FR3145426A1 - Method for detecting operating anomalies of industrial equipment based on anomaly scores and corresponding installation - Google Patents
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Abstract
Procédé pour détecter des anomalies de fonctionnement d’un équipement industriel à partir de scores d’anomalie et installation correspondante Procédé de contrôle d’un équipement industriel pour détecter des anomalies de fonctionnement de l’équipement industriel, comprenant les étapes suivantes : a) obtention d’un modèle initial adapté pour calculer des scores d’anomalie à partir d’une pluralité de paramètres de fonctionnement, le modèle initial résultant d’un processus d’apprentissage automatique, b) obtention d’une pluralité de valeurs définissant au moins un point de fonctionnement de l’équipement industriel, c) calcul du score d’anomalie associé au point de fonctionnement, d) affichage d’une image montrant des scores d’anomalie calculés par le modèle initial, en fonction d’au moins deux paramètres de fonctionnement, e) détermination, par un utilisateur, d’au moins une correction souhaitée dans l’image affichée, f) à partir du modèle initial et de la correction souhaitée, obtention d’un modèle corrigé, g) affichage d’une image corrigée montrant les scores d’anomalie corrigés en fonction des deux coordonnées, les étapes b) à g) étant optionnellement itérées, h) obtention d’une pluralité de valeurs des paramètres de fonctionnement définissant un point de fonctionnement, et i) calcul du score d’anomalie associé audit point de fonctionnement à l’aide du modèle corrigé obtenu.Method for detecting operating anomalies of industrial equipment from anomaly scores and corresponding installation Method for controlling industrial equipment to detect operating anomalies of the industrial equipment, comprising the following steps: a) obtaining an initial model adapted to calculate anomaly scores from a plurality of operating parameters, the initial model resulting from a machine learning process, b) obtaining a plurality of values defining at least one operating point of the industrial equipment, c) calculating the anomaly score associated with the operating point, d) displaying an image showing anomaly scores calculated by the initial model, as a function of at least two operating parameters, e) determining, by a user, at least one desired correction in the displayed image, f) from the initial model and the desired correction, obtaining a corrected model, g) displaying a corrected image showing the corrected anomaly scores as a function of the two coordinates, steps b) to g) being optionally iterated, h) obtaining of a plurality of values of the operating parameters defining an operating point, and i) calculating the anomaly score associated with said operating point using the corrected model obtained.
Description
La présente invention concerne un procédé de contrôle d’un équipement industriel pour détecter des anomalies de fonctionnement de l’équipement industriel, comprenant l’obtention d’un modèle adapté pour calculer des scores d’anomalie à partir d’une pluralité de paramètres de fonctionnement représentatifs d’états de fonctionnement de l’équipement industriel, les scores d’anomalie étant respectivement représentatifs de probabilités que les états de fonctionnement soient anormaux, le modèle initial résultant d’un processus d’apprentissage automatique.The present invention relates to a method for controlling industrial equipment to detect operating anomalies of the industrial equipment, comprising obtaining a model adapted to calculate anomaly scores from a plurality of operating parameters representative of operating states of the industrial equipment, the anomaly scores being respectively representative of probabilities that the operating states are abnormal, the initial model resulting from a machine learning process.
L’invention concerne également une installation correspondante, comprenant l’équipement industriel, des capteurs adaptés pour fournir la pluralité de paramètres de fonctionnement, et un système de contrôle adapté pour mettre en œuvre certaines des étapes d’un tel procédé.The invention also relates to a corresponding installation, comprising the industrial equipment, sensors adapted to provide the plurality of operating parameters, and a control system adapted to implement certain of the steps of such a method.
L’équipement industriel est par exemple une ligne de production, une unité de compression d’un fluide, ou tout équipement à vocation industrielle et dont on souhaite suivre la santé, c’est-à-dire savoir s’il fonctionne normalement ou bien si son fonctionnement est anormal et requiert, par exemple, un arrêt, une maintenance, ou tout acte d’administration de l‘équipement industriel. Les paramètres de fonctionnement sont par exemple des pressions, des températures, des niveaux de vibration, …etc.Industrial equipment is for example a production line, a fluid compression unit, or any equipment with an industrial purpose and whose health we wish to monitor, that is to say to know if it is functioning normally or if its functioning is abnormal and requires, for example, a shutdown, maintenance, or any act of administration of the industrial equipment. The operating parameters are for example pressures, temperatures, vibration levels, etc.
Dans ce domaine, deux approches principales sont connues.In this area, two main approaches are known.
Selon une première approche principale, des paramètres de fonctionnement sont identifiés par des experts et suivis pour assurer que ces paramètres évoluent dans des gammes considérées comme normales. L’avantage de cette première stratégie est qu’elle s’appuie sur une connaissance physique de l’équipement industriel et plus généralement sur des lois physiques et des normes. Par exemple, des niveaux vibratoires maximum acceptables sont définis pour une machine tournante, selon une norme, en fonction de la puissance de la machine.According to a first main approach, operating parameters are identified by experts and monitored to ensure that these parameters evolve within ranges considered normal. The advantage of this first strategy is that it is based on a physical knowledge of industrial equipment and more generally on physical laws and standards. For example, maximum acceptable vibration levels are defined for a rotating machine, according to a standard, depending on the power of the machine.
Toutefois, un premier inconvénient de cette stratégie est que le contexte d’utilisation habituel de la machine tournante n’est pas intégré, alors que la machine fonctionne généralement dans une plage réduite de la gamme normale de fonctionnement. Ainsi, cette stratégie ne permet en général pas de détecter de manière précoce un changement de comportement lié à une dégradation de l’équipement industriel, tant que les paramètres restent dans la gamme normale.However, a first drawback of this strategy is that the usual context of use of the rotating machine is not integrated, while the machine generally operates in a reduced range of the normal operating range. Thus, this strategy generally does not allow early detection of a change in behavior linked to a degradation of the industrial equipment, as long as the parameters remain in the normal range.
Par ailleurs, une surveillance de l’évolution conjointe de plusieurs paramètres de fonctionnement peut également être envisagée, mais sa mise en œuvre s’avère parfois complexe, voire rédhibitoire, notamment dans le cas d’un grand nombre de paramètres de fonctionnement à surveiller. Cela amène ainsi les exploitants de machines à ne surveiller qu’un nombre réduit de paramètres de fonctionnement, et séparément, ce qui rend la surveillance très partielle.Furthermore, monitoring the joint evolution of several operating parameters can also be considered, but its implementation sometimes proves to be complex, or even prohibitive, particularly in the case of a large number of operating parameters to be monitored. This leads machine operators to monitor only a small number of operating parameters, and separately, which makes monitoring very partial.
Selon une deuxième approche principale, le ou les comportements normaux de la machine sont appris à partir d’un ou plusieurs paramètres de fonctionnement au moyen d’algorithmes d’apprentissage. Ceci crée un modèle fournissant, pour chaque fonctionnement possible de la machine, un score d’anomalie représentatif de la probabilité que le fonctionnement soit anormal. Le score d’anomalie est par exemple une probabilité comprise entre 0 et 1, la valeur « 1 » signifiant que le fonctionnement est anormal avec une probabilité maximale, la valeur « 0 » signifiant que le fonctionnement est normal avec une probabilité maximale.In a second main approach, the normal behavior(s) of the machine are learned from one or more operating parameters using learning algorithms. This creates a model providing, for each possible operation of the machine, an anomaly score representing the probability that the operation is abnormal. The anomaly score is for example a probability between 0 and 1, the value “1” meaning that the operation is abnormal with a maximum probability, the value “0” meaning that the operation is normal with a maximum probability.
L’avantage de cette seconde approche est de connaître, après une phase d’apprentissage sur un historique de données, les fonctionnements normaux définis par plusieurs paramètres de fonctionnement, que ce soit par leurs valeurs individuelles, mais également en relation les uns par rapport aux autres. Ceci permet de détecter de manière très précoce des anomalies de comportement.The advantage of this second approach is to know, after a learning phase on a data history, the normal operations defined by several operating parameters, whether by their individual values, but also in relation to each other. This allows to detect behavioral anomalies very early.
