|
|
|
|
 |
 |
第2号 ［論 文］
■ 水流下での過渡状態に対応した導圧管の詰まり監視
早稲田大学・栄野隼一，上原 彬，大阪府立大学・橋詰 匠，早稲田大学・涌井徹也
横河電機・宮地宣夫，結城義敬
オリフィス式流量計はプロセスオートメーション分野で広く使われている．その使用中の不具合の多くは，オリフィス前後の圧力を差圧伝送器へ伝える導圧管の詰まりであるため，オンラインでの導圧管詰まり監視が求められている．著者らは，これまでに運転動作点(流量，圧力)の変更に対応した導圧管詰まり検出手法を導出したが，定常状態のみを対象としており，外乱や運転動作点の変更に伴う過渡状態での有効性は明らかにしていない．そこで本論文では，ライン圧力が過渡的に変化する状況下での導圧管詰まり監視を目的としている．
実験調査により，ライン圧力の変化速度が速くなると，詰まりの検出が不可能になることが明らかになった．そこで，ライン圧力の変化速度を定量的に評価するために，圧力変化指数を新たに定義し，以下のような監視手法を構築した．測定した圧力から圧力変化指数を算出し，それがある閾値以上であれば，“圧力変化速度が速すぎる”旨をオペレータへ通知し，検出漏れを回避するために詰まりの検出を一時停止する．もしも，圧力変化指数が閾値以下であれば，従来の導圧管詰まり検出手法を用いて詰まりを監視する．なお，この導圧管詰まり監視は少ない演算資源しか必要とせず，FOUNDATIONフィールドバスに対応した差圧伝送器に搭載することで，監視制御システム(DCS)へ負担をかけることなく実行できる．
(2008年2月公開)
第3号 ［論 文］
■ 空気圧浮上ガントリーの加速，整定期における精密速度制御
東レエンジニアリング・苅北一朗，立命館大学・前田浩一，北野岳志，徳平裕介
近年フラットパネルディスプレイの検査機やスリットノズルコーターの分野においてはガラス基板が大型化し，ガントリータイプの精密ステージや精密速度制御が求められている．著者らはこれ迄にゲイン切替や加速度補償が定速期のガントリーの両脚の位置偏差や速度偏差の減少に有効であることを示してきた．本論文においては，液晶パネルの有効でない塗布エリアとなる除外距離の短縮を試みる．このために加速，整定期の速度偏差と位置偏差に注目した．これらの偏差は外乱によって引き起こされるが，この外乱は加速，整定期においては定速期のそれに比して大きいため，従来とは異なった解決法が必要となる．本論文においては除外距離，短縮のために速度コントローラにはゲイン切替と加速度補償を，偏差コントローラにはゲイン切替を用いるクロスカップリング制御法を提唱した．最初は速度コントローラにおけるゲイン切替のみを用いた方法が試され，次に加速期の両脚の位置偏差を少なくするために偏差コントローラにおいてゲイン切替制御を付加した方法が試された．3番目に外乱による速度偏差を少なくするために速度コントローラに加速度補償を加える試みがなされた．これらの試みを行うことにより除外距離が徐々に小さくなり，理想値に近づいていくことを示した．（2008年4月公開）
第4号 ［論 文］
■ 大規模データベースオンラインモデリングの逐次予測システムの構築と工業炉プロセスへの応用
早稲田大学・小川雅俊，葉 怡君，大貝晴俊，立野繁之，内田健康
実プロセスの大規模なデータベースにJust-In-Time モデリングをオンラインで適用するにあたり，計算負荷の大幅な低減を図った手法として大規模データベースオンラインモデリング（Large-scale
database-based Online Modeling，以後，LOM と略す．）が提案されている．
LOMによってプロセスの予測をしようとした場合，通常のLOMはプロセスの将来の操作変数の影響を考慮しておらず，一般的な操作が施されたときのプロセス値の予測が行われる．そのため，将来の操作量の影響が大きく反映されるほどの長期的な将来予測は一般的に困難である．プロセスの将来の操作変数の影響をふまえた予測手法を実現することが課題となる．
