JP2015018389A - Abnormality sign diagnosis device and abnormality sign diagnosis method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、機械設備からのセンサデータに基づいて、異常予兆の有無を診断する異常予兆診断装置及び異常予兆診断方法に関する。 The present invention relates to an abnormality sign diagnosis apparatus and an abnormality sign diagnosis method for diagnosing the presence / absence of an abnormality sign based on sensor data from mechanical equipment.
様々な機器から構成される機械設備やシステム機器は、安定して正常に稼動することが求められる。しかし、運転条件の変化などに基づく負荷の変動やその他の要因によって、機械設備やシステム機器にはさまざまなトラブルが発生する。
通常、これらの機器には、その稼動状態を把握するとともに異常を検知することを目的として様々なセンサが設置され、運転状態を監視している。更に、最近のIT機器の進歩は、膨大な運転記録データやセンサデータの保存を可能にし、多くの機器、システムにおいてこれらのデータが保存されている。
また、例えば、発電システムなどにおいては、停止することなく24時間稼動することが求められており、そのためには故障の発生を未然に防止するための定期点検やメンテナンスが欠かせない。更に、異常状態が発生する前の予兆を検知することができれば、当該予兆前後のセンサデータを分析することにより、早期の対応が可能となる。
Mechanical equipment and system equipment composed of various devices are required to operate stably and normally. However, various troubles occur in mechanical equipment and system devices due to load fluctuations based on changes in operating conditions and other factors.
Normally, these devices are provided with various sensors for the purpose of grasping the operation state and detecting an abnormality, and monitoring the operation state. Furthermore, recent advances in IT equipment enable the storage of enormous operation record data and sensor data, and these data are stored in many equipments and systems.
In addition, for example, in a power generation system or the like, it is required to operate for 24 hours without stopping, and for that purpose, periodic inspection and maintenance for preventing the occurrence of a failure are indispensable. Furthermore, if a sign before the occurrence of an abnormal state can be detected, an early response can be made by analyzing sensor data before and after the sign.
従来、異常予兆を検知する方法として、大きく分けると2つの方法が提案されている。一つ目の方法は、しきい値設定によるリモートモニタリングの手法による異常予兆診断である。すなわち、各センサデータについてそれぞれ予めしきい値を設定し、センサデータの値が所定のしきい値を超えると異常予兆ありと判定する方法である。
異常予兆を検知する二つ目の方法は、統計的な分類手法を用いたデータマイニングの手法による異常予兆診断である。
Conventionally, two methods have been proposed as methods for detecting an anomaly sign. The first method is predictive abnormality diagnosis by a remote monitoring method using threshold setting. That is, a threshold value is set in advance for each sensor data, and when the sensor data value exceeds a predetermined threshold value, it is determined that there is a sign of abnormality.
The second method of detecting an abnormal sign is an abnormal sign diagnosis by a data mining method using a statistical classification method.
前記したリモートモニタリングの手法では、異常予兆を検知する場合に、前記しきい値を超えるセンサの種類は少数(例えば、1種類)である。しかしながら、複雑な機械設備などにおいて発生する異常の原因は複合的なものが多く、例えば、故障項目が同じでも故障発生までのプロセスはさまざまであり、必ずしも最適なしきい値を設定できるとは限らないという問題がある。
また、前記したデータマイニングの手法では、例えば、機械設備などにメンテナンスを施すと、システム条件が大きく変化することがある。このような場合でも、蓄積された過去のデータをそのまま使ってデータマイニングに基づいた診断を行うと、機械設備自体は正常であるにもかかわらず、異常予兆として診断してしまうという問題がある。
In the remote monitoring method described above, when detecting an abnormal sign, there are a small number (for example, one type) of sensors exceeding the threshold value. However, there are many complex causes of abnormalities that occur in complex machinery and equipment. For example, even if the failure items are the same, there are various processes leading to the failure, and it is not always possible to set an optimal threshold value. There is a problem.
Further, in the above-described data mining method, for example, when maintenance is performed on mechanical equipment, the system conditions may change greatly. Even in such a case, if a diagnosis based on data mining is performed using the accumulated past data as it is, there is a problem that a diagnosis is made as a sign of abnormality even though the mechanical equipment itself is normal.
特許文献1には、リモートモニタリングの手法による診断手段と、データマイニングの手法による診断手段とを備える異常予兆診断装置が開示されている。この異常予兆診断装置では、メンテナンスを実施した場合は、一定期間センサデータを蓄積し、メンテナンス実施後に新たに蓄積したセンサデータを用いてデータマイニングの手法による診断のための正常モデルの生成を行い、データマイニングの手法による診断を再開する。従って、当該一定期間経過後は、データマイニングの手法による診断を適切に行うことができる。
また、一定期間のセンサデータ蓄積中は、データマイニングの手法による診断は中断するが、データ蓄積を必要としないリモートモニタリングの手法による診断により、異常予兆診断を継続することができる。
Further, while the sensor data is accumulated for a certain period, the diagnosis by the data mining technique is interrupted, but the abnormality sign diagnosis can be continued by the diagnosis by the remote monitoring technique that does not require data accumulation.
特許文献1に記載の異常予兆診断装置では、リモートモニタリングの手法による診断とデータマイニングの手法による診断とを組み合わせることで、メンテナンスを実施した場合にも、適切に異常予兆診断を継続することができる。
しかしながら、異常予兆診断を行う対象の機械設備が、例えば、季節変化による気温や湿度などの大きな変動の影響を受けるような環境に設置されている場合は、データマイニングの手法による診断で使用している正常モデルを、生成時から再構築せずに長時間用い続けている内に外部環境が大きく変化すると、当該正常モデルを用いたのでは異常予兆の診断を適切に行えなくなる場合があることが分かった。
In the abnormality sign diagnosis apparatus described in
However, if the target machine / equipment for abnormal sign diagnosis is installed in an environment that is affected by large fluctuations such as temperature and humidity due to seasonal changes, it should be used for diagnosis by the data mining method. If the external environment changes drastically while a normal model that has been used has been used for a long time without being reconstructed from the time it was generated, it may not be possible to properly diagnose abnormal signs using the normal model. I understood.
ここで、外部環境の変動を含めてモデルを生成する方法もあるが、この場合は、外部環境が変動した場合を含めて、予め膨大なデータを蓄積する必要があるため、異常予兆診断装置を稼動するまで長時間を要することとなる。例えば、新規な機械設備を導入した場合は、季節変化に対応するモデルを構築するための1年分のデータを蓄積するまで異常予兆診断を行うことができない。また、同じ形式の機械設備であっても、設置する場所の違い、例えば、北海道と沖縄の違いのように、外部環境が大きく異なる場合は、他の地域に設置された機械設備用に構築されたモデルを流用することが適切でないこともある。
また、日々に測定されるセンサデータを取得するごとに、正常モデルを再構築することも考えられる。しかしながら、外部環境の状態の変化の大きさに関わらず、頻繁に正常モデルを再構築することは、学習のための処理負荷を無用に増大させることとなる。
Here, there is a method of generating a model including fluctuations in the external environment, but in this case, it is necessary to store a huge amount of data in advance, including when the external environment fluctuates. It will take a long time to operate. For example, when a new machine facility is introduced, an abnormal sign diagnosis cannot be performed until data for one year for building a model corresponding to a seasonal change is accumulated. Even if the same type of machinery and equipment is installed, it is built for machinery and equipment installed in other regions if the external environment is significantly different, such as differences in installation locations, for example, differences between Hokkaido and Okinawa. It may not be appropriate to divert the model.
It is also conceivable to reconstruct a normal model each time sensor data measured every day is acquired. However, regardless of the magnitude of the change in the state of the external environment, frequently restructuring the normal model unnecessarily increases the processing load for learning.
そこで、本発明は、外部環境が大きく変動した場合でも、適切に異常予兆の有無を診断する異常予兆診断装置及び異常予兆診断方法を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an abnormality sign diagnosis apparatus and an abnormality sign diagnosis method that appropriately diagnose the presence or absence of an abnormality sign even when the external environment largely fluctuates.
前記課題を解決するために、本発明の異常予兆診断装置は、機械設備に設置された複数のセンサによって検出されるセンサデータを用いて、前記機械設備の異常予兆の有無を診断する異常予兆診断装置であって、前記複数のセンサからのセンサデータを取得するセンサデータ取得手段と、前記センサデータ取得手段によって取得された前記センサデータが記憶されるセンサデータ記憶手段と、前記センサデータ取得手段によって前記センサデータが取得された期間を指定し、前記センサデータ記憶手段から当該指定期間に対応するセンサデータを取得する学習対象データ取得処理と、前記指定期間に対応するセンサデータを用いて学習することで当該センサデータの正常範囲を示す正常モデルを生成する学習処理と、前記正常モデルに基づいて前記機械設備の異常予兆の有無を診断する診断処理と、を行う第1診断手段と、前記機械設備の周囲の環境である外部環境の変化に応じて、前記正常モデルの全体を再構築する初期化モードでの前記学習処理を前記第1診断手段に指示する初期化指示手段と、を備えるように構成した。 In order to solve the above problems, an abnormality sign diagnosis apparatus according to the present invention uses a sensor data detected by a plurality of sensors installed in a mechanical facility to diagnose the presence or absence of an abnormal sign in the mechanical facility. A sensor data acquisition means for acquiring sensor data from the plurality of sensors, a sensor data storage means for storing the sensor data acquired by the sensor data acquisition means, and a sensor data acquisition means. Specifying a period during which the sensor data was acquired, learning using a learning target data acquisition process for acquiring sensor data corresponding to the specified period from the sensor data storage unit, and learning using sensor data corresponding to the specified period Learning processing for generating a normal model indicating a normal range of the sensor data, and based on the normal model A first diagnosis means for diagnosing the presence or absence of an abnormality sign of the mechanical equipment, and an initial stage for restructuring the whole normal model in accordance with a change in the external environment that is an environment around the mechanical equipment Initialization instruction means for instructing the first diagnosis means to perform the learning process in the activation mode.
本発明により、外部環境が大きく変化した場合でも、適切に異常予兆の有無を診断する異常予兆診断装置及び異常予兆診断方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an abnormality sign diagnosis apparatus and an abnormality sign diagnosis method that appropriately diagnose the presence or absence of an abnormality sign even when the external environment changes greatly.
本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は適宜に省略する。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In each figure, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is appropriately omitted.
<実施形態>
図1は、本発明の一実施形態に係る異常予兆診断装置を含むシステム構成図である。
異常予兆診断装置1は、機械設備2に設置された複数のセンサから取得される計測値に基づいて、機械設備2に異常予兆があるか否かを診断する装置である。ここで、「異常予兆」とは、診断日を基準として近い将来(例えば、およそ2週間以内)に機械設備2に異常状態が発生する可能性が高いことを示す。また、「異常」とは、例えば、機械設備2において明らかに動作の不具合(故障)が発生しており、機械設備2が正常に動作していない状況を示す。
なお、「異常予兆」と「異常」とを区別する境界は必ずしも明確である必要はなく、例えば、異常の度合いを示す尺度(後記する異常度など。)を適宜設定し、当該尺度の値が所定のしきい値を超えるか否かによって、両者を区別することとしてもよい。
<Embodiment>
FIG. 1 is a system configuration diagram including an abnormality sign diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention.
The abnormality
Note that the boundary for distinguishing “abnormality sign” from “abnormality” is not necessarily clear. For example, a scale indicating the degree of abnormality (an abnormality degree described later) is appropriately set, and the value of the scale is The two may be distinguished depending on whether or not a predetermined threshold value is exceeded.
