WO2015159652A1 - エネルギー管理システム、エネルギー管理方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

　本発明の一態様のエネルギー管理システムは、生産装置のエネルギー効率に関連する情報を収集する収集部と、生産装置の構成要素のエネルギー効率に関連する情報を規定の規則に基づいてモデル化したモデル化単位を用いることにより、収集部が収集したエネルギー効率に関連する情報に基づいて、生産装置による生産活動におけるエネルギー効率の監視、シミュレーション、及び最適化の少なくとも一つを行う処理部と、を備える。

Description

エネルギー管理システム、エネルギー管理方法、およびプログラム

　本発明は、エネルギー管理システム、エネルギー管理方法、およびプログラムに関する。
　本願は、２０１４年４月１５日に日本に出願された特願２０１４－０８３６７７に基づく優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　プラント（生産装置）の操業時のエネルギー効率を向上させる効果が大きい手段のひとつは、プラント建設に先立ちエネルギー効率が最大になるようなプラントおよびオートメーション・システムの設計を行うことである。このエネルギー効率の最適化設計を行うためには、仮想的なプラント・モデルを活用したシミュレーションを利用する。

　エネルギー関連システムに関連する技術として、特許文献１には、「エネルギー効率に関連するデータ」のうち「エネルギー消費データ」を収集し保存するデータ保持手段を有するエネルギー管理システムが示されている。特許文献２には、電力モニタからデータを収集しそれらをグループ化する機能を有するエネルギー監視システムが示されている。特許文献３には、プラントに関連するデータ群を「ユニット」に対応付けて管理するプラント情報管理装置が示されている。

日本国特開２０１０－２７１８２６号公報 日本国特許第４７４７７５６号公報 日本国特許第５０２９６３２号公報

　多くのプラントは、複雑な構造を持っており、複数の製造業者から納入される多くの種類の要素から構成されているため、複雑で多様なプラントに対応して柔軟にシミュレーションを行うことが容易ではない場合があった。
　例えば、特許文献１に記載の技術では、「エネルギー消費データ」以外の「エネルギーの入力の情報」、「エネルギーの出力の情報」などについては言及されておらず、複雑で多様なプラントに対応することは容易ではない。特許文献２に記載の技術では、電力モニタから収集したデータをグループ化することで電力モニタの追加や変更が容易になったとしても、電力モニタからのデータ収集のみでは複雑で多様なプラントに対応することは容易ではない。特許文献３に記載の技術では、プラントに関連するデータ群を「ユニット」に対応付けて管理するが、この「ユニット」はデータを提示する目的に限定して使用されており、複雑で多様なプラントに対応して、エネルギー効率の監視、シミュレーション、または最適化を行うことは容易ではない。

　本発明の一態様は、複雑で多様なプラント（生産装置）に対応して、エネルギー効率の監視、シミュレーション、及び最適化の少なくとも一つを行うことができるエネルギー管理システム、エネルギー管理方法、およびプログラムを提供する。

　本発明の一態様のエネルギー管理システムは、生産装置のエネルギー効率に関連する情報を収集する収集部と、前記生産装置の構成要素のエネルギー効率に関連する情報を規定の規則に基づいてモデル化したモデル化単位を用いることにより、前記収集部が収集した前記エネルギー効率に関連する情報に基づいて、前記生産装置による生産活動におけるエネルギー効率の監視、シミュレーション、及び最適化の少なくとも一つを行う処理部と、を備えてよい。

　本発明の一態様は、上記エネルギー管理システムにおいて、前記処理部が、階層的にモデル化した前記モデル化単位を用いることにより、前記収集部が収集した前記エネルギー効率に関連する情報に基づいて、前記生産装置による生産活動におけるエネルギー効率の監視、シミュレーション、及び最適化の少なくとも一つを行ってよい。

　本発明の一態様は、上記エネルギー管理システムにおいて、前記モデル化単位が、前記生産装置の特定の構成要素のエネルギー効率に関連する構造、機能、又は性能に関する情報を規定の規則に基づいてモデル化したものであってよい。

　本発明の一態様は、上記エネルギー管理システムにおいて、前記モデル化単位が、前記モデル化単位の特徴又は状態を示す属性として、前記モデル化単位への入力に関する入力属性、前記モデル化単位からの出力に関する出力属性、又は前記モデル化単位への入力から出力までの間の消費に関する消費属性を有してよい。

　本発明の一態様は、上記エネルギー管理システムにおいて、前記モデル化単位が、前記モデル化単位の特徴と状態を示す属性として、物流に関する入力属性、出力属性、又は消費属性を含む属性群と、エネルギーの流れに関する入力属性、出力属性、又は消費属性を含む属性群と、を有してよい。

　本発明の一態様は、上記エネルギー管理システムにおいて、前記モデル化単位が、前記モデル化単位の特徴と状態を示す属性として、前記モデル化単位への流入量と前記モデル化単位からの流出量との差分を示す蓄積量を示す情報が含まれる蓄積属性をさらに有してよい。

　本発明の一態様は、上記エネルギー管理システムにおいて、前記モデル化単位が、前記モデル化単位の特徴と状態を示す属性として、前記モデル化単位へ入力された物の流入量と前記モデル化単位から出力された物の流出量との差分を示す物の蓄積量を示す情報が含まれる物流に関する蓄積属性と、前記モデル化単位へ入力されたエネルギーの流入量と前記モデル化単位から出力されたエネルギーの流出量との差分を示すエネルギーの蓄積量を示す情報が含まれるエネルギーの流れに関する蓄積属性と、を有してよい。

　本発明の一態様は、上記エネルギー管理システムにおいて、前記モデル化単位が有する属性には、前記モデル化単位へ入力される対象の流れの種類ごとに、前記流れの種類を示す情報と流れの量を示す情報とが関連付けられた情報が含まれてよい。

　本発明の一態様は、上記エネルギー管理システムにおいて、前記モデル化単位へ入力される対象がエネルギーの場合、前記モデル化単位が有するエネルギーの流れに関する属性には、前記流れの種類を示す情報として、電気エネルギー、熱エネルギー、位置エネルギー、又は運動エネルギーを示す情報が含まれてよい。

　本発明の一態様は、上記エネルギー管理システムにおいて、前記モデル化単位が有する属性には、前記流れの量を示す情報として、単位時間毎の前記流れの量を示す情報が含まれてよい。

　本発明の一態様は、上記エネルギー管理システムにおいて、前記モデル化単位は、前記生産装置へ入力される部分をモデル化した入力部と、前記生産装置から出力される部分をモデル化した出力部と、前記生産装置への入力から出力までの間で消費される部分をモデル化した消費部と、を有してよい。

　本発明の一態様は、上記エネルギー管理システムにおいて、前記モデル化単位が有する属性には、前記モデル化単位へ入力される対象の流れの種類ごとに、前記流れの種類を示す情報と流れの量を示す情報とが関連付けられた情報が含まれ、前記処理部が、第１の前記モデル化単位の前記出力部が、前記出力部の前記出力属性と同一の前記流れの種類が含まれる前記入力属性を有する第２の前記モデル化単位の前記入力部へ接続されて結合された複数の前記モデル化単位を用いることにより、前記収集部が収集した前記エネルギー効率に関連する情報に基づいて、前記生産装置による生産活動におけるエネルギー効率の監視、シミュレーション、及び最適化の少なくとも一つを行ってよい。

　本発明の一態様は、上記エネルギー管理システムにおいて、前記結合された複数の前記モデル化単位を一つにまとめて上位のモデル化単位とし、前記上位のモデル化単位内において前記結合された複数の前記モデル化単位の間で接続がされていない前記入力部、前記出力部、または前記消費部が、前記上位のモデル化単位の前記入力部、前記出力部、または前記消費部に接続され、前記上位のモデル化単位の前記入力部、前記出力部、及び前記消費部のそれぞれに対応する前記入力属性、前記出力属性、及び前記消費属性を、それぞれに接続された前記入力部、前記出力部、及び前記消費部に対応する前記入力属性、前記出力属性、及び前記消費属性としてよい。

　本発明の一態様は、上記エネルギー管理システムにおいて、前記上位のモデル化単位内において前記結合された複数の前記モデル化単位の間で接続がされていない前記入力部、前記出力部、または前記消費部のそれぞれが複数ある場合、複数ある前記入力部、前記出力部、または前記消費部のそれぞれに対応する属性ごとにまとめて、前記上位のモデル化単位のそれぞれの属性としてよい。

