JP2022011858A - Prediction model learning method, predication model learning system, and plant control system - Google Patents

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Abstract

To learn a prediction model that is superb in reliability.SOLUTION: A prediction model for use in predicting an objective variable from at least one explanatory variable is updated based on a first evaluation value and second evaluation value. The first evaluation value is calculated as an index representing a prediction error of the prediction model. The second evaluation value is calculated as an index representing a degree of consistency between feature quantities concerning at least some sensitivity directions of the explanatory variables with respect to the objective variable and permissible ranges set for the feature quantities on the basis of known information.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、予測モデルの学習方法、予測モデルの学習装置、及び、プラント制御システムに関する。 The present disclosure relates to a prediction model learning method, a prediction model learning device, and a plant control system.

様々な分野において、互いに因果関係にある説明変数と目的変数との関係を表す予測モデルを用いた、将来的な事象の予測が行われている。例えば、燃料を燃焼する火力プラントでは、プラントの運転条件を規定する制御パラメータを説明変数とするとともに、プラントの効率を目的変数とする予測モデルを構築し、当該予測モデルを用いて運転条件の変化に対する効率の変化を予測することで、最適な運転条件を検証することができる。 In various fields, predictions of future events are being made using prediction models that represent the relationships between explanatory variables and objective variables that are causally related to each other. For example, in a thermal power plant that burns fuel, a prediction model is constructed with the control parameters that define the operating conditions of the plant as explanatory variables and the efficiency of the plant as the objective variable, and changes in operating conditions are used using the prediction model. Optimal operating conditions can be verified by predicting changes in efficiency with respect to.

このような予測モデルは、過去のデータに基づいて説明変数と目的関数との関係を表す教師データを用いた機械学習によって構築することができる。例えば、機械学習の一手法であるニューラルネットワークを利用する場合、訓練データを入力した際の予測モデルの出力値が教師データの値に近づくように、ニューラルネットワークの重みやバイアスといったパラメータを学習することで、予測モデルの構築がなされる。 Such a prediction model can be constructed by machine learning using teacher data that represents the relationship between the explanatory variables and the objective function based on past data. For example, when using a neural network, which is a method of machine learning, it is necessary to learn parameters such as the weight and bias of the neural network so that the output value of the prediction model when the training data is input approaches the value of the teacher data. Then, the prediction model is constructed.

機械学習によって構築された予測モデルを利用した事象予測は、近年、様々な用途に広がっており、例えば商品のレコメンドのような極端に低リスクな用途を除いて、不適切な意思決定を招かないように、十分な信頼性を確保する必要がある。特に、予測モデルが学習した説明変数と目的変数との関係が、既存の知識と異なる場合、不適切な意思決定を引き起こすおそれがある。例えば、既存の知識によれば、温度が上昇すればアイスクリームの売り上げが増加するが、データ不足等が原因で予測モデルが仮に逆の関係(温度が低いほどアイスクリームが売れる)を学習してしまっていた場合、予測モデルのレコメンドは実際とは逆となり、不適切な意思決定を引き起こすおそれがある。 Event prediction using predictive models built by machine learning has spread to a variety of applications in recent years and does not lead to inappropriate decisions except for extremely low-risk applications such as product recommendations. Therefore, it is necessary to ensure sufficient reliability. In particular, if the relationship between the explanatory variables and the objective variables learned by the predictive model is different from the existing knowledge, it may cause inappropriate decision making. For example, according to existing knowledge, if the temperature rises, the sales of ice cream will increase, but due to lack of data etc., the prediction model will learn the opposite relationship (the lower the temperature, the more ice cream will sell). If so, the prediction model recommendations are the opposite of what they really are and can lead to inappropriate decisions.

このような不適切な意思決定を防止するためは、予測モデルの構築に必要な教師データが十分用意されていることが必要となる。特許文献1では、説明変数及び目的変数によって規定されるデータ領域を複数領域に分割し、各領域に対してデータ不足を示す指標値を算出することで、ユーザがデータ不足となっている領域を認識し、信頼性のある予測モデルを構築するために必要な追加データの取得を支援することが提案されている。特に特許文献1では、各領域において説明変数に対する目的変数の感度を考慮してデータ不足を示す指標値を算出することで、予測モデルの予測精度を向上するために追加データ取得が必要となる領域がユーザに提示される。 In order to prevent such inappropriate decision-making, it is necessary to have sufficient teacher data necessary for constructing a prediction model. In Patent Document 1, the data area defined by the explanatory variable and the objective variable is divided into a plurality of areas, and the index value indicating the data shortage is calculated for each area, so that the user can use the data shortage area. It has been proposed to help obtain the additional data needed to recognize and build reliable predictive models. In particular, in Patent Document 1, an area in which additional data acquisition is required in order to improve the prediction accuracy of the prediction model by calculating an index value indicating data shortage in consideration of the sensitivity of the objective variable to the explanatory variable in each area. Is presented to the user.

