JP2020052459A - Failure prediction method, failure prediction device and failure prediction program - Google Patents

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雅昭 泉
あや子 岡
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Abstract

To improve the failure prediction accuracy of a machinery facility.SOLUTION: A failure prediction method according to the embodiment includes an extraction step, a generation step, an evaluation step, and a determination step. In the extraction step, a normal state part during a normal operation of a machinery facility among sensor data of a plurality of sensors provided in the machinery facility having a plurality of operation modes, and an evaluation part at an arbitrary evaluation time are extracted for each operation mode. In the generation step, multiple normal models that model the correlation between the sensors corresponding to the respective operation modes are generated by executing machine learning using each of the normal state part. In the evaluation step, the degree of divergence from the normal state of the machinery facility is calculated for each operation mode on the basis of an output value of the normal model obtained by inputting each of the evaluation part into the corresponding normal model. In the determination step, a failure sign of the machinery facility is determined based on an integration result integrating the degree of divergence for each operation mode.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

開示の実施形態は、故障予知方法、故障予知装置および故障予知プログラムに関する。   The disclosed embodiments relate to a failure prediction method, a failure prediction device, and a failure prediction program.

従来、機械設備につき、機械設備に設けられたセンサのセンサ値を監視することで故障予兆を検出することにより、故障の発生を予知する技術が知られている(たとえば、特許文献1参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a technology for predicting occurrence of a failure by monitoring a sensor value of a sensor provided in the mechanical facility to detect a failure sign (for example, see Patent Document 1).

また、従来、機械設備につき、過去の介入操作実績に基づく機械学習を実行することで介入操作を行う条件を含むルール情報を生成し、かかるルール情報と現在の機械設備の状況とに基づいて行うべき介入操作を決定して、指示する技術が知られている(たとえば、特許文献2参照)。前述のルール情報は、いわゆる予測モデルに対応する。   Conventionally, for machine equipment, rule information including a condition for performing an intervention operation is generated by executing machine learning based on past intervention operation results, and the rule information is performed based on the rule information and the current state of the machine equipment. A technique for determining and instructing an intervention operation to be performed is known (for example, see Patent Document 2). The above-described rule information corresponds to a so-called prediction model.

ここで、特許文献2に開示の技術を特許文献1に開示の技術に応用し、たとえば故障発生時においてセンサが示すセンサ値を機械学習することで、予測モデルによる故障予知が可能になると考えられる。   Here, by applying the technology disclosed in Patent Literature 2 to the technology disclosed in Patent Literature 1, for example, by machine learning the sensor value indicated by a sensor when a failure occurs, it is considered that failure prediction by a prediction model becomes possible. .

特開2011−230634号公報JP 2011-230634 A 特開2017−049801号公報JP 2017-049801 A

しかしながら、上述した従来技術には、機械設備の故障予知精度を向上させるうえで、さらなる改善の余地がある。   However, the above-described conventional technology has room for further improvement in improving the accuracy of predicting the failure of mechanical equipment.

具体的には、機械設備の運用初期段階といった、予測モデルを生成する最初の段階で、すべての故障の状況を示す機械学習用データを収集し、網羅することは事実上困難である。特に、機械設備が、たとえば大型冷凍機やプラントといった大型メカトロニクス機械などである場合には、設けられているセンサの数は膨大であるため、より困難と言える。   Specifically, it is practically difficult to collect and cover machine learning data indicating the status of all failures at the initial stage of generating a prediction model, such as the initial stage of operation of mechanical equipment. In particular, when the mechanical equipment is a large mechatronics machine such as a large refrigerator or a plant, the number of sensors provided is enormous, which is more difficult.

そこで、少ないデータ量での機械学習でも故障予知が可能となるように、故障時のデータを学習するのではなく、正常時のデータを学習して機械設備の正常状態をモデル化した正常モデルを生成し、これを利用することが考えられる。   Therefore, instead of learning the data at the time of failure, a normal model that learns the data at normal time and models the normal state of the machinery and equipment so that failure prediction is possible even with machine learning with a small amount of data is possible. It is conceivable to generate and use this.

ただし、機械設備は、複数の運転モードを有することがあり、仮に正常状態であっても、運転モードの違いによりデータの傾向が異なる場合も多い。このため、正常モデルを用いる場合であっても、機械設備が複数の運転モードを有する場合、少ないデータ量の機械学習では、正常状態の特徴すら捉えきれずに、正常モデルの精度を担保できないおそれがある。   However, the mechanical equipment may have a plurality of operation modes, and even in a normal state, data tend to be different depending on the operation mode in many cases. For this reason, even if a normal model is used, if the machine equipment has a plurality of operation modes, machine learning with a small amount of data may not be able to capture the characteristics of the normal state, and the accuracy of the normal model may not be secured. There is.

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、機械設備の故障予知精度を向上させることができる故障予知方法、故障予知装置および故障予知プログラムを提供することを目的とする。   An aspect of the embodiment is made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a failure prediction method, a failure prediction device, and a failure prediction program that can improve the failure prediction accuracy of mechanical equipment.

実施形態の一態様に係る故障予知方法は、抽出工程と、生成工程と、評価工程と、判定工程とを含む。前記抽出工程は、複数の運転モードを有する機械設備に設けられた複数のセンサのセンサデータのうち、前記機械設備の正常稼働時における正常状態分、および、任意の評価時における評価分を、前記運転モードごとに抽出する。前記生成工程は、前記正常状態分のそれぞれを用いた機械学習を実行することによって、前記運転モードそれぞれに対応する前記センサ間の相関性をモデル化した正常モデルを複数生成する。前記評価工程は、前記評価分のそれぞれを対応する前記正常モデルへ入力することによって得られる該正常モデルの出力値に基づいて、前記機械設備の正常状態からの乖離度を前記運転モードごとに算出する。前記判定工程は、前記運転モードごとの前記乖離度を統合した統合結果に基づいて前記機械設備の故障予兆を判定する。   A failure prediction method according to one aspect of an embodiment includes an extraction step, a generation step, an evaluation step, and a determination step. The extraction step, of the sensor data of a plurality of sensors provided in the mechanical equipment having a plurality of operation modes, the normal state during normal operation of the mechanical equipment, and the evaluation at the time of any evaluation, the said Extract for each operation mode. The generation step generates a plurality of normal models that model the correlation between the sensors corresponding to each of the operation modes by executing machine learning using each of the normal states. The evaluation step calculates a degree of deviation from a normal state of the mechanical equipment for each of the operation modes based on an output value of the normal model obtained by inputting each of the evaluation components to the corresponding normal model. I do. The determining step determines a failure sign of the mechanical equipment based on an integrated result obtained by integrating the divergence degrees for each of the operation modes.

実施形態の一態様によれば、機械設備の故障予知精度を向上させることができる。   According to an aspect of the embodiment, it is possible to improve the failure prediction accuracy of the mechanical equipment.

図1Aは、実施形態に係る故障予知方法の概要説明図(その1)である。FIG. 1A is a schematic explanatory diagram (part 1) of a failure prediction method according to the embodiment. 図1Bは、実施形態に係る故障予知方法の概要説明図(その2)である。FIG. 1B is a schematic explanatory diagram (part 2) of the failure prediction method according to the embodiment. 図1Cは、実施形態に係る故障予知方法の概要説明図(その3)である。FIG. 1C is a schematic explanatory diagram (part 3) of the failure prediction method according to the embodiment. 図1Dは、実施形態に係る故障予知方法の概要説明図(その4)である。FIG. 1D is a schematic explanatory diagram (part 4) of the failure prediction method according to the embodiment. 図1Eは、実施形態に係る故障予知方法の概要説明図(その5)である。FIG. 1E is a schematic explanatory diagram (part 5) of the failure prediction method according to the embodiment. 図2は、実施形態に係る故障予知システムのブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of the failure prediction system according to the embodiment. 図3は、モード切り分け情報の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the mode separation information. 図4は、判定部が実行する判定処理の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a determination process performed by the determination unit. 図5Aは、乖離度の選択例を示す図である。FIG. 5A is a diagram illustrating an example of selecting a degree of deviation. 図5Bは、運転モード切り替え時に対する抽出部の動作説明図(その1)である。FIG. 5B is a diagram (part 1) illustrating the operation of the extraction unit when the operation mode is switched. 図5Cは、運転モード切り替え時に対する抽出部の動作説明図(その2)である。FIG. 5C is a diagram (part 2) illustrating the operation of the extraction unit when the operation mode is switched. 図5Dは、運転モード切り替え時に対する判定部の動作説明図である。FIG. 5D is an explanatory diagram of the operation of the determination unit when the operation mode is switched. 図6Aは、実施形態に係る故障予知装置が実行する処理手順を示すフローチャート(その1)である。FIG. 6A is a flowchart (part 1) illustrating a processing procedure executed by the failure prediction device according to the embodiment. 図6Bは、実施形態に係る故障予知装置が実行する処理手順を示すフローチャート(その2)である。FIG. 6B is a flowchart (part 2) illustrating a processing procedure executed by the failure prediction device according to the embodiment. 図7は、実施形態に係る故障予知装置の機能を実現するコンピュータの一例を示すハードウェア構成図である。FIG. 7 is a hardware configuration diagram illustrating an example of a computer that implements the functions of the failure prediction device according to the embodiment.