　本発明の一態様は、上記エネルギー管理システムにおいて、前記モデル化単位へ入力される対象が物の場合、前記モデル化単位が有する物流に関する属性には、前記物の種類に対応した単位量あたりのエネルギーを示す単位見なしエネルギーの情報が含まれ、前記処理部が、前記モデル化単位の物流に関する入力属性に含まれる前記単位見なしエネルギーを、上流として結合されたモデル化単位の物流に関する出力属性に含まれる前記単位見なしエネルギーの値、または予め定められた前記単位見なしエネルギーの値とし、前記モデル化単位の物流に関する出力属性に含まれる前記単位見なしエネルギーの値を、前記モデル化単位の物流に関する入力属性、エネルギーの流れに関する入力属性、及びエネルギーの流れに関する出力属性に基づいて算出してよい。

　本発明の一態様は、上記エネルギー管理システムにおいて、前記処理部が、前記出力属性に含まれる前記単位見なしエネルギーの値を、以下の数式１を用いて算出してよい。

　本発明の一態様は、上記エネルギー管理システムにおいて、前記モデル化単位が複数の物流に関する前記出力属性に対応する出力部を有する場合、前記処理部が、前記モデル化単位における総単位見なしエネルギーを、複数の前記出力属性のそれぞれにおける物流の流出量に比例して配分した値を、複数の前記出力属性のそれぞれに含まれる前記単位見なしエネルギーの値としてよい。

　本発明の一態様は、上記エネルギー管理システムにおいて、前記モデル化単位の属性が、前記モデル化単位の他の属性から算出される見なしエネルギー効率を属性として有してよい。

　本発明の一態様は、上記エネルギー管理システムにおいて、前記処理部が、前記見なしエネルギー効率を、以下の数式２により算出してよい。

　本発明の一態様は、上記エネルギー管理システムにおいて、前記モデル化単位が、前記モデル化単位から出力される対象の流出量の目標値を示す目標生産量と、前記モデル化単位から出力される対象の種類ごとの流出量の目標比率を示す目標出力組合せ比率と、前記モデル化単位へ入力される対象の種類ごとの目標比率を示す目標入力組合せ比率、のうち少なくともひとつの情報を含む属性を、前記モデル化単位の特徴又は状態を示す属性として有してよい。

　本発明の一態様のエネルギー管理システムにおけるエネルギー管理方法は、生産装置のエネルギー効率に関連する情報を収集することと、前記生産装置の構成要素のエネルギー効率に関連する情報を規定の規則に基づいてモデル化したモデル化単位を用いることにより、前記収集した前記エネルギー効率に関連する情報に基づいて、前記生産装置による生産活動におけるエネルギー効率の監視、シミュレーション、及び最適化の少なくとも一つを行うこととを含んでよい。

　本発明の一態様の非一時的コンピュータ読取り可能な記憶媒体は、コンピュータに、生産装置のエネルギー効率に関連する情報を収集することと、前記生産装置の構成要素のエネルギー効率に関連する情報を規定の規則に基づいてモデル化したモデル化単位を用いることにより、前記収集した前記エネルギー効率に関連する情報に基づいて、前記生産装置による生産活動におけるエネルギー効率の監視、シミュレーション、及び最適化の少なくとも一つを行うことと、を実行させるためのプログラムを記憶してよい。

　本発明の一態様によれば、複雑で多様なプラント（生産装置）に対応して、エネルギー効率の監視、シミュレーション、及び最適化の少なくとも一つを行うことができる。

本発明の一実施形態によるエネルギー管理システムの概略構成の一例を示す構成図である。 本発明の生産装置の一例の概略構成を示す構成図である。 本発明の生産装置の別の構成例を示す構成図である。 本発明の一実施形態によるエネルギー管理システムの処理の流れを示す流れ図である。 本発明の生産装置の構成要素をモデル化単位で表わす場合のイメージを示す模式図である。 本発明のモデル化単位の構成の第１例を示す図である。 本発明のモデル化単位が有する属性に含まれる情報の一例を示す図である。 本発明のモデル化単位が有する属性に含まれる流れの量を示す情報の一例を示す図である。 本発明のモデル化単位の構成の第２例を示す図である。 本発明のモデル化単位の構成の第３例を示す図である。 本発明のモデル化単位の構成の第４例を示す図である。 本発明のモデル化単位の構成の第５例を示す図である。 本発明のモデル化単位の構成の第６例を示す図である。 本発明のモデル化単位の構成の第７例を示す図である。 本発明のモデル化単位の構成の第８例を示す図である。

　以下、図面を参照して、本発明のいくつかの実施の形態について説明する。
＜エネルギー管理システム１の概略構成＞
　図１は、本発明の一実施形態によるエネルギー管理システム１の概略構成の一例を示す構成図である。エネルギー管理システム１は、生産装置１００（プラント）のエネルギー効率に関連するデータを収集する手段と、そのデータを保持する手段と、そのデータを解析する手段を有し、生産活動におけるエネルギー効率の監視、シミュレーション、最適化の少なくとも一つを含む機能を実現する。

　図１に示す例では、エネルギー管理システム１は、管理対象の生産装置１００の状態やエネルギーの流れなど、生産装置１００のエネルギー効率に関する要素を測定するためのセンサ群２００と、そのセンサ群２００から得られる生産装置１００の情報を処理する情報処理装置３００と、センサ群２００と情報処理装置３００とを接続する通信ネットワーク５を備えている。

　生産装置１００は、例えば、化学等の工業プラント、ガス田や油田等の井戸元やその周辺を管理制御するプラント、水力、火力、原子力等の発電を管理制御するプラント、太陽光や風力等の環境発電を管理制御するプラント、上下水やダム等を管理制御するプラント等である。

　センサ群２００には、生産装置１００内に設置された測定機器または移動可能な測定機器などの複数のフィールド機器が含まれる。このフィールド機器としては、例えば、流量計や温度センサ等のセンサ機器、流量制御弁や開閉弁等のバルブ機器、ファンやモータ等のアクチュエータ機器、プラント内の状況や対象物を撮影するカメラやビデオ等の撮像機器、プラント内の異音等を収集したり警報音等を発したりするマイクやスピーカ等の音響機器、各機器の位置情報を出力する位置検出機器、その他の機器を適用できる。

　通信ネットワーク５は、４－２０ｍＡの電流信号、その電流信号に重畳したデジタル信号、フィールドバス通信などのデジタル信号、またはＩＳＡ１００．１１ａやＷｉｒｅｌｅｓｓ　ＨＡＲＴ（登録商標）などの工業用無線通信、などによる通信網である。

　情報処理装置３００は、通信装置３１０と、情報記憶装置３２０と、中央情報処理装置３３０と、情報入出力装置３４０とを備えている。
　通信装置３１０（収集部）は、通信ネットワーク５を介してセンサ群２００の情報を取得する。例えば、通信装置３１０は、センサ群２００が検出した生産装置１００のエネルギー効率に関する情報を、センサ群２００から収集する。

　情報記憶装置３２０は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒy）、フラッシュＲＯＭ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅ）等の記録媒体またはこれらの組合せを用いて構成され、通信装置３１０が収集した情報を記憶する。

　中央情報処理装置３３０（処理部）は、通信装置３１０が収集した情報を解析して加工する。例えば、中央情報処理装置３３０は、生産装置１００の特定の構成要素のエネルギー効率に関連する情報を規定の規則に基づいてモデル化したモデル化単位を用いることにより、通信装置３１０が収集した情報に基づいて、生産装置１００による生産活動におけるエネルギー効率の監視、シミュレーション、及び最適化の少なくとも一つを行う。中央情報処理装置３３０は、例えば、生産装置１００の特定の構成要素のエネルギー効率に関連する構造、機能、及び性能に関する情報を規定の規則に基づいてモデル化したモデル化単位を用いる。
　このモデル化単位について詳しくは、後述する。

　情報入出力装置３４０は、使用者から入力された情報を受け付ける入力部と、必要な情報を使用者に提供する出力部とを備えている。この出力部とは、表示情報を表示する表示部であってもよい。例えば、情報入出力装置３４０は、入力部と表示部とが一体となったタッチパネルとして構成されている。