特開2019-197267号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-197267

上記特許文献1では、十分な信頼性を有する予測モデルを構築するために必要なデータが不足している領域をユーザに提示している。そのため、ユーザが不足しているデータを認識できたとしても、例えばデータ収集にコストや時間を要する場合のように、データ取得自体が困難な場合には、予測モデルの改善を行うことができない。また予測モデルが十分な教師データに基づいて構築されている場合であっても、アルゴリズムの性質や、データの多重共線性によって正しい感度の予測モデルとして構築されておらず、不適切な意思決定をもたらすおそれがある。 The above-mentioned Patent Document 1 presents to the user an area in which data necessary for constructing a predictive model having sufficient reliability is lacking. Therefore, even if the user can recognize the lacking data, the prediction model cannot be improved when the data acquisition itself is difficult, for example, when the data collection requires cost and time. Even if the prediction model is built on sufficient teacher data, it is not built as a prediction model with correct sensitivity due to the nature of the algorithm and the multicollinearity of the data, making inappropriate decisions. May bring.

本開示の少なくとも一態様は上述の事情に鑑みなされたものであり、信頼性に優れた予測モデルを構築可能な予測モデルの学習方法、予測モデルの学習装置、及び、プラント制御システムを提供することを目的とする。 At least one aspect of the present disclosure is made in view of the above circumstances, and provides a learning method of a predictive model capable of constructing a highly reliable predictive model, a learning device of the predictive model, and a plant control system. With the goal.

本開示の少なくとも一態様に係る予測モデルの学習方法は、上記課題を解決するために、
少なくとも1つの説明変数から目的変数を予測するための予測モデルの学習方法であって、
前記予測モデルの予測誤差を示す第1評価値を算出する第1評価値算出工程と、
前記少なくとも1つの説明変数の少なくとも一部の前記目的変数に対する感度方向に関する特徴量と、既知情報に基づいて前記特徴量に対して設定される許容範囲との一致度を示す第2評価値を算出する第2評価値算出工程と、
前記第1評価値及び前記第2評価値に基づいて、前記予測モデルを更新することにより学習を行う予測モデル更新工程と、
を備える。
The method of learning the prediction model according to at least one aspect of the present disclosure is to solve the above-mentioned problems.
A method of learning a prediction model for predicting an objective variable from at least one explanatory variable.
The first evaluation value calculation process for calculating the first evaluation value indicating the prediction error of the prediction model, and
A second evaluation value indicating the degree of agreement between the feature amount related to the sensitivity direction of at least a part of the at least one explanatory variable with respect to the objective variable and the permissible range set for the feature amount based on known information is calculated. Second evaluation value calculation process and
A predictive model update step in which learning is performed by updating the predictive model based on the first evaluation value and the second evaluation value.
To prepare for.

本開示の少なくとも一態様に係る予測モデルの学習装置は、上記課題を解決するために、
少なくとも1つの説明変数から目的変数を予測するための予測モデルの学習装置であって、
前記予測モデルの予測誤差を示す第1評価値を算出する第1評価値算出部と、
前記少なくとも1つの説明変数の少なくとも一部の前記目的変数に対する感度方向に関する特徴量と、既知情報に基づいて前記特徴量に対して設定される許容範囲との一致度を示す第2評価値を算出する第2評価値算出部と、
前記第1評価値及び前記第2評価値に基づいて、前記予測モデルを更新することにより学習を行う予測モデル更新部と、
を備える。
The learning device for the prediction model according to at least one aspect of the present disclosure is to solve the above-mentioned problems.
A prediction model learning device for predicting an objective variable from at least one explanatory variable.
The first evaluation value calculation unit that calculates the first evaluation value indicating the prediction error of the prediction model, and
A second evaluation value indicating the degree of agreement between the feature amount related to the sensitivity direction of at least a part of the at least one explanatory variable with respect to the objective variable and the permissible range set for the feature amount based on known information is calculated. The second evaluation value calculation unit and
A prediction model update unit that performs learning by updating the prediction model based on the first evaluation value and the second evaluation value.
To prepare for.

本開示の少なくとも一態様に係るプラント制御システムは、上記課題を解決するために、
本開示の少なくとも一態様に係る予測モデルの学習装置と、
前記予測モデル更新部によって更新された前記予測モデルに、前記少なくとも1つの説明変数に対応する入力パラメータを入力することにより、前記目的変数に対応するパラメータを予測する予測部と、
前記予測部で予測された前記パラメータに基づいて、前記少なくとも1つの説明変数の最適値を算出する最適値算出部と、
前記最適値に基づいて、プラントを制御する制御部と、
を備える。
The plant control system according to at least one aspect of the present disclosure is to solve the above problems.
The learning device for the prediction model according to at least one aspect of the present disclosure,
A prediction unit that predicts parameters corresponding to the objective variable by inputting input parameters corresponding to the at least one explanatory variable into the prediction model updated by the prediction model update unit.
An optimum value calculation unit that calculates the optimum value of the at least one explanatory variable based on the parameters predicted by the prediction unit.
A control unit that controls the plant based on the optimum value,
To prepare for.

