DE112018007712T5

DE112018007712T5 - Datenverarbeitungseinrichtung und datenverarbeitungsverfahren

Info

Publication number: DE112018007712T5
Application number: DE112018007712.8T
Authority: DE
Inventors: Takaaki Nakamura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-07-03
Filing date: 2018-07-03
Publication date: 2021-04-08
Also published as: KR20210002748A; TWI727289B; WO2020008533A1; CN112368683B; KR102238867B1; JPWO2020008533A1; US20210096556A1; CN112368683A; TW202006488A; JP6786016B2; US11294364B2

Abstract

Die Datenverarbeitungseinrichtung umfasst: eine Extraktionsbedingung-Eingabeeinheit (101), die eine Eingabe von Wellenformdaten, enthaltend einen Änderungspunkt eines Zustands einer Einrichtung, Parameterinformationen über die Wellenformdaten und Übergangsinformationen der Einrichtung empfängt; eine Ähnlichkeitsberechnungseinheit (105), die eine Ähnlichkeit zwischen Zeitreihendaten der Einrichtung und den Wellenformdaten berechnet; eine Betriebsmodus-Bestimmungseinheit (107), die den Zustand der Einrichtung festlegt auf Grundlage der Übergangsinformationen der Einrichtung; eine Änderungspunkt-Erfassungseinheit (106), die den Änderungspunkt aus den Zeitreihendaten der Einrichtung erfasst auf Grundlage der berechneten Ähnlichkeit und des bestimmten Zustands der Einrichtung, und eine Startzeit eines Segments, das eine Teilfolge der Zeitreihendaten ist, und eine Endzeit des Segments einstellt; und eine Informationen-Ausgabeeinheit (108), die als Segmentinformation den Zustand der Einrichtung, die Startzeit des Segments und die Endzeit des Segments ausgibt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Technik zum Analysieren von Zeitreihendaten.
HINTERGRUND ZUM STAND DER TECHNIK
Ein Steuersystem zum Steuern eines Anlagenprozesses ist in einem Kraftwerk wie einem Wärmekraftwerk, einem Wasserkraftwerk oder einem Kernkraftwerk, einem Chemiewerk, einem Eisen- und Stahlwerk oder einer Wasserversorgungs- und Abwasserentsorgungsanlage eingeführt. Ein Steuersystem zum Steuern von Klimatisierung, Elektrizität, Beleuchtung, Wasserversorgung und Wasserentsorgung usw. ist auch in Einrichtungen wie Gebäuden und Fabriken eingeführt. In diesen Steuersystemen werden verschiedene Arten von Zeitreihendaten akkumuliert, die im Laufe der Zeit von einem an eine Einrichtung angebrachten Sensor beobachtet werden.
In ähnlicher Weise werden in einem Informationssystem, das sich auf Wirtschaft oder Verwaltung bezieht, Zeitreihendaten akkumuliert, in denen Werte wie Aktienkurse oder Verkäufe im Laufe der Zeit aufgezeichnet werden.
Konventionell gibt es eine Technik zum Analysieren des Zustands einer Anlage, Ausrüstung oder Verwaltung durch Analysieren von Wertänderungen der Zeitreihendaten. Als ein Verfahren zum Analysieren des Zustands der Anlage, Ausrüstung oder Verwaltung werden Zeitreihendaten zum Beispiel in Teilfolgen (im Folgenden als Segmente bezeichnet) nach Betriebsmoden der Anlage oder Ausrüstung unterteilt, und durch Vergleich von Segmenten desselben Betriebsmodus wird der Grad der Abweichung der Daten oder die Tendenz der Daten beurteilt, um eine Anomalie oder Beeinträchtigung der Ausrüstung zu bestimmen.
Beispielsweise wird in Patentliteratur 1 eine Datenanalyseeinrichtung offengelegt, die Daten in jedem Fertigungsprozess analysiert, die sich auf eine Vielzahl von Produkten beziehen. In einem Fall, in dem es sich bei den Daten in jedem Fertigungsprozess um Zeitreihendaten handelt, die entlang der Zeitachse variieren oder variieren können, unterteilt die Einrichtung die Zeitreihendaten entlang der Zeitachse auf Grundlage einer Ereignisauftretenszeit in einem Zeitplan des Fertigungsprozesses, in dem die Zeitreihendaten erzeugt werden, und berechnet einen Merkmalswert für das unterteilte Segment.
Liste zitierter Schriften
Patentliteratur
Patentliteratur 1: JP 2004-318273 A
Kurzfassung der Erfindung
Technisches Problem
Um ein Segment für jedes der durch die Unterteilung des Fertigungsprozesses erzeugten Ereignisse zu extrahieren, muss die oben in Patentliteratur 1 beschriebene Datenanalyseeinrichtung Ereignisinformationen erwerben, die den Zeitpunkt angeben, zu dem das Ereignis in dem Zeitplan des Fertigungsprozesses auftritt. Daher hat die in Patentliteratur 1 offen gelegte Datenanalyseeinrichtung das Problem, dass das Segment des Ereignisabschnitts nicht extrahiert werden kann, wenn keine Ereignisinformationen vorliegen.
Die vorliegende Erfindung wurde realisiert, um die oben genannten Probleme zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Segment für jeden Betriebsmodus genau zu extrahieren, auch wenn keine Ereignisinformationen vorliegen, die einen Ereigniseintretenszeitpunkt anzeigen.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Die Datenverarbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: eine Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit zum Empfangen einer Eingabe von Wellenformdaten, enthaltend einen Änderungspunkte eines Zustands einer Einrichtung, Parameterinformationen über die Wellenformdaten und Übergangsinformationen der Einrichtung; eine Ähnlichkeitsberechnungseinheit zum Berechnen einer Ähnlichkeit zwischen Zeitreihendaten der Einrichtung und den von der Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit empfangenen Wellenformdaten; eine Betriebsmodus-Bestimmungseinheit zum Festlegen des Zustands der Einrichtung auf Grundlage der von der Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit empfangenen Übergangsinformationen der Einrichtung; eine Änderungspunkt-Erfassungseinheit zum Erfassen des Änderungspunkts aus den Zeitreihendaten der Einrichtung auf Grundlage der durch die Ähnlichkeitsberechnungseinheit berechneten Ähnlichkeit und des durch die Betriebsmodus-Bestimmungseinheit bestimmten Zustands der Einrichtung, und Einstellen einer Startzeit eines Segments, das eine Teilfolge der Zeitreihendaten ist, und einer Endzeit des Segments; und eine Informationen-Ausgabeeinheit zum Ausgeben, als Segmentinformation, des Zustands der Einrichtung, der Startzeit des Segments und der Endzeit des Segments.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Segment für jeden Betriebsmodus genau zu extrahieren, auch wenn keine Ereignisinformationen vorliegen, die einen Ereigniseintretenszeitpunkt anzeigen.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, darstellend eine Konfiguration einer Datenverarbeitungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
2A und 2B sind Diagramme, die ein Hardwarekonfigurationsbeispiel der Datenverarbeitungseinrichtung zeigen.
3 ist ein Diagramm, darstellend ein Beispiel von Zeitreihendaten der Datenverarbeitungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
4 ist ein Diagramm, darstellend Wellenformdaten an einem Änderungspunkt der Datenverarbeitungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
5 ist ein Diagramm, darstellend eine Parameterliste der Datenverarbeitungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
6 ist ein Diagramm, darstellend Betriebsmodus-Übergangsinformationen der Datenverarbeitungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
7 ist ein Flussdiagramm, darstellend eine Operation der operationellen Verarbeitung der Datenverarbeitungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
8 ist ein Diagramm, darstellend ein Ausgabebeispiel von Ähnlichkeitszeitreihen der Datenverarbeitungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
9 ist ein Diagramm, darstellend das Konzept von Anomalie-Bestimmungsverarbeitung und Beeinträchtigung-Bestimmungsverarbeitung durch die Bestimmungseinheit der Datenverarbeitungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
10 ist ein Blockdiagramm, darstellend eine Konfiguration einer Datenverarbeitungseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
11 ist ein erläuterndes Diagramm, darstellend eine Verarbeitungsoperation einer GUI der Datenverarbeitungseinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform.
12 ist ein Flussdiagramm, darstellend eine Operation einer Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit der Datenverarbeitungseinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform.

Beschreibung von Ausführungsformen
Um die vorliegende Erfindung detaillierter zu beschreiben, werden nun Formen zur Ausführung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Blockdiagramm, darstellend die Konfiguration einer Datenverarbeitungseinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform.