＜生産装置１００の一例＞
　図２は、生産装置１００の一例の概略構成を示す構成図である。
　ここでは、図２を参照して、エネルギー管理システム１の管理対象となる生産装置１００の一例として、火力発電装置１００Ａについて説明する。

　火力発電装置１００Ａは、ボイラー１１０により発生した蒸気でタービン１２０を回し電力を生成するボイラー１１０は、燃料ポンプ１４０を経由して供給される燃料（ａ）を燃焼させて得られる熱を利用して、バルブ１３０を経由して供給される水（ｂ）を蒸気（ｅ）に変換する。燃料ポンプ１４０は電力（ｄ）により動作する。バルブ１３０は電力（ｄ）により動作するエアポンプ１５０から供給される空気圧（エア（ｃ））により動作する。

　バルブ１３０、燃料ポンプ１４０、及びエアポンプ１５０をボイラー１１０の一部として含めてもよい。その場合、バルブ１３０、燃料ポンプ１４０、及びエアポンプ１５０を含むボイラー１１０の構成をボイラー１１０Ａとすると、火力発電装置１００Ａの構成を、図３に示すようにタービン１２０とボイラー１１０Ａとを備えた構成として単純化して表すことができる。この場合、ボイラー１１０Ａへの入力が燃料（ａ）、電力（ｄ）、水（ｂ）となり、ボイラー１１０Ａからの出力が蒸気（ｅ）となる。タービン１２０への入力が蒸気（ｅ）となり、タービン１２０からの出力が電力（ｆ）となる。火力発電装置１００Ａをひとつの構成として考えると、火力発電装置１００Ａへの入力が燃料（ａ）、電力（ｄ）、水（ｂ）となり、火力発電装置１００Ａからの出力が電力（ｆ）となる。蒸気（ｅ）は、火力発電装置１００Ａ内部のエネルギーの授受として外部からは意識されない。

＜エネルギー管理システム１の処理の動作＞
　図４は、本実施形態によるエネルギー管理システム１の処理の流れを示す流れ図である。
　まず、情報処理装置３００の通信装置３１０は、センサ群２００が検出した生産装置１００のエネルギー効率に関連するデータ（情報）を、通信ネットワーク５を介してセンサ群２００から収集する（ステップＳ１０：データ収集）。
　生産装置１００のエネルギー効率に関する情報とは、図３に示す火力発電装置１００Ａを例とすると、例えば、火力発電装置１００Ａへ入力される燃料、電力、水に関する情報、火力発電装置１００Ａから出力される電力に関する情報、火力発電装置１００Ａ内部でエネルギーが消費される蒸気に関する情報などである。火力発電装置１００Ａへ入力される燃料に関する情報には、燃料の単位量当たりの熱量及び燃料の供給量が含まれる。火力発電装置１００Ａへ入力される電力に関する情報には、燃料ポンプ１４０や制御装置で使用される電力量が含まれる。火力発電装置１００Ａへ入力される水に関する情報には、水の温度及び水の供給量が含まれる。エネルギー管理システム１においては、燃料と水の供給量の割合を適切に制御する必要がある。さらに、燃料の熱量により必要な燃料の供給量が変化する場合や、水の温度により必要な加熱量が変化する場合がある。このため、センサ群２００では、火力発電装置１００Ａへ入力される情報として、上記の各種情報が収集される。さらに、火力発電装置１００Ａから出力される電力に関する情報には、発電される電力量（Ｗ）が含まれる。火力発電装置１００Ａ内部でエネルギーが消費される蒸気に関する情報には、蒸気の温度と圧力及びタービン１２０に供給される蒸気の流量が含まれる。

　次に、情報記憶装置３２０は、通信装置３１０が取得した生産装置１００のエネルギー効率に関連するデータ（情報）を記憶する（ステップＳ２０：データ保持）。そして、中央情報処理装置３３０は、通信装置３１０が収集した生産装置１００のエネルギー効率に関連するデータ（情報）を情報記憶装置３２０から読み出し、読み出したデータに基づいて、生産装置１００による生産活動におけるエネルギー効率の監視、シミュレーション、及び最適化の少なくとも一つを行う（ステップＳ３０：データ解析）。中央情報処理装置３３０は、生産装置１００の構成要素のエネルギー効率に関連する構造、機能、又は性能に関する情報を規定の規則に基づいてモデル化したモデル化単位を用いる。

＜モデル化単位の説明＞
　次に、生産装置１００を構成する構成要素のエネルギー効率に関連するデータ（情報）を規定の規則に基づいてモデル化したモデル化単位について説明する。
　図５は、生産装置１００の構成要素をモデル化単位で表わす場合のイメージを示す模式図である。多くの生産装置１００は、複雑な構造を持っており、複数の製造業者から納入される多くの種類の構成要素に基づいて構成されている。エネルギー管理システム１は、これらの構成要素を階層的にモデル化することにより、モデル化したモデル化単位ごとにエネルギー効率に関連するデータを階層的に表す。

　例えば、図５に示すように、生産装置１００には構成要素１及び構成要素２が含まれ、構成要素１にはさらに構成要素１－１及び構成要素１－２が含まれ、構成要素２にはさらに構成要素２－１及び構成要素２－２が含まれているとする。本実施形態によるエネルギー管理システム１では、生産装置１００の各構成要素のエネルギー効率に関連するデータを規定の規則に基づいてモデル化したモデル化単位を用いて、仮想的な生産装置（仮想生産装置１００Ｘ）として表現する。ここでは、仮想生産装置１００Ｘには、モデル化単位１及びモデル化単位２が含まれ、モデル化単位１にはさらにモデル化単位１－１及びモデル化単位１－２が含まれ、モデル化単位２にはさらにモデル化単位２－１及びモデル化単位２－２が含まれている。このように、エネルギー管理システム１では、生産装置１００の各構成要素のエネルギー効率に関連するデータがモデル化単位を用いて階層的に表される。これにより、エネルギー管理システム１は、複雑で多様な生産装置１００に対応して、エネルギー効率の監視、シミュレーション、及び最適化の少なくとも一つを行うことができる。

　モデル化する構成要素は、生産装置１００を構成する構成要素のうちの一部であってもよいし全部であってもよい。例えば、生産装置１００を構成する構成要素のうちの特定の構成要素についてモデル化してもよい。

　次に、モデル化単位の構成例について説明する。
（モデル化単位の第１例）
　図６は、モデル化単位の構成の第１例を示す図である。
　この図６に示すモデル化単位５００ａは、本実施形態によるモデル化単位の基本的な構成例である。モデル化単位５００ａは、生産装置１００へ入力される部分をモデル化した入力部５１０と、生産装置１００から出力される部分をモデル化した出力部５２０と、生産装置１００への入力から出力までの間で消費される部分をモデル化した消費部５３０とを有する。生産装置１００への入力から出力までの間で消費される部分とは、生産装置１００への入力から出力までの間の消費によって生産装置１００から出力される部分を含む。例えば、この消費属性は、モデル化単位５００ａへの入力から出力までの間で有効に活用されずに消費される部分に関する属性としてもよい。
　つまり、モデル化単位５００ａでは、生産装置１００の構成要素の流れの構造を、入力部５１０から出力部５２０又は消費部５３０への流れの構造として表す。

　モデル化単位５００ａは、入力部５１０に対応して、モデル化単位５００ａへの入力に関する入力属性を有する。モデル化単位５００ａは、出力部５２０に対応して、モデル化単位５００ａからの出力に関する出力属性を有する。モデル化単位５００ａは、消費部５３０に対応して、モデル化単位５００ａへの入力から出力までの間の消費に関する消費属性を有する。これらの入力属性、出力属性、及び消費属性は、モデル化単位５００ａの特徴又は状態を示す属性であって、生産装置１００の構成要素の機能や性能に基づいて定まる。

　このように、生産装置１００の構成要素に関して、入力部５１０から出力部５２０又は消費部５３０への流れの構造と、入力属性、出力属性、及び消費属性とを用いてモデル化したモデル化単位５００ａとして表すことができる。

　モデル化単位５００ａが有する属性には、モデル化単位５００ａへ入力される対象の流れの種類ごとに、流れの種類を示す情報と流れの量を示す情報とが関連付けられた情報が含まれる。
　図７は、モデル化単位５００ａが有する属性に含まれる情報の一例を示す図である。図７に示すように、入力属性、出力属性、及び消費属性のそれぞれには、流れの種類を示す情報と流れの量を示す情報とが関連付けられた情報が含まれる。

