JP2008014679A - Facility diagnostic method, facility diagnostic system, and computer program - Google Patents

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JP2008014679A JP2006183887A JP2006183887A JP2008014679A JP 2008014679 A JP2008014679 A JP 2008014679A JP 2006183887 A JP2006183887 A JP 2006183887A JP 2006183887 A JP2006183887 A JP 2006183887A JP 2008014679 A JP2008014679 A JP 2008014679A
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尚哉 宮野
Toshiyuki Matsumoto
松本  俊行
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly accurate facility diagnostic method and a facility diagnostic system without requiring to provide a number of sensors for every facility. <P>SOLUTION: The facility diagnostic system includes a data acquisition part 21 which acquires time-series data which is a variable showing a condition of a facility of a diagnostic target and fluctuates with time; a translational deviation operation part 24 which calculates a value showing determinism to be an index of whether the time-series data in the facility is deterministic or stochastic; and a failure determining part 26 which determines that the facility is in a condition to be warned when the value showing determinism calculated in the translational deviation operation part 24 changes exceeding a prescribed threshold. The value showing determinism is either a translational deviation or a permutation entropy, and a permutation entropy operation part is equipped when the permutation entropy is used as a value to show determinism. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、設備の状態を診断する設備診断方法、設備診断システム及びコンピュータプログラムに関する。   The present invention relates to a facility diagnosis method, a facility diagnosis system, and a computer program for diagnosing the state of a facility.

大規模工場などでは、製造設備や空調設備などの多くの機械設備が設置されている。それらの異常を見つけるために熟練した保守員が巡回して耳で音を聞いたり、振動具合等を視認又は触診して設備の状態を診断していた。   In large-scale factories and the like, many mechanical facilities such as manufacturing facilities and air conditioning facilities are installed. In order to find these abnormalities, skilled maintenance personnel patrol and listen to the sound with their ears, or visually or palpate the state of vibration to diagnose the state of the equipment.

そこで、例えば、空調用のファンやポンプの多様な異常を的確に検知し故障による停止を未然に防止するために音響法による非接触式の設備診断方法が提案されている(特許文献1)。特許文献1の技術は、あらかじめ測定しておいた正常時の音圧信号と測定時の音圧信号とを比較して異常信号を検出するにあたり、信号を回転周波数に対応した低周波数域と部材の固有振動数に対応した高周波数域とに分離した後、線形予測法を適用したARモデル(Auto-Regressive(自己回帰)モデル)によるフィルタを用い、測定時の音圧信号から正常時の音圧信号の特性を除去した値によってファン及びポンプの異常を検出する。   Therefore, for example, in order to accurately detect various abnormalities of an air conditioning fan or pump and prevent a stop due to a failure, a non-contact type equipment diagnosis method using an acoustic method has been proposed (Patent Document 1). In the technique of Patent Document 1, when detecting an abnormal signal by comparing a normal sound pressure signal measured in advance with a sound pressure signal at the time of measurement, the signal is converted into a low frequency region and a member corresponding to the rotation frequency. After separating into a high frequency range corresponding to the natural frequency of the sound, using a filter based on the AR model (Auto-Regressive (auto-regressive) model) to which the linear prediction method is applied, the sound pressure signal at the time of measurement is normal Abnormalities of the fan and the pump are detected based on the value obtained by removing the characteristic of the pressure signal.

一方、近年のカオス時系列解析を用いて、非線形力学的理論に立脚した時系列データの解析方法がある。例えば、特許文献2は、電力消費量、ガス消費量、物流量などの各種の時系列データの多面的かつ総合的な解析、例えば短期予測などに適したシステムを提供することを目的としている。特許文献2の技術は、時系列データの埋め込み処理により再構成された状態空間内の軌道データを基にして、軌道表示解析、次元解析、リアプノフスペクトラム解析、エントロピー解析および決定論的非線形予測解析などの多面的解析を行ない、さらに各解析結果を相互に利用しつつ総合的に処理する時系列データ非線形解析システムに関するものである。   On the other hand, there is a method for analyzing time series data based on nonlinear dynamic theory using recent chaotic time series analysis. For example, Patent Document 2 aims to provide a system suitable for multifaceted and comprehensive analysis of various types of time series data such as power consumption, gas consumption, and physical flow, such as short-term prediction. The technology of Patent Document 2 is based on orbit data in the state space reconstructed by time series data embedding processing, orbit display analysis, dimension analysis, Lyapunov spectrum analysis, entropy analysis, deterministic nonlinear prediction analysis, etc. The present invention relates to a time-series data non-linear analysis system that performs multi-faceted analysis and comprehensively processes each result using each other.

また、生体などの複雑で微妙な組織の状態を的確に反映した診断情報を出力する超音波診断装置の技術が提案されている(特許文献3)。特許文献3の技術は、アトラクタ上でランダムに選んだ基準点の位置ベクトルを対象ベクトルとして設定し、対象ベクトルのK個の近傍点を検索してそれらの位置ベクトルを設定する。基準点およびK個の近傍点の各々について、Tステップ後(T時間経過後)の位置ベクトルを検出する。そして、基準点およびK個の近傍点の各々について、Tステップ後にどれだけ移動したかを示す並進ベクトルを計算し、基準点の並進ベクトルおよびK個の近傍点の並進ベクトルから、並進誤差(ベクトル分散)を算出する。
特開平10−133740号公報 特開平6−96055号公報 特開2005−95327号公報
In addition, a technique of an ultrasonic diagnostic apparatus that outputs diagnostic information that accurately reflects the state of a complex and delicate tissue such as a living body has been proposed (Patent Document 3). In the technique of Patent Literature 3, a position vector of a reference point randomly selected on an attractor is set as a target vector, and K neighboring points of the target vector are searched to set those position vectors. For each of the reference point and the K neighboring points, a position vector after T steps (after the elapse of T time) is detected. Then, for each of the reference point and the K neighboring points, a translation vector indicating how much it has moved after T steps is calculated, and a translation error (vector) is calculated from the translation vector of the reference point and the translation vectors of the K neighboring points. Variance).
JP-A-10-133740 JP-A-6-96055 JP 2005-95327 A

従来の設備診断方法は、保守員の巡回によって診断を行っているため、保守の自動化、省力化が難しい。また、振動検知のために設備毎に多くのセンサを備える必要がある。そして、設備の状態によってメンテナンスの時期を事前に予測、又は異常を検知するのでなく、設備メーカの推奨する周期でメンテナンスの時期を判断する定期保守が行われている場合が多い。   In the conventional equipment diagnosis method, since diagnosis is performed by a maintenance staff patrol, it is difficult to automate maintenance and save labor. Moreover, it is necessary to provide many sensors for every installation for vibration detection. In many cases, regular maintenance is performed in which the maintenance time is not predicted in advance or detected in accordance with the state of the equipment, but is determined at a period recommended by the equipment manufacturer.

特許文献1の技術では、設備ごとの特性の違いに応じて、異常音の周波数と検出レベルを調整する必要がある。また、正常時の音と異常時の音のスペクトル分布に特徴的な違いが見られない場合には、異常を検出することが困難である。   In the technique of Patent Document 1, it is necessary to adjust the frequency and detection level of abnormal sound according to the difference in characteristics for each facility. In addition, when there is no characteristic difference between the spectral distributions of the normal sound and the abnormal sound, it is difficult to detect the abnormality.

特許文献2の技術は、時系列データ非線形解析システムに関するものであるが、時系列データからどのように短期予測を行うかについて明らかではない。また、設備の診断を行う方法については記載されていない。特許文献3は、生体などの超音波診断装置の技術であるが、設備の時系列データと設備の状態との関係については記載されていない。   The technique of Patent Document 2 relates to a time-series data nonlinear analysis system, but it is not clear how to perform short-term prediction from time-series data. Moreover, it does not describe how to diagnose the equipment. Patent Document 3 is a technique of an ultrasonic diagnostic apparatus such as a living body, but does not describe the relationship between time-series data of equipment and the state of equipment.

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、設備ごとに多くのセンサを備える必要がなく、精度の高い設備診断方法及び設備診断システムを提供することである。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a highly accurate equipment diagnosis method and equipment diagnosis system that do not require many sensors for each equipment.

本発明の第1の観点に係る設備診断方法は、
診断の対象となる設備の状態を示す変数であって、時間と共に変動する時系列データを取得するデータ取得ステップと、
前記データ取得ステップで取得した時系列データから、前記設備における前記時系列データが決定論的であるか確率論的であるかの指標となる決定論性を表す値を算出する決定論性算出ステップと、
前記決定論性算出ステップで算出された決定論性を表す値が、所定のしきい値を超えて変化した場合に、前記設備が警告すべき状態であると判定する警告判定ステップと、
を備えることを特徴とする。
The facility diagnosis method according to the first aspect of the present invention includes:
A data acquisition step for acquiring time-series data that is a variable indicating the state of equipment to be diagnosed and fluctuates with time;
A deterministic calculation step for calculating a value representing determinism that serves as an indicator of whether the time series data in the facility is deterministic or probabilistic from the time series data acquired in the data acquisition step. When,
A warning determination step for determining that the equipment should be in a warning state when a value representing the determinism calculated in the deterministic calculation step changes beyond a predetermined threshold;
It is characterized by providing.

特に、前記決定論性を表す値が、前記時系列データから算出される並進誤差であって、
前記決定論性算出ステップは、
前記時系列データからある次元の埋め込みベクトルを算出する埋め込みステップと、
前記埋め込みステップで算出された埋め込みベクトルのうち、ある埋め込みベクトルについて所定の数の最も近接するベクトルを抽出する最近接ベクトル抽出ステップと、
前記最近接ベクトル抽出ステップで抽出した所定の数の最も近接するベクトルの分散である並進誤差を算出する並進誤差算出ステップと、
を含み、
前記警告判定ステップは、
前記設備の正常状態における前記並進誤差が前記所定のしきい値より大きい場合に、前記並進誤差算出ステップで算出された並進誤差が前記所定のしきい値より小さくなったときに、前記設備が警告すべき状態であると判定し、又は
前記設備の正常状態における前記並進誤差が前記所定のしきい値より小さい場合に、前記並進誤差算出ステップで算出された並進誤差が前記所定のしきい値より大きくなったときに、前記設備が警告すべき状態であると判定する、
ことを特徴とする。
In particular, the value representing the determinism is a translation error calculated from the time series data,
The deterministic calculation step includes
An embedding step for calculating an embedding vector of a certain dimension from the time series data;
A nearest neighbor vector extracting step of extracting a predetermined number of closest vectors for a certain embedded vector among the embedded vectors calculated in the embedding step;
A translation error calculating step for calculating a translation error that is a variance of a predetermined number of the closest vectors extracted in the nearest vector extraction step;
Including
The warning determination step includes:
When the translation error in the normal state of the equipment is larger than the predetermined threshold, the equipment warns when the translation error calculated in the translation error calculation step becomes smaller than the predetermined threshold. When the translation error in the normal state of the equipment is smaller than the predetermined threshold value, the translation error calculated in the translation error calculation step is greater than the predetermined threshold value. When it becomes larger, it is determined that the equipment should be warned.
It is characterized by that.

又は、前記決定論性を表す値が、前記時系列データから算出される順列エントロピーであって、
前記決定論性算出ステップは、
前記時系列データからある次元の埋め込みベクトルを算出する埋め込みステップと、
前記埋め込みステップで算出された所定の時間における前記時系列データから算出されるすべての前記埋め込みベクトルについて、前記埋め込みベクトルの要素の大小関係が有する順序と同じ順序の度数を累計し、前記所定の時間における前記時系列データから算出されるすべての前記埋め込みベクトルの数に対する相対実現度数として算出する実現度数算出ステップと、
前記埋め込みベクトルの次元の数の順序からなる全ての順列を確率変数とし、前記実現度数算出ステップで算出された前記相対実現度数を確率分布とするエントロピーである順列エントロピーを算出する順列エントロピー算出ステップと、
を含み、
前記警告判定ステップは、
前記設備の正常状態における前記順列エントロピーが前記所定のしきい値より大きい場合に、前記順列エントロピー算出ステップで算出された順列エントロピーが前記所定のしきい値より小さくなったときに、前記設備が警告すべき状態であると判定し、又は
前記設備の正常状態における前記順列エントロピーが前記所定のしきい値より小さい場合に、前記順列エントロピー算出ステップで算出された順列エントロピーが前記所定のしきい値より大きくなったときに、前記設備が警告すべき状態であると判定する、
ことを特徴とする。
Or, the value representing the determinism is permutation entropy calculated from the time series data,
The deterministic calculation step includes
An embedding step for calculating an embedding vector of a certain dimension from the time series data;
For all the embedding vectors calculated from the time-series data at the predetermined time calculated in the embedding step, the frequencies in the same order as the order of the magnitude relationship of the elements of the embedding vector are accumulated, and the predetermined time A realization frequency calculating step for calculating as a relative realization frequency with respect to the number of all the embedded vectors calculated from the time series data in
A permutation entropy calculating step for calculating permutation entropy, which is an entropy having a probability distribution of the relative realization frequencies calculated in the realization frequency calculation step, with all permutations consisting of the order of the number of dimensions of the embedded vector as random variables; ,
Including
The warning determination step includes:
When the permutation entropy calculated in the permutation entropy calculating step is smaller than the predetermined threshold when the permutation entropy in the normal state of the equipment is larger than the predetermined threshold, the equipment warns When the permutation entropy in the normal state of the equipment is smaller than the predetermined threshold value, the permutation entropy calculated in the permutation entropy calculation step is greater than the predetermined threshold value. When it becomes larger, it is determined that the equipment should be warned.
It is characterized by that.

