント制御監視システムについて説明する。

石油化学プラントや化学プラントといった各種のプラントでは、一般に、プラント制御監視システムを通じてオペレータによるオペレーションが行なわれる。プラント制御監視システムは、プラントを自動制御する機能のほか、アラーム機能を搭載している。例えば、プラントから取得された計測値が予め設定された正常範囲を逸脱すると、アラームが鳴って、プラントの異常を知らせる仕組みとなっている。

図１は、本発明の実施の形態においてプラントオペレーションの負荷評価の対象となるプラントの一例を示す模式図である。図１には、ドラム１０を含むプラント１の例を示す。このプラント１には、プラント制御監視システムＳＹＳが配置されている。プラント制御監視システムＳＹＳは、プラント１からの計測データが入力されるとともにプラント１に対して制御指令を与える。典型的に、プラント制御監視システムＳＹＳは、制御装置２００と、表示操作装置３００とを含む。

より具体的には、プラント１には、ドラム１０内に存在する物質などの液面レベルを計測するセンサー１２と、ドラム１０から吐出される物質の流量を計測するセンサー１８とが設けられている。これらのセンサー１２および１８によって計測された計測値（計測データ）は、制御装置２００へ入力される。

また、プラント１には、ドラム１０から吐出される物質を流す配管にポンプ１４および流量制御バルブ１６が設けられている。ポンプ１４の起動／停止制御および流量制御バルブ１６の開度調整は、制御装置２００からの制御指令に従って行なわれる。

表示操作装置３００は、操作室内などに配置され、プラントの運転状況やプラントで発生したアラームなどをオペレータへ通知するとともに、オペレータによる操作を受け付ける。制御装置２００および表示操作装置３００の詳細については、後述する。

上述のようなプラントでは、たとえ生産量や生産速度といった運転条件が一定であっても、外気温度の変化、原料組成の変化、反応器における触媒活性の変化、スケーリングなどの予測不能な外乱によって、プロセスの状態が変化する。そこで、このようなプロセスの状態変化をプラント制御監視システムのアラームによって検知し、オペレータによって、プロセスの状態を適正に戻す処置が取られる。

連続プラントなどでは、何らかのアラームが発生すると、当該発生したアラームに対してオペレータがオペレーション（処置）を行なうイベントドリブン型の運転形態が一般的に採用される。このようなイベントドリブン型の運転形態では、発生するアラームの数が多ければ、それに対するオペレーション（処置）の回数も多くなり、オペレータのプラントオペレーション負荷は高くなるといえる。

＜Ｂ．概要＞
次に、本実施の形態に従うプラントオペレーションの負荷を定量評価する方法について、その概略を説明する。本実施の形態においては、プラント制御監視システムＳＹＳからプラントデータを取得し、「待ち行列理論」を応用して、そのプラントデータに含まれる各アラームの発生時刻および復帰時刻などからプラントオペレーションの負荷を評価する。なお、「復帰」とは、アラーム状態にあった計測値が正常範囲内に戻るような状態を意味する。より具体的には、プラント制御監視システムＳＹＳにおけるアラームに関する履歴を示す履歴データ（後述のアラーム・イベントログファイル１５０）を取得し、当該履歴データに含まれるアラームの発生時刻および復帰時刻に基づいて、プラント１におけるアラーム発生間隔分布およびアラーム対応時間分布を算出する。

本明細書において、「アラーム発生間隔」とは、各アラームの発生から後続のアラームの発生までの発生間隔を意味し、平均アラーム発生間隔は、複数の「アラーム発生間隔」を後述するような方法によって算出されたアラーム発生間隔の代表値を意味する。また、「アラーム対応時間」とは、各アラームの発生から復帰までに要した時間を意味し、平均アラーム対応時間は、複数の「アラーム対応時間」を後述するような方法によって算出されたアラーム対応時間の代表値を意味する。このアラーム対応時間は、それ以前、あるいはそれとは別に発生したアラームに対する処置をオペレータが行なっている場合には、「待ち時間」を含むことになる。

アラーム発生間隔分布およびアラーム対応時間分布が算出されると、これらを用いて、アラームに対する処置時間分布を算出する。この「処置時間」とは、各アラームに対するオペレータによる処置に必要な正味の時間を意味する。したがって、アラーム発生間隔分布と平均処置時間とを用いて、プラントオペレーションの負荷を定量評価することができる。

より具体的には、待ち行列理論に基づいて、アラーム発生間隔分布のパラメータである平均アラーム発生間隔、アラームに対する処置時間分布のパラメータである平均処置時間から、プラント１におけるオペレータによるプラントオペレーションの負荷を示す指標値を算出する。

「アラーム発生間隔分布」と「アラーム対応時間分布」、あるいはアラームに対する「処置時間分布」は、いずれも指数関数を用いたが、そのいずれかがポアソン分布、あるいはアーラン分布、あるいはそれらに派生する分布の利用も考えられる。一方、アラーム間隔分布の指数分布に代えて、単位時間あたりのアラーム発生分布をポアソン分布とし、アラーム対応時間分布あるいはアラームに対する処置時間分布を指数分布とする組み合わせは、本発明の方法と同意であることは明らかである。

「待ち行列理論」は、例えば、客がサービスを受けるために行列をつくるような確率的に変動するシステムの混雑現象を、数理モデルを用いて解析するための理論である。この待ち行列理論は、情報通信システム、生産システム、交通システムなどの分野において、混雑状況の解析やシステム設計手法として広く用いられている。

本願発明者らは、上述のようなイベントドリブン型で運転されているプラントについても、待ち行列理論を応用することができることを新たに見出した。すなわち、プラントにおける１人のオペレータが対応可能なオペレーションの状態を評価することを対象として、従来の待ち行列理論における客の到着、窓口のサービス、および待ち行列を、それぞれアラームの発生、アラームに対する処置、および処置待ちアラームとみなすことで、Ｍ／Ｍ／１型の待ち行列理論を用いて、プラントオペレーションの負荷を評価するという新たな手法を発明した。

図２は、本発明の実施の形態においてプラントオペレーションの負荷の定量評価を説明するための概念図である。図２は、横軸をオペレータによる単位時間あたりの処置回数、縦軸を単位時間あたりのアラーム発生回数とした二次元座標を示す。この二次元座標において、アラーム発生回数が多ければ、処置回数も多くなり、左上の領域に向かうほど不安定プラントで、オペレーションの負荷が高いと言える。

本実施の形態においては、まず、プラントデータ（履歴データ）からアラーム発生間隔分布およびアラーム対応時間分布を算出し、これらに基づいてアラームに対する処置時間を算出する。さらに、アラーム発生間隔分布と処置時間分布とからオペレーション限界を求め、それを基準としたプラントオペレーション負荷を求めてもよいし、逆にそこから導かれるオペレータの余裕率を算出してもよい。

図２には、アラーム発生回数の増大に伴って、プラントオペレーションの負荷を定量的に示したオペレーション負荷指標が増加している例を示す。なお、オペレーション負荷指標は、オペレーション限界の値を「１」として規格化された値である。このようなオペレーション処理指標を用いることで、プラントオペレーションの負荷を定量評価できる。

なお、本発明の適用対象となるプラントは、連続プラントに限られるものではなく、基本的には、アラームに対して対応を行なっているイベントドリブン型で運転されているプラントであればいずれのプラントにも適用可能である。

＜Ｃ．待ち行列理論のプラントオペレーション負荷の定量評価への適用について＞
次に、待ち行列理論を用いて、プラントオペレーション負荷を定量評価する場合の数学的な処理について説明する。

まず、プラント１において単位時間内に発生するアラームの数がポアソン分布に従うとすると、各アラームの発生から後続の（次の）アラームの発生までのアラーム発生間隔は指数分布となる。すなわち、ｘを時間間隔とし、λを単位時間あたりの平均アラーム発生回数（ここで、１／λは平均アラーム発生間隔に等しい）とすると、単位時間あたりの平均アラーム発生回数λの確率密度関数ｆ（ｘ）は、次の（１）式で表わすことができる。