　モデル化単位５００ａが有する属性には、流れの量を示す情報として、単位時間毎の流れの量を示す情報が含まれてもよい。
　図８は、モデル化単位５００ａが有する属性に含まれる流れの量を示す情報の一例を示す図である。図８に示すように、流れの量を示す情報には、時間帯を示す情報（「時間帯－１」、「時間帯－２」、「時間帯－３」、・・・）と、各時間帯の流れの量を示す情報（「流量－１」、「流量－２」、「流量－３」、・・・）と、が関連付けられており、時間帯（単位時間）ごとの流量が保持される。
　これにより、エネルギー管理システム１は、流量の時間的な変化を取り扱えるようになり、流量の時間的な変化を考慮して生産装置１００の構成要素をモデル化することができる。
　その他、モデル化の際に使用される生産装置１００の構成要素のエネルギー効率に関連する構造及び機能に関する情報には、例えば、ボイラー１１０には、バルブ１３０を経由して水が供給され、燃料ポンプ１４０を経由して燃料が供給されるという構造を示す情報や、ボイラー１１０から供給される蒸気によりタービン１２０が駆動されるという構造を示す情報が含まれる。生産装置１００の構成要素のエネルギー効率に関連する性能に関する情報には、例えば、燃料ポンプ１４０から供給される燃料の流量とその流量を供給するために必要な電力の関係を示す情報、及びタービン１２０に供給される蒸気の量とそれにより発電される電力量の関係を示す情報が含まれる。

（モデル化単位の第２例）
　図９は、モデル化単位の構成の第２例を示す図である。
　この図９に示すモデル化単位５００ｂは、図６に示すモデル化単位５００ａの構成を用いて、生産装置１００の物流及びエネルギーの流れに関してモデル化した例を示している。モデル化単位５００ｂは、物流に関する入力部５１１、出力部５２１、及び消費部５３１と、エネルギーの流れに関する入力部５１２、出力部５２２、及び消費部５３２と、を有する。

　モデル化単位５００ｂは、物流に関する属性群として、物流に関する入力部５１１と、出力部５２１と、消費部５３１とのそれぞれに対応して、物流の入力属性と、物流の出力属性と、物流の消費属性と、を有する。モデル化単位５００ｂは、エネルギーの流れに関する属性群として、エネルギーの流れに関する入力部５１２と、出力部５２２と、消費部５３２とのそれぞれに対応して、エネルギーの入力属性と、エネルギーの出力属性と、エネルギーの消費属性と、を有する。

　このように、生産装置１００の物流及びエネルギーの流れに関してモデル化して表すことができる。このモデル化単位５００ｂでは、物流に関する入力部５１１から出力部５２１又は消費部５３１への流れ、及びエネルギーに関する入力部５１２から出力部５２２又は消費部５３２への流れととともに、物流に関する入力部５１１からエネルギーに関する出力部５２２又は消費部５３２への流れ、又はエネルギーに関する入力部５１２から物流に関する出力部５２１又は消費部５３１への流れも含まれてもよい。

　モデル化単位５００ｂが有する属性には、モデル化単位５００ｂへ入力される対象である物及びエネルギーごとに、図７または図８を参照して説明した流れの種類を示す情報と流れの量を示す情報とが関連付けられた情報が含まれる。例えば、物流の入力属性、物流の出力属性、及び物流の消費属性のそれぞれには、物流の種類を示す情報と物流の量を示す情報とが関連付けられた情報が含まれる。エネルギーの入力属性、エネルギーの出力属性、及びエネルギーの消費属性のそれぞれには、エネルギーの流れの種類を示す情報とエネルギーの流れの量を示す情報とが関連付けられた情報が含まれる。

　例えば、エネルギーの流れの種類には、電気エネルギー、熱エネルギー、位置エネルギー、又は運動エネルギーなどがある。例えば、モデル化単位５００ｂへ入力される対象がエネルギーの場合には、モデル化単位５００ｂが有するエネルギーの流れに関する属性には、エネルギーの流れの種類を示す情報として、電気エネルギー、熱エネルギー、位置エネルギー、又は運動エネルギーを示す情報が含まれる。

（モデル化単位の第３例）
　図１０は、モデル化単位の構成の第３例を示す図である。
　この図１０に示すモデル化単位５００ｃは、生産装置１００への入力と生産装置１００からの出力との差分（すなわち、生産装置１００内で蓄積される部分）をモデル化した蓄積部をさらに有する点が、図９に示すモデル化単位５００ｂに対して異なる。例えば、モデル化単位５００ｃは、物流に関する入力部５１１、出力部５２１、消費部５３１、及び蓄積部５４１と、エネルギーの流れに関する入力部５１２、出力部５２２、消費部５３２、及び蓄積部５４２と、を有する。

　モデル化単位５００ｃは、物流に関する属性群として、物流の入力属性と、物流の出力属性と、物流の消費属性と、物流に関する蓄積部５４１に対応した物流の蓄積属性と、を有する。
　例えば、物流の蓄積属性には、モデル化単位５００ｃへ入力された物の流入量とモデル化単位５００ｃから出力された物の流出量との差分を示す物の蓄積量を示す情報が含まれる。物の流入量は、物流に関する入力部５１１に入力された物の量である。物の流出量は、物流に関する出力部５２１及び消費部５３１から出力された物の量である。

　モデル化単位５００ｃは、エネルギーに関する属性群として、エネルギーの入力属性と、エネルギーの出力属性と、エネルギーの消費属性と、エネルギーの流れに関する蓄積部５４２に対応するエネルギーの蓄積属性と、を有する。
　エネルギーの蓄積属性には、モデル化単位５００ｃへ入力されたエネルギーの流入量とモデル化単位５００ｃから出力されたエネルギーの流出量との差分を示すエネルギーの蓄積量を示す情報が含まれる。エネルギーの流入量は、エネルギーの流れに関する入力部５１２に入力されたエネルギーの量である。エネルギーの流出量は、エネルギーの流れに関する出力部５２２及び消費部５３２から出力されたエネルギーの量である。

　このように、生産装置１００の物流及びエネルギーの流れに関して、生産装置１００内における物の蓄積及びエネルギーの蓄積も考慮してモデル化することができる。

（モデル化単位の第４例）
　図１１は、モデル化単位の構成の第４例を示す図である。
　この図１１に示す例は、生産装置１００を、結合された複数のモデル化単位を用いてモデル化した例である。ここでは、モデル化単位（１）５５０と、モデル化単位（２）５６０と、モデル化単位（３）５７０と、モデル化単位（４）５８０と、モデル化単位（５）５９０と、が結合されたモデル化単位群の例を示している。各モデル単位は、少なくとも入力部及び出力部を有している。この図１１では、各モデル化単位の間で接続されている入力部及び出力部を示しており、その他の入力部、出力部、消費部などの図示を省略している。

　モデル化単位（１）５５０の出力部５５１は、モデル化単位（３）５７０の入力部５７１と、モデル化単位（４）５８０の入力部５８１とに接続されている。出力部５５１には、モデル化単位（１）５５０の物流に関する出力属性が対応付けられており、入力部５７１及び入力部５８１にはそれぞれのモデル化単位の物流に関する入力属性が対応付けられている。出力部５５１の出力属性、入力部５７１の入力属性、及び入力部５８１の入力属性には、それぞれ同じ物流の種類（ここでは、「種類－Ａ」）を示す情報が含まれる。

　モデル化単位（１）５５０の出力部５５２は、モデル化単位（３）５７０の入力部５７３と、モデル化単位（４）５８０の入力部５８３とに接続されている。出力部５５２には、モデル化単位（１）５５０のエネルギーの流れに関する出力属性が対応付けられており、入力部５７３及び入力部５８３にはそれぞれのモデル化単位のエネルギーの流れに関する入力属性が対応付けられている。出力部５５２の出力属性、入力部５７３の入力属性、及び入力部５８３の入力属性には、それぞれ同じエネルギーの流れの種類（ここでは、「種類－ａ」）を示す情報が含まれる。

