JP2017117034A - Diagnosis device and diagnostic method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、診断対象から取得した時系列データを用いて、診断対象の状態を診断する診断装置及び診断方法に関する。 The present invention relates to a diagnostic apparatus and a diagnostic method for diagnosing the state of a diagnostic target using time-series data acquired from the diagnostic target.
火力や原子力に代表される発電プラントや、通信設備などの機器には、機器の安定的な運用のために、多くの時系列データを監視対象としている。 For power plant such as thermal power and nuclear power, and equipment such as communication facilities, a lot of time series data is monitored for stable operation of equipment.
例えば、発電プラントではプラントの状態を把握するために、圧力・温度・流量・水位などを計測する計測器を各部に設置している。通信設備ではデータ通信量を計測する計測器が設置されている。計測器から得られた時系列データの値は、機器の管理員に表示する。また、ほとんどの機器では、異常や不具合対策、あるいは、保守の観点から、得られた信号値を専用の計算機であるデータ収録装置に保存する。 For example, in a power plant, in order to grasp the state of the plant, measuring instruments for measuring pressure, temperature, flow rate, water level and the like are installed in each part. In the communication facility, a measuring instrument for measuring the amount of data communication is installed. The value of the time series data obtained from the measuring instrument is displayed to the device manager. Also, in most devices, the obtained signal value is stored in a data recording device, which is a dedicated computer, from the viewpoint of abnormality or malfunction countermeasures or maintenance.
管理員は機器の状態に変化があった場合、関連する時系列データの値にも変化がないかどうかを確認するため、監視画面上に該当時系列データの値を表示する。通常は、機器の運転制御装置と監視装置が一体になっており、リアルタイムで機器状態の監視や制御が実施できるようになっている。 When there is a change in the state of the device, the administrator displays the value of the corresponding time series data on the monitoring screen in order to check whether there is a change in the value of the related time series data. Usually, the device operation control device and the monitoring device are integrated, and the device state can be monitored and controlled in real time.
最近は、診断対象に異常状態が発生する前の異常兆候を検知する装置やその方法が多数検討されている。特許文献1には、適応共鳴理論(Adaptive Resonance Theory:ART)を用いた診断装置が開示されている。ここでARTとは、多次元の時系列データをその類似度に応じてカテゴリに分類する理論である。
Recently, many devices and methods for detecting abnormal signs before an abnormal state occurs in a diagnosis target have been studied.
特許文献1の技術においては、まずARTを用いて正常時の計測データを複数のカテゴリ(正常カテゴリ)に分類する。次に、現在の時系列データをARTに入力してカテゴリに分類する。この時系列データが正常カテゴリに分類できない時は、新しいカテゴリ(新規カテゴリ)を生成する。新規カテゴリの発生は、診断対象の状態が変化したことを意味する。そこで、特許文献1の診断装置では、異常兆候の発生を新規カテゴリの発生で判断している。
In the technique of
適応共鳴理論などの手法を用いて時系列データを分類する際には、データの分解能を決める分解能パラメータを診断の内容に合わせて設定する必要がある。このパラメータを適切に選定しないと、異常を発見できない見逃しや、正常状態であるにも関わらず異常と検知する誤検知が発生する可能性がある。そこで、特許文献1では、正常状態の時系列データを用いて、異常検知に適する分解能パラメータを自動的に調整する技術を公開している。
When classifying time-series data using a technique such as adaptive resonance theory, it is necessary to set a resolution parameter that determines the resolution of the data according to the contents of diagnosis. If this parameter is not properly selected, there is a possibility that an abnormality cannot be found or an erroneous detection that detects an abnormality although it is in a normal state may occur. Therefore,
尚、データを分類して診断する手法としては、上記で述べた手法に限らず、多数の手法が提案されている。 In addition, as a method for classifying and diagnosing data, not only the method described above but also a number of methods have been proposed.
適応共鳴理論などの手法を用いて時系列データを分類する際には、分解能パラメータだけでなく、診断に用いるデータ項目や、データの正規化範囲など、分解能パラメータ以外にも多くのパラメータを調整する必要がある。 When classifying time-series data using methods such as adaptive resonance theory, not only resolution parameters but also many parameters other than resolution parameters such as data items used for diagnosis and data normalization range are adjusted. There is a need.
また、取得した時系列データには、正常データのみである場合だけでなく、異常時のデータが含まれている場合がある。また、時系列データに異常時のデータが含まれる場合でも、異常が発生した日時が判明している場合、異常が発生した日時が特定できない場合など、様々な状況が想定される。このような状況に応じて、多数のパラメータを調整するには設計工数を多く必要とするため、パラメータ調整を自動化する技術が求められている。 The acquired time series data may include not only normal data but also abnormal data. Even when the time series data includes data at the time of abnormality, various situations are assumed such as when the date and time when the abnormality occurred is known, or when the date and time when the abnormality occurred cannot be specified. In order to adjust a large number of parameters according to such a situation, a large number of man-hours are required for design, and therefore a technique for automating parameter adjustment is required.
そこで、本発明では上記状況を鑑みて、取得した時系列データの条件に応じて、診断に適するパラメータを自動的に調整することが可能な診断装置を提供することを目的とする。 In view of the above situation, an object of the present invention is to provide a diagnostic apparatus capable of automatically adjusting parameters suitable for diagnosis according to the conditions of acquired time-series data.
上記課題を解決する為に本発明では、診断対象から収集した時系列データに基づいて、対象の状態を診断する診断装置において、前記診断装置は、設定パラメータに基づいて前記時系列データを分類するための前処理を実行して前処理データを生成する前処理手段と、前記前処理データをデータの類似性に応じて分類した分類結果を生成する分類手段と、前記分類結果を分類結果の特徴量の経時変化パターンに応じて評価した評価結果を生成する分類結果評価手段と、前記評価結果が所望の値となるように前記前処理手段で用いる設定パラメータを調整する設定値調整手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, in the present invention, in the diagnostic device for diagnosing the state of a target based on time series data collected from a diagnostic target, the diagnostic device classifies the time series data based on a setting parameter. Preprocessing means for executing preprocessing for generating preprocessed data, classification means for generating a classification result obtained by classifying the preprocessed data according to data similarity, and characteristics of the classification result A classification result evaluation unit that generates an evaluation result evaluated according to a temporal change pattern of a quantity; and a set value adjustment unit that adjusts a setting parameter used in the preprocessing unit so that the evaluation result becomes a desired value. It is characterized by providing.