（１）式から、度数分布における、ｉ階級の区間［ａ_ｉ，ｂ_ｉ］（但し、ｉ＝１，・・・，Ｎ（Ｎは、時間間隔の階級の数））の割合Ｆ（ｉ）は、次の（２）式で表わすことができる。

次に、プラント１において、待ち時間を含まないアラームに対する処置時間も指数分布に従うとすると、ｔを時間とし、１／μを平均処置時間として、処置時間の確率密度関数ｇ（ｔ）は、次の（３）式で表わすことができる。

従来の待ち行列理論における客の到着間隔（本実施の形態においてはアラーム発生間隔分布に相当する）およびサービス時間（本実施の形態においては処置時間分布に相当する）がいずれも指数関数に従うのであれば、客が到着してサービスが完了するまでの時間、すなわち客の滞在時間は、次の（４）式に示すような指数分布となることが知られている。よって、客の滞在時間に相当する、待ち時間を含むアラーム対応時間についても指数分布に従うことになる。すなわち、待ち時間を含むアラーム対応時間の確率密度関数ｈ（ｘ）は、（４）式で表わすことができる。

上述の（２）式と同様に、度数分布における、ｉ階級の区間［ａ_ｉ，ｂ_ｉ］（但し、ｉ＝１，・・・，Ｎ（Ｎは時間間隔の階級の数））の割合Ｈ（ｉ）は、次の（５）式で表わすことができる。

ここで、１人のオペレータがプラント制御監視システムＳＹＳを通じてプラント１を運転しているものとすると、「Ｍ／Ｍ／１型」の待ち行列システムとなる。そのため、従来の待ち行列理論におけるサービス利用率に相当する発生したアラームに対する処置を行なっている時間の割合、すなわちオペレーション負荷率ρは、次の（６）式で表わすことができる。ここで、オペレーション負荷率ρは、０から１までの値となる。

一方、アラームに対する処置を行なっていない空き時間、すなわちオペレータの余裕率は、１−ρで表せる。

さらに、待ち行列理論におけるサービスを受けている客を含めた待ち行列内の客の数に相当するスタンディングアラーム数の平均Ｍは、次の（７）式で表わすことができる。ここで、「スタンディングアラーム」とは、オペレータが処置中のアラームを含めた滞留中のアラーム（復帰していないアラーム）を意味する。

１人のオペレータで対応することができなくなる理論的なオペレーション限界は、オペレーション負荷率ρ＝１である。そのため、オペレーション負荷率ρをそのままプラントオペレーション負荷評価の定量値としてもよい。

但し、オペレーション負荷率ρ＝１の近辺では、アラームの発生頻度や発生内容によってはスタンディングアラームが積み上がり、対応することができなくなる時間帯が生じ得る。そこで、このような事態を考慮して、実用的なオペレーション限界ρ_０を基準とする（８）式で表わすようなオペレーション負荷指標ξを考える。このオペレーション負荷指標ξは、プラントオペレーションの負荷を示す指標値の一例である。

オペレーション負荷指標ξは、０から、１よりも若干大きい値となり、オペレーション負荷指標ξが１を越えると、オペレータがアラームに対応できなくなるリスクを伴うことを意味する。

実用的なオペレーション限界ρ_０の値は、各プラントでの固有の状況を考慮して決定してもよい。

本実施の形態においては、プラントにおけるアラームシステムの基準となっている「Engineering Equipment & Materials User's Association, Alarm Systems - A Guide to Design, management and Procurement, EEMUA Publication No.191 (1999)」の記述に従って、オペレーション限界ρ_０の値を設定する。

より具体的には、ＥＥＭＵＡのガイドラインには、スタンディングアラーム数の平均（Ｍ）が１０個以下とすべきことが記載されている。そこで、上述の（７）式に従って、実用的なオペレーション限界ρ_０を０．９０９と決定できる。

すなわち、上述の（８）式は、分母を定数としたプラントオペレーションの負荷を示す指標値を算出する式となり、ＥＥＭＵＡのガイドラインを基準とするオペレーション負荷指標ξは、（９）式で表わすことができる。

以上説明したように、アラーム発生間隔およびアラーム対応時間が指数分布に従うのであれば、待ち行列理論に基づいて、オペレーションの負荷を定量評価できる。

＜Ｄ．プラント制御監視システムＳＹＳ＞
次に、図３に示すプラント制御監視システムＳＹＳの構成について説明する。図３は、本発明の実施の形態に従うプラント制御監視システムＳＹＳの構成を示す模式図である。

図３を参照して、プラント制御監視システムＳＹＳは、制御装置２００と、表示操作装置３００とを含む。制御装置２００は、プラント１からの計測データを取得するとともに、プラント１に対して制御指令を与える。表示操作装置３００は、プラントの運転状況やプラントで発生したアラームなどをオペレータへ通知するとともに、オペレータによる操作を受け付ける。

より具体的には、制御装置２００は、プロセッサ２０２と、主メモリ２０４と、プロセス入力部２０６と、プロセス出力部２０８と、不揮発性メモリ２１０と、フィールドバスインターフェイス（Ｉ／Ｆ）２２０と、ローカルネットワークインターフェイス（Ｉ／Ｆ）２２２とを含む。各コンポーネントは、内部バス２２４を介して互いにデータ通信可能に接続されている。

プロセッサ２０２は、制御装置２００に係る処理を実行する主体であり、不揮発性メモリ２１０に格納されたプログラムを実行することで、プラント１の制御に係る処理を実現する。プロセッサ２０２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などの任意の演算装置により構成される。

主メモリ２０４は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリからなり、プロセッサ２０２がプログラムを実行する際のワークメモリとして機能する。

プロセス入力部２０６は、プラント１に配置されたセンサーなどで計測された計測値（計測データ）を取得する。プロセス入力部２０６は、取得した計測データをプロセッサ２０２などへ出力する。

プロセス出力部２０８は、プロセッサ２０２などからの内部コマンドに従って、プラント１に配置されるアクチュエータなどに対して制御指令を出力する。

不揮発性メモリ２１０は、プロセッサ２０２で実行されるプログラムや、プロセッサ２０２が処理を実行することで生成されるデータを不揮発的に記憶する。典型的には、不揮発性メモリ２１０は、フラッシュメモリなどからなる。

本実施の形態において、不揮発性メモリ２１０は、プラント制御プログラム２１２と、アラーム設定値２１４、ログデータ２１６を保持する。プラント制御プログラム２１２は、プロセッサ２０２によって実行されることで、プラント１に対する制御および監視に係る処理を実現するための命令群を含む。アラーム設定値２１４は、プラント１から取得された計測値（プロセス値）の正常範囲を設定するパラメータを含む。すなわち、アラーム設定値２１４は、プラント１から取得される各計測値に対して、正常範囲を設定するための情報を含む。ログデータ２１６は、制御装置２００によるプラント１に対する制御監視において、予め設定されたイベントが発生したときに、その内容を格納する。典型的には、ログデータ２１６には、取得された計測値がアラーム設定値２１４によって設定された正常範囲を超えた場合に、対象の計測値、発生した時刻、復帰した時刻などが追記される。

フィールドバスインターフェイス２２０は、プラント１に分散配置されたリモートＩ／Ｏ（入出力装置）と通信する。

ローカルネットワークインターフェイス２２２は、表示操作装置３００との間でデータを遣り取りし、プロセッサ２０２の処理結果を表示操作装置３００へ出力するとともに、オペレータが表示操作装置３００を通じて入力した情報を受け取る。