本開示の少なくとも一態様によれば、信頼性に優れた予測モデルを構築可能な予測モデルの学習方法、予測モデルの学習装置、及び、プラント制御システムを提供できる。 According to at least one aspect of the present disclosure, it is possible to provide a predictive model learning method capable of constructing a highly reliable predictive model, a predictive model learning device, and a plant control system.

本開示の少なくとも一実施形態に係るプラント制御システムの全体構成図である。It is an overall block diagram of the plant control system which concerns on at least one Embodiment of this disclosure. 感度方向タイプの分類例と、各感度方向タイプに対応する特徴量及び許容範囲を示す表である。It is a table which shows the classification example of a sensitivity direction type, and the feature amount and allowable range corresponding to each sensitivity direction type. 図1の第2評価値算出部において、説明変数の目的変数に対する感度方向誤差を算出するための構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure for calculating the sensitivity direction error with respect to the objective variable of the explanatory variable in the 2nd evaluation value calculation part of FIG. 本開示の少なくとも一実施形態に係る予測モデルの学習方法を工程毎に示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the learning method of the prediction model which concerns on at least one Embodiment of this disclosure for each process. 図4のステップS20の詳細工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detailed process of step S20 of FIG. 学習装置による予測モデルMの構築に用いられるデータセットのスキャッターマトリクスである。It is a scatter matrix of a data set used for constructing a prediction model M by a learning device. 各説明変数に対する感度方向タイプの選択例である。This is an example of selecting the sensitivity direction type for each explanatory variable. 各説明変数について求められたPDプロット及びICEプロットである。The PD plot and the ICE plot obtained for each explanatory variable. エポック数に対する予測誤差及び感度方向誤差の収束性の検証結果である。This is the verification result of the convergence of the prediction error and the sensitivity direction error with respect to the number of epochs. エポック数に対する予測誤差及び感度方向誤差の収束性の検証結果である。This is the verification result of the convergence of the prediction error and the sensitivity direction error with respect to the number of epochs. 外気温度を表すAT(横軸)と発電電力を表すPE(縦軸)との関係を示すCCPPデータセットである。It is a CCPP data set showing the relationship between AT (horizontal axis) representing the outside air temperature and PE (vertical axis) representing the generated power. 図10AのCCPPデータセットから得られる予測モデルMである。It is a prediction model M obtained from the CCPP data set of FIG. 10A. 体感温度を表すatemp(横軸)とレンタル自転車数を表すcnt(縦軸)との関係を示すバイクシェアリングデータセットである。It is a bike sharing data set showing the relationship between atemp (horizontal axis) representing the sensible temperature and ct (vertical axis) representing the number of rental bicycles. 図11Aのバイクシェアリングデータセットから得られる予測モデルである。It is a predictive model obtained from the bike sharing data set of FIG. 11A. 図10B及び図11Bの各方式で得られる予測モデルの評価結果を比較する表である。It is a table which compares the evaluation result of the prediction model obtained by each method of FIG. 10B and FIG. 11B.

以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本開示の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
Hereinafter, some embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described as embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present disclosure to this, and are merely explanatory examples. do not have.
For example, expressions that represent relative or absolute arrangements such as "in one direction", "along a certain direction", "parallel", "orthogonal", "center", "concentric" or "coaxial" are exact. Not only does it represent such an arrangement, but it also represents a tolerance or a state of relative displacement at an angle or distance to the extent that the same function can be obtained.
For example, expressions such as "same", "equal", and "homogeneous" that indicate that things are in the same state not only represent exactly the same state, but also have tolerances or differences to the extent that the same function can be obtained. It shall also represent the existing state.
For example, the expression representing a shape such as a quadrangular shape or a cylindrical shape not only represents a shape such as a quadrangular shape or a cylindrical shape in a geometrically strict sense, but also an uneven portion or a chamfer within the range where the same effect can be obtained. It shall also represent the shape including the part and the like.
On the other hand, the expressions "equipped", "equipped", "equipped", "included", or "have" one component are not exclusive expressions excluding the existence of other components.