以下、添付図面を参照して、本願の開示する故障予知方法、故障予知装置および故障予知プログラムの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。   Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of a failure prediction method, a failure prediction device, and a failure prediction program disclosed in the present application will be described in detail. The present invention is not limited by the embodiments described below.

また、以下では、故障予兆判定の対象となる機械設備を「対象機械100」と記載する。   In the following, the mechanical equipment to be subjected to the failure sign determination is referred to as “target machine 100”.

まず、実施形態に係る故障予知方法の概要について、図1A〜図1Eを参照して説明する。図1A〜図1Eは、実施形態に係る故障予知方法の概要説明図(その1)〜(その5)である。   First, an outline of a failure prediction method according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 1A to 1E. 1A to 1E are schematic explanatory diagrams (part 1) to (part 5) of a failure prediction method according to the embodiment.

図1Aに示すように、対象機械100は、センサS−1〜S−nのセンサ群を備える。そして、実施形態に係る故障予知方法は、かかるセンサ群からのセンサデータに基づき、センサS−1〜S−n間の相関性を把握し、かかる相関性の変化に基づいて対象機械100全体の挙動の変化を把握するものである。   As shown in FIG. 1A, the target machine 100 includes a group of sensors S-1 to Sn. Then, the failure prediction method according to the embodiment grasps the correlation between the sensors S-1 to Sn based on the sensor data from the sensor group, and based on the change in the correlation, the entire target machine 100 This is to grasp changes in behavior.

具体的には、図1Bに示すように、実施形態に係る故障予知方法では、「正常状態分」の相関性を示す各センサS−1〜S−nのセンサデータを用いて機械学習を実行し(ステップS1)、正常モデル12d’を生成する。なお、実施形態では、図1Bに正常モデル12d’をオートエンコーダとして図示するように、機械学習のアルゴリズムとしてディープラーニングを用いる。ディープラーニングについては公知のため、詳細な説明は省略する。   Specifically, as illustrated in FIG. 1B, in the failure prediction method according to the embodiment, the machine learning is performed using the sensor data of each of the sensors S-1 to Sn indicating the correlation of “normal state”. Then (step S1), a normal model 12d 'is generated. In the embodiment, as shown in FIG. 1B, the normal model 12d 'is illustrated as an auto encoder, and deep learning is used as a machine learning algorithm. Since deep learning is known, a detailed description is omitted.

ここで、「正常状態分」とは、対象機械100が運用初期段階などにおいて正常状態にあった所定期間(以下、「正常期間」と言う場合がある)のセンサデータ群を指す。かかる正常状態分のセンサデータ間の相関性に基づいて生成される正常モデル12d’により、言わば対象機械100の正常状態をモデル化することができる。   Here, the “normal state portion” refers to a sensor data group in a predetermined period (hereinafter, sometimes referred to as a “normal period”) in which the target machine 100 is in a normal state in an initial operation stage or the like. The normal state of the target machine 100 can be modeled by the normal model 12d 'generated based on the correlation between the sensor data for the normal state.

そして、実施形態に係る故障予知方法では、図1Bに示すように、かかる正常モデル12d’に対し、「評価分」の相関性を示す各センサS−1〜S−nのセンサデータを入力し、その結果得られる正常モデル12d’の出力値(回帰値)から相関のズレ量を算出する。そして、かかる相関のズレ量に基づき、正常状態からの乖離度(以下、単に「乖離度」と言う場合がある)を評価する(ステップS2)。   Then, in the failure prediction method according to the embodiment, as shown in FIG. 1B, sensor data of each of the sensors S-1 to Sn indicating the correlation of “evaluation” is input to the normal model 12d ′. Then, the correlation deviation amount is calculated from the output value (regression value) of the normal model 12d 'obtained as a result. Then, the degree of deviation from the normal state (hereinafter, may be simply referred to as “degree of deviation”) is evaluated based on the amount of deviation of the correlation (step S2).

かかる乖離度が大きければ、故障予兆を示すとして、対象機械100の故障を予知することができる。なお、ここで「評価分」とは、たとえば運用中に対象機械100から出力されて蓄積されたセンサデータ群のうち、評価対象となる所定期間(以下、「評価期間」と言う場合がある)のセンサデータ群や、対象機械100からリアルタイムで出力されるセンサデータ群などを指す。   If the degree of deviation is large, it is possible to predict the failure of the target machine 100 by indicating a failure sign. Here, the “evaluation portion” is, for example, a predetermined period to be evaluated (hereinafter, sometimes referred to as an “evaluation period”) in a sensor data group output from the target machine 100 and accumulated during operation. And a sensor data group output from the target machine 100 in real time.

このように、実施形態に係る故障予知方法では、対象機械100全体の挙動をセンサS−1〜S−n間の相関性によって把握し、その挙動の変化は、正常状態の相関性をモデル化した正常モデル12d’の出力値により得ることができる。そして、かかる出力値に基づく乖離度の大きさにより、対象機械100の故障を予知する。たとえば、乖離度が故障予兆ありを示す所定の判定閾値以上であれば、ユーザに対し異常を通知する。   As described above, in the failure prediction method according to the embodiment, the behavior of the entire target machine 100 is grasped by the correlation between the sensors S-1 to Sn, and the change in the behavior models the correlation in the normal state. It can be obtained from the output value of the normal model 12d '. Then, a failure of the target machine 100 is predicted based on the magnitude of the deviation based on the output value. For example, if the degree of divergence is equal to or greater than a predetermined determination threshold value indicating a sign of failure, an abnormality is notified to the user.

したがって、実施形態に係る故障予知方法によれば、たとえば故障発生時のセンサデータに基づく機械学習により生成される予測モデルを用いた故障予知方法であれば必要となってくる、すべての故障現象のモデル化の実施などといった煩雑な工程は不要となる。すなわち、実施形態に係る故障予知方法によれば、対象機械100の故障予兆を簡便に捉えることが可能となる。   Therefore, according to the failure prediction method according to the embodiment, for example, a failure prediction method using a prediction model generated by machine learning based on sensor data at the time of occurrence of a failure becomes necessary. Complicated steps such as implementation of modeling are not required. That is, according to the failure prediction method according to the embodiment, the failure sign of the target machine 100 can be easily grasped.

なお、実施形態に係る故障予知方法では、図1Aに示すように、各センサデータの時間変動、すなわち時系列の相関性を特徴ベクトル(以下、単に「ベクトル」と言う)に含めた機械学習を行い、センサデータの時間変動に現れる故障の予兆を把握可能にしている。これにより、対象機械100の故障予兆を精度よく捉えることができる。   In the failure prediction method according to the embodiment, as shown in FIG. 1A, machine learning including time variation of each sensor data, that is, time-series correlation in a feature vector (hereinafter, simply referred to as “vector”) is performed. By doing so, it is possible to grasp a sign of a failure that appears in the time variation of the sensor data. As a result, a sign of failure of the target machine 100 can be accurately grasped.