一方、表示操作装置３００は、プロセッサ３０２と、主メモリ３０４と、ディスプレイ３０６と、入力部３０８と、音声出力部３１０と、ハードディスク３１１と、ローカルネットワークインターフェイス（Ｉ／Ｆ）３１２とを含む。各コンポーネントは、内部バス３１４を介して互いにデータ通信可能に接続されている。

プロセッサ３０２は、表示操作装置３００に係る処理を実行する主体であり、予めインストールされたプログラムを実行することで、オペレータのプラント１に対する監視制御に必要な処理を実現する。プロセッサ３０２は、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＦＰＧＡなどの任意の演算装置により構成される。

主メモリ３０４は、ＤＲＡＭなどの揮発性メモリからなり、プロセッサ３０２がプログラムを実行する際のワークメモリとして機能する。

ディスプレイ３０６は、オペレータに対して各種情報を視覚的に通知する装置である。ディスプレイ３０６は、典型的には、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイなどからなる。

入力部３０８は、オペレータからの操作を受け付ける装置である。入力部３０８は、典型的には、キーボード、マウス、タッチパネルなどからなる。

音声出力部３１０は、オペレータに対して各種情報を聴覚的に通知する装置である。音声出力部３１０は、典型的には、スピーカおよびアンプなどからなり、アラームメッセージを音声出力する場合には、音声合成装置などを含む。

ハードディスク３１１には、アラーム・イベントログファイル１５０が格納される。このアラーム・イベントログファイル１５０は、ローカルネットワークシステムインターフェイス３１２を介して制御装置２００内のログデータ２１６と同期が取られており、その内容がアラーム・イベントログファイル１５０に書き込まれる。

＜Ｅ．負荷評価装置＞
次に、本実施の形態に従うプラントオペレーションの負荷を定量評価する負荷評価装置１００の構成について説明する。本実施の形態に従うプラントオペレーションの負荷評価方法は、基本的には、負荷評価装置１００によって実行される。負荷評価装置１００としては、各種の情報処理装置を用いることができるが、本実施の形態においては、汎用的なアーキテクチャを有するパーソナルコンピュータを用いて実現する例を説明する。汎用的なパーソナルコンピュータで実現する方法に代えて、その処理の一部または全部を専用のハードウェアを用いて実現してもよいし、プラント制御監視システムＳＹＳの中に本機能を実装してもよい。

図４は、本発明の実施の形態に従う負荷評価装置１００の構成を示す模式図である。図４を参照して、負荷評価装置１００は、プロセッサ１０２と、主メモリ１０４と、ディスプレイ１０６と、入力デバイス１０８と、ハードディスク１１０と、ネットワークインターフェイス（Ｉ／Ｆ）１１６と、データリーダ１１８とを含む。これらのコンポーネントは、内部バス１２２を介して互いにデータ通信可能に接続されている。

負荷評価装置１００では、演算装置であるプロセッサ１０２が、ハードディスク１１０などに予め定め格納された負荷評価プログラム１１４を主メモリ１０４などに展開した上で実行することで、後述するようなプラントオペレーションの負荷評価方法を実現する。負荷評価プログラム１１４は、データリーダ１１８や図示しない光学読取装置などを介して、任意の記録媒体（カードデバイス１２０）から読み出して、ハードディスク１１０へインストールされる。あるいは、負荷評価プログラム１１４は、ネットワークインターフェイス１１６を介して、外部のサーバからネットワーク経由でダウンロードされてもよい。

ハードディスク１１０には、負荷評価プログラム１１４に加えて、オペレーティングシステム（ＯＳ）１１２もインストールされる。基本的には、負荷評価プログラム１１４は、プロセッサ１０２がオペレーションシステムを実行することで提供される環境下で実行される。負荷評価プログラム１１４は、オペレーションシステム１１２が提供するモジュールを利用して処理を行なうようにコーディングされてもよい。この場合には、負荷評価プログラム１１４自体には、オペレーションシステム１１２が提供するモジュールは含まれないことになる。このような負荷評価プログラム１１４であっても、本発明の範囲に含まれることは自明である。

ディスプレイ１０６は、ユーザに対して各種情報を表示する。ディスプレイ１０６は、典型的には、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイなどからなる。

入力デバイス１０８は、ユーザからの操作を受け付ける装置である。入力デバイス１０８は、典型的には、キーボードやマウスなどからなる。

ネットワークインターフェイス１１６は、外部装置とネットワークを通じてデータを遣り取りする。ネットワークインターフェイス１１６は、典型的には、イーサネット（登録商標）などからなる。本実施の形態においては、負荷評価装置１００は、プラント制御監視システムＳＹＳからプラントデータ（アラーム・イベントログファイル１５０）を取得する。このプラントデータは、ネットワークインターフェイス１１６を介して負荷評価装置１００へ入力されてもよい。

データリーダ１１８は、カードデバイス１２０と着脱可能に構成され、カードデバイス１２０に格納されたデータを読み出してプロセッサ１０２などへ出力するとともに、プロセッサ１０２などから与えられたデータをカードデバイス１２０へ書き込む。カードデバイス１２０は、典型的には、ＳＤ（Secure Digital）カードや、コンパクトフラッシュ（登録商標）などからなる。プラント制御監視システムＳＹＳからプラントデータ（アラーム・イベントログファイル１５０）は、このカードデバイス１２０を介して負荷評価装置１００へ入力されてもよい。

＜Ｆ．制御構造＞
次に、負荷評価装置１００に実装される制御構造について説明する。

図５は、本発明の実施の形態に従う負荷評価装置１００が提供する制御構造を示すブロック図である。図５に示す各機能ブロックは、典型的には、負荷評価装置１００のプロセッサ１０２がハードディスク１１０などに格納された負荷評価プログラム１１４を実行することで実現される。

負荷評価装置１００は、その制御構造として、取得部１６０と、前処理部１６２と、アラーム発生間隔分布算出部１６８と、アラーム対応時間分布算出部１７０と、処置時間分布算出部１７２と、負荷指標算出部１７４とを含む。

取得部１６０は、プラント制御監視システムＳＹＳ（表示操作装置３００）からアラーム・イベントログファイル１５０を取得する。アラーム・イベントログファイル１５０は、プラント制御監視システムＳＹＳにおけるアラームに関する履歴を示す履歴データである。上述したように、アラーム・イベントログファイル１５０は、ネットワークインターフェイス１１６を介してネットワーク経由で転送されてもよいし、カードデバイス１２０などの記録媒体に担持された状態で入力されてもよい。

前処理部１６２は、取得部１６０によって取得されたアラーム・イベントログファイル１５０に対して、アラーム発生間隔分布およびアラーム対応時間分布を算出するための前処理を実行する。より具体的には、前処理部１６２は、集約部１６４と、瞬時復帰アラーム排除部１６６とを含む。

集約部１６４は、アラーム・イベントログファイル１５０に含まれるアラームのうち、従属関係にある複数のアラーム（以下「従属アラーム」とも表記する）を集約する。より具体的には、集約部１６４は、予め定められた期間内に発生した複数のアラームのうち、同一の計測データに起因して発生したアラーム同士を１つに集約する。

瞬時復帰アラーム排除部１６６は、集約したアラームのうち、発生してから復帰するまでの期間が予め定められた時間内であるものをアラーム対応時間分布の算出対象から除外する。

これらの前処理の詳細については後述する。
アラーム発生間隔分布算出部１６８は、集約部１６４がアラーム・イベントログファイル１５０を前処理した結果から、アラーム発生間隔分布を算出する。また、アラーム対応時間分布算出部１７０は、集約部１６４が前処理した結果をさらに瞬時復帰アラーム排除部１６６で前処理した結果から、アラーム対応時間分布を算出する。これらの算出部は、アラーム・イベントログファイル１５０に含まれるアラームの発生時刻および／または復帰時刻に基づいて、プラント１におけるアラーム発生間隔分布およびアラーム対応時間分布を算出する。