　モデル化単位（２）５６０の出力部５６１は、モデル化単位（３）５７０の入力部５７２に接続されている。出力部５６１には、モデル化単位（２）５６０の物流に関する出力属性が対応付けられており、入力部５７２にはモデル化単位（３）５７０の物流に関する入力属性が対応付けられている。出力部５６１の出力属性及び入力部５７２の入力属性には、それぞれ同じ物流の種類（ここでは、「種類－Ｂ」）を示す情報が含まれる。

　モデル化単位（２）５６０の出力部５６２及びモデル化単位（３）５７０の出力部５７８は、モデル化単位（３）５７０の入力部５７４に接続されている。出力部５６２には、モデル化単位（２）５６０のエネルギーの流れに関する出力属性が対応付けられている。出力部５７８には、モデル化単位（３）５７０のエネルギーの流れに関する出力属性が対応付けられており、入力部５７４には、モデル化単位（３）５７０のエネルギーの流れに関する入力属性が対応付けられている。出力部５６２の出力属性、出力部５７８の出力属性、及び入力部５７４の入力属性には、それぞれ同じエネルギーの流れの種類（ここでは、「種類－ｂ」）を示す情報が含まれる。

　モデル化単位（３）５７０の出力部５７５は、モデル化単位（４）５８０の入力部５８２に接続されている。出力部５７５には、モデル化単位（３）５７０の物流に関する出力属性が対応付けられており、入力部５８２にはモデル化単位（４）５８０の物流に関する入力属性が対応付けられている。出力部５７５の出力属性及び入力部５８２の入力属性には、それぞれ同じ物流の種類（ここでは、「種類－Ｃ」）を示す情報が含まれる。

　モデル化単位（３）５７０の出力部５７６は、モデル化単位（５）５９０の入力部５９１に接続されている。出力部５７６には、モデル化単位（３）５７０の物流に関する出力属性が対応付けられており、入力部５９１にはモデル化単位（５）５９０の物流に関する入力属性が対応付けられている。出力部５７６の出力属性及び入力部５９１の入力属性には、それぞれ同じ物流の種類（ここでは、「種類－Ｄ」）を示す情報が含まれる。

　モデル化単位（３）５７０の出力部５７７は、モデル化単位（４）５８０の入力部５８４と、モデル化単位（５）５９０の入力部５９２とに接続されている。出力部５７７には、モデル化単位（３）５７０のエネルギーの流れに関する出力属性が対応付けられており、入力部５８４及び入力部５９２にはそれぞれのモデル化単位のエネルギーの流れに関する入力属性が対応付けられている。出力部５７７の出力属性、入力部５８４の入力属性、及び入力部５９２の入力属性には、それぞれ同じエネルギーの流れの種類（ここでは、「種類－ｃ」）を示す情報が含まれる。

　このように、モデル化単位の第４例では、あるモデル化単位（第１のモデル化単位）の出力部を、この出力部の出力属性と同一の流れの種類が含まれる入力属性を有する他のモデル化単位（第２のモデル化単位）の入力部へ接続することにより、複数のモデル化単位を結合する。これにより、生産装置１００の物流及びエネルギーの流れに関して、上述の複数の結合されたモデル化単位でモデル化して表すことができる。
　中央情報処理装置３３０は、上述の複数の結合されたモデル化単位を用いることにより、収集したエネルギー効率に関連する情報に基づいて、生産装置１００による生産活動におけるエネルギー効率の監視、シミュレーション、及び最適化の少なくとも一つを行うことができる。

（モデル化単位の第５例）
　図１２は、モデル化単位の構成の第５例を示す図である。
　この図１２に示す例は、生産装置１００を、階層化したモデル化単位でモデル化した例である。ここでは、結合されたモデル化単位（６）６１０と、モデル化単位（７）６２０と、を一つにまとめて上位のモデル化単位（８）６００として表す例を示している。

　モデル化単位（６）６１０と、モデル化単位（７）６２０とは、例えば、図９に示すモデル化単位５００ｂに相当する。モデル化単位（６）６１０の物流に関する入力部６１１、出力部６１２、及び消費部６１３と、モデル化単位（７）６２０の物流に関する入力部６２１、出力部６２２、及び消費部６２３とのそれぞれは、図９に示すモデル化単位５００ｂの物流に関する入力部５１１、出力部５２１、及び消費部５３１に相当する。モデル化単位（６）６１０のエネルギーの流れに関する入力部６１４、出力部６１５、及び消費部６１６と、モデル化単位（７）６２０の物流に関する入力部６２４、出力部６２５、及び消費部６２６とのそれぞれは、図９に示すモデル化単位５００ｂのエネルギーの流れに関する入力部５１２、出力部５２２、及び消費部５３２に相当する。

　モデル化単位（６）６１０と、モデル化単位（７）６２０とは、例えば、図１１を参照して説明した第４例のように同一の流れの種類の出力部と入力部とが接続されており、結合されたモデル化単位である。
　ここでは、物流に関して、モデル化単位（６）６１０の出力部６１２は、モデル化単位（７）６２０の入力部６２１に接続されている。エネルギーの流れに関して、モデル化単位（６）６１０の消費部６１６は、モデル化単位（７）６２０の入力部６２４に接続されている。

　上位のモデル化単位（８）６００内において結合された複数のモデル化単位の間で接続がされていない入力部、出力部、または消費部が、上位のモデル化単位（８）６００の入力部、出力部、または消費部に接続される。上位のモデル化単位（８）６００の入力部、出力部、及び消費部のそれぞれに対応する入力属性、出力属性、及び消費属性を、それぞれに接続された入力部、出力部、及び消費部に対応する入力属性、出力属性、及び消費属性とする。

　図１２に示す例では、モデル化単位（６）６１０の物流に関する入力部６１１及び消費部６１３と、エネルギーの流れに関する入力部６１４及び出力部６１５とは、モデル化単位（７）６２０に接続されておらず、上位のモデル化単位（８）６００の入力部、出力部、及び消費部のいずれかに接続される。モデル化単位（７）６２０の物流に関する出力部６２２及び消費部６２３と、エネルギーの流れに関する出力部６２５及び消費部６２６とは、モデル化単位（６）６１０に接続されておらず、上位のモデル化単位（８）６００の入力部、出力部、及び消費部のいずれかに接続される。

　具体的には、モデル化単位（６）６１０の物流に関する入力部６１１は、上位のモデル化単位（８）６００の入力部６０１に接続されている。上位のモデル化単位（８）６００の入力部６０１に対応する入力属性は、モデル化単位（６）６１０の入力部６１１に対応する物流に関する入力属性となる。

　モデル化単位（６）６１０のエネルギーの流れに関する入力部６１４は、上位のモデル化単位（８）６００の入力部６０４に接続されている。上位のモデル化単位（８）６００の入力部６０４に対応する入力属性は、モデル化単位（６）６１０の入力部６１４に対応するエネルギーの流れに関する入力属性となる。

　モデル化単位（７）６２０の物流に関する出力部６２２は、上位のモデル化単位（８）６００の出力部６０２に接続されている。上位のモデル化単位（８）６００の出力部６０２に対応する出力属性は、モデル化単位（７）６２０の出力部６２２に対応する物流に関する出力属性となる。

　モデル化単位（７）６２０のエネルギーの流れに関する消費部６２６は、上位のモデル化単位（８）６００の消費部６０６に接続されている。上位のモデル化単位（８）６００の消費部６０６に対応する消費属性は、モデル化単位（７）６２０の消費部６２６に対応するエネルギーの流れに関する消費属性となる。

　上位のモデル化単位（８）６００内において、結合された複数のモデル化単位の間で接続がされていない入力部、出力部、または消費部のそれぞれが複数ある場合、複数ある入力部、出力部、または消費部のそれぞれに対応する属性ごとにまとめて、上位のモデル化単位（８）６００のそれぞれの属性とする。

　図１２に示す例では、モデル化単位（６）６１０の物流に関する消費部６１３と、モデル化単位（７）６２０の物流に関する消費部６２３とは、上位のモデル化単位（８）６００の消費部６０３に接続される。上位のモデル化単位（８）６００の消費部６０３に対応する消費属性は、消費部６１３に対応する物流に関する消費属性と、消費部６２３に対応する物流に関する消費属性とをまとめた消費属性となる。