ところで、対象機械100は、複数の運転モードを有する場合がある。かかる場合、図1Cに示すように、対象機械100は、時間の経過とともに、運転モードを「モード切替」しながら動作する。なお、ここでは、「第1運転モード」と「第2運転モード」の2つのモードを切り替えながら対象機械100が動作している例を示しているが、無論、運転モードは3つ以上であってもよい。なお、運転モードは、分かりやすい例を挙げれば、たとえば冷暖熱機における暖房運転または冷房運転などである。   Incidentally, the target machine 100 may have a plurality of operation modes. In such a case, as shown in FIG. 1C, the target machine 100 operates while the operation mode is “mode-switched” over time. Here, an example is shown in which the target machine 100 is operating while switching between the two modes of the “first operation mode” and the “second operation mode”, but of course, there are three or more operation modes. You may. The operation mode is, for example, a heating operation or a cooling operation in a cooling / heating machine, for example.

対象機械100は、仮に故障なく正常に動作している正常状態であっても、このような運転モードが異なれば、図1Dに示すように、センサS−1〜S−nのうちのあるセンサ(図中では、センサS−1〜S−3)は、センサデータの傾向が異なる場合がある。   Even if the target machine 100 is in a normal state in which the target machine 100 is operating normally without failure, if such an operation mode is different, as shown in FIG. 1D, a certain one of the sensors S-1 to Sn is used. (Sensors S-1 to S-3 in the drawing) may have different tendencies in sensor data.

すなわち、同じ正常状態にあっても、運転モードが異なれば、センサS−1〜S−n間の相関性は異なる場合がある。こうした運転モードの違いによる正常状態の特徴の違いは、正常モデル12d’を生成する機械学習用のデータセットが、すべての運転モードにおけるあらゆる正常状態を漏れなく網羅するほど豊富にあれば捉えられる可能性はある。   That is, even in the same normal state, if the operation mode is different, the correlation between the sensors S-1 to Sn may be different. The difference in the characteristics of the normal state due to the difference in the operation modes can be captured if the data set for machine learning that generates the normal model 12d 'is rich enough to completely cover all the normal states in all the operation modes. There is sex.

ただし、対象機械100の運用初期段階などでは、そのような充分なデータセットを予め収集しておくことは難しい。そこで、予め収集できただけのデータセットで正常モデル12d’を生成することとなるが、そうなれば、正常モデル12d’は、上述した運転モードの違いによる正常状態の特徴の違いを捉えきれないおそれがある。これは、すなわち、運転モードの違いに関わらず、対象機械100の正常状態を1つの正常モデル12d’でモデル化しようとすることに起因する。   However, it is difficult to collect such a sufficient data set in advance in the initial stage of operation of the target machine 100 or the like. Therefore, the normal model 12d 'is generated using only a data set that can be collected in advance, but in such a case, the normal model 12d' cannot capture the difference in the characteristics of the normal state due to the difference in the operation mode described above. There is a risk. This is because the normal state of the target machine 100 is to be modeled with one normal model 12d 'regardless of the difference in the operation mode.

そこで、実施形態に係る故障予知方法では、対象機械100の運転モードのそれぞれに対応する複数の正常モデル12d−1,12d−2…を生成することとした。そして、評価分となるデータセットを、対応する正常モデルにそれぞれ入力して得られる乖離度を統合しつつ、対象機械100の故障予兆を判定することとした。   Therefore, in the failure prediction method according to the embodiment, a plurality of normal models 12d-1, 12d-2,... Corresponding to the respective operation modes of the target machine 100 are generated. Then, a failure sign of the target machine 100 is determined while integrating the divergence obtained by inputting the data set to be evaluated into the corresponding normal model.

具体的には、図1Eに示すように、実施形態に係る故障予知方法では、まず「正常期間」における各運転モード中の「正常状態分」それぞれのデータセットを用いた機械学習により、正常モデル群12dを生成する。   Specifically, as shown in FIG. 1E, in the failure prediction method according to the embodiment, first, a normal model is obtained by machine learning using each data set of “normal state” in each operation mode in the “normal period”. Generate the group 12d.

正常モデル群12dには、たとえば「第1運転モード」中の「正常状態分」を用いた機械学習により生成された第1正常モデル12d−1や、「第2運転モード」中の「正常状態分」を用いた機械学習により生成された第2正常モデル12d−2などが含まれる。   The normal model group 12d includes, for example, a first normal model 12d-1 generated by machine learning using “normal state components” in the “first operation mode” and a “normal state” in the “second operation mode”. And the second normal model 12d-2 generated by machine learning using "minute".

そして、実施形態に係る故障予知方法では、「評価期間」における各運転モード中の「評価分」それぞれのデータセットを、正常モデル群12dのうちの対応する正常モデル12d−1,12d−2…へ入力する。たとえば、「第1運転モード」中の「評価分」は、第1正常モデル12d−1へ入力され、かかる入力に対する「乖離度」が出力される。また、たとえば、「第2運転モード」中の「評価分」は、第2正常モデル12d−2へ入力され、かかる入力に対する「乖離度」が出力される。このように、実施形態に係る故障予知方法では、図中に示すように「モードごとに乖離度を算出」する。   Then, in the failure prediction method according to the embodiment, each data set of “evaluation amount” in each operation mode in the “evaluation period” is stored in the corresponding normal models 12d-1, 12d-2,. Enter For example, the “evaluation part” in the “first operation mode” is input to the first normal model 12d-1, and the “deviation” with respect to the input is output. In addition, for example, the “evaluation part” in the “second operation mode” is input to the second normal model 12d-2, and the “deviation degree” with respect to the input is output. As described above, in the failure prediction method according to the embodiment, “calculation degree is calculated for each mode” as shown in the figure.

そして、かかるモードごとに算出した乖離度をたとえば同一の時間軸上にマッピングなどすることによって正常モデル群12d全体における乖離度を統合し、故障予兆があるか否かを判定する。こうした判定処理の具体例については、図4を用いた説明で後述する。   Then, for example, by mapping the divergence calculated for each mode on the same time axis, the divergence in the entire normal model group 12d is integrated, and it is determined whether or not there is a sign of failure. A specific example of such determination processing will be described later with reference to FIG.

これにより、実施形態に係る故障予知方法によれば、対象機械100が複数の運転モードを有する場合であっても、対象機械100の故障予知精度を向上させることができる。   Thus, according to the failure prediction method according to the embodiment, even when the target machine 100 has a plurality of operation modes, the failure prediction accuracy of the target machine 100 can be improved.

また、実施形態に係る故障予知方法では、たとえば1つの乖離度を導出すべき所定期間において、運転モードの違いによる複数の乖離度が算出されている場合に、所定のルールに沿って1つの乖離度を選択する。このような具体例は図5Aを用いた説明で後述する。   Further, in the failure prediction method according to the embodiment, for example, when a plurality of divergence degrees due to a difference in operation mode are calculated in a predetermined period in which one divergence degree should be derived, one divergence degree is calculated according to a predetermined rule. Choose a degree. Such a specific example will be described later with reference to FIG. 5A.

また、たとえば「モード切替」が実施された直後などには、かかる切り替えの影響により、センサデータが不安定な傾向を示す場合がある。こうした場合、正常状態にあるものの、言わば外れ値を示すセンサデータが、機械学習用の「正常状態分」にも、評価対象となる「評価分」にも含まれやすい。   In addition, for example, immediately after “mode switching” is performed, the sensor data may show an unstable tendency due to the influence of the switching. In such a case, the sensor data which is in a normal state but indicates an outlier is likely to be included in the “normal state” for machine learning and the “evaluation part” to be evaluated.

こうした場合に備え、実施形態に係る故障予知方法では、かかる「モード切替」の直後などのセンサデータを所定のルールに沿って取り扱い、故障予知精度を確保することとしている。たとえば、実施形態に係る故障予知方法では、「モード切替」の直後の所定期間をいわゆる不感帯として取り扱う。こうした取り扱いの具体例については、図5B〜図5Dを用いた説明で後述する。   In preparation for such a case, in the failure prediction method according to the embodiment, the sensor data immediately after the "mode switching" is handled according to a predetermined rule, and the failure prediction accuracy is ensured. For example, in the failure prediction method according to the embodiment, a predetermined period immediately after “mode switching” is treated as a so-called dead zone. Specific examples of such handling will be described later with reference to FIGS. 5B to 5D.