好ましくは、前記診断の対象となる設備の状態を示す変数が、温度センサ、温湿度センサ、風速センサ、液体流量センサ、光ファイバセンサ、圧力センサ、回転センサ、加速度センサ、音響センサ又は振動センサの時系列データのうち少なくとも1つを含むことを特徴とする。   Preferably, the variable indicating the state of the equipment to be diagnosed is a temperature sensor, a temperature / humidity sensor, a wind speed sensor, a liquid flow sensor, an optical fiber sensor, a pressure sensor, a rotation sensor, an acceleration sensor, an acoustic sensor, or a vibration sensor. It includes at least one of time-series data.

なお、前記診断の対象となる設備が回転機を備え、
前記データ取得ステップは、前記設備から音響センサで音響信号を時系列データとして取得し、
前記故障判定ステップは、前記回転機の警告すべき状態を判定する、
ことを特徴としてもよい。
The equipment to be diagnosed includes a rotating machine,
The data acquisition step acquires an acoustic signal as time-series data from the equipment with an acoustic sensor,
The failure determination step determines a state of the rotating machine that should be warned.
This may be a feature.

本発明の第2の観点に係る設備診断システムは、
診断の対象となる設備の状態を示す変数であって、時間と共に変動する時系列データを取得するデータ取得手段と、
前記データ取得手段で取得した時系列データから、前記設備における前記時系列データが決定論的であるか確率論的であるかの指標となる決定論性を表す値を算出する決定論性算出手段と、
前記決定論性算出手段で算出された決定論性を表す値が、所定のしきい値を超えて変化した場合に、前記設備が警告すべき状態であると判定する警告判定手段と、
を備えることを特徴とする。
The facility diagnosis system according to the second aspect of the present invention is:
A data acquisition means for acquiring time-series data that is a variable indicating a state of equipment to be diagnosed and fluctuates with time;
Deterministicity calculating means for calculating a value representing determinism as an index of whether the time series data in the facility is deterministic or probabilistic from the time series data acquired by the data acquisition means When,
Warning determination means for determining that the equipment should be warned when a value representing determinism calculated by the deterministic calculation means changes beyond a predetermined threshold;
It is characterized by providing.

特に、前記決定論性を表す値が、前記時系列データから算出される並進誤差であって、
前記決定論性算出手段は、
前記時系列データからある次元の埋め込みベクトルを算出する埋め込み手段と、
前記埋め込み手段で算出された埋め込みベクトルのうち、ある埋め込みベクトルについて所定の数の最も近接するベクトルを抽出する最近接ベクトル抽出手段と、
前記最近接ベクトル抽出手段で抽出した所定の数の最も近接するベクトルの分散である並進誤差を算出する並進誤差算出手段と、
を含み、
前記警告判定手段は、
前記設備の正常状態における前記並進誤差が前記所定のしきい値より大きい場合に、前記並進誤差算出手段で算出された並進誤差が前記所定のしきい値より小さくなったときに、前記設備が警告すべき状態であると判定し、又は
前記設備の正常状態における前記並進誤差が前記所定のしきい値より小さい場合に、前記並進誤差算出手段で算出された並進誤差が前記所定のしきい値より大きくなったときに、前記設備が警告すべき状態であると判定する、
ことを特徴とする。
In particular, the value representing the determinism is a translation error calculated from the time series data,
The deterministic calculation means is
Embedding means for calculating an embedding vector of a certain dimension from the time series data;
Of the embedded vectors calculated by the embedding means, a nearest neighbor vector extracting means for extracting a predetermined number of closest vectors for a certain embedded vector;
A translation error calculating means for calculating a translation error which is a variance of a predetermined number of closest vectors extracted by the nearest neighbor vector extracting means;
Including
The warning determination means includes
When the translation error in the normal state of the equipment is larger than the predetermined threshold, the equipment warns when the translation error calculated by the translation error calculation means becomes smaller than the predetermined threshold. When the translation error in the normal state of the equipment is smaller than the predetermined threshold value, the translation error calculated by the translation error calculation means is greater than the predetermined threshold value. When it becomes larger, it is determined that the equipment should be warned.
It is characterized by that.

又は、前記決定論性を表す値が、前記時系列データから算出される順列エントロピーであって、
前記決定論性算出手段は、
前記時系列データからある次元の埋め込みベクトルを算出する埋め込み手段と、
前記埋め込み手段で算出された所定の時間における前記時系列データから算出されるすべての前記埋め込みベクトルについて、前記埋め込みベクトルの要素の大小関係が有する順序と同じ順序の度数を累計し、前記所定の時間における前記時系列データから算出されるすべての前記埋め込みベクトルの数に対する相対実現度数として算出する実現度数算出手段と、
前記埋め込みベクトルの次元の数の順序からなる全ての順列を確率変数とし、前記実現度数算出手段で算出された前記相対実現度数を確率分布とするエントロピーである順列エントロピーを算出する順列エントロピー算出手段と、
を含み、
前記警告判定手段は、
前記設備の正常状態における前記順列エントロピーが前記所定のしきい値より大きい場合に、前記順列エントロピー算出手段で算出された順列エントロピーが前記所定のしきい値より小さくなったときに、前記設備が警告すべき状態であると判定し、又は
前記設備の正常状態における前記順列エントロピーが前記所定のしきい値より小さい場合に、前記順列エントロピー算出手段で算出された順列エントロピーが前記所定のしきい値より大きくなったときに、前記設備が警告すべき状態であると判定する、
ことを特徴とする。
Or, the value representing the determinism is permutation entropy calculated from the time series data,
The deterministic calculation means is
Embedding means for calculating an embedding vector of a certain dimension from the time series data;
For all the embedding vectors calculated from the time-series data at the predetermined time calculated by the embedding means, the frequencies in the same order as the order of the magnitude relation of the elements of the embedding vector are accumulated, and the predetermined time Realization frequency calculation means for calculating as relative realization frequency for the number of all the embedded vectors calculated from the time series data in
Permutation entropy calculating means for calculating permutation entropy, which is entropy with all the permutations consisting of the order of the number of dimensions of the embedded vector as random variables and the relative realization frequency calculated by the realization frequency calculating means as a probability distribution; ,
Including
The warning determination means includes
When the permutation entropy calculated by the permutation entropy calculating means is smaller than the predetermined threshold when the permutation entropy in the normal state of the equipment is larger than the predetermined threshold, the equipment warns Or when the permutation entropy in the normal state of the equipment is smaller than the predetermined threshold, the permutation entropy calculated by the permutation entropy calculating means is greater than the predetermined threshold. When it becomes larger, it is determined that the equipment should be warned.
It is characterized by that.

好ましくは、前記診断の対象となる設備の状態を示す変数が、温度センサ、温湿度センサ、風速センサ、液体流量センサ、光ファイバセンサ、圧力センサ、回転センサ、加速度センサ、音響センサ又は振動センサの時系列データのうち少なくとも1つを含むことを特徴とする。   Preferably, the variable indicating the state of the equipment to be diagnosed is a temperature sensor, a temperature / humidity sensor, a wind speed sensor, a liquid flow sensor, an optical fiber sensor, a pressure sensor, a rotation sensor, an acceleration sensor, an acoustic sensor, or a vibration sensor. It includes at least one of time-series data.

なお、前記診断の対象となる設備が回転機を備え、
前記データ取得手段は、前記設備から音響センサで音響信号を時系列データとして取得し、
前記故障判定手段は、前記回転機の警告すべき状態を判定する、
ことを特徴としてもよい。
The equipment to be diagnosed includes a rotating machine,
The data acquisition means acquires an acoustic signal as time series data from the equipment with an acoustic sensor,
The failure determination means determines a state of the rotating machine to be warned;
This may be a feature.

本発明の第3の観点に係るコンピュータプログラムは、
診断の対象となる設備の状態を示す変数であって、時間と共に変動する時系列データを取得するデータ取得手段と、
前記データ取得手段で取得した時系列データから、前記設備における前記時系列データの決定論性を表す値を算出する決定論性算出手段と、
前記決定論性算出手段で算出された決定論性を表す値が、所定のしきい値を超えて変化した場合に、前記設備が警告すべき状態であると判定する警告判定手段、
として機能させることを特徴とする。
A computer program according to the third aspect of the present invention provides:
A data acquisition means for acquiring time-series data that is a variable indicating a state of equipment to be diagnosed and fluctuates with time;
Deterministicity calculating means for calculating a value representing determinism of the time series data in the equipment from the time series data acquired by the data acquisition means,
Warning determination means for determining that the equipment should be in a warning state when a value representing determinism calculated by the deterministic calculation means has changed beyond a predetermined threshold;
It is made to function as.

本発明において設備が警告すべき状態であるとは、その設備が点検・整備を必要としている状態、予防保全的に部品又もしくはユニットを交換する時期である状態、又は何らかの障害が発生しているもしくは故障している状態などをいう。   In the present invention, the equipment should be warned is in a state where the equipment needs inspection / maintenance, a state where it is time to replace parts or units for preventive maintenance, or some trouble has occurred. Or the state that is out of order.

本発明の設備診断方法及び設備診断システムによれば、一見して異なる時系列データでパワースペクトルが同じになるようなデータでも、時系列データの背後にある決定論的構造を定量化し、時間遅れ座標変換により時系列データから位相空間における軌道を再構成することによって、正常時と故障時の時系列データの違いを定量的に表現できる。そして、比較的少ないデータ数でも精度の高い故障診断ができる。また、設備毎に多くのセンサを設置する必要がない。   According to the equipment diagnosis method and the equipment diagnosis system of the present invention, even if the power spectrum is the same for different time series data at first glance, the deterministic structure behind the time series data is quantified, and the time delay By reconstructing the trajectory in the phase space from the time series data by coordinate transformation, the difference between the time series data at the normal time and the time of the failure can be quantitatively expressed. Further, it is possible to perform fault diagnosis with high accuracy even with a relatively small number of data. Moreover, it is not necessary to install many sensors for every installation.

(実施の形態1)
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は繰り返さない。半導体製造装置などのコンプレッサーを診断の対象とした設備診断システムを例にして以下に説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated. An explanation will be given below by taking as an example a facility diagnosis system that targets a compressor such as a semiconductor manufacturing apparatus.

図1は、本発明の実施の形態1に係る設備診断システム1の論理的な構成を示すブロック図である。設備診断システム1は、データ取得部21、埋込ベクトル生成部22、近接ベクトル抽出部23、並進誤差演算部24、中央値演算・平均処理部25、データ保持部5、故障判定部26、表示処理部27、表示装置7、プリンタ装置8などから構成される。データ保持部5には、故障診断の対象となる設備の状態を表す時系列データ、埋め込みベクトル、最近接ベクトル及び並進誤差が記憶保持される。   FIG. 1 is a block diagram showing a logical configuration of equipment diagnosis system 1 according to Embodiment 1 of the present invention. The equipment diagnosis system 1 includes a data acquisition unit 21, an embedded vector generation unit 22, a proximity vector extraction unit 23, a translation error calculation unit 24, a median value calculation / average processing unit 25, a data holding unit 5, a failure determination unit 26, a display The processing unit 27, the display device 7, the printer device 8, and the like are included. The data holding unit 5 stores and holds time-series data representing the state of the equipment that is the target of failure diagnosis, embedded vectors, nearest neighbor vectors, and translation errors.

ここで、並進誤差とそれが決定論性を表す指標となることを説明する。Waylandらの時系列解析アルゴリズム(R. Wayland, D. Bromley, D. Pickett, and A. Passamante, Physical Review Letters, Vol. 70, pp. 580-582, 1993.)を用いると、複雑な変動においてどの程度決定論的側面が認められるか定量的に評価できる。   Here, the translation error and the fact that it becomes an index representing determinism will be described. Using the time series analysis algorithm of Wayland et al. (R. Wayland, D. Bromley, D. Pickett, and A. Passamante, Physical Review Letters, Vol. 70, pp. 580-582, 1993.) The degree of deterministic aspect can be quantitatively evaluated.

時系列データ{r(ti)}(i=0,...,N−1)から、ある時刻tiにおける埋め込みベクトル
r(ti)={r(ti),r(ti−Δt),...,r(ti−(n−1)Δt)}
を生成する。右肩の添え字は転置行列を表す。nは適当な埋め込み次元である。Δtは、例えば、相互情報量から選択された適当な時差である。
From the time series data {r (ti)} (i = 0,..., N−1), the embedded vector r (ti) = {r (ti), r (ti−Δt),. . . , R (ti- (n-1) [Delta] t)} T
Is generated. The superscript T on the right shoulder represents a transposed matrix. n is an appropriate embedding dimension. Δt is, for example, an appropriate time difference selected from the mutual information amount.