図1に示すように、本実施形態に係る異常予兆診断装置1は、通信ネットワークNを介して少なくとも1つの機械設備2と接続されている。通常、機械設備2は複数台(例えば、50台)存在するが、そのような場合でも、以下の記載では一括して「機械設備2」と記すこととする。なお、機械設備2は、例えば、発電所で用いられるガスエンジンやガスタービン、原子力発電所の原子炉、風力発電所の風車、化学プラントで用いられる各種機器などを指している。また、機械設備2は、設置場所が固定されるものに限定されず、自動車やフォークリフトのような移動体であってもよい。
また、機械設備2には、温度、圧力、電圧、電流、モータ回転速度などを計測するために、図示しない複数個の(例えば、30個)のセンサが設置されており、一定のサンプル周期(例えば、30秒ごと)で各計測値を取得している。なお、機械設備2の過渡状態においては、前記サンプル周期を更に短く設定することが好ましい。
As shown in FIG. 1, the abnormality
In addition, in order to measure temperature, pressure, voltage, current, motor rotation speed, etc., a plurality of (not shown) sensors (for example, 30 sensors) are installed in the
そして、機械設備2は、前記した各種センサによって取得された各計測値を、通信ネットワークNを介して異常予兆診断装置1に送信している。
また、各機械設備2に対しては、異常予兆診断装置1による異常予兆診断がなされる他に、各機械設備2自体に安全計装としてのインターロック(図示せず)が複数設置されている。そして、所定の状態となった場合(例えば、燃料が少なくなった時など)には、前記インターロックからの警報情報又は故障情報が、通信ネットワークNを介して異常予兆診断装置1に送信されるようになっている。
The
Further, each
また、機械設備2に対しては保守作業が行われることがある。保守作業は定期的なメンテナンスとして行われることもあるし、機械設備2自体に設置されたインターロック(図示せず)からの警報情報若しくは故障情報、又は異常予兆診断装置1による異常予兆ありの診断に対応したメンテナンスとして行われることもある。また、保守作業は、例えば、機械設備2がガスエンジンであった場合に外部から冷却水を補給する場合などの操作も含むものとする。
すなわち「保守作業」とは、機械設備2に対するメンテナンスを含む人為的操作を意味するものとする。以下では、保守作業の一例として、機械設備2に対するメンテナンスを行う場合について説明する。
In addition, maintenance work may be performed on the
In other words, “maintenance work” means an artificial operation including maintenance on the
また、図1に示すように、異常予兆診断装置1は、通信ネットワークNを介してコンピュータ3と接続されている。コンピュータ3は、図示しない入力手段、制御手段、記憶手段、表示手段、通信手段などを備えている。そして、各機械設備2に対するメンテナンスの内容(保守情報)を把握した作業員が、コンピュータ3の前記入力手段(キーボードなど)を介して、保守作業が行われる機械設備2の識別情報や保守作業期間などを含む保守情報を登録する。
In addition, as shown in FIG. 1, the abnormality
機械設備2に対してメンテナンスを行う場合に、管理者によってコンピュータ3に入力される保守情報には、例えば、次のようなものが挙げられる。
まず、「登録基本情報」として、件名、対応種別、機械設備2を識別する識別番号、設置サイト名などが入力される。
The maintenance information input to the
First, as “registration basic information”, a subject name, a correspondence type, an identification number for identifying the
また、「不具合情報」として、機械設備2に故障などの不具合が発生した日時、状態、エラー項目(故障発生箇所)などが入力される。
また、「保守作業期間」として、不具合が発生した機械設備2に対してメンテナンスを行う予定の期間が入力される。ここで、コンピュータ3に入力される保守作業期間は、(保守情報を入力した時点を現在とした)将来において、機械設備2に対しメンテナンスが行われる予定の期間を示す情報である。
In addition, as the “defect information”, the date, state, error item (failure occurrence location), and the like when a defect such as a failure occurs in the
In addition, as the “maintenance work period”, a period during which maintenance is to be performed on the
なお、コンピュータ3に入力される保守作業期間は、(保守情報を入力した時点を現在とした)過去の所定期間において機械設備2に対しメンテナンスが行われたという情報であってもよい。後者の場合、異常予兆診断装置1は、過去の所定期間にメンテナンスが行われたという当該情報に基づいて、異常予兆の診断を再度実行することになる。
Note that the maintenance work period input to the
また、「交換部品」として、メンテナンスに際して交換した機械設備2の部品を特定する情報が入力される。また、保守作業完了の有無を示す情報として、保守作業が完了したか否かを示す情報が入力される。更に、「処置内容」として、メンテナンス内容の他、メンテナンス前後における機械設備2の状態が入力される。コンピュータ3に入力された保守情報は、制御手段(図示せず)によってコンピュータ3の記憶手段(図示せず)に記憶され、更に通信ネットワークNを介して異常予兆診断装置1に送信される。
In addition, as “replacement parts”, information for identifying the parts of the
<異常予兆診断装置の構成>
図1に示すように、異常予兆診断装置1は、通信手段10と、センサデータ取得手段11と、センサデータ記憶手段12と、保守情報取得手段13と、保守情報記憶手段14と、初期化指示手段15と、データマイニング部16と、リモートモニタリング部17と、診断結果記憶手段18と、表示制御手段19と、表示手段20と、を備えている。
通信手段10は、通信ネットワークNを介して機械設備2やコンピュータ3からのデータを受信するものであり、例えば、ルータや各種インタフェースなどにより構成されている。通信手段10は、例えば、TCP/IPの通信プロトコルに従い、通信ネットワークNを介して前記データを受信する。
<Configuration of abnormal sign diagnosis device>
As shown in FIG. 1, the abnormality sign
The communication means 10 receives data from the
センサデータ取得手段11は、通信ネットワークNを介して通信手段10から入力された各データのうち、機械設備2に設置された各種センサ(図示せず)からのセンサデータを取得するものである。前記したように、機械設備2に設置された各種センサは、機械設備2における所定の特徴量(例えば、温度や圧力の値など)を計測している。そして、機械設備2は、当該各種センサによる計測値を所定時間(例えば、30秒)ごとに取得し、通信ネットワークNを介して異常予兆診断装置1に対して逐次送信している。この場合、センサデータ取得手段11は、1日当たりで、機械設備2の各種センサからそれぞれ2880個の計測値を取得することとなる。
The sensor
なお、通信ネットワークNを介して通信手段10から入力されるデータには、前記計測値の他に、当該センサによって検出された計測値のデータ種別(機械設備2の識別番号、及び、センサの識別番号を含む)、機械設備2において計測値が取得された日付及び時刻が含まれる。また、通信手段10から入力されるデータとして、機械設備2における所定の指令値(例えば、モータ回転速度の指令値など)を含めてもよい。
計測値及び当該計測値を特定するために付加される前記データを総称して、以下、「センサデータ」と記すこととする。センサデータ取得手段11は、通信手段10を介して取得したセンサデータを、センサデータ記憶手段12に記憶させる。
In addition to the measurement value, the data input from the communication means 10 via the communication network N includes the data type of the measurement value detected by the sensor (the identification number of the
Hereinafter, the measurement value and the data added to specify the measurement value are collectively referred to as “sensor data”. The sensor
センサデータ記憶手段12は、センサデータ取得手段11によって取得されたセンサデータを記憶している。すなわち、センサデータ記憶手段12は、機械設備2又は少なくとも1つの機械設備2を管理するサイト(図示せず)ごとに、センサデータをデータベースとして記憶している。そして、センサデータ記憶手段12は、記憶しているセンサデータを、後記するデータマイニング部16と、リモートモニタリング部17と、表示制御手段19と、に対して出力可能に構成されている。
The sensor
保守情報取得手段13は、通信ネットワークNを介して通信手段10から入力された各データのうち、コンピュータ3から出力された保守情報を取得するものである。保守情報取得手段13によって取得される保守情報には、少なくとも機械設備2を特定するための識別番号と、機械設備2に対して保守作業が行われた期間(保守作業期間)と、を含むものとする。保守情報取得手段13は、通信手段10を介して取得したデータが保守情報であるか否かを識別し、取得した保守情報を保守情報記憶手段14に記憶させる。
The maintenance
保守情報記憶手段14は、保守情報取得手段13によって取得された保守情報を記憶している。保守情報記憶手段14は少なくとも、どの機械設備2に対してどの期間に保守作業が行われたかを含む保守情報を、データベースとして記憶している。そして、保守情報記憶手段14は、記憶している保守情報を後記するデータマイニング部16と、表示制御手段19とに対して出力可能に構成されている。
The maintenance
初期化指示手段15は、外部環境の変化に応じて、データマイニング部16に対して、初期化を指示する初期化指示信号を出力するものである。本実施形態では、初期化指示信号による初期化指示の内容として、正常モデルの全体を再構築をする初期化モードでの学習処理を実行する「初期化学習」の指示と、正常モデルとして予め定められた初期値を設定する「初期値設定」の指示とがある。
The initialization instruction means 15 outputs an initialization instruction signal for instructing initialization to the
ここで、予め定められた初期値とは、例えば、工場出荷時に正常モデルのデフォルト値として定められた設定値のことである。また、初期値は、1つの設定値に限らず、例えば、機械設備2が設置される種々の気候や季節に対応できるように、複数の設定値を予め準備しておき、初期値設定を指示する際に選択できるようにしてもよい。
なお、初期値設定を指示する初期化指示信号は、例えば、機械設備2を新規に設置したときや、外部環境の状態が大きく異なる場所に移設したときに、主として管理者による人為的な操作に基づいて出力されるものである。
Here, the predetermined initial value is, for example, a set value determined as a default value of a normal model at the time of factory shipment. In addition, the initial value is not limited to one set value. For example, a plurality of set values are prepared in advance so as to cope with various climates and seasons in which the
Note that the initialization instruction signal for instructing the initial value setting is mainly used for an artificial operation by an administrator when, for example, the
また、初期化モードによる学習処理の実行を指示する初期化指示信号は、主として、外部環境の状態が大きく変化したときに出力される。このために、初期化指示手段15を、外部環境の状態の変化に応じて、手動的に又は自動的に初期化指示信号を出力するように構成することができる。 An initialization instruction signal for instructing execution of the learning process in the initialization mode is mainly output when the state of the external environment changes greatly. For this reason, the initialization instruction means 15 can be configured to output an initialization instruction signal manually or automatically in response to a change in the state of the external environment.
ここで、手動的に初期化指示信号を出力するとは、管理者による人為的な入力操作に基づくものである。すなわち、管理者が、例えば、コンピュータ3の入力手段(図示せず)を用いて初期化指示を意図する入力操作を行うことにより、通信手段10を介して、当該入力操作が行われたことを示す信号が初期化指示手段15に入力される。そして、初期化指示手段15が当該入力操作が行われたことを示す信号の入力を検出した場合に、初期化指示手段15は、データマイニング部16に対して初期化指示信号を出力する。
Here, outputting the initialization instruction signal manually is based on an artificial input operation by an administrator. That is, for example, when an administrator performs an input operation intended for an initialization instruction using an input unit (not shown) of the
また、自動的に初期化指示信号を出力するとは、初期化指示手段15が、例えば、気温変化や経過時間が所定の条件に合致したときに、自動的に初期化指示信号を出力することである。具体的には、例えば、次のようにして初期化指示信号を出力するタイミングを定めることができる。
初期化指示手段15が、例えば、機械設備2が設置された周囲の外気温などの外部環境の状態を検出するセンサ(図示せず)の測定値を通信手段10を介して取得する。そして、1日の平均気温が、前回に正常モデルの初期化を行ったときに比べて、予め定めた所定値以上に変化したときを、初期指示信号の出力タイミングとすることができる。
また、他の例として、初期化指示手段15が、例えば、通信手段10を介してカレンダー情報を取得し、前回に正常モデルの初期化を行ってから、予め定めた期間(例えば、3ヶ月)が経過したときを、初期指示信号の出力タイミングとすることができる。
In addition, the automatic output of the initialization instruction signal means that the initialization instruction means 15 automatically outputs the initialization instruction signal when, for example, the temperature change or the elapsed time meets a predetermined condition. is there. Specifically, for example, the timing for outputting the initialization instruction signal can be determined as follows.
The
As another example, the
初期化指示手段15は、前記した手動的な初期化指示信号の出力と、自動的な初期化指示信号の出力との両方を行えるようにしてもよい。これにより、より適切なタイミングで、データマイニング部16に対して、初期化モードでの正常モデルの学習処理を実行させることができる。
The initialization instruction means 15 may be configured to perform both the manual initialization instruction signal output and the automatic initialization instruction signal output. Thereby, it is possible to cause the
データマイニング部(第1診断手段)16は、統計的データ分類手法を適用してデータマイニングを行い、機械設備2の正常データを用いて学習することで、機械設備2ごとに正常モデルを生成し、当該正常モデルに基づいて機械設備2の異常予兆の有無を診断する。また、データマイニング部16は、保守情報記憶手段14から取得した保守情報に基づいて、センサデータ記憶手段12からセンサデータを取得する。そして、データマイニング部16は、取得した当該センサデータに基づいて学習及び診断を行い、その診断結果を診断結果記憶手段18に記憶させるようになっている。
また、データマイニング部16は、初期化指示手段15から初期化指示信号が入力されると、初期化指示の内容に従って、正常モデルを初期化する。
なお、データマイニング部16の詳細については、後記する。
The data mining unit (first diagnostic means) 16 performs data mining by applying a statistical data classification method, and learns using normal data of the
In addition, when the initialization instruction signal is input from the
Details of the
リモートモニタリング部(第2診断手段)17は、異常予兆診断装置1の各種設定を行う管理者の経験や知識をもとに、機械設備2から取得したセンサデータの値(又は変化量)について上下しきい値を設け、センサデータの値などが当該上下しきい値の範囲外となった場合に異常予兆ありと診断する。そして、リモートモニタリング部17は、前記の診断結果を診断結果記憶手段18に記憶させるようになっている。
なお、リモートモニタリング部17の詳細については、後記する。
異常予兆診断装置1は、データマイニング部16による診断と、リモートモニタリング部17による診断をそれぞれ独立に行っている。
The remote monitoring unit (second diagnostic means) 17 operates the sensor data value (or amount of change) acquired from the
Details of the
The abnormality
診断結果記憶手段18は、データマイニング部16による診断結果と、リモートモニタリング部17による診断結果とを、それぞれ別の記憶領域(図示せず)に記憶している。また、診断結果記憶手段18は、診断日における各診断結果を機械設備2(又は機械設備2を管理するサイト)ごとに記憶しており、表示制御手段19に対して出力可能に構成されている。
The diagnosis result storage means 18 stores the diagnosis result by the
表示制御手段19は、診断結果記憶手段18に記憶されているデータマイニング部16による診断結果、及び、リモートモニタリング部17による診断結果を、表示手段20に表示させるための制御を行う。すなわち、表示制御手段19は、表示手段20に対して異常予兆診断装置1による診断結果などを表示させる際に必要となる制御信号を出力する。
The
例えば、表示制御手段19は、各機械設備2を行とし、診断日の日付を列としてマトリックス形式でデータマイニング部16による診断結果(異常予兆の有無)を表示手段20に表示させる。その他、表示制御手段19は、メンテナンスが行われた日やその後の学習期間など(詳細については後記する)を表示手段20に識別可能に表示することができるようになっている。また、表示制御手段19は、機械設備2自体に設置されたインターロック(図示せず)からの警報情報又は故障情報の有無を表示手段20に識別可能に表示させる。
更に、表示制御手段19は、リモートモニタリング部17によって異常予兆ありと診断された場合には、例えば、表示手段20に当該診断結果をポップアップ表示させることもできる。
表示手段20は、例えば、モニタであり、表示制御手段19から入力された制御信号に従って、異常予兆診断装置1による診断結果などを表示する。
For example, the
Further, when the
The
<データマイニング部の構成>
次に、図2を参照(適宜図1参照)して、データマイニング部16の構成について説明する。図2に示すように、データマイニング部16は、データマイニング学習部161と、データマイニング診断部162と、を備えている。
<Configuration of data mining unit>
Next, the configuration of the
データマイニング学習部161は、統計的データ分類手法の一種であるクラスタリングを適用してデータマイニングを行い、機械設備2が正常に稼働しているときに取得したセンサデータである正常データを用いて学習することで、正常モデルを生成するものである。
そのために、データマイニング学習部161は、学習対象データ取得手段161aと、学習対象データ記憶手段161bと、正常モデル生成手段161cと、正常モデルデータ記憶手段161dと、を備えている。
なお、「正常モデル」が示す対象の詳細については後記する。
The data
For this purpose, the data
Details of the target indicated by the “normal model” will be described later.