Die Datenverarbeitungseinrichtung 100 umfasst eine Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit 101, eine Extrahierungsbedingung-Speichereinheit 102, eine Zeitreihendaten-Eingabeeinheit 103, eine Segment-Extrahierungseinheit 104, eine Bestimmungseinheit 109 und eine Bestimmungsergebnis-Ausgabeeinheit 110. Darüber hinaus umfasst die Segment-Extrahierungseinheit 104 eine Ähnlichkeitsberechnungseinheit 105, eine Änderungspunkt-Erfassungseinheit 106, eine Betriebsmodus-Bestimmungseinheit 107 und eine Informationen-Ausgabeeinheit 108.
In 1 sind die Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit 101 und die Extrahierungsbedingung-Speichereinheit 102 eingerichtet, um Vorbereitungsverarbeitung durchzuführen, bevor die Datenverarbeitungseinrichtung 100 Erfassungsverarbeitung startet. Darüber hinaus sind die Zeitreihendaten-Eingabeeinheit 103, die Segment-Extrahierungseinheit 104, die Bestimmungseinheit 109 und die Bestimmungsergebnis-Ausgabeeinheit 110 eingerichtet, operationelle Verarbeitung durchführen zum, beim Empfangen einer Eingabe von Zeitreihendaten, Extrahieren von Teilfolgen (im Folgenden als Segmente bezeichnet) nach Betriebsmoden einer zu analysierenden Einrichtung, und Bestimmen von Anomalie oder Beeinträchtigung der zu analysierenden Einrichtung.
Die Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit 101 empfängt eine Eingabe einer Segment-Extrahierungsbedingung. Die Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit 101 speichert die empfangene Segment-Extrahierungsbedingung in der Extrahierungsbedingung-Speichereinheit 102. Die Segment-Extrahierungsbedingung enthält Wellenformdaten an Änderungspunkt (Wellenformdaten), Parameterliste (Parameterinformationen) und Betriebsmodus-Übergangsinformationen (Übergangsinformationen der Einrichtung). Die oben beschriebene Segment-Extrahierungsbedingung wird später im Detail beschrieben. Die Extrahierungsbedingung-Speichereinheit 102 ist ein Speicherbereich, der die Segment-Extrahierungsbedingung speichert.
Die Zeitreihendaten-Eingabeeinheit 103 empfängt eine Eingabe von Zeitreihendaten der zu analysierenden Einrichtung. Die Zeitreihendaten-Eingabeeinheit 103 gibt die empfangenen Zeitreihendaten an die Ähnlichkeitsberechnungseinheit 105 der Segment-Extrahierungseinheit 104 aus.
Bei den Zeitreihendaten handelt es sich um eine Folge von Werten, die durch sequentielles Beobachten der zu analysierenden Einrichtung im Laufe der Zeit erhalten werden. Hier werden als ein Beispiel die Zeitreihendaten der zu analysierenden Einrichtung beschrieben, wobei die Zeitreihendaten beliebige Daten sein können. Dabei kann es sich beispielsweise um Zeitreihendaten handeln, die in einem Steuersystem zum Steuern eines Prozesses eines Kraftwerks wie beispielsweise eines Wärmekraftwerks, eines Wasserkraftwerks oder eines Kernkraftwerks, eines Chemiewerks, eines Eisen- und Stahlwerks oder einer Wasserversorgungs- und Abwasserentsorgungsanlage akkumuliert werden. Darüber hinaus kann es sich zum Beispiel um Zeitreihendaten handeln, die in einem Steuersystem zum Steuern von Klimatisierung, Elektrizität, Beleuchtung, Wasserversorgung und Abwasserentsorgung usw. in Einrichtungen (z.B. Gebäuden und Fabriken) akkumuliert werden. Darüber hinaus kann es sich zum Beispiel um Zeitreihendaten handeln, die in einer Einrichtung auf einer Fertigungsstraße, einer an einem Automobil angebrachten Einrichtung, einer auf einem Eisenbahnwaggon montierten Einrichtung oder dergleichen akkumuliert sind. Ferner kann es sich um Zeitreihendaten handeln, die in einem Informationssystem bezüglich Wirtschaft oder Verwaltung akkumuliert sind. Ein spezifisches Beispiel für die Zeitreihendaten wird später beschrieben.
Die Segment-Extrahierungseinheit 104 extrahiert ein Segment aus den Zeitreihendaten, die von der Zeitreihendaten-Eingabeeinheit 103 empfangen werden, in Übereinstimmung mit der Segment-Extrahierungsbedingung, die in der Extrahierungsbedingung-Speichereinheit 102 gespeichert ist.
Insbesondere berechnet die Ähnlichkeitsberechnungseinheit 105 die Ähnlichkeit zu jeder Zeit zwischen den eingegebenen Zeitreihendaten und Wellenformdaten an jedem Änderungspunkt, der in der Extrahierungsbedingung-Speichereinheit 102 gespeichert ist. Die Ähnlichkeitsberechnungseinheit 105 gibt die Zeitreihendaten und die berechnete Ähnlichkeit an die Änderungspunkt-Erfassungseinheit 106 aus. Die Änderungspunkt-Erfassungseinheit 106 erfasst den Änderungspunkt des Zustands der Zeitreihendaten auf Grundlage der eingegebenen Ähnlichkeit. Die Änderungspunkt-Erfassungseinheit 106 gibt Informationen über den erfassten Änderungspunkt und Informationen über den Betriebsmodus der Einrichtung an die Informationen-Ausgabeeinheit 108 aus.
Die Betriebsmodus-Bestimmungseinheit 107 bezieht sich auf die Betriebsmodus-Übergangsinformationen, die in der Extrahierungsbedingung-Speichereinheit 102 gespeichert sind, und legt den aktuellen Betriebsmodus der Einrichtung und den nächsten Betriebsmodus fest, in den der aktuelle Betriebsmodus übergehen kann. Es ist zu beachten, dass die Betriebsmodus-Bestimmungseinheit 107 eine Vielzahl von nächsten Betriebsmoden festlegen kann. Die Änderungspunkt-Erfassungseinheit 106 erfasst einen Änderungspunkt auf Grundlage des aktuellen Betriebsmodus der Einrichtung und des nächsten Betriebsmodus der Einrichtung, die durch die Betriebsmodus-Bestimmungseinheit 107 festgelegt sind.
Wenn die Information über den Änderungspunkt und die Information über den Betriebsmodus der Einrichtung von der Änderungspunkt-Erfassungseinheit 106 empfangen werden, gibt die Informationen-Ausgabeeinheit 108 den aktuellen Betriebsmodus, die Segmentstartzeit und die Segmentendzeit als Segmentinformation an die Bestimmungseinheit 109 aus. Die Bestimmungseinheit 109 analysiert die eingegebenen Segmentinformationen und bestimmt eine Anomalie der Einrichtung, eine Beeinträchtigung der Einrichtung oder dergleichen auf Grundlage des Grads der Abweichung der Daten, der Tendenz der Daten oder dergleichen. Die Bestimmungseinheit 109 gibt das Bestimmungsergebnis an die Bestimmungsergebnis-Ausgabeeinheit 110 aus. Die Bestimmungsergebnis-Ausgabeeinheit 110 gibt das eingegeben Bestimmungsergebnis nach außen aus.
Als nächstes wird ein Hardware-Konfigurationsbeispiel für die Datenverarbeitungseinrichtung 100 beschrieben.
2A und 2B sind Diagramme, die ein Hardware-Konfigurationsbeispiel der Datenverarbeitungseinrichtung 100 zeigen.
Die Funktionen der Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit 101, der Zeitreihendaten-Eingabeeinheit 103, der Ähnlichkeitsberechnungseinheit 105, der Änderungspunkt-Erfassungseinheit 106, der Betriebsmodus-Bestimmungseinheit 107, der Informationen-Ausgabeeinheit 108, der Bestimmungseinheit 109 und der Bestimmungsergebnis-Ausgabeeinheit 110 in der Datenverarbeitungseinrichtung 100 sind durch eine Verarbeitungsschaltung implementiert. Das heißt, die Datenverarbeitungseinrichtung 100 umfasst eine Verarbeitungsschaltung zur Implementierung der oben genannten Funktionen. Die Verarbeitungsschaltung kann eine Verarbeitungsschaltung 100a sein, bei der es sich um dedizierte Hardware handelt, wie in 2A gezeigt, oder ein Prozessor 100b, der ein in einem Speicher 100c gespeichertes Programm ausführt, wie in 2B gezeigt.
