专利名称：对操作程序的多变量监视的制作方法
技术领域：
实施例总体上涉及数据处理设备和技术。实施例还涉及用于监视和管理与特定过程(process)相关联的操作程序(operatingprocedure)的技术和系统。实施例另外涉及主成分分析(PrincipalComponent Analysis, PCA)和多路主成分分析(Multiway PrincipalComponent Analysis, MPCA)。
背景技术：
操作程序是制炼厂操作的组成部分。这样的程序可以采用编写、在线或自动化的形式存在。操作程序通常可以被定义为对过程有影响的活动或事件的规定序列。程序的例子是启动和关闭序列。执行操作条件中的变化影响多个过程变量，并且在金融或安全方面可能对关键过程指示器有影响。操作程序的执行对物理过程有所希望的影响。在整个程序期间能够通过监视关键过程指示器来分析所述程序的有效性。 一般按照单变量基础来进行此分析。然而，在化学过程中许多变量是相互关联的。因此应当认为，需要改进对操作程序的当前监视和管理，从而导致这样的程序的有效性得以增强。应当认为，使用多变量建模(multivariatemodeling)来比较、监视和诊断在程序执行中的变化的影响能够比目前的单变量方案带来更可观的增强。
发明内容
提供了以下概述以便于对所述实施例所独有的 一些创新特征的理解并且不意在是完整的描述。通过把全部说明书、权利要求、附图和摘要作为 一个整体能够获得对所公开的实施例的各方面的完整理解。因此本发明的一个方面在于提供改进的数据处理技术和设备。本发明的又一方面是提供一种用于监视和管理与特定过程相
4关联的操作程序的改进方法和系统。本发明的进一步方面是提供一种用于对程序执行中的变化的
影响进行建模、比较、监视和诊断的方法、系统和程序产品。如这里所描述的，现在能够达到本发明的上述方面及其它目的和优点。公开了 一种用于在生产环境中监视操作程序的计算机实现方法、系统和程序产品。依照一个实施例，作为方法来实现，能够编译表示操作程序的数据。然后能够分析所述操作程序的多个执行。多路主成分分析(MPCA) ^t型能够被用来响应于分析操作程序的多个执行而检测与所述操作程序相关联的一个或多个异常，以便比较、监视和诊断在所述操作程序的一个或多个执行中的变化的影响。MPCA (MPCA)把PCA的原理扩展成包括在有限时间序列上的观察之间的关系。因此，MPCA能够被用来理解在类似序列上的过程数据集之间的变化，并且定4立该变4t的源。总的来说，能够利用来自MPCA模型的一个或多个统计输出来统计地确定与操作程序相关联的非正常执行。操作程序通常包括对特定过程有影响的规定活动序列。这样的操作程序的例子例如能够是特定过程的启动或关闭序列。另外，能够提供图形用户接口，该图形用户接口允许用户比较、监视和诊断在操作程序的(一个或者多个)执行中的变化的影响。因此，所公开的实施例能够使用多路主成分分析通过用明确定义的统计参数来检测异常。对来自MPCA模型的统计输出进行监视于是能够是统计地确定非正常程序执行。
附图进一步图示了实施例并且连同具体实施方式
一起用来解释实施例所公开的实施例的原理，其中遍及各个附图同样的附图标记指代完全相同的或功能上类似的元素并且其^皮并入说明书中并形成说明书的一部分。图1图示了计算机系统的框图，所述计算机系统能够适于实现优选实施例中使用；图2依照优选实施例图示了用于实现对操作程序的多变量监视的系统的框图；图3依照优选实施例图示了用于操作程序分析的MPCA模型的开发方法的操作的高级别(high-level)流程图；和图4依照优选实施例图示了用于操作程序监视而执行MPCA模型的方法的操作的高级别流程图。
具体实施例方式在这些非限制性例子中所论述的特定值和配置能够被改变并仅被引用来图示至少一个实施例，并且并不意在限制本发明的范围。图1图示了数据处理设备100的框图，所述数据处理设备100能够被用来实现优选实施例。如这里更详细地描述的，数据处理设备100能够实现对操作程序的多变量监视。数据处理设备100能够被配置为包括通用计算设备，诸如计算机102。所述计算机102包括处理单元104、存储器106和系统总线108,所述系统总线108可操作地来把各系统组件耦合到所述处理单元104。 一个或多个处理单元104作为单个中央处理器(CPU)或并行处理环境来操作。