　モデル化単位（６）６１０のエネルギーの流れに関する出力部６１５と、モデル化単位（７）６２０のエネルギーの流れに関する出力部６２５とは、上位のモデル化単位（８）６００の出力部６０５に接続される。上位のモデル化単位（８）６００の出力部６０５に対応する出力属性は、出力部６１５に対応するエネルギーの流れに関する出力属性と、出力部６２５に対応するエネルギーの流れに関する出力属性とをまとめた、出力属性となる。

　このように、モデル化単位の第５例では、生産装置１００の物流及びエネルギーの流れに関して、階層化したモデル化単位でモデル化して表すことができる。よって、非常に複雑な構造、且つ多くの種類の構成要素に基づいて構成された生産装置１００を、階層的にモデル化することができる。
　中央情報処理装置３３０は、階層化した複数の結合されたモデル化単位を用いることにより、収集したエネルギー効率に関連する情報に基づいて、生産装置１００による生産活動におけるエネルギー効率の監視、シミュレーション、及び最適化の少なくとも一つを行うことができる。

（モデル化単位の第６例）
　モデル化単位へ入力される対象が物の場合、モデル化単位が有する物流に関する属性に、この物の種類に対応した単位量あたりのエネルギーを示す単位見なしエネルギーの情報が含まれるようにしてもよい。
　図１３は、モデル化単位の構成の第６例を示す図である。この図１３に示す例は、上述した第４例または第５例のように、結合された複数のモデル化単位を含む例である。図１３に示すように、モデル化単位（９）６３０とモデル化単位（１０）６４０は結合されており、モデル化単位（９）６３０は、モデル化単位（１０）６４０の上流のモデル化単位である。例えば、モデル化単位（９）６３０は、図１２のモデル化単位（６）６１０に相当するが、物流に関する出力部６３２のみを図示しており、その他の入力部、出力部、及び消費部などの図示を省略している。モデル化単位（１０）６４０は、図１２のモデル化単位（７）６２０に相当し、物流に関する入力部６４１、出力部６４２、及び消費部６４３と、エネルギーの流れに関する入力部６４４、出力部６４５、及び消費部６４６と、を有する。

　モデル化単位（９）６３０の出力部６３２は、モデル化単位（１０）６４０の入力部６４１に接続されている。
　ここで、モデル化単位（１０）６４０の入力部６４１に対応する物流に関する入力属性に含まれる単位見なしエネルギーを、上流として結合されたモデル化単位（９）６３０の出力部６３２に対応する物流に関する出力属性に含まれる単位見なしエネルギーの値とする。モデル化単位（１０）６４０の入力部６４１に対応する物流に関する入力属性に含まれる単位見なしエネルギーを、予め定められた単位見なしエネルギーの値としてもよい。

　中央情報処理装置３３０は、モデル化単位（１０）６４０の出力部６４２に対応する物流に関する出力属性に含まれる単位見なしエネルギーの値を、モデル化単位（１０）６４０の入力部６４１に対応する物流に関する入力属性、入力部６４４に対応するエネルギーの流れに関する入力属性、及び出力部６４５に対応するエネルギーの流れに関する出力属性に基づいて算出する。

　例えば、中央情報処理装置３３０は、以下に示す数式１を用いて、モデル化単位（１０）６４０の出力部６４２に対応する物流に関する出力属性に含まれる単位見なしエネルギーの値を算出する。

　モデル化単位（１０）６４０が複数の物流に関する出力属性に対応する出力部を有する場合には、中央情報処理装置３３０は、モデル化単位（１０）６４０における総単位見なしエネルギーを、複数の出力属性のそれぞれにおける物流の流出量に比例して配分した値を、複数の出力属性のそれぞれに含まれる単位見なしエネルギーの値としてもよい。モデル化単位（１０）６４０における総単位見なしエネルギーとは、例えば、上述の数式１により算出される、モデル化単位（１０）６４０の全体の物流に関する出力属性に含まれる単位見なしエネルギーの値である。

（モデル化単位の第７例）
　図１４は、モデル化単位の構成の第７例を示す図である。
　この図１４に示すモデル化単位６５０は、例えば、図９に示すモデル化単位５００ｂに相当する。モデル化単位６５０は、物流に関する入力部６５１、出力部６５２、及び消費部６５３と、エネルギーの流れに関する入力部６５４、出力部６５５、及び消費部６５６と、を有する。この第７例では、モデル化単位６５０が有する属性は、モデル化単位６５０が有する他の属性から算出される見なしエネルギー効率を属性として有する。

　例えば、中央情報処理装置３３０は、以下に示す数式２を用いて、上述の見なしエネルギー効率を算出する。

（モデル化単位の第８例）
　図１５は、モデル化単位の構成の第８例を示す図である。
　この図１５に示すモデル化単位６６０は、例えば、図９に示すモデル化単位５００ｂに相当する。モデル化単位６６０は、物流に関する入力部６６１、出力部６６２、及び消費部６６３と、エネルギーの流れに関する入力部６６４、出力部６６５、及び消費部６６６と、を有する。この第８例では、モデル化単位６６０は、モデル化単位６６０から出力される対象の流出量の目標値を示す目標生産量と、モデル化単位６６０から出力される対象の種類ごとの流出量の目標比率を示す目標出力組合せ比率と、モデル化単位６６０へ入力される対象の種類ごとの目標比率を示す目標入力組合せ比率、のうち少なくともひとつの情報を含む属性（動作モード属性）を有する。このように、モデル化単位６６０に動作モード属性を持たせることにより、目標生産量の調整や休止状態への移行などの生産設備の操業モード（動作モード）を制御してエネルギー消費を低減させることができるため、エネルギー効率の向上を図ることができる。

＜活用例＞
　次に、本実施形態によるエネルギー管理システム１の活用例について説明する。

　（活用例１）プラント及びそのオートメーション・システムの最適設計のためのシミュレーション
　生産装置１００（プラント）の操業時のエネルギー効率を向上させる最も効果が大きい手段のひとつは、プラント建設に先立ちエネルギー効率が最大になるようなプラントおよびオートメーション・システムの設計を行うことである。このエネルギー効率の最適化設計を行うためには、仮想的なプラント・モデルを活用したシミュレーションを利用する。多くのプラントは、複雑な構造を持っており、複数の製造業者から納入された多くの種類の要素から構成されている。

　エネルギー管理システム１は、複雑な構造を持つ多くの種類の構成要素を階層的にモデル化し、各部分ごとのエネルギー関連データを階層的に表すことができる。例えば、エネルギー管理システム１は、モデル化単位（例えば、図６または図９のモデル化単位の第１例または第２例参照）を用いて生産装置１００をモデル化するとともに、さらに、結合された複数のモデル化単位（例えば図１１のモデル化単位の第４例参照）、または、結合された複数のモデル化単位を上位のモデル化単位として階層的にモデル化したモデル化単位（例えば図１２のモデル化単位の第５例参照）を用いて、生産装置１００をモデル化する。

　モデル化単位は、入力属性、出力属性、及び消費属性を有する（例えば図６のモデル化単位の第１例参照）。例えば、モデル化単位は、物流に関わる属性群とエネルギーの流れに関わる属性群を有する（例えば図９のモデル化単位の第２例参照）。各属性は、流れの種類を示す情報と流れの量を示す情報を含み（例えば図７及び図８参照）、流れの種類ごとに構成される（例えば図１１のモデル化単位の第４例参照）。これにより、複数の製造業者の異なる種類の構成要素であってもそのエネルギー関連データを統一的に表すことができる。
　例えば、図２に示す火力発電装置１００Ａの場合、火力発電装置１００Ａの特定の条件（例えば、水の温度）を一定の値として仮定すると、期待する出力電力を得るために必要な燃料の量や入力電力量は、装置の構成要素（例えば、ボイラー１１０やタービン１２０）の性能特性に基づいて計算することができる。複数の出力電力とそれぞれ対応する必要な燃料の量や入力電力量の関係から、出力電力量毎のエネルギー効率（例えば、数式２を用いて）を算出することができ、エネルギー効率が最大になる稼働条件を決定することができる。さらに、火力発電装置１００Ａの構成要素の選択や設計を変えて同様の計算に基づくシミュレーションを行うことにより、期待する出力電力量に適した火力発電装置１００Ａの構成や設計を決定することができる。