本実施形態では、メンテナンス作業中及びメンテナンス後の一定期間と、初期化指示手段15によって初期化を指示されたときとを除き、データマイニング学習部161による学習処理は、一日に一回、予め設定された時刻(例えば午前0時)に実行される。そして、後記するデータマイニング診断部162による診断処理は、一日に一回、前記学習処理が終了した後に当該学習処理により生成された正常モデルを基準として行われるものとする。
In the present embodiment, the learning process by the data
学習対象データ取得手段161aは、保守情報記憶手段14に記憶されている保守情報及び初期化指示手段15から入力される初期化指示信号に基づいて、センサデータ記憶手段12からセンサデータを取得して、取得したセンサデータを学習対象データ記憶手段161bに記憶させる。以下、学習対象データ取得手段161aがセンサデータ記憶手段12から取得するセンサデータを、「学習対象データ」と記す。
なお、学習対象データ取得手段161aが取得する学習対象データの詳細については後記する。
The learning target
Details of the learning target data acquired by the learning target
学習対象データ記憶手段161bは、学習対象データ取得手段161aが取得した学習対象データを記憶させるための装置である。学習対象データ記憶手段161bは、記憶している学習対象データを正常モデル生成手段161cに対して出力可能に構成されている。
なお、学習対象データ記憶手段161bを設けずに、学習対象データ取得手段161aが取得した学習対象データを、直接に正常モデル生成手段161cに出力するように構成してもよい。
The learning target
Note that the learning target data acquired by the learning target
また、学習対象データ取得手段161aが取得した学習対象データは、例えば、学習対象データ取得手段161aの後段に運転モード分割手段(図示せず)を設け、「運転モード」ごとに分割し、学習対象データ記憶手段161bに記憶させるようにしてもよい。
ここで、「運転モード」とは、機械設備2の運転モードを意味している。運転モードとしては、機械設備2が停止して定常状態となっているモード、機械設備2が起動して過渡状態となっているモード、機械設備2が稼動して定常状態となっているモード、機械設備2が停止して過渡状態となっているモードなどが挙げられる。
そして、正常モデル生成手段161cによって、運転モードごとに対応する学習対象データを用いて学習することで正常モデルを生成するようする。これにより、正常モデル生成手段161cによって、より適切に正常範囲を示す正常モデルを生成することができる。
また、運転モードごとに正常モデルを生成する場合は、後記するデータマイニング診断部162においても、後記する診断対象データを運転モードごとに分割し、対応する正常モデルを用いて診断することにより、より精度よく異常予兆の診断を行うことができる。
The learning target data acquired by the learning target
Here, the “operation mode” means an operation mode of the
Then, the normal model is generated by learning using the learning target data corresponding to each operation mode by the normal
In addition, when generating a normal model for each operation mode, the data
正常モデル生成手段161cは、学習対象データ取得手段161aによって取得され学習対象データ記憶手段161bに記憶されている学習対象データを用いて学習することにより、機械設備2の正常モデルを生成するものである。正常モデル生成手段161cによる当該学習は、統計的データ分類手法の一種であるクラスタリングを適用してデータマイニングを行うことによってなされる。
The normal
また、正常モデル生成手段161cが行う学習には、所定期間に蓄積されたセンサデータを用いて正常モデルの全体を新たに構築する初期化モードと、日々蓄積されるセンサデータを正常モデルに追加適用することで、当該正常モデルの一部のパラメータを日々チューニング(調整)する更新モードとの2つの学習モードがある。
更にまた、正常モデル生成手段161cは、正常モデルとして予め定められた初期値を設定することで当該正常モデルを生成する機能を有する。なお、初期値の設定は、例えば、新規に機械設備2を設置したときのように、有効な学習対象データを取得できないときに使用される機能である。
正常モデル生成手段161cは、生成した正常モデルを正常モデルデータ記憶手段161dに記憶させる。
図2に示すように、正常モデル生成手段161cは、初期値設定手段161c1と、初期化学習手段161c2と、更新学習手段161c3とを備えている。
For the learning performed by the normal
Furthermore, the normal
The normal
As shown in FIG. 2, the normal
初期値設定手段161c1は、初期化指示手段15から入力される初期化指示信号の指示内容が「初期値設定」の場合に、正常モデルに予め定められた初期値(例えば、工場出荷時のデフォルト値)を設定するものである。なお、設定に用いられる初期値のデータは、例えば、初期値設定手段161c1内にROM(Read Only Memory)やFlash−RAM(Radom Access Memory)、磁気ディスクなどの記憶手段(図示せず)を備え、当該記憶手段に予め記憶させておくものとする。
初期値設定手段161c1は、初期値を設定することで生成した正常モデルを、正常モデルデータ記憶手段161dに記憶させる。
The initial value setting means 161c1 is an initial value predetermined for the normal model (for example, a factory default value) when the instruction content of the initialization instruction signal input from the initialization instruction means 15 is "initial value setting". Value). The initial value data used for the setting includes, for example, storage means (not shown) such as a ROM (Read Only Memory), a Flash-RAM (Radom Access Memory), and a magnetic disk in the initial value setting means 161c1. It is assumed that the storage means stores the information in advance.
The initial value setting unit 161c1 stores the normal model generated by setting the initial value in the normal model
初期化学習手段161c2は、初期化指示手段15から入力される初期化指示信号の指示内容が「初期化学習」の場合及びメンテナンス後の最初の学習を行う場合に、初期化モードによる学習を行い、正常モデルを生成するものである。より具体的には、初期化学習手段161c2は、学習対象データ記憶手段161bから所定期間に蓄積された学習対象データを取得し、当該学習対象データを用いて学習することで、正常モデルの全体を再構築するものである。
初期化学習手段161c2は、再構築した正常モデルを正常モデルデータ記憶手段161dに記憶させる。
The initialization learning unit 161c2 performs learning in the initialization mode when the instruction content of the initialization instruction signal input from the
The initialization learning unit 161c2 stores the reconstructed normal model in the normal model
更新学習手段161c3は、正常モデルが初期化された後の日ごとに、更新モードによる学習を行い、正常モデルを更新するものである。より具体的には、更新学習手段161c3は、日々蓄積されるセンサデータを正常モデルに追加適用することで、当該正常モデルの一部のパラメータを日々チューニング(調整)することで正常モデルを更新するものである。更新モードによる学習は、後記するクラスタの一部のパラメータを調整するだけであるから、処理負担が大きく増大することなく、外部環境の状態の変化に対して、一定の適応能力を発揮することができる。 The update learning unit 161c3 performs learning in the update mode and updates the normal model every day after the normal model is initialized. More specifically, the update learning unit 161c3 updates the normal model by daily tuning (adjusting) some parameters of the normal model by additionally applying the sensor data accumulated every day to the normal model. Is. Learning in the update mode only adjusts some of the parameters of the cluster, which will be described later, so that it can exhibit a certain adaptive capability against changes in the state of the external environment without greatly increasing the processing burden. it can.
正常モデルデータ記憶手段161dは、正常モデル生成手段161cが生成した正常モデルを記憶させるための装置である。正常モデルデータ記憶手段161dに記憶される正常モデルデータは、データマイニング診断部162の異常度算出手段162cに出力可能に構成されており、データマイニングの手法による異常予兆の診断に用いられる。
なお、正常モデルデータ記憶手段161dに記憶される正常モデルデータの構成については後記する。
The normal model
The configuration of normal model data stored in the normal model
ここで、図5を参照して、正常モデル生成手段161cによる学習処理について説明する。
(初期化モードによる学習処理)
まず、初期化モードによる学習処理について説明する。
なお、初期化モードによる学習処理は、初期化指示手段15によって初期化モードによる学習が指示された場合と、メンテナンスが実施された後で、所定期間のセンサデータが蓄積されて最初に学習する場合とに実行される。
Here, the learning process performed by the normal
(Learning process by initialization mode)
First, the learning process in the initialization mode will be described.
The learning process in the initialization mode is performed when the learning is instructed by the
正常モデル生成手段161cは、学習対象データを類似するデータごとにクラスタと呼ばれるいくつかの代表グループに分類する。なお、図5に示した例では、クラスタが1つの場合について示したが、特定の機械設備2の1つの運転モードについて複数のクラスタが存在することがあるものとする。
また、図5に示す特徴α、特徴β、特徴γとは、例えば、機械設備2に設置されたセンサ(図示せず)で計測された特徴量(温度、圧力、回転速度など)を正規化したものである。また、図5には、例として3次元の場合を示したが、次元数はセンサデータ取得手段11(図1参照)によって取得されるセンサの数だけあるものとする。
The normal
In addition, the feature α, feature β, and feature γ shown in FIG. 5 are, for example, normalized feature amounts (temperature, pressure, rotational speed, etc.) measured by a sensor (not shown) installed in the
クラスタリングの手法としては、例えば、非階層的クラスタリングのk平均法を用いることができる。k平均法では、まず、各データに対してランダムにクラスタを割り振り、割り振ったデータをもとに各クラスタの中心(クラスタ中心)を計算する。クラスタ中心として、例えば、割り当てられたデータの各要素の平均を使用することができる。次に、所定のデータとクラスタ中心との距離を求め、当該データを最も近い中心のクラスタに割り当てる。このような処理で全てのデータについて、各データのクラスタ割り当てが変化しなかった場合は処理を終了する。それ以外の場合は、新しく割り振られたクラスタからクラスタ中心を再計算し、前記処理を繰り返す。以上の処理により、正常モデル生成手段161cは、学習対象データを複数のクラスタに分類することができる。
As a clustering method, for example, a non-hierarchical clustering k-means method can be used. In the k-average method, first, clusters are randomly assigned to each data, and the center of each cluster (cluster center) is calculated based on the assigned data. As the cluster center, for example, the average of each element of the allocated data can be used. Next, the distance between the predetermined data and the cluster center is obtained, and the data is assigned to the nearest center cluster. If the cluster assignment of each data does not change for all data in such a process, the process ends. Otherwise, the cluster center is recalculated from the newly allocated cluster and the above process is repeated. Through the above processing, the normal
そして、図5に示すように、各クラスタについてクラスタ中心cとクラスタ半径rとが決定される。各クラスタについて求められた前記クラスタ中心c及びクラスタ半径rが、正常モデル生成手段161cによって学習された正常モデルである。正常モデル生成手段161cは、学習した正常モデルを正常モデルデータ記憶手段161d(図2参照)に記憶させる。
Then, as shown in FIG. 5, a cluster center c and a cluster radius r are determined for each cluster. The cluster center c and the cluster radius r obtained for each cluster are normal models learned by the normal
なお、正常モデル生成手段161cは、学習対象データ記憶手段161bに記憶されている学習対象データが、予め設定された所定数以上存在する場合に正常モデルを学習するように設定されている。つまり、正常モデル生成手段161cは、正常モデルを学習するために最低限必要な個数以上の学習対象データが、学習対象データ取得手段161aによって取得されていないと判断した場合には正常モデルを学習せず、未診断である旨の情報を診断結果記憶手段18に記憶させる(図2参照)。
The normal
(正常モデルデータの構成)
ここで、図6を参照して、データマイニング学習部による学習結果である正常モデルデータの構成例について説明する。
図6に示すように、正常モデルデータ記憶手段161dには、運転モードごとに正常モデルがデータベースとして記憶される。図6に示すクラスタ番号101は、各クラスタを識別するために付される識別番号である。センサ1〜センサM(102)は、機械設備2に設置されたセンサ(図示せず)を示している。
図6に示す所属データ数103は、各クラスタ1〜Nに属する学習対象データの個数を示す。誤差合計104は、それぞれのクラスタのクラスタ中心と、当該クラスタに属する各学習対象データとの誤差(距離)の合計を示す。最大誤差105は、特定のクラスタのクラスタ中心と当該クラスタに属する複数の学習対象データとの距離の最大値である。最小誤差は、特定のクラスタのクラスタ中心と当該クラスタに属する複数の学習対象データとの距離の最小値である。
(Configuration of normal model data)
Here, a configuration example of normal model data, which is a learning result by the data mining learning unit, will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 6, the normal model data storage means 161d stores a normal model as a database for each operation mode. A
The number of belonging
また、最大値107は、特定のクラスタに含まれる複数の学習対象データにおいて各センサに対応する特徴成分(例えば、図5に示す特徴αの座標値)の最大値を示す。また、最小値108は、特定のクラスタに含まれる複数の学習対象データにおいて各センサに対応する特徴成分の最小値を示す。なお、正常モデル生成手段161cは、最大値107及び最小値108の値を用いて正規化処理を行う。また、クラスタ中心109は、各クラスタの中心を特定する各センサ1〜Mの値を示す。
The maximum value 107 indicates the maximum value of the feature component (for example, the coordinate value of the feature α shown in FIG. 5) corresponding to each sensor in the plurality of learning target data included in the specific cluster. The minimum value 108 indicates the minimum value of the feature component corresponding to each sensor in the plurality of learning target data included in the specific cluster. The normal
(更新モードによる学習処理)
次に、図5及び図6を参照(適宜図2参照)して、更新モードによる学習処理について説明する。
なお、更新モードによる学習処理は、前記した初期化モードによる学習を行った日の翌日以降に、1日に1回実行される。
(Learning process by update mode)
Next, the learning process in the update mode will be described with reference to FIGS. 5 and 6 (see FIG. 2 as appropriate).
The learning process in the update mode is executed once a day after the day after the learning in the initialization mode.
前記したように、更新モードによる学習処理は、日々蓄積されるセンサデータを正常モデルに追加適用することで、当該正常モデルの一部のパラメータを日々チューニング(調整)することで正常モデルを更新するものである。
具体的には、診断日ごとに、当該診断日を基準時として相対的に定められる所定の期間の学習対象データを用いて、図5に示したクラスタ中心c及びクラスタ半径rを調整するものである。
As described above, the learning process in the update mode updates the normal model by daily tuning (adjusting) some parameters of the normal model by additionally applying the sensor data accumulated every day to the normal model. Is.
Specifically, for each diagnosis date, the cluster center c and the cluster radius r shown in FIG. 5 are adjusted using learning target data for a predetermined period relatively determined with the diagnosis date as a reference time. is there.