処置時間分布算出部１７２は、アラーム発生間隔分布およびアラーム対応時間分布に基づいて、アラームに対する処置時間分布を算出する。負荷指標算出部１７４は、アラーム発生間隔分布と処置時間分布とに基づいて、プラント１におけるオペレータによるオペレーションの負荷を示す値（負荷指標）を算出する。より具体的には、負荷指標算出部１７４は、アラーム発生間隔分布のパラメータである平均アラーム発生間隔（１／λ）と処置時間分布のパラメータである平均処置時間（１／μ）とを用いて、上述の（６）〜（８）式に従って、オペレーション負荷率ρおよびオペレーション負荷指標ξを算出する。負荷指標算出部１７４は、これらの算出結果を、負荷指標結果として出力する。

＜Ｇ．全体処理手順＞
次に、負荷評価装置１００において実行されるプラントオペレーションの負荷を定量評価するための全体処理手順について説明する。

図６は、本発明の実施の形態に従う負荷評価装置１００において実行される全体処理手順を示すフローチャートである。図６に示す各ステップは、負荷評価装置１００のプロセッサ１０２によって実行される。

まず、負荷評価装置１００のプロセッサ１０２（取得部１６０）は、プラント制御監視システムＳＹＳからプラントデータ（アラーム・イベントログファイル１５０）を取得する（ステップＳ１）。続いて、プロセッサ１０２（前処理部１６２）は、取得されたアラーム・イベントログファイル１５０に対して、アラーム発生間隔分布およびアラーム対応時間分布を算出するための前処理を実行する（ステップＳ２）。

プロセッサ１０２（アラーム発生間隔分布算出部１６８）は、アラーム・イベントログファイル１５０を前処理した結果から、アラーム発生間隔分布のパラメータである平均アラーム発生間隔を算出する（ステップＳ３）。ステップＳ３の処理と並行して、プロセッサ１０２（アラーム対応時間分布算出部１７０）は、アラーム・イベントログファイル１５０を前処理した結果から、アラーム対応時間分布のパラメータである平均アラーム対応時間を算出する（ステップＳ４）。なお、ステップＳ３とステップＳ４とを直列的に実行してもよく、その場合にはその実行順序はいずれであってもよい。

そして、プロセッサ１０２（処置時間分布算出部１７２）は、平均アラーム発生間隔および平均アラーム対応時間に基づいて、アラームに対する処置時間分布のパラメータである平均処置時間を算出する（ステップＳ５）。さらに、プロセッサ１０２（負荷指標算出部１７４）は、平均アラーム発生間隔と平均処置時間とに基づいて、プラント１におけるオペレータによるオペレーションの負荷を示す値（オペレーション負荷指標）を算出する（ステップＳ６）。

最終的に、プロセッサ１０２は、オペレーション負荷指標を含む負荷指標結果を出力する（ステップＳ７）。そして、処理は終了する。

＜Ｈ．前処理＞
次に、上述の前処理（図６に示すステップＳ２）の詳細について説明する。

（ｈ１：集約処理（従属性の排除処理））
上述したように、待ち行列理論は、独立したランダム事象を前提としているため、対象とするデータの従属性を排除しておく必要がある。以下、実プラントにおけるアラームの従属性およびその従属性を排除する方法について説明する。

図７は、本発明の実施の形態に従うプラントオペレーションの負荷評価方法における集約処理を説明するための図である。図７には、ドラムの液面制御（ＬＣ）の例を示す。ドラムの液面制御における計測値に対して、上限（以下「Ｈｉ」と表記する）、上上限（以下「ＨＨ」と表記する）、下限（以下「Ｌｏ」と表記する）、下下限（以下「ＬＬ」と表記する）の合計４つのアラームが設定されているとする。

外乱等のプロセス変動によって、液面センサーによる計測値が、いずれかのアラーム設定値を上回った時、あるいは下回った時に、アラームが発生し、対応するアラームデータがアラーム・イベントログファイル１５０へ出力される。

オペレータは、何らかのアラームが発生するとプロセスの状態を確認し、確認操作（典型的には、確認ボタンの押下）によって発生しているアラームを消音し、プロセスを正常な状態に戻すための処置（操作）を行なう。プロセスが正常範囲に戻ると、アラームは復帰（以下「Ｒｅｃｏｖｅｒ」とも表記する）し、当該復帰を示すデータがアラーム・イベントログファイル１５０へ出力される。

図７のトレンドグラフのようなプロセス変動（液面変動）が生じた場合、オペレータは、１つの液面変動現象として捉えて処置を行なうが、アラーム・イベントログファイル１５０においては、互いに従属関係にある４つのアラームが発生および復帰したことが記録される。

そのため、アラームデータ（アラーム・イベントログファイル１５０）からアラーム発生分布を算出する際には、少なくとも、これらのデータの従属性を排除しておくことが好ましい。

本実施の形態においては、互いに従属関係にある一連のアラームについて、当該一連のアラームを、１番最初に発生したアラームに集約する。より具体的には、予め定められた時間（例えば、２分）の間に発生した同一箇所（計測データ／タグ）の一連のアラームのうち、１番最初のアラームのみを有効なアラームの発生とみなし、他のアラームは無効なアラームの発生であるとみなす。

一方、アラーム対応時間は、イベントドリブン型の運転がされていることを前提として、一連のアラーム発生から正常復帰するまでの時間とする。すなわち、図７に示すように、最初のアラーム（液面制御ＬＣのＨｉアラーム）が発生してから最後の復帰データ（液面制御ＬＣのＬｏアラームＲｅｃｏｖｅｒ）が得られるまでの時間とする。

図８は、本発明の実施の形態に従うプラントオペレーションの負荷評価方法における前処理の具体的なデータ処理を説明するための図である。以下、図８を参照して、互い従属して発生するアラームの処理方法を、具体例を参照して詳細に説明する。

図８を参照して、アラーム・イベントログファイル１５０は、対象とするプロセスアラームとその復帰データの他、オペレータが行った操作や、制御装置２００の制御モード変更などのログを含む。アラーム・イベントログファイル１５０は、シーケンシャルファイルとしてハードディスク３１１内に格納される。アラーム・イベントログファイル１５０の各レコードは、アラーム発生や復帰といったアラーム・イベントの種別を示すコードと、時刻と、タグと、アラームの種類を含むメッセージ文とを含む。説明を簡単化するため、図８に示すアラーム・イベントログファイル１５０では、アラーム発生およびその復帰データのみを図示している。

負荷評価装置１００は、アラーム・イベントログファイル１５０に含まれるアラーム発生およびその復帰データを、１レコードずつ読み込み、読み込まれたデータがアラーム発生またはその復帰データであれば、マスターテーブル１５２にその内容が順次登録される。マスターテーブル１５２は、アラーム毎に、その発生時刻と復帰時刻との組み合わせを格納する。より具体的には、マスターテーブル１５２の各レコードは、アラーム発生時刻と、復帰時刻と、タグと、アラームの種類とを含む。復帰時刻は、タグおよびアラームの種類をキーとして、マスターテーブル１５２の後ろから前に向けて検索し、すなわち時刻の新しいものから古い方向に向けて検索することで、対応するアラームのデータに書き込まれる。このようにして、各アラームについて発生時刻と復帰時刻とが対応したマスターテーブル１５２が生成される。

次に、マスターテーブル１５２に含まれる各アラームのうち、互いに従属関係にある一連のアラームが集約される。図８に示すマスターテーブル１５２を参照すると、０：００：２７に液面制御ＬＣのＨｉアラームが発生し、０：００：３０に液面制御ＬＣのＨＨアラームが発生している。両者の発生間隔は３秒で、予め定められた時間（例えば、２分）未満であるため、従属関係にあるアラームと判断し、当該アラームの発生を最初のＨｉアラームに集約する。同様に、０：０２：２９に液面制御ＬＣのＬｏアラームが発生し、０：０２：３１に液面制御ＬＣのＬＬアラームが発生している。これらの発生間隔も予め定められた時間（例えば、２分）未満であるため、当該アラームの発生を最初のＬｏアラームに集約する。