一个或多个数据存储设备。这样的数据存储设备的例子包括用于从硬盘(未示出)读取和写入硬盘(未示出)的硬盘驱动器110、用于从可拆卸磁盘(未示出)读取和写入其的磁盘驱动器112和用于从可拆卸光盘(未示出)读取和写入其的光盘驱动器114，所述光盘诸如CD-ROM或其它光媒介。监视器122通过适配器124或其它接口连接到系统总线108。另外，数据处理设备100能够包括其它外围输出设备(未示出)，诸如扬声器和打印机。硬盘驱动器110、磁盘驱动器112和光盘驱动器114分别借助硬盘驱动器接口 116、磁盘驱动器接口 118和光盘驱动器接口 120连接到系统总线108。这些驱动器及其相关联的计算机可读媒体提供了对计算机可读指令、数据结构、程序模块及供数据处理设备IOO使用的其它数据的非易失性存储。注意，这样的计算机可读指令、数据结构、程序模块以及其它数据能够被实现为模块107。注意，这里所公开的实施例能够在主机操作系统和一个或多个模块107的情况下得以实现。在计算机编程领域，典型地，软件模块能够被实现为执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程和/或数据结构的集合。
软件模块通常包括可存储在数据处理设备的存储单元内的指令媒体并且典型地由两个部分组成。首先，软件模块可以列出能够被其它^t块或例程访问的常量、数据类型、变量、例程等。第二，软件^t块能够^L配置为一种工具(implementation),其可以是私有的(即，可能只允许被该模块访问)，并且包含实际上用于实现该才莫块所基于的例程或子例程的源代码。因此，术语;溪块如这里所利用的能够指代软件^t块或其实现方式。这样的模块能够独立地或一起被用来形成一种程序产品，其能够通过信号承载媒体予以实现，所述信号承载媒体包括传输媒体和可记录媒体。重要的是应当注意，尽管在诸如数据处理设备IOO之类的全功能性数据处理设备的情况下描述实施例，但是本领域技术人员应当理解，本发明的机制能够作为采用各种形式的程序产品来加以分送，并且不管实际上被用来执行分送的信号承载媒体的特定类型，本发明同样适用。信号承载媒体的例子包括但不限于诸如软盘或CD ROM之类的可记录型媒体和诸如模拟或数字通信链路之类的传输型媒体。结合实施例能够使用可以存储计算机可访问的数据的任何类型的计算机可读媒体，诸如磁带盒、闪速存储卡、数字通用盘片(DVD)、伯努利盒(bernoulli cartridge )、随机访问存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。多个程序模块能够被存储或编码在机器可读媒介或电信号中，所述机器可读媒介诸如硬盘驱动器110、磁盘驱动器114、光盘驱动器114、 ROM、 RAM等，所述电信号诸如通过通信信道所接收的电子数据流。这些程序模块能够包括操作系统、 一个或多个应用程序、其它程序^t块和程序数据。数据处理设备100能够使用到一个或多个远程计算机(未示出)的逻辑连接来在网络环境中操作。这些逻辑连接使用通信设备来实现，所述通信设备被耦合到数据处理设备100或与数据处理设备100成一整体。要被分析的数据序列能够驻留在网络环境中的远程计算机上。远程计算机能够是另一计算机、服务器、路由器、网络PC、客户端或对等体设备或其它公用网络节点。图l把逻辑连接描绘为通过网络接口128与数据处理设备IOO相接口的网络连接126。这样的联网环境在办公室网络、企业域计算机网络、内部网和因特网中是常见的，上述网络是各种类型的网络。那些本领域技术人员应当理解，所示出的网络连接是借助示例来加以提供的，并且能够使用用于在计算机之间建立通信链路的其它装置和通信设备。图2依照优选实施例图示了用于实现对操作程序的多变量监视的系统200的框图。系统200例如利用MPCA才莫型244提供了用于获得或理解程序信息并且参考所期望的状态和事件解释这样的信息的能力。系统200反映例如作为到MPCA模型244的输入的程序内容、相关性、状态等的使用。系统200能够经由在图1中所图示的数据处理设备IOO予以实施和实现。系统200通常构成用于创建程序的环境。这样的环境取决于设计考虑，能够是图形或非图形的。系统200包括用于对操作程序进行多变量监视的才莫块202。模块202例如能够被实现为在图1中所描绘的模块107或者由其来代替。模块202能够由数据处理设备100例如经由处理器104来执行。模块202和数据处理设备100可相互结合来操作，以便编译表示操作程序的数据、分析操作程序的多个执行；并且响应于分析所述操作程序的执行，利用
