JP2018151821A - Abnormality diagnosis system of facility apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、データクラスタリング処理を利用した設備機器の異常診断システムに関する。 The present invention relates to an abnormality diagnosis system for equipment using data clustering processing.
各種プラントにおいて、アラームが出力される前に、プラントの異常状態を早期に検知することは、運転信頼性を向上する点で有効である。早期にプラントの異常を検知する方法としては、あらかじめプラントの正常時のデータパターンを学習しておき、これと計測データのパターンを比較することにより状態変化を検知することが有効である。このようなデータ解析の一つとしてデータクラスタリング技術があげられる。 In various plants, detecting an abnormal state of the plant at an early stage before an alarm is output is effective in improving operation reliability. As a method for detecting an abnormality of a plant at an early stage, it is effective to learn a data pattern when the plant is normal in advance and detect a state change by comparing this with a pattern of measurement data. One such data analysis is a data clustering technique.
クラスタリング解析とは、入力されたデータを、データパターンに基づいて複数のクラスタ(=グループ)に分類する方法である。クラスタとは、データパターンに類似性を持つデータの集まりを表す。クラスタリング解析では、複数の入力データを多次元空間上にマッピングし、空間上の位置関係からクラスタを定義する。正常データによって定義されたクラスタを基準として、診断データに対する異常判定を行う。この処理の概要を図2に示す。 Clustering analysis is a method of classifying input data into a plurality of clusters (= groups) based on a data pattern. A cluster represents a collection of data having similarity to data patterns. In the clustering analysis, a plurality of input data is mapped on a multidimensional space, and a cluster is defined from the positional relationship in the space. Abnormality determination is performed on diagnostic data with reference to a cluster defined by normal data. An outline of this processing is shown in FIG.
図2は、横軸にセンサ1からの入力信号、縦軸にセンサ1からの入力信号を採用した2次元面を示しており、センサ1とセンサ2から成る2つの入力信号をクラスタリングした場合を示す。この例では2次元面でクラスタリングを行い、センサ1とセンサ2の計測値を各軸の値としてプロットしており、クラスタリングの結果としてクラスタ1、クラスタ2、クラスタ3を得た。各クラスタにおいて×印は、カテゴリの重心位置を示している。なお図2では、簡単な例として、2次元面でのクラスタリングを示しているが、通常は、設備機器で計測した多数のセンサ信号を入力とするため、多次元空間で処理するのが一般的である。
FIG. 2 shows a two-dimensional surface that employs the input signal from the
また図2では、白丸の学習データと黒丸の診断データの両方がプロットされており、学習データによって作成された3つのクラスタが図示されている。ここで学習データとは、ユーザによって正常と定義されたデータである。クラスタリングによって、設備機器の異常診断を行う場合、事前に学習データを用いてクラスタを作成し、これを正常状態の基準とする。次に、診断データを同空間にプロットし、学習データによって作成されたクラスタとの位置関係から異常判定を行う。クラスタ1やクラスタ3に例示するように、診断データが正常時のデータパターンと類似していれば、プロット点は3つのクラスタのいずれかに含まれる。一方、クラスタ2に例示するように、診断データが正常時のデータパターンと大きく異なれば、クラスタから外れた位置にプロットされる。
In FIG. 2, both the white circle learning data and the black circle diagnosis data are plotted, and three clusters created by the learning data are shown. Here, the learning data is data defined as normal by the user. When performing abnormality diagnosis of equipment by clustering, a cluster is created in advance using learning data, and this is used as a normal state standard. Next, the diagnostic data is plotted in the same space, and abnormality determination is performed from the positional relationship with the cluster created by the learning data. As exemplified in
異常判定の1つの方法として、正常からの乖離の程度を示す異常度の概念が考えられる。異常度の定義は幾つか考えられるが、図に示すように、各診断データに対して、最も近いクラスタの重心からの距離を利用するのが1つの方法である。例えばクラスタ2では、×印で示すカテゴリの重心位置と診断データの間の距離を判断し、クラスタ領域からの距離をもって以上度を判定する。診断データが、学習データに含まれるデータパターンと大きく異なるほど、この距離は大きくなる。一方、診断データが正常を示すクラスタに含まれる場合でも、異常度は0にはならない。データに揺らぎが含まれているためであり、これはクラスタ重心からの距離に相当する。通常の異常判定は、異常度に対して閾値判定を行うことで実施する。
As one method of abnormality determination, a concept of abnormality level indicating the degree of deviation from normal can be considered. Although there are several possible definitions of the degree of abnormality, as shown in the figure, one method is to use the distance from the center of the nearest cluster for each diagnostic data. For example, in