埋め込みベクトルの集合から、ある埋込ベクトルr(t0)のK個の最近接ベクトルを抽出する。ベクトル間距離はユークリッド距離で測る。K個の最近接ベクトルをr(tj) (j =0,...,K)と書く。r(tj)の各々について、TΔtだけ時間が経過した後のベクトルはr(tj+TΔt)である。このとき、時間の経過に伴う埋め込みベクトルの軌道の変化は、
v(tj)=r(tj+TΔt)− r(tj) (1)
によって近似的に与えられる。時間発展の様子が決定論的に見えるならば、近接ベクトルの各軌道群の近接した部分は、TΔt後に近接した部分に移されるであろう。したがって、v(tj)の方向の分散は、観測された時間発展がどの程度決定論的に見えるかを定量的に評価する指標となる。v(tj)の方向の分散は次式で与えられる。




From the set of embedding vectors, K nearest vectors of a certain embedding vector r (t 0 ) are extracted. The distance between vectors is measured by the Euclidean distance. Write the K nearest neighbor vectors as r (tj) (j = 0, ..., K). For each r (tj), the vector after elapse of time TΔt is r (tj + TΔt). At this time, the change in the trajectory of the embedded vector over time is
v (tj) = r (tj + T.DELTA.t) -r (tj) (1)
Is approximately given by If the time evolution looks deterministic, the close part of each trajectory group of the proximity vector will be moved to the close part after TΔt. Therefore, the variance in the direction of v (tj) is an index for quantitatively evaluating how deterministic the observed time evolution looks. The variance in the direction of v (tj) is given by




Etransは並進誤差(translation error)と呼ばれる。r(t0)の選択から生じるEtransの誤差を抑えるために、無作為に選択したM 個のr(t0)に関するEtransの中央値を求める操作をQ 回繰り返し、Q 個の中央値の平均値でEtransを評価する。時系列データの決定論的側面が増加するにつれてEtrans→0となる。時系列データが白色ノイズならば、差分ベクトルv(tj)は一様等方に分布するから、中央値としてのEtransは1に近い値となる。時系列データが強い線形相関をもつ確率過程ならば、自己相関のために近接軌道群の方向がある程度揃うので、Etransは1よりも小さい値をとる。 Etrans is called a translation error. In order to suppress the error of Etrans arising from the selection of r (t 0), the operation of finding the median of Etrans relates randomly selected the M r (t 0) repeated Q times, and the average of Q median Etrans is evaluated by value. Etrans → 0 as the deterministic aspect of time series data increases. If the time-series data is white noise, the difference vector v (tj) is uniformly distributed, so Etrans as the median value is close to 1. If the time-series data is a stochastic process having a strong linear correlation, the direction of the adjacent trajectory groups is aligned to some extent due to autocorrelation, so Etrans takes a value smaller than 1.

数値実験によると、Etrans >0.5である。0.1<Etrans<0.5の範囲では、確率過程である場合もあるし、また、観測ノイズに汚染された決定論的時系列であることもあり得る。Etrans <0.1ならば、確率過程では説明できず、決定論的側面は十分に認められる。   According to numerical experiments, Etrans> 0.5. In the range of 0.1 <Etrans <0.5, the process may be a stochastic process or may be a deterministic time series contaminated with observation noise. If Etrans <0.1, the stochastic process cannot be explained, and the deterministic aspect is fully recognized.

本実施の形態では、並進誤差Etransが診断対象の設備の状態を示す時系列データの決定論性を表す指標となることを利用して、設備の故障を診断する。設備が正常な状態における時系列データが確率論的である、すなわち並進誤差が大きい値である場合には、並進誤差が所定のしきい値を超えて小さい値になったときに、設備が故障したと判断する。例えば、温度や回転速度などを一定に保持するよう制御している設備では、時系列データである温度や回転速度は様々な外乱によって不規則に変動し、確率論的であると考えられる。温度や回転速度の変動が決定論的側面が増加したときは、何らかの固定的要因(故障)が発生したと判断できる。   In the present embodiment, the failure of the facility is diagnosed by utilizing the fact that the translation error Etrans becomes an index representing the determinism of the time-series data indicating the state of the facility to be diagnosed. If the time series data in the normal state of the equipment is stochastic, that is, the translation error is a large value, the equipment will fail when the translation error becomes a small value exceeding a predetermined threshold. Judge that For example, in a facility that controls to keep temperature and rotation speed constant, the temperature and rotation speed, which are time series data, vary irregularly due to various disturbances and are considered probabilistic. When the deterministic aspect of temperature and rotational speed fluctuations increases, it can be determined that some fixed factor (failure) has occurred.

逆に、設備が正常な状態における時系列データが決定論的である、すなわち並進誤差が小さい値である場合には、並進誤差が所定のしきい値を超えて大きい値(1に近づく)になったときに、設備が故障したと判断する。例えば、加工用ステージを昇降しているときには、音響、振動、変位などの時系列データは昇降制御動作によって支配されているので、決定論的であると考えられる。そこで、音響、振動、変位などの時系列データに確率論的側面が増加したときは、制御以外の外因(障害)が発生したと判断できる。   On the contrary, when the time series data in the normal state of the equipment is deterministic, that is, when the translation error is a small value, the translation error exceeds a predetermined threshold value and becomes a large value (approaching 1). It is determined that the equipment has failed. For example, when the processing stage is moved up and down, time series data such as sound, vibration, and displacement are governed by the lift control operation, and thus are considered deterministic. Therefore, when the stochastic aspect increases in time series data such as sound, vibration, and displacement, it can be determined that an external factor (failure) other than control has occurred.

並進誤差は連続的に変化する値であるから、しきい値を適当に設定して、診断の対象となる設備が、例えば、清掃や潤滑油の注油などの点検・整備を必要としている状態、障害には到っていないが摩耗などが進展し予防保全的に部品等を交換したほうがよい状態、又は障害が発生している状態等を区別することも可能である。本発明では、これらの状態を総称して警告すべき状態という。実際にどのような状態で警告するか(しきい値をどのように設定するか)は、診断の対象となる設備の用途、障害の影響、又は経済的な特性などを考慮して選択する。   Since the translation error is a continuously changing value, set the threshold appropriately and the equipment to be diagnosed needs to be inspected / maintained, for example, cleaning or lubrication. It is also possible to distinguish a state in which wear or the like has progressed and it is better to replace parts or the like in a preventive maintenance manner or a state in which a failure has occurred, although the failure has not been reached. In the present invention, these states are collectively referred to as a state to be warned. The actual warning condition (how to set the threshold value) is selected in consideration of the use of the equipment to be diagnosed, the influence of the failure, or economic characteristics.

図1に戻って、設備診断システム1の各部の作用を説明する。データ取得部21は、診断対象の設備の状態を示す時系列データを収集し、データ保持部5に収集時系列データ51として記憶する。時系列データとしては、例えば、温度、流量、液面レベル、圧力、回転速度、変位、音響、振動などである。時系列データは各種のセンサ(図示せず)から、適当な周期でサンプリングして入力される。   Returning to FIG. 1, the operation of each part of the equipment diagnosis system 1 will be described. The data acquisition unit 21 collects time-series data indicating the state of the equipment to be diagnosed and stores the collected time-series data 51 in the data holding unit 5. Examples of the time series data include temperature, flow rate, liquid level, pressure, rotational speed, displacement, sound, and vibration. Time-series data is sampled and input from various sensors (not shown) at an appropriate period.

埋込ベクトル生成部22は、収集時系列データ51から前述の埋め込みベクトルr(ti)を生成する。埋め込みベクトルの次元nと時差Δtは、時系列データの特性に合わせて予め設定しておく。埋込ベクトル生成部22は、生成した埋め込みベクトルの集合をデータ保持部5に記憶する(埋め込みベクトルデータ52)。   The embedded vector generation unit 22 generates the aforementioned embedded vector r (ti) from the collected time series data 51. The dimension n and the time difference Δt of the embedded vector are set in advance according to the characteristics of the time series data. The embedded vector generating unit 22 stores the generated set of embedded vectors in the data holding unit 5 (embedded vector data 52).

近接ベクトル抽出部23は、埋め込みベクトルの集合から任意の埋め込みベクトルr(t0)を選択し、埋め込みベクトルの集合から選択された埋め込みベクトルr(t0)に最も近接するK個の埋め込みベクトル(最近接ベクトル)r(tj)(j=0,1,...,K)を抽出する。無作為に選択したM個の埋め込みベクトルについて、最近接ベクトルを抽出し、データ保持部5に記憶する(最近接ベクトルデータ53)。近接ベクトルの数Kと選択数Mは、並進誤差演算の統計誤差を抑えるために時系列データの性質に合わせて予め設定する。さらに、M個の埋め込みベクトルの無作為選択と、それらの最近接ベクトル抽出をQ回繰り返す。 The proximity vector extraction unit 23 selects an arbitrary embedding vector r (t 0 ) from the set of embedding vectors, and K embedding vectors (k 0 ) closest to the embedding vector r (t 0 ) selected from the embedding vector set. The closest vector) r (tj) (j = 0, 1,..., K) is extracted. For the M embedding vectors selected at random, the nearest vector is extracted and stored in the data holding unit 5 (nearest vector data 53). The number of adjacent vectors K and the number of selections M are set in advance according to the properties of the time-series data in order to suppress statistical errors in translation error calculation. Further, random selection of M embedding vectors and their closest vector extraction are repeated Q times.

並進誤差演算部24は、最近接ベクトルの組からそれらの方向の分散である並進誤差Etransを計算する。無作為に選択されたM個埋め込みベクトルの最近接ベクトルについて並進誤差Etransを計算する。さらに、Q回のM個の埋め込みベクトルの最近接ベクトルの組について、並進誤差Etransを計算し、それらの値をデータ保持部5に記憶する(並進誤差データ54)。   The translation error calculation unit 24 calculates a translation error Etrans, which is a variance in those directions, from the set of closest vectors. The translation error Etrans is calculated for the nearest vector of M embedding vectors selected at random. Further, a translation error Etrans is calculated for a set of Q nearest M vector embedded vectors, and these values are stored in the data holding unit 5 (translation error data 54).

中央値演算・平均処理部25は、1回ごとのM個の並進誤差の中央値を求め、Q回の繰り返しそれぞれの中央値の平均を算出する。並進誤差の平均値は故障判定部26に入力される。故障判定部26では、所定のしきい値と並進誤差の平均値を比較し、並進誤差の平均値がしきい値を超えて変化した場合に、対象設備が警告すべき状態であると判定する。   The median value calculation / average processing unit 25 obtains the median value of M translation errors for each time, and calculates the average of the median values for each of Q repetitions. The average value of the translation error is input to the failure determination unit 26. The failure determination unit 26 compares the predetermined threshold value with the average value of the translation error, and determines that the target equipment is in a state to warn when the average value of the translation error changes beyond the threshold value. .

前述のとおり、正常状態における並進誤差が確率論的である場合には、並進誤差の平均値がしきい値より小さくなったときに警告すべき状態であると判定する。また、正常状態における並進誤差が決定論的である場合には、並進誤差の平均値がしきい値より大きくなったときに警告すべき状態と判定する。   As described above, when the translation error in the normal state is probabilistic, it is determined that the state should be warned when the average value of the translation error becomes smaller than the threshold value. When the translation error in the normal state is deterministic, it is determined that the state should be warned when the average value of the translation error becomes larger than the threshold value.

表示処理部27は、例えば、並進誤差の平均値の推移、及び故障判定結果を表示装置7に表示する。また、同時にプリンタ装置8に印字出力する。表示処理部27では、時系列データ、並進誤差を合わせて表示させてもよい。故障と判断された場合は、ライトを点滅させたり、ブザーを鳴動させるなどの警報表示を行ってもよい。   The display processing unit 27 displays, for example, the transition of the average value of translation errors and the failure determination result on the display device 7. At the same time, the data is output to the printer 8. The display processing unit 27 may display the time series data and the translation error together. When it is determined that a failure has occurred, an alarm display such as blinking a light or sounding a buzzer may be performed.

図2は、設備診断システム1の物理的な構成の一例を示すブロック図である。図1に示す本発明の設備診断システム1は、ハードウェアとしては図2に示すように、制御部11、主記憶部12、外部記憶部13、操作部14、画面表示部15、印字出力部16、送受信部17、表示装置7及びプリンタ装置8から構成される。制御部11、主記憶部12、外部記憶部13、操作部14、画面表示部15、印字出力部16及び送受信部17はいずれも内部バス10を介して制御部11に接続されている。   FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a physical configuration of the equipment diagnosis system 1. As shown in FIG. 2, the facility diagnosis system 1 of the present invention shown in FIG. 1 includes a control unit 11, a main storage unit 12, an external storage unit 13, an operation unit 14, a screen display unit 15, and a print output unit. 16, a transmission / reception unit 17, a display device 7 and a printer device 8. The control unit 11, main storage unit 12, external storage unit 13, operation unit 14, screen display unit 15, print output unit 16, and transmission / reception unit 17 are all connected to the control unit 11 via the internal bus 10.

制御部11はCPU(Central Processing Unit)等から構成され、外部記憶部13に記憶されているプログラムに従って、データ取得部21、埋込ベクトル生成部22、近接ベクトル抽出部23、並進誤差演算部24、中央値演算・平均処理部25、故障判定部26及び表示処理部27の処理を実行する。データ取得部21、埋込ベクトル生成部22、近接ベクトル抽出部23、並進誤差演算部24、中央値演算・平均処理部25、故障判定部26及び表示処理部27は、制御部11とその上で実行されるプログラムで実現される。   The control unit 11 includes a CPU (Central Processing Unit) and the like, and according to a program stored in the external storage unit 13, a data acquisition unit 21, an embedded vector generation unit 22, a proximity vector extraction unit 23, and a translation error calculation unit 24. The median calculation / average processing unit 25, the failure determination unit 26, and the display processing unit 27 are executed. The data acquisition unit 21, the embedded vector generation unit 22, the proximity vector extraction unit 23, the translation error calculation unit 24, the median value calculation / average processing unit 25, the failure determination unit 26, and the display processing unit 27 are connected to the control unit 11 and above Realized by a program executed in

主記憶部12はRAM(Random-Access Memory)等から構成され、制御部11の作業領域として用いられる。データ保持部5は、主記憶部12の一部に記憶領域の構造体として記憶保持される。   The main storage unit 12 includes a RAM (Random-Access Memory) and the like, and is used as a work area for the control unit 11. The data holding unit 5 is stored and held in a part of the main storage unit 12 as a storage area structure.