Toutefois, un inconvénient majeur de cette seconde approche est qu’obtenir un modèle performant, combinant à la fois une bonne sensibilité et une bonne spécificité, nécessite un historique de données important, représentatif de tous les comportements normaux de la machine. En particulier, les relations entre capteurs étant surveillées, la taille de cet historique est très liée au nombre de capteurs surveillés. Ainsi, il est inenvisageable de disposer de cet historique représentatif et d’obtenir un modèle optimal de calcul des scores d’anomalie. En pratique, la surveillance de l’équipement industriel est réalisée alors qu’on ne dispose que d’un modèle imparfait.However, a major drawback of this second approach is that obtaining a high-performance model, combining both good sensitivity and good specificity, requires a large data history, representative of all normal behaviors of the machine. In particular, since the relationships between sensors are monitored, the size of this history is closely linked to the number of sensors monitored. Thus, it is unthinkable to have this representative history and obtain an optimal model for calculating anomaly scores. In practice, industrial equipment monitoring is carried out while only an imperfect model is available.
Afin d’améliorer le modèle, on effectue un ou plusieurs re-paramétrages du modèle au fil du temps, afin de tenir compte des bonnes et des mauvaises détections d’anomalie réalisées. Par re-paramétrage, on entend ici une modification des paramètres définissant le modèle.In order to improve the model, one or more re-parameterizations of the model are carried out over time, in order to take into account the good and bad anomaly detections carried out. By re-parameterization, we mean here a modification of the parameters defining the model.
Toutefois, ces re-paramétrages s’avèrent complexes et fastidieux, du fait de leur fréquence et de la quantité d’informations à échanger. En conséquence, ils ne sont pas toujours bien acceptés par un utilisateur du système de contrôle, typiquement un technicien, qui doit qualifier toutes les anomalies, et à qui les re-paramétrages peuvent occasionner une surcharge de travail importante.However, these re-parameterizations are complex and tedious, due to their frequency and the quantity of information to be exchanged. As a result, they are not always well accepted by a user of the control system, typically a technician, who must qualify all the anomalies, and for whom the re-parameterizations can cause a significant work overload.
Un autre inconvénient de cette seconde approche est qu’elle n’intègre pas la connaissance physique ou technique qu’on peut avoir de l’équipement industriel, ce qui peut aboutir éventuellement à de fausses alertes dans des cas triviaux de fonctionnement.Another disadvantage of this second approach is that it does not integrate the physical or technical knowledge that one may have of industrial equipment, which can eventually lead to false alarms in trivial operating cases.
Un but de l’invention est de remédier à tout ou partie des inconvénients ci-dessus, en fournissant un procédé de contrôle pour détecter des anomalies de fonctionnement de l’équipement industriel, qui soit plus fiable et/ou plus facile à mettre en œuvre.An aim of the invention is to remedy all or part of the above drawbacks, by providing a control method for detecting operating anomalies of industrial equipment, which is more reliable and/or easier to implement.
À cet effet, l’invention a pour objet un procédé de contrôle d’un équipement industriel pour détecter des anomalies de fonctionnement de l’équipement industriel, comprenant les étapes suivantes :To this end, the invention relates to a method for controlling industrial equipment to detect operating anomalies of the industrial equipment, comprising the following steps:
a) obtention d’un modèle initial adapté pour calculer des scores d’anomalie à partir d’une pluralité de paramètres de fonctionnement représentatifs d’états de fonctionnement de l’équipement industriel, les scores d’anomalie étant respectivement représentatifs de probabilités que les états de fonctionnement soient anormaux, le modèle initial résultant d’un processus d’apprentissage automatique,a) obtaining an initial model suitable for calculating anomaly scores from a plurality of operating parameters representative of operating states of the industrial equipment, the anomaly scores being respectively representative of probabilities that the operating states are abnormal, the initial model resulting from a machine learning process,
b) obtention d’une pluralité de valeurs des paramètres de fonctionnement définissant au moins un point de fonctionnement de l’équipement industriel,(b) obtaining a plurality of values of the operating parameters defining at least one operating point of the industrial equipment,
c) calcul, à l’aide du modèle initial, du score d’anomalie associé au point de fonctionnement,c) calculation, using the initial model, of the anomaly score associated with the operating point,
d) affichage d’au moins une image montrant des scores d’anomalie calculés par le modèle initial, en fonction d’au moins deux des paramètres de fonctionnement formant deux coordonnées de l’image, l’image montrant le score d’anomalie du point de fonctionnement,(d) displaying at least one image showing anomaly scores calculated by the initial model, as a function of at least two of the operating parameters forming two coordinates of the image, the image showing the anomaly score of the operating point,
e) détermination, par un utilisateur, d’au moins une correction souhaitée dans l’image affichée, la correction souhaitée portant sur au moins un point de correction, ou au moins une zone de correction,(e) determination, by a user, of at least one desired correction in the displayed image, the desired correction relating to at least one correction point, or at least one correction zone,
f) à partir du modèle initial et de la correction souhaitée, obtention d’un modèle corrigé adapté pour calculer, à partir de la pluralité de paramètres de fonctionnement, des scores d’anomalie corrigés,(f) from the initial model and the desired correction, obtaining a corrected model adapted to calculate, from the plurality of operating parameters, corrected anomaly scores,
g) affichage d’une image corrigée montrant les scores d’anomalie corrigés en fonction des deux coordonnées,g) display of a corrected image showing the corrected anomaly scores based on the two coordinates,
les étapes b) à g) étant optionnellement itérées dans le temps, le modèle corrigé d’une itération devenant le modèle initial d’une itération suivante,steps b) to g) being optionally iterated over time, the corrected model of one iteration becoming the initial model of a following iteration,
h) obtention d’une pluralité de valeurs des paramètres de fonctionnement définissant un point de fonctionnement de l’équipement industriel, et(h) obtaining a plurality of values of the operating parameters defining an operating point of the industrial equipment, and
i) calcul du score d’anomalie associé audit point de fonctionnement à l’aide du modèle corrigé obtenu lors de la dernière des itérations.i) calculation of the anomaly score associated with said operating point using the corrected model obtained during the last of the iterations.
Selon des modes de réalisation particuliers, le procédé comprend l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :According to particular embodiments, the method comprises one or more of the following characteristics, taken in isolation or in all technically possible combinations:
- l’étape a) comprend une sous-étape d’apprentissage automatique pour obtenir le modèle initial ;- step a) includes a machine learning sub-step to obtain the initial model;
- à l’étape h), et optionnellement à l’étape b), des mesures sont réalisées par une pluralité de capteurs de l’équipement industriel pour obtenir les valeurs des paramètres de fonctionnement ;- in step h), and optionally in step b), measurements are carried out by a plurality of sensors of the industrial equipment to obtain the values of the operating parameters;
- le procédé comprend une étape j) d’élaboration par l’utilisateur ou une machine, à partir dudit score d’anomalie obtenu à l’étape i), d’une décision d’administration de l’équipement industriel destinée à modifier l’état de fonctionnement de l’équipement industriel ;- the method comprises a step j) of development by the user or a machine, from said anomaly score obtained in step i), of an administration decision of the industrial equipment intended to modify the operating state of the industrial equipment;
- à l’étape e), la correction souhaitée porte sur une zone de l’image affichée ; et à l’étape f), le calcul du modèle corrigé comprend une sommation du modèle initial et d’une fonction de pénalité ayant pour variables au moins lesdites coordonnées de l’image, la fonction de pénalité étant adaptée pour réaliser dans l’image corrigée une correction de forme prédéfinie, par exemple sphérique, elliptique, rectangulaire, ou par bande ;- in step e), the desired correction relates to an area of the displayed image; and in step f), the calculation of the corrected model comprises a summation of the initial model and a penalty function having as variables at least said coordinates of the image, the penalty function being adapted to carry out in the corrected image a correction of predefined shape, for example spherical, elliptical, rectangular, or by band;
- à l’étape e), la correction souhaitée porte sur au moins un point de correction appartenant à l’image affichée ; et à l’étape f), le calcul du modèle corrigé comprend une sommation du modèle initial et d’une fonction de pénalité ayant pour variables au moins lesdites coordonnées de l’image, la fonction de pénalité comprenant un terme associé au point de correction, le terme étant, en valeur absolue, maximal pour ledit point de correction et décroissant en fonction d’une distance audit point de correction ;- in step e), the desired correction relates to at least one correction point belonging to the displayed image; and in step f), the calculation of the corrected model comprises a summation of the initial model and a penalty function having as variables at least said coordinates of the image, the penalty function comprising a term associated with the correction point, the term being, in absolute value, maximum for said correction point and decreasing as a function of a distance from said correction point;