本発明の診断装置を用いることにより、取得した時系列データの条件に応じて設定パラメータを自動的に調整することができ、設計工数を削減できる。 By using the diagnostic apparatus of the present invention, the setting parameters can be automatically adjusted according to the conditions of the acquired time series data, and the design man-hours can be reduced.
図1は本発明の第1の実施例である診断装置を説明するブロック図である。診断装置300は、診断装置の診断対象100で収集した時系列データ1が収録されている時系列データ収録装置200と、外部装置900と接続している。
FIG. 1 is a block diagram for explaining a diagnostic apparatus according to a first embodiment of the present invention. The
診断装置300は、演算装置として診断手段340と画像表示情報生成手段350を備えている。診断手段340は、前処理手段400、分類手段500、後処理手段600、分類結果評価手段700、設定値調整手段800を備えている。
The
また、診断装置300はデータベースとして信号データベース330を備える。尚、図1ではデータベースをDBと略記している。信号データベース330には、電子化された情報が保存されており、通常電子ファイル(電子データ)と呼ばれる形態で情報が保存される。
The
また、診断装置300は、外部とのインターフェイスとして外部入力インターフェイス310及び外部出力インターフェイス320を備えている。
Further, the
そして、外部入力インターフェイス310を介して時系列データ収録装置200に収録されている時系列データ2と、外部装置900に備えられている外部入力装置910(キーボード910及びマウス920)の操作で作成する外部入力信号3が診断装置300に取り込まれる。また、外部出力インターフェイス320を介して、画像表示情報9を画面表示装置940に出力する。尚、画像表示装置940には、データ収録装置情報10を表示することも可能である。
Then, the
図1に示した診断装置300において、時系列データ2と外部入力信号3は外部入力インターフェイス210を介して取り込まれる。診断装置300に取り込まれた計測信号3は、信号データベース330に保存する。
In the
診断装置300は、学習モードと診断モードの二つの処理モードを持つ。学習モードと診断モードのフローチャートと、診断手段340と画像表示情報生成手段350の動作については、図2、3を引用しながら後述する。診断手段340では、信号データベース330に保存されている時系列データを含む信号データベース情報5の入力に対して、前処理手段400、分類手段500、後処理手段600、分類結果評価手段700、設定値調整手段800を動作させる。診断手段340を動作させた結果として得られる信号は、信号データベース情報6として信号データベース330に送信し、保存する。
The
なお、本実施例の診断装置300においては、信号データベース330、診断手段340、画像表示情報生成手段350が診断装置300の内部に備えられているが、これらの一部の装置を診断装置300の外部に配置し、データのみを装置間で通信するようにしてもよい。
In the
また、診断装置300に設置された信号データベース330に保存されている信号データベース情報50は、その全ての情報を外部出力インターフェイス320を介して画面表示装置940に表示でき、これらの情報は外部入力装置910を操作して生成する外部入力信号3で修正することができる。
Further, the
本実施例では、外部入力装置910をキーボード920とマウス930で構成しているが、音声入力のためのマイク、タッチパネルなど、データを入力するための装置であれば良い。
In this embodiment, the
また、本発明の実施形態として、診断方法、診断装置300を動作させて得られた情報を提供する情報提供サービスとしても実施可能であることは言うまでもない。
In addition, as an embodiment of the present invention, it goes without saying that the present invention can also be implemented as an information providing service that provides information obtained by operating the diagnostic method and the
図2は診断装置300の動作フローチャート図である。図2(a)は学習モード、図2(b)は診断モードのフローチャート図である。
FIG. 2 is an operation flowchart diagram of the
まず、図2(a)を用いて学習モードについて説明する。ステップ1000では、時系列データ収録装置200に保存されている時系列データ2を診断装置300に取り込み、信号データベース330に保存する。
First, the learning mode will be described with reference to FIG. In step 1000, the time-
ステップ1010では、前処理手段400にて信号データベース330から学習に用いる信号データベース情報5を抽出し、対象の診断に必要な前処理を実施する。前処理手段400は、少なくともデータ項目設定部410、正規化範囲設定部420、分解能設定部430を備えている。データ項目設定部410では、診断に用いる時系列データの項目(例えば、温度、圧力などのセンサ情報)を設定し、前処理手段400ではデータ項目設定部410で設定した項目の時系列データを信号データベース400から抽出する。正規化範囲設定部420では、抽出した時系列データの正規化範囲を設定する。設定した正規化範囲に基づいて、時系列データを例えば0から1の範囲に正規化する。前処理手段400では、時系列項目毎にデータを正規化する。時系列データを正規化したデータNxi(n)及び正規化したデータの補数CNxi(n)(=1−Nxi(n))を含むデータを入力データIi(n)とする。また、分解能設定部430では、分類手段500にてデータを分類する際の分解能を設定する。
In step 1010, the
前処理手段400を動作して得られた前処理データ20は、分類手段500に送信する。
The preprocessing
前処理手段400では、抽出するデータ項目、正規化範囲、分解能などの設定パラメータに基づいて上記の処理を実行する。この設定パラメータは、後述する設定値調整手段800で調整する。尚、設定パラメータの初期値は、異常が発生した位置に近い計測器で計測したデータ項目を抽出する、などの方法で任意に設定できる。
The
ステップ1020では、分類手段500を動作させて、信号データベース330から抽出した時系列データをクラスタリング技術により分類し、分類結果21を出力する。クラスタリング技術としては、ART510(適応共鳴理論(Adaptive Resonance Theory))、MT520(マハラノビスタクチ法)、VQC530(ベクトル量子化)などの手法が知られている。本実施例では、ART510を用いた場合を中心に述べるが、分類手段500に用いる手法についての限定はない。
In step 1020, the classification means 500 is operated to classify the time series data extracted from the
ステップ1030では、分類結果評価手段700を動作させて分類結果21を評価する。分類結果の評価結果22は、設定値調整手段800に送信する。
In step 1030, the classification
ステップ1040では、終了判定を実施する。ステップ1010〜1050の繰り返し回数が閾値を超えた場合、分類結果の評価結果22が基準を超えた場合など、予め定められた終了判定条件を満足した場合はステップ1060に進み、満足しない場合はステップ1050に進む。