以下、上述した故障予知方法を適用した実施形態に係る故障予知システム1の構成について、さらに具体的に説明する。   Hereinafter, the configuration of the failure prediction system 1 according to the embodiment to which the above-described failure prediction method is applied will be described more specifically.

図2は、実施形態に係る故障予知システム1のブロック図である。なお、図2では、本実施形態の特徴を説明するために必要な構成要素を機能ブロックで表しており、一般的な構成要素についての記載を省略している。   FIG. 2 is a block diagram of the failure prediction system 1 according to the embodiment. In FIG. 2, components necessary for explaining the features of the present embodiment are represented by functional blocks, and descriptions of general components are omitted.

換言すれば、図2に図示される各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。たとえば、各機能ブロックの分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することが可能である。   In other words, each component illustrated in FIG. 2 is a functional concept and does not necessarily need to be physically configured as illustrated. For example, the specific form of distribution / integration of each functional block is not limited to the illustrated one, and all or a part of the functional blocks may be functionally or physically distributed in arbitrary units according to various loads and usage conditions. -It is possible to integrate and configure.

なお、図2を用いた説明では、これまでに既に述べた構成要素については、説明を簡略化するか、省略する場合がある。   In the description using FIG. 2, the description of the components already described above may be simplified or omitted.

図2に示すように、故障予知システム1は、故障予知装置10と、対象機械100とを備える。故障予知装置10と、対象機械100とは、ネットワーク接続されて有線または無線により通信可能に設けられ、故障予知装置10は、対象機械100からのセンサデータを適宜収集可能に設けられている。   As illustrated in FIG. 2, the failure prediction system 1 includes a failure prediction device 10 and a target machine 100. The failure prediction device 10 and the target machine 100 are connected to a network and provided so as to be communicable by wire or wirelessly. The failure prediction device 10 is provided so that sensor data from the target machine 100 can be appropriately collected.

故障予知装置10は、制御部11と、記憶部12とを備える。制御部11は、収集部11aと、抽出部11bと、生成部11cと、評価部11dと、判定部11eと、報知部11fとを備える。   The failure prediction device 10 includes a control unit 11 and a storage unit 12. The control unit 11 includes a collection unit 11a, an extraction unit 11b, a generation unit 11c, an evaluation unit 11d, a determination unit 11e, and a notification unit 11f.

記憶部12は、ハードディスクドライブやデータフラッシュ、不揮発性メモリ、レジスタといった記憶デバイスであって、収集データ12aと、モード切り分け情報12bと、学習用データセット群12cと、正常モデル群12dと、評価用データセット群12eと、評価情報12fとを記憶する。   The storage unit 12 is a storage device such as a hard disk drive, a data flash, a non-volatile memory, and a register. The storage unit 12 includes collected data 12a, mode separation information 12b, a learning data set group 12c, a normal model group 12d, The data set group 12e and the evaluation information 12f are stored.

制御部11は、故障予知装置10の全体制御を行う。収集部11aは、対象機械100のセンサ群からのセンサデータを所定の周期で収集して、収集データ12aへ格納する。収集する所定の周期は、経年変化等による故障予兆を示す緩やかな挙動の変化を検知するうえでは、15分〜1時間程度であってもよい。   The control unit 11 performs overall control of the failure prediction device 10. The collection unit 11a collects sensor data from the sensor group of the target machine 100 at a predetermined cycle and stores the collected data in the collected data 12a. The predetermined period to be collected may be about 15 minutes to 1 hour in order to detect a gradual change in behavior indicating a failure sign due to aging or the like.

抽出部11bは、運用初回時に設定される正常期間およびモード切り分け情報12bに基づき、収集データ12aから運転モードごとの正常状態分のデータセットを抽出し、学習用データセット群12cへ格納する。   The extraction unit 11b extracts a data set for a normal state for each operation mode from the collected data 12a based on the normal period and mode separation information 12b set at the first operation, and stores the data set in the learning data set group 12c.

また、抽出部11bは、たとえばユーザに指定される評価期間およびモード切り分け情報12bに基づき、収集データ12aから運転モードごとの評価分のデータセットを抽出し、評価用データセット群12eへ格納する。   Further, the extracting unit 11b extracts a data set for each operation mode from the collected data 12a based on the evaluation period and the mode separation information 12b specified by the user, for example, and stores the data set in the evaluation data set group 12e.

モード切り分け情報12bは、収集データ12aへ格納されたセンサデータ群の運転モードに応じた切り分けに関する情報である。ここで、モード切り分け情報12bの一例について、図3を用いて説明する。   The mode separation information 12b is information relating to separation of the sensor data group stored in the collected data 12a according to the operation mode. Here, an example of the mode separation information 12b will be described with reference to FIG.

図3は、モード切り分け情報12bの一例を示す図である。図3に示すように、モード切り分け情報12bは、各運転モードを切り分けるためのセンサの組み合わせ、および、その閾値を関連付けた情報である。   FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the mode separation information 12b. As shown in FIG. 3, the mode separation information 12b is information in which a combination of sensors for separating each operation mode and a threshold value thereof are associated.

図3の例では、たとえば第1運転モードに少なくともセンサS−1,S−2を含むセンサの組み合わせが関連付けられており、そのうちセンサS−1のセンサデータが30を超えているとともに(図中の「>30」参照)、組み合わせ中の他のセンサのセンサデータも閾値に関する条件を満たしているセンサデータ群を、抽出部11bは、第1運転モード中のデータセットとして抽出する。   In the example of FIG. 3, for example, a combination of sensors including at least the sensors S-1 and S-2 is associated with the first operation mode, and the sensor data of the sensor S-1 exceeds 30 (see FIG. 3). The extraction unit 11b extracts, as a data set in the first operation mode, a sensor data group in which the sensor data of other sensors in the combination also satisfies the threshold condition.

同じく、図3の例では、たとえば第2運転モードには少なくともセンサS−1を含むセンサの組み合わせが関連付けられており、そのうちセンサS−1のセンサデータが30以下であるとともに(図中の「≦30」参照)、組み合わせ中の他のセンサのセンサデータも閾値に関する条件を満たしているセンサデータ群を、抽出部11bは、第2運転モード中のデータセットとして抽出する。   Similarly, in the example of FIG. 3, for example, a combination of sensors including at least the sensor S-1 is associated with the second operation mode, and the sensor data of the sensor S-1 is 30 or less (in the figure, “ ≦ 30 ”), the extraction unit 11b extracts a sensor data group in which the sensor data of the other sensors in the combination also satisfies the threshold condition.

なお、ここでは、「組み合わせ」と記載したが、1つのセンサのみのセンサデータによって、運転モードが切り分けられてもよい。   Note that, here, “combination” is described, but the operation mode may be separated based on the sensor data of only one sensor.

図2の説明に戻り、つづいて生成部11cについて説明する。生成部11cは、学習用データセット群12cを用いた機械学習を実行して、正常モデル群12dを生成する。すなわち、生成部11cは、たとえば第1運転モード中の正常状態分を示す学習用データセットからは第1正常モデル12d−1を生成する。また、生成部11cは、たとえば第2運転モード中の正常状態分を示す学習用データセットからは第2正常モデル12d−2を生成する(図1E参照)。このように、生成部11cは、運転モードごとの機械学習を実行して、運転モードそれぞれに対応する正常モデル12d−1〜12d−nを生成する。   Returning to the description of FIG. 2, the generation unit 11c will be described. The generation unit 11c executes machine learning using the learning data set group 12c to generate a normal model group 12d. That is, the generation unit 11c generates the first normal model 12d-1 from the learning data set indicating the normal state in the first operation mode, for example. Further, the generation unit 11c generates the second normal model 12d-2, for example, from a learning data set indicating a normal state component in the second operation mode (see FIG. 1E). As described above, the generation unit 11c executes machine learning for each operation mode, and generates normal models 12d-1 to 12d-n corresponding to each operation mode.