- ledit terme est proportionnel à une fonction gaussienne ayant ladite distance comme variable ;- said term is proportional to a Gaussian function having said distance as a variable;
- ledit terme comporte un paramètre présélectionné pour définir une propagation de la correction souhaitée dans l’image corrigée, le terme étant de la forme
X est un point courant ayant comme coordonnées les paramètres de fonctionnement, et où est calculée la fonction de pénalité,X is a current point having as coordinates the operating parameters, and where the penalty function is calculated,
Y est le point de correction,Y is the correction point,
aest un coefficient, a is a coefficient,
K est une fonction décroissante, avec K(0) = 1,K is a decreasing function, with K(0) = 1,
d(X,Y) est la distance entre le point de correction Y et le point courant X, etd(X,Y) is the distance between the correction point Y and the current point X, and
γ est le paramètre présélectionné ; etγ is the preselected parameter; and
- le procédé comprend une étape f1) de détermination du paramètre présélectionné à partir d’un jeu de données comprenant une pluralité de points de fonctionnements ayant respectivement pour coordonnées des valeurs des paramètres de fonctionnement, la détermination comportant les sous-étapes suivantes :- the method comprises a step f1) of determining the preselected parameter from a data set comprising a plurality of operating points having respectively as coordinates values of the operating parameters, the determination comprising the following sub-steps:
- pour des valeurs croissantes d’un paramètre de rangk, et pour chacun desdits points de fonctionnement, calcul d’une distance entre ledit point de fonctionnement et sonk ièmeplus proche voisin dans la pluralité de points de fonctionnement,- for increasing values of a parameter of rank k , and for each of said operating points, calculation of a distance between said operating point and its kth closest neighbor in the plurality of operating points,
- pour chacune des valeurs du paramètre de rangk, calcul d’une distance moyenne égale à une moyenne des distances obtenues pour les points de fonctionnement,- for each of the values of the parameter of rank k , calculation of an average distance equal to an average of the distances obtained for the operating points,
- calcul d’une dérivée première de la distance moyenne par rapport au paramètre de rangket, si la dérivée première présente au moins un premier pic, choix d’une valeur du paramètre de rangksituée juste avant le premier pic, le paramètre présélectionné étant alors défini comme la distance moyenne associée à ladite valeur du paramètre de rangk,- calculation of a first derivative of the mean distance with respect to the parameter of rank k and, if the first derivative has at least a first peak, choice of a value of the parameter of rank k located just before the first peak, the preselected parameter then being defined as the mean distance associated with said value of the parameter of rank k ,
- si la dérivée première ne présente pas de premier pic, calcul d’une dérivée seconde de la distance moyenne par rapport au paramètre de rangket choix d’une valeur du paramètre de rangkpour laquelle la dérivée seconde devient stable, le paramètre présélectionné étant alors défini comme la distance moyenne associée à ladite valeur du paramètre de rangk. - if the first derivative does not have a first peak, calculation of a second derivative of the mean distance with respect to the parameter of rank k and choice of a value of the parameter of rank k for which the second derivative becomes stable, the preselected parameter then being defined as the mean distance associated with said value of the parameter of rank k .
L’invention concerne également une installation comprenant :The invention also relates to an installation comprising:
- un équipement industriel,- industrial equipment,
- des capteurs adaptés pour fournir une pluralité de paramètres de fonctionnement représentatifs d’états de fonctionnement de l’équipement industriel, et- sensors adapted to provide a plurality of operating parameters representative of operating states of the industrial equipment, and
- un système de contrôle adapté pour détecter des anomalies de fonctionnement de l’équipement industriel, le système de contrôle comprenant au moins une unité centrale, une mémoire, un écran et un clavier, la mémoire comportant des instructions qui lorsqu’elles sont lues par l’unité centrale conduisent l’installation à réaliser les étapes a) à d) et f) à i) d’un procédé tel que décrit ci-dessus, l’écran étant adapté pour afficher l’image montrant des scores d’anomalie ou l’image corrigée. - a control system adapted to detect operating anomalies of the industrial equipment, the control system comprising at least a central unit, a memory, a screen and a keyboard, the memory comprising instructions which when read by the central unit cause the installation to carry out steps a) to d) and f) to i) of a method as described above, the screen being adapted to display the image showing anomaly scores or the corrected image.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :The invention will be better understood from reading the following description, given solely as an example and with reference to the attached drawings, in which:
En référence à la
L’installation 10 est par exemple située sur un site de production d’énergie, de matières premières, de biens, ou de produits intermédiaires destinés à l’industrie.Installation 10 is, for example, located on a site for the production of energy, raw materials, goods, or intermediate products intended for industry.
L’installation 10 comprend un équipement industriel 12 et des capteurs 14 adaptés pour fournir une pluralité de paramètres de fonctionnement C1, C2 … CN, représentatifs, selon leurs valeurs possibles, d’états de fonctionnement de l’équipement industriel. L’installation 10 comprend aussi un système de contrôle 16 adapté pour détecter des anomalies de fonctionnement de l’équipement industriel 12.The installation 10 comprises industrial equipment 12 and sensors 14 adapted to provide a plurality of operating parameters C1, C2 … CN, representative, according to their possible values, of operating states of the industrial equipment. The installation 10 also comprises a control system 16 adapted to detect operating anomalies of the industrial equipment 12.
L’équipement industriel 12 est par exemple un compresseur, une turbine, une chaudière, ou tout équipement industriel connu en lui-même.The industrial equipment 12 is for example a compressor, a turbine, a boiler, or any industrial equipment known per se.
Il y a N capteurs 14, avec N égal à un, deux, trois ou plus.There are N sensors 14, with N equal to one, two, three or more.
Selon un mode de réalisation particulier, le ou au moins un des capteurs 14 peut remonter plusieurs paramètres de fonctionnement. Par exemple, un accéléromètre multi-axes fournit des accélérations selon trois axes, c’est-à-dire trois paramètres de fonctionnement.According to a particular embodiment, the or at least one of the sensors 14 can provide several operating parameters. For example, a multi-axis accelerometer provides accelerations along three axes, i.e. three operating parameters.
Les paramètres de fonctionnement sont par exemple des températures, des pressions, des niveaux de vibrations, ou d’autres grandeurs typiques d’un équipement industriel. Les paramètres de fonctionnement sont par exemple des valeurs instantanées, ou moyennées dans le temps. Les paramètres de fonctionnement sont avantageusement normalisés, c’est-à-dire par exemple divisés par une valeur de référence.Operating parameters are, for example, temperatures, pressures, vibration levels, or other quantities typical of industrial equipment. Operating parameters are, for example, instantaneous values, or averaged over time. Operating parameters are advantageously standardized, i.e., for example, divided by a reference value.
Par exemple, une pression P est remplacée par une pression P*=P/P0, où :For example, a pressure P is replaced by a pressure P*=P/P0, where:
P* est la pression normalisée,P* is the normalized pressure,
P est la pression en bar, variant par exemple entre 1 et 2 bar,P is the pressure in bar, varying for example between 1 and 2 bar,
P0 est une pression de référence, valant par exemple 1,5 bar.P0 is a reference pressure, for example 1.5 bar.
Plus généralement, P* = aP+b, où a et b sont des paramètres, qui sont avantageusement calculés automatiquement.More generally, P* = aP+b, where a and b are parameters, which are advantageously calculated automatically.
Le système de contrôle 16 est situé à proximité de l’équipement 12, ou en variante à distance. Le système de contrôle 16 est adapté pour être utilisé par au moins un utilisateur 18 (appelé par la suite « l’utilisateur », mais il peut d’agir d’une équipe, ou d’utilisateurs successifs). Le système de contrôle 16 est avantageusement adapté pour agir directement (flèche 19) sur l’équipement industriel 12, par exemple pour l’arrêter, le démarrer, ou modifier une consigne de fonctionnement. Le système de contrôle 16 est avantageusement adapté pour recevoir et stocker des données historiques de fonctionnement, ou pour recevoir des valeurs des paramètres de fonctionnement C1, C2 … CN.The control system 16 is located near the equipment 12, or alternatively remotely. The control system 16 is adapted to be used by at least one user 18 (hereinafter called “the user”, but it may be a team, or successive users). The control system 16 is advantageously adapted to act directly (arrow 19) on the industrial equipment 12, for example to stop it, start it, or modify an operating instruction. The control system 16 is advantageously adapted to receive and store historical operating data, or to receive values of the operating parameters C1, C2 … CN.
Le système de contrôle 16 comprend au moins une unité centrale 20, une mémoire 22, un écran 24 et un clavier 26.The control system 16 comprises at least a central unit 20, a memory 22, a screen 24 and a keyboard 26.
L’utilisateur 18 est typiquement un technicien chargé de contrôler l’équipement industriel 12, par exemple sur site, ou en variante à distance.The user 18 is typically a technician responsible for controlling the industrial equipment 12, for example on site, or alternatively remotely.