図1は、本開示の少なくとも一実施形態に係るプラント制御システム100の全体構成図である。プラント制御システム100は、プラントが有する制御端を制御対象とする。プラント制御システム100は、例えばコンピュータのような電子演算装置を含むハードウェア構成を有しており、以下に述べる制御を実行するためのプログラムがソフトウェアとしてインストールされることにより、ハードウェア構成と協動して、本開示の少なくとも一実施形態に係るプラント制御システム100として機能するように構成される。 FIG. 1 is an overall configuration diagram of a plant control system 100 according to at least one embodiment of the present disclosure. The plant control system 100 controls the control end of the plant. The plant control system 100 has a hardware configuration including an electronic arithmetic unit such as a computer, and cooperates with the hardware configuration by installing a program for executing the control described below as software. It is configured to function as the plant control system 100 according to at least one embodiment of the present disclosure.

図1には、このようなプラント制御システム100の機能的構成がブロック図として示されている。プラント制御システム100は、予測モデル記憶部110と、説明変数取得部120と、予測部130と、最適値算出部140と、制御部145と、学習装置150と、を備える。 FIG. 1 shows a functional configuration of such a plant control system 100 as a block diagram. The plant control system 100 includes a prediction model storage unit 110, an explanatory variable acquisition unit 120, a prediction unit 130, an optimum value calculation unit 140, a control unit 145, and a learning device 150.

予測モデル記憶部110は、少なくとも1つの説明変数から目的変数yを予測するための予測モデルMを記憶する。以下の実施形態では、予測モデルMの一例として、複数の説明変数X(=x、x、・・・)から目的変数yを予測するための予測モデルを扱うが、説明変数は単数であってもよい。予測モデル記憶部110には予め構築された予測モデルMが記憶されており、当該予測モデルMは、学習装置150による機械学習によって更新可能に構成される。予測モデルMは、例えばニューラルネットワークのように、モデルの性能を示す評価指標を最適化するようにモデルのパラメータを学習するアルゴリズムを用いて構築される。本実施形態では、説明変数Xとして例えばプラントの運転条件に関するパラメータを入力し、目的変数yとして例えばプラントの性能に関するパラメータ(例えば効率など)を予測するための予測モデルMを例に説明する。
尚、以下の説明において、複数の説明変数Xのうちk番目(kは任意の自然数)を示す場合には「説明変数x」と示す。
The prediction model storage unit 110 stores a prediction model M for predicting the objective variable y from at least one explanatory variable. In the following embodiment, as an example of the prediction model M, a prediction model for predicting the objective variable y from a plurality of explanatory variables X k (= x 1 , x 2 , ...) Is handled, but the explanatory variable is singular. May be. The prediction model M stored in advance is stored in the prediction model storage unit 110, and the prediction model M is configured to be updatable by machine learning by the learning device 150. The predictive model M is constructed using an algorithm that learns the parameters of the model so as to optimize the evaluation index indicating the performance of the model, for example, a neural network. In the present embodiment, for example, a prediction model M for inputting a parameter related to the operating conditions of the plant as the explanatory variable X k and predicting a parameter related to the performance of the plant (for example, efficiency) as the objective variable y will be described as an example.
In the following description, when the kth (k is an arbitrary natural number) of a plurality of explanatory variables X k is indicated, it is indicated as "explanatory variable x k ".

説明変数取得部120は、予測モデルMに対して入力されるべき少なくとも1つの説明変数Xを取得する。少なくとも1つの説明変数Xは、上述のように、プラントの運転条件に関するパラメータであり、これらのパラメータは、例えば、プラントに設置されたセンサ検出値のような実測値や、プラントの各構成要素に対する制御値などを用いることができる。 The explanatory variable acquisition unit 120 acquires at least one explanatory variable X k to be input to the prediction model M. As described above, at least one explanatory variable X k is a parameter relating to the operating conditions of the plant, and these parameters are, for example, actually measured values such as sensor detection values installed in the plant and each component of the plant. A control value for, etc. can be used.

予測部130は、予測モデルMを用いて、説明変数取得部120で取得した少なくとも1つの説明変数Xから目的変数yを予測する。具体的には予測部130は予測モデル記憶部110にアクセスすることにより、予測モデル記憶部110から予測モデルMを読み出し、当該予測モデルMに対して説明変数取得部120で取得した少なくとも1つの説明変数Xを入力することにより、目的変数yを算出する。本実施形態では、上述のように、プラントの運転条件に関するパラメータが予測モデルMに入力されることにより、例えばプラントの性能に関するパラメータが予測される。 The prediction unit 130 predicts the objective variable y from at least one explanatory variable X k acquired by the explanatory variable acquisition unit 120 using the prediction model M. Specifically, the prediction unit 130 reads the prediction model M from the prediction model storage unit 110 by accessing the prediction model storage unit 110, and at least one explanation acquired by the explanatory variable acquisition unit 120 for the prediction model M. By inputting the variable X k , the objective variable y is calculated. In the present embodiment, as described above, by inputting the parameters related to the operating conditions of the plant into the prediction model M, for example, the parameters related to the performance of the plant are predicted.

