CN115956013A - 信息处理装置、计算机能执行的方法、计算机可读取的存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种信息处理装置，取得与工业机械关联的时间序列的量化数据，将该量化数据分割为由前后关系决定的区间(即，与在数据分析中着眼的现象关联的区间)。然后，计算显示画面中的表示所述分割后的区间内的时间的第一轴的坐标和表示所述区间的分割顺序的第二轴的坐标。然后，在显示画面的第一轴的坐标和第二轴的坐标上绘制在视觉上表现所述量化数据的量的点。

Description

信息处理装置、计算机能执行的方法、计算机可读取的存储介质

技术领域

本发明涉及使与工业机械关联的数据可视化的信息处理装置、使与工业机械关联的数据可视化的计算机能够执行的方法、存储有使与工业机械关联的数据可视化的命令的计算机可读取的存储介质。

背景技术

目前，存在监视工业机械的状态并有效利用于控制的高效化、机械的维护的技术。在这样的技术中，通过收集与工业机械关联的数据，并对收集到的数据进行分析，来掌握机械的状态。

数据分析是指搜索数据中包含的知识的技术。由于数据是数值的罗列，所以难以直接进行该状态下的分析。因此，在数据分析中，将数据表示的大小、变化的倾向改变为图形的大小、朝向，在视觉上容易理解。这被称为数据的可视化，在数据分析领域是非常重要的技术。

通过使数据可视化，容易理解数据，能够进行数据的摘要、数据的掌握、结果的要因分析等。另外，将数据可视化而得到的知识成为数据分析的工具，也能够利用于统计分析、机器学习的模型构建。

在对钢铁设备等制造设备的制造工艺、发电设备的发电工艺、输送设备的输送工艺等各种工艺的异常状态进行诊断的异常诊断装置中，例如在专利文献1中公开了如下内容：例如(1)定义表示制造前的材料的状态、制造前的设备的设定、制造中的设备的状态、制造中和/或制造后的产品的状态等之间的关系的数学式即子模型；(2)计算根据由该子模型计算出的预测值与对应于该预测值的制造工艺的实际值的差分值或比率而计算出的值即脱离指标；(3)生成如下那样的热图：在热图的纵轴方向上按每个子模型显示该计算出的脱离指标，在热图的横轴方向上显示时间推移；(4)使每个子模型的脱离指标的经时变化可视化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2018/235807号

发明内容

发明所要解决的课题

通常，在数据分析中，使数据可视化，通过视觉认知来获得知识(或者，通过前提知识来提高视觉认知)，根据所获得的知识来建立假设，进行进一步的探索和分析。然后，根据分析结果来修改可视化的规格，反复进行新的得到可视化结果的工序。

作为代表性的数据的可视化步骤，有概要显示、放大显示、过滤、详细显示。用户观察数据的概要，关注所需的部分(放大所需的部分)，通过过滤对输入信息进行加工，显示还未显示的详细信息。

这样，在数据分析的初始阶段，观察数据来掌握数据的整体形态。通过使数据自身可视化，并且使与其他数据的关联可视化，能够得到新的认知，对数据的理解加深，涉及机器学习的模型构筑、假设的构筑。

在工业机械的数据分析的领域中，期望使表示工业机械的状态的数据的概要可视化的技术。

用于解决课题的手段

本公开的一个方式是一种信息处理装置，其具备：量化数据取得部，其取得与工业机械关联的时间序列的量化数据；分割处理部，其将时间序列的量化数据分割为由前后关系决定的区间；以及概要图像生成部，其计算表示分割后的区间内的时间的第一轴的坐标和表示区间的分割顺序的第二轴的坐标，在第一轴的坐标和第二轴的坐标上绘制了在视觉上表现量化数据的量的点。

本公开的一个方式是用于使与工业机械关联的数据可视化的计算机能够执行的方法，所述方法使计算机执行如下处理：将与工业机械关联的时间序列的量化数据分割为由前后关系决定的区间；计算表示分割后的区间内的时间的第一轴的坐标和表示区间的分割顺序的第二轴的坐标；生成在第一轴的坐标和第二轴的坐标上绘制了在视觉上表现量化数据的量的点的概要图像；以及使显示装置显示概要图像。