これに対して、０：０８：１６に発生した液面制御ＬＣのＨｉアラームは、その前に発生している液面制御ＬＣのアラームとの間の発生間隔が５分４５秒であり、予め定められた時間（例えば、２分）を上回っているため、独立したアラームとみなす。

このような手順によって、アラーム発生間隔データ１５６が生成される。
図９は、本発明の実施の形態に従うプラントオペレーションの負荷評価方法における集約処理の効果を説明するための図である。より具体的には、図９には、実プラントから取得されたアラーム発生間隔の度数分布と、実プラントから取得されたアラーム発生間隔から算出された平均アラーム発生間隔に基づいて、上述の（２）式に従って描いた指数分布曲線とを示す。図９（Ａ）には、上述の従属性を排除する処理（集約処理）を行なっていない場合の結果を示し、図９（Ｂ）には、上述の従属性を排除する処理（集約処理）を行なった場合の結果を示す。

図９（Ａ）と図９（Ｂ）とを比較すると明らかなように、同一箇所（計測データ／タグ）の従属するアラームを除く処理（集約処理）を行なうことで、アラームの発生間隔をランダム事象とみなすことができ、これによってアラーム発生間隔を指数分布でより正確に近似できる。

（ｈ２：瞬時復帰アラーム排除処理）
次に、アラーム対応時間分布をより正確に算出するために実行される、瞬時復帰アラーム排除処理について説明する。アラーム対応時間分布を算出する際には、上述したような互いに従属して発生するアラームを排除する処理に加えて、ノイズとなる瞬時復帰アラームを排除する必要がある。「瞬時復帰アラーム」とは、アラームが発生した後、短時間の間に正常状態に復帰するもので、アラームが発生してから復帰するまでの時間内にオペレータが処置を完了したとはみなせないアラームである。

図１０は、本発明の実施の形態に従うプラントオペレーションの負荷評価方法における瞬時復帰アラーム排除処理を説明するための図である。図１０には、ドラムの温度制御（ＴＣ）の例を示す。ドラムの温度制御における計測値の変化率（以下「Ｖｅｌ」と表記する）のアラームが設定されているとする。以下、図１０を参照して、変化率アラームで生じる瞬時復帰アラームの様子、およびそれを排除する方法について説明する。

外乱等のプロセスの変動によって、温度の変化率がアラームの設定値を上回った時にアラームが発生し、正常状態に戻ると当該アラームは復帰する。変化率アラームは、プロセスの変化を素早く検知する目的に使われることが多く、アラーム発生からアラーム復帰までの時間と実際にオペレータが処置を行なう時間とは一致しない場合が多い。

このような事象はアラーム対応時間分布の算出においてノイズとなるため、瞬時復帰アラームを排除することが好ましい。

なお、瞬時復帰アラームとしては、上述のような変化率アラームの他、センサーのノイズやバッチ操作の影響などで生じる、実際には操作を伴わない上限／下限アラームなども含まれ得る。

本実施の形態においては、アラーム対応時間が予め定められた時間（例えば、１５秒）未満であるアラーム対応時間のレコードを排除する。再度図８を参照して、処理テーブル１５４の２番目のレコードである温度制御ＴＣは、アラーム発生時刻が０：００：４２であり、アラーム復帰時刻が０：００：４５であるため、アラーム対応時間は３秒となる。このアラーム対応時間は、予め定められた時間（例えば、１５秒）未満であるため、アラーム対応時間分布を算出する際にスキップされる。すなわち、アラーム対応時間データ１５８において、温度制御ＴＣのレコードが無効化される。

図１１は、本発明の実施の形態に従うプラントオペレーションの負荷評価方法における瞬時復帰アラーム排除処理の効果を説明するための図である。より具体的には、図１１には、実プラントから取得されたアラーム対応時間の度数分布と、実プラントから取得されたアラーム対応時間から算出された平均アラーム対応時間に基づいて、上述の（５）式に従って描いた指数分布曲線とを示す。図１１（Ａ）には、上述の瞬時復帰アラーム排除処理を行なっていない場合の結果を示し、図１１（Ｂ）には、上述の瞬時復帰アラーム排除処理を行なった場合の結果を示す。

図１１（Ａ）と図１１（Ｂ）とを比較すると明らかなように、同一箇所（計測データ／タグ）の従属するアラームを除く処理（集約処理）を行なった上で、さらに瞬時復帰アラームを除く処理を行なうことで、アラーム対応時間をランダム事象とみなすことができ、これによってアラーム対応時間を指数分布でより正確に近似できる。

（ｈ３：処理手順）
次に、上述した平均アラーム発生間隔および平均アラーム対応時間を算出するための前処理（図６に示すステップＳ２）に係る処理手順について説明する。

図１２は、図６に示す前処理（ステップＳ２）のより詳細な手順を示すフローチャートである。図１２を参照して、負荷評価装置１００のプロセッサ１０２（前処理部１６２）は、アラーム・イベントログファイル１５０からマスターテーブル１５２を生成する（ステップＳ２１）。続いて、プロセッサ１０２（集約部１６４）は、マスターテーブル１５２を集約しつつ処理テーブル１５４を生成する（ステップＳ２２）。そして、プロセッサ１０２（瞬時復帰アラーム排除部１６６）は、処理テーブル１５４からアラーム発生間隔データ１５６を生成し、瞬時復帰アラームを排除しつつアラーム対応時間データ１５６を生成する（ステップＳ２３）。そして、処理はリターンする。

以下、ステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３のより詳細な処理手順について説明する。図１３は、図１２のマスターテーブル１５２の生成処理（ステップＳ２１）のより詳細な手順を示すフローチャートである。図１４は、図１２の処理テーブル１５４の生成処理（ステップＳ２２）のより詳細な手順を示すフローチャートである。図１５は、図１２のアラーム発生間隔データ１５６とアラーム対応時間データ１５８との生成処理（ステップＳ２３）のより詳細な手順を示すフローチャートである。

まず、図１３を参照して、マスターテーブル１５２の生成処理について説明する。負荷評価装置１００のプロセッサ１０２（前処理部１６２）は、アラーム・イベントログファイル１５０から最初の１レコードを読み込む（ステップＳ２１１）。プロセッサ１０２（前処理部１６２）は、読み込んだレコードの種類を判断する（ステップＳ２１２）。すなわち、読み込んだレコードが「アラームデータ」（アラーム発生）、「復帰データ」（アラーム復帰）、「その他」のいずれであるかが判断される。

読み込んだレコードが「アラームデータ」である場合（ステップＳ２１２において「アラームデータ」）、プロセッサ１０２（前処理部１６２）は、当該レコードから、発生時刻、タグ、種別の情報を抽出して、マスターテーブル１５２へ書き込む（ステップＳ２１３）。そして、処理はステップＳ２１５へ進む。

これに対して、読み込んだレコードが「復帰データ」である場合（ステップＳ２１２において「復帰データ」）、プロセッサ１０２（前処理部１６２）は、当該レコードに含まれるタグおよびアラームの種類をキーとして、マスターテーブル１５２の後ろから前に向けて検索してマスターテーブル１５２の対応するアラームを特定するとともに、当該特定したアラームに対応付けて、当該レコードの復帰時刻をマスターテーブル１５２へ書き込む（ステップＳ２１４）。そして、処理はステップＳ２１５へ進む。

なお、読み込んだレコードが「アラームデータ」および「復帰データ」のいずれでもない場合（ステップＳ２１２において「その他」）には、何も処理されることなく、ステップＳ２１５へ進む。