多路主成分分析(MPCA)模型244 (或模块)来检测与所述操作程序相关联的一个或多个异常，以便比较、监视和诊断在操作程序的一个或多个执行中的变化的影响。模块202允许实现程序步骤、相关性、状态、到过程数据的链接、数据类型、资源分配、时间排定、到过程关键性能指示器的链接以及媒体捕获和输出。系统200另外包括提供程序数据历史化(histodzation)的能力。箭头240指明程序数据历史化能够被发起，然后被处理(如在框242所指明的)以便创建MPCA模型，如在框244所描绘的。当程序正执行时，能够收集新的数据并与模型进行比较。注意，这里相对于图3和4非常详细地描述了由箭头240和框242、 244所指明的程序。模块202能够被用来提供如在框206中所指明的任务列表和如在框208中所指明的时间线(timeline)。在框206所描绘的功能能够导致例如任务、角色和操作程序序列的生成。在框208所描绘的功能例如能够表示时间线连同显示手册、动画(auto)、角色、时间等。在框206和208所描绘的功能能够相互交互。箭头230指明在框206所指明的任务列表功能和在框210所图示的时间线功能之间的链接。模块202当被用户激活时能够向所述用户提供对细节、配置、相关性、资源要求等的访问。另外，模块202能够被对象214用来配置媒体偏好以及允许把媒体输出到其它形式或格式，诸如像移动、动画
(automation) 、 PDF等，如在框204所指明的。箭头224指明利用模块202如何能够生成这样的媒体偏好和输出的媒体格式。另一方面，箭头232指明模块202能够提供至资源加载映射(resource loading map )的链接，如在框210所指明的，资源加载映射能够向用户提供地理映射、资源需求和/或其它操作程序能力。图3依照优选实施例图示了图示用于操作程序分析的MPCA模型的开发方法300的逻辑操作步骤的高级别流程图。如在框302所指明的，操作程序步骤能够被实现。接下来，如在框304所描绘的，能够实现操作，在该操作中用户根据在框302所描绘的操作来输入和/或接收数据。此后如在框306所指明的，物理过程能够;f皮实现。来自框306所描述的物理过程的输出能够被提供给在其中处理数据历史的操作框，如在框308所指明的。接下来，可以根据历史程序、过程数据和关键结果来生成MPCA才莫型，如在框308所指明。还能够根据在框302所描述的操作程序步骤期间所处理的信息来处理程序序列历史，如在框312所描述。能够利用作为在框312所描述的操作的结果而被提供的信息来生成MPCA模型，如在框310所图示。在处理在框310所描述的操作之后，能够提供MPCA模型，如在框314所指明，MPCA^t型规定了加载向量和统计限制。因此，通过实现在图3中所描绘的步骤，能够为如这里所描述的操作程序分析开发MCPA模型。如框314所指明，所开发的结果MPCA模型能够被用来响应于对操作程序的多个执行进行分析而检测与所述操作程序相关联的一
个或多个异常，以便比较、监视和诊断在所述操作程序的一个或多个执行中的变化的影响。注意，如这里所使用的，术语MPCA通常指代数学程序，该数学程序能够被用来把多个(可能)相关变量的轨迹转换为被称作主成分(principal component)的(4交少数目的)多个不相关变量。第 一主成分尽可能多地说明了数据轨迹的可变性，并且每个随后的成分尽可能多地说明了其余的可变性。MPCA通常具有若干目的，包括需要发现或减少数据集的大小，需要标识新的有意义的基础变量，并且对在程序持续时间期间对变量之间的关键相关性关系进行建模。