In step 1040, an end determination is performed. If the number of repetitions of steps 1010 to 1050 exceeds a threshold value, or the
ステップ1050では、設定値調整手段800を動作させて前処理手段400を動作させるのに必要な設定パラメータを調整する。設定値調整手段800では、評価結果22が所望の値となるように、データ項目設定部410、正規化範囲設定部420、分解能設定部430で設定するパラメータを調整する手段であり、遺伝的アルゴリズムや強化学習などの任意の最適化手法を適用する。
In
ステップ1060では後処理手段600を動作させて、ステップ1010〜1050を繰り返して評価結果22が最良となった分類結果21の情報を信号データベース情報6として信号データベース330に送信して保存する。尚、評価結果22が最良となった結果だけでなく、ステップ1010〜1050を繰り返す過程で得られた任意の情報を信号データベース330に送信して保存しても良い。
In Step 1060, the post-processing means 600 is operated, and Steps 1010 to 1050 are repeated, and the information of the
ステップ1070では、画像表示情報生成手段350において信号データベース330から信号データベース情報7を画像表示情報8に変換して外部出力インターフェイス320に送信する。外部出力インターフェイスでは、画像表示情報9を画像表示装置940に送信して、画面(モニタ)上に情報を表示する。
In step 1070, the image display information generating means 350 converts the signal database information 7 from the
次に、図2(b)を用いて診断モードについて説明する。ステップ1100では、時系列データ収録装置200に保存されている時系列データ2を診断装置300に取り込み、信号データベース330に保存する。
Next, the diagnosis mode will be described with reference to FIG. In step 1100, the time-
ステップ1110では、前処理手段400にて信号データベース330から診断に用いる信号データベース情報5を抽出し、学習の時と同様に必要な前処理を実施する。前処理手段400を動作して得られた前処理データ20は、分類手段500に送信する。
In step 1110, the preprocessing means 400 extracts the
ステップ1120では、分類手段500を動作させて、信号データベース330から抽出した時系列データをクラスタリング技術により分類し、分類結果21を出力する。
In step 1120, the classification means 500 is operated to classify the time series data extracted from the
ステップ1130では、後処理手段600を動作させて分類結果21の情報を信号データベース情報6として信号データベース330に送信して保存する。
In step 1130, the
ステップ1140では、画像表示情報生成手段350において信号データベース330から信号データベース情報7を画像表示情報8に変換して外部出力インターフェイス320に送信する。外部出力インターフェイスでは、画像表示情報9を画像表示装置940に送信して画面(モニタ)上に情報を表示する。
In step 1140, the image display information generation means 350 converts the signal database information 7 from the
図3は、学習モードおよび診断モードを動作させるタイミングを説明する図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating timings at which the learning mode and the diagnosis mode are operated.
図3(a)に示す方法では、一定期間運転データを蓄積した後、学習モードを1回動作させて、診断モードを一定周期で動作する。 In the method shown in FIG. 3A, after the operation data is accumulated for a certain period, the learning mode is operated once and the diagnosis mode is operated at a certain period.
図3(b)に示す方法では、学習モードを一定間隔で動作させて分類結果を更新した上で、診断モードを動作させる。 In the method shown in FIG. 3B, the diagnosis mode is operated after the learning mode is operated at regular intervals to update the classification result.
図3(c)に示す方法では、ユーザーからの指示があったときに、学習モードを動作させる。任意のタイミングで学習モードを実行して分類結果を更新した上で、診断モードを動作させる。 In the method shown in FIG. 3C, the learning mode is operated when an instruction is given from the user. After executing the learning mode at an arbitrary timing to update the classification result, the diagnostic mode is operated.
尚、本実施例で述べたタイミング以外にも、学習モードと診断モードを動作させるタイミングは任意に設定することが可能である。 In addition to the timing described in the present embodiment, the timing for operating the learning mode and the diagnostic mode can be arbitrarily set.
図4は信号データベース330に保存されるデータの態様を説明する図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the mode of data stored in the
図4(a)に示すように、信号データベース330には、時系列データ(図では、データ項目A、B、Cを記載)の値が、サンプリング周期(縦軸の時刻)毎に保存される。表示画面301において縦横に移動可能なスクロールボックス302及び303を用いることにより、広範囲のデータをスクロール表示することができる。
As shown in FIG. 4A, in the
図4(b)(c)に示すように、信号データベース330には前処理手段400での設定値と分類結果が保存される。
As shown in FIGS. 4B and 4C, the
また、図4(d)に示すように、信号データベース330には、学習モードにおける繰り返し回数と、その時の設定値および評価結果が保存される。
As shown in FIG. 4D, the
図5は、分類手段500の実施例として、ART510を用いた場合のブロック図を説明する図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining a block diagram when an
ART510においては、入力データである時系列データを複数のカテゴリに分類する。
In
ARTモジュール510は、F0レイヤー511、F1レイヤー512、F2レイヤー513、メモリ514及び選択サブシステム515を備え、これらは相互に結合している。F1レイヤー512及びF2レイヤー513は、重み係数を介して結合している。重み係数は、入力データが分類されるカテゴリのプロトタイプ(原型)を表している。ここで、プロトタイプとは、カテゴリの代表値を表すものである。
The
次に、ART510のアルゴリズムについて説明する。 Next, the algorithm of ART510 will be described.