ステップＳ２１５において、プロセッサ１０２（前処理部１６２）は、読み込んだレコードがアラーム・イベントログファイル１５０の最後のレコードであるか否かを判断する（ステップＳ２１５）。読み込んだレコードがアラーム・イベントログファイル１５０の最後のレコードではない場合（ステップＳ２１５においてＮＯの場合）には、プロセッサ１０２（前処理部１６２）は、アラーム・イベントログファイル１５０から次の１レコードを読み込む（ステップＳ２１６）。そして、ステップＳ２１２以下の処理が繰り返される。

一方、読み込んだレコードがアラーム・イベントログファイル１５０の最後のレコードである場合（ステップＳ２１５においてＹＥＳの場合）には、処理はリターンする。

以上の処理によって、アラーム・イベントログファイル１５０からマスターテーブル１５２が生成される。

次に、図１４を参照して、処理テーブル１５４の生成処理について説明する。負荷評価装置１００のプロセッサ１０２（集約部１６４）は、マスターテーブル１５２から最初の１レコードを読み込む（ステップＳ２２１）。プロセッサ１０２（集約部１６４）は、読み込んだレコードからタグを抽出するとともに、マスターテーブル１５２の当該レコードから予め定められた時間（例えば、２分）までの間で、当該抽出したタグと同一のタグを有するレコード（アラーム）を検索する（ステップＳ２２２）。そして、プロセッサ１０２（集約部１６４）は、予め定められた時間までの間に抽出したタグと同一のタグを有するレコード（アラーム）が存在するか否かを判断する（ステップＳ２２３）。

予め定められた時間までの間に抽出したタグと同一のタグを有するレコード（アラーム）が存在する場合（ステップＳ２２３においてＹＥＳの場合）には、プロセッサ１０２（集約部１６４）は、同一のタグを有する複数のレコードのうち、より復帰時刻の遅い方を処理テーブル１５４の対応する復帰時刻の位置へ上書きする（ステップＳ２２４）。すなわち、プロセッサ１０２（集約部１６４）は、当該レコード（アラーム）が従属アラームであると判断し、処理テーブル１５４の対応する復帰時刻のみを更新する。更新される復帰時刻としては、前レコードの復帰時刻と現レコードの復帰時刻とを比較して、その時刻がより後であるものが書き込まれる。

一方、予め定められた時間までの間に抽出したタグと同一のタグを有するレコード（アラーム）が存在しない場合（ステップＳ２２３においてＮＯの場合）には、プロセッサ１０２（集約部１６４）は、当該レコード（アラーム）に対応する新たなレコードを処理テーブル１５４に追加する（ステップＳ２２５）。すなわち、プロセッサ１０２（集約部１６４）は、同一のタグを有するアラームが存在しなければ、独立な新たなアラームと判断し、その内容を処理テーブル１５４へ書き込む。

ステップＳ２２４またはＳ２２５の実行後、プロセッサ１０２（集約部１６４）は、対象レコードについて、アラーム発生間隔およびアラーム対応時間を算出し、それぞれの値を処理テーブル１５４へ書き込む（ステップＳ２２６）。すなわち、前アラームの発生時刻との差であるアラーム発生間隔、復帰時刻と発生時刻との差であるアラーム対応時間が書き込まれる。

続いて、プロセッサ１０２（集約部１６４）は、読み込んだレコードがマスターテーブル１５２の最後のレコードであるか否かを判断する（ステップＳ２２７）。読み込んだレコードがマスターテーブル１５２の最後のレコードではない場合（ステップＳ２２７においてＮＯの場合）には、プロセッサ１０２（前処理部１６２）は、マスターテーブル１５２から次の１レコードを読み込む（ステップＳ２２８）。そして、ステップＳ２２２以下の処理が繰り返される。

一方、読み込んだレコードがマスターテーブル１５２の最後のレコードである場合（ステップＳ２２７においてＹＥＳの場合）には、処理はリターンする。

以上の処理によって、マスターテーブル１５２から処理テーブル１５４が生成される。
最後に、図１５を参照して、アラーム発生間隔データ１５６およびアラーム対応時間データ１５８の生成処理について説明する。基本的には、処理テーブル１５４から、タグおよびアラーム発生間隔のデータを抜き出すことで、アラーム発生間隔データを生成することができる。一方、アラーム対応時間データ１５８を算出する際には、アラーム対応時間が予め定められた時間（例えば、１５秒）未満であるアラーム対応時間のレコードを排除する。

負荷評価装置１００のプロセッサ１０２（前処理部１６２）は、処理テーブル１５４から最初の１レコードを読み込む（ステップＳ２３１）。プロセッサ１０２（前処理部１６２）は、読み込んだレコードからアラーム発生間隔とタグを抽出してアラーム発生間隔データ１５６として出力する（ステップＳ２３２）。

続いて、プロセッサ１０２（前処理部１６２）は、処理テーブル１５４において読み込んだレコードのアラーム対応時間が予め定められた時間（例えば、１５秒）未満であるか否かを判断する（ステップＳ２３３）。

アラーム対応時間が予め定められた時間未満ではない場合（ステップＳ２３３においてＮＯの場合）には、プロセッサ１０２（前処理部１６２）は、アラーム対応時間とタグを抽出してアラーム対応時間データ１５８として出力する（ステップＳ２３４）。

これに対して、アラーム対応時間が予め定められた時間未満である場合（ステップＳ２３３においてＹＥＳの場合）には、ステップＳ２３４の処理がスキップされる。

続いて、プロセッサ１０２（前処理部１６２）は、読み込んだレコードが処理テーブル１５４の最後のレコードであるか否かを判断する（ステップＳ２３５）。読み込んだレコードが処理テーブル１５４の最後のレコードではない場合（ステップＳ２３５においてＮＯの場合）には、プロセッサ１０２（前処理部１６２）は、処理テーブル１５４から次の１レコードを読み込む（ステップＳ２３６）。そして、ステップＳ２３２以下の処理が繰り返される。

一方、読み込んだレコードが処理テーブル１５４の最後のレコードである場合（ステップＳ２３５においてＹＥＳの場合）には、処理はリターンする。

以上の処理によって、処理テーブル１５４からアラーム発生間隔データ１５６およびアラーム対応時間データ１５８が生成される。

＜Ｉ．算出処理＞
次に、図６のステップＳ４に示す、平均アラーム発生間隔および平均アラーム対応時間の算出処理の詳細について説明する。

（ｉ１：アラーム発生間隔および平均アラーム発生間隔）
次に、アラーム発生間隔および平均アラーム発生間隔の算出処理について説明する。上述の図８および図１５などを参照して説明したように、図８に示すような処理テーブル１５４からアラーム発生間隔データ１５６が生成される。このアラーム発生間隔データ１５６は、各アラームについて、直前のアラームが発生したタイミングからの経過時間を格納する。すなわち、負荷評価装置１００は、履歴データ（アラーム・イベントログファイル１５０）に含まれるアラームについて、各アラームの発生から後続のアラームの発生までの発生間隔（アラーム発生間隔）をそれぞれ算出する。そして、負荷評価装置１００は、典型的には、それぞれのアラーム発生間隔から以下のいずれかの方法を使って平均アラーム発生間隔を算出する。

（１）アラーム発生間隔の算術平均
それぞれのアラーム発生間隔をｘ_ｉ（但し、ｉ＝１，・・・，Ｎ_ａ（Ｎ_ａは従属アラーム集約処理後のアラーム総数））とすると、アラーム発生間隔の算術平均は、次の（１０）式に従って算出できる。

なお、上述の図９に示すアラーム発生間隔分布については、算術平均を使って算出している。

この算術平均によって算出された平均アラーム発生間隔は、単位時間あたりに発生したアラーム総数の逆数に相当する。そのため、例えば１日あたりに発生したアラームの総数をカウントし、１日を当該総数で割った時間の値を平均アラーム発生間隔としてもよい。