最適値算出部140は、予測部130の予測結果に基づいて、プラントの制御端を制御するための最適値を算出する。最適値は、予測部130によって算出される目的変数yが最良となる場合における説明変数Xとして算出される。例えば予測モデルMによって予測される目的変数yがプラント効率である場合、プラント効率が最良となる場合における説明変数Xに対応するパラメータが最適値として算出される。 The optimum value calculation unit 140 calculates the optimum value for controlling the control end of the plant based on the prediction result of the prediction unit 130. The optimum value is calculated as an explanatory variable X k when the objective variable y calculated by the prediction unit 130 is the best. For example, when the objective variable y predicted by the prediction model M is the plant efficiency, the parameter corresponding to the explanatory variable X k when the plant efficiency is the best is calculated as the optimum value.

制御部145は、最適値算出部140で算出された説明変数Xの最適値に基づいて、プラントを制御する。これにより、目的変数yが最良となるプラント制御が可能となる。 The control unit 145 controls the plant based on the optimum value of the explanatory variable Xk calculated by the optimum value calculation unit 140. This enables plant control in which the objective variable y is the best.

学習装置150は、機械学習を行うことにより、予測モデル記憶部110に記憶された予測モデルMを更新する。学習装置150による機械学習は、所定のタイミングで繰り返し実施されることにより、予測モデルMの信頼性が逐次改善される。特に学習装置150は、以下の構成を有することにより、不適切な意思決定を引き起こすおそれが少なく、優れた信頼性を有するように予測モデルMを学習する。 The learning device 150 updates the prediction model M stored in the prediction model storage unit 110 by performing machine learning. By repeatedly performing machine learning by the learning device 150 at a predetermined timing, the reliability of the prediction model M is sequentially improved. In particular, the learning device 150 learns the prediction model M so as to have the following configuration, which is less likely to cause inappropriate decision making and has excellent reliability.

図1に示すように、学習装置150は、データセット作成部152と、第1評価値算出部156と、第2評価値算出部158と、知識テーブル記憶部159と、解析部160と、予測モデル更新部162とを備える。 As shown in FIG. 1, the learning device 150 includes a data set creation unit 152, a first evaluation value calculation unit 156, a second evaluation value calculation unit 158, a knowledge table storage unit 159, and an analysis unit 160. A model update unit 162 is provided.

データセット作成部152は、予測モデル記憶部110に記憶された予測モデルMを用いて、複数の説明変数Xと目的変数yとを含むデータセットDSを作成する。データセットDSの作成は、例えば、複数の説明変数Xを予測モデルMに入力して目的変数yを出力し、これらの説明変数x及び目的変数yを紐づけることにより行われる。 The data set creation unit 152 creates a data set DS including a plurality of explanatory variables X k and an objective variable y by using the prediction model M stored in the prediction model storage unit 110. The creation of the data set DS is performed, for example, by inputting a plurality of explanatory variables X k into the prediction model M, outputting the objective variable y, and associating these explanatory variables x and the objective variable y.

またデータセット作成部152は、予測モデルMの機械学習に用いられる教師データTDを出力する。教師データTDは、例えば、プラントの運転データが予め保存されたデータベース(不図示)に用意されており、データベース作成部152は当該データベースにアクセスすることにより取得した教師データTDを出力する。教師データTDは、データセット作成部152で作成されたデータセットDSと同様に、複数の説明変数X及び目的変数yを含むように用意される。 Further, the data set creation unit 152 outputs the teacher data TD used for machine learning of the prediction model M. The teacher data TD is prepared, for example, in a database (not shown) in which plant operation data is stored in advance, and the database creation unit 152 outputs the teacher data TD acquired by accessing the database. The teacher data TD is prepared to include a plurality of explanatory variables X k and an objective variable y, as in the data set DS created by the data set creation unit 152.

第1評価値算出部156は、第1評価値R1を算出する。第1評価値R1は、予測モデルMの教師データに対する予測誤差を示す指標である。本実施形態では、第1評価値算出部156は、データセット作成部152で作成されたデータセットDS、及び、教師データ取得部154で取得された教師データTDに基づいて算出される予測誤差eとして算出される。 The first evaluation value calculation unit 156 calculates the first evaluation value R1. The first evaluation value R1 is an index showing a prediction error with respect to the teacher data of the prediction model M. In the present embodiment, the first evaluation value calculation unit 156 has a prediction error e calculated based on the data set DS created by the data set creation unit 152 and the teacher data TD acquired by the teacher data acquisition unit 154. Calculated as p .

第2評価値算出部158は、第2評価値R2を算出する。第2評価値R2は、予測モデルMにおける複数の説明変数Xの目的変数yに対する感度方向に関する指標であり、より具体的には、複数のXの目的変数yの感度方向に関する特徴量と、特徴量に対して設定される許容範囲との一致度を示す。 The second evaluation value calculation unit 158 calculates the second evaluation value R2. The second evaluation value R2 is an index relating to the sensitivity direction of the plurality of explanatory variables X k in the prediction model M with respect to the objective variable y, and more specifically, the feature quantity relating to the sensitivity direction of the plurality of X k objective variables y. , Indicates the degree of agreement with the allowable range set for the feature amount.