In einem Fall, in dem die Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit 101, die Zeitreihendaten-Eingabeeinheit 103, die Ähnlichkeitsberechnungseinheit 105, die Änderungspunkt-Erfassungseinheit 106, die Betriebsmodus-Bestimmungseinheit 107, die Informationen-Ausgabeeinheit 108, die Bestimmungseinheit 109 und die Bestimmungsergebnis-Ausgabeeinheit 110 durch dedizierte Hardware implementiert sind, wie in 2A gezeigt, ist die Verarbeitungsschaltung 100a z.B. eine Einzelschaltung, eine zusammengesetzte Schaltung, ein programmierter Prozessor, ein parallelprogrammierter Prozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA) oder eine Kombination einiger dieser Schaltungen. Die Funktionen der Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit 101, der Zeitreihendaten-Eingabeeinheit 103, der Ähnlichkeitsberechnungseinheit 105, der Änderungspunkt-Erfassungseinheit 106, der Betriebsmodus-Bestimmungseinheit 107, der Informationen-Ausgabeeinheit 108, der Bestimmungseinheit 109 und der Bestimmungsergebnis-Ausgabeeinheit 110 können durch eine entsprechende von Verarbeitungsschaltungen implementiert sein oder können kollektiv durch eine einzige Verarbeitungsschaltung implementiert sein.
In einem Fall, in dem die Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit 101, die Zeitreihendaten-Eingabeeinheit 103, die Ähnlichkeitsberechnungseinheit 105, die Änderungspunkt-Erfassungseinheit 106, die Betriebsmodus-Bestimmungseinheit 107, die Informationen-Ausgabeeinheit 108, die Bestimmungseinheit 109 und die Bestimmungsergebnis-Ausgabeeinheit 110 durch den Prozessor 100b wie in 2B dargestellt implementiert sind, sind die Funktionen der jeweiligen Einheiten durch Software, Firmware oder eine Kombination aus Software und Firmware implementiert. Die Software und Firmware sind als Programme beschrieben und im Speicher 72 gespeichert. Der Prozessor 100b implementiert die Funktionen der Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit 101, der Zeitreihendaten-Eingabeeinheit 103, der Ähnlichkeitsberechnungseinheit 105, der Änderungspunkt-Erfassungseinheit 106, der Betriebsmodus-Bestimmungseinheit 107, der Informationen-Ausgabeeinheit 108, der Bestimmungseinheit 109 und der Bestimmungsergebnis-Ausgabeeinheit 110 durch Lesen und Ausführen von Programmen, die in dem Speicher 100c gespeichert sind. Das heißt, die Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit 101, die Zeitreihendaten-Eingabeeinheit 103, die Ähnlichkeitsberechnungseinheit 105, die Änderungspunkt-Erfassungseinheit 106, die Betriebsmodus-Bestimmungseinheit 107, die Informationen-Ausgabeeinheit 108, die Bestimmungseinheit 109 und die Bestimmungsergebnis-Ausgabeeinheit 110 enthalten Speicher 100c zum Speichern von Programmen, um schließlich die später in 7 beschriebenen Schritte auszuführen, wenn diese durch den Prozessor 100b ausgeführt werden. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass diese Programme einen Computer veranlassen, die Vorgänge oder Verfahren der Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit 101, der Zeitreihendaten-Eingabeeinheit 103, der Ähnlichkeitsberechnungseinheit 105, der Änderungspunkt-Erfassungseinheit 106, der Betriebsmodus-Bestimmungseinheit 107, der Informationen-Ausgabeeinheit 108, der Bestimmungseinheit 109 und der Bestimmungsergebnis-Ausgabeeinheit 110 auszuführen.
Hier ist der Prozessor 100b zum Beispiel eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), eine Verarbeitungseinrichtung, eine Berechnungseinrichtung, ein Prozessor, ein Mikroprozessor, ein Mikrocomputer, oder ein digitaler Signalprozessor (DSP).
Der Speicher 100c ist zum Beispiel ein nichtflüchtiger oder flüchtiger Halbleiterspeicher, beispielsweise ein Direktzugriffsspeicher (Random Access Memory, RAM), ein Festwertspeicher (Read Only Memory, ROM), ein Flash-Speicher, ein löschbarer programmierbarer ROM (Erasable Programmable ROM, EPROM) oder ein elektrischer EPROM (Electrically EPROM, EEPROM); eine Magnetplatte, beispielsweise eine Festplatte oder eine flexible Platte, oder eine optische Platte, beispielsweise eine Mini-Disc, eine Compact Disc (CD) oder eine DVD (digital versatile disk).
Es ist zu beachten, dass ein Teil der Funktionen der Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit 101, der Zeitreihendaten-Eingabeeinheit 103, der Ähnlichkeitsberechnungseinheit 105, der Änderungspunkt-Erfassungseinheit 106, der Betriebsmodus-Bestimmungseinheit 107, der Informationen-Ausgabeeinheit 108, der Bestimmungseinheit 109 und der Bestimmungsergebnis-Ausgabeeinheit 110 durch dedizierte Hardware implementiert sein kann, und ein anderer Teil durch Software oder Firmware implementiert sein kann. Wie oben beschrieben kann die Verarbeitungsschaltung der Datenverarbeitungseinrichtung 100 die oben genannten Funktionen durch Hardware, Software, Firmware oder eine Kombination davon implementieren.
Als nächstes wird ein Beispiel für die in die Zeitreihendaten-Eingabeeinheit 103 eingegebenen Zeitreihendaten unter Bezugnahme auf 3 erläutert.
3 ist ein Diagramm, darstellend ein Beispiel von Zeitreihendaten der Datenverarbeitungseinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform.
In einer High-Mix/Low-Volume-Produktionslinie werden mehrere Typen von Produkten mit unterschiedlichen Spezifikationen auf derselben Produktionslinie hergestellt. Der Fertigungsvorgang von Produkten umfasst eine Vielzahl von Prozessen, und eine Einrichtung zur Fertigung von Produkten wechselt den Betrieb gemäß einer Rezeptur. Die durch einen Sensor gemessenen Daten, der in der in der Produktionslinie genutzten Einrichtung installiert ist, zeigen für jeden Prozess eine charakteristische Wellenform. Wenn sich der Fertigungsvorgang ändert, ändern sich die Wellenform selbst, die Dauer und die Reihenfolge des Erscheinens der Wellenform für jeden Prozess und dergleichen. Die Zeitreihendaten der Daten, die durch den an der Einrichtung angebrachten Sensor gemessen werden, haben den folgenden zweischichtigen Aufbau.
Erste Schicht: Produktmuster, die jedem Los an Produkten entsprechen (erstes Los 301, zweites Los 302, drittes Los 303 in 3)
Zweite Schicht: Dem Prozess entsprechendes Prozessmuster (erster Prozess 311 bis elfter Prozess 321 in 3)
Es gibt einen Leerlaufzeitraum 331 zwischen dem ersten Los 301 und dem zweiten Los 302 und einen Leerlaufzeitraum 332 zwischen dem zweiten Los 302 und dem dritten Los 303. In 3 wird der Leerlauf 332 als der elfte Prozess 321 angegeben.
Jeder oben beschriebene Prozess entspricht dem jeweiligen Betriebsmodus. Damit die Bestimmungseinheit 109 z.B. aus den in 3 dargestellten Zeitreihendaten eine Anomalie der Einrichtung, eine Beeinträchtigung der Einrichtung oder dergleichen genau erfassen kann, ist es wirkungsvoll, die Zeitreihendaten in Segmente entsprechend der jeweiligen Betriebsmoden aufzuteilen und die Segmente zu vergleichen.
Als nächstes wird die in der Extrahierungsbedingung-Speichereinheit 102 gespeicherte Segment-Extrahierungsbedingung unter Bezugnahme auf 4 bis 6 beschrieben.
Die Segment-Extrahierungsbedingung umfasst Wellenformdaten am Änderungspunkt (4), Parameterliste (5) und Betriebsmodus-Übergangsinformationen (6).
Die Grundidee der Segmentextrahierung besteht darin, dass die Wellenform an einem Änderungspunkt eines Segments als eine Bedingung registriert ist, und wenn ein Muster ähnlich dem des Änderungspunkts auf den Zeitreihendaten erscheint, wird bestimmt, dass der Betriebsmodus gewechselt wurde. Aufgrund der Bestimmung des Wechselns des Betriebsmodus unter Verwendung der Wellenform an einem Änderungspunkt als die Bedingung ist es möglich, sich nur auf den Änderungspunkt zu konzentrieren und ein Segment zu extrahieren, selbst in dem Betriebsmodus, in dem die Dauer variabel ist. Zudem kann selbst dann, falls aufgrund eines Faktors wie beispielsweise einer Anomalie der Einrichtung vorübergehend ein von einem normalen Muster abweichendes Muster in dem Segment auftritt, das Segment nur auf Grundlage des Änderungspunkts bestimmt werden, wodurch das Segment extrahiert werden kann, ohne von einer Anomalie der Einrichtung oder dergleichen betroffen zu sein.
4 ist ein Diagramm, darstellend Wellenformdaten an einem Änderungspunkt der Datenverarbeitungseinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform.