ART510に入力データが入力された場合のアルゴリズムの概要は、下記の処理1〜処理5のようになる。
The outline of the algorithm when input data is input to the
処理1:F0レイヤー511により入力ベクトルを正規化し、ノイズを除去する。
Process 1: The input vector is normalized by the
処理2:F1レイヤー512に入力された入力データと重み係数との比較により、ふさわしいカテゴリの候補を選択する。
Process 2: A suitable category candidate is selected by comparing the input data input to the
処理3:選択サブシステム515で選択したカテゴリの妥当性がパラメータρとの比により評価される。妥当と判断されれば、入力データはそのカテゴリに分類され、処理4に進む。一方、妥当と判断されなければ、そのカテゴリはリセットされ、他のカテゴリからふさわしいカテゴリの候補を選択する(処理2を繰り返す)。パラメータρの値を大きくするとカテゴリの分類が細かくなる。すなわち、カテゴリサイズが小さくなる。逆に、ρの値を小さくすると分類が粗くなる。カテゴリサイズが大きくなる。このパラメータρをビジランス(vigilance)パラメータと呼ぶ。先に述べた分解能設定部430では、ビジランスパラメータの値を設定している。
Process 3: The validity of the category selected by the
処理4:処理2において全ての既存のカテゴリがリセットされると、入力データが新規カテゴリに属すると判断され、新規カテゴリのプロトタイプを表す新しい重み係数を生成する。
Process 4: When all the existing categories are reset in
処理5:入力データがカテゴリJに分類されると、カテゴリJに対応する重み係数WJ(new)は、過去の重み係数WJ(old)及び入力データp(又は入力データから派生したデータ)を用いて数1により更新される。 Process 5: When input data is classified into category J, weight coefficient WJ (new) corresponding to category J uses past weight coefficient WJ (old) and input data p (or data derived from input data). Is updated by equation (1).
ここで、Kwは、学習率パラメータ(0<Kw<1)であり、入力ベクトルを新しい重み係数に反映させる度合いを決定する値である。 Here, Kw is a learning rate parameter (0 <Kw <1), and is a value that determines the degree to which the input vector is reflected in the new weighting factor.
尚、数1及び後述する数2乃至数12の各演算式は前記ART510に組み込まれている。
The arithmetic expressions of
ART510のデータ分類アルゴリズムの特徴は、上記の処理4にある。
The feature of the data classification algorithm of the
処理4においては、学習した時のパターンと異なる入力データが入力された場合、記録されているパターンを変更せずに新しいパターンを記録することができる。このため、過去に学習したパターンを記録しながら、新たなパターンを記録することが可能となる。
In
このように、入力データとして予め与えた運転データを与えると、ART510は与えられたパターンを学習する。したがって、学習済みのART510に新たな入力データが入力されると、上記アルゴリズムにより、過去におけるどのパターンに近いかを判定することができる。また、過去に経験したことのないパターンであれば、新規カテゴリに分類される。
Thus, when the operation data given in advance is given as input data, the
図5(b)は、F0レイヤー511の構成を示すブロック図である。F0レイヤー511では、入力データIiを各時刻で再度正規化し、F1レイヤー512、及び選択サブシステム515に入力する正規化入力ベクトルui 0作成する。
FIG. 5B is a block diagram showing the configuration of the
始めに、入力データIiから、数2に従ってWi 0を計算する。ここでaは定数である。
First, W i 0 is calculated from the input data I i according to
次に、Wi 0を正規化したXi 0を、数3を用いて計算する。ここで、||W0||は、W0のノルムを表す。
Next, X i 0 obtained by normalizing W i 0 is calculated using
そして、数4を用いて、Xi 0からノイズを除去したVi 0を計算する。ただし、θはノイズを除去するための定数である。数4の計算により、微小な値は0となるため、入力データのノイズが除去される。
Then, using
最後に、数5を用いて正規化入力ベクトルui 0を求める。ui 0はF1レイヤーの入力となる。
Finally, a normalized input vector u i 0 is obtained using
図5(c)は、F1レイヤー512の構成を示すブロック図である。F1レイヤー512では、数5で求めたui 0を短期記憶として保持し、F2レイヤー513に入力するPiを計算する。F2レイヤーの計算式をまとめて数6乃至数12に示す。ただし、a、bは定数、f(・)は数4で示した関数、TjはF2レイヤー513で計算する適合度である。
FIG. 5C is a block diagram showing the configuration of the
図6は時系列データの分類結果を説明する図である。 FIG. 6 is a diagram for explaining the classification result of the time series data.
図6(a)は、時系列データを、カテゴリに分類した分類結果の一例を示す図である。 FIG. 6A is a diagram illustrating an example of a classification result obtained by classifying time-series data into categories.
図6(a)は、一例として、時系列データのうちの2項目を表示したものであり、2次元のグラフで表記した。また、縦軸及び横軸は、それぞれの項目の時系列データを規格化して示した。 FIG. 6A shows two items of time-series data as an example, and is represented by a two-dimensional graph. In addition, the vertical axis and the horizontal axis indicate the time series data of each item normalized.
時系列データは、ARTモジュール510によって複数のカテゴリ519(図6(a)に示す円)に分割される。1つの円が、1つのカテゴリに相当する。
The time series data is divided into a plurality of categories 519 (circles shown in FIG. 6A) by the
本実施例では、計測信号は4つのカテゴリに分類されている。カテゴリ番号1は、項目Aの値が大きく、項目Bの値が小さいグループ、カテゴリ番号2は、項目A、項目Bの値が共に小さいグループ、カテゴリ番号3は項目Aの値が小さく、項目Bの値が大きいグループ、カテゴリ番号4は項目A、項目Bの値が共に大きいグループである。
In this embodiment, measurement signals are classified into four categories.
図6(b)は、時系列データを、カテゴリに分類した結果を説明する図である。横軸は、時間、縦軸は計測信号、カテゴリ番号である。 FIG. 6B is a diagram for explaining the result of classifying time-series data into categories. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents measurement signals and category numbers.
図6(b)に示すように、診断開始前の学習期間のデータは、カテゴリ1〜3に分類された。監視開始後の前半のデータはカテゴリ2に分類されており、モデルデータと同じカテゴリである。この場合、データの傾向が同じであることから、状態は変化していないと判断する。一方、監視開始後の後半のデータはカテゴリ4に分類されており、学習期間のデータと異なるカテゴリに分類されている。データの傾向が異なることから、診断対象の状態が変化したと判断する。
As shown in FIG. 6B, the data of the learning period before the start of diagnosis was classified into
このように、クラスタリング技術を用いた診断技術では、データ傾向の変化を検知する特徴がある。図6では、学習データが正常データである場合について述べた。 As described above, the diagnosis technique using the clustering technique has a feature of detecting a change in data tendency. FIG. 6 describes the case where the learning data is normal data.