評価部11dは、評価用データセット群12eに含まれる、抽出部11bによって抽出された運転モードごとの評価分のデータセットを、それぞれ対応する正常モデル12d−1〜12d−nへ入力し、それぞれの出力結果を受け取る。そして、評価部11dは、受け取った出力結果に基づいて故障予兆を判定するための各種評価値を算出し、評価情報12fへ格納する。評価値は、運転モードごとの正常状態からの乖離度を含む。   The evaluation unit 11d inputs the data set for the evaluation for each operation mode extracted by the extraction unit 11b included in the evaluation data set group 12e to the corresponding normal models 12d-1 to 12d-n, respectively. Receive the output result of Then, the evaluation unit 11d calculates various evaluation values for determining a failure sign based on the received output result, and stores the calculated evaluation values in the evaluation information 12f. The evaluation value includes the degree of deviation from the normal state for each operation mode.

具体的には、評価部11dは、運転モードごとの評価分のデータセットをそれぞれ対応する正常モデル12d−1〜12d−nへ入力したときの入力と出力の誤差、すなわち相関のズレ量に基づいて、運転モードごとの乖離度を算出し、評価情報12fへ格納する。   Specifically, the evaluation unit 11d determines an error between the input and the output when the data set for the evaluation for each operation mode is input to the corresponding normal models 12d-1 to 12d-n, that is, based on the deviation amount of the correlation. Then, the degree of deviation for each operation mode is calculated and stored in the evaluation information 12f.

判定部11eは、評価情報12fを参照して、運転モードごとの乖離度をたとえば同一の時間軸上にマッピングし、評価期間における正常モデル群12d全体における乖離度を統合して、故障予兆があるか否かを判定する。   The determination unit 11e refers to the evaluation information 12f, maps the degree of deviation for each operation mode on, for example, the same time axis, integrates the degree of deviation for the entire normal model group 12d during the evaluation period, and has a sign of failure. It is determined whether or not.

ここで、判定部11eが実行する判定処理の一例について図4を用いて説明する。図4は、判定部11eが実行する判定処理の説明図である。なお、図4の上段には、運転モードの違いに関わらず、対象機械100の正常状態を1つの正常モデル12d’(図1B参照)でモデル化した場合を比較例として示している。図4の下段は、実施形態の場合である。   Here, an example of the determination process performed by the determination unit 11e will be described with reference to FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram of a determination process performed by the determination unit 11e. The upper part of FIG. 4 shows, as a comparative example, a case where the normal state of the target machine 100 is modeled by one normal model 12d '(see FIG. 1B) regardless of the difference in the operation mode. The lower part of FIG. 4 shows the case of the embodiment.

図4に示すように、判定部11eは、たとえば算出した正常状態からの乖離度のそれぞれを同一の時間軸上にマッピングする。そして、所定の判定閾値Th1を超える時点を、故障予兆があるとして判定する。   As shown in FIG. 4, the determination unit 11e maps, for example, each of the calculated degrees of deviation from the normal state on the same time axis. Then, a point in time exceeding a predetermined determination threshold value Th1 is determined to be a failure sign.

ここで、運転モードの違いを考慮せず1つの正常モデル12d’によって乖離度を算出する比較例の場合、少量のデータでは、運転モードの違いによる正常状態の特徴の違いを充分に学習しきれない場合がある。すると、対象機械100が運転モードを切り替えつつ運用された場合、たとえば図4の上段に示すように、正常状態からの乖離度は、正常状態であったにも関わらず、時間軸に沿って終始四散するような不安定な傾向を示す場合がある。   Here, in the case of the comparative example in which the degree of divergence is calculated by one normal model 12d 'without considering the difference in the operation mode, the difference in the characteristic of the normal state due to the difference in the operation mode can be sufficiently learned with a small amount of data. May not be. Then, when the target machine 100 is operated while switching the operation mode, for example, as shown in the upper part of FIG. 4, the degree of deviation from the normal state is constant along the time axis despite the normal state. It may show an unstable tendency to scatter.

こうなると、判定閾値Th1を超える時点はあらゆる箇所に存在することとなり、判定部11eが仮にかかる判定結果をユーザへ報知しても、ユーザが真に故障予兆が現れた箇所を特定することは難しい。   In this case, the time point exceeding the determination threshold value Th1 is present at every location, and even if the determination unit 11e notifies the user of the determination result, it is difficult for the user to identify the location where the failure sign has truly appeared. .

これに対し、実施形態に係る故障予知方法では、運転モードの違いを考慮し、運転モードごとの正常モデル12d−1〜12d−nによって、運転モードごとに乖離度を算出するので、運転モードの違いによる正常状態の特徴の違いを、少量のデータでも充分に学習することが可能となる。   On the other hand, in the failure prediction method according to the embodiment, the degree of divergence is calculated for each operation mode by the normal models 12d-1 to 12dn for each operation mode in consideration of the difference between the operation modes. It is possible to sufficiently learn the difference in the characteristics of the normal state due to the difference even with a small amount of data.

すると、図4の下段に示すように、対象機械100が運転モードを切り替えつつ運用された場合であっても、正常状態からの乖離度を、比較例に比べて安定した値として算出することができる。そして、判定部11eが、たとえばかかる乖離度のマッピング結果および判定閾値Th1を超える時点をユーザへ報知することにより、ユーザは、図中のM1,M2,M3部を、故障予兆が発生した箇所として容易に特定することができる。   Then, as shown in the lower part of FIG. 4, even when the target machine 100 is operated while switching the operation mode, the deviation degree from the normal state can be calculated as a stable value compared to the comparative example. it can. Then, the determination unit 11e notifies the user of, for example, the mapping result of the divergence degree and the time point at which the determination threshold value Th1 is exceeded, so that the user sets the M1, M2, and M3 portions in the drawing as the locations where the failure sign has occurred. Can be easily identified.

図2の説明に戻り、つづいて報知部11fについて説明する。報知部11fは、判定部11eから判定結果の通知を受け付けた場合に、たとえば図4の下段に示したような乖離度のマッピング結果および判定閾値Th1を超える時点を含む報知情報を生成し、外部装置へ報知する。   Returning to the description of FIG. 2, the notification unit 11f will be described. When the notification of the determination result is received from the determination unit 11e, the notification unit 11f generates notification information including a mapping result of the divergence degree and a time point exceeding the determination threshold Th1 as shown in the lower part of FIG. Notify the device.

ところで、対象機械100の実際の運用においては、ユーザが、故障予兆があるかないかの通知を1日に1回受ければ充分であるといったケースも存在する。かかる場合、たとえば1日のうちに運転モードの切り替えが1回以上発生すれば、実施形態では、運転モードごとに乖離度が算出されるため、算出された複数の乖離度のうちから1つを選択する必要がある。   By the way, in the actual operation of the target machine 100, there are cases where it is sufficient that the user receives a notification once a day whether or not there is a failure sign. In such a case, for example, if switching of the operation mode occurs once or more in one day, in the embodiment, the divergence is calculated for each operation mode. You have to choose.

図5Aは、乖離度の選択例を示す図である。図5Aに示すように、対象機械100が、たとえば某日において午前は第1運転モードで動作し、午後は第2運転モードで動作したものとする。   FIG. 5A is a diagram illustrating an example of selecting a degree of deviation. As shown in FIG. 5A, it is assumed that the target machine 100 operates in the first operation mode in the morning and operates in the second operation mode in the afternoon, for example, on a certain day.

そして、評価部11dは、午前の第1運転モードに対応する乖離度として「0.1」を算出し、午後の第2運転モードに対応する乖離度として「0.7」を算出したものとする。   Then, the evaluation unit 11d calculates “0.1” as the divergence corresponding to the first operation mode in the morning, and calculates “0.7” as the divergence corresponding to the second operation mode in the afternoon. I do.

かかる場合、判定部11eは、故障予兆があるかないかの通知が1日に1回でよい場合、乖離度を、1日分として値が大きい方を採用し、判定閾値Th1を超えるか否かを判定して、その結果をユーザへ通知する。   In such a case, if the notification of whether or not there is a sign of failure only needs to be made once a day, the determination unit 11e adopts the larger divergence as one day and determines whether the difference exceeds the determination threshold Th1. Is determined, and the result is notified to the user.