本論文では，最初に一度だけ必要な現在のプロセス情報をすべてLOMに与え，1ステップ先の予測をLOMで行い，その後は得られた予測値と設定した操作量だけを利用して1ステップ先の予測処理を繰り返すことによって，プロセスの数時間後の長期の将来予測を行う逐次予測システムを構築した．入力される熱量変動が大きく物理現象が複雑な工業炉プロセスの実データにこのシステムを適用し，その有効性を検証した．その結果，工業炉プロセスの炉内温度の逐次予測手法による予測値と実測値の挙動が類似した結果を示し，通常のLOMよりも提案する逐次予測手法はプロセスの長期的な予測が良好に行われることを明らかにした．(2008年4月公開)
第5号 ［論 文］
■ Scheduling of Order-picking with Replenishment in a Warehouse Environment
The Univ. of Tokyo・Jie GONG,Murata Systems, Ltd.・Hirofumi TAMURA,
Murata Machinery, Ltd.・Toshimitsu HIGASHI,The Univ.of Tokyo・Jun OTA
倉庫環境において品目ごとの初期在庫量とオーダーが与えられたときの，オーダーピッキングカートの補充とピッキングに関するメタヒューリスティクススケジューラを提案している．このスケジューラの評価指標は，オーダーピッキングカートの最長作業時間（メークスパン）を最小化することである．本論文の課題は，複数台存在するオーダーピッキングカートがピッキング作業と補充作業を同時並行的に行う際の役割分担をどうするかという点である．本論文では，以下の2つの課題を解く必要がある．（1）いかにして各カートのディレイを減らすか？（2）いかにして各カートの総走行距離を短縮するか？本論文では，Simulated
Annealingを用いた解探索手法を提案している．具体的には，スケジューリング結果を変更するための，作業分割を含むいくつかのオペレータを提案し実装している．またカートのディレイを減らすためのカート内の局所探索手続きを提案し実装している．ある標準的な作業環境において，一品目あたりの注文数の平均値を3種類，カート台数を2台～6台の5種類準備し，それぞれにおいてシミュレーション結果を比較した．これより，提案アルゴリズムが従来法と比較して，平均して約31％程度評価関数を改善したことが確認された．これより提案手法の有効性を示した．(2008年4月公開)
第6号 ［論 文］
■ 大規模データベースオンラインモデリングの廃棄物処理プロセスへの応用とガイダンス手法の提案
早稲田大学・葉 怡君，小川雅俊，吉永裕哉，大貝晴俊，内田健康
近年の計算機ハードウェアやデータベースシステム技術の発展に伴い，大量データの蓄積と高速検索が可能になったことなどを背景に，“Just-In-Time (以後，JITと略す)モデリング”や“Lazy Learning”と呼ばれる新しい考え方の局所モデリング手法が注目されている．実プロセスの大規模なデータベースにJITモデリングをオンラインで適用するにあたり，計算負荷の大幅な低減を図った手法として大規模データベースオンラインモデリング（Large-scale database-based Online Modeling，以後，LOM と略す．）が提案されている．
一方，廃棄物処理プロセスでは，炉内で不特定の廃棄物による多くの化学反応，物理反応が進行するため，多数の物理現象が絡み合い複雑な挙動を示す非線形性の強いプロセスである．
本論文では，多数の物理現象が絡み合い複雑な挙動を示すプロセスの状態予測にLOMが有効であることを検証するために，対象プロセスの一例として，入力される熱量変動が大きく炉内物理現象が複雑な廃棄物処理プロセスを取り上げ検討した．プロセス値を実用上十分な精度で予測するために，廃棄物処理プロセスのためのLOMシステムを構築し，さらにLOMによるガイダンス方法（制御手法）を提案する．