第2評価値R2の算出は、知識テーブル記憶部159に記憶された知識テーブルKTに基づいて行われる。知識テーブルKTには、感度方向を分類するための感度方向タイプtsdが規定される。複数の説明変数Xの目的変数yに対する感度方向は、知識テーブルKTに規定された感度方向タイプtsdのいずれかに分類可能である。 The calculation of the second evaluation value R2 is performed based on the knowledge table KT stored in the knowledge table storage unit 159. The knowledge table KT defines a sensitivity direction type t sd for classifying the sensitivity direction. The sensitivity direction of the plurality of explanatory variables X k with respect to the objective variable y can be classified into any of the sensitivity direction types t sd specified in the knowledge table KT.

ここで図2は、感度方向タイプtsdの分類例と、各感度方向タイプtsdに対応する特徴量及び許容範囲を示す表である。感度方向タイプtsdの分類には様々なパターンが考えられるが、本実施形態では、「増加」、「減少」、「下に凸」、「上に凸」、「無視可能」及び「未知」の6パターンに分類可能な場合について、例示的に説明する。 Here, FIG. 2 is a table showing a classification example of the sensitivity direction type t sd , and a feature amount and an allowable range corresponding to each sensitivity direction type t sd . Various patterns can be considered for the classification of the sensitivity direction type t sd , but in this embodiment, "increase", "decrease", "convex downward", "convex upward", "negligible" and "unknown". The case where it can be classified into the 6 patterns of the above will be described by way of example.

感度方向タイプtsdが「増加」に分類される場合、複数の説明変数Xのうち説明変数xを除く他の説明変数Xを固定値とした場合に、説明変数xが増加するに従って、目的変数yもまた増加する感度方向を有する(このとき、複数の説明変数Xのうち説明変数xを除く他の説明変数Xは定数とする)。例えば、説明変数xと目的変数yとの関係が近似線y=a・xによって表される場合、感度方向タイプtsdに対応する特徴量は、A(=a (0)、a (1)、・・・、a (n))であり、当該特徴量の許容範囲として、傾きaの上限値amax(>0)、及び、下限値amin(>0)が規定される。 When the sensitivity direction type t sd is classified as "increase", the explanatory variable x k increases when the other explanatory variables X c excluding the explanatory variable x k among the plurality of explanatory variables X k are set as fixed values. Accordingly, the objective variable y also has an increasing sensitivity direction (at this time, among the plurality of explanatory variables X k , the other explanatory variables X c excluding the explanatory variable x k are constants). For example, when the relationship between the explanatory variable x k and the objective variable y is represented by the approximation line y = a · x k , the features corresponding to the sensitivity direction type tsd are Ak (= a k ( 0) , a). k (1) , ..., a k (n) ), and the upper limit value a max (> 0) and the lower limit value a min (> 0) of the slope a are defined as the allowable range of the feature amount. Will be done.

感度方向タイプtsdが「減少」である場合は、複数の説明変数Xのうち説明変数xを除く他の説明変数Xを固定値とした場合に、説明変数xが増加するに従って、目的変数yが減少する感度方向を有する(このとき、複数の説明変数Xのうち説明変数xを除く他の説明変数Xは定数とする)。例えば、説明変数xと目的変数yとの関係が近似線y=a・xによって表される場合、感度方向タイプtsdに対応する特徴量はA(=a (0)、a (1)、・・・、a (n))であり、当該特徴量の許容範囲として、傾きaの上限値amax(<0)、及び、下限値amin(<0)が規定される。 When the sensitivity direction type t sd is "decrease", when the explanatory variables X c other than the explanatory variables x k among the plurality of explanatory variables X k are set as fixed values, as the explanatory variables x k increase. , The objective variable y has a sensitivity direction in which it decreases (at this time, among the plurality of explanatory variables X k , the other explanatory variables X c excluding the explanatory variable x k are constants). For example, when the relationship between the explanatory variable x k and the objective variable y is represented by the approximation line y = a · x k , the features corresponding to the sensitivity direction type t sd are Ak (= a k ( 0) , a). k (1) , ..., Ak (n) ), and the upper limit value a max (<0) and the lower limit value a min (<0) of the slope a are defined as the allowable range of the feature amount. Will be done.