　このように、本実施形態によるエネルギー管理システム１は、入力属性、出力属性、及び消費属性という一般性のある構造を持つモデル化単位を階層的に組み合わせてモデル化を行うため、生産装置１００の様々な構成要素を階層的にモデル化する際の自由度が高い。したがって、エネルギー管理システム１は、自由度の高いモデル化手法を活用して、複雑で多様な生産装置１００（プラント）に対応して柔軟にシミュレーションを行うことができる。

　（活用例２）プラント操業時の高いエネルギー効率を実現するためのプラント施工時の最適な調達
　生産装置１００（プラント）の構成要素を調達する際、同一の機能であっても異なるエネルギー消費特性をもつ構成要素を選択可能な場合がある。この場合、本実施形態によるエネルギー管理システム１は、モデル化単位によってそれぞれの構成要素の選択肢の特性を、入力属性、出力属性、及び消費属性と、各属性に含まれる流れの種類を示す情報及び流れの量を示す情報とを用いて統一的に表すことにより（例えば図、６、７、８、９、１１参照）、容易にその特性を比較したりその情報を用いてシミュレーションを行ったりすることが可能になる。
　例えば、図２に示す火力発電装置１００Ａにおける特定の構成要素（例えば、燃料ポンプ１４０）の具体的な機種を選択する際に、候補となるそれぞれの燃料ポンプの機種の性能（例えば、燃料供給量に対応した必要な電力量の特性）を利用して、条件ごとに火力発電装置全体の性能を計算して候補の燃料ポンプの機種ごとに比較すれば、最適性能を実現できる機種を選定することが可能となる。

　例えば、複数の製造業者から、モデル化単位で用いる構成要素の特性の表現方法に統一してその製品の情報を提供されるようにすることで、エネルギー効率を最大化するプラント設計や調達をより効率的に行うことができるようになる。このような情報が電子的な手段によって提供されるようにすることで、情報処理技術の活用がより容易になる。

　（活用例３）プラント試運転時及びプラント操業時のエネルギー効率改善施策の効果の確認
　生産装置１００（プラント）における生産プロセスでは、電力や熱などの直接的なエネルギーによって原料や材料が製品に変換されたり、逆に燃料の燃焼や原料の化学反応によって熱エネルギーや電気エネルギーが生成されたりする。このため、エネルギー効率を測定し監視するためには、物流とエネルギーの流れの両方を相互間の変換も含めて把握する必要がある。本実施形態によるエネルギー管理システム１は、物流とエネルギーの流れを統一的に扱える（例えば、図９のモデル化単位の第２例参照）ため、エネルギーの収支をより広い範囲で把握することができる。

　エネルギー効率の最適化を検討する場合には、階層化されたモデル化単位の生産システム全体のエネルギー効率を監視するだけでなく、下位レベルのエネルギー効率を把握して改善すべき箇所の特定や改善の効果の確認などを行う必要がある。生産システムのエネルギー効率は一般的には、生産プロセスによって得られる価値と、その価値を産み出すために使用されたエネルギーの比で表すことができる。しかし、産み出される価値はそれぞれの生産プロセスに毎に異なるため、それらの異なった複数の生産プロセスに対して共通のエネルギー効率の指標を用いてそれらの比較を行うことが容易ではない場合がある。

　本実施形態によるエネルギー管理システム１は、物流（原材料）に関する属性に対して、上流工程のモデル化単位の出力属性から下流工程のモデル化単位の入力属性へと引継がれる単位見なしエネルギーを用いて、原材料をエネルギーに換算して、エネルギーの比でエネルギー効率を評価することが可能である（例えば、図１３のモデル化単位の第６例参照）。これにより、複数の異なるモデル化単位に共通のエネルギー効率の指標を適用することが可能となり、モデル化単位間のエネルギー効率の比較や改善施策の効果の比較が可能となる。

　（活用例４）プラント試運転時及びプラント操業時のエネルギー効率の最適化のためのシミュレーション
　生産装置１００（プラント）の生産プロセスでは、そのプロセスに原材料が入力されてからエネルギーが出力となって現れるまでの間に時間遅延が発生することが一般的である。このようなプロセスにおいてエネルギーの流れと物流をモデル化するためには、上述の時間遅延による遅れを蓄積要素として表す必要がある。それぞれの工程のエネルギー効率を最大化するために、複数の工程間で操業スケジュールを調整したり同期させたりする場合がある。この場合には、タンクやストアなどの原材料などの物を蓄積する機能と、蓄電池や蓄熱装置などのエネルギーを蓄積する機能とをモデル化するために、蓄積要素として表す必要がある。

　本実施形態によるエネルギー管理システム１は、モデル化単位の属性として、物及びエネルギーの蓄積要素を表すことができる（例えば、図１０のモデル化単位の第３例参照）ため、上述の時間遅延の遅れや蓄積機能がある生産装置１００をモデル化することが可能となり、これらを用いて高度なエネルギー効率の最適化のシミュレーションを行うことが可能となる。

　エネルギー効率向上の手法の一つとして、無駄に消費されていたエネルギーや原材料を生産プロセスにおいて再利用する方法がある。このようなエネルギー効率の改善をモデル化してシミュレーションできるようにすることも重要である。
　本実施形態によるエネルギー管理システム１は、ひとつのモデル化単位の消費部を別のモデル化単位の入力部に接続することにより結合された複数のモデル化単位を用いて、このようなエネルギーと原材料の再利用をモデル化することが可能である（例えば、図１１のモデル化単位の第４例参照）。エネルギー管理システム１は、結合された複数のモデル化単位をまとめて上位のモデル化単位として扱う（例えば、図１２のモデル化単位の第５例参照）ことにより、再利用された原材料やエネルギーが上位のモデル化単位では消費属性としては扱われず、再利用をモデル化して扱うことが可能となる。

　別のエネルギー効率向上の手法として、目標生産量の調整や休止状態への移行などの生産設備の操業モード（動作モード）を制御して、エネルギー消費を低減させる方法がある。本実施形態によるエネルギー管理システム１は、モデル化単位に動作モード属性を持たせる（例えば、図１５のモデル化単位の第８例参照）ことにより、このような操業モードの制御によるエネルギー効率の最適化のシミュレーションが可能になる。

　以上、この発明のいくつかの実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は上述の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。例えば、上述の実施形態において説明した各機能は、任意に組み合わせることができる。

　上述した実施形態における情報処理装置３００が備える各部の一部または全部の機能、をコンピュータで実現するようにしてもよい。例えば、上述した実施形態によるエネルギー管理システム１は、生産活動におけるエネルギー効率の監視、シミュレーション、最適化の少なくとも一つを含む機能を実現するコンピュータ・ベースのエネルギー管理システムとしてもよい。その場合、上述の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって上述の機能を実現してもよい。ここでいう「コンピュータシステム」とは、情報処理装置３００に内蔵されたコンピュータシステムであってＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。

　「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
　「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。

　上述した実施形態における情報処理装置３００の一部、または全部を、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の集積回路として実現してもよい。情報処理装置３００の各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化してもよい。集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現してもよい。半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、この技術による集積回路を用いてもよい。

　１　エネルギー管理システム、５　通信ネットワーク、１００　生産装置、１００Ａ　火力発電所、１１０、１１０Ａ　ボイラー、１２０　タービン、１３０　バルブ、１４０　燃料ポンプ、１５０　エアポンプ、２００　センサ群、３００　情報処理装置、３１０　通信装置、３２０　情報記憶装置、３３０　中央情報処理装置、３４０　情報入出力装置、５００、５００ａ、５００ｂ、５００ｃ、５５０、５６０、５７０、５８０、５９０、６００、６１０、６２０、６３０、６４０、６５０、６６０　モデル化単位

Claims (22)