La mémoire 22 comporte des instructions qui, lorsqu’elles sont lues par l’unité centrale 20, conduisent l’installation 10 à réaliser les étapes a) à d) et f) à i) d’un procédé selon l’invention qui sera décrit ci-après en référence à la
L’étape e) de ce procédé est réalisée par l’utilisateur 18, qui entre dans le système de contrôle 16 une ou plusieurs corrections souhaitées 28.Step e) of this method is carried out by the user 18, who enters one or more desired corrections 28 into the control system 16.
L’écran 24 est par exemple adapté pour afficher des images telles que représentées sur les figures 3 à 18, montrant des scores d’anomalie obtenus à partir des paramètres de fonctionnement C1, C2 … CN, ou montrant des corrections souhaitées, en fonction de deux des paramètres de fonctionnement, dans l’exemple les paramètres C1 et C2. Avantageusement, l’utilisateur 18 peut sélectionner le couple de paramètres servant de coordonnées pour les images qu’il souhaite voir affichées.The screen 24 is for example adapted to display images such as those shown in FIGS. 3 to 18, showing anomaly scores obtained from the operating parameters C1, C2 … CN, or showing desired corrections, depending on two of the operating parameters, in the example the parameters C1 and C2. Advantageously, the user 18 can select the pair of parameters serving as coordinates for the images that he wishes to see displayed.
Selon une variante non représentée, les images sont réalisées en fonction de trois des paramètres de fonctionnement, mais de telles images tridimensionnelles sont plus difficiles à lire et à interpréter par l’utilisateur 18.According to a variant not shown, the images are produced as a function of three of the operating parameters, but such three-dimensional images are more difficult for the user 18 to read and interpret.
En référence à la
Le procédé est adapté pour contrôler l’équipement industriel 12 notamment en détectant des anomalies de son fonctionnement sous la forme de scores d’anomalie affichés sur l’écran 24.The method is suitable for controlling industrial equipment 12, in particular by detecting anomalies in its operation in the form of anomaly scores displayed on the screen 24.
Le procédé comprend une étape a) d’obtention d’un modèle initial F adapté pour calculer des scores d’anomalie à partir des paramètres de fonctionnement C1, C2 … CN, une étape b) d’obtention d’une pluralité de valeurs 30 des paramètres de fonctionnement définissant au moins un point de fonctionnement M (
Le procédé comprend une étape d) d’affichage d’au moins une image 32 (
Le procédé comprend une étape e) de détermination, par l’utilisateur 18, d’au moins la correction souhaitée 28 (figures 5, 9, 11 et 12) à apporter à l’image 32 affichée, la correction souhaitée portant sur au moins un point de correction (
Le procédé comprend une étape f) d’obtention, à partir du modèle initial F et de la correction souhaitée 28, d’un modèle corrigé Fp adapté pour calculer, à partir de la pluralité de paramètres de fonctionnement C1, C2 … CN, des scores d’anomalie corrigés.The method comprises a step f) of obtaining, from the initial model F and the desired correction 28, a corrected model Fp adapted to calculate, from the plurality of operating parameters C1, C2 … CN, corrected anomaly scores.
Le procédé comprend une étape g) d’affichage d’une image corrigée 36 (figures 7 et 10) montrant les scores d’anomalie corrigés, en fonction des deux paramètres C1 et C2.The method comprises a step g) of displaying a corrected image 36 (figures 7 and 10) showing the corrected anomaly scores, as a function of the two parameters C1 and C2.
Les étapes b) à g) sont optionnellement itérées dans le temps, le modèle corrigé Fp d’une itération devenant le modèle initial F d’une itération suivante, de façon à apporter des corrections successives qui se cumulent.Steps b) to g) are optionally iterated over time, the corrected model Fp of one iteration becoming the initial model F of a following iteration, so as to make successive corrections which accumulate.
Le procédé comprend une étape h) d’obtention d’une pluralité de valeurs 38 des paramètres de fonctionnement 14 définissant un point de fonctionnement de l’équipement industriel 12, par exemple le point M, et une étape i) de calcul du score d’anomalie Fp(M) associé audit point de fonctionnement à l’aide du modèle corrigé, ou de celui obtenu lors de la dernière des itérations. Un message d’alerte est éventuellement émis par le système de contrôle 16 en fonction de la valeur de Fp(M).The method comprises a step h) of obtaining a plurality of values 38 of the operating parameters 14 defining an operating point of the industrial equipment 12, for example the point M, and a step i) of calculating the anomaly score Fp(M) associated with said operating point using the corrected model, or that obtained during the last of the iterations. An alert message is optionally emitted by the control system 16 as a function of the value of Fp(M).
Avantageusement, le procédé comprend une étape j) d’élaboration par l’utilisateur 18 ou une machine, par exemple le système de contrôle 16, à partir du score d’anomalie obtenu à l’étape h), d’une décision d’administration 40 de l’équipement industriel 12, destinée à modifier l’état de fonctionnement de l’équipement industriel 12, par exemple à l’arrêter ou à changer une consigne de fonctionnement.Advantageously, the method comprises a step j) of development by the user 18 or a machine, for example the control system 16, from the anomaly score obtained in step h), of an administration decision 40 of the industrial equipment 12, intended to modify the operating state of the industrial equipment 12, for example to stop it or to change an operating instruction.
L’étape a) correspond à une mise en route initiale du procédé. Les étapes b) à g), éventuellement itérées, correspondent à une période, plus ou moins longue, de prise en compte d’un ou plusieurs retour(s) de l’utilisateur 18 sur des scores d’anomalie, notamment ponctuels, et/ou de prendre en compte sa connaissance de l’équipement industriel 12, notamment par un ou plusieurs retours sur des zones des images affichées. Les étapes h) à j) sont plutôt des étapes d’exploitation une fois que le modèle F a été fiabilisé par le ou les retours de l’utilisateur 18.Step a) corresponds to an initial start-up of the process. Steps b) to g), possibly iterated, correspond to a period, more or less long, of taking into account one or more feedbacks from the user 18 on anomaly scores, in particular one-off, and/or of taking into account his knowledge of the industrial equipment 12, in particular by one or more feedbacks on areas of the displayed images. Steps h) to j) are rather operating steps once the model F has been made reliable by the feedback(s) from the user 18.
On comprend que les étapes b) à g) permettent une fiabilisation des scores d’anomalie de manière souple, sans passer par un re-paramétrage fastidieux du modèle F.It is understood that steps b) to g) allow for the reliability of anomaly scores in a flexible manner, without going through a tedious re-parameterization of the model F.
Les scores d’anomalie sont représentatifs de probabilités que les états de fonctionnement (définis par les paramètres de fonctionnement C1, C2 … CN) soient anormaux. Par exemple, les scores d’anomalie ont une valeur comprise dans l’intervalle [0,1], la valeur 1 représentant un fonctionnement anormal de manière certaine, et la valeur 0 signifiant un fonctionnement normal de manière certaine.Anomaly scores are representative of probabilities that operating states (defined by operating parameters C1, C2 … CN) are abnormal. For example, anomaly scores have a value in the interval [0,1], with a value of 1 representing definitely abnormal operation, and a value of 0 meaning definitely normal operation.
A chaque point X défini par les paramètres de fonctionnement, le modèle initial F obtenu à l’étape a) (ou le modèle corrigé obtenu lors de l’itération précédente) fournit un score d’anomalie F(X).At each point X defined by the operating parameters, the initial model F obtained in step a) (or the corrected model obtained during the previous iteration) provides an anomaly score F(X).
Sur la
Dans l’exemple, le paramètre C1 varie entre -10 et +10, et le paramètre C2 varie entre -6 et +8. De manière connue en soi, il s’agit avantageusement de valeurs normalisées, notamment afin de ne pas privilégier un paramètre de fonctionnement par rapport à un autre dans les calculs de distance qui seront expliqués plus bas.In the example, parameter C1 varies between -10 and +10, and parameter C2 varies between -6 and +8. In a manner known per se, these are advantageously standardized values, in particular so as not to favor one operating parameter over another in the distance calculations which will be explained below.
Les scores d’anomalie sont représentés par des lignes de niveau (comme pour l’altitude sur des cartes géographiques). Dans l’exemple, les niveaux 0,0, 0,2… 1,0 ont été choisis sur la
En pratique, bien sûr, on utilisera plutôt un dégradé de couleurs, plus facile à lire.In practice, of course, we will rather use a color gradient, which is easier to read.
Le modèle initial F résulte d’un processus d’apprentissage automatique (en anglaisMachine learning).The initial model F results from a machine learning process.
Le modèle initial F a par exemple été obtenu précédemment et se trouve dans la mémoire 22 du système de contrôle 16.The initial model F has for example been obtained previously and is located in the memory 22 of the control system 16.