感度方向タイプtsdが「下に凸」である場合は、複数の説明変数Xのうち説明変数xを除く他の説明変数Xを固定値とした場合に、初期段階では説明変数xが増加するに従って目的関数yが減少し、途中から目的関数yが増加に転じる感度方向を有する(このとき、複数の説明変数Xのうち説明変数xを除く他の説明変数Xは定数とする)。例えば、説明変数xと目的変数yとの関係が近似線dy/dx=a’・xで表される場合、感度方向タイプtsdに対応する特徴量はA’(=a’k (0)、a’k (1)、・・・、a’k(n))、及び、Xipk(=xipk (0)、xipk (1)、・・・、xipk (n))であり、当該特徴量の許容範囲として、傾きa’の上限値a’max(>0)、下限値a’min(>0)、及び、説明変数xの変曲点座標Xipkの上限値xipmax、下限値xipminが規定される。 When the sensitivity direction type t sd is "convex downward", when the explanatory variables X c other than the explanatory variables x k among the plurality of explanatory variables X k are set as fixed values, the explanatory variables x at the initial stage. The objective function y decreases as k increases, and the objective function y has a sensitivity direction in which the objective function y turns to increase from the middle (at this time, among the plurality of explanatory variables X k , the other explanatory variables X c excluding the explanatory variables x k are Let it be a constant). For example, when the relationship between the explanatory variable x k and the objective variable y is represented by the approximation line dy / dx = a'· x k , the feature quantity corresponding to the sensitivity direction type t sd is A'k (= a'k ). (0) , a'k ( 1) , ..., a'k (n)), and X ipk (= x ipk (0) , x ipk (1) , ..., x ipk (n) ), As the permissible range of the feature amount, the upper limit value a'max (> 0) of the slope a', the lower limit value a'min (> 0), and the inflection point coordinates X ipk of the explanatory variable x k . An upper limit value x ipmax and a lower limit value x ipmin are specified.

感度方向タイプtsdが「上に凸」である場合は、複数の説明変数Xのうち説明変数xを除く他の説明変数Xを固定値とした場合に、初期段階では説明変数xが増加するに従って目的関数yが増加し、途中から目的関数yが減少に転じる感度方向を有する(このとき、複数の説明変数Xのうち説明変数xを除く他の説明変数Xは定数とする)。例えば、説明変数xと目的変数yとの関係が近似線dy/dx=a’xで表される場合、感度方向タイプtsdに対応する特徴量はA’(=a’k (0)、a’k (1)、・・・、a’k(n))、及び、Xipk(=xipk (0)、xipk (1)、・・・、xipk (n))であり、当該特徴量の許容範囲として、傾きa’の上限値a’max(<0)、下限値a’min(<0)、及び、説明変数xの変曲点座標Xipkの上限値xipmax、下限値xipminが規定される。 When the sensitivity direction type t sd is "convex upward", when the explanatory variables X c other than the explanatory variables x k among the plurality of explanatory variables X k are set as fixed values, the explanatory variables x at the initial stage. The objective function y increases as k increases, and the objective function y starts to decrease from the middle. (At this time, among the plurality of explanatory variables X k , the other explanatory variables X c excluding the explanatory variables x k are Let it be a constant). For example, when the relationship between the explanatory variable x k and the objective variable y is represented by the approximation line dy / dx = a'x, the feature quantity corresponding to the sensitivity direction type tsd is A'k (= a'k (0)). , A'k (1) , ..., a'k (n)), and X ipk (= x ipk (0) , x ipk (1) , ..., x ipk (n) ). As the permissible range of the feature amount, the upper limit value a'max (<0) of the slope a', the lower limit value a'min (<0), and the inflection point coordinate X ipk of the explanatory variable x k are the upper limit value x. ipmax and lower limit x ipmin are specified.

感度方向タイプtsdが「無視可能」である場合は、複数の説明変数Xのうち説明変数xを除く他の説明変数Xを固定値とした場合に、説明変数xの変化に対する目的変数yの変化が無視可能な程度に小さい感度方向を有する(このとき、複数の説明変数Xのうち説明変数xを除く他の説明変数Xは定数とする)。この場合、実質的に、前述の感度方向タイプtsdが「増加」又は「減少」の場合において傾きaが十分に小さい場合に相当する。そのため、感度方向タイプtsdに対応する特徴量はA(=a (0)、a (1)、・・・、a (n))であり、当該特徴量の許容範囲として、感度方向タイプtsdが「増加」又は「減少」の場合と同様に、傾きaの上限値amax、及び、下限値aminが規定される。 When the sensitivity direction type t sd is "negligible", when the other explanatory variables X c excluding the explanatory variables x k among the plurality of explanatory variables X k are set as fixed values, the change of the explanatory variables x k is satisfied. The sensitivity direction is so small that the change in the objective variable y is negligible (at this time, among the plurality of explanatory variables X k , the other explanatory variables X c excluding the explanatory variable x k are constants). In this case, it corresponds to the case where the inclination a is sufficiently small when the above-mentioned sensitivity direction type tsd is "increase" or "decrease". Therefore, the feature amount corresponding to the sensitivity direction type tsd is Ak (= ak (0) , ak (1) , ..., Ak ( n ) ), and the sensitivity is allowed as the allowable range of the feature amount. As in the case where the direction type tsd is "increase" or "decrease", the upper limit value a max and the lower limit value a min of the slope a are specified.