以下、時系列データに異常時のデータが含まれている条件での学習モードの動作について、図7を用いて説明する。この条件では、学習モードは異常を検知するための前処理パラメータを探索するように動作する。 Hereinafter, the operation in the learning mode under the condition that the time series data includes the data at the time of abnormality will be described with reference to FIG. Under this condition, the learning mode operates to search for a preprocessing parameter for detecting an abnormality.
ユーザーは、画像表示装置940に表示される画面から、外部入力装置910を用いて異常発生時刻を入力する。図7(a)は、異常発生時刻の入力画面の実施例である。時系列データのトレンド情報などを表示して、異常発生時刻を入力することを支援するようにしても良い。
The user inputs an abnormality occurrence time using the
分類手段500でART510を用いるときは、異常発生時刻に新しいカテゴリが発生した時に評価値が高くなるように分類結果評価手段700は動作する。分類結果評価手段700は、強化学習法、遺伝的アルゴリズムなどの最適化手法を適用して実装する。尚、本発明の分類結果評価手段700は、最適化の手法についての限定はない。
When using the
評価値Rの計算式を数13に示す。
A formula for calculating the evaluation value R is shown in
ここで、T1は異常発生時刻、T2は新規カテゴリが発生して異常を検知した時刻、αはゼロ割を防止するための微小値である。 Here, T1 is an abnormality occurrence time, T2 is a time when a new category is generated and an abnormality is detected, and α is a minute value for preventing zero percent.
尚、本実施例では分類手段500がARTである場合について述べたが、分類手段500はARTに限定されない。
In this embodiment, the case where the
また、本実施例では、新規カテゴリの発生状況で分類結果を評価したが、正常状態からの乖離度合いや、乖離しているデータ量の割合など、分類手段を動作させて得られる情報に基づいたデータの経時変化パターンであれば、分類結果の評価方法についての限定はない。 In this embodiment, the classification result is evaluated based on the occurrence status of the new category. However, the classification result is based on information obtained by operating the classification means such as the degree of deviation from the normal state and the ratio of the amount of data that is different. There is no limitation on the evaluation method of the classification result as long as it is a data change pattern over time.
図7(b)は分類結果を画像表示装置940に表示させたときの実施例を説明する図である。図4(b)の情報と図7(a)で入力した異常発生時刻を表示して、所望の分類結果が得られたかどうか確認できる。
FIG. 7B is a diagram for explaining an embodiment when the classification result is displayed on the
図7(c)は信号データベース330に保存されている学習モードの繰り返し回数と、その時の評価結果を画像表示装置940に表示させたときの実施例を説明する図である。評価結果の推移を確認できる。
FIG. 7C is a diagram for explaining an example when the learning mode repetition count stored in the
図8は、後処理手段600にて分類結果と事象を関連付ける方法について説明する図である。 FIG. 8 is a diagram for explaining a method for associating a classification result with an event in the post-processing means 600.
図8(a)は、分類結果と事象を関連付ける実施例を説明する図である。
番号登録とは、事象とカテゴリ番号を関連付けて登録する方法である。例えば、カテゴリ番号4、5、6を事象Aとして登録する。そして、次回、時系列データがカテゴリ番号が4、5、6のいずれかに分類された場合に事象Aを異常事象として表示する。
FIG. 8A is a diagram for explaining an embodiment for associating a classification result with an event.
Number registration is a method of registering an event and a category number in association with each other. For example,
頻度登録とは、事象とカテゴリ出現頻度を関連付けて登録する方法である。例えば、ある連続する60点のカテゴリ番号4、5、6の出現頻度がそれぞれ30〜40%、30〜50%、10〜40%の範囲であることを、事象Bとして登録する。そして、次回、ある連続する60点のカテゴリ番号の出現頻度が上記の範囲内になった場合に、事象Bを異常事象として表示する。
Frequency registration is a method of registering an event and a category appearance frequency in association with each other. For example, it is registered as event B that the appearance frequencies of certain 60
連番登録とは、事象とカテゴリ出現番号の並びを関連付けて登録する方法である。例えば、カテゴリ番号が4→5→4→6の順番で出現したことを、事象Cとして登録する。カテゴリ番号が4→5→4→6の順番で出現した場合に事象Cを異常事象として表示する。 Serial number registration is a method of registering an event and a category appearance number in association with each other. For example, the appearance of category numbers in the order of 4 → 5 → 4 → 6 is registered as event C. When the category number appears in the order of 4 → 5 → 4 → 6, event C is displayed as an abnormal event.
図8(b)は、分類結果と事象を関連付ける第2の実施例を説明する図である。 FIG. 8B is a diagram for explaining a second embodiment for associating a classification result with an event.
検知グループ登録とは、事象と異常を検知したグループ(新規カテゴリが発生した診断グループ)を関連付けて登録する方法である。例えば、監視グループ3と監視グループ9で異常を検知した場合を事象Fとして登録する。次に監視グループDと監視グループEで異常を検知した場合、 事象Fを異常事象として表示する。
Detection group registration is a method in which an event and a group in which an abnormality is detected (diagnostic group in which a new category has occurred) are associated and registered. For example, a case where an abnormality is detected in the
図8(c)は、異常事象を表示する画面の実施例である。診断モードおいて、登録したパターンに分類されたときには図8(c)に示すように、推定要因を画面に表示する。 FIG. 8C is an example of a screen that displays an abnormal event. In the diagnosis mode, when the pattern is classified into the registered pattern, the estimated factor is displayed on the screen as shown in FIG.
このように、本発明の第一の実施例では、設定調整手段800によって、異常発生時に新規カテゴリが発生するように、前処理手段400を動作させるための設定パラメータを決定できる。
As described above, in the first embodiment of the present invention, the setting parameter for operating the
この新しいカテゴリと異常事象を関連付けして登録しておくことで、次回同じデータ傾向となったときに登録した異常事象を推定要因としてユーザーに情報提供できる効果が得られる。 By registering the new category and the abnormal event in association with each other, it is possible to provide information to the user by using the abnormal event registered when the same data tendency becomes the next time as an estimation factor.