外部記憶部13は、フラッシュメモリ、ハードディスク、DVD(Digital Versatile Disc)、DVD−RAM(Digital Versatile Disc Random-Access Memory)、DVD−RW(Digital Versatile Disc ReWritable)等の不揮発性メモリから構成され、前記の処理を制御部11に行わせるためのプログラムを予め記憶し、また、制御部11の指示に従って、このプログラムのデータを制御部11に供給し、制御部11から供給されたデータを記憶する。例えば、時系列データは、外部記憶部13に格納されている場合がある。   The external storage unit 13 includes a nonvolatile memory such as a flash memory, a hard disk, a DVD (Digital Versatile Disc), a DVD-RAM (Digital Versatile Disc Random-Access Memory), a DVD-RW (Digital Versatile Disc ReWritable), and the like. A program for causing the control unit 11 to perform the above process is stored in advance, and data of the program is supplied to the control unit 11 according to an instruction from the control unit 11, and the data supplied from the control unit 11 is stored. For example, the time series data may be stored in the external storage unit 13.

操作部14は、オペレータが設備診断システム1に指令を与えるために、キースイッチ、ジョグダイヤル、キーボード及びマウスなどのポインティングデバイス等と、それらを内部バス10に接続するインターフェース装置を備える。操作部14を介して、故障判定条件の入力、時系列データの入力、故障診断の開始などの指令が入力され、制御部11に供給される。その他、埋め込み次元n、時差Δt、近接ベクトルの個数K、埋め込みベクトルの選択数M及び繰り返し演算数Q等が、操作部14から入力されて設定される。   The operation unit 14 includes a pointing device such as a key switch, a jog dial, a keyboard and a mouse, and an interface device for connecting them to the internal bus 10 in order for the operator to give a command to the equipment diagnosis system 1. Commands such as failure determination condition input, time-series data input, failure diagnosis start, and the like are input via the operation unit 14 and supplied to the control unit 11. In addition, the embedding dimension n, the time difference Δt, the number K of adjacent vectors, the number M of embedding vectors, the number Q of repetition operations, and the like are input from the operation unit 14 and set.

表示装置7は、CRT(Cathode Ray Tube)またはLCD(Liquid Crystal Display)などから構成され、操作部14から入力された指令に応じた制御部11の命令によって、時系列データ、並進誤差の推移、故障診断結果などを表示する。画面表示部15は、表示装置7に表示する画面のデータを、表示装置7を駆動する信号に変換する。   The display device 7 is composed of a CRT (Cathode Ray Tube) or LCD (Liquid Crystal Display), etc., and in accordance with a command from the control unit 11 in accordance with a command input from the operation unit 14, time series data, translation error transition, Display fault diagnosis results. The screen display unit 15 converts screen data to be displayed on the display device 7 into a signal for driving the display device 7.

印字出力部16は、プリンタ装置8と接続するシリアルインタフェース、パラレルインターフェース又はLAN(Local Area Network)インターフェース等から構成されている。制御部11は印字出力部16を介して、プリンタ装置8へ印刷する表示データを出力する。   The print output unit 16 includes a serial interface, a parallel interface, or a LAN (Local Area Network) interface connected to the printer device 8. The control unit 11 outputs display data to be printed to the printer device 8 via the print output unit 16.

送受信部17は、モデム又は網終端装置、及びそれらと接続するシリアルインタフェース又はLAN(Local Area Network)インタフェースから構成されている。制御部11は、送受信部17を介して、各センサから時系列データを入力する。時系列データは、図示しない他のサーバ等に格納されている場合がある。その場合、制御部11は送受信部17を介して、ネットワーク(図示せず)を経由して、サーバ等から時系列データを受信する。   The transmission / reception unit 17 includes a modem or network termination device, and a serial interface or LAN (Local Area Network) interface connected thereto. The control unit 11 inputs time series data from each sensor via the transmission / reception unit 17. The time series data may be stored in another server (not shown). In that case, the control unit 11 receives time-series data from a server or the like via the transmission / reception unit 17 via a network (not shown).

図3は、コンプレッサー3を診断の対象とする場合の設備診断システム1の構成の例を示す図である。コンプレッサー3の音を入力するマイク2が設備診断システム1に接続されている。設備診断システム1は、マイク2から入力される音響信号をある周期でサンプリングして収集し、時系列データとする。   FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the configuration of the equipment diagnosis system 1 when the compressor 3 is a diagnosis target. A microphone 2 for inputting the sound of the compressor 3 is connected to the equipment diagnosis system 1. The equipment diagnosis system 1 samples and collects the acoustic signals input from the microphone 2 at a certain period, and sets the time series data.

コンプレッサー3が定常運転しているとすると、音響信号の時系列データは正常な場合に確率論的であると考えられる。したがって、音響信号の時系列データから算出される並進誤差が、あるしきい値より小さくなったときに、コンプレッサー3が警告すべき状態であると判断できる。   If the compressor 3 is in steady operation, the time series data of the acoustic signal is considered to be stochastic when it is normal. Therefore, it can be determined that the compressor 3 should be warned when the translation error calculated from the time-series data of the acoustic signal becomes smaller than a certain threshold value.

つぎに、設備診断システム1の動作について説明する。なお、上述のように、設備診断システム1の動作は、制御部11が主記憶部12、外部記憶部13、操作部14、画面表示部15、印字出力部16及び送受信部17と協働して行う。   Next, the operation of the equipment diagnosis system 1 will be described. As described above, the operation of the equipment diagnosis system 1 is performed by the control unit 11 in cooperation with the main storage unit 12, the external storage unit 13, the operation unit 14, the screen display unit 15, the print output unit 16, and the transmission / reception unit 17. Do it.

図4は、並進誤差を用いる設備診断の動作の一例を示すフローチャートである。まず、診断対象となる設備の状態を示す時系列データを入力する(ステップA1)。図3のコンプレッサー3の例でいえば、マイク2から入力される音響信号をある周期でサンプリングして収集し、時系列データとする。   FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of an operation of facility diagnosis using a translation error. First, time-series data indicating the state of equipment to be diagnosed is input (step A1). In the example of the compressor 3 in FIG. 3, the acoustic signal input from the microphone 2 is sampled and collected at a certain period to obtain time series data.

収集された時系列データから、設定されている埋め込み次元nと時差Δtで、埋め込みベクトルr(ti)を生成する(ステップA2)。埋め込みベクトルの集合から任意の埋め込みベクトルr(t0)を選択し、最近接ベクトルr(tj)(j=0,...,K)を抽出する(ステップA3)。無作為に選択したM個の埋め込みベクトルについて最近接ベクトルを抽出し、さらに、M個の埋め込みベクトルの無作為選択と、それらの最近接ベクトル抽出をQ回繰り返す。 From the collected time series data, an embedding vector r (ti) is generated with a set embedding dimension n and a time difference Δt (step A2). An arbitrary embedding vector r (t 0 ) is selected from the set of embedding vectors, and the nearest vector r (t j) (j = 0,..., K) is extracted (step A3). The closest vector is extracted for M randomly selected embedding vectors, and the random selection of M embedding vectors and their closest vector extraction are repeated Q times.

無作為に選択されたM個の埋め込みベクトルの最近接ベクトルについて並進誤差Etransを計算し、さらに、Q回のM個の埋め込みベクトルの最近接ベクトルの組について、並進誤差を計算する(ステップA4)。そして、M個の埋め込みベクトルの最近接ベクトルについて並進誤差Etransの中央値を求め、M個の並進誤差の組の中央値についてQ回の平均値を求める(ステップA5)。   A translation error Etrans is calculated for the nearest vector of M embedding vectors selected at random, and a translation error is calculated for a set of M nearest embedding vectors of M times (step A4). . Then, the median value of the translation error Etrans is obtained for the nearest vector of the M embedding vectors, and the Q average value is obtained for the median value of the set of M translation errors (step A5).

並進誤差の平均値から故障を判定する(ステップA6)。図5は、故障判定の動作の一例を示すフローチャートである。正常な状態の判定値(この場合は並進誤差)が確率論的(すなわちしきい値より大きい)か、決定論的(すなわちしきい値より小さい)かによって、故障判定の基準を変更する(ステップB1)。   A failure is determined from the average value of translation errors (step A6). FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of a failure determination operation. The criterion for determining the failure is changed depending on whether the judgment value of the normal state (in this case, the translation error) is probabilistic (that is, larger than the threshold value) or deterministic (that is, smaller than the threshold value) (step) B1).

正常な状態の判定値がしきい値より大きい場合は(ステップB1;>しきい値)、現在の判定値(並進誤差の平均値)がしきい値以下のとき(ステップB2;Yes)、故障と判定する(ステップB3)。判定値がしきい値をより大きいときは(ステップB2;No)、故障と判定しない。   If the judgment value in the normal state is larger than the threshold value (step B1;> threshold value), if the current judgment value (average value of translation error) is less than the threshold value (step B2; Yes), a failure (Step B3). When the determination value is larger than the threshold value (step B2; No), it is not determined as a failure.

正常な状態の判定値がしきい値より小さい場合は(ステップB1;<しきい値)、現在の判定値(並進誤差の平均値)がしきい値以上のとき(ステップB4;Yes)、故障と判定する(ステップB5)。判定値がしきい値をより小さいときは(ステップB4;No)、故障と判定しない。   If the judgment value in the normal state is smaller than the threshold value (step B1; <threshold value), if the current judgment value (average value of translation error) is equal to or greater than the threshold value (step B4; Yes), a failure occurs. (Step B5). When the determination value is smaller than the threshold value (step B4; No), it is not determined as a failure.

なお、ステップB2、B3、B4、B5において、前述のとおり、複数のしきい値を設定して、点検・整備が必要な状態、予防保全として部品交換が必要な状態、故障している状態を区別するようにしてもよい。   In steps B2, B3, B4, and B5, as described above, a plurality of threshold values are set, and a state where inspection / maintenance is necessary, a state where parts replacement is necessary for preventive maintenance, or a state where a failure occurs You may make it distinguish.

図4のフローチャートに戻って、故障判定の結果、故障と判定された場合は(ステップA7;Yes)、設備が故障であることを表示装置7に表示する(ステップA8)。また、同時にプリンタ装置8に印字出力してもよい。故障と判定されなかった場合は(ステップA7;No)、故障であることを表示しない。なお、判定値が正常な値から故障判定のしきい値に近づく傾向にある場合に、点検・整備を促す警報を表示するようにしてもよい。   Returning to the flowchart of FIG. 4, when it is determined as a failure as a result of the failure determination (step A7; Yes), it is displayed on the display device 7 that the facility is failed (step A8). At the same time, it may be printed out to the printer 8. If it is not determined that there is a failure (step A7; No), it is not displayed as a failure. When the determination value tends to approach the failure determination threshold value from a normal value, an alarm prompting inspection / maintenance may be displayed.

(実施例1)
図6は、コンプレッサー3の音響信号の時系列データの例を示すグラフである。図6(a)は故障モードにあるベアリング交換前の音響信号、図6(b)はベアリング交換後の正常な状態の音響信号である。両者のパワースペクトルには、例えばある周波数のスペクトルが大きいとか、小さいといった特徴的な違いは見られない。パワースペクトルによる解析では、故障か正常かを明瞭に識別することは難しい。
(Example 1)
FIG. 6 is a graph showing an example of time-series data of the acoustic signal of the compressor 3. FIG. 6A is an acoustic signal before the bearing replacement in the failure mode, and FIG. 6B is an acoustic signal in a normal state after the bearing replacement. There is no characteristic difference between the two power spectra, for example, the spectrum at a certain frequency is large or small. In power spectrum analysis, it is difficult to clearly distinguish between failure and normality.

図7は、コンプレッサー3の音データの並進誤差の例を示すグラフである。埋め込み次元を横軸に並進誤差を縦軸にとって、埋め込み次元を変えて図6のベアリング交換前とベアリング交換後の音響信号について並進誤差を計算した結果を示す。いずれも、時差Δtは10サンプリング周期である。図7のAはベアリング交換後(After)の音響信号についての並進誤差、Bはベアリング交換前(Before)の音響信号についての並進誤差である。   FIG. 7 is a graph showing an example of the translation error of the sound data of the compressor 3. 6 shows the result of calculating the translation error for the acoustic signals before and after the bearing replacement in FIG. 6 by changing the embedding dimension with the embedding dimension on the horizontal axis and the translation error on the vertical axis. In any case, the time difference Δt is 10 sampling periods. 7A shows a translation error for an acoustic signal after bearing replacement (After), and B shows a translation error for an acoustic signal before bearing replacement (Before).

埋め込み次元が小さい範囲では、AとBの違いは小さいが、埋め込み次元が5以上ではAとBの違いは明らかである。適当なしきい値を設定して、並進誤差がしきい値より大きい場合は正常、並進誤差がしきい値以下の場合は故障と判断することができる。この例では、埋め込み次元を6以上にとることが望ましい。   In the range where the embedding dimension is small, the difference between A and B is small, but when the embedding dimension is 5 or more, the difference between A and B is clear. An appropriate threshold value is set, and it can be determined that a normal operation is obtained when the translation error is larger than the threshold value, and a failure is found when the translation error is less than the threshold value. In this example, it is desirable that the embedding dimension is 6 or more.

本発明の設備診断方法及び設備診断システム1によれば、一見して異なる時系列データでパワースペクトルが同じになるようなデータでも、時系列データの背後にある決定論的構造を定量化し、時間遅れ座標変換により時系列データから位相空間における軌道を再構成することによって、正常時と故障時の時系列データの違いを定量的に表現できる。そして、比較的少ないデータ数でも精度の高い故障診断ができる。   According to the facility diagnosis method and the facility diagnosis system 1 of the present invention, the deterministic structure behind the time-series data is quantified even in the case where the power spectrum is the same for different time-series data at first glance. By reconstructing the trajectory in the phase space from the time series data by the delayed coordinate transformation, the difference between the time series data at the normal time and the time of the failure can be quantitatively expressed. Further, it is possible to perform fault diagnosis with high accuracy even with a relatively small number of data.