Selon un mode de réalisation particulier, l’étape a) comprend une sous-étape k) d’apprentissage automatique pour obtenir le modèle initial F. Par exemple, on utilise des données historiques 42 représentées sur la
A l’étape h), et optionnellement à l’étape b), des mesures sont avantageusement réalisées par les capteurs 14 de l’équipement industriel 12 pour obtenir les valeurs des paramètres de fonctionnement C1 à CN.In step h), and optionally in step b), measurements are advantageously carried out by the sensors 14 of the industrial equipment 12 to obtain the values of the operating parameters C1 to CN.
En variante, les valeurs des paramètres de fonctionnement C1 à CN proviennent par exemple de la mémoire 22 et correspondent par exemple à des cas tests, ou à d’anciennes valeurs mesurées.Alternatively, the values of the operating parameters C1 to CN come for example from memory 22 and correspond for example to test cases, or to old measured values.
A l’étape c), un score d’anomalie F(M) associé au point de fonctionnement M est calculé en utilisant les paramètres de fonctionnement C1 à CN. Sur la
A l’étape d), l’image 32 visible sur la
Etapes e) et f) – corrections ponctuelles souhaitées par l’utilisateurSteps e) and f) – specific corrections desired by the user
Selon un premier mode de réalisation, à l’étape e), la correction 28 souhaitée par l’utilisateur 18 prend la forme d’une ou plusieurs corrections ponctuelles. Ces corrections portent par exemple sur le point de fonctionnement M, ou sur d’autres points de correction Y.According to a first embodiment, in step e), the correction 28 desired by the user 18 takes the form of one or more one-off corrections. These corrections relate, for example, to the operating point M, or to other correction points Y.
Par exemple, la
L’utilisateur décide par exemple que ces points correspondent à des modes de fonctionnement anormaux, et labellise ces points comme anormaux, comme visible sur la
A l’étape f), le calcul du modèle corrigé Fp comprend une sommation du modèle initial F et d’une fonction de pénalité Pen ayant pour variables au moins les coordonnées C1, C2 de l’image, avantageusement tous les paramètres de fonctionnement C1 à CN.In step f), the calculation of the corrected model Fp includes a summation of the initial model F and a penalty function Pen having as variables at least the coordinates C1, C2 of the image, advantageously all the operating parameters C1 to CN.
Pour chaque point X, le score d’anomalie corrigé est donné par la formule :For each point X, the corrected anomaly score is given by the formula:
F est le modèle initial,F is the initial model,
Pen est la correction souhaitée,Pen is the desired correction,
Fp est le modèle corrigé.Fp is the corrected model.
Si Fp(X) est supérieur à 1,0 ou inférieur à 0,0, une normalisation est avantageusement effectuée, afin que le score d’anomalie corrigé Fp(X) reste dans l’intervalle [0,1].If Fp(X) is greater than 1.0 or less than 0.0, a normalization is advantageously carried out, so that the corrected anomaly score Fp(X) remains in the interval [0,1].
Si l’utilisateur décide d’effectuer une seule correction ponctuelle en un point Y, alors, pour tout point X, la fonction de pénalité Pen est avantageusement, en valeur absolue, maximale pour ledit point de correction Y, et décroissante en fonction d’une distance d(X,Y) entre le point de correction Y et le point X. Par exemple :If the user decides to perform a single point correction at a point Y, then, for any point X, the penalty function Pen is advantageously, in absolute value, maximum for said correction point Y, and decreasing as a function of a distance d(X,Y) between the correction point Y and the point X. For example:
aest un coefficient tel que la pénalité vaut avantageusement une correctionbvoulue par l’utilisateur au point Y, la correctionbétant comprise entre -1 et +1 dans l’exemple, avec a=b dans le cas d’une seule correction ponctuelle. a is a coefficient such that the penalty is advantageously worth a correction b desired by the user at point Y, the correction b being between -1 and +1 in the example, with a=b in the case of a single point correction.
K est une fonction décroissante, avec par exemple K(0) = 1,K is a decreasing function, with for example K(0) = 1,
d(X,Y) est par exemple la distance euclidienne entre les points X et Y,d(X,Y) is for example the Euclidean distance between points X and Y,
γ est un paramètre présélectionné dont la signification sera expliquée plus bas.γ is a preselected parameter whose meaning will be explained below.
En variante, d’autres distances que la distance euclidienne pourraient être utilisées.Alternatively, other distances than the Euclidean distance could be used.
La correction est maximale en valeur absolue au point Y, et sa valeur absolue
Sur la
Pour tout point X, la fonction de pénalité Pen est alors donnée par la formule :For any point X, the penalty function Pen is then given by the formula:
iest un nombre entier permettant d’indicer les points Yi, i is an integer used to index the points Y i ,
aiest un coefficient avantageusement calculé de sorte que la pénalité au point Yivaut une correction bipar exemple comprise entre -1 et +1 demandée par l’utilisateur, c’est-à-dire que, pour tout point labellisé Yi:a i is a coefficient advantageously calculated so that the penalty at point Y i is worth a correction b i for example between -1 and +1 requested by the user, that is to say that, for any point labeled Y i :
La
Le procédé permet de labelliser tout point de fonctionnement. A titre d’exemple, l’utilisateur labellise un point comme anormal en choisissant une correctionbvalant +0,5 ou comme normal choisissant une correctionbvalant -0,5.The method allows to label any operating point. For example, the user labels a point as abnormal by choosing a correction b worth +0.5 or as normal by choosing a correction b worth -0.5.
Avantageusement, si l’utilisateur n’est pas certain de la correction qu’il souhaite, il peut choisir des corrections inférieures à 0,5 en valeur absolue, de façon à ce que la correction n’ait qu’un effet relatif sur le score d’anomalie corrigé. Inversement, si le point de correction a un score d’anomalie initial faible (donc considéré comme plutôt normal), alors que l’utilisateur estime que ce point de fonctionnement est anormal, l’utilisateur peut choisir une correction supérieure à +0,5, voire une correction de +1,0. La normalisation ramène avantageusement la valeur Fp(X) dans l’intervalle [0,1] dans tous les cas.Advantageously, if the user is not sure of the correction he wants, he can choose corrections lower than 0.5 in absolute value, so that the correction has only a relative effect on the corrected anomaly score. Conversely, if the correction point has a low initial anomaly score (therefore considered rather normal), while the user considers that this operating point is abnormal, the user can choose a correction greater than +0.5, or even a correction of +1.0. Normalization advantageously brings the Fp(X) value back into the interval [0,1] in all cases.
La
Avantageusement, chaque terme de la fonction de pénalité Pen associé à un point de correction Y est proportionnel à une fonction gaussienne ayant la distance d(X,Y) comme variable. Dans ce cas, la fonction K prend par exemple la forme suivante :Advantageously, each term of the penalty function Pen associated with a correction point Y is proportional to a Gaussian function having the distance d(X,Y) as a variable. In this case, the function K takes for example the following form:
xest une variable, x is a variable,
exp est la fonction exponentielle,exp is the exponential function,
ln est le logarithme naturel,ln is the natural logarithm,
ord est un paramètre supérieur à 1.ord is a parameter greater than 1.
Ceci conduit, pour chaque terme associé à un point de correction Y, à une pénalité valant :
En variante, d’autres fonctions K sont possibles. Les inventeurs ont observé qu’une fonction gaussienne est particulièrement avantageuse.Alternatively, other K functions are possible. The inventors have observed that a Gaussian function is particularly advantageous.
Comme on l’a vu, dans le cas d’un unique point de correction Y, Pen(Y) = a. En outre, si d(X,Y) = γ, Pen (X) = a/2 dans l’exemple. Le paramètre présélectionné γ représente donc, dans l’exemple, la distance pour laquelle la correction au point X n’est plus que la moitié de ce qu’elle est au point de correction Y dans le cas d’un unique point de correction Y.As we have seen, in the case of a single correction point Y, Pen(Y) = a. Furthermore, if d(X,Y) = γ, Pen(X) = a/2 in the example. The preselected parameter γ therefore represents, in the example, the distance for which the correction at point X is only half of what it is at correction point Y in the case of a single correction point Y.
En variante, d’autres définitions du paramètre présélectionné γ sont possibles en modifiant la fonction K. Par exemple, le paramètre présélectionné γ peut représenter la distance pour laquelle la correction au point X n’est plus qu’une fraction donnée de ce qu’elle est au point de correction Y.Alternatively, other definitions of the preselected parameter γ are possible by modifying the function K. For example, the preselected parameter γ can represent the distance for which the correction at point X is only a given fraction of what it is at correction point Y.