クラスタリングを設備機器の異常判定に活用した例として、特許文献1が挙げられる。特許文献1は、時系列の波形データに対する診断方法を記載しているが、異常判定の基本的な考え方は前述と同様である。特許文献1の図6に示すように、診断データとクラスタ中心との距離を基に異常を判定している。特許文献1では、数式1に示すように、空間上の距離をクラスタの半径で除した値を異常度としている。
As an example in which clustering is utilized for abnormality determination of equipment,
前述したように、各種クラスタリング手法を用いて、設備機器の異常診断を行う方法やシステムが提案されている。しかしながら、これらの方法は、事前に、正常と定義されたデータを用いた学習処理が必要である。すなわち、学習データから生成されたクラスタを正常時におけるデータパターンの基準とし、これと比較する形で異常判定を行う。 As described above, methods and systems for diagnosing abnormality of equipment using various clustering methods have been proposed. However, these methods require learning processing using data defined as normal in advance. In other words, the cluster generated from the learning data is used as a standard for the data pattern at the normal time, and the abnormality determination is performed in comparison with this.
この方法が適用できない例として、設備機器で計測されたセンサデータがあるが、どのデータが正常動作時のもので、どのデータが異常発生時のものかが不明な場合が挙げられる。つまり、データの中に異常時のデータも含まれている可能性がある場合である。仮に、異常時のデータも含めて、学習データとして使用してクラスタリング処理を実施してしまうと、異常時のデータパターンも正常として扱われる。このため、同様の異常が発生してもシステムは異常検知できなくなる。 As an example in which this method cannot be applied, there is sensor data measured by equipment, but there is a case where it is unknown which data is in normal operation and which data is abnormal. That is, there is a possibility that data at the time of abnormality may be included in the data. If the clustering process is performed using learning data including abnormal data, the abnormal data pattern is also treated as normal. For this reason, even if a similar abnormality occurs, the system cannot detect the abnormality.
以上のように、正常/異常が未知のデータに対しても、異常診断を可能とする処理方法が望まれていた。 As described above, there has been a demand for a processing method capable of diagnosing abnormality even for data whose normality / abnormality is unknown.
以上のことから本発明においては、「設備機器からの複数のデータを基に、正常データでの学習処理と、学習処理で作成されたモデルでの診断処理から成る解析手法を用いて異常診断を行うとともに、記設備機器からの複数のデータについて、設備機器の正常動作時におけるデータが既知でない場合の設備機器の異常診断システムであって、
設備機器からの複数のデータに対してクラスタリング処理を行う第1の処理部と、
各クラスタに該当するデータ数を基に正常クラスタを定義する第2の処理部と、
正常クラスタに該当するデータを正常データとして抽出する第3の処理部と、
抽出された正常データを用いて学習処理を行う第4の処理部を備えることを特徴とする設備機器の異常診断システム。」としたものである。
From the above, in the present invention, “based on a plurality of data from equipment, an abnormality diagnosis is performed using an analysis method comprising a learning process with normal data and a diagnosis process with a model created by the learning process. In addition to performing a plurality of data from the equipment, the equipment equipment abnormality diagnosis system when the data at the time of normal operation of the equipment is not known,
A first processing unit that performs a clustering process on a plurality of data from the equipment;
A second processing unit that defines a normal cluster based on the number of data corresponding to each cluster;
A third processing unit for extracting data corresponding to the normal cluster as normal data;
An abnormality diagnosis system for facility equipment, comprising a fourth processing unit that performs learning processing using extracted normal data. ".
本発明になる設備機器の異常診断システムによれば、設備機器が正常動作している期間が不明であり、学習に使用する正常データを定義できない場合でも、異常診断が実現できる。 According to the abnormality diagnosis system for equipment according to the present invention, abnormality diagnosis can be realized even when the period during which the equipment is operating normally is unknown and normal data used for learning cannot be defined.