本実施例では、時系列データに異常時のデータが含まれるが、異常発生日時を特定できていない条件の時に、設定値調整手段800を用いて前処理手段400の設定パラメータを調整することにより、異常発生日時を特定する診断装置について述べる。
In the present embodiment, the time series data includes data at the time of abnormality, but when the abnormality occurrence date and time cannot be specified, the setting parameter of the
図9は、本発明の第2の実施例である診断装置を説明するブロック図である。 FIG. 9 is a block diagram for explaining a diagnostic apparatus according to a second embodiment of the present invention.
実施例1とは、後処理手段600に異常発生日時特定部610が備えられている点で異なり、異常発生日時特定部610は図2(a)に示した学習モードのステップ1060で動作する。また、分類結果評価手段700での評価基準が実施例1と異なる。
This embodiment differs from the first embodiment in that the post-processing means 600 is provided with an abnormality occurrence date /
以下、図10を用いて分類結果評価手段700での評価基準を説明し、図11を用いて異常発生日時特定部610の動作を述べる。
Hereinafter, the evaluation criteria in the classification
図10は分類結果評価手段700での評価基準の実施例を説明する図である。 FIG. 10 is a diagram for explaining an example of evaluation criteria in the classification result evaluation means 700.
図10のNO1に示すように、時間の経過と共にカテゴリ数が増加し続けた場合は、低評価とする。これは、ノイズ、変動の大きいデータ項目を選定した、分解能が細かいなどの理由によって異常を検知できていないためである。 As shown in NO1 of FIG. 10, when the number of categories continues to increase with the passage of time, the evaluation is low. This is because abnormalities cannot be detected for reasons such as selection of data items with large noise and fluctuations and fine resolution.
図10のNO2に示すように、最初にカテゴリ数が増加し、その後一定数を維持した場合は低評価とする。これは、正常状態の学習中はカテゴリ数が増加するが、分解能が粗いなどの理由によって異常を検知できていないためである。 As shown in NO2 of FIG. 10, when the number of categories first increases and then maintains a constant number, the evaluation is low. This is because the number of categories increases during learning in a normal state, but an abnormality cannot be detected for reasons such as poor resolution.
図10のNO3に示すように、最初にカテゴリ数が増加した後で一定数を維持し、その後再上昇した場合は高評価とする。これは、正常状態の学習中にカテゴリ数増加が増加し、その後カテゴリ数が再上昇した時刻に異常が発生したと判断できるためである。このように、分類結果評価手段700では、カテゴリ総数の増加パターンに基づいて、分類結果を評価する。
As shown in NO3 of FIG. 10, when the number of categories is increased for the first time, a constant number is maintained, and when it rises again, it is evaluated as high. This is because it can be determined that an abnormality has occurred at the time when the increase in the number of categories increases during learning in the normal state and then the number of categories increases again. In this way, the classification
尚、本実施例ではカテゴリ数に着目して評価する方法を説明したが、分類結果の特徴量の経時変化パターンに基づいて分類結果を評価する方法であれば本実施例の範囲内である。 In the present embodiment, the evaluation method has been described focusing on the number of categories. However, any method that evaluates the classification result based on the temporal change pattern of the feature value of the classification result is within the scope of the present embodiment.
図11は異常発生日時特定部610の動作を説明する図である。
FIG. 11 is a diagram for explaining the operation of the abnormality occurrence date and
異常発生日時特定部610では、2回目にカテゴリ数が増加するするタイミングを異常発生日時とする。特定した結果は、画像表示装置940に表示する。
In the abnormality occurrence date and
このように、本発明における実施例2の診断装置300を用いることで、異常発生日時が不明な場合において、異常検知に適する前処理用の設定パラメータを決定できる。また、実施例1で述べた効果に加えて、異常発生日時を特定する効果が得られる。
As described above, by using the
本実施例では、診断結果と異常発生時に実施した保守データを関連付けることにより、過去と同じ異常事象が発生した時に、関連付けた保守データを画面に表示することで異常への対処方法の候補案をガイダンスする診断装置について述べる。 In this example, by associating the diagnosis result with the maintenance data that was performed when an abnormality occurred, when the same abnormal event as in the past occurred, the associated maintenance data is displayed on the screen to create a candidate proposal for how to handle the abnormality. A diagnostic device for guidance will be described.
図12は、本発明の第3の実施例である診断装置を説明するブロック図である。 FIG. 12 is a block diagram for explaining a diagnostic apparatus according to a third embodiment of the present invention.
実施例1、2とは、後処理手段600に分類結果と保守データの関連付け部620が備えられており、また保守データ収録装置210と診断装置300との間でデータを送受信できる点で異なる。保守データ収録装置210には、ユーザが外部入力装置910を用いて保守データ30を入力して保存する。また、保守データ収録装置210に保存された保守データ31は外部入力インターフェイス310を介して診断装置300の信号データベース330に取り込むことできる。
The first and second embodiments differ from the first and second embodiments in that the
図13は、保守データ収録装置210を備える診断対象として、発電プラントの実施例を説明する図である。
FIG. 13 is a diagram for explaining an embodiment of a power plant as a diagnosis target including the maintenance
図13(a)に示すように、診断対象はプラント110と制御装置120で構成する。制御装置120は、プラント110に備えられているセンサで計測した計測信号61を受信し、プラント110に備えられている操作端を操作するための操作信号62を送信する。
As illustrated in FIG. 13A, the diagnosis target is configured by a
計測信号61、操作信号62の値は、時系列データ1として時系列データ収録装置200に送信される。
The values of the measurement signal 61 and the
図13(b)は、プラント110の実施例であるC/Cプラントの機器構成を示す図である。ガスタービン2080は、圧縮機2010、膨張機2020、燃焼器2030で構成する。ガスタービン2080では、圧縮機2010が空気を取り込んで圧縮し、次いで、燃焼器2030が圧縮空気と燃料を取り込んで燃焼ガスを生成し、膨張機2020が燃焼ガスを取り込んで動力を得る。ガスタービン2080の出力は、膨張機2020が出力した動力と、圧縮機2010が使用した動力の差分である。排熱回収ボイラ2050には熱交換器2060が備えられており、ガスタービン2080からの高温排ガスを用いて高温蒸気を生成する。蒸気タービン2070では、排熱回収ボイラ2050が生成した高温蒸気を取り込み動力を得る。復水器2090では、蒸気タービン2070の排気を取り込んで、冷却水と熱交換させることにより、蒸気を水に凝縮させる。発電機2040では、ガスタービン2080と蒸気タービン2070の出力を用いて発電する。
FIG. 13B is a diagram illustrating a device configuration of a C / C plant that is an example of the