(2008年5月公開)
第7号 ［論 文］
■ 連続時間一般化予測制御による改質器のロバスト温度制御
三菱重工業・石橋直彦,，岡山大学・鄧 明聡，井上 昭
近年，省資源・CO2排出量削減の必要性から燃料電池の効率化が大きな課題となっており，燃料として，扱いの危険な水素に代わって，都市ガスなどの燃料から水素リッチな改質ガスに改質する化学反応器（改質器）を置いて効率的な発電を得ている．ここで，改質を安定に行うためには，改質器内の触媒温度を目標温度に制御しなければならない．本論文では，発電開始前に触媒温度を目標温度の早く到達させることを制御目的とする．改質器内の改質反応では，不確かなむだ時間があり，また，本反応において制御入力に相当する改質器内の発生燃焼熱量には制約がある．すなわち，入力制約のあるむだ時間プロセスである．本論文では，連続時間一般化予測制御を基に，つぎの2段階の制御法を提案する．まず，むだ時間の不確かさに対してロバスト安定な制御系を求めるために，入力制約を無視した線形制御系に対し，コントローラは安定であり，かつ閉ループ系も安定，すなわち，強安定な予測制御器を設計する．つぎに，閉ループ特性において，入力制約にロバストに安定な補償器(アンチワイドアップコントローラとなるための条件を求め，始めに求めた制御器に条件を付加して，制御目的を達成する．本手法を実用機に適用し，従来の2自由度制御法より良好な実験結果を得ている．(2008年4月公開)
第8号 ［論 文］
■ 双胎間輸血症候群における胎児鏡レーザー照射制御温度センサを用いた性能検証
秋田大学・長縄明大，日本原子力開発機構・岡 潔，秋田大学・鈴木克征，関 健史，
国立成育医療センター・千葉敏雄
近年，双胎間輸血症候群に対して，胎盤表面の吻合血管を内視鏡で観察しながらレーザー焼灼することにて閉塞し，双胎間の血流を分離する治療が行われている．しかし，これまでの内視鏡装置では，血管表面とレーザーファイバ先端間距離を適切に保つことが必ずしも容易ではなく，またレーザーの出力値や照射時間，血流遮断の状況は，医師の経験や直感に依存しているのが現状である．これらの問題点は，レーザー照射された血管の血流遮断に大きな影響を与えるため，適切な距離を保ちながらレーザー出力を制御する必要があると考えられる．
そこで著者らは焼灼用の単一レーザーファイバを観察用ファイバ束の中心に配置した複合型光ファイバを用いたレーザー治療装置の開発を行っている．本装置は，血管とファイバ先端間距離の計測を実時間で行うことができるため，ビームウエスト部での焼灼が可能である．本論文では，複合型光ファイバシステムを用いて，被照射部の温度管理を行いながら適切なレーザー照射を行うために，温度センサを用いたフィードバック制御系を構成し，豚レバーに対して照射した実験結果について述べる．(2008年4月公開)
第9号 ［論 文］
■ 水流下でのオリフィス前後圧力の位相差を利用した導圧管の詰まり診断
早稲田大学・栄野隼一，上原 彬，大阪府立大学・涌井徹也，早稲田大学・橋詰 匠，
横河電機・宮地宣夫，結城義敬
オリフィス式流量計はプロセスオートメーション分野で広く使われている．その使用中の不具合の多くは，オリフィス前後の圧力を差圧伝送器へ伝える導圧管の詰まりであるため，オンラインでの導圧管詰まり診断が求められている．著者らを含め，従来研究では圧力信号に含まれる揺動成分に着目した導圧管詰まり診断手法が提案されてきたが，過渡状態への対応は考慮していない，もしくは早いライン圧力変化には対応できないという問題がある．