本発明による設備機器の異常診断システムの構成について図面を参照して以下に説明する。 A configuration of an abnormality diagnosis system for equipment according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明の実施例1に係る設備機器の異常診断システムの構成例を図1に示している。図1において、1は設備機器の異常診断システム、2は異常診断の対象となる設備機器、3は設備機器の異常診断システム1が出力する診断情報をユーザに表示し、また、ユーザが入力したデータを登録する入出力装置である。
The structural example of the abnormality diagnosis system of the equipment apparatus which concerns on Example 1 of this invention is shown in FIG. In FIG. 1, 1 is an equipment equipment abnormality diagnosis system, 2 is equipment equipment to be subjected to abnormality diagnosis, 3 is a diagnostic information output by the equipment equipment
設備機器の異常診断システム1は、複数の処理部(11から15)と、複数のデータベース(DB1からDB5)で構成された記憶部20と、入出力装置制御部31から構成されている。このうち記憶部20は、データ種類ごとに複数のデータベースDBから構成されており、記憶部20に対して、異常診断システム1を構成する各処理部(11から15)によるデータの書き込み、読み込みが可能な構成となっている。
The equipment apparatus
複数の処理部(11から15)のうち、データ取込部11は、記憶部20内のセンサデータベースDB1に設備機器2から取り込んだセンサデータを格納、記憶する。
Among the plurality of processing units (11 to 15), the data capturing unit 11 stores and stores sensor data captured from the
図3は、センサデータベースDB1の構成を示す図である。センサデータとして複数のセンサ(ここではセンサ1、センサ2のデータなど)からのデータが時系列に日時情報と共に書き込まれ、保存されている。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the sensor database DB1. As sensor data, data from a plurality of sensors (here, the data of
次に、異常診断システム1を構成する規格化処理部12において、センサデータベースDB1からデータを読み込み、規格化処理を行う。規格化後のデータは、規格化結果データベースDB2に格納される。図4に、規格化結果データベースDB2の構成を示しているが、規格化処理により、全てのデータは例えば0と1の間の数値として規格化されている。このように規格化結果データベースDB2は、前述のセンサデータベースDB1と同様のフォーマットで、日時情報と共にセンサごとの規格化値を格納している。
Next, the
規格化方法としては、設計値またはセンサデータの最大・最小を基に、上限/下限を定義しておき、それらの値がそれぞれ1.0/0.0になるように変換する方法、あるいは、センサデータの標準偏差で除する方法など、複数ある。規格化処理の目的は、センサによって異なるスケールをもつデータをクラスタリング処理で等価に扱うためである。例えば、数百のオーダーで変化するセンサデータと、小数点以下の桁で変化するセンサデータを生値のままでクラスタリング処理しても意味のある結果が得られない。この場合、空間上の距離で定義される異常度は、数百のオーダーをもつセンサデータの変化幅に大きく依存することになる。このような事態を避けるため、センサデータに対して規格化された値を入力としてクラスタリング処理を行うのが一般的である。 As a standardization method, an upper limit / lower limit is defined based on the maximum / minimum of the design value or sensor data, and the values are converted to 1.0 / 0.0, respectively, or There are multiple methods such as dividing by the standard deviation of sensor data. The purpose of the normalization process is to treat data having different scales depending on the sensor equivalently in the clustering process. For example, even if sensor data that changes in the order of several hundreds and sensor data that changes in digits after the decimal point are subjected to clustering processing with raw values, a meaningful result cannot be obtained. In this case, the degree of abnormality defined by the distance in space greatly depends on the change width of sensor data having an order of several hundreds. In order to avoid such a situation, it is common to perform clustering processing using a standardized value for sensor data as an input.
次に、クラスタリング処理部13において、規格化結果データベースDB2から規格化されたセンサデータを時系列データとして取り込み、これを入力としてクラスタリング処理を行う。クラスタリング手法について複数の考え方のものが知られているが、本発明の実施例に係るシステムには、クラスタリング手法を問わず、いずれの手法でも適用可能である。クラスタリング処理部13におけるクラスタリング処理の結果は、クラスタリング結果データベースDB3に格納される。
Next, the
クラスタリング結果データベースDB3は、図5Aに示すクラスタの識別番号についてのデータベースDB3Aと、図5Bに示すクラスタ情報についてのデータベースDB3Bにより構成されている。 The clustering result database DB3 includes a database DB3A for the cluster identification number shown in FIG. 5A and a database DB3B for the cluster information shown in FIG. 5B.