Die Wellenformdaten an dem Änderungspunkt sind aus Daten zu der Zeit ausgewählt, zu der sich die Einrichtung unmittelbar nach der Wartung in einem gesunden Zustand befindet und die Einrichtung startet, stabil zu arbeiten. In dem Beispiel von 4 sind die Zeitreihendaten 401 des ersten Loses 301, die aus 3 ausgewählt sind, ausgewählt. Ein Änderungspunkt jedes Prozesses wird aus den Zeitreihendaten 401 erfasst, und Wellenformdaten 402 an dem erfassten Änderungspunkt werden ausgewählt. Wie oben beschrieben, entspricht jeder Prozess dem Betriebsmodus, und daher sind die Wellenformdaten 402 an dem Änderungspunkt die Wellenformdaten jedes Betriebsmodus. In den in 4 dargestellten Wellenformdaten 402 bedeuten die als der erste Betriebsmodus gekennzeichneten Wellenformdaten „ein Muster, wenn der Betriebsmodus von dem elften Betriebsmodus in den ersten Betriebsmodus wechselt“. Es ist zu beachten, dass die Wellenformdaten an dem Änderungspunkt für eine Vielzahl von Losen ausgewählt sein können.
5 ist ein Diagramm, darstellend eine Parameterliste der Datenverarbeitungseinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform.
Die Parameterliste enthält die folgenden Elemente.
Betriebsmodus 501: Informationen, die den entsprechenden Betriebsmodus angeben
Anzahl der Wellenformen an dem Änderungspunkt 502: Informationen, die die Anzahl der Wellenformdaten an einem Änderungspunkt angeben (können weggelassen werden, falls die Anzahl der Wellenformdaten festgelegt werden kann)
Länge der Wellenformen an dem Änderungspunkt 503: Informationen, die die Länge einer Wellenform an einem Änderungspunkt angeben (können weggelassen werden, da diese aus den Wellenformdaten an dem Änderungspunkt bestimmt werden können)
Distanzmaß 504: Informationen, die einen Ähnlichkeitsindex angeben (können weggelassen werden, falls ein Standardwert identifiziert ist)
Ähnlichkeitsschwellenwert 505: Informationen, die einen Ähnlichkeitsschwellenwert angeben (wenn die Ähnlichkeit den Schwellenwert 505 überschreitet, wird diese als ein Änderungspunkt des Betriebsmodus bestimmt)
Normalisierungsverfahren 506: Informationen, die eine Normalisierung anzeigen (können weggelassen werden, falls der Standardwert identifiziert ist)
Die Einzelheiten des Normalisierungsverfahrens 506 werden später beschrieben.
6 ist ein Diagramm, darstellend Betriebsmodus-Übergangsinformationen der Datenverarbeitungseinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform.
Die Betriebsmodus-Übergangsinformation sind Informationen, in denen die Abhängigkeitsbeziehung zwischen Betriebsmoden in der Form einer Adjazenzmatrix aufgezeichnet ist. Die erste Zeile der in 6 dargestellten Tabelle zeigt Identifikationsinformationen des vorherigen Betriebsmodus, und die erste Spalte zeigt Identifikationsinformationen des nächsten Betriebsmodus. Zum Beispiel bedeutet „1“ in der zweiten Zeile und dritten Spalte, dass „der Betriebsmodus neben dem ersten Betriebsmodus der zweite Betriebsmodus ist“.
Ferner bedeutet das Zeichen „*“ in der Tabelle, dass es sich um den anfänglichen Betriebsmodus handelt. Der anfängliche Betriebsmodus ist zum Beispiel der anfängliche Betriebsmodus unmittelbar nach den Leerlaufzeiträumen 331 und 332 in den in 3 dargestellten Zeitreihendaten. Andererseits bedeutet ein Element in der Tabelle, wo nichts angegeben ist, dass es keine direkte Abhängigkeitsbeziehung zwischen den entsprechenden Betriebsmoden gibt. 6 zeigt ein Beispiel, bei dem die Betriebsmodus-Übergangsinformationen in der Form einer Adjazenzmatrix aufgezeichnet sind, aber jede beliebige Form angewendet werden kann, solange ähnliche Informationen aufgezeichnet werden können. Zudem, wenn es nur einen Typ von Abhängigkeitsbeziehung zwischen Betriebsmoden gibt, können die Betriebsmodus-Übergangsinformationen nicht bereitgestellt sein.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Berechnen der Ähnlichkeit zwischen den Zeitreihendaten und den Wellenformdaten an dem Änderungspunkt durch die Ähnlichkeitsberechnungseinheit 105 beschrieben.
Zunächst sind die Zeitreihendaten eine Folge von geordneten reellen Zahlen, die durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt sind. $T = t_{1}, t_{2}, \dots, t_{i}$
In Gleichung (1) ist „t_i“ (1 ≤ i ≤ n) der beobachtete Wert zu der Zeit „i“. „n“ ist die Länge der Zeitreihendaten.
Eine durch Extrahieren eines Teils der Zeitreihendaten erhaltene Teilfolge ist durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt. $T_{i, w} = t_{i}, t_{i + 1}, \dots, t_{i + w - 1}$
In Gleichung (2) ist 1 ≤ i ≤ (n - w + 1). „w“ stellt die Länge der Teilfolge dar.
Obwohl verschiedene Typen des Ähnlichkeitsindex des in 5 gezeigten Distanzmaßes 504 angewendet werden können, kann die Euklidische Distanz angewendet werden, wenn die Form der Zeitreihendaten streng bestimmt werden soll. In einem Fall, in dem die Wellenform an dem Änderungspunkt durch die folgende Gleichung (3) ausgedrückt ist, kann die Euklidische Distanz dist (Ti,w,Q) zwischen dem Segment T_i,w und Q mit der gleichen Länge „w“ durch die folgende Gleichung (4) erhalten werden. $Q = q_{1}, q_{2}, \dots, q_{w}$
$dist (T_{i, w}, Q) = \sqrt{\sum_{j = 0}^{w - 1} {(t_{i + j} - q_{j + 1})}^{2}}$
In einem Fall, in dem die Euklidische Distanz als ein Ähnlichkeitsindex angewendet wird, sind zwei Wellenformen ähnlicher (haben eine höhere Ähnlichkeit), wenn der Wert näher bei „0“ liegt, und die zwei Wellenformen weichen voneinander ab (haben eine geringere Ähnlichkeit), wenn der Wert größer ist.
Zusätzlich zu der Euklidischen Distanz kann die Manhattan-Distanz angewendet werden, und falls Expansion und Kontraktion in der Zeitrichtung erlaubt sind, ist auch die dynamische Zeitnormierung (Dynamic Time Warping, DTW) als ein Ähnlichkeitsindex anwendbar. Ferner kann in einem Fall, in dem Ähnlichkeit in der Veränderungstendenz für die Bestimmung genutzt wird, ein Korrelationskoeffizient als ein Index der Ähnlichkeit verwendet werden. Im Folgenden wird ein Fall, in dem die Euklidische Distanz als ein Ähnlichkeitsindex angewendet wird, als ein Beispiel beschrieben.
Wenn eine Änderung des Betriebsmodus auf Grundlage der Ähnlichkeit zwischen den Zeitreihendaten und der Wellenform an dem Änderungspunkt erfasst wird, ist es wünschenswert, dass die Ähnlichkeit um den Änderungspunkt herum höher ist und in anderen Zeiträumen niedriger ist. Daher sind die Auswahl der Wellenformdaten an dem Änderungspunkt und anderer Parameter der Schlüsselpunkt.
Es ist wünschenswert, die Wellenformdaten an dem Änderungspunkt auszuwählen, so dass das Merkmal vor und nach dem Änderungspunkt erfasst werden kann. Zum Beispiel liegt in den Wellenformdaten an dem Änderungspunkt des ersten Betriebsmodus in den Wellenformdaten an dem Änderungspunkt, die in 4 dargestellt sind, der tatsächliche Änderungspunkt bei X = 840. Die Wellenformdaten unmittelbar vor dem Änderungspunkt (X = 840) haben einen nahezu konstanten Wert, und daher werden die Wellenformdaten unmittelbar vor dem Änderungspunkt in einem Zeitraum mit einer Länge von 60 (X =780 bis 840) ausgeschnitten. Da andererseits die Wellenformdaten unmittelbar nach dem Änderungspunkt (X = 840) weiterhin vertikal variieren, werden die Wellenformdaten in einem Zeitraum mit einer Länge von 120 (X = 840 bis 960) ausgeschnitten. Durch eine solche Auswahl ist es möglich, eine Wellenform auszuschneiden, die spezifisch ist für den Änderungspunkt des ersten Betriebsmodus und nach dem Halten eines nahezu konstanten Wertes stark ansteigt und stark abfällt und schließlich allmählich abnimmt.