ここで、新規に学習対象データに追加されたセンサデータは、前日に調整された正常モデルに従って、所属クラスタが決定される。そして、追加されたすべてのセンサデータの所属クラスタが決定されると、クラスタごとに、所属するセンサデータの平均を算出し、新たなクラスタ中心cとする。言い換えれば、クラスタ中心cとして、一種の移動平均を用いるようにするものである。また、クラスタごとに、例えば、新たなクラスタ中心cから当該クラスタに所属する最も離れたセンサデータまでの距離(図6に示した最大誤差105)を、新たなクラスタ半径rとする。
このように、正常モデルデータ記憶手段161dに記憶される正常モデルは、学習対象データ取得手段161aが診断日に対応して取得する学習対象データに基づいて、診断日ごとに更新されていく。
Here, as for the sensor data newly added to the learning target data, the belonging cluster is determined according to the normal model adjusted on the previous day. When the belonging cluster of all the added sensor data is determined, the average of the belonging sensor data is calculated for each cluster and set as a new cluster center c. In other words, a kind of moving average is used as the cluster center c. Further, for each cluster, for example, the distance (
As described above, the normal model stored in the normal model
ここで、図7を参照(適宜図2及び図5参照)して、更新モード及び初期化モードによって生成される正常モデルの変化と、外部環境の状態の変化との関係について説明する。また、図7において、上段及び下段のグラフにおいて横軸は両方のグラフに共通するスケールの時間を示し、上段のグラフの縦軸は多次元センサデータによって張られる多次元空間における状態量を示し、下段のグラフの縦軸は外部環境の状態量の例として気温を示している。なお、説明の便宜のため、図7では、多次元空間として1次元空間を例として示している。 Here, with reference to FIG. 7 (refer to FIGS. 2 and 5 as appropriate), the relationship between the change in the normal model generated by the update mode and the initialization mode and the change in the state of the external environment will be described. In FIG. 7, in the upper and lower graphs, the horizontal axis indicates the time of the scale common to both graphs, the vertical axis of the upper graph indicates the state quantity in the multidimensional space spanned by the multidimensional sensor data, The vertical axis of the lower graph shows temperature as an example of the state quantity of the external environment. For convenience of explanation, FIG. 7 shows a one-dimensional space as an example of the multidimensional space.
この例では、上段のグラフは、正常モデルを示すある1つのクラスタについて、クラスタ中心(図7において、各クラスタC1〜C13に黒丸で示す)の変化の様子を示している。なお、説明の便宜のため、クラスタ半径についての変化は、記載を省略している。また、クラスタC1〜C13は、日々に更新モードにより学習されるクラスタについて、1ヵ月間隔で抽出して示したものである。また、下段のグラフは約半年間の気温の変化を示している。
なお、図7は両者の関係を概念的に説明するための図であって、具体的な関係を示すものではない。
In this example, the upper graph shows the change of the cluster center (indicated by black circles in each of the clusters C 1 to C 13 in FIG. 7) for one cluster indicating a normal model. For convenience of explanation, description of changes in the cluster radius is omitted. Clusters C 1 to C 13 are extracted and shown at intervals of one month for clusters that are learned in the update mode every day. The lower graph shows the change in temperature for about half a year.
FIG. 7 is a diagram for conceptually explaining the relationship between the two, and does not show a specific relationship.
まず、時刻t1において、初期化モードによる学習を実行したものとする。そのときに生成されたクラスタC1は、そのときの外部環境の状態である気温に良好に適合するように学習されている。時刻t1から時間経過とともに気温が上昇するに連れて、クラスタC1〜C4に示すように、クラスタ中心が徐々に変化している。これは、気温変化に対応して、正常範囲のセンサデータの出力が変化することを反映し、クラスタ中心が調整されていることを示している。このように、本発明において、更新モードによる学習を行うことによって、正常モデルであるクラスタは、外部環境の状態変化に対して一定範囲の調整が可能である。 First, it is assumed that learning in the initialization mode is executed at time t1. Cluster C 1 generated at that time is learned to better conform to the temperature in the state of the external environment at that time. Take over time from time t1 to temperatures rise, as shown in the cluster C 1 -C 4, cluster centers are gradually changed. This indicates that the cluster center is adjusted to reflect the change in the output of the sensor data in the normal range corresponding to the temperature change. In this way, in the present invention, by performing learning in the update mode, the cluster that is a normal model can be adjusted within a certain range with respect to a change in the external environment state.
次に、気温の急激な上昇に伴って、クラスタC5〜C8に示すように、クラスタ中心が大きく変化している。このように外部環境の状態変化が大きいと、正常モデルと新たに取得されるセンサデータとの乖離が大きくなり過ぎ、更新モードによる学習の調整範囲を超えることとなる。また、図示は省略しているが、このとき正常範囲を示すクラスタ半径が大きくなるため、異常予兆を検出する感度が低下する。
そこで、外部環境の状態の大きな変化が検知される時刻t2において、例えば、時刻t2の直近の所定期間Cに取得したセンサデータを学習対象データとして用い、初期化学習手段161c2によって初期化モードによる学習を実行して正常モデルであるクラスタを再構築することにより、クラスタC8からクラスタC11へ置き換えられる。すなわち、時刻t2における外部環境の状態では、クラスタC11が適切に正常範囲を示すものである。従って、初期化モードによる学習前のクラスタC8を用いた場合は、適切に異常予兆を診断できなくなることがある。
Then, with the rapid increase in temperature, as shown in the cluster C 5 -C 8, the cluster centers are greatly changed. When the state change of the external environment is large as described above, the difference between the normal model and the newly acquired sensor data becomes too large and exceeds the adjustment range of learning in the update mode. Although not shown in the figure, the cluster radius indicating the normal range becomes large at this time, so that the sensitivity for detecting an abnormal sign is lowered.
Therefore, at time t2 when a large change in the state of the external environment is detected, for example, sensor data acquired in a predetermined period C immediately before time t2 is used as learning target data, and learning by the initialization mode is performed by the initialization learning unit 161c2. Is executed to reconstruct the cluster which is a normal model, so that the cluster C 8 is replaced with the cluster C 11 . That is, in the state of the external environment at the time t2, the cluster C 11 is indicative of the appropriate normal range. Therefore, when the cluster C 8 before learning in the initialization mode is used, it may not be possible to properly diagnose the abnormality sign.
また、クラスタC9〜C10は、初期化モードによる学習を実行せずに、更新モードによる学習のみを継続した場合のクラスタの様子を示したものである。これに対して、クラスタC11〜C13は、時刻t2において初期化モードによる学習を実行し、その後更新モードによる学習を継続した場合のクラスタの様子を示したものである。
このように、外部環境の状態がある程度以上変化した場合に、初期化モードによる学習を実行することにより、その後、更新モードによる学習で適切に正常モデルを調整することができる。
Clusters C 9 to C 10 show the state of the cluster when learning in the update mode is continued without executing learning in the initialization mode. On the other hand, the clusters C 11 to C 13 show the state of the cluster when learning in the initialization mode is executed at time t2 and then learning in the update mode is continued.
As described above, when the state of the external environment changes to some extent, the normal model can be appropriately adjusted by learning in the update mode by performing learning in the initialization mode.
(学習対象データ取得処理)
次に、初期化モード及び更新モードによる学習の際に用いられる学習対象データを取得する期間について説明する。
本実施形態では、学習対象データを取得する期間が、メンテナンス作業後と、メンテナンス作業から一定期間経過後である通常時と、初期化指示手段15(図2参照)によって初期化モードによる学習を行うときとで、それぞれ異なるものである。
各ケースについて、順次に説明する。
(Learning target data acquisition process)
Next, a period for acquiring learning target data used in learning in the initialization mode and the update mode will be described.
In the present embodiment, learning in the initialization mode is performed by the initialization instruction means 15 (see FIG. 2) when the learning target data is acquired after the maintenance work, at a normal time after a certain period of time has elapsed since the maintenance work. Sometimes it is different.
Each case will be described in turn.
(A.通常の場合の学習対象データ取得処理)
まず、図3を参照(適宜図2参照)して、メンテナンス作業から一定期間経過後の通常時において、学習対象データ取得手段161aによって取得される学習対象データの取得対象期間について説明する。
図3に示すように、通常時における学習のための取得対象期間である学習期間Bの初日(1日)から診断日(22日)までの間では、機械設備2に対するメンテナンスがなされなかった場合について示している。また、図3に記載の日付は学習期間Bの1日目を基準(1日)として付けたものである。
図3に示すように、学習対象データ取得手段161aは、診断日(22日)から所定期間A(例えば、1週間)だけ過去にさかのぼり、所定の学習期間B(例えば、2週間分)の学習対象データをセンサデータ記憶手段12から取得する。ここで、所定期間A及び学習期間Bは、予め設定された期間である。
なお、所定期間Aは、長期間かけてゆっくりと設備状態が異常状態に変化するような事象の検知に対応可能であるとともに、機械設備2の稼働状況自体の変化にも対応可能であるように、適宜設定すればよい。また、前記の学習期間Bは、後記する正常モデル生成手段161cが正常モデルを学習するために必要とする学習対象データを十分に取得できる期間であればよく、適宜設定すればよい。
(A. Learning target data acquisition process in a normal case)
First, with reference to FIG. 3 (refer to FIG. 2 as appropriate), the acquisition target period of the learning target data acquired by the learning target
As shown in FIG. 3, when the maintenance of the
As shown in FIG. 3, the learning target
The predetermined period A can cope with the detection of an event in which the equipment state slowly changes to an abnormal state over a long period of time, and can also cope with a change in the operating state of the
また、学習対象データ取得手段161aは、学習期間Bとして、機械設備2に設置されたインターロック(図示せず)によって警報又は故障が検知された日を除くよう設定されている。つまり、図3に示す2日に機械設備2で警報があったので、学習対象データ取得手段161aは、2日を除く2週間分のセンサデータを学習対象データとしてセンサデータ記憶手段12から取得する。
なお、データマイニング学習部161による学習処理は、一日に一回、予め設定された時刻(例えば午前0時)になされる。そして、後記するデータマイニング診断部162による診断処理は、一日に一回、前記学習処理が終了した後に当該学習処理によって学習された正常モデルを基準として診断される。
そして、図3に示す所定期間Aと学習期間Bとは、診断日の経過に伴い1日ずつシフトしていく。
なお、前記した学習処理及び診断処理は一日に一回に限らず、所定の期間ごとに行うこととしてもよい。
In addition, the learning target
The learning process by the data
The predetermined period A and the learning period B shown in FIG. 3 are shifted one day at a time as the diagnosis date elapses.
The learning process and the diagnosis process described above are not limited to once a day, and may be performed every predetermined period.
なお、前記では、機械設備2自体に設置されたインターロック(図示せず)によって警報又は故障が検知された日を学習対象日から除外することとしたが、更に、異常予兆診断装置1によって異常予兆があると診断された日も学習対象から除外することが好ましい。これは、データマイニング部16がクラスタリングを用いて精度の高い診断を行うために、正常なデータを学習する必要があるからである。このようにして、警報又は故障が検知された日、及び、異常予兆と診断された日を除外した日における機械設備2のセンサデータを以下、「正常データ」と記す。
つまり、学習対象データ取得手段161aは、過去における所定日数分の正常データをセンサデータ記憶手段12から取得し、学習対象データ記憶手段161bに記憶させる。
In the above description, the day on which an alarm or failure is detected by an interlock (not shown) installed in the
That is, the learning target
(B.メンテナンスがあった場合の学習対象データ取得処理)
次に、図4を参照(適宜図2参照)して、メンテナンス(保守作業)が行われた場合において、学習対象データ取得手段161aによって取得される学習対象データの取得対象期間について説明する。
図4に示すように、例えば、3日〜5日の期間に特定の機械設備2に対してメンテナンスがあった場合を仮定する。また、図4に示すメンテナンス期間(3日〜5日)はメンテナンスの作業が終了した後、機械設備2の動作が安定するまでの期間も含むものとする。
(B. Learning target data acquisition process when there is maintenance)
Next, the acquisition target period of the learning target data acquired by the learning target
As shown in FIG. 4, for example, it is assumed that maintenance is performed on a
このようなメンテナンスがあった場合、メンテナンスの前後でセンサデータの値が大幅に変動する可能性が高い。仮に、診断日がメンテナンス直後であった場合に、学習対象データ取得手段161aが、通常の場合に適用される図3に示した方法で学習対象データを取得したとすると、次のような事態が発生する。すなわち、学習対象データ取得手段161aが、メンテナンス前のセンサデータやメンテナンス中のセンサデータをも学習対象データとして取得してしまうこととなる。従って、この場合には、メンテナンスを施された機械設備2自体は正常であるにもかかわらず、異常予兆診断装置1が異常予兆ありと診断し続ける可能性がある。
そこで、メンテナンスがあった場合、学習対象データ取得手段161aは図4に示す学習期間のセンサデータを学習対象データとして取得する。
When such maintenance is performed, there is a high possibility that the sensor data value will fluctuate significantly before and after the maintenance. If the learning target
Therefore, when there is maintenance, the learning target
図4に示すように、学習対象データ取得手段161aは、メンテナンス以前(2日以前)のセンサデータ、及び、メンテナンス期間中である3日〜5日のセンサデータを、取得すべき学習対象データから除外する。つまり、学習対象データ取得手段161aは、メンテナンス期間(3日〜5日)が経過した後の6日から所定の学習期間B1(例えば、1週間)のセンサデータを学習対象データとして取得する。
なお、図4に示す学習期間B1は、メンテナンス後における機械設備2から取得した学習対象データを用いて、正常モデル生成手段161cが新たな正常モデルを作成するために最低限必要な期間である。従って、図4に示すように、後記する診断手段162dは、メンテナンス期間(3日〜5日)及びメンテナンス後の学習期間B1(6日〜12日)までの間は異常予兆の診断を行わない。そして、診断手段162dは、学習期間B1が経過した後の13日から異常予兆の診断を再開する。
As illustrated in FIG. 4, the learning target
Note that the learning period B1 shown in FIG. 4 is a minimum period necessary for the normal
そして、図4(a)に示すように、学習期間として十分な期間である学習期間B2(例えば、2週間)が確保できるまでは、学習対象データ取得手段161aはメンテナンス後の6日から診断日の前日までのセンサデータを、学習対象データとしてセンサデータ記憶手段12から取得する。
また、図4(b)に示すように、学習期間B2の最終日(19日)から診断日までの日数が所定期間A2(例えば、一週間)となるまでは、学習対象データ取得手段161aは、学習期間B2におけるセンサデータを取得する。これは、前記したように、長期間かけてゆっくりと設備状態が異常状態に変化するような事象の検知に対応可能であるようにするためである。
そして、図4に示す27日以後は、学習対象データ取得手段161aは、前記した「通常の場合の学習データ取得処理」と同様の処理を行う(図3、図4(b)参照)。更に、図4(c)に示すように、学習期間B2の最終日(19日)からの日数が所定期間A2を超えた診断日(28日)からは、学習対象データ取得手段161aは、診断日の経過に伴って学習期間B3及び所定期間A3を順次シフトさせていく。
As shown in FIG. 4A, until the learning period B2 (for example, two weeks) that is a sufficient period as the learning period can be secured, the learning target
Further, as shown in FIG. 4B, until the number of days from the last day (19th day) of the learning period B2 to the diagnosis date reaches a predetermined period A2 (for example, one week), the learning target
And after 27th shown in FIG. 4, the learning object data acquisition means 161a performs the process similar to the above-mentioned "normal learning data acquisition process" (refer FIG. 3, FIG.4 (b)). Further, as shown in FIG. 4C, from the diagnosis date (28 days) when the number of days from the last day (19 days) of the learning period B2 exceeds the predetermined period A2, the learning object
なお、機械設備2自体に設置されたインターロック(図示せず)によって警報又は故障が検知された日や、異常予兆診断装置1によって異常予兆があると診断された日を学習対象日から除外することは、前記した「通常の場合の学習対象データ取得処理」の場合と同様である。
また、前記した学習期間B1,B2及び所定期間A2は、適宜設定を変更することが可能である。
In addition, the day when an alarm or a failure is detected by an interlock (not shown) installed in the
Further, the settings of the learning periods B1 and B2 and the predetermined period A2 can be changed as appropriate.