このうち、データベースDB3Aのクラスタの識別番号は、規格化結果データベースDB2に格納された日時情報に対応させる形式で、クラスタの識別番号を時系列に格納したものである。この番号が同じであれば、複数のセンサデータからなるデータパターンが類似していることを表す。データベースDB3Bのクラスタ情報は、各クラスタの重心座標を格納する。クラスタ番号ごとに、各入力信号(実施例1では各センサ)で表す座標値を格納している。このデータは、後述する異常度の計算で利用される。 Among these, the cluster identification numbers in the database DB3A are stored in chronological order with the cluster identification numbers in a format corresponding to the date and time information stored in the standardization result database DB2. If this number is the same, it represents that the data pattern which consists of several sensor data is similar. The cluster information in the database DB3B stores the barycentric coordinates of each cluster. For each cluster number, a coordinate value represented by each input signal (each sensor in the first embodiment) is stored. This data is used in the calculation of the degree of abnormality described later.
次に、クラスタ情報処理部14では、クラスタリング結果データベースDB3から前述の図5Aに示したクラスタリング番号の判定結果を取り込み、クラスタ番号ごとのデータ数をカウントする。この結果は、クラスタ情報データベースDB4に格納される。
Next, the cluster
図6は、クラスタ情報データベースDB4の構成を示す。クラスタ番号ごとのデータ数が記載される。さらに、クラスタ情報処理部14は、クラスタごとのデータ数のカウントに加えて、データ数を基にした正常クラスタの選定を行う。ここでは、あらかじめ正常と定義するデータ数の閾値を設けておき、この閾値を超えたクラスタを正常クラスタとして定義する。ここで閾値は、データ数でもよいし、全体数に対する比率でもよい。仮に閾値を10に設定した場合、図6のクラスタ情報データベースDB4に示すように、データ数が10を超えたクラスタ番号1、3が「正常」と定義される。このとき、クラスタ情報データベースDB4には正常クラスタを示すカラムに、「True」が設定される。それ以外は、「False」が設定される。
FIG. 6 shows the configuration of the cluster information database DB4. The number of data for each cluster number is described. Further, the cluster
実施例1に係る設備機器の異常診断システムでは、該当するデータ数が多いクラスタを「正常」として定義している。これは、診断の対象となる設備機器が、通常は正常動作しており、異常は例外的に短期間発生しているという前提が成り立つとしている。つまり、センサデータベースDB1に格納されたセンサデータの大部分は正常時のデータであり、その中のごく一部に異常時のデータが含まれているという状態である。このような場合には、クラスタリング処理によってデータパターンを類別したとき、多数のデータが含まれるクラスタは「正常」であろうという推定が成り立つ。ここで定義された正常のクラスタを基準として、多次元空間上での正常クラスタと各データとの位置関係から、異常判定の処理を実施する。 In the abnormality diagnosis system for facility equipment according to the first embodiment, a cluster having a large number of corresponding data is defined as “normal”. This is based on the premise that the equipment to be diagnosed is normally operating normally, and the abnormality is exceptionally occurring for a short period of time. That is, most of the sensor data stored in the sensor database DB1 is normal data, and a very small part of the sensor data contains abnormal data. In such a case, when the data pattern is classified by the clustering process, it is estimated that a cluster including a large number of data is “normal”. Using the normal cluster defined here as a reference, an abnormality determination process is performed based on the positional relationship between the normal cluster and each data in the multidimensional space.
次に、異常度計算部15において、各データの異常度を計算する。実施例1の設備機器の異常診断システムでは、クラスタ情報処理部14によって、正常クラスタが定義されている。したがって、異常度の計算方法には、図2に示したような公知の方法が利用できる。異常度計算部15は、先ず、図6に示したクラスタ情報データベースDB4から、正常として定義されているクラスタ番号の情報を取得する。次に、図5Bに示したクラスタリング結果データベースDB3Bから、正常クラスタに該当するクラスタ重心座標のデータを取得する。次に、図4に示した規格化結果データベースDB2から、日時ごとのセンサデータの規格化値を取り込み、異常度を計算する。異常度は、多次元空間上で最も近い正常クラスタの重心座標を選択し、その重心からの距離として計算する。異常度の計算結果は、異常度計算結果データベースDB5に格納される。
Next, the abnormality
図7は、異常計算結果データベースDB5の構成を示す。異常計算結果データベースDB5には、日時ごとの異常度の計算値が時系列データとして格納される。 FIG. 7 shows the configuration of the abnormality calculation result database DB5. In the abnormality calculation result database DB5, the calculated value of the degree of abnormality for each date and time is stored as time series data.