図14は保守データ収録装置210、及び信号データベース330に保存される保守データの態様を説明する図である。
FIG. 14 is a diagram for explaining a mode of maintenance data stored in the maintenance
また、図14(a)に示すように、保守データ収録装置210、及び信号データベース330には発生した異常事象、保守内容、保守に要する費用、保守に要する日数、保守による機会損失額などの保守情報が保存される。
Further, as shown in FIG. 14 (a), maintenance
実施例1で述べた方法で関連付けた事象と保守データの異常事象が同じである場合、本発明における分類結果と保守データの関連付け部620では、これらを関連付けする。すわなち、分類結果、事象、保守データの3つが関連付けられる。その結果、リアルタイムで分類した結果に基づいて、図14(b)に示すように、関連付けられた事象と保守データを画面表示装置940に表示できる。本表示結果に基づいてプラントの運転員はどのような保守を実施するかを判断するための情報を取得できる。
When the event associated with the method described in the first embodiment and the abnormal event of the maintenance data are the same, the classification result and the maintenance
本発明は、時系列データに基づいて診断対象の状態を診断する診断装置として、火力発電プラント、原子力発電プラントなどの各種プラントの異常検知、通信機器の異常検知などに適用可能である。また、心電図などの時系列データを処理して健康状態を診断するなど、様々な用途に適用可能である。 The present invention can be applied to abnormality detection of various plants such as thermal power plants and nuclear power plants, and abnormality detection of communication devices as a diagnostic device for diagnosing the state of a diagnosis target based on time-series data. Further, it can be applied to various uses such as processing time series data such as an electrocardiogram to diagnose a health condition.
1、2 時系列データ
3 外部入力信号
4 入力データ
5、6、7、50 信号DB情報
8、9 画像表示情報
10 データ収録装置情報
20 前処理データ
21、25 分類結果
22 評価結果
23、24 分類設定値
100 診断対象
200 時系列データ収録装置
300 診断装置
310 データ入力インターフェイス
320 データ出力インターフェイス
330 信号データベース
340 診断手段
400 前処理手段
410 データ項目設定部
420 正規化範囲設定部
430 分解能設定部
500 分類手段
510 ART
520 MT
530 VQC
600 後処理手段
700 分類結果評価手段
800 設定値調整手段
900 外部装置
910 外部入力装置
920 キーボード
930 マウス
940 画像表示装置
1, 2
520 MT
530 VQC
600 Post-processing means 700 Classification result evaluation means 800 Set value adjustment means 900
Claims (23)
前記診断装置は、設定パラメータに基づいて前記時系列データを分類するための前処理を実行して前処理データを生成する前処理手段と、
前記前処理データをデータの類似性に応じて分類した分類結果を生成する分類手段と、
前記分類結果を分類結果の特徴量の経時変化パターンに応じて評価した評価結果を生成する分類結果評価手段と、
前記評価結果が所望の値となるように前記前処理手段で用いる設定パラメータを調整する設定値調整手段と、を備えることを特徴とする診断装置。 In the diagnostic device for diagnosing the state of the object based on the time series data collected from the diagnosis object,
The diagnostic device performs preprocessing for classifying the time-series data based on setting parameters, and generates preprocessing data, and preprocessing means,
Classification means for generating a classification result obtained by classifying the preprocessed data according to data similarity;
A classification result evaluation means for generating an evaluation result obtained by evaluating the classification result according to a temporal change pattern of the characteristic amount of the classification result;
And a setting value adjusting means for adjusting a setting parameter used in the preprocessing means so that the evaluation result becomes a desired value.
前記設定パラメータは、診断に用いる時系列データのデータ項目パラメータ、前記時系列データのデータ項目の正規化範囲パラメータ、データの分解能を決定するパラメータの内少なくとも一つが含まれることを特徴とする診断装置。 The diagnostic device according to claim 1,
The setting parameter includes at least one of a data item parameter of time series data used for diagnosis, a normalization range parameter of the data item of time series data, and a parameter for determining data resolution. .
前記分類結果を信号データベース情報として出力する後処理手段と、
前記信号データベース情報に基づいて画像表示情報を生成する画像表示情報生成手段を更に備えること
を特徴とする診断装置。 The diagnostic device according to claim 1 comprises:
Post-processing means for outputting the classification result as signal database information;
A diagnostic apparatus, further comprising image display information generation means for generating image display information based on the signal database information.
前記後処理手段は、前記診断装置の利用者によって登録された事象と分類結果の特徴量とを関連付けする処理を実施し、
次に登録した分類結果が得られた時には、画像表示装置に登録した事象を表示すること
を特徴とする診断装置。 The diagnostic device according to claim 3,
The post-processing means performs a process of associating an event registered by the user of the diagnostic apparatus with a feature value of the classification result,
A diagnostic device characterized in that when a registered classification result is obtained, the registered event is displayed on the image display device.
前記分類結果評価手段は、前記診断装置の利用者によって入力された異常発生時刻に分類結果の特徴量の経時変化が所望の特性である場合に高評価とすること
を特徴とする診断装置。 The diagnostic device according to claim 1,
The diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the classification result evaluation unit makes a high evaluation when a change in the characteristic amount of the classification result with time is a desired characteristic at an abnormality occurrence time input by a user of the diagnostic apparatus.
前記前処理手段では、診断に用いる時系列データのデータ項目のパラメータの初期値として、異常が発生した位置に近い計測器で計測したデータ項目を抽出すること
を特徴とした診断装置。 The diagnostic device according to claim 1,
The preprocessing means extracts a data item measured by a measuring instrument close to a position where an abnormality has occurred as an initial value of a parameter of a data item of time-series data used for diagnosis.
前記後処理手段では、異常発生時刻を特定する異常発生日時特定部を備えること
を特徴とする診断装置。 The diagnostic device according to claim 3,
The post-processing means includes an abnormality occurrence date and time identifying unit that identifies an abnormality occurrence time.