(実施の形態2)
次に、決定論性を表す値として順列エントロピーを用いる場合の設備診断システム1について説明する。図8は、本発明の実施の形態2に係る設備診断システム1の論理的な構成を示すブロック図である。
(Embodiment 2)
Next, the equipment diagnosis system 1 when permutation entropy is used as a value representing determinism will be described. FIG. 8 is a block diagram showing a logical configuration of the equipment diagnosis system 1 according to Embodiment 2 of the present invention.

設備診断システム1は、データ取得部21、埋込ベクトル生成部22、実現度数演算部28、順列エントロピー演算部29、平均処理部30、データ保持部5、故障判定部26、表示処理部27、表示装置7、プリンタ装置8などから構成される。データ保持部5には、故障診断の対象となる設備の状態を表す収集時系列データ51、埋め込みベクトルデータ52、順列実現度数データ55及び順列エントロピーデータ56が記憶保持される。   The equipment diagnosis system 1 includes a data acquisition unit 21, an embedded vector generation unit 22, a realization frequency calculation unit 28, a permutation entropy calculation unit 29, an average processing unit 30, a data holding unit 5, a failure determination unit 26, a display processing unit 27, The display device 7 and the printer device 8 are configured. The data holding unit 5 stores and holds collected time-series data 51, embedded vector data 52, permutation realization frequency data 55, and permutation entropy data 56 representing the state of the equipment that is the target of failure diagnosis.

ここで、順列エントロピーとそれが決定論性を表す指標となることを説明する。BandtとPompeによって導入された順列エントロピー(C. Bandt and B. Pompe, Physical Review Letters, Vol.88, pp. 174102-1 - 174102-4, 2002.)は、無限長の時系列におけるKolmogorov-Sinai エントロピーと漸近的に等価な量であるが、順列エントロピーは次のように定義される。   Here, the permutation entropy and the fact that it becomes an index representing determinism will be described. Permutation entropy (C. Bandt and B. Pompe, Physical Review Letters, Vol. 88, pp. 174102-1-174102-4, 2002.) introduced by Bandt and Pompe is the Kolmogorov-Sinai Although it is an asymptotically equivalent quantity to entropy, permutation entropy is defined as:

所定の時間における時系列データから、ある次元nの埋め込みベクトルr(ti)をすべて生成する。各埋め込みベクトルについて、埋め込みベクトルの要素の大小関係で昇順又は降順で要素に番号をつける。要素の昇順又は降順の番号の配列は、要素数の番号の順列である。所定の時間の全ての埋め込みベクトルについて、同じ昇順又は降順の順列を有する埋め込みベクトルの個数を集計する。集計された個数は、その順序を有する順列の実現度数である。全ての埋め込みベクトルの数に対する実現度数を相対実現度数とする。相対実現度数の和は1である。なお、埋め込みベクトルの時差Δtは1であってもよい。Δt=1の場合は、埋め込みベクトルr(ti)は時系列データの連続するn個の要素から構成される。   All embedded vectors r (ti) of a certain dimension n are generated from time-series data at a predetermined time. For each embedding vector, the elements are numbered in ascending or descending order according to the magnitude relationship of the embedding vector elements. The array of numbers in ascending or descending order of elements is a permutation of the number of elements. For all the embedding vectors at a predetermined time, the number of embedding vectors having the same ascending or descending permutation is counted. The total number is the realization frequency of the permutation having the order. The realization frequency with respect to the number of all embedding vectors is a relative realization frequency. The sum of the relative realization frequencies is 1. The time difference Δt of the embedding vector may be 1. When Δt = 1, the embedding vector r (ti) is composed of n consecutive elements of time series data.

埋め込みベクトルの要素の大小関係の順序は、埋め込みベクトルの次元の数の順序からなる順列である。埋め込みベクトルの次元の数nについて、1からnまでのn個の数の順列の集合をΠ、順列の集合の要素(ある順列)をπとする。所定の時間の時系列データの個数をN、埋め込み次元をn、時差をΔtとすると、所定の時間の時系列データから生成される埋め込みベクトルの数はN−(n−1)Δtである。ある順列の実現度数をm(π)と書くと、ある順列πの相対実現度数p(π)は次の式(4)で表される。

The order of the magnitude relation of the elements of the embedding vector is a permutation composed of the order of the number of dimensions of the embedding vector. For the number n of dimensions of the embedding vector, a set of n permutations from 1 to n is denoted by Π, and an element (permutation) of the permutation set is denoted by π. When the number of time-series data at a predetermined time is N, the embedding dimension is n, and the time difference is Δt, the number of embedding vectors generated from the time-series data at a predetermined time is N− (n−1) Δt. When the realization frequency of a certain permutation is written as m (π), the relative realization frequency p (π) of a certain permutation π is expressed by the following equation (4).

相対実現度数p(π)は,時間変動の複雑さを粗視化してパターンに分類していることに等しい。相対実現度数p(π)を順列πの実現確率とみなし、情報エントロピーを計算すると、元の時系列の複雑さ(決定論性)を定量的に評価できる。埋め込みベクトルの次元の数の順列πを確率変数とし、相対実現度数p(π)を確率分布とするエントロピーを順列エントロピーという。順列エントロピーは次の式(5)で定義される。


但し、p(π)=0の項は算入しない。
The relative realization frequency p (π) is equivalent to coarsely classifying the complexity of time variation into patterns. Considering the relative realization frequency p (π) as the realization probability of the permutation π and calculating the information entropy, the complexity (determinism) of the original time series can be quantitatively evaluated. An entropy having a permutation π of the number of dimensions of the embedded vector as a random variable and a relative realization frequency p (π) as a probability distribution is referred to as a permutation entropy. The permutation entropy is defined by the following equation (5).


However, the term of p (π) = 0 is not counted.

順列エントロピーによって元の時系列の複雑さ(決定論性)を定量的に評価できる。最も単純な挙動は単調過程である。単調増加過程または単調減少過程では、順列エントロピーは最小となる。一方、最も複雑な挙動は完全ランダム過程である。この場合、可能なすべてのパターンが実現されるから、順列エントロピーは最大となる。   Permutation entropy can quantitatively evaluate the complexity (determinism) of the original time series. The simplest behavior is a monotonic process. In a monotonic increasing process or a monotonic decreasing process, the permutation entropy is minimized. On the other hand, the most complicated behavior is a completely random process. In this case, all possible patterns are realized, so the permutation entropy is maximized.

πは埋め込み次元nの順列であり、順列の集合Πはn!個の要素(順列)を含むから、式(5)の定義によって、0≦H(n)≦logn!である。下限は単調増加過程あるいは単調減少過程に対応する。上限は完全ランダム過程を表す。 π is a permutation of the embedding dimension n, and the permutation set Π is n! Since it includes a number of elements (permutations), 0 ≦ H (n) ≦ log 2 n! It is. The lower limit corresponds to a monotone increasing process or a monotonic decreasing process. The upper limit represents a completely random process.

BandtとPompeは、H(n)がnに対して線形に増加することに着目し、次の式(6)で定義される量を導入した。

Bandt and Pompe paid attention to the fact that H (n) increases linearly with respect to n, and introduced the amount defined by the following equation (6).

h(n)をlogn!で正規化し、次の式(7)で定義されるエントロピーを利用すると便利である。


0 ≦ h*(n) ≦ 1が成り立つ。時系列データの決定論的側面が増加するにつれてh*(n)→0となる。時系列データが白色ノイズならば、h*(n)は1に近い値となる。
h (n) is log 2 n! It is convenient to use the entropy defined by the following equation (7).


0 ≦ h * (n) ≦ 1 holds. As the deterministic aspect of time series data increases, h * (n) → 0. If the time series data is white noise, h * (n) is a value close to 1.

本実施の形態では、順列エントロピーH(n)あるいはH(n)を正規化したh*(n)が診断対象の設備の状態を示す時系列データの決定論性を表す指標となることを利用して、設備の故障を診断する。設備が正常な状態における時系列データが確率論的である、すなわち順列エントロピーが大きい値である場合には、順列エントロピーが所定のしきい値を超えて小さい値になったときに、設備が故障したと判断する。例えば、温度や回転速度などを一定に保持するよう制御している設備では、時系列データである温度や回転速度は様々な外乱によって不規則に変動し、確率論的であると考えられる。温度や回転速度の変動の決定論的側面が増加(順列エントロピーが減少)したときは、何らかの固定的要因(故障)が発生したと判断できる。 In this embodiment, permutation entropy H (n) or h * (n) obtained by normalizing H (n) is used as an index representing the determinism of time-series data indicating the state of equipment to be diagnosed. Then, the failure of the equipment is diagnosed. If the time series data in the normal state of the equipment is stochastic, i.e. the permutation entropy is a large value, the equipment will fail when the permutation entropy falls below a predetermined threshold. Judge that For example, in a facility that controls to keep temperature and rotation speed constant, the temperature and rotation speed, which are time series data, vary irregularly due to various disturbances and are considered probabilistic. When the deterministic aspect of fluctuations in temperature and rotational speed increases (permutation entropy decreases), it can be determined that some fixed factor (failure) has occurred.

逆に、設備が正常な状態における時系列データが決定論的である、すなわち順列エントロピーが小さい値である場合には、順列エントロピーが所定のしきい値を超えて大きい値(h*(n)が1に近づく)になったときに、設備が故障したと判断する。例えば、加工用ステージを昇降しているときには、音響、振動、変位などの時系列データは昇降制御動作によって支配されているので、決定論的であると考えられる。そこで、音響、振動、変位などの時系列データに確率論的側面が増加(順列エントロピーが増大)したときは、制御以外の外因(障害)が発生したと判断できる。 On the other hand, when the time series data in the normal state of the equipment is deterministic, that is, the permutation entropy is a small value, the permutation entropy exceeds the predetermined threshold value (h * (n) It is determined that the equipment has failed. For example, when the processing stage is moved up and down, time series data such as sound, vibration, and displacement are governed by the lift control operation, and thus are considered deterministic. Therefore, when the stochastic aspect increases (time permutation entropy increases) in time series data such as sound, vibration, and displacement, it can be determined that an external cause (failure) other than control has occurred.

順列エントロピーは連続的に変化する値であるから、実施の形態1の並進誤差と同様、しきい値を適当に設定して、診断の対象となる設備が、点検・整備を必要としている状態、障害には到っていないが予防保全的に部品等を交換したほうがよい状態、又は障害が発生している状態等を区別することも可能である。実際にどのような状態で警告するか(順列エントロピーのしきい値をどのように設定するか)は、診断の対象となる設備の用途、障害の影響、又は経済的な特性などを考慮して選択する。   Since the permutation entropy is a continuously changing value, like the translation error in the first embodiment, the threshold value is set appropriately, and the equipment to be diagnosed requires inspection and maintenance. It is also possible to distinguish a state in which it is better to replace parts or the like in a preventive maintenance manner, or a state in which a failure has occurred. The actual warning condition (how to set the permutation entropy threshold) depends on the use of the equipment to be diagnosed, the impact of the failure, or economic characteristics. select.

図8に戻って、設備診断システム1の各部の作用を説明する。データ取得部21は、診断対象の設備の状態を示す時系列データを収集し、データ保持部5に収集時系列データ51として記憶する。時系列データとしては、例えば、温度、流量、液面レベル、圧力、回転速度、変位、音響、振動などである。時系列データは各種のセンサ(図示せず)から、適当な周期でサンプリングして入力される。   Returning to FIG. 8, the operation of each part of the equipment diagnosis system 1 will be described. The data acquisition unit 21 collects time-series data indicating the state of the equipment to be diagnosed and stores the collected time-series data 51 in the data holding unit 5. Examples of the time series data include temperature, flow rate, liquid level, pressure, rotational speed, displacement, sound, and vibration. Time-series data is sampled and input from various sensors (not shown) at an appropriate period.

埋込ベクトル生成部22は、時系列データから前述の埋め込みベクトルr(ti)を生成する。埋め込みベクトルの次元nと時差Δtは、時系列データの特性に合わせて予め設定しておく。埋込ベクトル生成部22は、生成した埋め込みベクトルの集合をデータ保持部5に記憶する(埋め込みベクトルデータ52)。   The embedded vector generation unit 22 generates the above-described embedded vector r (ti) from the time series data. The dimension n and the time difference Δt of the embedded vector are set in advance according to the characteristics of the time series data. The embedded vector generating unit 22 stores the generated set of embedded vectors in the data holding unit 5 (embedded vector data 52).

実現度数演算部28は、埋め込みベクトルの要素の大小関係で要素に順序をつけ、所定の時間の全ての埋め込みベクトルについて、同じ順序を有する埋め込みベクトルの個数を集計する。集計された順列の実現度数をデータ保持部5に記憶する(順列実現度数データ55)。   The realization frequency calculation unit 28 orders the elements according to the magnitude relation of the elements of the embedding vector, and totals the number of embedding vectors having the same order for all the embedding vectors for a predetermined time. Totalized permutation realization frequencies are stored in the data holding unit 5 (permutation realization frequency data 55).

順列エントロピー演算部29は、順列実現度数55から相対実現度数に変換し、順列エントロピーを計算する。さらに、式(7)のh*(n)を計算する。順列エントロピーH(n)又はh*(n)をデータ保持部5に記憶する(順列エントロピーデータ56)。 The permutation entropy calculation unit 29 converts the permutation realization frequency 55 into a relative realization frequency and calculates the permutation entropy. Further, h * (n) in equation (7) is calculated. The permutation entropy H (n) or h * (n) is stored in the data holding unit 5 (permutation entropy data 56).