(C.初期化指示があった場合の学習対象データ取得処理)
次に、図7を参照(適宜図2参照)して、初期化モードによる学習処理の実行を指示する初期化指示信号が入力された場合において、学習対象データ取得手段161aによって取得される学習対象データの取得対象期間について説明する。
初期化指示信号に基づく初期化モードによる学習は、外部環境の状態が大きく変化した場合に実行され、正常モデルを再構築するためのものである。従って、正常モデルの再構築に必要な最低限の期間であって、かつ、外部環境の状態が大きく変化しない程度の期間において取得されたセンサデータを用いることが好ましい。
(C. Learning target data acquisition process when there is an initialization instruction)
Next, referring to FIG. 7 (see FIG. 2 as appropriate), the learning target acquired by the learning target
Learning in the initialization mode based on the initialization instruction signal is executed when the state of the external environment has changed greatly, and is for reconstructing a normal model. Therefore, it is preferable to use sensor data acquired during a minimum period necessary for reconstructing a normal model and a period in which the state of the external environment does not change significantly.
本実施形態では、センサデータを学習対象データとして取得する対象期間を、図7に示すように、学習処理を実行する日(時刻t2)の直近の所定期間Cとする。所定期間Cの長さは、四季の変化に対応するために、例えば、3ヶ月とすることができるが、機械設備2(図1参照)が設置された場所の気候や、外部環境の変化の影響を受ける度合いに応じて、数日〜数ヶ月程度の間で、適宜に定めることができる。
なお、前記した更新モードでの学習による正常モデルの適応能力を超えないようなタイミングで初期化モードによる学習を実行するようにすることが好ましい。
In the present embodiment, the target period for acquiring sensor data as learning target data is a predetermined period C closest to the date (time t2) on which the learning process is performed, as shown in FIG. The length of the predetermined period C can be set to, for example, three months in order to respond to changes in the four seasons. Depending on the degree of influence, it can be appropriately determined between several days to several months.
Note that it is preferable to perform learning in the initialization mode at a timing that does not exceed the adaptive capability of the normal model by learning in the update mode.
また、所定期間Cにおいて、異常の発生や異常予兆有りの診断がなされた日のセンサデータは、学習対象データから除去することが好ましい。
また、所定期間Cにおいて、メンテナンスが実行されている場合は、前記したようにメンテナンス前後でセンサ出力が大きく変化することがあるため、メンテナンス作業終了後に取得されたセンサデータを学習対象データとして用いることが好ましい。
In addition, it is preferable to remove the sensor data of the day on which the occurrence of abnormality or the presence of abnormality sign is diagnosed in the predetermined period C from the learning target data.
In addition, when maintenance is performed in the predetermined period C, the sensor output may change greatly before and after the maintenance as described above, so the sensor data acquired after the maintenance work is used as learning target data. Is preferred.
また、メンテナンス後の一定期間(図3における「学習期間B+所定期間A」)が経過して「通常期間」となる前は、メンテナンス後に実行される初期化モードによる学習処理を優先し、当該初期化信号に基づく学習処理を実行しないようにする。これによって、初期化モードによる学習の、短期間内での重複実行を避けることができる。
なお、メンテナンス後に実行される初期化モードによる学習処理と、初期化指示信号に基づく学習処理との何れを優先するかを選択可能とするように構成してもよい。
また、メンテナンス後に、一定期間が経過せず、正常モデルの再構築に十分なセンサデータが蓄積されていない場合は、初期化信号に基づく学習処理の指示を取消すようにしてもよい。この一定期間としては、例えば、図4に示した「学習期間B1」、「学習期間B2」又は「学習期間B2+所定期間A2」とすることができる。
Prior to the “normal period” after a fixed period after maintenance (“learning period B + predetermined period A” in FIG. 3), the learning process in the initialization mode executed after maintenance is prioritized and the initial The learning process based on the digitized signal is not executed. As a result, it is possible to avoid redundant execution of learning in the initialization mode within a short period of time.
Note that it may be configured to be able to select which of the learning process in the initialization mode executed after the maintenance and the learning process based on the initialization instruction signal has priority.
In addition, after maintenance, when a certain period does not elapse and sensor data sufficient for reconstructing a normal model is not accumulated, an instruction for learning processing based on an initialization signal may be canceled. The fixed period can be, for example, “learning period B1”, “learning period B2” or “learning period B2 + predetermined period A2” shown in FIG.
また、所定期間Cとして、直近の期間ではなく、前年又はそれ以前の年において、同じ時期(月日)に取得したセンサデータを用いるようにしてもよい。また、前年以前のセンサデータを用いる場合は、初期化モードによる学習処理を実行する日を挟む前後の期間に取得したセンサデータを用いるようにしてもよい。例えば、所定期間Cの長さを3ヶ月とし、7月15日に学習処理を実行する場合は、前年の6月1日から8月31日までに取得したセンサデータを用いるようにしてもよい。また、直近の期間に取得したセンサデータと、前年以前の同期間に取得したセンサデータの両方を用いるようにしてもよい。
更にまた、初期化指示信号を出力する際に、所定期間Cを任意の長さに設定できるように構成してもよく、前記した種々の期間を選択可能に構成してもよい。
Further, as the predetermined period C, sensor data acquired at the same time (month and day) may be used in the previous year or a year before it, not in the latest period. In addition, when using sensor data before the previous year, sensor data acquired in a period before and after the date on which the learning process in the initialization mode is executed may be used. For example, when the predetermined period C is 3 months long and the learning process is executed on July 15, sensor data acquired from June 1 to August 31 of the previous year may be used. . Moreover, you may make it use both the sensor data acquired in the latest period, and the sensor data acquired during the same period before the previous year.
Furthermore, when outputting the initialization instruction signal, the predetermined period C may be set to an arbitrary length, or the various periods described above may be selected.
なお、初期化指示信号の指示内容が、初期値設定の場合は、正常モデル生成手段161cは、初期値設定手段161c1によって、正常モデルデータとして予め定められた初期値を設定するものであるから、学習対象データを用いた学習は行わない。
When the instruction content of the initialization instruction signal is an initial value setting, the normal
図2に戻って、データマイニング部16の構成について説明を続ける。
データマイニング診断部162は、データマイニング学習部161で生成された正常モデルに基づいて、機械設備2のセンサデータから異常予兆の有無を診断するものである。
図2に示すように、データマイニング診断部162は、診断対象データ取得手段162aと、診断対象データ記憶手段162bと、異常度算出手段162cと、診断手段162dと、寄与度算出手段162eと、を備えている。
Returning to FIG. 2, the description of the configuration of the
The data
As shown in FIG. 2, the data
診断対象データ取得手段162aは、センサデータ記憶手段12から診断対象となるセンサデータ(以下、診断対象データと記す。)を取得する。本実施形態では、診断対象データ取得手段162aは、一日に一回、予め指定された時刻(例えば、午前0時)に前日の一日分のセンサデータを診断対象データとして、センサデータ記憶手段12から取得する。診断対象データ取得手段162aは、取得した診断対象データを診断対象データ記憶手段162bに記憶させる。
The diagnosis target
また、前記したように、データマイニング診断部162が診断処理を行う前に、データマイニング学習部161によって、予め診断日に対応する学習対象データが取得され(図3、図4参照)、当該学習対象データを用いた学習で生成した正常モデルデータが正常モデルデータ記憶手段161dに記憶されている。
Further, as described above, before the data
診断対象データ記憶手段162bは、診断対象データ取得手段162aによって取得された診断対象データを記憶させるための装置である。診断対象データ記憶手段162bに記憶されている診断対象データは、異常度算出手段162c及び寄与度算出手段162eに出力可能に構成されている。
The diagnosis target
なお、前記したデータマイニング学習部161において、学習対象データが運転モードごとに分割され、運転モードごとに学習して正常モデルを生成している場合は、データマイニング診断部162においても、同様の手順で診断対象データを運転モードごとに分割するものとする。この場合、運転モードごとに分割した診断対象データは、運転モード別に診断対象データ記憶手段162bに記憶される。
In the above-described data
異常度算出手段162cは、診断対象データ記憶手段162bから診断対象データを読み出し、当該診断対象データの異常度を算出するものである。
例えば、診断対象データが図5に示す位置に存在し、正常モデルである複数のクラスタのうち、前記の診断対象データに最も近いクラスタ中心が図5に示すクラスタ中心cであるとする。この場合、異常度uは、クラスタ半径rと、クラスタ中心cから診断対象データまでの距離dとを用いて、下記の式(1)で表される。
u=d/r・・・式(1)
The degree-of-
For example, it is assumed that the diagnosis target data exists at the position shown in FIG. 5 and the cluster center closest to the diagnosis target data is a cluster center c shown in FIG. In this case, the degree of abnormality u is expressed by the following equation (1) using the cluster radius r and the distance d from the cluster center c to the diagnosis target data.
u = d / r Formula (1)
異常度算出手段162cは、式(1)を用いて算出した異常度uを診断手段162dに出力する。また、異常度算出手段162cは、診断対象データとその異常度uとを対応付けて、診断結果記憶手段18に記憶させる。診断手段162dは、異常度算出手段162cから入力された異常度uに基づいて、診断対象データが取得された対象である機械設備2(図1参照)について異常予兆の有無を診断する。
The degree of
異常度u≦1である場合には、診断対象データが図5に示すクラスタ内に存在するといえる。つまりこの場合、診断対象データは特定の正常モデルの範囲内に存在するため、診断手段162dは、対応する機械設備2が正常である(異常予兆なし)と判断する。
一方、異常度u>1である場合には、診断対象データが図5に示すクラスタより外に存在するといえる。つまりこの場合、診断対象データはいずれの正常モデルの範囲内にも属さないため、診断手段162dは、対応する機械設備2に異常予兆があると判断する。
When the degree of abnormality u ≦ 1, it can be said that the diagnosis target data exists in the cluster shown in FIG. That is, in this case, since the diagnosis target data exists within the range of the specific normal model, the
On the other hand, when the degree of abnormality u> 1, it can be said that the diagnosis target data exists outside the cluster shown in FIG. That is, in this case, since the diagnosis target data does not belong to any normal model, the
そして、診断手段162dは、診断対象データを用いた異常予兆の有無を、当該診断対象データに対応付けて診断結果記憶手段18に記憶させる。
なお、前記の説明では、異常度uの値が1以上であるか否かによって、診断手段162dが異常予兆の有無を判断することとしたが、異常予兆の有無を判断する上でしきい値となる値は1である場合に限らない。すなわち、診断手段162dは、診断対象データに最も近いクラスタ中心を有するクラスタ内の学習対象データの分布(分散など)や、診断対象データの時間的な変化率などを考慮して、上記しきい値を適宜設定することが可能である。
Then, the
In the above description, the
寄与度算出手段162eは、診断対象データ記憶手段162bから診断対象データを読み出し、当該診断対象データに対する各センサ(図示せず)の寄与度を算出する。前記の各センサとは、図1に示す機械設備2に設置された複数のセンサを示している。
詳細な説明は省略するが、例えば図5に示す特徴βが機械設備2の所定箇所に設けられた特定のセンサP(図示せず)が検出した温度の値を正規化したものである場合、寄与度iは、図5に示す距離dのうち特徴β成分である距離fの割合として表される。すなわち、寄与度iは、下記の式(2)で表される。
i=f/d・・・式(2)
The contribution degree calculation means 162e reads the diagnosis object data from the diagnosis object data storage means 162b, and calculates the contribution degree of each sensor (not shown) to the diagnosis object data. Each of the sensors indicates a plurality of sensors installed in the
Although detailed description is omitted, for example, when the characteristic β shown in FIG. 5 is a normalized value of a temperature detected by a specific sensor P (not shown) provided at a predetermined location of the
i = f / d Formula (2)
寄与度iとは、要するに、各センサによって検出されたセンサデータが、異常度uに対してどれだけ寄与しているかを表す値である。すなわち、寄与度iの値を各センサごとに比較することによって、特定の機械設備2に異常予兆があると検知された場合に、当該機械設備2に設置された複数のセンサのうち、どのセンサが異常予兆の検知に最も寄与しているかを特定することが可能となる。
寄与度算出手段162eは、診断対象データとその寄与度iとを対応付けて、診断結果記憶手段18に記憶させる。
In short, the contribution degree i is a value representing how much the sensor data detected by each sensor contributes to the abnormality degree u. That is, by comparing the value of the contribution degree i for each sensor, when it is detected that there is a sign of abnormality in the specific
The contribution
(データマイニングによる診断結果の例)
次に、図8を参照してデータマイニング診断部による診断結果の例について説明する。図8に示すように、診断結果記憶手段18(図2参照)には、診断結果がデータベースとして記憶される。
図8に示す時刻201は、センサデータ取得手段11(図1参照)が機械設備2に設置されたセンサ(図示せず)により検出された計測値を取得した日時を示している。当該計測値は、予め設定された周期ごとに機械設備2のセンサで得られた値である。従って、時刻201は、予め指定された時刻(例えば、午前0時)に、前記周期(例えば、30秒)が順次加算された値となる。
(Example of diagnosis result by data mining)
Next, an example of a diagnosis result by the data mining diagnosis unit will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 8, the diagnosis result storage means 18 (see FIG. 2) stores the diagnosis result as a database.