Der nächste Schlüsselpunkt zum Erfassen einer Änderung in dem Betriebsmodus ist das in 5 dargestellte Normalisierungsverfahren 506.
Bei der Berechnung der Ähnlichkeit zwischen den Zeitreihendaten und den Wellenformdaten an dem Änderungspunkt kann es wünschenswert sein, eine Art von Normalisierung anzuwenden. Beispiele für die Normalisierung sind in den folgenden Gleichungen (5) bis (7) ausgedrückt. Gleichung (5) gibt die Min-Max-Normalisierung an, um den Bereich der Teilfolge in einen Bereich von 0 bis 1 umzuwandeln. $T_{i}^{N} = \frac{t_{i} - m i n (T_{i, w})}{m a x (T_{i, w}) - m i n (T_{i, w})}$
Gleichung (6) gibt eine Z-Normalisierung zum Durchführen der Umwandlung an, so dass der Bereich der Teilfolge einen Mittelwert von 0 und eine Standardabweichung von 1 hat. $T_{i}^{N} = \frac{t_{i} - m e a n (T_{i, w})}{s t d (T_{i, w})}$
Gleichung (7) gibt eine Niveau-Normalisierung zum Durchführen der Umwandlung an, so dass die Teilfolge einen Mittelwert von 0 hat. $T_{i}^{N} = t_{i} - m e a n (T_{i, w})$
In den oben beschriebenen Gleichungen (5) bis (7) werden Zeitreihendaten, die durch Normalisierung von Zeitreihendaten T erhalten werden, als T^N ausgedrückt. Weiterhin stellen die Funktion „min“, die Funktion „max“, die Funktion „mean“ und die Funktion „std“ jeweils den Minimalwert, den Maximalwert, den Mittelwert und die Standardabweichung von T_i,w dar.
Empirisch gesehen ist die Fähigkeit, den Änderungspunkt ohne Normalisierung zu erfassen, höher, wenn die Wellenform einfach ist wie die Wellenform des neunten Betriebsmodus. Andererseits, wenn die Wellenform wiederholt vertikal variiert und die Amplitude Variabilität aufweist, wie die Wellenform des fünften Betriebsmodus, wird die Fähigkeit, den Änderungspunkt zu erfassen, durch Anwendung der Min-Max-Normalisierung, ausgedrückt durch Gleichung (5), oder der Z-Normalisierung (6), ausgedrückt durch Gleichung (6), erhöht. Falls die Zeitreihendaten durch externe Faktoren wie die Außentemperatur beeinflusst werden und falls es keine Änderung in der Wellenform, aber Schwankungen in dem Bereich gibt, wird die Fähigkeit, den Änderungspunkt zu erfassen, durch Anwendung der durch Gleichung (7) ausgedrückten Niveau-Normalisierung erhöht.
Als nächstes wird die Operation der operationellen Verarbeitung aus der Vorbereitungsverarbeitung und der operationellen Verarbeitung der Datenverarbeitungseinrichtung 100 beschrieben.
7 ist ein Flussdiagramm, das die Operation der operationellen Verarbeitung der Datenverarbeitungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. In der folgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, dass in 7 die von der Zeitreihendaten-Eingabeeinheit 103 empfangenen Zeitreihendaten in einem vorgegebenen Zeitraum kollektiv verarbeitet werden.
Die Zeitreihendaten-Eingabeeinheit 103 empfängt eine Eingabe von Zeitreihendaten (Länge: n), aus denen ein Segment zu extrahieren ist (Schritt ST1). Die Zeitreihendaten-Eingabeeinheit 103 gibt die empfangenen Zeitreihendaten an die Ähnlichkeitsberechnungseinheit 105 aus. Die nachfolgenden Schritte werden in Übereinstimmung mit den in der Extrahierungsbedingung-Speichereinheit 102 gespeicherten Bedingungen ausgeführt.
Die Ähnlichkeitsberechnungseinheit 105 bezieht sich auf die eingegebenen Zeitreihendaten und die Wellenformdaten an jedem Änderungspunkt, die in der Extrahierungsbedingung-Speichereinheit 102 gespeichert sind, und berechnet die Ähnlichkeit zu jeder Zeit zwischen den Zeitreihendaten und den Wellenformdaten an dem Änderungspunkt (Schritt ST2). Wenn der aktuelle Betriebsmodus dem Benutzer bekannt ist, empfängt die Betriebsmodus-Bestimmungseinheit 107 auch die Eingabe des aktuellen Betriebsmodus zusammen mit der Eingabe von der Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit 101 oder der Zeitreihendaten-Eingabeeinheit 103 und legt einen Anfangswert fest (Schritt ST3). Wenn zum Beispiel die Zeitreihendaten, aus denen ein Segment zu extrahieren ist, von einem Leerlaufzustand der Einrichtung starten, wird der in 4 dargestellte elfte Betriebsmodus auf den aktuellen Betriebsmodus gesetzt. Alternativ kann der erste Betriebsmodus immer als der Standardwert gesetzt sein.
Als nächstes bezieht sich die Betriebsmodus-Bestimmungseinheit 107 auf die Betriebsmodus-Übergangsinformationen, die in der Extrahierungsbedingung-Speichereinheit 102 gespeichert sind, und legt als den nächsten Betriebsmodus einen Betriebsmodus fest, in den der aktuell Betriebsmodus übergehen kann (Schritt ST4).
In dem Beispiel der in 6 dargestellten Betriebsmodus-Übergangsinformationen wird unter der Annahme, dass der aktuelle Betriebsmodus der elfte Betriebsmodus ist, der erste Betriebsmodus als der nächste Betriebsmodus festgelegt. Als der nächste Betriebsmodus können eine Vielzahl von Betriebsmoden festgelegt sein. Die Betriebsmodus-Bestimmungseinheit 107 gibt den festgelegten nächsten Betriebsmodus an die Änderungspunkt-Erfassungseinheit 106 aus.
Die Änderungspunkt-Erfassungseinheit 106 sucht nach einem Änderungspunkt des eingegebenen nächsten Betriebsmodus (Schritt ST5). Die Änderungspunkt-Erfassungseinheit 106 bestimmt, ob oder ob nicht ein Änderungspunkt erfasst ist (Schritt ST6). Wenn der Änderungspunkt nicht erfasst ist (Schritt ST6; NEIN), beendet die Änderungspunkt-Erfassungseinheit 106 die Verarbeitung. Abhängig von einer Zieleinrichtung kann in den Zeitreihendaten ein ungewöhnliches Verhalten aufgrund einer vorherbestimmten Wartung auch bei stabilem Betrieb auftreten. Wenn also ein Änderungspunkt nicht erfasst werden kann, kann die Betriebsmodus-Bestimmungseinheit 107 den nächsten Betriebsmodus wieder als den ersten Betriebsmodus (erster Betriebsmodus in dem Beispiel von 6) festlegen und die Verarbeitung von dem Prozess von Schritt ST5 neu starten.
Andererseits gibt die Änderungspunkt-Erfassungseinheit 106 beim Erfassen eines Änderungspunktes (Schritt ST6; JA) den aktuellen Betriebsmodus, die Segment-Startzeit und die Segment-Endzeit an die Informationen-Ausgabeeinheit 108 aus (Schritt ST7) und teilt der Betriebsmodus-Bestimmungseinheit 107 Informationen mit, die anzeigen, dass der Änderungspunkt erfasst wurde (Schritt ST8).
Die Informationen-Ausgabeeinheit 108 gibt als Segmentinformation eine Gruppe aus dem aktuellen Betriebsmodus, der Segment-Startzeit und der Segment-Endzeit an die Bestimmungseinheit 109 aus (Schritt ST9). Die Betriebsmodus-Bestimmungseinheit 107 legt den nächsten in Schritt ST4 festgelegten Betriebsmodus als den aktuellen Betriebsmodus fest auf Grundlage der Benachrichtigung, die anzeigt, dass der Änderungspunkt erfasst wurde (Schritt ST10). Dann kehrt das Flussdiagramm zu dem Prozess von Schritt ST4 zurück und wiederholt die obige Verarbeitung.
Der Prozess jedes Schrittes, die in dem Flussdiagramm von 7 dargestellt sind, wird im Detail beschrieben.
Zunächst wird der oben beschriebene Prozess des Schrittes ST2 im Detail beschrieben.
