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Data Model Patterns
プロセス製造 (Process Manufacturing)
 


食品/飲料、化学製品、医薬品、石油、素材などを生産しているプロセス製造業には業界固有のニーズがあり、複雑なプロセスが伴います。また、精油所での製油プロセスのように、プロセスは継続的に行われます。プロセス製造では、これらの複雑で継続的に行われるプロセスを管理することがきわめて重要となります。なぜなら、同じ品目であっても品質が異なれば、販売価格、製造原価、保管コストなどに影響を与え、最終製品を販売する顧客にまで影響を及ぼしかねないからです。ここでは、プロセス製造のプロセス管理に焦点をあて、データモデルを行います。

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  プロセス製造業の資産モデル
  構成素と液体パス
  フロー
  内部活動 (Process)
  モニタリング
  タグとセットポイント
  変数使用法
 

プロセス製造業の資産モデル
 

はじめに、プロセス製造業での資産についてモデリングします。資産は、識別番号付き品目と識別番号のない品目の二つに大きく分類します。あらかじめ、識別番号のない品目を、製品と部品に分類します。ここでは、原油や化学物質などが「製品」に該当します。生産設備にはタンクとパイプが含まれます。複数のタンクによって、原料がパイプを通じて生産ユニットに送られるので、どのタンクやパイプにどれほどの原料があるかを把握する必要があります。製品は物質タイプをベースに製造され、識別番号付き品目と部品は設備タイプをベースに製造されます。

 
Describeモデル ER/Studioモデル AllFusion ERwin Data Modeler
モデル

構成素と液体パス
 

生産ユニットや加工ユニットなどを設備と資産または資産タイプで構成されるストラクチャ構成素と考え、ストラクチャ構成素から資産または資産タイプに排他的な関連をひきます。同様に、混合物などを製品または物質タイプで構成される構成素と考え、製品が物質タイプから構成されるか、構成素から構成されるとします。生産設備にタンクやパイプが包含され、液体の流れるルートを管理する液体パスと関連を持ちます。液体パスには液体の流れる容量が属性として定義されます。たとえば、原油を蒸留所に流す場合は、原油タンクが送り元となり、蒸留所が送り先となります。

 
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モデル

フロー
 

液体パスは物質タイプや構成素が生産設備間を移動するルートを管理しました。次に、物質タイプや構成素がどの位のレートで移動するのかを管理するのに、実フローと潜在フローを定義します。実フローでは実際に物質タイプや構成素がいつからいつまで、どの位の速度で、どれだけ移動したかを管理します。潜在フローはそれ以外に物質タイプや構成素が移動可能であったフローや事前に予定していたフローです。製品は物質タイプをベースに作られるか、構成素の一部として構成されるので、製品⇔構成素と製品⇔物質タイプのいずれか1組だけが有効な排他的関連となります。同様に、実フローや潜在フローは特定の物質タイプか構成素のいずれかを移動するので、構成素⇔潜在フロー(実フロー)と物質タイプ⇔潜在フロー(実フロー)のいずれか1組だけが有効な排他的関連となります。

 
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内部活動 (Process)
 

定義されたフローをベースに、物質タイプや構成素が液体パスを通り生産ユニットに移動します。生産ユニットでは、インプットされた物質タイプや構成素が加工などの内部活動を経て、アウトプットとして他生産設備に移動されます。加工などの内部活動を行うときに、条件を設定します。たとえば、加工開始時の温度を150度に設定し、加工終了時には100度に温度を落とすという場合です。このように複数の条件が必要なので、内部活動から条件には1対0以上の関連がひかれます。プロセス製造業でユニークなのは、生産ユニットへのインプットが複数のレートで行われることです。そのため、内部プロセスからフローへも1対0以上の関連がひかれます。たとえば、12分間はレート3でインプットし、時間経過後は5分間、10%レートを下げてインプットを行うなどです。

 
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モニタリング
 

プロセス製造業では製造を継続して行うので、モニタリングも継続して行う必要があります。モニタリングするために事前に活動や条件を定義し、事前定義と実際の整合が取れていれば製造活動が正常に行われていると判断します。実活動は実際に行われた活動を指し、活動は事前に定義された活動です。同様に、実条件は実際の活動時の条件を指し、標準条件は事前に定義された条件です。実活動ではインプットとアウトプットの割合を計算し、管理します。たとえば、インプットされた10トンの原油が生産ユニットで加工され、8トンの加工物としてアウトプットされた場合のインプットとアウトプットの割合です。

 
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タグとセットポイント
 

モニタリングを行う装置を生産設備や液体パスに設置し、これをタグと呼びます。タグはタンク量やフローレートなどをモニタリングし、タグ番号で識別されます。セットポイントはモニタリングする値の上限値と下限値を設定します。タグは複数の計測値を提供します。計測値はタグが計測した直接計測値と、その直接計測値から派生されて計測された派生計測値に分類されます。「実験」の章での物理観察と派生観察の関係と同じです。

 
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変数使用法
 

計測する変数には質量、量、濃度などがありますが、どの変数をどの生産設備や液体パスで適用するかを事前に定義しておくと、測定値がどの生産設備や液体パスを対象にしているかを把握するのに便利です。たとえば、変数が量の場合は、変数使用法のエンティティを量とし、属性は実フローとします。また、変数が容積の場合は、変数使用法のエンティティを容積とし、属性は生産設備のタンクとします(モデルを見やすくするために、このモデルでは生産設備を範囲外としています)。たとえば、BC100というタグが測定した測定値(昨日の午後3時の量)は、同じ時間の実フローの量と同じになります。

 
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