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2012 年度 実施状況報告書

原料や装置特性の変化および不確定性を考慮した仮想計測技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 24560940
研究種目

基盤研究(C)

研究機関京都大学

研究代表者

加納 学  京都大学, 情報学研究科, 教授 (30263114)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード仮想計測技術 / プロセスデータ解析 / ソフトセンサー / 局所PLS / グレイボックスモデル / モデル化
研究概要

リアルタイム計測が困難な製品品質のフィードバック制御を可能にし,生産効率を高めるためには,プロセスの運転状態から品質を推定する仮想計測技術が不可欠である.本年度は,Just-In-Time型モデル構築手法である局所PLSの開発を進めると共に,物理モデルと統計モデルを統合するグレイボックスモデルの開発に取り組み,産業界から提供された実際の操業データを用いて,それらの有用性を検証した.
局所PLSの開発については,対象プロセスの非線形性の状態依存性,および原料や装置特性の時間依存性に応じて,サンプル間の類似度を適切に決定する方法を開発した.提案法を分解ガソリン精留塔の製品中アロマ濃度推定に適用したところ,類似度を適応的に変化させない従来の局所PLSと比較して,推定誤差(RMSE)を11.3%低減することに成功した.また,広範囲にわたる様々な運転状態で高い推定精度を実現するために,局所PLSの基盤となるデータベースが多様なサンプルを保持しなければならないことに着目し,データベースの一部は更新せず,それ以外のデータのみを先入れ先出しで更新する方法を開発し,分解ガソリン精留塔や有機プラント精製工程を対象として,その有効性を確認した.この方法は既に複数のプロセスで実装されており,厳密な品質管理と操作コストの削減に効果を発揮している.加えて,半導体製造プロセスおよび製剤プロセスへの局所PLSの適用についての検討も進めた.
グレイボックスモデルの開発については,鉄鋼プロセスのタンディッシュ内溶鋼温度推定を具体的な対象として,1)物理モデルによる推定誤差を統計モデルで補正する方法,2)物理モデル中のパラメータの最適値を統計モデルで推定する方法,を開発し,物理モデルや統計モデルを単独で利用するよりも高い推定精度を実現できることを確認した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

要素技術の開発がほぼ計画通りに進んでいることに加えて,産業界との連携が非常にうまくできており,実際の操業データを用いた検証が計画を上回る速さで進んでいる.

今後の研究の推進方策

局所PLSとグレイボックスモデルの開発を継続し,その完成度を高めると共に,実データでの検証にとどまらず,仮想計測技術および推定制御システムの実装を進める.要素技術としては,高精度化に必須の入力変数選択方法と類似度決定方法,さらに不確定性の取り扱いに特に注力して開発を進める.実装については,本年度に検討を進めた石油化学プロセス,半導体プロセス,製剤プロセス,鉄鋼プロセスを主な対象とする予定である.

次年度の研究費の使用計画

該当なし

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2013 2012

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Soft-sensor Using Locally Weighted PLS with Adaptive Similarity Measure2013

    • 著者名/発表者名
      Sanghong Kim, Ryota Okajima, Manabu Kano, Shinji Hasebe
    • 雑誌名

      Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems

      巻: 124 ページ: 43-49

    • DOI

      10.1016/j.chemolab.2013.03.008

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Long-Term Industrial Applications of Inferential Control Based on Just-In-Time Soft-Sensors: Economical Impact and Challenges2013

    • 著者名/発表者名
      Sanghong Kim, Manabu Kano, Shinji Hasebe, Akitoshi Takinami, Takeshi Seki
    • 雑誌名

      Industrial & Engineering Chemistry Research

      巻: 未定

    • DOI

      10.1021/ie303488m

    • 査読あり
  • [学会発表] 溶鋼温度推定を目的としたグレイボックスモデルの比較2013

    • 著者名/発表者名
      Iftikhar Ahmad,加納学,長谷部伸治,北田宏,村田昇
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会春季講演大会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      20130327-20130329
  • [学会発表] 局所PLSを利用した推定制御システムの開発と長期間の運用結果2013

    • 著者名/発表者名
      金尚弘,加納学,長谷部伸治,滝波明敏,關雄至
    • 学会等名
      計測自動制御学会制御部門大会
    • 発表場所
      福岡
    • 年月日
      20130305-20130308
  • [学会発表] Quality Control for Dry Process through APC/EES2012

    • 著者名/発表者名
      Toshiya Hirai, Manabu Kano, T. Tatsumi
    • 学会等名
      The 34th International Symposium on Dry Process (DPS)
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      20121115-20121116
    • 招待講演
  • [学会発表] Industrial Applications of Locally Weighted PLS to Realize Maintenance-Free High-Performance Virtual Sensing2012

    • 著者名/発表者名
      Manabu Kano, Sanghong Kim, Ryota Okajima, Shinji Hasebe
    • 学会等名
      The 12th International Conference on Control, Automation and Systems (ICCAS)
    • 発表場所
      Jeju Island, Korea
    • 年月日
      20121017-20121021
  • [学会発表] 適応的な類似度を利用した局所PLSの開発およびその医薬品プロセスへの適用2012

    • 著者名/発表者名
      金尚弘,岡島亮太,長谷部伸治,加納学,中川弘司
    • 学会等名
      化学工学会秋季大会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      20120919-20120921

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公開日: 2014-07-24  

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