平均処理部30は、複数の所定の時間の時系列データから計算された順列エントロピーH(n)又はh*(n)を平均する。順列エントロピーH(n)又はh*(n)の移動平均としてもよい。所定の時間の時系列データが充分長い場合は、平均処理はなくてもよい。 The average processing unit 30 averages the permutation entropy H (n) or h * (n) calculated from a plurality of time-series data at a predetermined time. It may be a moving average of permutation entropy H (n) or h * (n). If the time-series data for a predetermined time is sufficiently long, the averaging process may not be performed.

順列エントロピーH(n)又はh*(n)の平均値は故障判定部26に入力される。故障判定部26では、所定のしきい値と順列エントロピーH(n)又はh*(n)の平均値を比較し、順列エントロピーH(n)又はh*(n)の平均値がしきい値を超えて変化した場合に、対象設備が警告すべき状態であると判定する。 The average value of the permutation entropy H (n) or h * (n) is input to the failure determination unit 26. The malfunction determining unit 26, a predetermined threshold value and permutations compares the entropy average value of H (n) or h * (n), the mean value of the permutation entropy H (n) or h * (n) is the threshold It is determined that the target equipment is in a state to be warned when it has changed beyond.

前述のとおり、正常状態における順列エントロピーが確率論的である場合には、順列エントロピーH(n)又はh*(n)の平均値がしきい値より小さくなったときに警告すべき状態であると判定する。また、正常状態における順列エントロピーが決定論的である場合には、順列エントロピーH(n)又はh*(n)の平均値がしきい値より大きくなったときに警告すべき状態であると判定する。 As described above, when the permutation entropy in the normal state is probabilistic, it is a state to be warned when the average value of the permutation entropy H (n) or h * (n) becomes smaller than the threshold value. Is determined. Further, when the permutation entropy in the normal state is deterministic, it is determined that the state should be warned when the average value of the permutation entropy H (n) or h * (n) becomes larger than the threshold value. To do.

表示処理部27は、例えば、順列エントロピーH(n)又はh*(n)の平均値の推移、及び故障判定結果を表示装置7に表示する。また、同時にプリンタ装置8に印字出力する。表示処理部27では、時系列データ、順列エントロピーH(n)又はh*(n)を合わせて表示させてもよい。警告すべき状態と判断された場合は、ライトを点滅させたり、ブザーを鳴動させるなどの警報表示を行ってもよい。 The display processing unit 27 displays, for example, the transition of the average value of the permutation entropy H (n) or h * (n) and the failure determination result on the display device 7. At the same time, the data is output to the printer 8. The display processing unit 27 may display time series data, permutation entropy H (n) or h * (n) together. When it is determined that the state should be warned, an alarm display such as blinking a light or sounding a buzzer may be performed.

実施の形態2においても、設備診断システム1の物理的構成は実施の形態1と同様である。設備診断システム1は、例えば、図2の物理的な構成のブロック図で示される。データ取得部21、埋込ベクトル生成部22、実現度数演算部28、順列エントロピー演算部29、平均処理部30、故障判定部26及び表示処理部27は、制御部11とその上で実行されるプログラムで実現される。   Also in the second embodiment, the physical configuration of the facility diagnosis system 1 is the same as that of the first embodiment. The facility diagnosis system 1 is shown, for example, in the block diagram of the physical configuration in FIG. The data acquisition unit 21, the embedded vector generation unit 22, the realization frequency calculation unit 28, the permutation entropy calculation unit 29, the average processing unit 30, the failure determination unit 26, and the display processing unit 27 are executed on the control unit 11 and above. Realized programmatically.

実施の形態2の設備診断システム1についても、例えば図3のコンプレッサー3を診断の対象とする場合として、設備診断システム1の構成が示される。コンプレッサー3の音を入力するマイク2が設備診断システム1に接続されている。設備診断システム1は、マイク2から入力される音響信号をある周期でサンプリングして収集し、時系列データとする。   Regarding the facility diagnosis system 1 of the second embodiment, for example, the configuration of the facility diagnosis system 1 is shown as a case where the compressor 3 of FIG. A microphone 2 for inputting the sound of the compressor 3 is connected to the equipment diagnosis system 1. The equipment diagnosis system 1 samples and collects the acoustic signals input from the microphone 2 at a certain period, and sets the time series data.

コンプレッサー3が定常運転しているとすると、音響信号の時系列データは正常な場合に確率論的であると考えられる。したがって、音響信号の時系列データから算出される縦列エントロピーが、あるしきい値より小さくなったときに、コンプレッサー3が警告すべき状態、例えば、故障したと判断できる。   If the compressor 3 is in steady operation, the time series data of the acoustic signal is considered to be stochastic when it is normal. Therefore, when the column entropy calculated from the time-series data of the acoustic signal becomes smaller than a certain threshold value, it can be determined that the compressor 3 should be warned, for example, has failed.

つぎに、決定論性を表す値として順列エントロピーを用いる場合の設備診断システム1の動作について説明する。なお、前述のように、設備診断システム1の動作は、制御部11が主記憶部12、外部記憶部13、操作部14、画面表示部15、印字出力部16及び送受信部17と協働して行う。   Next, the operation of the equipment diagnosis system 1 when permutation entropy is used as a value representing determinism will be described. As described above, the operation of the equipment diagnosis system 1 is performed by the control unit 11 in cooperation with the main storage unit 12, the external storage unit 13, the operation unit 14, the screen display unit 15, the print output unit 16, and the transmission / reception unit 17. Do it.

図9は、順列エントロピーを用いる設備診断の動作の一例を示すフローチャートである。まず、診断対象となる設備の状態を示す時系列データを入力する(ステップC1)。図3のコンプレッサー3の例でいえば、マイク2から入力される音響信号をある周期でサンプリングして収集し、時系列データとする。   FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of operation of equipment diagnosis using permutation entropy. First, time-series data indicating the state of equipment to be diagnosed is input (step C1). In the example of the compressor 3 in FIG. 3, the acoustic signal input from the microphone 2 is sampled and collected at a certain period to obtain time series data.

収集された時系列データから、設定されている埋め込み次元nと時差Δtで、埋め込みベクトルr(t)を生成する(ステップC2)。埋め込みベクトルの要素の大小関係で要素に順序をつけ、所定の時間の全ての埋め込みベクトルについて、同じ順序を有する埋め込みベクトルの個数を実現度数として集計する(ステップC3)。   From the collected time series data, an embedding vector r (t) is generated with a set embedding dimension n and a time difference Δt (step C2). The elements are ordered according to the size relationship of the elements of the embedding vector, and the number of embedding vectors having the same order is totalized as the realization frequency for all embedding vectors for a predetermined time (step C3).

順列の実現度数から相対実現度数に変換し、順列エントロピーを計算する(ステップC4)。さらに、式(7)のh*(n)を計算する。そして、複数の所定の時間の時系列データから計算された順列エントロピーH(n)又はh*(n)を平均する(ステップC5)。前述のとおり、平均処理は省略してもよい。 The permutation realization frequency is converted to the relative realization frequency, and the permutation entropy is calculated (step C4). Further, h * (n) in equation (7) is calculated. Then, the permutation entropy H (n) or h * (n) calculated from a plurality of time-series data at a predetermined time is averaged (step C5). As described above, the averaging process may be omitted.

順列エントロピーH(n)又はh*(n)の平均値から故障を判定する(ステップC6)。故障判定の動作については、実施の形態1と同様であり、図5にフローチャートの一例が示される。実施の形態2では、並進誤差に代わって順列エントロピーH(n)又はh*(n)になるだけなので、故障判定動作の説明を省略する。 A failure is determined from the average value of the permutation entropy H (n) or h * (n) (step C6). The operation for failure determination is the same as that in the first embodiment, and FIG. 5 shows an example of a flowchart. In the second embodiment, only the permutation entropy H (n) or h * (n) is used in place of the translation error, and the description of the failure determination operation is omitted.

図9のフローチャートに戻って、故障判定の結果、故障と判定された場合は(ステップC7;Yes)、設備が故障であることを表示装置7に表示する(ステップC8)。また、同時にプリンタ装置8に印字出力してもよい。故障と判定されなかった場合は(ステップC7;No)、故障であることを表示しない。なお、判定値が正常な値から故障判定のしきい値に近づく傾向にある場合に、点検整備を促す警報を表示するようにしてもよい。   Returning to the flowchart of FIG. 9, if it is determined as a failure as a result of the failure determination (step C7; Yes), it is displayed on the display device 7 that the facility is failed (step C8). At the same time, it may be printed out to the printer 8. When it is not determined that there is a failure (step C7; No), it is not displayed as a failure. When the determination value tends to approach the failure determination threshold value from a normal value, an alarm for prompting maintenance may be displayed.

(実施例2)
図10は、コンプレッサー3の音データの順列エントロピーの例を示すグラフである。埋め込み次元を横軸に、正規化された順列エントロピーh*(n)を縦軸にとって、埋め込み次元を変えて図6のベアリング交換前とベアリング交換後の音響信号について順列エントロピーを計算した結果を示す。いずれも、時差Δtは5サンプリング周期である。図7のAはベアリング交換後(After)の音響信号についての正規化された順列エントロピーh*(n)、Bはベアリング交換前(Before)の音響信号についての正規化された順列エントロピーh*(n)である。
(Example 2)
FIG. 10 is a graph showing an example of permutation entropy of the sound data of the compressor 3. 6 shows the result of calculating permutation entropy for acoustic signals before and after bearing replacement in FIG. 6 by changing the embedding dimension with the embedding dimension on the horizontal axis and the normalized permutation entropy h * (n) on the vertical axis. . In any case, the time difference Δt is 5 sampling periods. FIG. 7A shows the normalized permutation entropy h * (n) for the acoustic signal after the bearing replacement (After), and B shows the normalized permutation entropy h * (for the acoustic signal before the bearing replacement (Before). n).

埋め込み次元が小さい範囲では、AとBの違いは小さいが、埋め込み次元が6から8の範囲ではAとBの違いは明らかである。適当なしきい値を設定して、順列エントロピーH(n)又はh*(n)がしきい値より大きい場合は正常、順列エントロピーH(n)又はh*(n)がしきい値以下の場合は故障と判断することができる。この例では、埋め込み次元を6又は7にすることが望ましい。 In the range where the embedding dimension is small, the difference between A and B is small, but in the range where the embedding dimension is 6 to 8, the difference between A and B is clear. When an appropriate threshold value is set and the permutation entropy H (n) or h * (n) is greater than the threshold value, normal, and the permutation entropy H (n) or h * (n) is less than or equal to the threshold value Can be determined as a failure. In this example, it is desirable to set the embedding dimension to 6 or 7.

図10において、埋め込み次元が9以上の範囲でAとBの差が小さくなり、両者とも小さい値になっているのは、所定の時間の時系列データに対して埋め込み次元が大きく、埋め込みベクトルの数が充分とれないためである。埋め込み次元又は時差を大きくする場合は、生成される埋め込みベクトルの数が相対的に少なくなり、発生しうる順列の数(n!)が多くなるので、所定の時間を長くとって時系列データの数を充分大きくする必要がある。   In FIG. 10, the difference between A and B is small when the embedding dimension is 9 or more, and both are small values because the embedding dimension is large with respect to time-series data for a predetermined time, This is because the number is not enough. When the embedding dimension or the time difference is increased, the number of embedding vectors generated is relatively small, and the number of permutations that can be generated (n!) Is increased. The number needs to be large enough.

本発明の設備診断方法及び設備診断システム1によれば、一見して異なる時系列データでパワースペクトルが同じになるようなデータでも、時系列データの背後にある決定論的構造を定量化し、時間遅れ座標変換により時系列データから位相空間における軌道を再構成することによって、正常時と故障時の時系列データの違いを定量的に表現できる。そして、比較的少ないデータ数でも精度の高い設備診断ができる。   According to the facility diagnosis method and the facility diagnosis system 1 of the present invention, the deterministic structure behind the time-series data is quantified even in the case where the power spectrum is the same for different time-series data at first glance. By reconstructing the trajectory in the phase space from the time series data by the delayed coordinate transformation, the difference between the time series data at the normal time and the time of the failure can be quantitatively expressed. A highly accurate equipment diagnosis can be performed even with a relatively small number of data.

(実施の形態の応用)
図11は、半導体製造装置を診断の対象とする場合の設備診断システム1の構成の例を示す。図11の半導体製造装置は、半導体基板の洗浄装置を含むメッキ処理装置4である。
(Application of the embodiment)
FIG. 11 shows an example of the configuration of the facility diagnosis system 1 when a semiconductor manufacturing apparatus is the object of diagnosis. The semiconductor manufacturing apparatus of FIG. 11 is a plating processing apparatus 4 including a semiconductor substrate cleaning apparatus.

メッキ処理装置4は、カセットステーション41と、処理ステーション42とから構成される。カセットステーション41は、外部からウェハカセット単位で供給されるウェハをカセット43からメッキ処理装置4に搬入し、または、メッキ処理後のウェハをメッキ処理装置4からカセット43に搬出する。   The plating apparatus 4 includes a cassette station 41 and a processing station 42. The cassette station 41 carries wafers supplied from the outside in units of wafer cassettes from the cassette 43 to the plating apparatus 4, or carries out the plated wafers from the plating apparatus 4 to the cassette 43.

カセットステーション41には、カセット戴置台44が設けられ、メッキ処理されるウェハを収納したウェハカセット43が外部から供給される。また、カセット戴置台44では、メッキ処理されたウェハが搬出用のカセット43に収納される。   The cassette station 41 is provided with a cassette mounting table 44, and a wafer cassette 43 containing a wafer to be plated is supplied from the outside. In the cassette mounting table 44, the plated wafer is stored in the cassette 43 for carrying out.