A
学習対象データ取得日202は、この日のセンサデータを用いて、正常モデルであるクラスタを学習したことを示す。クラスタ番号203は、前記で説明した正常モデルとしての複数のクラスタのうち、クラスタ中心c(図5参照)から診断対象データまでの距離が最も小さいクラスタの識別番号である。異常フラグ204には、診断手段162d(図2参照)による診断結果に従って、異常予兆ありの場合には1の値が格納され、異常予兆なしの場合には0の値が格納される。運転状態番号205は、機械設備2の運転モードに対応して付される識別番号である。異常度206は、前記で説明したように、異常度算出手段162c(図2参照)によって算出された異常度である。図8に示す207の領域には、機械設備2に設置された各センサで検出された値である実測値と、前記したクラスタ中心cを表す座標のうちセンサ1に対応する成分の値を示す学習値とが記憶される。寄与度208は、前記で説明したセンサごとに算出された寄与度である。
The learning target
<リモートモニタリング部の構成>
次に、図9を参照して、異常予兆診断装置1のリモートモニタリング部17の構成について説明する。
リモートモニタリング部17は、前記で説明したように、管理者の経験や知識をもとに、機械設備2から取得したセンサデータの値(又は変化量)について上下しきい値を設け、センサデータの値などが当該上下しきい値によって規定される所定範囲外となった場合に、異常予兆ありと診断する。
リモートモニタリング部17は、個別判定手段17111,17112,・・・,1711N,17121,17122,・・・,1712N,・・・(以下、単に個別判定手段171ということがあるものとする。)と、診断手段172a,172b,・・・(以下、単に診断手段172ということがあるものとする。)と、を備える。個別判定手段17111,17121,・・・は、センサデータ記憶手段12からセンサデータ1(例えば、温度)を取得し、それぞれが、その判定結果を診断手段172a,172b,・・・に出力する。同様に、個別判定手段1711N,1712N,・・・は、センサデータ記憶手段12からセンサデータNを取得し、それぞれが、その判定結果を診断手段172a,172b,・・・に出力する。
なお、それぞれの診断手段172は、その診断内容(例えば、機械設備2の冷却水圧力が低下しているか否かの診断など)に対応して所定の論理回路が組まれている。
<Configuration of remote monitoring unit>
Next, the configuration of the
As described above, the
The
Each diagnosis means 172 has a predetermined logic circuit corresponding to the diagnosis contents (for example, diagnosis of whether or not the cooling water pressure of the
ここで、図10を参照(適宜図9参照)して、リモートモニタリング部17の個別判定手段171による異常予兆の診断処理について説明する。
前記したように、それぞれの個別判定手段171は、機械設備2に設置された各センサに1対1に対応付けられている。個別判定手段171は、図10に示すように、センサデータのうちの計測値が予め設定されたしきい値Aより小さくなった場合(図10の一点鎖線参照)、又は、しきい値Bより大きくなった場合(図10の破線参照)に、所定のオン信号を、自身に接続されている診断手段172に出力する。
なお、同一種類のセンサデータを取得する個別判定手段(例えば、17111と17121)においては、しきい値(図10のA,B参照)をそれぞれ同一に設定してもよいし、診断内容に対応して異なるしきい値を設定してもよい。
Here, referring to FIG. 10 (refer to FIG. 9 as appropriate), an abnormality sign diagnosis process by the individual determination means 171 of the
As described above, each individual determination unit 171 is associated with each sensor installed in the
In the individual determination means (for example, 171 11 and 171 21 ) for acquiring the same type of sensor data, the threshold values (see A and B in FIG. 10) may be set to be the same, and the diagnosis Different threshold values may be set corresponding to.
個別判定手段171は、センサデータ記憶手段12に記憶されているセンサデータについて、予め設定されたサンプリング周期(例えば、30秒)ごとに前記判定を行い、その結果を診断手段172に出力する。そして、診断手段172には、前記したように所定の論理回路が組まれており、各個別判定手段171からの信号の有無に対応して、それぞれの診断内容に応じた異常予兆の有無を出力するようになっている。
そして、診断手段172は、それぞれの診断結果を診断結果記憶手段18(図2参照)に記憶させる。
The individual determination unit 171 performs the determination on the sensor data stored in the sensor
Then, the diagnosis unit 172 stores each diagnosis result in the diagnosis result storage unit 18 (see FIG. 2).
なお、図9に示したリモートモニタリング部17の個別判定手段171におけるしきい値の設定や、診断手段172内の論理回路の設定は適宜変更することができる。従って、例えば、異常予兆診断装置1(図1参照)の管理者がメンテナンス期間及びメンテナンス内容を参照して、前記しきい値などの設定を適宜変更することもできる。
また、図1に示すように、表示制御手段19は、データマイニング部16による診断結果及びリモートモニタリング部17による診断結果の他、センサデータ記憶手段12に記憶されているセンサデータや、保守情報記憶手段14に記憶されている保守情報も、表示手段20に表示させることができる。
Note that the threshold setting in the individual determination unit 171 of the
As shown in FIG. 1, the
<データマイニング部による処理の流れ>
次に、適宜図面を参照してデータマイニング部による学習処理及び診断処理の流れについて説明する。
<Processing flow by the data mining unit>
Next, the flow of learning processing and diagnosis processing by the data mining unit will be described with reference to the drawings as appropriate.
(データマイニング学習部による学習処理の流れ)
まず、図11を参照(適宜図2、図4及び図7参照)して、データマイニング学習部161による学習処理の流れについて説明する。
データマイニング学習部161は、正常モデル生成手段161cによって、初期化指示手段15から初期化指示信号の入力が有ったか確認し(ステップS11)、初期化指示信号の入力がない場合は(ステップS11でNo)、ステップS12に進む。ステップS12では、データマイニング学習部161は、学習対象データ取得手段161aによって、通常期間を含むメンテナンスがあった場合の学習対象データ取得処理1を実行して、所定期間(図3の学習期間B又は図4の学習期間B1〜B3の何れか)の学習対象データをセンサデータ記憶手段12から取得する。また、データマイニング学習部161は、学習対象データ取得手段161aによって、取得した学習対象データを学習対象データ記憶手段161bに記憶させる。
(Learning process flow by the data mining learning unit)
First, the flow of learning processing by the data
The data
次に、データマイニング学習部161は、学習対象データ取得手段161aによって、
ステップS12で学習対象データを取得できたかを確認し(ステップS13)、取得できなかった場合は(ステップS13でNo)、学習を行うことができないため処理を終了する。
Next, the data
In step S12, it is confirmed whether or not the learning target data has been acquired (step S13). If the learning target data has not been acquired (No in step S13), the learning is not performed and the process ends.
一方、学習対象データを取得できた場合は(ステップS13でYes)、データマイニング学習部161は、正常モデル生成手段161cによって、メンテナンス後の最初の学習か確認する(ステップS14)。メンテナンス後の最初の学習かどうかは、図4に示した正常モデルの再構築に必要な最低限の「学習期間B1」が経過した最初の日かどうかで確認することができる。
On the other hand, when learning target data has been acquired (Yes in step S13), the data
メンテナンス後の最初の学習である場合は(ステップS14でYes)、データマイニング学習部161は、正常モデル生成手段161cの初期化学習手段161c2によって、ステップS12で取得した学習対象データを用いて初期化モードによる学習を実行することにより正常モデルを再構築する(ステップS20)。また、データマイニング学習部161は、初期化学習手段161c2によって、ステップS20の学習結果である再構築した正常モデルを正常モデルデータ記憶手段161dに記憶させて(ステップS16)、処理を終了する。
If it is the first learning after the maintenance (Yes in step S14), the data
一方、メンテナンス後の最初の学習でない場合は(ステップS14でNo)、データマイニング学習部161は、正常モデル生成手段161cの更新学習手段161c3によって、ステップS12で取得した学習対象データを用いて更新モードによる学習を実行することにより正常モデルを調整する(ステップS15)。また、データマイニング学習部161は、更新学習手段161c3によって、ステップS15の学習結果である調整後の正常モデルを正常モデルデータ記憶手段161dに記憶させて(ステップS16)、処理を終了する。
On the other hand, when it is not the first learning after the maintenance (No in step S14), the data
また、ステップS11において、初期化指示信号の入力があった場合は(ステップS11でYes)、データマイニング学習部161は、正常モデル生成手段161cによって、初期化指示の内容が「初期値設定」か確認する(ステップS17)。初期化指示の内容が初期値設定の場合は(ステップS17でYes)、データマイニング学習部161は、正常モデル生成手段161cの初期値設定手段161c1によって、予め定められた初期値を設定することにより、正常モデルを生成する(ステップS21)。また、データマイニング学習部161は、初期値設定手段161c1によって、ステップS20で生成した正常モデルを正常モデルデータ記憶手段161dに記憶させて、処理を終了する。
If an initialization instruction signal is input in step S11 (Yes in step S11), the data
一方、初期化指示の内容が初期値設定でない場合は(ステップS17でNo)、データマイニング学習部161は、学習対象データ取得手段161aによって、初期化指示に基づく初期化モードでの学習処理を行う場合の学習対象データ取得処理2を実行して、所定期間(図7の所定期間C)の学習対象データをセンサデータ記憶手段12から取得する(ステップS18)。また、データマイニング学習部161は、学習対象データ取得手段161aによって、取得した学習対象データを学習対象データ記憶手段161bに記憶させる。
On the other hand, when the content of the initialization instruction is not the initial value setting (No in step S17), the data
次に、データマイニング学習部161は、学習対象データ取得手段161aによって、
ステップS18で学習対象データを取得できたかを確認し(ステップS19)、取得できなかった場合は(ステップS19でNo)、学習を行うことができないため処理を終了する。
Next, the data
In step S18, it is confirmed whether or not the learning target data has been acquired (step S19). If the learning target data has not been acquired (No in step S19), the learning is not performed and the process ends.