（２）アラーム発生間隔の対数平均
アラーム発生間隔分布が指数分布から多少ずれると、アラーム発生間隔に偏りを生じる。この場合には、上述のような単純な算術平均による方法では、アラーム発生間隔が大きいデータの影響を受け易くなる。このような場合は、アラーム発生間隔の対数平均を使って、平均アラーム発生間隔を算出してもよい。具体的には、次の（１１）式に示すように、データの対数を取って平均値を求めた上で、指数関数を使って元に戻すことで、平均アラーム発生間隔を算出できる。

（３）アラーム発生間隔の中央値
上述の（２）対数平均を使った場合と同様の効果を期待できる方法として、アラーム発生間隔の中央値を平均アラーム発生間隔として採用してもよい。中央値を求める関数をｍｅｄｉａｎとすると、平均アラーム発生間隔は、次の（１２）式に従って算出できる。

このように（３）中央値を使って平均アラーム発生間隔を算出することで、平均アラーム発生間隔に係る処理量を低減できる。

以上のように、負荷評価装置１００は、算出したそれぞれのアラーム発生間隔について、算術平均、対数平均、中央値のうちいずれかの方法によって、平均アラーム発生間隔を算出する。

（ｉ２：アラーム対応時間および平均アラーム対応時間）
上述の平均アラーム発生間隔の算出処理と同様に、平均アラーム対応時間についても、以下のいずれかの方法を使って算出する。

まず、負荷評価装置１００は、履歴データ（アラーム・イベントログファイル１５０）に含まれるアラームについて、各アラームの発生から復帰までの対応時間（アラーム対応時間）をそれぞれ算出する。より具体的には、図８および図１５などを参照して説明したように、図８に示すような処理テーブル１５４からアラーム対応時間データ１５８が生成される。このアラーム対応時間データ１５８は、各アラームについて、発生から復帰までに要した時間を格納する。

（１）アラーム対応時間の区間算術平均
それぞれのアラーム対応時間をｔ_ｉ（但し、ｉ＝１，・・・，Ｎ_ｂ（Ｎ_ｂは従属アラーム集約処理後かつ瞬時復帰アラーム処理後のアラーム総数））とし、区間時間（ここでは、アラーム対応時間が０から２５分未満であるもの）のデータの集合をｔ’_ｊ（但し、ｊ＝１，・・・，Ｎ_ｂ’（Ｎ_ｂ’は従属アラーム集約処理後かつ瞬時復帰アラーム排除処理後のアラームのうち、２５分未満であるアラーム個数））とすると、アラーム対応時間の区間算術平均は、次の（１３）式に従って算出できる。

なお、上述の図１１に示すアラーム対応時間分布については、区間算術平均を使って算出している。

（２）アラーム対応時間の対数平均
上述のアラーム発生間隔分布についての説明と同様に、アラーム対応時間分布が指数分布から多少ずれると、アラーム対応時間に偏りを生じる。この場合には、上述のような単純な区間算術平均では、アラーム対応時間が大きいデータの影響を受け易くなる。このような場合は、アラーム対応時間の対数平均を使って、平均アラーム対応時間を算出してもよい。具体的には、次の（１４）式のように、データの対数を取って平均値を求め、指数関数を使って元に戻すことで、平均アラーム対応時間を算出できる。この方法によれば、上述の（１）区間算術平均を使った場合のように区間幅を考慮する必要がない。

（３）アラーム対応時間の中央値
上述の（２）対数平均を使った場合と同様の効果を期待できる方法として、アラーム対応時間の中央値を平均アラーム対応時間として採用してもよい。中央値を求める関数をｍｅｄｉａｎとすると、平均アラーム対応時間は、次の（１５）式に従って算出できる。

このように（３）中央値を使って平均アラーム対応時間を算出することで、平均アラーム対応時間に係る処理量を低減できる。

以上のように、負荷評価装置１００は、算出したそれぞれのアラーム対応時間について、区間算術平均、対数平均、中央値のうちいずれかの方法によって、平均アラーム対応時間を算出する。

（ｉ３：算出例）
上述のようなそれぞれの方法を使って算出した平均アラーム発生間隔および平均アラーム対応時間の一例を示す。

図１６は、本発明の実施の形態に従うプラントオペレーションの負荷評価方法における平均アラーム発生間隔および平均アラーム対応時間の算出例を示す図である。図１６（Ａ）には、算術平均、対数平均、中央値をそれぞれ用いて算出した平均アラーム発生間隔の例を示し、図１６（Ｂ）には、区間算術平均、対数平均、中央値をそれぞれ用いて算出した平均アラーム対応時間の例を示す。

（ｉ４：補正処理）
上述のいずれかの方法によって平均アラーム発生間隔および平均アラーム対応時間を算出した場合に、その算出された指数分布曲線がプラントデータから取得された頻度分布に対してずれているようなときには、補正パラメータα，βを用いて、次の（１６）式および（１７）式に従って、その指数分布曲線を補正できるようにしてもよい。

ここで、λ’は、上述した平均アラーム発生間隔のいずれかの算出方法で算出した平均アラーム発生間隔を示し、（μ−λ）’は、上述した平均アラーム対応時間のいずれかの算出方法で算出した平均アラーム対応時間を示すものとする。補正パラメータα，βは、頻度分布に適合するように設定するための調整パラメータを示す。平均アラーム発生間隔および平均アラーム対応時間の各々が対応する頻度分布と一致している場合には、それぞれ１に設定されるが、一致していない場合には、補正に適した値に設定される。一例として、補正パラメータαについては、０．５＜α＜２．０の範囲で設定され、補正パラメータβについては、０．５＜α＜２．０の範囲で設定される。

＜Ｊ．評価処理＞
次に、図６のステップＳ５およびＳ６に示す評価処理の詳細について説明する。

上述したような手順に従って、各アラームの発生および復帰に係るデータから、平均アラーム発生間隔（１／λ）および平均アラーム対応時間（１／（μ−λ））が算出される。これらの平均値から平均処置時間（１／μ）を算出できる。さらに、上述の（６）式および（９）式に従って、対象とするプラントのオペレーション負荷率ρ、およびオペレーション負荷指標ξが算出される。

実プラントから得られたプラントデータのアラームおよびその復帰データを用いて、本実施の形態に従う負荷評価方法を適用した例を以下に示す。

図１７は、本発明の実施の形態に従うプラントオペレーションの負荷評価方法を用いて算出されたアラーム発生間隔分布の一例を示す図である。図１８は、本発明の実施の形態に従うプラントオペレーションの負荷評価方法を用いて算出されたアラーム対応時間分布の一例を示す図である。

また、図１７および図１８において評価の対象とした４つのプラント（ＰｌａｎｔＡ、ＰｌａｎｔＢ、ＰｌａｎｔＣ、ＰｌａｎｔＤ）について、平均アラーム発生間隔、平均アラーム対応時間、待ち時間を除く平均処置時間、各プラントのオペレーション負荷率、および、オペレーション負荷指標をそれぞれ算出結果を次に示す。

いずれのプラントも現実には１人のオペレータで運転されており、オペレーション負荷率およびオペレーション負荷指標が相対的に低い値を示しているところなどから、上述の結果から妥当な評価ができているといえる。

＜Ｋ．応用例＞
上述したように、本実施の形態に従うプラントオペレーションの負荷評価方法によれば、各プラントにおけるプラントオペレーションの負荷を定量評価することができる。さらに、このような定量評価の結果を用いて、プラントオペレーションの統合可否などを評価することもできる。例えば、複数のプラントの各々に専属のオペレータを配置して運転しているような状況において、いずれか一方のオペレータのみで複数のプラントを運転できるか否かといった評価についても行なうことができる。