Le procédé permet donc, en présélectionnant la valeur du paramètre γ, de contrôler la « propagation » ou la « diffusion » d’une correction ponctuelle à partir du point de correction Y vers des points X situés au voisinage du point de correction Y. Plus la valeur du paramètre γ est faible, et plus la correction appliquée décroît rapidement à mesure que l’on s’éloigne du point de correction Y.The method therefore allows, by preselecting the value of the parameter γ, to control the “propagation” or “diffusion” of a point correction from the correction point Y to points X located in the vicinity of the correction point Y. The lower the value of the parameter γ, the more the correction applied decreases rapidly as one moves away from the correction point Y.
Sur les figures 6 et 7, la valeur du paramètre γ est par exemple de 0,25. Nous reviendrons sur l’effet du paramètre γ et décrirons une méthode pour choisir la valeur de ce paramètre.In Figures 6 and 7, the value of the parameter γ is for example 0.25. We will return to the effect of the parameter γ and describe a method for choosing the value of this parameter.
La
Etapes e) et f) – correction sur une zone souhaitée par l’utilisateurSteps e) and f) – correction on an area desired by the user
Selon un deuxième mode de réalisation (alternativement ou en complément du premier mode de réalisation), à l’étape e), la correction 28 souhaitée par l’utilisateur 18 porte sur une zone Z de l’image affichée. Ceci permet avantageusement de tenir compte d’une connaissance du fonctionnement de l’équipement industriel 12, ou de l’expérience de l’utilisateur, notamment des seuils à ne pas franchir par certains des paramètres de fonctionnement, ou des zones de bon fonctionnement.According to a second embodiment (alternatively or in addition to the first embodiment), in step e), the correction 28 desired by the user 18 relates to a zone Z of the displayed image. This advantageously makes it possible to take into account knowledge of the operation of the industrial equipment 12, or the experience of the user, in particular the thresholds not to be crossed by certain operating parameters, or the zones of good operation.
Par exemple, sur la
A l’étape f), le calcul du modèle corrigé Fp comprend une sommation du modèle initial F et d’une fonction de pénalité Pen ayant pour variables au moins lesdites coordonnées de l’image, avantageusement tous les paramètres de fonctionnement C1 à CN. La fonction de pénalité Pen est adaptée pour réaliser dans l’image corrigée 36 une correction de forme elliptique Fp dans la zone Z1 et rectangulaire dans la zone Z2.In step f), the calculation of the corrected model Fp comprises a summation of the initial model F and a penalty function Pen having as variables at least said coordinates of the image, advantageously all the operating parameters C1 to CN. The penalty function Pen is adapted to carry out in the corrected image 36 a correction of elliptical shape Fp in the zone Z1 and rectangular in the zone Z2.
Le modèle corrigé est représenté sur la
En variante ou en complément, la correction présente une forme de bande dans une zone Z3, comme représenté sur la
Ce type de correction par zone peut être obtenu à l’aide de fonctions, ou d’une somme de fonctions connues en elles-mêmes de l’homme du métier.This type of zone correction can be obtained using functions, or a sum of functions known per se to those skilled in the art.
Par exemple, une correction elliptique provient par exemple du choix de la distance euclidienne dans la fonction Pen définie précédemment.For example, an elliptic correction comes for example from the choice of the Euclidean distance in the Pen function defined previously.
Pour une correction rectangulaire, on choisit par exemple la distance induite par la norme l-p:For a rectangular correction, we choose for example the distance induced by the l-p norm:
, avec le paramètre p suffisamment élevé., with the parameter p sufficiently high.
Pour une correction en forme de bande verticale, la distance est par exemple calculée avec comme seul paramètre de fonctionnement C1 à l’inverse des cas précédents.For a vertical band correction, the distance is for example calculated with only C1 as the operating parameter, unlike in the previous cases.
Par exemple, la correction peut être « abrupte » (avec un décrochement lorsqu’on sort de l’ellipse, du rectangle ou de la bande), ou « douce » (avec une zone de transition dont l’extension avantageusement paramétrable). Ceci est ajustable via le paramètre ord: plus celui-ci est élevé et plus la correction est abrupte.For example, the correction can be "abrupt" (with a drop when leaving the ellipse, rectangle or band), or "soft" (with a transition zone whose extension can be advantageously configured). This is adjustable via the ord parameter: the higher it is, the more abrupt the correction.
Sur la
Comme on l’a vu, aux étapes e) et f), l’utilisateur peut introduire une ou plusieurs corrections, ponctuelles ou par zone.As we have seen, in steps e) and f), the user can introduce one or more corrections, one-off or by zone.
Les étapes b) à g) sont éventuellement itérées dans le temps, de façon à ce que l’utilisateur puisse, à chaque itération, introduire à nouveau une ou plusieurs corrections qui se cumulent avec les précédentes. Les nouvelles corrections peuvent provenir d’un nouveau point de fonctionnement ou d’une nouvelle zone dont l’utilisateur veut corriger le score d’anomalie, ou bien peuvent provenir d’un changement d’opinion de l’utilisateur, tenant compte de son expérience acquise, sur un point de fonctionnement ou une zone précédemment corrigés. Le modèle corrigé Fp obtenu à l’étape f) d’une itération devient le modèle initial F de l’itération suivante.Steps b) to g) are optionally iterated over time, so that the user can, at each iteration, reintroduce one or more corrections that are cumulative with the previous ones. The new corrections may come from a new operating point or a new zone whose anomaly score the user wants to correct, or may come from a change in the user's opinion, taking into account his acquired experience, on a previously corrected operating point or zone. The corrected model Fp obtained at step f) of an iteration becomes the initial model F of the following iteration.
Le procédé permet donc avantageusement de faire plusieurs corrections simultanées, ou successives dans le temps, et permet aussi de revenir sur des corrections précédentes et les modifier.The process therefore advantageously allows several simultaneous or successive corrections to be made over time, and also allows previous corrections to be returned to and modified.
A l’étape i), le dernier modèle corrigé Fp est utilisé.In step i), the last corrected model Fp is used.
Comme on l’a vu plus haut, le paramètre présélectionné γ représente, dans le cas d’une correction ponctuelle souhaitée par l’utilisateur, une distance pour laquelle la correction au point X n’est plus qu’une fraction, par exemple la moitié, de ce qu’elle est au point de correction Y.As seen above, the preselected parameter γ represents, in the case of a point correction desired by the user, a distance for which the correction at point X is only a fraction, for example half, of what it is at correction point Y.
La
Les figures 13 et 14 montrent respectivement la fonction de pénalité Pen (X) et modèle corrigé Fp(X) obtenus avec γ=0,05. On constate que les corrections ne diffusent pas dans l’image corrigée (
Les figures 15 et 16 montrent respectivement la fonction de pénalité Pen (X) et modèle corrigé Fp(X) obtenus avec γ=1,0. Les figures 17 et 18 montrent respectivement la fonction de pénalité Pen(X) et modèle corrigé Fp(X) obtenus avec γ=5,0. Dans ces deux cas, les corrections se diffusent trop largement et affectent non seulement le nuage de points situés au voisinage des points labellisés par l’utilisateur, mais d’autres nuages de points. Dans le cas γ=5,0, l’information se diffuse tellement dans l’image corrigée que le modèle corrigé Fp(X) n’est plus discriminant (ne permet plus de distinguer les points anormaux de points normaux), notamment dans la partie gauche de l’image 36 représentée sur la
Le paramètre γ est par exemple stocké dans la mémoire 22 et a été avantageusement choisi afin que les corrections diffusent suffisamment, mais pas trop.The parameter γ is for example stored in memory 22 and has been advantageously chosen so that the corrections diffuse sufficiently, but not too much.
Selon un mode de réalisation particulier, le procédé comprend une étape f1) de détermination du paramètre présélectionné γ.According to a particular embodiment, the method comprises a step f1) of determining the preselected parameter γ.
Etape f1) de détermination du paramètre présélectionné γStep f1) of determining the preselected parameter γ
On part par exemple de la pluralité de points de fonctionnements Yireprésentés sur la
Pour des valeurs croissantes d’un paramètre de rangk, et pour chacun desdits points de fonctionnement Yi, on calcule une distance Dk(Yi) entre le point de fonctionnement Yiet sonk ièmeplus proche voisin dans la pluralité de points de fonctionnement. Pour chacune des valeurs du paramètre de rangk, on calcule une distance moyenne Dkégale à la moyenne arithmétique des distances Dk(Yi) obtenues pour les points de fonctionnement Yi:For increasing values of a parameter of rank k , and for each of said operating points Y i , a distance D k (Y i ) is calculated between the operating point Y i and its k th closest neighbor in the plurality of operating points. For each of the values of the parameter of rank k , an average distance D k is calculated equal to the arithmetic mean of the distances D k (Y i ) obtained for the operating points Y i :
N est le nombre de points de fonctionnements Yi, etN is the number of operating points Y i , and
k est un entier pouvant prendre des valeurs de 1 à N-1.k is an integer that can take values from 1 to N-1.