前記後処理手段は、分類結果と保守データの関連付け部を備えること
を特徴とする診断装置。 The diagnostic device according to claim 3,
The post-processing means includes a classification result and maintenance data associating unit.
前記設定値調整手段は遺伝的アルゴリズムもしくは強化学習法を用いて実装すること
を特徴とする診断装置。 The diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 8,
The set value adjusting means is implemented using a genetic algorithm or a reinforcement learning method.
前記異常発生日時特定部は、特徴量が2回目に変化し始めた時刻を異常発生時刻として特定すること
を特徴とする診断装置。 The diagnostic device according to claim 7,
The abnormality occurrence date and time identification unit identifies the time when the feature amount starts to change for the second time as the abnormality occurrence time.
診断中に分類結果が同じ傾向となったときに関連付けした異常事象を画像表示装置に表示すること
を特徴とする診断装置。 The diagnostic device according to claim 3,
A diagnostic apparatus characterized in that an abnormal event associated with a classification result having the same tendency during diagnosis is displayed on an image display apparatus.
診断中に分類結果が同じ傾向となったときに関連付けした異常事象と保守データを画像表示装置に表示すること
を特徴とする診断装置。 The diagnostic apparatus according to claim 8, wherein
A diagnostic apparatus characterized in that an abnormal event and maintenance data associated with classification results having the same tendency during diagnosis are displayed on an image display device.
前記分類手段は、前記前処理データをデータの類似性に応じてカテゴリに分類した分類結果を生成し、
前記分類結果評価手段は、前記分類結果を前記特徴量の経時変化パターンとしてカテゴリ番号の増加パターンに応じて評価した評価結果を生成すること
を特徴とする診断装置。 The diagnostic device according to claim 1,
The classification means generates a classification result obtained by classifying the preprocessed data into categories according to data similarity,
The classification result evaluation unit generates an evaluation result obtained by evaluating the classification result as a temporal change pattern of the feature amount according to an increase pattern of a category number.
前記診断方法は、設定パラメータに基づいて前記時系列データを分類するための前処理を実行して前処理データを生成する前処理ステップと、
前記前処理データをデータの類似性に応じて分類した分類結果を生成する分類ステップと、
前記分類結果を分類結果の特徴量の経時変化パターンに応じて評価した評価結果を生成する分類結果評価ステップと、
前記評価結果が所望の値となるように前記前処理ステップで用いる設定パラメータを調整する設定値調整ステップと、を備えることを特徴とする診断方法。 In a diagnostic method for diagnosing the state of an object based on time-series data collected from the diagnosis object,
The diagnostic method includes a preprocessing step of generating preprocessing data by performing preprocessing for classifying the time-series data based on setting parameters;
A classification step for generating a classification result obtained by classifying the preprocessed data according to data similarity;
A classification result evaluation step for generating an evaluation result obtained by evaluating the classification result according to a temporal change pattern of the characteristic amount of the classification result;
And a setting value adjusting step for adjusting setting parameters used in the preprocessing step so that the evaluation result becomes a desired value.
前記設定パラメータは、診断に用いる時系列データのデータ項目パラメータ、前記時系列データのデータ項目の正規化範囲パラメータ、データの分解能を決定するパラメータの内少なくとも一つが含まれることを特徴とする診断方法。 The diagnostic method according to claim 14, wherein
The setting parameter includes at least one of a data item parameter of time series data used for diagnosis, a normalization range parameter of the data item of time series data, and a parameter for determining data resolution. .
前記分類結果を信号データベース情報として出力する後処理ステップと、
前記信号データベース情報に基づいて画像表示情報を生成する画像表示情報生成ステップを更に備えること
を特徴とする診断方法。 The diagnostic method according to claim 14 comprises:
A post-processing step of outputting the classification result as signal database information;
An image display information generation step of generating image display information based on the signal database information.
前記後処理ステップは、前記診断方法の利用者によって登録された事象と分類結果の特徴量とを関連付けする処理を実施し、
次に登録した分類結果が得られた時には、画像表示装置に登録した事象を表示すること
を特徴とする診断方法。 The diagnostic method according to claim 16, wherein
The post-processing step performs a process of associating an event registered by a user of the diagnostic method with a feature value of a classification result,
A diagnostic method characterized by displaying a registered event on an image display device when a registered classification result is obtained.
前記分類結果評価ステップは、前記診断方法の利用者によって入力された異常発生時刻に分類結果の特徴量の経時変化が所望の特性である場合に高評価とすること
を特徴とする診断方法。 The diagnostic method according to claim 14, wherein
The diagnostic method characterized in that the classification result evaluation step makes a high evaluation when the change over time in the characteristic amount of the classification result is a desired characteristic at the abnormality occurrence time inputted by the user of the diagnostic method.
前記前処理ステップでは、診断に用いる時系列データのデータ項目のパラメータの初期値として、異常が発生した位置に近い計測器で計測したデータ項目を抽出すること
を特徴とした診断方法。 The diagnostic method according to claim 14, wherein
In the preprocessing step, a data item measured by a measuring instrument close to a position where an abnormality has occurred is extracted as an initial value of a parameter of a data item of time-series data used for diagnosis.
前記後処理ステップでは、異常発生時刻を特定する異常発生日時特定ステップを備えること
を特徴とする診断方法。 The diagnostic method according to claim 16, wherein
The post-processing step includes an abnormality occurrence date and time identifying step for identifying an abnormality occurrence time.
前記後処理ステップは、分類結果と保守データの関連付けステップを備えること
を特徴とする診断方法。 The diagnostic method according to claim 16, wherein
The post-processing step includes a step of associating a classification result with maintenance data.
前記設定値調整ステップは遺伝的アルゴリズムもしくは強化学習法を用いられること
を特徴とする診断方法。 The diagnostic method according to any one of claims 14 to 21,
A genetic algorithm or reinforcement learning method is used for the set value adjustment step.
前記異常発生日時特定ステップは、特徴量が2回目に変化し始めた時刻を異常発生時刻として特定すること
を特徴とする診断方法。 The diagnostic method according to claim 20,
In the abnormality occurrence date and time specifying step, the time when the feature quantity starts to change for the second time is specified as the abnormality occurrence time.
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