図8は、入出力装置3における表示部90の表示例を示している。表示部90には2種類の表示画面が設定され、別種の内容が表示されている。表示画面90aには、クラスタリング処理の入力となる設備機器1のセンサ(センサ1、センサ2、センサ3)からのデータの時系列的なトレンドが表示されている。表示画面90bには、表示画面90aで示すセンサデータに対応した異常診断の結果を示す。これらのグラフ表示に使用するデータは、記憶部20に格納されている。ユーザは、入出力装置3を通して特定のデータのグラフ表示を要求し、入出力装置制御部31が要求されたデータを取り出し、入出力装置3に出力する。
FIG. 8 shows a display example of the
表示画面90bには、上部に識別したクラスタの番号、下部には異常度をトレンドで示している。両グラフでは、クラスタ情報処理部14にて正常と定義されたクラスタ番号に該当するデータを正常期間とし、色分けで区別して表示している。図の異常度のグラフが示すように、正常クラスタに該当するデータは異常度の値は低くなる傾向にあるが、必ずしも0にはならない。これは、前述したように、センサデータには揺らぎが含まれており、クラスタリングにおける多次元空間では各クラスタの重心からの距離が発生するためである。一方、異常度が高くなるデータは、正常クラスタとして定義されたデータと比較して、データパターンが大きく異なる、つまり、異常の可能性が高いことを意味する。このように、異常度のグラフから、センサデータに含まれる異常を検知することが可能になる。
In the display screen 90b, the cluster number identified in the upper part and the abnormality degree in the lower part are shown as a trend. In both graphs, the data corresponding to the cluster number defined as normal by the cluster
実施例1によれば、診断対象のデータにおいて、正常時の特性を学習するための学習データを定義できない場合でも、クラスタリング処理によって、自動的に正常期間を定義し、それを基準とした異常診断を行うことが可能となる。 According to the first embodiment, even when the learning data for learning the normal characteristics cannot be defined in the diagnosis target data, the normal period is automatically defined by the clustering process, and the abnormality diagnosis is based on the normal period. Can be performed.
本発明の実施例2に係る設備機器の異常診断システムの構成は、基本的に実施例1に示すシステムと同じ構成である。実施例1との相違点は、クラスタ情報処理部14の処理内容、クラスタ情報データベースDB4への書き込み処理、及び、入出力装置3を通した入出力装置制御部31の処理内容である。ここでは相違点のみを説明する。
The configuration of the abnormality diagnosis system for equipment according to the second embodiment of the present invention is basically the same as the system shown in the first embodiment. The differences from the first embodiment are the processing content of the cluster
実施例1では、正常クラスタの定義に係る処理は、クラスタ情報処理部14が自動的に行った。すなわち、各クラスタのうち、該当するデータ数があらかじめ設定した閾値を超えるものを選別して、「正常」のクラスタとして定義し、図6に示すクラスタ情報データベースDB4に該データを書き込むものである。
In the first embodiment, the cluster
これに対し、実施例2に係る設備機器の異常診断システムでは、ユーザがクラスタリング結果を視覚的に確認し、その情報を基に、「正常」のクラスタを定義する。 On the other hand, in the equipment apparatus abnormality diagnosis system according to the second embodiment, the user visually confirms the clustering result and defines a “normal” cluster based on the information.