Die Ähnlichkeitsberechnungseinheit 105 erwirbt von der Extrahierungsbedingung-Speichereinheit 102 die Wellenformdaten Q^k an einem Änderungspunkt jedes Betriebsmodus „k“, die Länge w^k der Wellenformdaten an dem Änderungspunkt (Länge der Wellenform an dem Änderungspunkt 503, gezeigt in 5), einen Ähnlichkeitsindex (Distanzmaß 504, in 5 gezeigt) und ein Normalisierungsverfahren (Normalisierungsverfahren, gezeigt in 5). Als nächstes wird in der folgenden Gleichung (8) eine Ähnlichkeitszeitreihe S^k durch Änderung einer Zeit „i“ von 1 auf n-w^k+1 erworben. $S^{k}_{i} = dist (T_{i, wk}, Q^{k})$
In einem Fall, in dem das Normalisierungsverfahren 506 spezifiziert ist, muss die Ähnlichkeit durch Normalisierung von T_i,wk und Q^k im Voraus berechnet werden. In einem Fall, in dem Wellenformdatenstücke an mehreren Änderungspunkten für einen Betriebsmodus ausgewählt werden, werden Ähnlichkeitszeitreihen S^k1 bis S^km aus Wellenformdatenstücken Q^k1 bis Q^km an den jeweiligen Änderungspunkten und Längen w^k1 bis w^km der Wellenformdatenstücke berechnet. Dann wird, wie in der folgenden Gleichung (9) gezeigt, der Minimalwert der berechneten Ähnlichkeitszeitreihe S^k1 bis S^km zu jeder Zeit „i“ als der finale Wert der Ähnlichkeitszeitreihe S^k festgelegt. $S^{k}_{i} = min (S^{k1}_{i}, \dots, S^{km}_{i})$
Zudem, falls dist (T_i,w,Q) die Euklidische Distanz, die Manhattan-Distanz oder DTW ist, hängt die Ähnlichkeit außerdem von der Länge w der Wellenformdaten Q an dem Änderungspunkt ab. Falls die Längen unterschiedlich sind, können sie daher nicht einfach verglichen werden. In diesem Fall wird $S^{k}_{i} = min (S^{k1}_{i}, \dots, S^{km}_{i})$
durch die Quadratwurzel der Länge w (Euklidische Distanz, DTW) oder der Länge w (Manhattan-Distanz) geteilt, und dann wird der Minimalwert erhalten.
8 ist ein Diagramm, das ein Ausgabebeispiel der Ähnlichkeitszeitreihe der Datenverarbeitungseinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
8 zeigt Ausgabebeispiele der Ähnlichkeitszeitreihen S¹ bis S⁴, die für die ersten Wellenformdaten Q¹ bis zu den vierten Wellenformdaten Q⁴ an den Änderungspunkten von dem ersten Betriebsmodus bis zu dem Betriebsmodus, gezeigt in 4, berechnet wurden. Die berechnete Ähnlichkeitszeitreihe hat einen Minimalwert an dem Änderungspunkt des Betriebsmodus.
Als nächstes wird der oben beschriebene Prozess von Schritt ST5 im Detail beschrieben.
Die Änderungspunkt-Erfassungseinheit 106 sucht ab dem Startzeit-Start der Ähnlichkeitszeitreihe S^k des nächsten Betriebsmodus „k“, und legt als das Endzeit-Ende des aktuellen Segments den ersten Änderungspunkt fest, d.h. einer Zeit „j“, bei dem S^k einen Minimalwert annimmt und gleich oder kleiner ist als der Ähnlichkeitsschwellenwert (Ähnlichkeitsschwellenwert 505, gezeigt in 5). Falls es mehrere nächste Betriebsmoden gibt, wird der Betriebsmodus, die die Bedingungen zuerst erfüllt, als der nächste Betriebsmodus bestimmt. In einem Fall, in dem DTW als der Ähnlichkeitsindex angewendet wird (Distanzmaß 504 in 5), kann der Minimalwert in ähnlicher Weise gewählt werden, und in einem Fall, in dem ein Korrelationskoeffizient angewendet wird, kann im Gegenteil der Maximalwert ausgewählt werden.
Wenn die Zeit „j“ wie oben beschrieben als das Endzeit-Ende des aktuellen Segments eingestellt ist, wird eine Gruppe von [elfter Betriebsmodus, Startzeit-Start „1“, Endzeit-Ende „j“] als die Segmentinformationen in dem Prozess von Schritt ST6 ausgegeben. Ferner wird in dem Prozess von Schritt ST8 der aktuelle Betriebsmodus auf den ersten Betriebsmodus festgelegt und „j+1“ auf die Segmentstartzeit festgelegt, so dass die Suche ab der Zeit neben der Zeit „j“ neu gestartet wird.
9 ist ein Diagramm, darstellend das Konzept von Anomalie-Bestimmungsverarbeitung und Beeinträchtigungsbestimmungsverarbeitung durch die Bestimmungseinheit 109 der Datenverarbeitungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
Wenn die Zeitreihendaten-Eingabeeinheit 103 eine Eingabe der Zeitreihendaten 901 empfängt, extrahiert die Segment-Extrahierungseinheit 104 Segmentinformationen 902. Es ist zu beachten, dass 9 ein Beispiel für die Segmentextrahierung in dem fünften Betriebsmodus zeigt.
Bei der Anomalie-Bestimmungsverarbeitung 903 wird eine Anomalie auf Grundlage eines Grades der Abweichung der Daten von dem normalen Datenbereich in dem entsprechenden Betriebsmodus bestimmt. Zunächst legt die Bestimmungseinheit 109 den Wert des Segments oder den Bereich des Merkmalswerts des Segments während eines Zeitraums, in dem die Einrichtung normalerweise stabil arbeitet (z.B. eine Woche nach der Wartung oder bis zur Produktion von 100 Losen von Produkten), als einen Normalbereich 903a des entsprechenden Betriebsmodus fest. Wenn danach der Segmentwert oder der Segmentmerkmalswert der durch die Segment-Extrahierungseinheit 104 extrahierten Segmentinformationen 902 außerhalb des normalen Bereichs 903a liegt, bestimmt die Bestimmungseinheit 109, dass die Einrichtung eine Anomalie aufweist.
Bei der Beeinträchtigung-Bestimmungsverarbeitung 904 wird die Beeinträchtigung der Einrichtung aus der Tendenz der Segmentdaten bestimmt. Die Bestimmungseinheit 109 stellt die Werte der Segmente oder die Merkmalswerte der Segmente für jedes Produktlos in chronologischer Reihenfolge dar und bestimmt, dass die Einrichtung beeinträchtigt ist, wenn die Abweichung im Laufe der Zeit zunimmt.
Das Anomalie-Bestimmungsergebnis und das Beeinträchtigung-Bestimmungsergebnis durch die Bestimmungseinheit 109 werden über die Bestimmungsergebnis-Ausgabeeinheit 110 nach außen ausgegeben.
Beim Extrahieren eines Segments aus den Zeitreihendaten eines Anomalie-Bestimmungsziels und eines Beeinträchtigung-Bestimmungsziels kann es vorkommen, dass die Segment-Extrahierungseinheit 104 das Segment aufgrund des Einflusses der in den Zeitreihendaten enthaltenen Anzeichen von Anomalie und Beeinträchtigung nicht korrekt extrahieren kann. In diesem Fall extrahiert die Segment-Extrahierungseinheit 104 ein Segment aus Zeitreihendaten, das in einer Abhängigkeitsbeziehung zu den Zeitreihendaten des Anomalie-Bestimmungsziels und des Beeinträchtigung-Bestimmungsziels steht und nicht von der Anomalie und Beeinträchtigung der Einrichtung betroffen ist. Darüber hinaus kann die Segment-Extrahierungseinheit 104 eingerichtet sein, ein Segment zu extrahieren, durch Anwenden der extrahierten Segmentinformationen auf die Zeitreihendaten des Anomalie-Bestimmungsziels und des Beeinträchtigung-Bestimmungsziels. Zum Beispiel in einem Fall, in dem bekannt ist, dass, wenn sich das Drehmoment eines Motors in Abhängigkeit von einem von außen auf die Einrichtung ausgeübten Druck ändert, Anzeichen einer Anomalie und Beeinträchtigung in den Zeitreihendaten des Drehmoments auftreten, extrahiert die Segment-Extrahierungseinheit 104 ein Segment aus den Zeitreihendaten des von außen ausgeübten Drucks. Die Segment-Extrahierungseinheit 104 schneidet unter Verwendung der extrahierten Segmentinformationen ein Drehmomentsegment aus und bestimmt Anomalie der Einrichtung und Beeinträchtigung der Einrichtung.
Darüber hinaus kann ein Segmentwert oder ein Segmentmerkmalswert sogar während der Ausführung der Anomalie-Bestimmungsverarbeitung und der Beeinträchtigung-Bestimmungsverarbeitung aufgrund von Inspektion oder Reinigung der Einrichtung variieren, und daher kann ein Segment unter der Segment-Extrahierungsbedingung bisher nicht extrahiert werden. Aber selbst in einem solchen Fall wird die Segmentextrahierung nur dadurch ermöglicht, dass die Wellenformdaten an dem Änderungspunkt eines Betriebsmodus neu ausgewählt werden, während die Einrichtung nach der Wartung stabil arbeitet, die in 5 gezeigten Parameter aktualisiert werden und die aktualisierten Parameter in der Extrahierungsbedingung-Speichereinheit 102 gespeichert werden.