本公开的一个方式是存储有1个或多个处理器能够执行的命令的计算机可读取的存储介质，在执行了命令的情况下，使1个或多个处理器进行如下处理：取得与工业机械关联的时间序列的量化数据；将时间序列的量化数据分割为由前后关系决定的区间；计算表示分割后的区间内的时间的第一轴的坐标和表示单位的分割顺序的第二轴的坐标；以及生成在第一轴的坐标以及第二轴的坐标上绘制了在视觉上表现量化数据的量的点的概要图像。

发明效果

根据本公开，能够将表示工业机械的状态的数据的概要可视化。

附图说明

图1是表示本公开的信息处理装置与外部设备的关系的图。

图2是信息处理装置的硬件结构图。

图3是信息处理装置的框图。

图4是表示加工工序的一例的图。

图5是概要图像的示意图。

图6是表示详细图像的一例的图。

图7是表示重叠了多个波形数据的详细图像的一例的图。

图8是第2公开中的信息处理装置的框图。

图9是表示详细图像的一例的图。

图10是表示不进行预处理而生成的概要图像的一例的图。

图11是表示进行预处理而生成的概要图像的一例的图。

图12是表示作为预处理而实施了FFT时的详细图像的一例的图。

图13是表示不进行FFT以外的预处理而生成的概要图像的一例的图。

图14是表示进行FFT以外的预处理而生成的概要图像的一例的图。

图15是包含空白期间的概要图像的示意图。

图16是表示具备滚动条的概要图像的一例的图。

图17是表示并列显示正常时和异常时的2个概要图像的例子的图。

图18是表示并列显示不同数据的概要图像的例子的图。

具体实施方式

[第一公开]

以下，示出了本公开的信息处理装置1的一例。如图1所示，信息处理装置1从安装于工业机械2的传感器4、工业机械2的控制装置3、或者工业机械自身获取与工业机械2关联的数据。数据可以经由有线或无线网络取得，也可以从闪存等可移动的非易失性存储器取得。

信息处理装置1包括个人计算机、服务器、平板终端、便携电话、数值控制装置等各种装置，但只要是包括运算部和存储部的信息处理装置1即可，并不限定于这些装置。

传感器4包括电流传感器、温度传感器、加速度传感器、位移传感器、声音传感器、颜色传感器、气味传感器等。使用传感器，取得电流、温度、振动、倾斜、动作音、色调、气味等表示工业机械2的状态的数据。传感器4只要能够取得表示工业机械2的状态的数据即可，并不限定于这些数据。

工业机械2的控制装置3有数值控制装置、PLC(Programmable Logic Controller：可编程逻辑控制器)等。另外，也有内置于工业机械2的结构。工业机械2的控制装置3只要是取得工业机械2的数据并控制工业机械2的装置即可，并不限定于此。

如图2所示，信息处理装置1具备整体地控制信息处理装置1的CPU111、记录程序或数据的ROM112、用于暂时展开数据的RAM113，CPU111经由总线120读出ROM112中记录的系统程序，按照系统程序控制信息处理装置1的整体。

非易失性存储器114例如通过未图示的电池进行备份等，即使数值控制装置的电源断开也保持存储状态。在非易失性存储器114中存储经由接口115、119从外部设备121读入的程序、经由输入部30输入的用户操作、从信息处理装置1的各部、工业机械2等取得的各种数据(例如，设定参数、传感器信息等)。

接口115是用于将信息处理装置1与适配器等外部设备121连接的接口115。从外部设备121侧读入程序、各种参数等。另外，在信息处理装置1内编辑的程序、各种参数等能够经由外部设备121存储于外部存储单元(未图示)中。

信息处理装置1经由接口118与显示部40连接。信息处理装置1将后述的概要图像、详细图像显示于显示部40。进行数据的可视化的程序可以存储在非易失性存储器114中，也可以存储在外部记录单元中，还可以经由网络取得。通过信息处理装置1的CPU111执行程序来生成概要图像、详细图像，实现数据的可视化。

[第一公开]

图3是信息处理装置1的框图。信息处理装置1具备：数据取得部11，其取得与工业机械2关联的数据；操作信息取得部12，其取得用户的操作信息；概要图像生成部13，其生成所取得的数据的概要图像；基准波形生成部14，其生成基准波形；详细图像生成部15，其生成详细图像；以及用户提示部16，其使显示部显示概要图像和详细图像。