以下では、本実施の形態に係る応用例として、上述のＰｌａｎｔＡとＰｌａｎｔＢとを統合した場合、およびＰｌａｎｔＣとＰｌａｎｔＤとを統合した場合におけるプラントオペレーションの負荷をそれぞれ予想する処理について説明する。

上述の各プラントについての結果を利用して、ＰｌａｎｔＡおよびＰｌａｎｔＢを１人のオペレータで運転した場合、およびＰｌａｎｔＣおよびＰｌａｎｔＤを１人のオペレータで運転した場合の予測結果を次に示す。

ＰｌａｎｔＡとＰｌａｎｔＢとを統合した場合に生じる平均アラーム発生間隔は、ＰｌａｎｔＡおよびＰｌａｎｔＢのそれぞれの平均アラーム発生間隔（１／λ）から、上述の表のように、２０５．７秒と算出できる。同様に、ＰｌａｎｔＣとＰｌａｎｔＤとを統合した場合に生じる平均アラーム発生間隔は、３６７．３秒と算出できる。

一方、平均処置時間（１／μ）は、表１から概ね１８０秒（３分）から２４０秒（４分）の間と見積もることができるので、ここでは一例として１８０秒とする。これによって、平均アラーム対応時間（１／（μ−λ））を算出することができ、具体的には、１４４０．０秒および３５２．９秒とそれぞれ算出される。

さらに、これらの数値に基づいて、オペレーション負荷率（ρ）、オペレーション負荷指標（ξ）、および平均スタンディングアラーム数（Ｍ）をそれぞれ算出することができる。具体的には、ＰｌａｎｔＡとＰｌａｎｔＢとを統合した場合には、オペレーション負荷指標が０．９６３となり、オペレーション限界に接近する。これに対して、ＰｌａｎｔＣとＰｌａｎｔＤとを統合した場合には、オペレーション負荷指標が０．５３９となり、オペレーション限界に対してはまだ余裕がある。この例では、ＰｌａｎｔＣとＰｌａｎｔＤとを統合しても、ＰｌａｎｔＢよりもプラントオペレーションの負荷は低い。

なお、比較として、平均処置時間（１／μ）を一律２４０秒として見積もると、ＰｌａｎｔＡとＰｌａｎｔＢとを統合した場合は、オペレーション限界を超えてしまい、１人のオペレータでは対応することができない。したがって、プラント制御監視システムのオペレーション統合による効果は得られないという結果が得られる。

＜Ｌ．本実施の形態による利点＞
本実施の形態によれば、プラント制御監視システムからプラントデータを取得し、待ち行列理論を応用して、そのプラントデータに含まれる各アラームの発生時刻および復帰時刻からプラントオペレーションの負荷を定量評価できる。このような定量評価されたプラントオペレーションの負荷を利用することで、プラントの運転に必要なオペレータ数の最適化を行なうことができる。さらに、複数のプラントを共通のオペレータが運転を行なうように統合した場合におけるプラントオペレーションの負荷を推定することができる。

このようなプラントオペレーション負荷の定量評価方法を導入することで、プラントの運転に係る人員配置を設計することができる。

１０ ドラム、１２，１８ センサー、１４ ポンプ、１６ 流量制御バルブ、１００ 負荷評価装置、１０２，２０２，３０２ プロセッサ、１０４，２０４，３０４ 主メモリ、１０６，３０６ ディスプレイ、１０８ 入力デバイス、１１０，３１１ ハードディスク、１１２ オペレーションシステム、１１４ 負荷評価プログラム、１１６ ネットワークインターフェイス、１１８ データリーダ、１２０ カードデバイス、１２２，２２４，３１４ 内部バス、１５０ アラーム・イベントログファイル、１５２ マスターテーブル、１５４ 処理テーブル、１５６ アラーム発生間隔データ、１５８ アラーム対応時間データ、１６０ 取得部、１６２ 前処理部、１６４ 集約部、１６６ 瞬時復帰アラーム排除部、１６８ アラーム発生間隔分布算出部、１７０ アラーム対応時間分布算出部、１７２ 処置時間分布算出部、１７４ 負荷指標算出部、２００ 制御装置、２０６ プロセス入力部、２０８ プロセス出力部、２１０ 不揮発性メモリ、２１２ プラント制御プログラム、２１４ アラーム設定値、２１６ ログデータ、２２０ フィールドバスインターフェイス、２２２，３１２ ローカルネットワークインターフェイス、３００ 表示操作装置、３０８ 入力部、３１０ 音声出力部、ＳＹＳ プラント制御監視システム。

Claims (8)

1. プラントからの計測データが入力されるとともに前記プラントに対して制御指令を与えるプラント制御監視システムから、前記プラント制御監視システムにおけるアラームに関する履歴を示す履歴データを取得する取得手段と、
   前記履歴データに含まれるアラームの発生時刻および復帰時刻に基づいて、前記プラントにおけるアラーム発生間隔分布およびアラーム対応時間分布を算出する算出手段と、
   前記アラーム発生間隔分布および前記アラーム対応時間分布からアラームに対する処置時間分布を求め、前記アラーム発生間隔分布および前記処置時間分布からプラントオペレーションの負荷を算出する評価手段とを備える、プラントオペレーションの負荷評価装置。
2. 前記評価手段は、前記アラーム発生間隔分布のパラメータである平均アラーム発生間隔と前記処置時間分布のパラメータである平均処置時間とに基づいて、前記プラントにおけるオペレータによるオペレーションの負荷を示す値を算出する、請求項１に記載のプラントオペレーションの負荷評価装置。
3. 前記アラーム発生間隔分布の算出手段は、前記履歴データに含まれるアラームのうち、従属関係にある複数のアラームを集約する集約手段を含む、請求項１または２に記載のプラントオペレーションの負荷評価装置。
4. 前記集約手段は、予め定められた期間内に発生した複数のアラームのうち、同一の計測データに起因して発生したアラーム同士を１つに集約する、請求項３に記載のプラントオペレーションの負荷評価装置。
5. 前記アラーム発生間隔分布の算出手段は、
   前記履歴データに含まれるアラームについて、各アラームの発生から後続のアラームの発生までの発生間隔をそれぞれ算出する手段と、
   算出したそれぞれの発生間隔について、算術平均、対数平均、中央値のうちいずれかの方法によって、前記アラーム発生間隔分布のパラメータである平均アラーム発生間隔を算出する手段とを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラントオペレーションの負荷評価装置。
6. 前記アラーム対応時間分布の算出手段は、前記履歴データに含まれるアラームのうち、発生してから復帰するまでの期間が予め定められた時間内であるものを前記アラーム発生対応時間分布の算出対象から除外する手段を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載のプラントオペレーションの負荷評価装置。
7. 前記アラーム対応時間分布の算出手段は、
   前記履歴データに含まれるアラームについて、各アラームの発生から復帰までの時間をアラーム対応時間としてそれぞれ算出する手段と、
   算出したそれぞれの対応時間について、区間算術平均、対数平均、中央値のうちいずれかの方法によって、前記アラーム対応時間分布のパラメータである平均アラーム対応時間を算出する手段とを含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載のプラントオペレーションの負荷評価装置。
8. プラントオペレーションの負荷評価プログラムであって、コンピュータに、
   プラントからの計測データが入力されるとともに前記プラントに対して制御指令を与えるプラント制御監視システムから、前記プラント制御監視システムにおけるアラームに関する履歴を示す履歴データを取得するステップと、
   前記履歴データに含まれるアラームの発生時刻および復帰時刻に基づいて、前記プラントにおけるアラーム発生間隔分布およびアラーム対応時間分布を算出するステップと、
   前記アラーム発生間隔分布および前記アラーム対応時間分布からアラームに対する処置時間分布を求め、前記アラーム発生間隔分布および前記処置時間分布からプラントオペレーションの負荷を算出するステップとを実行させる、プラントオペレーションの負荷評価プログラム。

Images