図9は、実施例2に係る設備機器の異常診断システムの入出力装置3に表示される表示画面90cを示している。表示画面90cのグラフは、図6に示したクラスタ情報データベースDB4に格納されているクラスタごとの該当データ数を示している。ユーザは、このグラフを基に正常クラスタの判断基準となるデータ数を定義する。図9の300が、この基準値を調整するためのバーである。図の例では、データ数10以上を「正常」のクラスタとしている。入出力装置制御部31は、ユーザが設定した基準値を取り込み、これを基に図6に示したクラスタ情報データベースDB4のカラム「正常クラスタ」のデータを書き込む。すなわち、データ数10以上のクラスタは、異常診断における「正常」の基準となるため、このデータを「True」とし、それ以外を「False」とする。
FIG. 9 illustrates a
その後の処理は、実施例1と同様である。異常度計算部15が、ユーザが設定した「正常クラスタ」を基準として、各データの異常度を計算する。
The subsequent processing is the same as in the first embodiment. The degree of
実施例2によれば、診断対象のデータにおいて、正常時の特性を学習するための学習データを定義できない場合でも、ユーザが視覚的にクラスタリングの結果を確認し、その情報を基に「正常クラスタ」を定義することによって、異常診断を行うことが可能となる。 According to the second embodiment, even when the learning data for learning the characteristics at normal time cannot be defined in the data to be diagnosed, the user visually confirms the clustering result, and based on the information, the “normal cluster” By defining “”, it becomes possible to perform abnormality diagnosis.
図10には、本発明の実施例3に係る設備機器の異常診断システムの構成例が示されている。図1に示した実施例1に係る設備機器の異常診断システムとの違いは、正常データ抽出部16、正常データデータベースDB6、モデル解析部17、モデル解析結果データベースDB7が追加されている点である。ここでは、実施例1との相違点のみを説明する。
FIG. 10 shows a configuration example of an abnormality diagnosis system for facility equipment according to
正常データ抽出部16は、図7に示した異常度計算結果データベースDB5に格納されている異常度の時系列データを参照する。ここで、正常データ抽出部16は、異常度の値に対して、あらかじめ設定された閾値との比較を行い、閾値以下となる日時データを取得し、正常データデータベースDB6へ出力する。図11は、正常データデータベースDB6の構成例を示す。異常度が閾値以下の条件を満足する日時データが格納されている。
The normal
次に、モデル解析部17では、正常データデータベースDB6に格納された日時データを参照し、さらに、前述の図4に示した規格化結果データベースDB2から、この日時に該当する規格化データを読み込む。このとき、読み込まれた規格化データは、異常度が閾値以下、すなわち、正常と推定されたデータのみとなっている。モデル解析部17は、読み込んだデータを学習データとして学習処理を行う。次に、モデル解析部17は、規格化結果データベースDB2に格納された全ての日時に該当するデータを読み込み、診断処理を行う。 Next, the model analysis unit 17 refers to the date / time data stored in the normal data database DB6, and further reads the standardized data corresponding to this date / time from the standardization result database DB2 shown in FIG. At this time, the read standardized data is only data whose degree of abnormality is equal to or less than a threshold, that is, data estimated to be normal. The model analysis unit 17 performs learning processing using the read data as learning data. Next, the model analysis unit 17 reads data corresponding to all the dates and times stored in the standardization result database DB2, and performs a diagnosis process.
モデル解析部17における解析手法は、学習と診断の2つのステップから成る解析手法であれば、特に手法は問わない。クラスタリング処理部13とモデル解析部17で別のクラスタリング手法を使用するといったことも可能である。さらに言えば、モデル解析部17で使用できる解析手法は、クラスタリング解析以外のニューラルネットモデルや統計モデルなど、学習データによって正常時のモデルを構築する解析手法であれば、適用が可能である。
The analysis method in the model analysis unit 17 is not particularly limited as long as it is an analysis method including two steps of learning and diagnosis. It is also possible to use different clustering methods for the
モデル解析部17における解析結果はモデル解析結果データベースDB7に格納する。図12は、モデル解析結果データベースDB7の構成例を示している。以上度が高いデータが、当該状態を示す時刻の情報と共に記憶されている。 The analysis result in the model analysis unit 17 is stored in the model analysis result database DB7. FIG. 12 shows a configuration example of the model analysis result database DB7. Data having a high degree is stored together with time information indicating the state.