数据取得部11取得与工业机械2关联的数据。这里取得的数据是时间序列的量化数据。时间序列的量化数据以往在2维平面进行波形显示。在本公开中，将该图像称为波形数据。

概要图像生成部13具备将与工业机械2关联的数据分割为由前后关系确定的区间的分割处理部17。由前后关系确定的区间是指，与在数据分析中关注的现象相关联的区间。以将机床作为工业机械为例，能够将加工的一部分或整体设为1个区间。如图4的上段所示，图4的加工是在立方体的工件W的中心形成槽，在槽的两侧的凸部分别形成各2个螺纹孔的加工。该加工由(1)面切削、(2)槽切削、(3)开孔加工、(4)镗削加工、(5)螺纹切削加工这5个工序构成。

在对进行这样的加工的数据进行分割时，能够在(1)～(5)的各工序中将数据分割为1个区间。

并且，在(1)的面切削中，为了切削工件的上表面而反复进行相同的加工，因此能够将从开始到结束1次切削作为1个区间来分割数据。

在(3)、(4)、(5)的加工中，反复进行按孔的个数的相同加工。因此，在(3)、(4)、(5)的加工中，也能够将加工1个孔的工序作为1个区间来分割数据。

另外，也可以将从开始工件的加工到形成加工物为止的整体(1)～(5)作为1个单位来分割数据。

此外，在着眼于切削开始、切削结束等现象的情况下，也可以仅将着眼的部分切出。

能够基于数据的波形形状来检测出数据的分割位置。例如在机床反复进行一系列的动作的情况下，能够基于数据的上升、下降等数据的特征来分割数据。

另外，也可以基于控制信号来决定分割位置。由与工业机械2连接的PLC(Programmable Logic Controller：可编程逻辑控制器)、数值控制装置、或者工业机械2的控制部发送控制信号。

分割的区间也可以由用户预先指定。例如，在用户着眼于(3)开孔加工的切削结束的数据的情况下，用户指定该区间，仅生成由用户指定的区间的数据的概要图像。

概要图像生成部13生成将分割后的数据按照前后关系排列而成的概要图像。图5是概要图像的一例。图5的概要图像示出了用钻头进行开孔加工时的转矩命令的值的变化。

转矩命令是伺服电动机的速度指令。控制装置反馈伺服电动机的旋转速度，将输出的指令与实际的旋转速度的差分反映到转矩命令中而输出指令。转矩命令不是传感器值而是指令，但根据实际的物理现象来决定，因此在本公开中，视为表示工业机械的状态的数据。

概要图像生成部将横轴(X轴)设为划分内的时间，将纵轴(Y轴)设为分割顺序，在XY平面上绘制转矩命令的大小(量)。图5表示该图像的示意图。用颜色表现转矩命令的量，白色表示切削时的转矩命令接近正常值，蓝色表示转矩命令比正常值低，红色表示转矩命令比正常值高。根据概要图像可知，红色越浓，转矩命令越高于正常值，蓝色越浓，转矩命令越低于正常值。

在图5的概要图像中，在Y＝0上按时间序列绘制第一个分割顺序的数据，在Y＝1上按时间序列绘制第二个分割顺序的数据，在Y＝3上按时间序列绘制第三个分割顺序的数据。在概要图像中，按照分割顺序层叠分割后的数据。越是附图的上侧排列越新的数据，在视觉上表现转矩命令的变化。

在图5中，将从开孔的中途到开孔的结束、下一个开孔的开始和该开孔的结束设为1个区间。开孔的转矩命令在开孔开始时上升，在开孔结束时下降。在图5中，在X＝0的时刻从比较高的转矩命令开始，之后转矩命令下降后，转矩命令再次上升，转矩命令再次下降。

观察图5，在分割顺序为第30个的附近，开孔时的转矩命令的点变小。这是因为进行了工具的更换。观察概要图像，能够取得如下知识：通过工具更换，转矩命令的值接近正常值，通过继续使用工具，转矩命令的值逐渐变大。