すなわち、こうした場合に、少しでも大きい値の乖離度に基づく判定結果をユーザへ通知することにより、実際に故障が予知された場合の対処を、ユーザに早急にとらせることが可能となる。   That is, in such a case, by notifying the user of the determination result based on the degree of divergence of a value as large as possible, it is possible to prompt the user to take an action immediately when a failure is actually predicted.

ところで、既に述べたが、たとえば「モード切替」が実施された直後などには、かかる切り替えの影響により、センサデータが不安定な傾向を示す場合がある。こうした場合、正常状態にあるものの、言わば外れ値を示すセンサデータが、機械学習用の「正常状態分」にも、評価対象となる「評価分」にも含まれやすい。   As described above, for example, immediately after “mode switching” is performed, there is a case where sensor data tends to be unstable due to the influence of the switching. In such a case, the sensor data which is in a normal state but indicates an outlier is likely to be included in the “normal state” for machine learning and the “evaluation part” to be evaluated.

こうした場合に備え、実施形態に係る故障予知装置10は、かかる「モード切替」の直後などのセンサデータを所定のルールに沿って取り扱い、故障予知精度を確保する。かかる点について、具体的に図5Bおよび図5Cを用いて説明する。   In preparation for such a case, the failure prediction device 10 according to the embodiment handles the sensor data immediately after the “mode switching” or the like according to a predetermined rule, and secures the failure prediction accuracy. This will be specifically described with reference to FIGS. 5B and 5C.

図5Bおよび図5Cは、運転モード切り替え時に対する抽出部11bの動作説明図(その1)および(その2)である。図5Bに示すように、時間t1において「第1運転モード」から「第2運転モード」への「モード切替」が発生したものとする。   FIGS. 5B and 5C are explanatory diagrams (part 1) and (part 2) of the operation of the extraction unit 11b when the operation mode is switched. As shown in FIG. 5B, it is assumed that “mode switching” from “first operation mode” to “second operation mode” has occurred at time t1.

かかる場合、センサデータが不安定な傾向を示しやすい「第2運転モード」への切り替え直後につき、たとえば抽出部11bは、時間t1からの所定期間αを「不感帯」とする。   In such a case, immediately after switching to the “second operation mode” in which the sensor data tends to be unstable, for example, the extraction unit 11b sets the predetermined period α from the time t1 as the “dead zone”.

ここで、「不感帯」とするとは、たとえば抽出部11bが、所定期間αの間のセンサデータは学習用としても評価用としても抽出しないことを指す。すなわち、センサデータが不安定化しやすい所定期間αについて学習したり評価したりしないようにすることで、たとえば正常状態を示すセンサデータ群に外れ値が含まれるのを防ぐことができ、故障予知精度を確保するのに資することができる。なお、少なくとも学習用として抽出しないことで、少なくとも正常モデル群12dの精度を確保するようにしてもよい。   Here, the term “dead zone” indicates, for example, that the extraction unit 11b does not extract the sensor data during the predetermined period α for learning or evaluation. That is, by not learning or evaluating the predetermined period α in which the sensor data is likely to be unstable, for example, it is possible to prevent an outlier from being included in the sensor data group indicating a normal state, and to improve the failure prediction accuracy. Can be secured. Note that at least the accuracy of the normal model group 12d may be ensured by not extracting at least for learning.

また、所定期間αの間のセンサデータを全く抽出しないのではなく、一部のセンサデータのみを抽出しないようにしてもよい。たとえば、所定期間αの間のセンサデータのそれぞれにつき、「モード切替」前からの変化率(誤差でも可)を算出し、図5Cに示すようにかかる変化率の正規分布をとって、かかる正規分布における標準偏差2σ以上に該当するセンサデータ(図中のM4部参照)を抽出しないようにしてもよい。   Further, instead of not extracting the sensor data at all during the predetermined period α, only a part of the sensor data may not be extracted. For example, for each of the sensor data during the predetermined period α, the rate of change (or error) before “mode switching” is calculated, and a normal distribution of the rate of change is taken as shown in FIG. The sensor data corresponding to the standard deviation 2σ or more in the distribution (see the M4 part in the figure) may not be extracted.

これにより、所定期間αにおいて急峻な変化を示し、不安定化していると推定されるセンサデータについて学習したり評価したりしないようにすることで、故障予知精度を確保するのに資することができる。   Thus, a steep change is exhibited in the predetermined period α, and learning or evaluation is not performed on sensor data that is estimated to be unstable, thereby contributing to securing accuracy of failure prediction. .

なお、図5Cの例では標準偏差2σ以上としたが、あくまで一例であって、センサデータ抽出しない判定の基準を限定するものではない。   Although the standard deviation is equal to or larger than 2σ in the example of FIG. 5C, this is merely an example, and does not limit the criterion for determining not to extract the sensor data.

また、図5Bおよび図5Cでは、所定期間αに対する抽出部11bの動作例を示したが、所定期間αに対して判定部11eが所定の動作を行うこととしてもよい。図5Dは、運転モード切り替え時に対する判定部11eの動作説明図である。   5B and 5C show an operation example of the extraction unit 11b for the predetermined period α, but the determination unit 11e may perform a predetermined operation for the predetermined period α. FIG. 5D is an explanatory diagram of the operation of the determination unit 11e when the operation mode is switched.

たとえば、図5Dに示すように、判定部11eは、「モード切替」の時間t1から所定期間αの間に該当する正常状態からの乖離度については、故障予兆があると判定するための判定閾値Th1を上げることとしてもよい。   For example, as shown in FIG. 5D, the determination unit 11e determines the degree of deviation from the normal state corresponding to the predetermined period α from the time “t1” of “mode switching” by a determination threshold for determining that there is a sign of failure. Th1 may be increased.

このように、所定期間αで不安定化しやすいセンサデータに基づいて算出された乖離度に対し、判定閾値Th1を上げて故障予兆を判定するための感度を鈍らせることによっても、故障予知精度を確保するのに資することができる。   As described above, the failure prediction accuracy can also be improved by increasing the determination threshold Th1 to reduce the sensitivity for determining the failure sign for the deviation calculated based on the sensor data that is likely to be unstable in the predetermined period α. Can help secure it.

次に、実施形態に係る故障予知装置10が実行する処理手順について、図6Aおよび図6Bを用いて説明する。図6Aおよび図6Bは、実施形態に係る故障予知装置10が実行する処理手順を示すフローチャート(その1)および(その2)である。   Next, a processing procedure executed by the failure prediction device 10 according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 6A and 6B. 6A and 6B are a flowchart (part 1) and (part 2) illustrating a processing procedure executed by the failure prediction device 10 according to the embodiment.

図6Aに示すように、まず制御部11が、運用初回であるか否かを判定する(ステップS101)。ここで、運用初回である場合(ステップS101,Yes)、つづいて制御部11は、正常期間を設定する(ステップS102)。正常期間は、たとえば「○月×日から30日間」などがシステム上設定される。運用初回でない場合(ステップS101,No)、ステップS105(図6B参照)へ制御を移す。ステップS105以降については、後述する。   As shown in FIG. 6A, first, the control unit 11 determines whether or not it is the first operation (step S101). Here, if it is the first operation (step S101, Yes), the control unit 11 sets a normal period (step S102). The normal period is set in the system, for example, “30 days from month x day”. If it is not the first operation (step S101, No), the control is transferred to step S105 (see FIG. 6B). Step S105 and subsequent steps will be described later.

そして、抽出部11bが、モード切り分け情報12bに基づいて正常期間におけるモードごとの学習用データセットを抽出する。   Then, the extraction unit 11b extracts a learning data set for each mode in the normal period based on the mode separation information 12b.

つづいて、制御部11は、ステップS104のループ処理を実行する。ステップS104は、ステップS103で抽出されたモードごとのデータセット数分が繰り返される。ステップS1041では、生成部11cが、機械学習により正常モデル12d−1〜12d−n(のうちのいずれか)を生成する。そして、生成した正常モデル12d−1〜12d−nへモードを紐付ける(ステップS1042)。   Subsequently, the control unit 11 executes a loop process of step S104. Step S104 is repeated for the number of data sets for each mode extracted in step S103. In step S1041, the generation unit 11c generates (any one of) the normal models 12d-1 to 12dn by machine learning. Then, a mode is associated with the generated normal models 12d-1 to 12d-n (step S1042).