D k est représentée en fonction deksur le graphique situé en haut de la
Ensuite, on calcule une dérivée première Dk’ de Dken fonction dek. Par exemple :
Dk’ est représentée sur le graphique au milieu de la
Sur la figure 19, on a aussi représenté une dérivée seconde
Si la dérivée première Dk’ présente au moins un premier pic, on choisit une valeur k0 du paramètre de rangksituée juste avant ce pic, et le paramètre présélectionné γ est alors défini comme la distance moyenne Dk0associée à cette valeur k0 du paramètre de rangk. On a :If the first derivative D k ' has at least one first peak, we choose a value k0 of the parameter of rank k located just before this peak, and the preselected parameter γ is then defined as the average distance D k0 associated with this value k0 of the parameter of rank k . We have:
γ = Dk0, k0 étant le paramètre de rangksitué juste avant premier pic de Dk’.γ = D k0 , k0 being the parameter of rank k located just before the first peak of D k '.
Dans l’exemple, on voit sur la
Il a été observé que le paramètre γ ainsi obtenu permet avantageusement de diffuser les corrections ponctuelles dans le nuage de points situés au voisinage du point de correction, sans aller au-delà.It was observed that the parameter γ thus obtained advantageously allows the diffusion of point corrections in the cloud of points located in the vicinity of the correction point, without going beyond.
Dans l’exemple de la
Si, au lieu de partir de la pluralité de points de fonctionnements Yireprésentés sur la
On constate alors que la courbe Dk’ ne présente pas de premier pic que l’on puisse isoler. Cela est dû au fait que les points Yisur la
Dans ce cas, lorsque la dérivée première Dk’ ne présente pas de pic, on calcule la dérivée seconde Dk’’ et on choisit une valeur k1 du paramètre de rangkpour laquelle la dérivée seconde Dk’’ devient stable, et le paramètre présélectionné γ est alors défini comme la distance moyenne Dk1associée à cette valeur k1 du paramètre de rangk. On a :In this case, when the first derivative D k ' does not have a peak, we calculate the second derivative D k '' and we choose a value k1 of the parameter of rank k for which the second derivative D k '' becomes stable, and the preselected parameter γ is then defined as the average distance D k1 associated with this value k1 of the parameter of rank k . We have:
γ = Dk1, k1 étant le paramètre de rangkpour lequel la dérivée seconde Dk’’ devient stable.γ = D k1 , k1 being the parameter of rank k for which the second derivative D k '' becomes stable.
Dans l’exemple de la
Il a été observé que le paramètre γ ainsi obtenu permet avantageusement de diffuser les corrections ponctuelles vers des points significatifs au voisinage du point de correction, sans « contaminer » l’ensemble des points Yi.It was observed that the parameter γ thus obtained advantageously allows the point corrections to be diffused towards significant points in the vicinity of the correction point, without “contaminating” the set of points Y i .
Grâce aux caractéristiques décrites ci-dessus, le procédé est plus fiable, car les scores d’anomalie sont progressivement fiabilisés par les corrections ponctuelles ou par zone demandées par l’utilisateur. Le procédé est en outre facile à mettre en œuvre, car il permet de réaliser une ou plusieurs corrections simultanées des scores d’anomalie, et éventuellement de réaliser des corrections successives qui se cumulent, sans réaliser un re-paramétrage complet du modèle initial. Le contrôle de l’équipement industriel 12 est donc amélioré.Thanks to the characteristics described above, the method is more reliable, because the anomaly scores are progressively made more reliable by the one-off or zone-specific corrections requested by the user. The method is also easy to implement, because it allows one or more simultaneous corrections of the anomaly scores to be made, and possibly successive corrections to be made that accumulate, without carrying out a complete re-parameterization of the initial model. The control of the industrial equipment 12 is therefore improved.
Selon les modes de réalisation particuliers décrits ci-dessus, le procédé permet de labelliser comme « normal » ou « anormal » un point de fonctionnement effectif, ou simplement un point affiché. La correction peut être ponctuelle (avec diffusion) ou concerner d’emblée une zone donnée de l’image affichée. La correction est positive (vers « l’anormalité » dans l’exemple) ou négative (vers la « normalité ») et sa valeur (entre -1 et +1 dans l’exemple) peut être modulée en fonction du degré de certitude de l’utilisateur.According to the particular embodiments described above, the method makes it possible to label as “normal” or “abnormal” an actual operating point, or simply a displayed point. The correction can be punctual (with diffusion) or immediately concern a given area of the displayed image. The correction is positive (towards “abnormality” in the example) or negative (towards “normality”) and its value (between -1 and +1 in the example) can be modulated according to the user’s degree of certainty.
Pour les corrections de zone, grâce à une forme appropriée, notamment elliptique, rectangulaire ou par bande, l’utilisateur peut facilement traduire sous forme de correction son expérience ou sa connaissance du fonctionnement de l’équipement industriel 12.For area corrections, by means of an appropriate shape, such as elliptical, rectangular or strip, the user can easily translate his experience or knowledge of the operation of industrial equipment into correction form 12.
Pour une correction ponctuelle (à partir d’un point de correction), la valeur du paramètre γ permet de contrôler la diffusion de la correction depuis le point de correction vers ses voisins. Le paramètre γ peut être présélectionné, ou avantageusement déterminé par une méthode s’appuyant sur la pluralité de points de fonctionnement historiques dont on dispose.For a one-time correction (from a correction point), the value of the parameter γ makes it possible to control the diffusion of the correction from the correction point to its neighbors. The parameter γ can be preselected, or advantageously determined by a method based on the plurality of historical operating points available.
Claims (10)
a) obtention, dans une mémoire (22) du système de contrôle (16), d’un modèle initial (F) adapté pour calculer des scores d’anomalie à partir d’une pluralité de paramètres de fonctionnement (C1, …CN) représentatifs d’états de fonctionnement (X) de l’équipement industriel (12), les scores d’anomalie étant respectivement représentatifs de probabilités que les états de fonctionnement (X) soient anormaux, le modèle initial (F) résultant d’un processus d’apprentissage automatique,
b) obtention d’une pluralité de valeurs (30) des paramètres de fonctionnement (C1, …CN) définissant au moins un point de fonctionnement (M) de l’équipement industriel (12),
c) calcul, à l’aide du modèle initial (F), du score d’anomalie associé au point de fonctionnement (M),
d) affichage, sur un écran (24) du système de contrôle (16), d’au moins une image (32) montrant des scores d’anomalie calculés par le modèle initial, en fonction d’au moins deux (C1, C2) des paramètres de fonctionnement (C1…CN) formant deux coordonnées de l’image (32), l’image (32) montrant le score d’anomalie du point de fonctionnement (M),
e) détermination, par l’utilisateur (18), d’au moins une correction souhaitée (28) dans l’image (32) affichée sur l’écran (24), la correction souhaitée (28) portant sur au moins un point de correction (Y), ou au moins une zone de correction (Z), et entrée par l’utilisateur (18) de la correction souhaitée (28) dans le système de contrôle (16),
f) à partir du modèle initial (F) et de la correction souhaitée (28), obtention d’un modèle corrigé (Fp) adapté pour calculer, à partir de la pluralité de paramètres de fonctionnement (C1…CN), des scores d’anomalie corrigés,
g) affichage, sur l’écran (24), d’une image corrigée (36) montrant les scores d’anomalie corrigés en fonction des deux coordonnées,
les étapes b) à g) étant optionnellement itérées dans le temps, le modèle corrigé (Fp) d’une itération devenant le modèle initial (F) d’une itération suivante,
h) obtention d’une pluralité de valeurs (38) des paramètres de fonctionnement (C1…CN) définissant un point de fonctionnement (M) de l’équipement industriel (12), et
i) calcul du score d’anomalie (Fp(M)) associé audit point de fonctionnement (M) à l’aide du modèle corrigé (Fp) obtenu lors de la dernière des itérations.Method for controlling industrial equipment (12) to detect operating anomalies of the industrial equipment (12), implementing a control system (16) adapted to be used by at least one user (18), the method comprising the following steps:
a) obtaining, in a memory (22) of the control system (16), an initial model (F) suitable for calculating anomaly scores from a plurality of operating parameters (C1, …CN) representative of operating states (X) of the industrial equipment (12), the anomaly scores being respectively representative of probabilities that the operating states (X) are abnormal, the initial model (F) resulting from an automatic learning process,
b) obtaining a plurality of values (30) of the operating parameters (C1, …CN) defining at least one operating point (M) of the industrial equipment (12),
c) calculation, using the initial model (F), of the anomaly score associated with the operating point (M),
d) displaying, on a screen (24) of the control system (16), at least one image (32) showing anomaly scores calculated by the initial model, as a function of at least two (C1, C2) of the operating parameters (C1…CN) forming two coordinates of the image (32), the image (32) showing the anomaly score of the operating point (M),
e) determining, by the user (18), at least one desired correction (28) in the image (32) displayed on the screen (24), the desired correction (28) relating to at least one correction point (Y), or at least one correction zone (Z), and entering by the user (18) the desired correction (28) into the control system (16),
f) from the initial model (F) and the desired correction (28), obtaining a corrected model (Fp) suitable for calculating, from the plurality of operating parameters (C1…CN), corrected anomaly scores,
g) displaying, on the screen (24), a corrected image (36) showing the corrected anomaly scores as a function of the two coordinates,
steps b) to g) being optionally iterated over time, the corrected model (Fp) of one iteration becoming the initial model (F) of a following iteration,
h) obtaining a plurality of values (38) of the operating parameters (C1…CN) defining an operating point (M) of the industrial equipment (12), and
i) calculation of the anomaly score (Fp(M)) associated with said operating point (M) using the corrected model (Fp) obtained during the last of the iterations.