数据的变化成为通知工具更换的时期的消息。工业机械的状态的变化出现在数据中，因此通过将数据适当地视觉化，能够根据数据得到知识。

此外，也可以用亮度、点的大小来表现转矩命令的值。另外，也可以生成3维图像，以3维的高度表现转矩命令的大小。转矩命令的值的显示方法只要能够在视觉上表现即可，没有特别限定。此外，将用颜色表现转矩命令的值的图像称为热图图像。

详细图像生成部15根据来自用户的指示来生成详细图像。图6是详细图像的一例。在该详细图像中，将图像的横轴(X轴)设为区间内的时间，在图像的纵轴(Y轴)上绘制转矩命令的量。

在图6中，显示表示转矩命令的推移的波形20。在图6中，除了用户指示了详细显示的转矩命令以外，还显示有基准波形21。基准波形21例如是Y＝0时的转矩命令的波形。通过显示多个波形，能够与其他数据进行比较。

另外，在详细显示中，也可以用线的粗细、颜色来强调显示基准波形21。另外，也可以标注箭头等预定的记号来进行强调显示。强调显示的方法没有特别限定。

另外，基准波形并不限定于Y＝0的波形。可以将全部波形的平均值作为基准波形21，也可以将更换工具时的波形作为基准波形21。

如果使用图6所示的详细图像，则能够在视觉上显示转矩命令的正确的值。如图6所示，若将详细图像与概要图像排列显示，则能够在视觉确认各波形的变化的同时准确地判断转矩命令的量。通过用概要图像表示数据的整体形态，用详细图像显示应关注的部位，能够加深数据的理解。

而且，还能够从详细图像中选择概要图像。图7是重叠了多个波形数据的详细图像。在图7的详细图像中，由于重叠有几个波形数据，因此难以区分波形而进行视觉辨认。因此，通过选择所关注的波形并显示观测到该波形前后的概要图像，能够在视觉上掌握想要分析的数据的前后的变化。

在第一公开中，将时间序列的量化数据按照前后关系相等的区间进行分割，一边使数据的量可视化一边上下排列，由此提供能够在视觉上掌握数据的整体形态的概要图像。

[第二公开]

图8是第二公开中的信息处理装置1的框图。信息处理装置1具备：数据取得部11，其取得与工业机械2关联的数据；操作信息取得部12，其取得用户的操作信息；基准波形生成部14，其生成基准波形；预处理部18，其对所取得的数据实施预处理；概要图像生成部13，其生成所取得的数据的概要图像；基准波形生成部14，其生成基准波形；详细图像生成部15，其生成所取得的数据的详细图像；以及用户提示部16，其使显示部40显示概要图像和详细图像。

在此，数据取得部11、操作信息取得部12、基准波形生成部14、详细图像生成部15、用户提示部16与图3所示的第一公开的信息处理装置1的相同，因此省略其说明。

第二公开中的信息处理装置1具备数据的预处理部18。预处理部18进行移动平均计算、频率计算、与基准波形的差分计算等。

移动平均是指，在时间序列数据中，一边使区间错开一边求出每一个的某恒定区间的平均值。若使用移动平均来生成图表，则能够得到表示长期的倾向的平滑的曲线。最简单的移动平均通过计算最近数据的单纯相加平均来求出。具体而言，是从成为想要求出移动平均的中心的数据加上前后几个数据并取平均的方法。如果取移动平均，则波形被平滑化，能够在维持原来的数据的特征的同时，得到某种程度的平滑的数据。虽然在工业机械的数据中加入噪声，但如果取移动平均，则噪声被平滑化，数据的视觉辨认性提高。

图9是某数据的详细图像。由于在该数据中加入了噪声，所以数据细微地上下变化。若不进行预处理而根据该数据生成概要图像，则如图10所示。若不进行预处理，则成为纵向的棒状的线沿横向排列的图像。若进行数据的平滑化、数据插补、或者正规化、标准化、对数变换等预处理，则如图11所示，生成从图的下方往上方逐渐成为淡色的渐变。由此，能够在视觉上表现在不进行预处理的详细图像中难以掌握的细微的数据的变化。

在频率计算中，例如进行FFT(Fast Fourier Transform：快速傅立叶变换)。概要图像生成部将频率设为横轴(X轴)，将数据的分割顺序设为纵轴(Y轴)，生成以颜色、点的大小表现各频率的等级的概要图像。