また、前述の処理では、正常データ抽出部16における正常データの抽出処理は、あらかじめ設定された閾値を基に行った。これをユーザが視覚的に確認した上で閾値を設定することも可能である。図13は、正常データの抽出処理で使用する閾値をユーザが設定するときの入出力装置3の表示画面90dの例である。表示画面90dでは、前述の図6に示したクラスタ情報データベースDB4において、正常として定義されたクラスタのうち番号1が選択されている。表示画面90dのグラフは、クラスタ1に該当するデータに対して、異常度に対するデータ数の分布を表している。前述したように、正常として定義されたデータでも異常度は0にはならない。これはデータに含まれる揺らぎによって、クラスタ重心からの距離が発生するためである。ユーザは、表示画面90dを用いて、異常度の分布を確認しながら、バー310によって閾値を調整する。この例では、閾値を0.05としている。つまり、正常データ抽出部16は、クラスタ1に該当するデータに対しては、異常度が0.05未満となるデータを正常データとして抽出する。
In the above-described processing, the normal data extraction processing in the normal
実施例3によれば、診断対象のデータにおいて、正常時の特性を学習するための学習データを定義できない場合でも、クラスタリング処理によって、自動的に正常期間を抽出することができる。抽出した正常データを用いたモデルの学習処理、次いで、全データを用いた診断処理を行うことが可能となる。実施例3でのモデル解析手法は、クラスタリング手法に限定するものではなく、学習と診断処理の2ステップから成る手法であれば適用できる。 According to the third embodiment, the normal period can be automatically extracted by the clustering process even when the learning data for learning the normal characteristics cannot be defined in the diagnosis target data. It is possible to perform a model learning process using the extracted normal data, and then a diagnostic process using all the data. The model analysis method according to the third embodiment is not limited to the clustering method, and any method including two steps of learning and diagnosis processing can be applied.
また、実施例3によれば、正常データ抽出の基準となる異常度に対する閾値について、クラスタごとの異常度の分布を視覚的に確認しながら、ユーザが設定することが可能である。これにより、正常データの抽出条件をより詳細に設定することができ、モデル解析による異常診断の精度を向上できる。 Further, according to the third embodiment, the user can set the threshold for the degree of abnormality that is a reference for normal data extraction while visually confirming the distribution of the degree of abnormality for each cluster. Thereby, normal data extraction conditions can be set in more detail, and the accuracy of abnormality diagnosis by model analysis can be improved.
本発明になるシステムによれば、機械設備全般の異常診断に利用できる。 The system according to the present invention can be used for abnormality diagnosis of general mechanical equipment.
1:設備機器の異常診断システム、2:診断の対象となる設備機器、3:入出力装置、11:データ取込部、12:規格化処理部、13:クラスタリング処理部、14クラスタ情報処理部、15:異常度計算部、16:正常データ抽出部、17:モデル解析部、20:記憶部、DB1:センサデータベース、DB2:規格化結果データベース、DB3:クラスタリング結果データベース、DB4:クラスタ情報データベース、DB5:異常度計算結果データベース、DB6:正常データデータベース、DB7:モデル解析結果データベース、31:入出力装置制御部 1: equipment equipment abnormality diagnosis system, 2: equipment equipment to be diagnosed, 3: input / output device, 11: data fetching section, 12: normalization processing section, 13: clustering processing section, 14 cluster information processing section 15: Abnormality calculation unit, 16: Normal data extraction unit, 17: Model analysis unit, 20: Storage unit, DB1: Sensor database, DB2: Normalization result database, DB3: Clustering result database, DB4: Cluster information database, DB5: Abnormality calculation result database, DB6: normal data database, DB7: model analysis result database, 31: input / output device controller
Claims (10)
前記設備機器からの複数のデータに対してクラスタリング処理を行う第1の処理部と、
各クラスタに該当するデータ数を基に正常クラスタを定義する第2の処理部と、
正常クラスタに該当するデータを正常データとして抽出する第3の処理部と、
抽出された正常データを用いて学習処理を行い、前記設備機器からの複数のデータを評価する第4の処理部を備えることを特徴とする設備機器の異常診断システム。 Based on a plurality of data from the equipment, an abnormality diagnosis is performed using an analysis method including a learning process with normal data and a diagnosis process with a model created by the learning process. About the data of the equipment equipment abnormality diagnosis system when the data at the time of normal operation of the equipment equipment is not known,
A first processing unit that performs a clustering process on a plurality of data from the equipment;
A second processing unit that defines a normal cluster based on the number of data corresponding to each cluster;
A third processing unit for extracting data corresponding to the normal cluster as normal data;
An abnormality diagnosis system for facility equipment, comprising: a fourth processing unit that performs learning processing using the extracted normal data and evaluates a plurality of data from the facility equipment.