ステップS104のループ処理が終了すると、つづいてステップS105が実行される。図6Bに示すように、ステップS105では、抽出部11bが、モード切り分け情報12bに基づいて評価期間におけるモードごとの評価用データセットを抽出する。   When the loop processing of step S104 ends, step S105 is subsequently executed. As shown in FIG. 6B, in step S105, the extraction unit 11b extracts an evaluation data set for each mode in the evaluation period based on the mode separation information 12b.

つづいて、制御部11が、ステップS106のループ処理を実行する。ステップS106は、ステップS105で抽出されたモードごとのデータセット数分が繰り返される。ステップS1061では、評価部11dが、評価用データセットに該当のモードに対応する正常モデル12d−1〜12d−n(のうちのいずれか)を用いて乖離度を算出する(ステップS1061)。   Subsequently, the control unit 11 executes a loop process of step S106. Step S106 is repeated for the number of data sets for each mode extracted in step S105. In step S1061, the evaluation unit 11d calculates the degree of divergence using (one of) the normal models 12d-1 to 12dn corresponding to the mode corresponding to the evaluation data set (step S1061).

ステップS106のループ処理が終了すると、つづいて判定部11eが、算出されたモードごとの乖離度に基づいて故障予兆を判定し、判定結果を報知した後(ステップS107)、処理を終了する。   When the loop process of step S106 ends, the determination unit 11e determines a failure sign based on the calculated degree of divergence for each mode, notifies the determination result (step S107), and ends the process.

ところで、上述してきた実施形態に係る故障予知装置10は、たとえば図7に示すような構成のコンピュータ60によって実現される。図7は、実施形態に係る故障予知装置10の機能を実現するコンピュータの一例を示すハードウェア構成図である。コンピュータ60は、CPU(Central Processing Unit)61、RAM(Random Access Memory)62、ROM(Read Only Memory)63、HDD(Hard Disk Drive)64、通信インタフェース(I/F)65、入出力インタフェース(I/F)66、およびメディアインタフェース(I/F)67を備える。   By the way, the failure prediction device 10 according to the above-described embodiment is realized by, for example, a computer 60 having a configuration as shown in FIG. FIG. 7 is a hardware configuration diagram illustrating an example of a computer that realizes the functions of the failure prediction device 10 according to the embodiment. The computer 60 includes a CPU (Central Processing Unit) 61, a RAM (Random Access Memory) 62, a ROM (Read Only Memory) 63, a HDD (Hard Disk Drive) 64, a communication interface (I / F) 65, and an input / output interface (I / F) 66 and a media interface (I / F) 67.

CPU61は、ROM63またはHDD64に格納されたプログラムに基づいて動作し、各部の制御を行う。ROM63は、コンピュータ60の起動時にCPU61によって実行されるブートプログラムや、コンピュータ60のハードウェアに依存するプログラム等を格納する。   The CPU 61 operates based on a program stored in the ROM 63 or the HDD 64 and controls each unit. The ROM 63 stores a boot program executed by the CPU 61 when the computer 60 is started, a program depending on hardware of the computer 60, and the like.

HDD64は、CPU61によって実行されるプログラムおよび当該プログラムによって使用されるデータ等を格納する。通信インタフェース65は、通信ネットワークを介して他の機器からデータを受信してCPU61へ送り、CPU61が生成したデータを、通信ネットワークを介して他の機器へ送信する。   The HDD 64 stores a program executed by the CPU 61, data used by the program, and the like. The communication interface 65 receives data from another device via the communication network, sends the data to the CPU 61, and transmits the data generated by the CPU 61 to the other device via the communication network.

CPU61は、入出力インタフェース66を介して、ディスプレイやプリンタ等の出力装置、および、キーボードやマウス等の入力装置を制御する。CPU61は、入出力インタフェース66を介して、入力装置からデータを取得する。また、CPU61は、生成したデータを、入出力インタフェース66を介して出力装置へ出力する。   The CPU 61 controls an output device such as a display and a printer and an input device such as a keyboard and a mouse via the input / output interface 66. The CPU 61 acquires data from an input device via the input / output interface 66. Further, the CPU 61 outputs the generated data to the output device via the input / output interface 66.

メディアインタフェース67は、記録媒体68に格納されたプログラムまたはデータを読み取り、RAM62を介してCPU61に提供する。CPU61は、当該プログラムを、メディアインタフェース67を介して記録媒体68からRAM62上にロードし、ロードしたプログラムを実行する。記録媒体68は、たとえばDVD(Digital Versatile Disc)、PD(Phase change rewritable Disk)等の光学記録媒体、MO(Magneto-Optical disk)等の光磁気記録媒体、テープ媒体、磁気記録媒体、または半導体メモリ等である。   The media interface 67 reads a program or data stored in the recording medium 68 and provides the program or data to the CPU 61 via the RAM 62. The CPU 61 loads the program from the recording medium 68 onto the RAM 62 via the media interface 67, and executes the loaded program. The recording medium 68 is, for example, an optical recording medium such as a DVD (Digital Versatile Disc), a PD (Phase Change Rewritable Disk), a magneto-optical recording medium such as an MO (Magneto-Optical disk), a tape medium, a magnetic recording medium, or a semiconductor memory. And so on.

たとえば、コンピュータ60が実施形態に係る故障予知装置10として機能する場合、コンピュータ60のCPU61は、RAM62上にロードされたプログラムを実行することにより、制御部11の各機能を実現する。また、HDD64には、記憶部12内のデータが記憶される。コンピュータ60のCPU61は、これらのプログラムを、記録媒体68から読み取って実行するが、他の例として、他の装置から、通信ネットワークを介してこれらのプログラムを取得してもよい。   For example, when the computer 60 functions as the failure prediction device 10 according to the embodiment, the CPU 61 of the computer 60 realizes each function of the control unit 11 by executing a program loaded on the RAM 62. The data in the storage unit 12 is stored in the HDD 64. Although the CPU 61 of the computer 60 reads these programs from the recording medium 68 and executes them, as another example, these programs may be obtained from another device via a communication network.

上述してきたように、実施形態に係る故障予知装置10は、抽出部11bと、生成部11cと、評価部11dと、判定部11eとを備える。   As described above, the failure prediction device 10 according to the embodiment includes the extraction unit 11b, the generation unit 11c, the evaluation unit 11d, and the determination unit 11e.

抽出部11bは、複数の運転モードを有する対象機械100(「機械設備」の一例に相当)に設けられた複数のセンサS−1〜S−nのセンサデータのうち、対象機械100の正常稼働時における正常状態分、および、任意の評価時における評価分を、運転モードごとに抽出する。   The extraction unit 11b performs a normal operation of the target machine 100 among the sensor data of the plurality of sensors S-1 to Sn provided in the target machine 100 having a plurality of operation modes (corresponding to an example of “machine equipment”). The normal state component at the time and the evaluation component at an arbitrary evaluation are extracted for each operation mode.

生成部11cは、正常状態分のそれぞれを用いた機械学習を実行することによって、運転モードそれぞれに対応するセンサS−1〜S−n間の相関性をモデル化した正常モデル12d−1〜12d−nを複数生成する。   The generation unit 11c executes machine learning using each of the normal states, thereby normalizing models 12d-1 to 12d that model the correlation between the sensors S-1 to Sn corresponding to the respective operation modes. Generate a plurality of −n.

評価部11dは、評価分のそれぞれを対応する正常モデル12d−1〜12d−nへ入力することによって得られる正常モデル12d−1〜12d−nの出力値に基づいて、対象機械100の正常状態からの乖離度を運転モードごとに算出する。   The evaluation unit 11d determines the normal state of the target machine 100 based on the output values of the normal models 12d-1 to 12d-n obtained by inputting the respective evaluations to the corresponding normal models 12d-1 to 12d-n. Is calculated for each operation mode.