与工业机械相关的波形有时是从构成机械的各部位产生的各个振动合在一起的波形。从各部位产生的振动与哪个频率位置对应是由机械的构造决定的。当使用FFT进行频率分解时，通过研究在哪个频率的等级中产生了多少变化、或者该频率是从哪个部位产生的频率，能够推定异常原因以及该部位。

图12是作为预处理而实施了FFT时的详细图像的例子。图12是对某数据实施FFT时的详细图像的例子。图12的纵轴表示FFT后的数据的等级，图12的横轴表示频率。当将该数据变换为热图(概要图像)时，如图13所示，在左端稍微观察到纵长的渐变状的变化，但在剩余的频带中成为没有浓淡的单色，无法在视觉上掌握数据的变化。

在此，若进行数据的平滑化、数据插补、或者正规化、标准化、对数变换等预处理，则如图14所示，在纵轴的左端和右端产生单色的部分，在其间的频率生成从图的下方向上方逐渐成为淡色的渐变。由此，能够在视觉上表现在图13的详细图像中难以掌握的细微的数据的变化。

在与工业机械2关联的数据中，有时进行预处理时将数据的特性明确化。第二公开中的信息处理装置1通过对数据进行预处理，生成视觉辨认性更高的概要图像。

[第三公开]

在第三公开中，进行与基准波形的差分的显示。在与基准波形的差分的计算中，将适当的波形设定为基准波形，计算与绘制的波形的差分，将图像的横轴(X轴)设为区间内的时间，将图像的纵轴(Y轴)作为分割顺序，将差分的大小(量)绘制在XY平面上，生成概要图像。

在将Y＝0设为基准波形的情况下，针对开孔时的转矩命令，在取得与基准波形的差分的情况下，在有分割顺序的地方(例如在第30个附近)，与基准波形的差分有时会突然变大。这认为是由于进行了工具的更换。

与基准波形的差分的范围比原始数据的范围窄。由于范围变窄，因此也能够表现细微的变化。

在本公开中，将Y＝0的波形设为基准波形，但也可以将全部波形的平均值设为基准波形，或者也可以将更换工具时的波形设为基准波形。将哪个波形设为基准波形没有特别限定。

[第四公开]

在第四公开中的图15的概要图像中，在图像与图像之间存在空白部分。该空白部分表示空白期间。在使工业机械动作的情况下，有时从取得第一个波形组到取得第二个波形组为止产生1天、从第二个波形组到取得第三个波形组为止产生1个月等数据中断续的部分。在这样的情况下，概要图像生成部基于测量到数据的时刻，在图像与图像之间设置空白部分，由此表示空白期间。

[第五公开]

在第五公开中，作为由前后关系决定的区间，以某时间为单位分割数据。时间单位可以是1分钟、1小时、1天，只要是视觉上容易观察的长度就没有特别限定。也可以构成为用户指定数据分割的时间单位。

例如，带式输送机以固定的速度连续地运转。若以预定的时间为单位分割持续测量出的带式输送机的电动机的转矩，并进行概要显示，则在视觉上表现连续记录的数据的概要。在图16的例子中，在显示画面的左侧记载有取得数据的日期时间，在显示画面的右侧设置有滚动条。滚动条是使概要图像的显示范围变更的画面上的要素。当操作滚动条时，画面上下移动，所显示的数据根据画面的移动而变化。在第五公开中，通过使画面上下移动而在感觉上表现时间的流逝。

[第六公开]

第六公开是并列显示2个概要图像的例子。例如，图17并列显示发生了不良情况时的概要图像和正常动作时的概要图像。在2个图像的左侧记载有取得数据的日期时间，在显示画面的右侧设置有滚动条。通过按时间序列比较正常的数据和发生了不良情况的数据，能够确认在数据成为怎样的状态时发生不良情况。

另外，图18并列显示不同的2个数据的概要图像。例如，通过如转矩命令的电动机的温度那样并列显示不同的2个数据，能够按时间序列比较相对于一方的数据的另一方的数据的变化。