上述したカセット戴置台44でのウェハの搬送は、搬送機構45によって行われる。搬送機構45は、カセット戴置台44上に複数戴置されたウェハカセット43にアクセス可能なように、x軸方向(紙面に垂直な方向)に移動可能であり、かつ、z軸方向に昇降可能である。また、処理ステーション42からカセット戴置台44へウェハを搬送できるように、z軸を中心として回転可能である。搬送機構45はx軸方向及びz軸方向の変位を検出する変位センサ及び加速度センサを備える。また、z軸周りの回転角度を検出する回転センサ及び加速度センサを備える。   The wafer is transferred on the cassette mounting table 44 described above by the transfer mechanism 45. The transfer mechanism 45 can move in the x-axis direction (direction perpendicular to the paper surface) and can be moved up and down in the z-axis direction so that a plurality of wafer cassettes 43 placed on the cassette mounting table 44 can be accessed. It is. Further, the wafer can be rotated around the z axis so that the wafer can be transferred from the processing station 42 to the cassette mounting table 44. The transport mechanism 45 includes a displacement sensor and an acceleration sensor that detect displacement in the x-axis direction and the z-axis direction. In addition, a rotation sensor and an acceleration sensor for detecting a rotation angle around the z axis are provided.

なお、カセットステーション41及び処理ステーション42には、清浄空気のダウンフローによって内部の雰囲気は清浄に保たれている。メッキ処理装置4は雰囲気の状態を一定に保つために、温湿度センサと風速センサを備える。   The cassette station 41 and the processing station 42 keep the internal atmosphere clean by downflow of clean air. The plating apparatus 4 includes a temperature / humidity sensor and a wind speed sensor in order to keep the atmosphere state constant.

処理ステーション42は、ウェハに一枚ずつメッキ処理を行うメッキ処理ユニット46およびメッキ処理後の洗浄と乾燥を行う洗浄乾燥ユニット47を、それぞれ複数台、所定の位置に備える。   The processing station 42 includes a plurality of plating processing units 46 that perform plating processing on a wafer one by one and a plurality of cleaning / drying units 47 that perform cleaning and drying after the plating processing at predetermined positions.

メッキ処理ユニット46では、シード層が形成されたウェハにメッキ処理が施され、例えば、ウェハ上にCu薄膜が形成される。メッキ処理装置4では、溶液の温度を検出する温度センサ、薬液の流量を制御するために液体流量センサを備える。また、溶液の液面を感知するための光ファイバセンサ、薬液ポンプ用の圧力センサ又は加速度センサを備える。   In the plating unit 46, the wafer on which the seed layer is formed is subjected to a plating process, for example, a Cu thin film is formed on the wafer. The plating apparatus 4 includes a temperature sensor for detecting the temperature of the solution and a liquid flow rate sensor for controlling the flow rate of the chemical solution. In addition, an optical fiber sensor for detecting the liquid level of the solution, a pressure sensor for the chemical pump, or an acceleration sensor is provided.

洗浄乾燥ユニット47では、メッキ処理されたウェハの表面、裏面および周縁を薬液、純水等の洗浄液で洗浄し、洗浄後、Nパージ下でウェハを高速回転させて、ウェハの乾燥を行う。洗浄乾燥ユニット47には、薬液の温度調整用の温度センサ、液体流量センサ、液面感知用の光ファイバセンサ、薬液ポンプ用の圧力センサ、ウェハの回転速度を検出する回転センサとしてエンコーダなどを備える。 In the cleaning / drying unit 47, the front surface, back surface, and peripheral edge of the plated wafer are cleaned with a cleaning liquid such as a chemical solution or pure water, and after cleaning, the wafer is rotated at high speed under N 2 purge to dry the wafer. The cleaning / drying unit 47 includes a temperature sensor for adjusting the temperature of the chemical solution, a liquid flow rate sensor, an optical fiber sensor for detecting the liquid level, a pressure sensor for the chemical solution pump, and an encoder as a rotation sensor for detecting the rotation speed of the wafer. .

前述の変位センサ、回転センサ、加速度センサ、温湿度センサ、風速センサ、温度センサ、液体流量センサ、光ファイバセンサ及び圧力センサは、半導体製造装置としてのメッキ処理装置4を制御するために、それぞれ制御装置に接続されている。同時にそれらの各センサの出力を分岐して、設備診断システム1に入力する。   The displacement sensor, the rotation sensor, the acceleration sensor, the temperature / humidity sensor, the wind speed sensor, the temperature sensor, the liquid flow sensor, the optical fiber sensor, and the pressure sensor are controlled in order to control the plating apparatus 4 as a semiconductor manufacturing apparatus. Connected to the device. At the same time, the outputs of these sensors are branched and input to the equipment diagnosis system 1.

各センサの出力を送信する装置を用いて、ネットワークを介して設備診断システム1に接続してもよい。ネットワークを介して設備診断システム1を接続することにより、1台の設備診断システム1で複数の設備の故障診断を行うことができる。また、遠隔地から設備の故障診断を行うことができる。   You may connect to the equipment diagnostic system 1 via a network using the apparatus which transmits the output of each sensor. By connecting the facility diagnosis system 1 via a network, a single facility diagnosis system 1 can perform failure diagnosis of a plurality of facilities. In addition, it is possible to perform equipment failure diagnosis from a remote location.

設備診断システム1は、各センサから入力する信号を時系列データとして、決定論性を表す値である並進誤差又は順列エントロピーを計算し、それらの値がしきい値を超えて変化した場合に、対象となっているユニットが警告すべき状態であると判断する。   The equipment diagnosis system 1 calculates the translation error or permutation entropy, which is a value representing determinism, using the signals input from each sensor as time series data, and when these values change beyond a threshold value, It is determined that the target unit should be warned.

例えば、温度センサ、温湿度センサ、風速センサ、光ファイバセンサ、ウェハの高速回転用の回転センサなどでは、一定の値に保つように制御されるので、その出力の変動は確率論的であると考えられる。それらの時系列データが決定論的になったとき、すなわち、並進誤差又は順列エントロピーがしきい値以下になったときに、警告すべき状態であると判断できる。   For example, a temperature sensor, a temperature / humidity sensor, a wind speed sensor, an optical fiber sensor, a rotation sensor for high-speed rotation of a wafer are controlled so as to maintain a constant value, and thus fluctuations in output are probabilistic. Conceivable. When the time series data becomes deterministic, that is, when the translation error or permutation entropy falls below a threshold value, it can be determined that the state should be warned.

また、例えば、搬送機構の変位センサ、回転センサ及び加速度センサ、薬液ポンプ用の圧力センサなどでは、動作中の動きを検出するので、その場合の時系列データは決定論的であると考えられる。それらの時系列データが確率論的な傾向になったとき、すなわち並進誤差又は順列エントロピーがしきい値以上になったときに、搬送機構や薬液ポンプが警告すべき状態であると判断できる。   Further, for example, a displacement sensor, a rotation sensor and an acceleration sensor of a transport mechanism, a pressure sensor for a chemical liquid pump, and the like detect a movement during operation, so that time series data in that case is considered deterministic. When the time series data has a probabilistic tendency, that is, when the translation error or the permutation entropy exceeds a threshold value, it can be determined that the transport mechanism or the chemical pump should be warned.

以上説明したとおり、本発明の設備診断システム1によれば、例えば図11の半導体製造装置などのように、故障診断のための特別なセンサを設ける必要がなく、設備の制御に用いられているセンサの出力から時系列データを入力して解析することにより、設備診断を行うことができる。また、設備の動作状態において警告すべき状態であるかどうかの診断を行うことができる。   As described above, according to the facility diagnosis system 1 of the present invention, it is not necessary to provide a special sensor for failure diagnosis like the semiconductor manufacturing apparatus of FIG. Equipment diagnosis can be performed by inputting and analyzing time-series data from the output of the sensor. Moreover, it can be diagnosed whether it is a state which should warn in the operating state of an installation.

その他、前記のハードウエア構成は一例であり、任意に変更及び修正が可能である。   In addition, the above-described hardware configuration is an example, and can be arbitrarily changed and modified.

制御部11、主記憶部12、外部記憶部13、操作部14、画面表示部15、印字出力部16、送受信部17、内部バス10などから構成される設備診断処理を行う中心となる部分は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。たとえば、前記の動作を実行するためのコンピュータプログラムを、コンピュータが読み取り可能な記録媒体(フレキシブルディスク、CD−ROM、DVD−ROM等)に格納して配布し、当該コンピュータプログラムをコンピュータにインストールすることにより、前記の処理を実行する設備診断システム1を構成してもよい。また、インターネット等の通信ネットワーク上のサーバ装置が有する記憶装置に当該コンピュータプログラムを格納しておき、通常のコンピュータシステムがダウンロード等することで設備診断システム1を構成してもよい。   The central part that performs equipment diagnosis processing composed of the control unit 11, the main storage unit 12, the external storage unit 13, the operation unit 14, the screen display unit 15, the print output unit 16, the transmission / reception unit 17, the internal bus 10, etc. It can be realized using a normal computer system regardless of a dedicated system. For example, a computer program for executing the above operation is stored and distributed in a computer-readable recording medium (flexible disk, CD-ROM, DVD-ROM, etc.), and the computer program is installed in the computer. Thus, the facility diagnosis system 1 that executes the above-described processing may be configured. Alternatively, the facility diagnosis system 1 may be configured by storing the computer program in a storage device included in a server device on a communication network such as the Internet and downloading the computer program from a normal computer system.

また、設備診断システム1の機能を、OS(オペレーティングシステム)とアプリケーションプログラムの分担、またはOSとアプリケーションプログラムとの協働により実現する場合などには、アプリケーションプログラム部分のみを記録媒体や記憶装置に格納してもよい。   In addition, when the functions of the facility diagnosis system 1 are realized by sharing an OS (operating system) and an application program, or by cooperation between the OS and the application program, only the application program portion is stored in a recording medium or a storage device. May be.

また、搬送波にコンピュータプログラムを重畳し、通信ネットワークを介して配信することも可能である。たとえば、通信ネットワーク上の掲示板(BBS, Bulletin Board System)に前記コンピュータプログラムを掲示し、ネットワークを介して前記コンピュータプログラムを配信してもよい。そして、このコンピュータプログラムを起動し、OSの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、前記の処理を実行できるように構成してもよい。   It is also possible to superimpose a computer program on a carrier wave and distribute it via a communication network. For example, the computer program may be posted on a bulletin board (BBS, Bulletin Board System) on a communication network, and the computer program distributed via the network. The computer program may be started and executed in the same manner as other application programs under the control of the OS, so that the above-described processing may be executed.

本発明の実施の形態1に係る設備診断システムの論理的な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the logical structure of the equipment diagnostic system which concerns on Embodiment 1 of this invention. 設備診断システムの物理的な構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a physical structure of an equipment diagnosis system. コンプレッサーを診断の対象とする場合の設備診断システムの構成の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a structure of the equipment diagnostic system in case a compressor is made into the object of a diagnosis. 並進誤差を用いる設備診断の動作の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the operation | movement of the equipment diagnosis using a translation error. 故障判定の動作の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of operation | movement of a failure determination. コンプレッサーの音響信号の時系列データの例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the time series data of the acoustic signal of a compressor. コンプレッサーの音データの並進誤差の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the translation error of the sound data of a compressor. 本発明の実施の形態2に係る設備診断システムの論理的な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the logical structure of the equipment diagnostic system which concerns on Embodiment 2 of this invention. 順列エントロピーを用いる設備診断の動作の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of operation | movement of the equipment diagnosis using permutation entropy. コンプレッサーの音データの順列エントロピーの例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the permutation entropy of the sound data of a compressor. 半導体製造装置を診断の対象とする場合の設備診断システムの構成の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a structure of the equipment diagnostic system in case a semiconductor manufacturing apparatus is made into the object of a diagnosis.

符号の説明Explanation of symbols

1 設備診断システム
2 マイク
3 コンプレッサー
4 メッキ処理装置(半導体製造装置)
5 データ保持部
7 表示装置
8 プリンタ装置
10 内部バス
11 制御部
12 主記憶部
13 外部記憶部
14 操作部
15 画面表示部
16 印字出力部
17 送受信部
21 データ取得部
22 埋込ベクトル生成部
23 近接ベクトル抽出部
24 並進誤差演算部
25 中央値演算・平均処理部
26 故障判定部
27 表示処理部
28 実現度数演算部
29 順列エントロピー演算部
30 平均処理部
51 収集時系列データ
52 埋め込みベクトルデータ
53 最近接ベクトルデータ
54 並進誤差データ
55 順列実現度数データ
56 順列エントロピーデータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Equipment diagnostic system 2 Microphone 3 Compressor 4 Plating processing apparatus (semiconductor manufacturing apparatus)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 Data holding part 7 Display apparatus 8 Printer apparatus 10 Internal bus 11 Control part 12 Main memory part 13 External storage part 14 Operation part 15 Screen display part 16 Print output part 17 Transmission / reception part 21 Data acquisition part 22 Embedded vector generation part 23 Proximity Vector extraction unit 24 Translation error calculation unit 25 Median value calculation / average processing unit 26 Failure determination unit 27 Display processing unit 28 Realization frequency calculation unit 29 Permutation entropy calculation unit 30 Average processing unit 51 Collected time series data 52 Embedded vector data 53 Nearest neighbor Vector data 54 Translation error data 55 Permutation realization frequency data 56 Permutation entropy data

Claims (11)