1. 　生産装置のエネルギー効率に関連する情報を収集する収集部と、
   　前記生産装置の構成要素のエネルギー効率に関連する情報を規定の規則に基づいてモデル化したモデル化単位を用いることにより、前記収集部が収集した前記エネルギー効率に関連する情報に基づいて、前記生産装置による生産活動におけるエネルギー効率の監視、シミュレーション、及び最適化の少なくとも一つを行う処理部と、
   　を備える、エネルギー管理システム。
2. 　前記処理部は、
   　階層的にモデル化した前記モデル化単位を用いることにより、前記収集部が収集した前記エネルギー効率に関連する情報に基づいて、前記生産装置による生産活動におけるエネルギー効率の監視、シミュレーション、及び最適化の少なくとも一つを行う、
   　請求項１に記載のエネルギー管理システム。
3. 　前記モデル化単位は、前記生産装置の特定の構成要素のエネルギー効率に関連する構造、機能、又は性能に関する情報を規定の規則に基づいてモデル化したものである、
   　請求項１または２に記載のエネルギー管理システム。
4. 　前記モデル化単位は、
   　前記モデル化単位の特徴又は状態を示す属性として、前記モデル化単位への入力に関する入力属性、前記モデル化単位からの出力に関する出力属性、又は前記モデル化単位への入力から出力までの間の消費に関する消費属性を有する、
   　請求項１から３の何れか一項に記載のエネルギー管理システム。
5. 　前記モデル化単位は、
   　前記モデル化単位の特徴と状態を示す属性として、物流に関する入力属性、出力属性、又は消費属性を含む属性群と、エネルギーの流れに関する入力属性、出力属性、又は消費属性を含む属性群と、を有する、
   　請求項４に記載のエネルギー管理システム。
6. 　前記モデル化単位は、
   　前記モデル化単位の特徴と状態を示す属性として、前記モデル化単位への流入量と前記モデル化単位からの流出量との差分を示す蓄積量を示す情報が含まれる蓄積属性をさらに有する、
   　請求項４または５に記載のエネルギー管理システム。
7. 　前記モデル化単位は、
   　前記モデル化単位の特徴と状態を示す属性として、前記モデル化単位へ入力された物の流入量と前記モデル化単位から出力された物の流出量との差分を示す物の蓄積量を示す情報が含まれる物流に関する蓄積属性と、前記モデル化単位へ入力されたエネルギーの流入量と前記モデル化単位から出力されたエネルギーの流出量との差分を示すエネルギーの蓄積量を示す情報が含まれるエネルギーの流れに関する蓄積属性と、を有する、
   　請求項５または６に記載のエネルギー管理システム。
8. 　前記モデル化単位が有する属性には、
   　前記モデル化単位へ入力される対象の流れの種類ごとに、前記流れの種類を示す情報と流れの量を示す情報とが関連付けられた情報が含まれる、
   　請求項４から７のいずれか一項に記載のエネルギー管理システム。
9. 　前記モデル化単位へ入力される対象がエネルギーの場合、
   　前記モデル化単位が有するエネルギーの流れに関する属性には、
   　前記流れの種類を示す情報として、電気エネルギー、熱エネルギー、位置エネルギー、又は運動エネルギーを示す情報が含まれる、
   　請求項８に記載のエネルギー管理システム。
10. 　前記モデル化単位が有する属性には、
    　前記流れの量を示す情報として、単位時間毎の前記流れの量を示す情報が含まれる、
    　請求項８または９に記載のエネルギー管理システム。
11. 　前記モデル化単位は、
    　前記生産装置へ入力される部分をモデル化した入力部と、
    　前記生産装置から出力される部分をモデル化した出力部と、
    　前記生産装置への入力から出力までの間で消費される部分をモデル化した消費部と、を有する、
    　請求項４から１０のいずれか一項に記載のエネルギー管理システム。
12. 　前記モデル化単位が有する属性には、
    　前記モデル化単位へ入力される対象の流れの種類ごとに、前記流れの種類を示す情報と流れの量を示す情報とが関連付けられた情報が含まれ、
    　前記処理部は、
    　第１の前記モデル化単位の前記出力部が、前記出力部の前記出力属性と同一の前記流れの種類が含まれる前記入力属性を有する第２の前記モデル化単位の前記入力部へ接続されて結合された複数の前記モデル化単位を用いることにより、前記収集部が収集した前記エネルギー効率に関連する情報に基づいて、前記生産装置による生産活動におけるエネルギー効率の監視、シミュレーション、及び最適化の少なくとも一つを行う、
    　請求項１１に記載のエネルギー管理システム。
13. 　前記結合された複数の前記モデル化単位を一つにまとめて上位のモデル化単位とし、
    　前記上位のモデル化単位内において前記結合された複数の前記モデル化単位の間で接続がされていない前記入力部、前記出力部、または前記消費部が、前記上位のモデル化単位の前記入力部、前記出力部、または前記消費部に接続され、
    　前記上位のモデル化単位の前記入力部、前記出力部、及び前記消費部のそれぞれに対応する前記入力属性、前記出力属性、及び前記消費属性を、それぞれに接続された前記入力部、前記出力部、及び前記消費部に対応する前記入力属性、前記出力属性、及び前記消費属性とする、
    　請求項１２に記載のエネルギー管理システム。
14. 　前記上位のモデル化単位内において前記結合された複数の前記モデル化単位の間で接続がされていない前記入力部、前記出力部、または前記消費部のそれぞれが複数ある場合、複数ある前記入力部、前記出力部、または前記消費部のそれぞれに対応する属性ごとにまとめて、前記上位のモデル化単位のそれぞれの属性とする、
    　請求項１３に記載のエネルギー管理システム。
15. 　前記モデル化単位へ入力される対象が物の場合、
    　前記モデル化単位が有する物流に関する属性には、前記物の種類に対応した単位量あたりのエネルギーを示す単位見なしエネルギーの情報が含まれ、
    　前記処理部は、
    　前記モデル化単位の物流に関する入力属性に含まれる前記単位見なしエネルギーを、上流として結合されたモデル化単位の物流に関する出力属性に含まれる前記単位見なしエネルギーの値、または予め定められた前記単位見なしエネルギーの値とし、前記モデル化単位の物流に関する出力属性に含まれる前記単位見なしエネルギーの値を、前記モデル化単位の物流に関する入力属性、エネルギーの流れに関する入力属性、及びエネルギーの流れに関する出力属性に基づいて算出する、
    　請求項１２から１４のいずれか一項に記載のエネルギー管理システム。
16. 　前記処理部は、
    　前記出力属性に含まれる前記単位見なしエネルギーの値を、以下の数式１を用いて算出する、
    　請求項１５に記載のエネルギー管理システム。
    

    
17. 　前記モデル化単位が複数の物流に関する前記出力属性に対応する出力部を有する場合、
    　前記処理部は、
    　前記モデル化単位における総単位見なしエネルギーを、複数の前記出力属性のそれぞれにおける物流の流出量に比例して配分した値を、複数の前記出力属性のそれぞれに含まれる前記単位見なしエネルギーの値とする、
    　請求項１６に記載のエネルギー管理システム。
18. 　前記モデル化単位の属性は、
    　前記モデル化単位の他の属性から算出される見なしエネルギー効率を属性として有する、
    　請求項５から１７のいずれか一項に記載のエネルギー管理システム。
19. 　前記処理部は、
    　前記見なしエネルギー効率を、以下の数式２により算出する、
    　請求項１８に記載のエネルギー管理システム。
    

    
20. 　前記モデル化単位は、
    　前記モデル化単位から出力される対象の流出量の目標値を示す目標生産量と、前記モデル化単位から出力される対象の種類ごとの流出量の目標比率を示す目標出力組合せ比率と、前記モデル化単位へ入力される対象の種類ごとの目標比率を示す目標入力組合せ比率、のうち少なくともひとつの情報を含む属性を、前記モデル化単位の特徴又は状態を示す属性として有する、
    　請求項４から１９のいずれか一項に記載のエネルギー管理システム。
21. 　生産装置のエネルギー効率に関連する情報を収集することと、
    　前記生産装置の構成要素のエネルギー効率に関連する情報を規定の規則に基づいてモデル化したモデル化単位を用いることにより、前記収集した前記エネルギー効率に関連する情報に基づいて、前記生産装置による生産活動におけるエネルギー効率の監視、シミュレーション、及び最適化の少なくとも一つを行うこと、
    　を含む、エネルギー管理システムにおけるエネルギー管理方法。
22. 　コンピュータに、
    　生産装置のエネルギー効率に関連する情報を収集することと、
    　前記生産装置の構成要素のエネルギー効率に関連する情報を規定の規則に基づいてモデル化したモデル化単位を用いることにより、前記収集した前記エネルギー効率に関連する情報に基づいて、前記生産装置による生産活動におけるエネルギー効率の監視、シミュレーション、及び最適化の少なくとも一つを行うことと、
    　を実行させるためのコンピュータプログラムを記憶した非一時的コンピュータ読取り可能な記憶媒体。

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