此外，也可以并列显示2个以上的数据，在视觉上表现多个数据的关系。

另外，也可以对振动数据等实施FFT，并列显示低频区域、中频区域、高频区域的等级的概要图像。由此，能够按时间序列比较与各频域对应的要素(电动机、连接器、齿轮、轴承等)的状态。

如以上说明的那样，本公开所涉及的信息处理装置通过将与工业机械关联的时间序列的量化数据分割为由前后关系决定的区间，并将分割后的数据在2维坐标的上下排列地绘制，从而能够在视觉上掌握时间序列数据的时间变化和数据的量的变化，数据的视觉辨认性提高。

附图标记说明

1信息处理装置

2工业机械

3控制装置

4传感器

11数据取得部

12操作信息取得部

13概要图像生成部

14基准波形生成部

15详细图像生成部

16用户提示部

17分割处理部

18预处理部

30输入部

40显示部。

Claims (12)

1.一种信息处理装置，其特征在于，

所述信息处理装置具备：

量化数据取得部，其取得与工业机械关联的时间序列的量化数据；

分割处理部，其将所述时间序列的量化数据分割为由前后关系决定的区间；以及

概要图像生成部，其计算表示分割后的所述区间内的时间的第一轴的坐标和表示所述区间的分割顺序的第二轴的坐标，在所述第一轴的坐标和所述第二轴的坐标上绘制了在视觉上表现所述量化数据的量的点。

2.根据权利要求1所述的信息处理装置，其特征在于，

所述概要图像是在视觉上用颜色来表现所述量化数据的量的热图图像。

3.根据权利要求1所述的信息处理装置，其特征在于，

所述分割处理部基于工业机械的工序来分割所述时间序列的量化数据。

4.根据权利要求1所述的信息处理装置，其特征在于，

所述概要图像生成部在所述量化数据的时间序列中存在断续的部分的情况下，在视觉上表现基于测量到所述量化数据的时刻的间隔。

5.根据权利要求1所述的信息处理装置，其特征在于，

所述信息处理装置具备对所述时间序列的量化数据实施预处理的预处理部，

概要图像生成部基于实施了所述预处理的量化数据，生成所述概要图像。

6.根据权利要求5所述的信息处理装置，其特征在于，

所述预处理是移动平均计算、频率计算、与基准值的差分计算中的至少一个或这些计算的组合。

7.根据权利要求1所述的信息处理装置，其特征在于，

所述概要图像生成部使所述概要图像沿着所述第二轴移动，将使所述概要图像的显示范围变更的要素附加到所述概要图像。

8.根据权利要求1所述的信息处理装置，其特征在于，

详细图像生成单元，其生成详细图像，该详细图像包含在基于分割后的所述区间内的时间位置的第一坐标上绘制所述量化数据的量而生成的波形，

在用户指定了所述概要图像的点的情况下，强调显示与所述用户指定的概要图像的点对应的详细图像的点。

9.根据权利要求8所述的信息处理装置，其特征在于，

在所述详细显示中，强调显示绘制了预定的基准值的基准波形。

10.根据权利要求1所述的信息处理装置，其特征在于，

所述量化数据是伺服电动机的驱动信息。

11.一种计算机能够执行的方法，用于使与工业机械关联的数据可视化，其特征在于，

所述方法使计算机执行如下处理：

将与所述工业机械关联的时间序列的量化数据分割为由前后关系决定的区间；

计算表示分割后的所述区间内的时间的第一轴的坐标和表示所述区间的分割顺序的第二轴的坐标；

生成在所述第一轴的坐标和所述第二轴的坐标上绘制了在视觉上表现所述量化数据的量的点的概要图像；以及

使显示装置显示所述概要图像。

12.一种计算机可读取的存储介质，该存储介质存储有1个或多个处理器能够执行的命令，其特征在于，

在执行了所述命令的情况下，所述命令使所述1个或多个处理器进行如下处理：

取得与工业机械关联的时间序列的量化数据；

将所述时间序列的量化数据分割为由前后关系决定的区间；

计算表示分割后的所述区间内的时间的第一轴的坐标和表示所述单位的分割顺序的第二轴的坐标；以及

生成在所述第一轴的坐标以及所述第二轴的坐标上绘制了在视觉上表现所述量化数据的量的点的概要图像。

Images