一方、学習対象データを取得できた場合は(ステップS19でYes)、データマイニング学習部161は、正常モデル生成手段161cの初期化学習手段161c2によって、ステップS18で取得した学習対象データを用いて初期化モードによる学習を実行することにより正常モデルを再構築する(ステップS20)。また、データマイニング学習部161は、初期化学習手段161c2によって、ステップS20の学習結果である再構築した正常モデルを正常モデルデータ記憶手段161dに記憶させて(ステップS16)、処理を終了する。
On the other hand, if the learning target data can be acquired (Yes in step S19), the data
(メンテナンスがあった場合の学習対象データ取得処理1の流れ)
次に、図12を参照(適宜図2〜図4及び図11参照)して、メンテナンスがあった場合の、学習対象データ取得手段161aによる学習対象データ取得処理1について説明する。なお、図12に示す学習対象データ取得処理1は、図11におけるステップS12の学習対象データ取得処理1の詳細に相当するものである。
(Flow of learning target
Next, with reference to FIG. 12 (refer to FIGS. 2 to 4 and 11 as appropriate), the learning target
まず、学習対象データ取得手段161aは、診断日が通常期間内であるか否かを判断する(ステップS31)。ここで、「通常期間」とは、診断日に最も近い時期に行われたメンテナンスが終了した日を基準として、図3に示した学習期間B及び所定期間Aが確保されている場合の期間を示す。
診断日が通常期間内である場合は(ステップS31でYes)、学習対象データ取得手段161aは、通常モードで学習対象データをセンサデータ記憶手段12から取得する(ステップS32)。ここで「通常モード」とは、学習対象データ取得手段161aが、図3に示したように診断日から所定期間Aだけ過去に遡った学習期間Bにおけるセンサデータを学習対象データとして取得するモードを示す。
First, the learning target
When the diagnosis date is within the normal period (Yes in step S31), the learning target
診断日が通常期間内でない場合は(ステップS31でNo)、学習対象データ取得手段161aの処理は、ステップS33に進む。ステップS33で、学習対象データ取得手段161aは、診断日がメンテナンス期間内であるか否かを判断する。診断日がメンテナンス期間内である場合は(ステップS33でYes)、学習対象データ取得手段161aの処理は、ステップS34に進む。ステップS34で学習対象データ取得手段161aは、診断日がメンテナンス期間内である旨の情報を診断結果記憶手段18に記憶させる。なお、この場合には、学習対象データとして利用できるセンサデータは存在しないため、学習対象データ取得手段161aはセンサデータ記憶手段12から学習対象データを取得しない。
If the diagnosis date is not within the normal period (No in step S31), the process of the learning target
一方、診断日がメンテナンス期間内でない場合は(ステップS33でNo)、学習対象データ取得手段161aの処理は、ステップS35に進む。ステップS35で、学習対象データ取得手段161aは、診断日が図4に示した学習期間B1に含まれているか否かを判断する。つまり、学習対象データ取得手段161aは、メンテナンス後の学習期間として最低限必要な学習期間B1が確保されているか否かを判断する。
On the other hand, if the diagnosis date is not within the maintenance period (No in step S33), the process of the learning target
診断日が学習期間B1に含まれている場合(ステップS35でYes)、学習対象データ取得手段161aの処理は、ステップS36に進む。ステップS36で、学習対象データ取得手段161aは、診断日がメンテナンス後の学習期間内である旨の情報を診断結果記憶手段18に記憶させる。この場合には、学習対象データとして利用できるセンサデータが不足しているため、学習対象データ取得手段161aはセンサデータ記憶手段12から学習対象データを取得しない。
一方、診断日が学習期間B1に含まれていない場合は(ステップS35でNo)、学習対象データ取得手段161aの処理は、ステップS37に進む。
When the diagnosis date is included in the learning period B1 (Yes in step S35), the process of the learning target
On the other hand, when the diagnosis date is not included in the learning period B1 (No in step S35), the processing of the learning target
ステップS37で、学習対象データ取得手段161aは、図4(b)に示した学習期間B2及び所定期間A2が確保されているか否かを判断する。学習期間B2及び所定期間A2が確保されている場合は(ステップS37でYes)、学習対象データ取得手段161aの処理はステップS32に進む。なお、この場合は図4の(b)又は(c)の場合に該当する。つまり、この場合には診断日が、前記した「通常期間」に該当しているといえる。
一方、学習期間B2が確保されていないか、又は、学習期間B2が確保されているものの所定期間A2が確保されていない場合は(ステップS37でNo)、学習対象データ取得手段161aは、メンテナンスモードで学習対象データを取得する(ステップS38)。ここで「メンテナンスモード」とは、図4(a)を用いて説明したように、前記した「通常モード」に戻るまでの過渡的な学習期間選択モードである。
In step S37, the learning target
On the other hand, when the learning period B2 is not secured, or when the learning period B2 is secured but the predetermined period A2 is not secured (No in step S37), the learning target
(初期化指示に基づく初期化モードでの学習処理を行う場合の学習対象データ取得処理2の流れ)
次に、図13を参照(適宜図2〜図4、図7及び図11参照)して、初期化指示手段15からの初期化指示に基づく初期化モードでの学習処理を行う場合の、学習対象データ取得手段161aによる学習対象データ取得処理2について説明する。なお、図13に示す学習対象データ取得処理2は、図11におけるステップS18の学習対象データ取得処理2の詳細に相当するものである。
(Flow of learning target
Next, referring to FIG. 13 (refer to FIGS. 2 to 4, 7, and 11 as appropriate), learning in the case of performing learning processing in the initialization mode based on the initialization instruction from the initialization instruction means 15. The learning target
まず、学習対象データ取得手段161aは、最後に行われたメンテナンス後から、図7に示した所定期間Cが確保されているか確認する(ステップS41)。所定期間Cが確保されている場合は(ステップS41でYes)、学習対象データ取得手段161aは、センサデータ記憶手段12から所定期間Cの間に取得されたセンサデータを学習対象データとして取得して(ステップS42)、学習対象データ記憶手段161bに記憶させる。
First, the learning target
一方、所定期間Cが確保されていない場合は(ステップS41でNo)、学習対象データ取得手段161aは、更に、最後に行われたメンテナンス後から、一定期間(例えば、図4に示した「学習期間B1」、「学習期間B2」又は「学習期間B2+所定期間A2」)が確保されているか確認する(ステップS43)。当該一定期間が確保されている場合は(ステップS43でYes)、所定期間Cの範囲内であって、メンテナンス後の直近の全期間のセンサデータをセンサデータ記憶手段12から取得して(ステップS44)、学習対象データ記憶手段161bに記憶させる。
On the other hand, when the predetermined period C is not secured (No in step S41), the learning target
(データマイニング診断部による診断処理の流れ)
次に、図14を参照(適宜図2参照)して、データマイニング診断部162による診断処理の流れについて説明する。
まず、データマイニング診断部162は、診断対象データ取得手段162aによって、センサデータ記憶手段12から診断対象データを取得して(ステップS51)、診断対象データ記憶手段162bに記憶させる。例えば、データマイニング診断部162は、診断対象データ取得手段162aによって、予め指定された時刻(例えば、午前0時)に前日の一日分のセンサデータを診断対象データとして、センサデータ記憶手段12から取得する。
(Diagnosis process flow by the data mining diagnosis unit)
Next, the flow of diagnosis processing by the data
First, the data
次に、データマイニング診断部162は、異常度算出手段162cによって、診断対象データの異常度を算出する(ステップS52)。すなわち、データマイニング診断部162は、異常度算出手段162cによって、正常モデルデータ記憶手段161dから正常モデルを取得し、当該正常モデルを基準として異常度を算出する。
Next, the data
次に、データマイニング診断部162は、診断手段162dによって、診断を実行する(ステップS53)。すなわち、データマイニング診断部162は、診断手段162dによって、ステップS52で算出した異常度の値が所定値以上であるか否かによって、機械設備2(図1参照)における異常予兆の有無を診断する。
そして、データマイニング診断部162は、診断手段162dによって、ステップS53で実行した診断結果を診断結果記憶手段18に記憶させる。
Next, the data
Then, the data
なお、前記したように、図4に示したメンテナンス期間、及び、メンテナンス後に最低限必要な学習期間B1の間は、正常モデル生成手段161cが適切な正常モデルを生成することができないため、データマイニング部16は、診断結果を出力しない。
しかしながら、リモートモニタリング部17(図1参照)では、サンプリング周期(例えば、30秒)ごとに入力されるセンサデータを基にして診断を行い、診断結果記憶手段18(図1参照)に対して診断結果を出力している。すなわち、メンテナンス期間、及び、メンテナンス後に最低限必要な学習期間B1の間でも、異常予兆診断装置1はリモートモニタリング部17(図1参照)による診断結果を出力し、表示手段20(図1参照)に表示させることができる。
As described above, the normal
However, in the remote monitoring unit 17 (see FIG. 1), diagnosis is performed based on sensor data input every sampling period (for example, 30 seconds), and diagnosis is performed on the diagnosis result storage unit 18 (see FIG. 1). The result is output. That is, even during the maintenance period and the minimum necessary learning period B1 after maintenance, the abnormality
<本発明の効果>
以上、説明したように、本実施形態に係る異常予兆診断装置1は、機械設備2に設置された複数のセンサによって検出されるセンサデータを取得するセンサデータ取得手段11と、センサデータ取得手段11によって取得されたセンサデータが記憶されるセンサデータ記憶手段12と、センサデータ取得手段11によってセンサデータが取得された期間を指定し、センサデータ記憶手段12から当該指定期間(学習期間B1、学習期間B2、学習期間B3又は所定期間C)に対応するセンサデータを取得する学習対象データ取得処理と、指定期間に対応するセンサデータを用いて学習することで当該センサデータの正常範囲を示す正常モデルを生成する学習処理と、正常モデルに基づいて機械設備2の異常予兆の有無を診断する診断処理と、を行う第1診断手段(データマイニング部16)と、機械設備2の周囲の環境である外部環境の変化に応じて、正常モデルの全体を再構築する初期化モードでの学習処理を前記第1診断手段に指示する初期化指示手段15と、を備えるようにした。
このため、異常予兆診断装置1は、外部環境の状態の変化に対応して、正常モデルを初期化して、適切に異常予兆を診断することができる。また、正常モデル全体を再構築する初期化モードでの学習処理を行なう際にも、外部環境の状態を示す外気温等のパラメータを直接用いないため、データマイニング部16の学習処理のための処理負荷を軽減することができる。
<Effect of the present invention>
As described above, the abnormality
For this reason, the abnormality sign
また、学習処理は、初期化モードと、学習処理を行うときを基準時として定められた第1期間(学習期間B)を指定期間として、正常モデルを部分的に調整する更新モードとを有し、第1診断手段(データマイニング部16)は、予め定められた周期(例えば、1日に1回)又は予め定められた時刻(例えば、午前0時)に、定期的に更新モードでの学習処理を行うようにすることが好ましい。これによって、通常は、更新モードでの学習により、処理負荷を増大させることなく、正常モデルを外部環境の状態の変化に一定の適応能力で対応させることができる。このため、機械設備2が、外部環境の状態が大きく変化する環境に設置された場合でも、初期化モードでの学習を実行する間隔を長くすることができる。
Further, the learning process has an initialization mode and an update mode in which the normal model is partially adjusted with a first period (learning period B) defined as a reference time when the learning process is performed as a designated period. The first diagnosis means (data mining unit 16) performs learning in the update mode periodically at a predetermined cycle (for example, once a day) or at a predetermined time (for example, midnight). It is preferable to perform processing. As a result, normally, by learning in the update mode, the normal model can be made to respond to a change in the state of the external environment with a certain adaptive capability without increasing the processing load. For this reason, even when the
また、初期化指示手段15に、予め定められた初期値を正常モデルとする初期値設定を前記第1診断手段に指示する機能を有するように構成することが好ましい。これによって、機械設備2を設定するときに、試運転によりセンサデータを取得することなく、データマイニングの手法による異常予兆の診断を開始することができる。
Further, it is preferable that the initialization instruction means 15 has a function of instructing the first diagnosis means to set an initial value with a predetermined initial value as a normal model. As a result, when setting the
また、初期化指示手段15は、外部環境の状態を検出するセンサの測定値を取得し、外部環境の状態の変化が所定のしきい値以上となった場合に、第1診断手段(データマイニング部16)に対して初期化モードでの学習処理を指示するように構成することが好ましい。これによって、人為的な操作を行うことなく、外部環境の状況の変化に伴い、自動的に正常モデルを初期化して再構築することができる。これによって、データマイニングの手法による異常予兆の診断の精度を、自動的に維持することができる。
The
また、初期化指示手段15は、初期化モードでの学習処理を指示する人為操作に基づく入力を検出した場合に、第1診断手段(データマイニング部16)に対して初期化モードでの学習処理を指示するようにすることが好ましい。これによって、任意のタイミングで正常モデルを初期化して再構築することができる。その結果として、より適切に、データマイニングの手法による異常予兆の診断精度を維持することができる。
In addition, when the
また、第1診断手段(データマイニング部16)は、初期化指示手段15により初期化モードでの学習処理を指示された場合は、学習対象データ取得処理において、当該初期化モードでの学習処理を指示されたときである初期化指示時を基準時として定められた第2期間(所定期間C)のセンサデータを用いて、正常モデルについて初期化モードでの学習処理を行うようにすることが好ましい。これによって、学習処理すなわち診断処理の実行時の外部環境に適応した正常モデルを再構築することができる。
In addition, when the learning instruction in the initialization mode is instructed by the
また、第2期間(所定期間C)は、初期化指示時において、最後に取得されたセンサデータの取得時を含む直近の期間とすることが好ましい。これによって、学習処理すなわち診断処理の実行時の外部環境に、より適応した正常モデルを構築することができる。 Further, it is preferable that the second period (predetermined period C) is the most recent period including the time of acquisition of the sensor data acquired last when the initialization instruction is given. As a result, a normal model more adapted to the external environment at the time of execution of the learning process, that is, the diagnostic process can be constructed.
また、保守作業が行われる機械設備と保守作業期間とを特定する情報を少なくとも含む保守情報を取得する保守情報取得手段13と、保守情報取得手段13によって取得された保守情報が記憶される保守情報記憶手段14と、を更に備え、第1診断手段(データマイニング部16)は、機械設備2に対して保守作業が行われ、当該保守作業が終了してから診断時までの間に、少なくとも予め定められた長さの第3期間(学習期間B1)が確保されていると判断した場合には、保守作業終了後の所定期間分のセンサデータをセンサデータ記憶手段12から取得し、当該センサデータを用いて更新モードでの学習処理を行うようにすることが好ましい。これによって、保守作業後に、適切に正常モデルを生成することができる。
Also, maintenance information acquisition means 13 for acquiring maintenance information including at least information for specifying the mechanical equipment on which the maintenance work is performed and the maintenance work period, and maintenance information in which the maintenance information acquired by the maintenance information acquisition means 13 is stored. Storage means 14, and the first diagnosis means (data mining unit 16) performs maintenance work on the
また、第1診断手段(データマイニング部16)は、初期化指示手段15により初期化モードでの学習処理を指示された場合であって、機械設備2に対して保守作業が行われ、当該保守作業が終了してから診断時までの間に、少なくとも第3期間(学習期間B1)が確保されていないと判断した場合には、初期化指示手段15の指示による初期化モードでの学習処理を行わないようにすることが好ましい。これによって、適切な正常モデルを生成できない学習処理の実行を防止することができる。
The first diagnosis means (data mining unit 16) is instructed by the initialization instruction means 15 to perform learning processing in the initialization mode, and the maintenance work is performed on the
また、第1診断手段(データマイニング部16)は、機械設備2に対して保守作業が行われ、当該保守作業が終了してから前記診断時までの間に、少なくとも第3期間(学習期間B1)が確保されていると判断した場合であって、保守作業終了後に最初に行う学習処理を、初期化モードでの学習処理とすることが好ましい。これによって、保守作業後に、正常モデルを適切に構築することができる。
Further, the first diagnosis means (data mining unit 16) performs maintenance work on the
また、第1診断手段(データマイニング部16)は、センサデータの正常範囲を示す少なくとも1つのクラスタの中心と、当該クラスタ中心と正常範囲を示す境界までの距離であるクラスタ半径と、で表される正常モデルを学習することによって学習処理を行い、診断手段(データマイニング部16)は、クラスタ中心のうち診断対象データに最も近いクラスタ中心と当該診断対象データとの距離の、クラスタ半径に対する割合で示される異常度を算出し、当該異常度の値に基づいて機械設備2の異常予兆の有無を判定するようにすることが好ましい。これによって、高い感度で異常予兆を検出することができる。
The first diagnosis means (data mining unit 16) is represented by the center of at least one cluster indicating the normal range of the sensor data and the cluster radius that is the distance from the cluster center to the boundary indicating the normal range. A learning process is performed by learning a normal model, and the diagnosis means (data mining unit 16) calculates the ratio of the distance between the cluster center closest to the diagnosis target data and the diagnosis target data among the cluster centers to the cluster radius. It is preferable to calculate the degree of abnormality shown and determine the presence or absence of an abnormality sign of the
また、第1診断手段(データマイニング部16)は、更新モードでの学習処理において、クラスタごとに、当該クラスタの中心と半径とを調整するようにすることが好ましい。これによって、処理負荷を増大させることなく、正常モデルを調整することができる。 Moreover, it is preferable that a 1st diagnostic means (data mining part 16) adjusts the center and radius of the said cluster for every cluster in the learning process in update mode. As a result, the normal model can be adjusted without increasing the processing load.
また、異常予兆診断装置1は、センサデータ記憶手段12からセンサデータを取得し、各センサデータが、それぞれ予め設定された所定範囲のしきい値を超えた場合には、異常予兆ありと診断する第2診断手段(リモートモニタリング部17)を、更に備えることが好ましい。
これによって、第1手段(データマイニング部16)についての初期化モードでの学習を実行する前に、外部環境の状態が大きく変化して、初期化前の正常モデルを用いたデータマイニングの手法による異常予兆の検出感度が低下した場合であっても、第2診断手段(リモートモニタリング部17)のリモートモニタリングの手法による診断を組み合わせることにより、大きな感度低下をすることなく、少なくともリモートモニタリングの手法による感度で異常予兆を診断することができる。
Further, the abnormality
Thereby, before the learning in the initialization mode for the first means (data mining unit 16) is executed, the state of the external environment changes greatly, and the data mining technique using the normal model before the initialization is performed. Even if the detection sensitivity of the abnormality sign is lowered, by combining the diagnosis by the remote monitoring method of the second diagnosis means (remote monitoring unit 17), at least by the remote monitoring method without significant reduction in sensitivity. Abnormal signs can be diagnosed with sensitivity.