前記第2の処理部は、各クラスタに該当するデータ数に対して閾値を設定しておき、閾値を超えるクラスタを正常クラスタとして定義することを特徴とする設備機器の異常診断システム。 An abnormality diagnosis system for equipment according to claim 1,
The second processing unit sets a threshold value for the number of data corresponding to each cluster, and defines a cluster exceeding the threshold value as a normal cluster.
各クラスタに該当するデータ数を前記表示部の画面に表示することを特徴とする設備機器の異常診断システム。 The abnormality diagnosis system for facility equipment according to claim 1 or 2, comprising a display unit,
An abnormality diagnosis system for facility equipment, wherein the number of data corresponding to each cluster is displayed on the screen of the display unit.
前記表示部の画面に、各クラスタに該当するデータ数と、前記第1の閾値設定機能から設定された前記データ数に対する閾値を表示し、ユーザが前記第1の閾値設定機能を用いて前記データ数に対する閾値を設定することを特徴とする設備機器の異常診断システム。 The abnormality diagnosis system for equipment according to claim 3, having a first threshold setting function,
On the screen of the display unit, the number of data corresponding to each cluster and a threshold for the number of data set by the first threshold setting function are displayed, and the user uses the first threshold setting function to display the data An abnormality diagnosis system for facility equipment, characterized by setting a threshold value for the number.
クラスタリング処理から求めた各データの異常度に対して閾値を設定しておき、前記正常クラスタに該当し、かつ、前記異常度が閾値以下のデータを正常データとして抽出することを特徴とする設備機器の異常診断システム。 It is an abnormality diagnosis system for facility equipment according to any one of claims 1 to 4,
A facility device in which a threshold is set for the degree of abnormality of each data obtained from clustering processing, and data corresponding to the normal cluster and having the degree of abnormality equal to or less than the threshold is extracted as normal data Abnormality diagnosis system.
前記表示部の画面に、正常クラスタに該当するデータの異常度の分布を表示することを特徴とする設備機器の異常診断システム。 The abnormality diagnosis system for equipment according to claim 5, comprising a display unit,
An abnormality diagnosis system for facility equipment, wherein a distribution of the degree of abnormality of data corresponding to a normal cluster is displayed on the screen of the display unit.
前記表示部の画面に、正常クラスタに該当するデータの異常度の分布と、前記第2の閾値設定機能から設定された異常度に対する閾値を表示し、ユーザが前記第2の閾値設定機能を用いて前記異常度に対する閾値を設定することを特徴とする設備機器の異常診断システム。 The abnormality diagnosis system for equipment according to claim 6, having a second threshold setting function,
On the screen of the display unit, the distribution of the degree of abnormality of the data corresponding to the normal cluster and the threshold for the degree of abnormality set by the second threshold setting function are displayed, and the user uses the second threshold setting function. And setting a threshold for the degree of abnormality.
前記第1の処理部におけるクラスタリング処理の結果であるクラスタの番号、または、異常度を前記表示部に表示することを特徴とする設備機器の異常診断システム。 The abnormality diagnosis system for facility equipment according to any one of claims 1 to 7, comprising a display unit,
An abnormality diagnosis system for facility equipment, characterized in that a cluster number or degree of abnormality as a result of clustering processing in the first processing unit is displayed on the display unit.
クラスタの番号、または、異常度を前記表示部に表示する際に、正常データに該当するクラスタの番号、または、異常度を区別して表示することを特徴とする設備機器の異常診断システム。 An abnormality diagnosis system for facility equipment according to claim 8,
An abnormality diagnosis system for facility equipment, characterized in that, when a cluster number or abnormality level is displayed on the display unit, the cluster number or abnormality level corresponding to normal data is displayed separately.
前記第3の処理部は、抽出された正常クラスタを基に異常度を計算し、計算された異常度を基に正常データのみを抽出し、前記第4の処理部は、抽出された正常データをモデルの学習データとして使用して異常診断のための解析を行うことを特徴とする設備機器の異常診断システム。 An abnormality diagnosis system for facility equipment according to any one of claims 1 to 9,
The third processing unit calculates an abnormality level based on the extracted normal cluster, extracts only normal data based on the calculated abnormality level, and the fourth processing unit extracts the extracted normal data. An abnormality diagnosis system for equipment that performs analysis for abnormality diagnosis using as learning data for models.
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