In der obigen Beschreibung werden die Zeitreihendaten in einem voreingestellten Zeitraum kollektiv verarbeitet, die Zeitreihendaten können jedoch unter Verwendung der gleichen Struktur sequentiell verarbeitet werden.
Es wird zum Beispiel angenommen, dass Zeitreihendaten in jedem Beobachtung-Abtastungszeitraum in die Zeitreihendaten-Eingabeeinheit 103 eingegeben werden. Wenn die Daten zu der Zeit „j“ eingegeben werden, addiert die Ähnlichkeitsberechnungseinheit 105 die Ähnlichkeit zwischen T_j-wk+1,wk und Q^k zu der Ähnlichkeitszeitreihe S^k. Die Änderungspunkt-Erfassungseinheit 106 braucht nur nach der Zeit zu suchen, die dem Änderungspunkt zwischen dem Segmentstartzeit-Start und der Zeit „j-wk+1“ entspricht.
Wie oben beschrieben, umfasst in der ersten Ausführungsform die Datenverarbeitungseinrichtung 100: eine Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit 101, die eine Eingabe von Wellenformdaten, enthaltend einen Änderungspunkt eines Zustands der Einrichtung, Parameterinformationen über die Wellenformdaten und Übergangsinformationen der Einrichtung empfängt; die Ähnlichkeitsberechnungseinheit 105, die eine Ähnlichkeit zwischen Zeitreihendaten der Einrichtung und den Wellenformdaten berechnet; die Betriebsmodus-Bestimmungseinheit 107, die den Zustand der Einrichtung festlegt auf Grundlage der Übergangsinformationen der Einrichtung; die Änderungspunkt-Erfassungseinheit 106, die den Änderungspunkt aus den Zeitreihendaten der Einrichtung erfasst auf Grundlage der berechneten Ähnlichkeit und des bestimmten Zustands der Einrichtung, und eine Startzeit eines Segments, das eine Teilfolge der Zeitreihendaten ist, und eine Endzeit des Segments festlegt; und die Informationen-Ausgabeeinheit 108, die als Segmentinformation den Zustand der Einrichtung, die Startzeit des Segments und die Endzeit des Segments ausgibt.
Als ein Ergebnis kann selbst dann, wenn keine Ereignisinformationen vorliegen, die einen Ereigniseintretenszeitpunkt anzeigen, ein Segment jedes Betriebsmodus der Einrichtung genau extrahiert werden. Darüber hinaus kann der Betriebsmodus auf Grundlage der Wellenformdaten des Segments genau identifiziert werden. Darüber hinaus ist es durch Extrahieren des Segments auf Grundlage des Änderungspunktes möglich, ein Segment variabler Länge in der Zeitrichtung zu extrahieren.
Ferner ist die Ähnlichkeitsberechnungseinheit 105 gemäß der ersten Ausführungsform eingerichtet, die Ähnlichkeit zu berechnen unter Verwendung der Euklidischen Distanz zwischen einer aus den Zeitreihendaten ausgeschnittenen Teilfolge und den Zeitreihendaten mit der gleichen Länge wie die Teilfolge. Auf diese Weise können hochgenaue Segmentinformationen generiert werden und eine Anomalie der Einrichtung, eine Beeinträchtigung der Einrichtung oder dergleichen genau bestimmt werden.
Ferner ist gemäß der ersten Ausführungsform die Änderungspunkt-Erfassungseinheit 106 eingerichtet, als den Änderungspunkt ein Zeit zu erfassen, zu der die Ähnlichkeit einen Minimalwert annimmt und die Ähnlichkeit kleiner oder gleich einem vorherbestimmten Schwellenwert ist, aus einer Ähnlichkeitszeitreihe, die Ähnlichkeiten enthält, die durch die Ähnlichkeitsberechnungseinheit 105 für jede Zeit der Zeitreihendaten berechnet sind. Daher kann die Ähnlichkeit genau bestimmt werden.
Zweite Ausführungsform
Die zweite Ausführungsform beschreibt eine Konfiguration mit einer grafischen Benutzerschnittstelle (GUI). 10 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Datenverarbeitungseinrichtung 100A gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
Die Datenverarbeitungseinrichtung 100A gemäß der zweiten Ausführungsform ist eingerichtet, so dass eine Segmentextrahierungseinheit 104a der Datenverarbeitungseinrichtung 100 in der ersten Ausführungsform weiterhin mit einer GUI 111 versehen ist und eine Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit 101a anstelle der Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit 101 umfasst. Im Folgenden werden die gleichen oder entsprechende Teile wie die der Datenverarbeitungseinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wie jene, die in der ersten Ausführungsform verwendet wurden, und auf die Beschreibung derselben wird verzichtet oder diese vereinfacht.
Die Segment-Extrahierungseinheit 104a umfasst die unten beschriebene GUI 111, um eine Last der Vorbereitungsverarbeitung vor dem Start der Erfassungsverarbeitung zu reduzieren. Die GUI 111 empfängt eine Eingabe von Zeitreihendaten von der Zeitreihendaten-Eingabeeinheit 103 und führt Steuerung durch, so dass die Zeitreihendaten 1001 während eines Zeitraums, in dem die Einrichtung normal und stabil arbeitet, auf einer Anzeigeeinrichtung (nicht abgebildet) wie einem Display angezeigt werden. Die GUI 111 führt Steuerung durch zum Vergrößern von Zeitreihendaten in dem durch den Benutzer spezifizierten Zeitreihenbereich in Bezug auf die angezeigten Zeitreihendaten und Anzeigen der Daten auf der Anzeigeeinrichtung. Die Extrahierungsbedingung-Eingabe 101a bewirkt, dass die Extrahierungsbedingung-Speichereinheit 102 die Wellenformdaten an dem von dem Benutzer ausgewählten Änderungspunkt und die Segment-Extrahierungsbedingung der Wellenformdaten speichert.
Als nächstes wird ein Hardware-Konfigurationsbeispiel für die Datenverarbeitungseinrichtung 100A beschrieben. Die Beschreibung der gleichen Konfiguration wie die der ersten Ausführungsform entfällt.
Das GUI 111 und die Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit 101a in der Datenverarbeitungseinrichtung 100A entsprechen der in 2A dargestellten Verarbeitungsschaltung 100a oder dem Prozessor 100b, der das im Speicher 100c gespeicherte Programm ausführt, gezeigt in 2B.
Als nächstes wird eine spezifische Verarbeitungsoperation des GUI 111 unter Bezugnahme auf 11 beschrieben.
11 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine Verarbeitungsoperation des GUI 111 der Datenverarbeitungseinrichtung 100A gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
Die GUI 111 zeigt die Zeitreihendaten 1001 während des Zeitraums an, in dem die Einrichtung normal und stabil auf dem Anzeigeeinrichtung, wie zu Beispiel einem Display, arbeitet. Der Benutzer wählt einen Bereich 1002 von Zeitreihendaten, die einem Los von Produkten entsprechen, aus einem Muster von Wellenformen, die in den angezeigten Zeitreihendaten 1001 erscheinen, unter Verwendung einer Eingabeeinrichtung (nicht gezeigt) wie beispielsweise einer Maus aus. Die GUI 111 führt Steuerung durch, so dass die Zeitreihendaten 1003 innerhalb des vom Benutzer gewählten Bereichs 1002 vergrößert werden und auf der Anzeigeeinrichtung angezeigt werden.
Ferner spezifiziert der Benutzer den Änderungspunkt des Betriebsmodus aus den vergrößerten und angezeigten Zeitreihendaten 1003 und wählt mittels der Eingabeeinrichtung einen Bereich 1004, enthaltend den Änderungspunkt, aus. Die GUI 111 führt Steuerung durch, so dass die Wellenformdaten 1005 innerhalb des ausgewählten Bereichs 1004, enthaltend den Änderungspunkt, vergrößert werden und angezeigt werden. Der Benutzer bestätigt die vergrößerten und angezeigten Wellenformdaten 1005 und führt, falls es kein Problem in den Wellenformdaten 1005 gibt, eine Operation durch, um die Wellenformdaten 1005 als einen beliebigen Betriebsmodus zu kennzeichnen und die resultierenden Wellenformdaten als eine Extrahierungsbedingung zu registrieren. Nach Erhalten der Operation speichert die Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit 101a die Segment-Extrahierungsbedingung in der Extrahierungsbedingung-Speichereinheit 102.
Als nächstes wird ein Prozess, bei dem die Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit 101a die Segment-Extrahierungsbedingung in der Extrahierungsbedingung-Speichereinheit 102 speichert, unter Bezugnahme auf 12 beschrieben.