<変形例>
前記した実施形態では、機械設備2のセンサデータや保守情報を、通信ネットワークNを介して異常予兆診断装置1に送信することとしたが、これに限らない。例えば、異常予兆診断装置1は、センサデータ又は保守情報を格納した記憶媒体から、各データを取得することもできる。
<Modification>
In the above-described embodiment, the sensor data and maintenance information of the
また、図1には、機械設備2とコンピュータ3とが別々の位置に存在し、1台のコンピュータ3に各機械設備2の保守情報を一括して登録する場合について説明したが、これに限らない。すなわち、コンピュータ3が複数存在し、各コンピュータ3が1つ又は複数(例えば、5台)の機械設備2の保守情報を管理し、当該保守情報を通信ネットワークNを介して異常予兆診断装置1に送信することとしてもよい。
また、前記した実施形態では、データマイニング診断部162(図2参照)が一日に一回、予め設定された時刻(例えば、午前0時)に、前日の1日分のセンサデータを、診断対象データとしてセンサデータ記憶手段12から取得することとしたが、これに限らない。例えば、データマイニング診断部162がリアルタイムで異常予兆の診断を行うこととしてもよい。
Moreover, although FIG. 1 demonstrated the case where the
In the above-described embodiment, the data mining diagnosis unit 162 (see FIG. 2) diagnoses sensor data for one day of the previous day once a day at a preset time (for example, midnight). The target data is acquired from the sensor
また、前記した実施形態では、データマイニング診断部162の寄与度算出手段162eによって算出された寄与度を、単に診断結果記憶手段18に記憶させ、更に表示手段20に表示させることとしたが、これに限らない。前記したように、機械設備2に設置されたセンサ(図示せず)ごとに算出された寄与度によって、センサによる計測値がどれくらい異常度に寄与しているかを把握することができる。
従って、寄与度算出手段162eによって算出された寄与度をリモートモニタリング部17(図9参照)の診断手段172の論理回路に反映させることとしてもよい。例えば、ある異常予兆の内容について、データマイニング部16においてセンサAの寄与度が最も大きいと判明した場合を考える。この場合にリモートモニタリング部17において当該センサAの値の変化が最も敏感に診断結果に反映されるように、診断手段172の論理回路を組み替えれば、リモートモニタリング部17は診断結果をより適切に出力することができるようになる。
In the above-described embodiment, the contribution calculated by the
Therefore, the contribution calculated by the
また、図2に示したように、正常モデルデータ記憶手段161d、学習対象データ記憶手段161b及び診断対象データ記憶手段162bをデータマイニング部16に含める構成としたが、これに限らない。すなわち、これらの各記憶手段を異常予兆診断装置1の外部に設けることとしてもよい。
また、前記した実施形態では、正常モデル生成手段161cが非階層的クラスタリングとしてk平均法を用いてクラスタリングを行い、正常モデルを学習する場合について説明したが、これに限らない。すなわち、例えば、正常モデル生成手段161cは、非階層的クラスタリングとしてファジィクラスタリングや混合密度分布法などを用いて学習処理を行ってもよい。
In addition, as shown in FIG. 2, the normal model
In the above-described embodiment, the case where the normal
なお、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、前記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、前記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テープ、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、又は、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
In addition, this invention is not limited to above-described embodiment, Various modifications are included. For example, the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to one having all the configurations described. Further, a part of the configuration of an embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of an embodiment. In addition, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
Each of the above-described configurations, functions, processing units, processing means, and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit. In addition, each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software by the processor interpreting and executing a program that realizes each function. Information such as programs, tapes, and files that realize each function can be stored in a recording device such as a memory, a hard disk, or an SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card, an SD card, or a DVD.
Further, the control lines and information lines indicate what is considered necessary for the explanation, and not all the control lines and information lines on the product are necessarily shown. Actually, it may be considered that almost all the components are connected to each other.
1 異常予兆診断装置
10 通信手段
11 センサデータ取得手段
12 センサデータ記憶手段
13 保守情報取得手段
14 保守情報記憶手段
15 初期化指示手段
16 データマイニング部(第1診断手段)
161 データマイニング学習部
161a 学習対象データ取得手段
161b 学習対象データ記憶手段
161c 正常モデル生成手段
161c1 初期値設定手段
161c2 初期化学習手段
161c3 更新学習手段
161c 正常モデルデータ記憶手段
162 データマイニング診断部
162a 診断対象データ取得手段
162b 診断対象データ記憶手段
162c 異常度算出手段
162d 診断手段
162e 寄与度算出手段
17 リモートモニタリング部(第2診断手段)
17111〜1711N,17121〜1712N 個別判定手段
172a,172b 診断手段
18 診断結果記憶手段
19 表示制御手段
20 表示手段
2 機械設備
3 コンピュータ
N 通信ネットワーク
DESCRIPTION OF
161 Data
171 11 to 171 1N , 171 21 to 171 2N individual determination means 172a, 172b diagnosis means 18 diagnosis result storage means 19 display control means 20 display means 2
Claims (16)
前記複数のセンサからのセンサデータを取得するセンサデータ取得手段と、
前記センサデータ取得手段によって取得された前記センサデータが記憶されるセンサデータ記憶手段と、
前記センサデータ取得手段によって前記センサデータが取得された期間を指定し、前記センサデータ記憶手段から当該指定期間に対応するセンサデータを取得する学習対象データ取得処理と、前記指定期間に対応するセンサデータを用いて学習することで当該センサデータの正常範囲を示す正常モデルを生成する学習処理と、前記正常モデルに基づいて前記機械設備の異常予兆の有無を診断する診断処理と、を行う第1診断手段と、
前記機械設備の周囲の環境である外部環境の変化に応じて、前記正常モデルの全体を再構築する初期化モードでの前記学習処理を前記第1診断手段に指示する初期化指示手段と、
を備えることを特徴とする異常予兆診断装置。 Using the sensor data detected by a plurality of sensors installed in the mechanical equipment, an abnormality sign diagnosis device for diagnosing the presence or absence of an abnormal sign of the mechanical equipment,
Sensor data acquisition means for acquiring sensor data from the plurality of sensors;
Sensor data storage means for storing the sensor data acquired by the sensor data acquisition means;
A learning target data acquisition process for specifying a period during which the sensor data is acquired by the sensor data acquisition unit and acquiring sensor data corresponding to the specified period from the sensor data storage unit, and sensor data corresponding to the specified period A first diagnosis for performing a learning process for generating a normal model indicating a normal range of the sensor data by learning using a diagnostic process and a diagnostic process for diagnosing the presence or absence of an abnormality sign of the mechanical equipment based on the normal model Means,
Initialization instruction means for instructing the first diagnosis means in the learning process in an initialization mode for reconstructing the whole normal model in response to a change in the external environment that is an environment around the mechanical facility;
An abnormality sign diagnosis apparatus comprising:
前記第1診断手段は、予め定められた周期又は予め定められた時刻に、前記更新モードでの学習処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の異常予兆診断装置。 The learning process includes the initialization mode, and an update mode in which the normal model is partially adjusted with the first period defined as a reference time when the learning process is performed as the designated period,
2. The abnormality sign diagnosis apparatus according to claim 1, wherein the first diagnosis unit performs a learning process in the update mode at a predetermined cycle or at a predetermined time.
前記初期化指示手段により前記初期化モードでの学習処理を指示された場合は、前記学習対象データ取得処理において、当該初期化モードでの学習処理を指示されたときである初期化指示時を基準時として定められた第2期間を前記指定期間とし、前記正常モデルについて前記初期化モードでの学習処理を行うことを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の異常予兆診断装置。 The first diagnosis means includes
When the learning instruction in the initialization mode is instructed by the initialization instructing means, the initialization instruction time when the learning process in the initialization mode is instructed in the learning target data acquisition process is a reference 6. The abnormality sign according to claim 1, wherein a learning process in the initialization mode is performed for the normal model, with the second period defined as time being the specified period. Diagnostic device.
前記保守情報取得手段によって取得された保守情報が記憶される保守情報記憶手段と、
を更に備え、
前記第1診断手段は、前記機械設備に対して保守作業が行われ、当該保守作業が終了してから前記診断時までの間に、少なくとも予め定められた長さの第3期間が確保されていると判断した場合には、前記保守作業終了後の所定期間分の前記センサデータを前記センサデータ記憶手段から取得し、当該センサデータを用いて前記更新モードでの学習処理を行うことを特徴とする請求項2又は請求項2を引用する請求項3乃至請求項7の何れか一項に記載の異常予兆診断装置。 Maintenance information acquisition means for acquiring maintenance information including at least information for specifying the mechanical equipment on which maintenance work is performed and the maintenance work period; and
Maintenance information storage means for storing maintenance information acquired by the maintenance information acquisition means;
Further comprising
The first diagnosing means performs a maintenance operation on the mechanical equipment, and at least a third period of a predetermined length is secured between the end of the maintenance operation and the time of the diagnosis. The sensor data is acquired from the sensor data storage means for a predetermined period after the maintenance work is completed, and learning processing in the update mode is performed using the sensor data. The abnormality sign diagnosis apparatus according to any one of claims 3 to 7, which refers to claim 2 or claim 2.
前記初期化指示手段により前記初期化モードでの学習処理を指示された場合であって、
前記機械設備に対して保守作業が行われ、当該保守作業が終了してから前記診断時までの間に、少なくとも前記第3期間が確保されていないと判断した場合には、前記初期化指示手段の指示による前記初期化モードでの学習処理を行わないことを特徴とする請求項8に記載の異常予兆診断装置。 The first diagnosis means includes
A learning process in the initialization mode is instructed by the initialization instruction means;
When it is determined that at least the third period is not secured between the completion of the maintenance work and the time of diagnosis after the maintenance work is performed on the mechanical equipment, the initialization instruction unit The abnormality predictor diagnosis apparatus according to claim 8, wherein the learning process in the initialization mode according to the instruction is not performed.
前記機械設備に対して保守作業が行われ、当該保守作業が終了してから前記診断時までの間に、少なくとも前記第3期間が確保されていると判断した場合であって、前記保守作業終了後に最初に行う学習処理を、前記初期化モードでの学習処理とすることを特徴とする請求項8又は請求項9に記載の異常予兆診断装置。 The first diagnosis means includes
A maintenance work is performed on the mechanical equipment, and it is determined that at least the third period is secured between the end of the maintenance work and the time of diagnosis, and the maintenance work is finished. The abnormality sign diagnosis apparatus according to claim 8 or 9, wherein a learning process that is first performed later is a learning process in the initialization mode.
前記第1診断手段は、前記クラスタ中心のうち前記診断対象データに最も近いクラスタ中心と当該診断対象データとの距離の、前記クラスタ半径に対する割合で示される異常度を算出し、当該異常度の値に基づいて前記機械設備の異常予兆の有無を判定することによって前記診断処理を行うことを特徴とする請求項1乃至請求項10の何れか一項に記載の異常予兆診断装置。 The first diagnosis means learns the normal model represented by a center of at least one cluster indicating a normal range of the sensor data and a cluster radius that is a distance from the cluster center to a boundary indicating a normal range. To perform the learning process,
The first diagnosing means calculates a degree of abnormality indicated by a ratio of a distance between the cluster center closest to the diagnosis target data and the diagnosis target data to the cluster radius among the cluster centers, 11. The abnormality sign diagnosis apparatus according to claim 1, wherein the diagnosis process is performed by determining presence / absence of an abnormality sign of the mechanical equipment based on the information.
前記異常予兆診断装置は、
前記複数のセンサによって測定された前記センサデータが記憶されるセンサデータ記憶手段を備え、
前記センサデータが取得された期間を指定し、前記センサデータ記憶手段から当該指定期間に対応するセンサデータを取得する学習対象データ取得処理と、前記指定期間に対応するセンサデータを用いて学習することで当該センサデータの正常範囲を示す正常モデルを生成する学習処理と、前記正常モデルに基づいて前記機械設備の異常予兆の有無を診断する診断処理と、を行う第1診断工程と、
前記機械設備の周囲の環境である外部環境の変化に応じて、前記正常モデルの全体を再構築する初期化モードでの前記学習処理を指示する初期化指示工程と、
を含むことを特徴とする異常予兆診断方法。 Using the sensor data detected by a plurality of sensors installed in a mechanical facility, an abnormality sign diagnosis method used in an abnormality sign diagnosis device for diagnosing the presence or absence of an abnormality sign of the mechanical facility,
The abnormal sign diagnostic apparatus is
Comprising sensor data storage means for storing the sensor data measured by the plurality of sensors;
Specifying a period during which the sensor data was acquired, learning using a learning target data acquisition process for acquiring sensor data corresponding to the specified period from the sensor data storage unit, and learning using sensor data corresponding to the specified period A first diagnosis step for performing a learning process for generating a normal model indicating a normal range of the sensor data and a diagnosis process for diagnosing the presence or absence of an abnormality sign of the mechanical equipment based on the normal model;
An initialization instruction step for instructing the learning process in an initialization mode for reconstructing the whole normal model in response to a change in the external environment that is an environment around the mechanical facility;
A method for diagnosing abnormal signs, comprising:
前記学習処理を行うときを基準時として定められた第1期間を前記指定期間として、前記正常モデルを部分的に調整する更新モードとを有し、
前記第1診断工程において、予め定められた周期で又は予め定められた時刻に、定期的に前記更新モードでの学習処理を行うことを特徴とする請求項14に記載の異常予兆診断方法。 The learning process includes the initialization mode,
An update mode for partially adjusting the normal model, with the first period defined as a reference time when performing the learning process as the designated period;
15. The abnormality sign diagnosis method according to claim 14, wherein in the first diagnosis step, the learning process in the update mode is periodically performed at a predetermined cycle or at a predetermined time.
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