診断の対象となる設備の状態を示す変数であって、時間と共に変動する時系列データを取得するデータ取得ステップと、
前記データ取得ステップで取得した時系列データから、前記設備における前記時系列データが決定論的であるか確率論的であるかの指標となる決定論性を表す値を算出する決定論性算出ステップと、
前記決定論性算出ステップで算出された決定論性を表す値が、所定のしきい値を超えて変化した場合に、前記設備が警告すべき状態であると判定する警告判定ステップと、
を備えることを特徴とする設備診断方法。
A data acquisition step for acquiring time-series data that is a variable indicating the state of equipment to be diagnosed and fluctuates with time;
A deterministic calculation step for calculating a value representing determinism that serves as an indicator of whether the time series data in the facility is deterministic or probabilistic from the time series data acquired in the data acquisition step. When,
A warning determination step for determining that the equipment should be in a warning state when a value representing the determinism calculated in the deterministic calculation step changes beyond a predetermined threshold;
A facility diagnosis method comprising:
前記決定論性を表す値が、前記時系列データから算出される並進誤差であって、
前記決定論性算出ステップは、
前記時系列データからある次元の埋め込みベクトルを算出する埋め込みステップと、
前記埋め込みステップで算出された埋め込みベクトルのうち、ある埋め込みベクトルについて所定の数の最も近接するベクトルを抽出する最近接ベクトル抽出ステップと、
前記最近接ベクトル抽出ステップで抽出した所定の数の最も近接するベクトルの分散である並進誤差を算出する並進誤差算出ステップと、
を含み、
前記警告判定ステップは、
前記設備の正常状態における前記並進誤差が前記所定のしきい値より大きい場合に、前記並進誤差算出ステップで算出された並進誤差が前記所定のしきい値より小さくなったときに、前記設備が警告すべき状態であると判定し、又は
前記設備の正常状態における前記並進誤差が前記所定のしきい値より小さい場合に、前記並進誤差算出ステップで算出された並進誤差が前記所定のしきい値より大きくなったときに、前記設備が警告すべき状態であると判定する、
ことを特徴とする請求項1に記載の設備診断方法。
The value representing the determinism is a translation error calculated from the time series data,
The deterministic calculation step includes
An embedding step for calculating an embedding vector of a certain dimension from the time series data;
A nearest neighbor vector extracting step of extracting a predetermined number of closest vectors for a certain embedded vector among the embedded vectors calculated in the embedding step;
A translation error calculating step for calculating a translation error that is a variance of a predetermined number of the closest vectors extracted in the nearest vector extraction step;
Including
The warning determination step includes:
When the translation error in the normal state of the equipment is larger than the predetermined threshold, the equipment warns when the translation error calculated in the translation error calculation step becomes smaller than the predetermined threshold. When the translation error in the normal state of the equipment is smaller than the predetermined threshold value, the translation error calculated in the translation error calculation step is greater than the predetermined threshold value. When it becomes larger, it is determined that the equipment should be warned.
The equipment diagnosis method according to claim 1, wherein:
前記決定論性を表す値が、前記時系列データから算出される順列エントロピーであって、
前記決定論性算出ステップは、
前記時系列データからある次元の埋め込みベクトルを算出する埋め込みステップと、
前記埋め込みステップで算出された所定の時間における前記時系列データから算出されるすべての前記埋め込みベクトルについて、前記埋め込みベクトルの要素の大小関係が有する順序と同じ順序の度数を累計し、前記所定の時間における前記時系列データから算出されるすべての前記埋め込みベクトルの数に対する相対実現度数として算出する実現度数算出ステップと、
前記埋め込みベクトルの次元の数の順序からなる全ての順列を確率変数とし、前記実現度数算出ステップで算出された前記相対実現度数を確率分布とするエントロピーである順列エントロピーを算出する順列エントロピー算出ステップと、
を含み、
前記警告判定ステップは、
前記設備の正常状態における前記順列エントロピーが前記所定のしきい値より大きい場合に、前記順列エントロピー算出ステップで算出された順列エントロピーが前記所定のしきい値より小さくなったときに、前記設備が警告すべき状態であると判定し、又は
前記設備の正常状態における前記順列エントロピーが前記所定のしきい値より小さい場合に、前記順列エントロピー算出ステップで算出された順列エントロピーが前記所定のしきい値より大きくなったときに、前記設備が警告すべき状態であると判定する、
ことを特徴とする請求項1に記載の設備診断方法。
The value representing the determinism is permutation entropy calculated from the time series data,
The deterministic calculation step includes
An embedding step for calculating an embedding vector of a certain dimension from the time series data;
For all the embedding vectors calculated from the time-series data at the predetermined time calculated in the embedding step, the frequencies in the same order as the order of the magnitude relationship of the elements of the embedding vector are accumulated, and the predetermined time A realization frequency calculating step for calculating as a relative realization frequency with respect to the number of all the embedded vectors calculated from the time series data in
A permutation entropy calculating step for calculating permutation entropy, which is an entropy having a probability distribution of the relative realization frequencies calculated in the realization frequency calculation step, with all permutations consisting of the order of the number of dimensions of the embedded vector as random variables; ,
Including
The warning determination step includes:
When the permutation entropy calculated in the permutation entropy calculating step is smaller than the predetermined threshold when the permutation entropy in the normal state of the equipment is larger than the predetermined threshold, the equipment warns When the permutation entropy in the normal state of the equipment is smaller than the predetermined threshold value, the permutation entropy calculated in the permutation entropy calculation step is greater than the predetermined threshold value. When it becomes larger, it is determined that the equipment should be warned.
The equipment diagnosis method according to claim 1, wherein:
前記診断の対象となる設備の状態を示す変数が、温度センサ、温湿度センサ、風速センサ、液体流量センサ、光ファイバセンサ、圧力センサ、回転センサ、加速度センサ、音響センサ又は振動センサの時系列データのうち少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の設備診断方法。   The variable indicating the state of the equipment to be diagnosed is a time sensor of temperature sensor, temperature / humidity sensor, wind speed sensor, liquid flow sensor, optical fiber sensor, pressure sensor, rotation sensor, acceleration sensor, acoustic sensor or vibration sensor. 4. The facility diagnosis method according to claim 1, wherein at least one of them is included. 5. 前記診断の対象となる設備が回転機を備え、
前記データ取得ステップは、前記設備から音響センサで音響信号を時系列データとして取得し、
前記警告判定ステップは、前記回転機の警告すべき状態を判定する、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の設備診断方法。
The equipment to be diagnosed comprises a rotating machine,
The data acquisition step acquires an acoustic signal as time-series data from the equipment with an acoustic sensor,
The warning determination step determines a state of the rotating machine that should be warned.
The facility diagnosis method according to any one of claims 1 to 3, wherein
診断の対象となる設備の状態を示す変数であって、時間と共に変動する時系列データを取得するデータ取得手段と、
前記データ取得手段で取得した時系列データから、前記設備における前記時系列データが決定論的であるか確率論的であるかの指標となる決定論性を表す値を算出する決定論性算出手段と、
前記決定論性算出手段で算出された決定論性を表す値が、所定のしきい値を超えて変化した場合に、前記設備が警告すべき状態であると判定する警告判定手段と、
を備えることを特徴とする設備診断システム。
A data acquisition means for acquiring time-series data that is a variable indicating a state of equipment to be diagnosed and fluctuates with time;
Deterministicity calculating means for calculating a value representing determinism as an index of whether the time series data in the facility is deterministic or probabilistic from the time series data acquired by the data acquisition means When,
Warning determination means for determining that the equipment should be warned when a value representing determinism calculated by the deterministic calculation means changes beyond a predetermined threshold;
An equipment diagnosis system comprising:
前記決定論性を表す値が、前記時系列データから算出される並進誤差であって、
前記決定論性算出手段は、
前記時系列データからある次元の埋め込みベクトルを算出する埋め込み手段と、
前記埋め込み手段で算出された埋め込みベクトルのうち、ある埋め込みベクトルについて所定の数の最も近接するベクトルを抽出する最近接ベクトル抽出手段と、
前記最近接ベクトル抽出手段で抽出した所定の数の最も近接するベクトルの分散である並進誤差を算出する並進誤差算出手段と、
を含み、
前記警告判定手段は、
前記設備の正常状態における前記並進誤差が前記所定のしきい値より大きい場合に、前記並進誤差算出手段で算出された並進誤差が前記所定のしきい値より小さくなったときに、前記設備が警告すべき状態であると判定し、又は
前記設備の正常状態における前記並進誤差が前記所定のしきい値より小さい場合に、前記並進誤差算出手段で算出された並進誤差が前記所定のしきい値より大きくなったときに、前記設備が警告すべき状態であると判定する、
ことを特徴とする請求項6に記載の設備診断システム。
The value representing the determinism is a translation error calculated from the time series data,
The deterministic calculation means is
Embedding means for calculating an embedding vector of a certain dimension from the time series data;
Of the embedded vectors calculated by the embedding means, a nearest neighbor vector extracting means for extracting a predetermined number of closest vectors for a certain embedded vector;
A translation error calculating means for calculating a translation error which is a variance of a predetermined number of closest vectors extracted by the nearest neighbor vector extracting means;
Including
The warning determination means includes
When the translation error in the normal state of the equipment is larger than the predetermined threshold, the equipment warns when the translation error calculated by the translation error calculation means becomes smaller than the predetermined threshold. When the translation error in the normal state of the equipment is smaller than the predetermined threshold value, the translation error calculated by the translation error calculation means is greater than the predetermined threshold value. When it becomes larger, it is determined that the equipment should be warned.
The equipment diagnosis system according to claim 6.
前記決定論性を表す値が、前記時系列データから算出される順列エントロピーであって、
前記決定論性算出手段は、
前記時系列データからある次元の埋め込みベクトルを算出する埋め込み手段と、
前記埋め込み手段で算出された所定の時間における前記時系列データから算出されるすべての前記埋め込みベクトルについて、前記埋め込みベクトルの要素の大小関係が有する順序と同じ順序の度数を累計し、前記所定の時間における前記時系列データから算出されるすべての前記埋め込みベクトルの数に対する相対実現度数として算出する実現度数算出手段と、
前記埋め込みベクトルの次元の数の順序からなる全ての順列を確率変数とし、前記実現度数算出手段で算出された前記相対実現度数を確率分布とするエントロピーである順列エントロピーを算出する順列エントロピー算出手段と、
を含み、
前記警告判定手段は、
前記設備の正常状態における前記順列エントロピーが前記所定のしきい値より大きい場合に、前記順列エントロピー算出手段で算出された順列エントロピーが前記所定のしきい値より小さくなったときに、前記設備が警告すべき状態であると判定し、又は
前記設備の正常状態における前記順列エントロピーが前記所定のしきい値より小さい場合に、前記順列エントロピー算出手段で算出された順列エントロピーが前記所定のしきい値より大きくなったときに、前記設備が警告すべき状態であると判定する、
ことを特徴とする請求項6に記載の設備診断システム。
The value representing the determinism is permutation entropy calculated from the time series data,
The deterministic calculation means is
Embedding means for calculating an embedding vector of a certain dimension from the time series data;
For all the embedding vectors calculated from the time-series data at the predetermined time calculated by the embedding means, the frequencies in the same order as the order of the magnitude relation of the elements of the embedding vector are accumulated, and the predetermined time Realization frequency calculation means for calculating as relative realization frequency for the number of all the embedded vectors calculated from the time series data in
Permutation entropy calculating means for calculating permutation entropy, which is entropy with all the permutations consisting of the order of the number of dimensions of the embedded vector as random variables and the relative realization frequency calculated by the realization frequency calculating means as a probability distribution; ,
Including
The warning determination means includes
When the permutation entropy calculated by the permutation entropy calculating means is smaller than the predetermined threshold when the permutation entropy in the normal state of the equipment is larger than the predetermined threshold, the equipment warns Or when the permutation entropy in the normal state of the equipment is smaller than the predetermined threshold, the permutation entropy calculated by the permutation entropy calculating means is greater than the predetermined threshold. When it becomes larger, it is determined that the equipment should be warned.
The equipment diagnosis system according to claim 6.
前記診断の対象となる設備の状態を示す変数が、温度センサ、温湿度センサ、風速センサ、液体流量センサ、光ファイバセンサ、圧力センサ、回転センサ、加速度センサ、音響センサ又は振動センサの時系列データのうち少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項6乃至8のいずれか1項に記載の設備診断システム。   The variable indicating the state of the equipment to be diagnosed is a time sensor of temperature sensor, temperature / humidity sensor, wind speed sensor, liquid flow sensor, optical fiber sensor, pressure sensor, rotation sensor, acceleration sensor, acoustic sensor or vibration sensor. The equipment diagnosis system according to any one of claims 6 to 8, wherein at least one of them is included. 前記診断の対象となる設備が回転機を備え、
前記データ取得手段は、前記設備から音響センサで音響信号を時系列データとして取得し、
前記警告判定手段は、前記回転機の警告すべき状態を判定する、
ことを特徴とする請求項6乃至8のいずれか1項に記載の設備診断システム。
The equipment to be diagnosed comprises a rotating machine,
The data acquisition means acquires an acoustic signal as time series data from the equipment with an acoustic sensor,
The warning determination means determines a state of the rotating machine to be warned;
The equipment diagnosis system according to any one of claims 6 to 8, wherein
設備の状態を診断するために、コンピュータを、
診断の対象となる設備の状態を示す変数であって、時間と共に変動する時系列データを取得するデータ取得手段と、
前記データ取得手段で取得した時系列データから、前記設備における前記時系列データの決定論性を表す値を算出する決定論性算出手段と、
前記決定論性算出手段で算出された決定論性を表す値が、所定のしきい値を超えて変化した場合に、前記設備が警告すべき状態であると判定する警告判定手段、
として機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
To diagnose the condition of the equipment,
A data acquisition means for acquiring time-series data that is a variable indicating a state of equipment to be diagnosed and fluctuates with time;
Deterministicity calculating means for calculating a value representing determinism of the time series data in the equipment from the time series data acquired by the data acquisition means,
Warning determination means for determining that the equipment should be in a warning state when a value representing determinism calculated by the deterministic calculation means has changed beyond a predetermined threshold;
A computer program that functions as a computer program.
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