12 ist ein Flussdiagramm, darstellend die Operation einer Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit 101a der Datenverarbeitungseinrichtung 100A gemäß der zweiten Ausführungsform.
Bei Empfangen der Operation des Registrierens der mit der Betriebsmodus gekennzeichneten Extrahierungsbedingung (Schritt ST21), speichert die Extrahierungsbedingung-Eingabe 101 die ausgewählten Wellenformdaten an dem Änderungspunkt (Wellenformdaten 1005 in 11) in der Extrahierungsbedingung-Speichereinheit 102 (Schritt ST22).
Als nächstes bezieht sich die Extrahierungsbedingung-Eingabe 101 auf die Parameterliste (zum Beispiel 5), die in der Extrahierungsbedingung-Speichereinheit 102 gespeichert ist, und bestimmt, ob es einen Eintrag des Betriebsmodus entsprechend dem Betriebsmodus 501 gibt (Schritt ST23). Wenn es keinen Eintrag des Betriebsmodus entsprechend dem Betriebsmodus 501 gibt (Schritt ST23; NEIN), erstellt die Extrahierungsbedingung-Eingabe 101 den entsprechenden Betriebsmodus 501 neu (Schritt ST24). Außerdem setzt die Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit 101a „1“ auf die Anzahl der Wellenformen an dem Änderungspunkt 502 des neu erstellten Betriebsmodus 501 und setzt die Datenlänge der ausgewählten Wellenformdaten an dem Änderungspunkt auf die Länge der Wellenform an dem Änderungspunkt 503 (Schritt ST25).
Andererseits, wenn ein Eintrag des Betriebsmodus entsprechend dem Betriebsmodus 501 vorhanden ist (Schritt ST23; JA), fügt die Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit 101a eine „1“ zu der Anzahl der Wellenformen an dem Änderungspunkt 502 des entsprechenden Betriebsmodus 501 hinzu und addiert die Datenlänge der ausgewählten Wellenformdaten an dem Änderungspunkt zu der Länge der Wellenform an dem Änderungspunkt 503 (Schritt ST26). Wenn der Prozess von Schritt ST25 oder Schritt ST26 endet, kehrt die Verarbeitung zu dem Prozess von Schritt ST21 zurück, und die obige Verarbeitung wird wiederholt.
Wenn in dem oben beschriebenen Schritt ST26 die Datenlänge der ausgewählten Wellenformdaten an dem Änderungspunkt zu der Länge der Wellenform an dem Änderungspunkt 503 addiert wird, werden eine Vielzahl von Datenlängen zum Beispiel als die Länge der Wellenform an dem Änderungspunkt 503 gespeichert, die in 5 in der Form einer Liste dargestellt ist.
Wie oben beschrieben, umfasst die Datenverarbeitungseinrichtung 100A in der zweiten Ausführungsform die GUI 111, die die Auswahl eines Anzeigebereichs in Bezug auf die Zeitreihendaten der Einrichtung empfängt und eine Teilfolge innerhalb des ausgewählten Anzeigebereichs vergrößert und anzeigt, wobei die Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit 101 die Wellenformdaten und die Parameterinformationen der Teilfolge innerhalb des ausgewählten Bereichs festlegt. Dadurch kann eine Last der Vorbereitungsverarbeitung, bevor die Datenverarbeitungseinrichtung die Erfassungsverarbeitung startet, reduziert werden.
Darüber hinaus können zwei oder mehrere der oben genannten Ausführungsformen im Rahmen der vorliegenden Erfindung frei kombiniert oder beliebige Bestandteile in den Ausführungsformen modifiziert oder weggelassen werden.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die Datenverarbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise in einem Steuersystem zum Steuern eines Prozesses unter Verwendung von Zeitreihendaten einer Einrichtung angewandt.
Bezugszeichenliste

100 und 100A:: Datenverarbeitungseinrichtung,
101 und 101a:: Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit
102:: Extrahierungsbedingung-Speichereinheit,
103:: Zeitreihendaten-Eingabeeinheit,
104 und 104a:: Segment-Extrahierungseinheit,
105:: Ähnlichkeitsberechnungseinheit,
106:: Änderungspunkt-Erfassungseinheit,
107:: Betriebsmodus-Bestimmungseinheit,
108:: Informationen-Eingabeeinheit,
109:: Bestimmungseinheit,
110:: Bestimmungsergebnis-Ausgabeeinheit
111:: GUI

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2004318273 A [0006]

Claims

Datenverarbeitungseinrichtung, umfassend: eine Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit zum Empfangen einer Eingabe von Wellenformdaten, enthaltend einen Änderungspunkts eines Zustands einer Einrichtung, Parameterinformationen über die Wellenformdaten und Übergangsinformationen der Einrichtung; eine Ähnlichkeitsberechnungseinheit zum Berechnen einer Ähnlichkeit zwischen Zeitreihendaten der Einrichtung und den von der Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit empfangenen Wellenformdaten; eine Betriebsmodus-Bestimmungseinheit zum Festlegen des Zustands der Einrichtung auf Grundlage der von der Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit empfangenen Übergangsinformationen der Einrichtung; eine Änderungspunkt-Erfassungseinheit zum Erfassen des Änderungspunkts aus den Zeitreihendaten der Einrichtung auf Grundlage der durch die Ähnlichkeitsberechnungseinheit berechneten Ähnlichkeit und des durch die Betriebsmodus-Bestimmungseinheit bestimmten Zustands der Einrichtung, und Einstellen einer Startzeit eines Segments, das eine Teilfolge der Zeitreihendaten ist, und einer Endzeit des Segments; und eine Informationen-Ausgabeeinheit zum Ausgeben, als Segmentinformation, des Zustands der Einrichtung, der Startzeit des Segments und der Endzeit des Segments.
Datenverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Bestimmungseinheit zum Bestimmen eines Abweichungsgrades von Daten oder einer Tendenz von Daten auf Grundlage der von der Informationen-Ausgabeeinheit ausgegebenen Segmentinformationen.
Datenverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ähnlichkeitsberechnungseinheit die Ähnlichkeit berechnet unter Verwendung der Euklidischen Distanz zwischen einer Teilfolge, die aus den Zeitreihendaten ausgeschnitten ist, und den Zeitreihendaten, die eine Länge gleich wie eine Länge der Teilfolge aufweisen.
Datenverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ähnlichkeitsberechnungseinheit die Ähnlichkeit berechnet nach Normalisierung einer Teilfolge, die aus den Zeitreihendaten ausgeschnitten ist, und der Zeitreihendaten, die eine Länge gleich einer Länge der Teilfolge aufweisen.
Datenverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Änderungspunkt-Erfassungseinheit, als den Änderungspunkt, ein Zeit erfasst, zu der die Ähnlichkeit einen Minimalwert annimmt und die Ähnlichkeit kleiner ist als oder gleich ist wie ein vorherbestimmter Schwellenwert, aus einer Ähnlichkeitszeitreihe, enthaltend Ähnlichkeiten, die berechnet sind durch die Ähnlichkeitsberechnungseinheit für jede Zeit der Zeitreihendaten.
Datenverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend eine grafische Benutzerschnittstelle (GUI) zum Empfangen einer Auswahl eines Anzeigebereichs in Bezug auf Zeitreihendaten der Einrichtung, und Vergrößern und Anzeigen einer Teilfolge innerhalb des ausgewählten Anzeigebereichs, wobei die Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit die Wellenformdaten und die Parameterinformationen der Teilfolge innerhalb des ausgewählten Bereichs festlegt.
Datenverarbeitungsverfahren, umfassend: Empfangen, durch eine Extrahierungsbedingung-Eingabeeinheit, einer Eingabe von Wellenformdaten, enthaltend einen Änderungspunkt eines Zustands einer Einrichtung, Parameterinformationen über die Wellenformdaten und Übergangsinformationen der Einrichtung; Berechnen, durch eine Ähnlichkeitsberechnungseinheit, einer Ähnlichkeit zwischen Zeitreihendaten der Einrichtung und den Wellenformdaten; Festlegen, durch eine Betriebsmodus-Bestimmungseinheit, des Zustands der Einrichtung auf Grundlage der Übergangsinformationen der Einrichtung; Erfassen des Änderungspunkts aus den Zeitreihendaten der Einrichtung auf Grundlage der berechneten Ähnlichkeit und des festgelegten Zustands der Einrichtung, und Einstellen einer Startzeit eines Segments, das eine Teilfolge der Zeitreihendaten ist, und einer Endzeit des Segments durch eine Änderungspunkt-Erfassungseinheit; und Ausgeben, als Segmentinformationen, des Zustands der Einrichtung, der Startzeit des Segments und der Endzeit des Segments durch eine Informationen-Ausgabeeinheit.