本論文では，差圧だけでなくオリフィス上流側圧力と下流側圧力も同時に測定できるマルチセンシング式差圧伝送器を使用し，導圧管の詰まりによる圧力伝播速度の遅れに着目した，導圧管詰まり診断手法を提案している．具体的には，圧力伝播速度の遅れを，オリフィス上流側圧力と下流側圧力の位相差で定量的に評価し，さらにパワースペクトル密度の大きいデータのみを選定することで感度の高い診断を実現する．そして実証実験では，従来手法では診断ができないほどライン圧力変化が早い場合でも，提案手法を用いることにより圧力測定に支障が生じる前に診断ができることを示している．（2008年9月公開）
第10号 ［論 文］
■ 1-パラメータチューニングPID制御器の設計と石油精製プロセスへの応用
出光興産・藤井憲三，広島大学・山本 透
石油精製プロセスに代表される大規模なプロセス産業においては，装置の高度な安定化が重要な課題となっている．しかしながら高度安定化を実際に進めるためには数千ループに及ぶPID制御器の適切な調整が必要であり，技術的な問題だけでなく，マンパワー，スキルの問題をあわせて解決する必要があった．一方，プロセスの制御性能を操業データから評価する研究が，近年盛んに行われている．制御性能を評価し，制御性能が十分に発揮されていなければ，所望の制御性が得られるように制御パラメータを調整するといった一連の手続きを，現場の技術者によって容易に実行できることが必要とされている．言い換えれば，「評価」と「設計」を統合したシステムの構築は，現在，プロセス産業界における重要な課題の1つと考えられる．
そこで本論文では，このような課題に対する1つの解決法として，まず制御性能を評価し，再調整が必要と判定されたPIDパラメータを，1つのパラメータで調整できる1-パラメータチューニングの概念を提案する．また，本論文で提案したPIDパラメータの1-パラメータチューニング法を，石油精製プロセスの1つである精密蒸留塔（ベンゼン塔）に適用し，その有効性について検証する．（2008年11月公開）
第11号 ［論 文］
■ 2個の光波距離センサを用いた海洋波の波速，方位及び変位の計測
山口大学・谷本和也，広島国際大学・河野 進，山口大学・田中正吾
本論文では，船舶を岸壁あるいは沖合に設けられたプラットホームに接岸する際の操船支援システムとして，光波距離センサを用いた海洋波の波速，方位，波長及び変位計測システムを提案している．先に報告した計測システムでは，水平に置いた正三角形状のフレームの各頂点に固定した光波距離センサ3個を用いたが，今回のシステムでは光波距離センサを2個に減じ，そのうち1個のセンサを固定し，残りの1個のセンサを固定センサの周りを一定速度で回転させている．このとき，各センサには，時々刻々センサ直下の海面までの距離が出力され，波面の移動情報がセンサの位置と共に取り入れられるが，本システムでは，センサ出力を線形ダイナミックシステムの出力としてモデル化し，これにカルマンフィルタ及び最尤法を適用することにより海洋波の波速・方位・波長・変位を計測できるようにしている．そして，シミュレーションにより有効性を確認すると共に，ダイナミックシステムの状態変数の次元やデータウィンドウ長及び回転センサの速度による影響も合わせて検討している．また，先に報告した固定3センサ方式との比較も行い，センサの数を減じても，ほとんど計測精度が劣化しないことを示している．（2008年11月公開）
第12号 ［論 文］
■ 旋回流を用いた非接触搬送装置に関する研究（カップとワーク間の隙間高さと旋回流れ特性との関係）
信州大学・飯尾昭一郎，梅鉢茉紗子，東京工業大学・黎しん，・香川利春，信州大学・池田敏彦
半導体ウェハやガラス基板などの製造過程において，安定した搬送能力を持つ非接触搬送方式の実現が望まれている．中でも空気を利用する搬送方式は，熱，磁場および静電気の発生がないことが特長である．その例としてベルヌーイチャックがあるが，保持力が弱く，空気消費量が多いなどの欠点がある．そこで，著者らは旋回流の中心に生じる負圧を利用してワークを非接触で把持するボルテックス・カップを開発してきた．これまで吸引圧力に着目し，浮揚領域におけるワークの安定性や非定常把持特性などを明らかにしてきた．しかし，カップ内の流れ場に関する取組みはなされていない．