- à l’étape e), la correction souhaitée (28) porte sur une zone (21, 22) de l’image (32) affichée, et
- à l’étape f), le calcul du modèle corrigé (Fp) comprend une sommation du modèle initial (F) et d’une fonction de pénalité (Pen) ayant pour variables au moins lesdites coordonnées de l’image (32), la fonction de pénalité (Pen) étant adaptée pour réaliser dans l’image corrigée (36) une correction de forme prédéfinie, par exemple sphérique, elliptique, rectangulaire, ou par bande.A method according to any one of claims 1 to 4, wherein:
- in step e), the desired correction (28) relates to an area (21, 22) of the displayed image (32), and
- in step f), the calculation of the corrected model (Fp) comprises a summation of the initial model (F) and a penalty function (Pen) having as variables at least said coordinates of the image (32), the penalty function (Pen) being adapted to carry out in the corrected image (36) a correction of predefined shape, for example spherical, elliptical, rectangular, or by band.
- à l’étape e), la correction souhaitée (28) porte sur au moins un point de correction (Y) appartenant à l’image (32) affichée, et
- à l’étape f), le calcul du modèle corrigé (Fp) comprend une sommation du modèle initial (F) et d’une fonction de pénalité (Pen) ayant pour variables au moins lesdites coordonnées de l’image (32), la fonction de pénalité (Pen) comprenant un terme associé au point de correction (Y), le terme étant, en valeur absolue, maximal pour ledit point de correction (Y) et décroissant en fonction d’une distance (d(X,Y)) audit point de correction (Y).A method according to any one of claims 1 to 4, wherein:
- in step e), the desired correction (28) relates to at least one correction point (Y) belonging to the displayed image (32), and
- in step f), the calculation of the corrected model (Fp) comprises a summation of the initial model (F) and a penalty function (Pen) having as variables at least said coordinates of the image (32), the penalty function (Pen) comprising a term associated with the correction point (Y), the term being, in absolute value, maximum for said correction point (Y) and decreasing as a function of a distance (d(X,Y)) from said correction point (Y).
X est un point courant ayant comme coordonnées les paramètres de fonctionnement (C1…CN), et où est calculée la fonction de pénalité,
Y est le point de correction,
aest un coefficient,
K est une fonction décroissante, avec K(0) = 1,
d(X,Y) est la distance entre le point de correction Y et le point courant X, et
γ est le paramètre présélectionné.A method according to claim 6 or 7, wherein said term comprises a preselected parameter (γ) for defining a propagation of the desired correction (28) in the corrected image (36), the term being of the form
X is a current point having as coordinates the operating parameters (C1…CN), and where the penalty function is calculated,
Y is the correction point,
a is a coefficient,
K is a decreasing function, with K(0) = 1,
d(X,Y) is the distance between the correction point Y and the current point X, and
γ is the preselected parameter.
- pour des valeurs croissantes d’un paramètre de rangk, et pour chacun desdits points de fonctionnement (Yi), calcul d’une distance (Dk(Yi)) entre ledit point de fonctionnement (M) et sonk ièmeplus proche voisin dans la pluralité de points de fonctionnement (Yi),
- pour chacune des valeurs du paramètre de rangk, calcul d’une distance moyenne (Dk) égale à une moyenne des distances (Dk(Yi)) obtenues pour les points de fonctionnement (Yi),
- calcul d’une dérivée première (Dk’) de la distance moyenne par rapport au paramètre de rangket, si la dérivée première (Dk’) présente au moins un premier pic (P1) , choix d’une valeur (k0) du paramètre de rangksituée juste avant le premier pic (P1), le paramètre présélectionné (γ) étant alors défini comme la distance moyenne (Dk) associée à ladite valeur (k0) du paramètre de rangk,
- si la dérivée première (Dk’) ne présente pas de premier pic (P1), calcul d’une dérivée seconde (Dk’’) de la distance moyenne (Dk) par rapport au paramètre de rangket choix d’une valeur (k1) du paramètre de rangkpour laquelle la dérivée seconde (Dk’’) devient stable, le paramètre présélectionné (γ) étant alors défini comme la distance moyenne (Dk) associée à ladite valeur (k1) du paramètre de rangk.Method according to claim 8, comprising a step f1) of determining the preselected parameter (γ) from a data set (40) comprising a plurality of operating points (Y i ) having respectively as coordinates values of the operating parameters (C1…CN), the determination comprising the following sub-steps:
- for increasing values of a parameter of rank k , and for each of said operating points (Y i ), calculation of a distance (D k (Y i )) between said operating point (M) and its kth closest neighbor in the plurality of operating points (Yi),
- for each of the values of the parameter of rank k , calculation of an average distance (D k ) equal to an average of the distances (D k (Y i )) obtained for the operating points (Y i ),
- calculation of a first derivative (D k ') of the mean distance with respect to the parameter of rank k and, if the first derivative (D k ') has at least a first peak (P1), choice of a value (k0) of the parameter of rank k located just before the first peak (P1), the preselected parameter (γ) then being defined as the mean distance (D k ) associated with said value (k0) of the parameter of rank k ,
- if the first derivative (D k ') does not have a first peak (P1), calculation of a second derivative (D k '') of the mean distance (D k ) with respect to the parameter of rank k and choice of a value (k1) of the parameter of rank k for which the second derivative (D k '') becomes stable, the preselected parameter (γ) then being defined as the mean distance (D k ) associated with said value (k1) of the parameter of rank k .
- un équipement industriel (12),
- des capteurs (14) adaptés pour fournir une pluralité de paramètres de fonctionnement (C1…CN) représentatifs d’états de fonctionnement (X) de l’équipement industriel (12), et
- un système de contrôle (16) adapté pour détecter des anomalies de fonctionnement de l’équipement industriel (12), le système de contrôle (16) comprenant au moins une unité centrale (20), une mémoire (22), un écran (24) et un clavier (26), la mémoire (22) comportant des instructions qui lorsqu’elles sont lues par l’unité centrale (20) conduisent l’installation (10) à réaliser les étapes a) à d) et f) à i) d’un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, l’écran (24) étant adapté pour afficher l’image (32) montrant des scores d’anomalie ou l’image corrigée (36).Installation (10) comprising:
- industrial equipment (12),
- sensors (14) adapted to provide a plurality of operating parameters (C1…CN) representative of operating states (X) of the industrial equipment (12), and
- a control system (16) adapted to detect operating anomalies of the industrial equipment (12), the control system (16) comprising at least a central unit (20), a memory (22), a screen (24) and a keyboard (26), the memory (22) comprising instructions which when read by the central unit (20) lead the installation (10) to carry out steps a) to d) and f) to i) of a method according to any one of claims 1 to 9, the screen (24) being adapted to display the image (32) showing anomaly scores or the corrected image (36).
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2023
- 2023-01-27 FR FR2300785A patent/FR3145426A1/en active Pending
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2024
- 2024-01-26 WO PCT/EP2024/051956 patent/WO2024156894A1/en unknown
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