这里所描述的PCA模型能够在具体类型的PCA技术、多路主成分分析(MPCA)的情况下被实现，所述多路主成分分析是能够处理三维阵列中的数据的PCA的扩展。较早所描述的^t块107和/或202允许用户编译表示操作程序的数据，分析所述操作程序的多个执行；并且响应于分析所述操作程序的多个执行而利用主成分分析(PCA) ^t型来检测与所述操作程序相关联的至少一个异常，以便比较、监视和诊断在所述操作程序的至少 一个执行中的变化的影响。图4依照优选实施例图示了用于为操作程序监视执行MPCA模型的方法的操作流程图。注意，在图3-4中，同样的或类似的部分或元素通常由同样的附图标记来指明。因此，在图3中所图示的MPCA才莫型314也在图4中予以指明。来自MPCA模型的数据能够被用于实现如在框408所指明的"分析程序执行"步骤框指明。另外，如在框402所指明的用于此程序执行的程序序列能够框指明在对在框408所描述的操作进行处理之前予以实现。还能够提供操作，在该操作中执行用于该程序执行的数据，如在框406所指明。在对在框406所指明的操作进行处理之后，处理在框406所图示的操作。此后，如在框410所指明的，能够执行测试以便确定作为如在框408所指明的对程序执行进行分析的结果所生成的数据是否在正常限制之内。注意，线409指明作为框408所图示的操作的结果所生成的数据能够包含用于此程序执行的剩余误差(residual error)、分数和作用(contribution)。此数据就是被分析以便确定程序执行是否在其正常限制之内(如在框410所指明的)的数据框。注意，在图4中所描绘的方法例如能够由一个或多个软件才莫块来实现，所述软件才莫块诸如软件才莫块107和/或202。应当理解，以上所公开的以及其它特征和功能的变化或其可替代体可以令人满意地被组合到许多其它不同的系统或应用中。那些本领域技术人员随后可以在其中做出各种目前未预见的或未预期的可替代体、修改、变化或改进，其也意在被以下权利要求包括在内。
权利要求
1. 一种用于在生产环境中监视操作程序的计算机实现方法，包括编译表示操作程序的数据；分析所述操作程序的多个执行；并且响应于分析所述操作程序的所述多个执行，利用多路主成分分析(MPCA)模型来检测与所述操作程序相关联的至少一个异常，以便比较、监视和诊断在所述操作程序的至少一个执行中的变化的影响。
2. 如权利要求1所述的方法，还包括监视来自所述MPCA模型的多 个统计输出以便统计地确定与所述操作程序相关联的非正常执行。
3. 如权利要求1所述的方法，其中所述操作程序包括对特定过程有 影响的规定活动序列。
4. 一种用于在生产环境中监视操作程序的计算机实现系统，包括 数据处理设备；由所述数据处理设备执行的模块，所述模块和所述数据处理设备可 相互组合操作来编译表示操作程序的数据； 分析所迷操作程序的多个执行；并且响应于分析所述操作程序的所述多个执行，利用多路主成分分析 (MPCA)模型来检测与所述操作程序相关联的至少一个异常，以便比 较、监视和诊断在所述操作程序的至少一个执行中的变化的影响。
5. 如权利要求4所述的系统，还包括监视模块，用于监视来自所述 MPCA ^t型的多个统计输出以便统计地确定与所述操作程序相关联的 非正常执行。
6. 如权利要求4所述的系统，其中所述操作程序包括对特定过程有 影响的规定活动序列。
7. —种用于在生产环境中监视操作程序的程序产品，包括 驻留在计算机中用于对表示操作程序的数据进行编译的指令媒体； 驻留在计算机中用于对所述操作程序的多个执行进行分析的指令J 某体；和驻留在计算机中用于实现多路主成分分析(MPCA)模型的指令媒 体，所述多路主成分分析^t型用来响应于分析所述操作程序的所述多个 执行而检测与所述操作程序相关联的至少一个异常，以便比较、监视和诊断在所述操作程序的至少 一个执行中的变化的影响。
8. 如权利要求7所述的程序产品，还包括驻留在计算机中用于监视 来自所述MPCA ^t型的多个统计输出以便统计地确定与所述操作程序 相关联的非正常执行的指令媒体。
9. 如权利要求7所述的程序产品，其中所述操作程序包括对特定过 程有影响的规定活动序列。
10. 如权利要求7所述的程序产品，其中每个所述指令媒体包括信号 承载媒体。
全文摘要
一种用于在生产环境中监视操作程序的计算机实现方法、系统和程序产品。能够编译表示操作程序的数据。然后能够分析操作程序的多个执行。多路主成分分析(MPCA)模型能够被用来响应于分析操作程序的多个执行而检测与所述操作程序相关联的一个或多个异常，以便比较、监视和诊断在所述操作程序的一个或多个执行中的变化的影响。
文档编号G05B23/02GK101473283SQ200780023358
公开日2009年7月1日 申请日期2007年5月3日 优先权日2006年5月5日
发明者J·R·哈杜基维奇, W·K·富斯利恩 申请人:霍尼韦尔国际公司