本論文では，ボルテックス・カップ内部の旋回流とカップ－ワーク間の隙間高さとの関連を流れの可視化により調べた．その結果，カップ－ワーク間の隙間高さが過大であると，旋回流がカップ中心に対して偏心しながら移動し，旋回流速の低下と吸引力の減少を招くことが示唆された．また，隙間高さが最適値以下の範囲では，隙間高さが変化しても旋回流速分布は変化しないこと，さらに，好適な隙間高さにおいても旋回流の中心位置がカップの高さ方向でずれていることが明らかとなった．得られた結果は，カップ内の旋回流中心の偏りを改善することが性能向上につながることを示している．（2008年12月公開）
第13号 ［論 文］
■ マイクロフォンアレイを用いた音環境の見守りによる非日常音の検出システム
産業技術総合研究所/CREST・河本 満，浅野 太，車谷浩一
本論文では，複数のマイクロフォンを構造化したマイクロフォンアレイを用いて，音環境を計測し，非日常音を自動的に検出する「非日常音検出システム」を提案する．本提案システムの特徴は，異常音検出の従来法とは異なり，非日常音や音源を予め定義することなく，日常の計測を通じて観測した音の特徴から，非日常音とその方向を自動的に学習・検出するところにある．このことから，従来法で行っているような非日常音のデータ集めや，そのデータを使った非日常音のモデル化などが必要ない．検出した非日常音は，それが日常時にない何か異常な情報だとみなされた場合，公共空間・ビルディングを監視している管理者・警備員等に送り，公共空間での安全・安心を提供するために利用しようと考えている．カメラによる安全安心を見守るシステムと比較すると，本システムではカメラの画角に計測範囲を制限されることがなく，音が検出できる範囲の見守りが可能である．また，画像の死角に音源が存在する場合でも危険情報を検出することが可能である．本提案システムの有効性は，簡単な実験とマイクロフォンアレイを産総研臨海副都心センターのロビーにおいて収録したデータを使った実験結果から検証される．
（2008年12月公開）
第14号 ［論 文］
■ 人物大装置の組み立て作業改善活動支援のための俯瞰距離画像からの人物姿勢分類
奈良先端科学技術大学院大学・高橋典宏，山澤一誠，オムロン株式会社・生雲公啓，
奈良先端科学技術大学院大学・野田 賢，横矢直和
製造工場では，製品品質や生産性の向上を目的とした，IE(Industrial Engineering)と呼ばれる作業のムダを排除するための改善活動が常に行われている．従来のIEは，専門家などが作業の様子を直接またはビデオ映像を観測しながら作業分析を行った後，ムダを排除するための改善方法の案出を行っている．IEにおいて，観測・分析では同じ作業の様子を何度も見る必要があるため，必要とする時間は膨大なものとなっていた．このような問題に対し，本研究では人物大装置の組み立て作業改善活動支援のための俯瞰距離画像からの人物姿勢分類手法を提案する．人物大装置の組み立て作業では，作業者の全身の姿勢変化が多く見られ，作業者の姿勢を認識することが，作業に含まれるムダを発見するために重要である．しかし，製造工場では作業の様子を観測するセンサの設置場所は制限される．そこで本研究では，距離画像センサを天井に取り付け，作業の様子を観測する．その上方より撮影した距離画像から特徴量を抽出し，サポートベクターマシン(SVM)を用いて作業者の姿勢分類を行う．本研究ではまず，模擬実験によりSVMの学習で用いるパラメータの最適値および姿勢分類精度について検討する．ついで，実際の製造工場の組み立て作業に対して提案手法を適用し，IEの専門家へのヒアリングにより提案手法の作業改善活動支援における有効性について評価する．(2009年1月公開) |
| copyright © 2010 (社)計測自動制御学会 |
|