判定部11eは、運転モードごとの乖離度を統合した統合結果に基づいて対象機械100の故障予兆を判定する。   The determining unit 11e determines a sign of failure of the target machine 100 based on an integration result obtained by integrating the degrees of deviation for each operation mode.

したがって、実施形態に係る故障予知装置10によれば、対象機械100の故障予知精度を向上させることができる。   Therefore, according to the failure prediction device 10 according to the embodiment, the failure prediction accuracy of the target machine 100 can be improved.

なお、上述した実施形態では、機械学習のアルゴリズムとしてディープラーニングを用いるものとしたが、用いるアルゴリズムを限定するものではない。したがって、SVM(Support Vector Machine)のようなパターン識別器を用いたサポートベクタ回帰等の回帰分析手法により機械学習を実行し、正常モデル群12dを生成してもよい。また、ここで、パターン識別器はSVMに限らず、たとえばアダブースト(AdaBoost)などであってもよい。また、ランダムフォレストなどを用いてもよい。   In the above-described embodiment, deep learning is used as a machine learning algorithm, but the algorithm to be used is not limited. Therefore, the normal model group 12d may be generated by executing machine learning by a regression analysis method such as support vector regression using a pattern classifier such as an SVM (Support Vector Machine). Here, the pattern classifier is not limited to the SVM, and may be, for example, AdaBoost. Further, a random forest or the like may be used.

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。   Further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. For this reason, the broader aspects of the present invention are not limited to the specific details and representative embodiments shown and described above. Accordingly, various modifications may be made without departing from the spirit or scope of the general inventive concept as defined by the appended claims and equivalents thereof.

1 故障予知システム
10 故障予知装置
11 制御部
11a 収集部
11b 抽出部
11c 生成部
11d 評価部
11e 判定部
11f 報知部
12 記憶部
12a 収集データ
12b モード切り分け情報
12c 学習用データセット群
12d 正常モデル群
12e 評価用データセット群
12f 評価情報
100 対象機械
S−1〜S−n センサ
Reference Signs List 1 failure prediction system 10 failure prediction device 11 control unit 11a collection unit 11b extraction unit 11c generation unit 11d evaluation unit 11e determination unit 11f notification unit 12 storage unit 12a collected data 12b mode separation information 12c learning data set group 12d normal model group 12e Evaluation data set group 12f Evaluation information 100 Target machine S-1 to Sn Sensor

Claims (5)

複数の運転モードを有する機械設備に設けられた複数のセンサのセンサデータのうち、前記機械設備の正常稼働時における正常状態分、および、任意の評価時における評価分を、前記運転モードごとに抽出する抽出工程と、
前記正常状態分のそれぞれを用いた機械学習を実行することによって、前記運転モードそれぞれに対応する前記センサ間の相関性をモデル化した正常モデルを複数生成する生成工程と、
前記評価分のそれぞれを対応する前記正常モデルへ入力することによって得られる該正常モデルの出力値に基づいて、前記機械設備の正常状態からの乖離度を前記運転モードごとに算出する評価工程と、
前記運転モードごとの前記乖離度を統合した統合結果に基づいて前記機械設備の故障予兆を判定する判定工程と
を含むことを特徴とする故障予知方法。
Of the sensor data of the plurality of sensors provided in the mechanical equipment having a plurality of operation modes, a normal state part during a normal operation of the mechanical equipment, and an evaluation part at an arbitrary evaluation are extracted for each of the operation modes. Extraction process,
A generation step of generating a plurality of normal models that model the correlation between the sensors corresponding to the respective operation modes by executing machine learning using each of the normal states,
An evaluation step of calculating a degree of deviation from a normal state of the mechanical equipment for each of the operation modes, based on an output value of the normal model obtained by inputting each of the evaluation components to the corresponding normal model,
A determination step of determining a sign of failure of the mechanical equipment based on an integrated result obtained by integrating the degrees of deviation for each of the operation modes.
前記抽出工程は、
前記運転モードが、一の運転モードから当該一の運転モード以外の他の運転モードへ切り替えられた場合に、切り替え時点から所定期間についての前記センサデータの全部または一部を、少なくとも前記正常状態分としては抽出しない
ことを特徴とする請求項1に記載の故障予知方法。
The extracting step includes:
When the operation mode is changed from one operation mode to another operation mode other than the one operation mode, all or a part of the sensor data for a predetermined period from the time of the change is converted into at least the normal state. The failure prediction method according to claim 1, wherein the failure prediction is not performed.
前記判定工程は、
前記乖離度が所定の判定閾値を超える場合に、前記機械設備に故障予兆があると判定するとともに、前記運転モードが、一の運転モードから当該一の運転モード以外の他の運転モードへ切り替えられた場合の、切り替え時点から所定期間の間に該当する前記乖離度については、前記判定閾値を上げて判定する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の故障予知方法。
The determining step includes:
When the deviation exceeds a predetermined determination threshold, it is determined that there is a sign of failure in the mechanical equipment, and the operation mode is switched from one operation mode to another operation mode other than the one operation mode. 3. The failure prediction method according to claim 1, wherein in the case of the failure, the degree of divergence corresponding to a predetermined period from the switching time is determined by increasing the determination threshold. 4.
複数の運転モードを有する機械設備に設けられた複数のセンサのセンサデータのうち、前記機械設備の正常稼働時における正常状態分、および、任意の評価時における評価分を、前記運転モードごとに抽出する抽出部と、
前記正常状態分のそれぞれを用いた機械学習を実行することによって、前記運転モードそれぞれに対応する前記センサ間の相関性をモデル化した正常モデルを複数生成する生成部と、
前記評価分のそれぞれを、対応する前記正常モデルへ入力することによって得られる該正常モデルの出力値に基づいて、前記機械設備の正常状態からの乖離度を前記運転モードごとに算出する評価部と、
前記運転モードごとの前記乖離度を統合した統合結果に基づいて前記機械設備の故障予兆を判定する判定部と
を備えることを特徴とする故障予知装置。
Of the sensor data of the plurality of sensors provided in the mechanical equipment having a plurality of operation modes, a normal state part during a normal operation of the mechanical equipment, and an evaluation part at an arbitrary evaluation are extracted for each of the operation modes. An extraction unit,
A generation unit that generates a plurality of normal models that model the correlation between the sensors corresponding to the operation modes by executing machine learning using each of the normal states.
An evaluation unit that calculates a degree of deviation from a normal state of the mechanical equipment for each of the operation modes based on an output value of the normal model obtained by inputting each of the evaluation components to the corresponding normal model. ,
A failure prediction device comprising: a determination unit configured to determine a failure sign of the mechanical equipment based on an integration result obtained by integrating the degrees of deviation for each of the operation modes.
複数の運転モードを有する機械設備に設けられた複数のセンサのセンサデータのうち、前記機械設備の正常稼働時における正常状態分、および、任意の評価時における評価分を、前記運転モードごとに抽出する抽出手順と、
前記正常状態分のそれぞれを用いた機械学習を実行することによって、前記運転モードそれぞれに対応する前記センサ間の相関性をモデル化した正常モデルを複数生成する生成手順と、
前記評価分のそれぞれを、対応する前記正常モデルへ入力することによって得られる該正常モデルの出力値に基づいて、前記機械設備の正常状態からの乖離度を前記運転モードごとに算出する評価手順と、
前記運転モードごとの前記乖離度を統合した統合結果に基づいて前記機械設備の故障予兆を判定する判定手順と
をコンピュータに実行させることを特徴とする故障予知プログラム。
Of the sensor data of the plurality of sensors provided in the mechanical equipment having a plurality of operation modes, a normal state part during a normal operation of the mechanical equipment, and an evaluation part at an arbitrary evaluation are extracted for each of the operation modes. Extraction procedure,
A generation procedure of generating a plurality of normal models that model the correlation between the sensors corresponding to the operation modes by executing machine learning using each of the normal states,
An evaluation procedure of calculating a degree of deviation from a normal state of the mechanical equipment for each of the operation modes, based on an output value of the normal model obtained by inputting each of the evaluations to the corresponding normal model; and ,
A failure prediction program characterized by causing a computer to execute a determination procedure of determining a failure sign of the mechanical equipment based on an integration result obtained by integrating the degrees of deviation for each of the operation modes.
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