感度方向タイプtsdが「未知」である場合は、複数の説明変数Xのうち説明変数xを除く他の説明変数Xを固定値とした場合に、説明変数xと目的変数yとの関係が不明であるため、特徴量及び当該特徴量に対応する許容範囲は規定されず、感度方向誤差は常に0とみなされる。 When the sensitivity direction type t sd is "unknown", the explanatory variable x k and the objective variable y when the other explanatory variables X c excluding the explanatory variable x k among the plurality of explanatory variables X k are set as fixed values. Since the relationship with the feature amount is unknown, the feature amount and the permissible range corresponding to the feature amount are not defined, and the sensitivity direction error is always regarded as 0.

第2評価値算出部158は、少なくとも1つの説明変数Xの目的変数yに対する感度方向誤差esdkを算出することにより、予測モデルの感度方向誤差esdを算出する。ここで図3は図1の第2評価値算出部158において、ある説明変数xの目的変数yに対する感度方向誤差esdkを算出するための構成を示すブロック図である。第2評価値算出部158は、特徴量算出部158aと、感度方向誤差算出部158bと、を備える。 The second evaluation value calculation unit 158 calculates the sensitivity direction error e sd of the prediction model by calculating the sensitivity direction error e sdk with respect to the objective variable y of at least one explanatory variable X k . Here, FIG. 3 is a block diagram showing a configuration for calculating the sensitivity direction error e sdk with respect to the objective variable y of a certain explanatory variable x k in the second evaluation value calculation unit 158 of FIG. 1. The second evaluation value calculation unit 158 includes a feature amount calculation unit 158a and a sensitivity direction error calculation unit 158b.

特徴量算出部158aは、説明変数xに対して選択される感度方向タイプtsd、及び、データセット作成部152によって作成されたデータセットDSに基づいて特徴量を算出する。ここで算出される特徴量は、特徴量算出部158aに入力される感度方向タイプtsdの種類に基づいて、以下のように算出される。 The feature amount calculation unit 158a calculates the feature amount based on the sensitivity direction type t sd selected for the explanatory variable x k and the data set DS created by the data set creation unit 152. The feature amount calculated here is calculated as follows based on the type of the sensitivity direction type tsd input to the feature amount calculation unit 158a.

感度方向タイプtsdが「増加」、「減少」、「無視可能」である場合には、特徴量算出部158aは、特徴量としてA(=a (0)、a (1)、・・・、a (n))を次式から算出する。

Figure 2022011858000002
ここでxk、jは、ICEプロットにおける説明変数xのm個の成分のうちj番目を示す。またXは、各xk、j(=[xk、0、xk、1、・・・xk、m])のベクトルである。またF(X,X (i))は各f(xk、j、X (i))のベクトルであり、F’(X,X (i))は各f’(xk、j、X (i))のベクトルである。尚、f’はfのxによる微分である。 When the sensitivity direction type t sd is "increase", "decrease", or "negligible", the feature amount calculation unit 158a determines that the feature amount is Ak (= a k (0), a k ( 1 ) , ..., Ak (n) ) is calculated from the following equation.
Figure 2022011858000002
Here, x k and j indicate the jth of the m components of the explanatory variable x k in the ICE plot. Further, X k is a vector of each x k, j (= [x k, 0 , x k, 1 , ... x k, m ]). Further, F (X k , X c (i) ) is a vector of each f (x k, j , X c (i) ), and F'(X k , X c (i) ) is each f'(x). It is a vector of k, j , X c (i) ). In addition, f'is a derivative of f by x k .

また感度方向タイプtsdが「上に凸状」、「下に凸状」である場合には、特徴量算出部158aは、特徴量としてA’(=a’k (0)、a’k (1)、・・・、a’k(n))、及び、Xipk(=xipk (0)、xipk (1)、・・・、xipk (n))を次式から算出する。

Figure 2022011858000003
Figure 2022011858000004
When the sensitivity direction type t sd is "convex upward" and "convex downward", the feature amount calculation unit 158a is used as a feature amount of A'k (= a'k (0) , a'. k (1) , ..., a'k (n)) and X ipk (= x ipk (0) , x ipk (1) , ..., x ipk (n) ) are calculated from the following equations. do.
Figure 2022011858000003
Figure 2022011858000004

続いて感度方向誤差算出部158bは、特徴量算出部158aによって算出された特徴量、及び、当該特徴量に対応する許容範囲に基づいて、感度方向誤差esdkを算出する。
例えば、感度方向タイプtsdが「増加」、「減少」、「無視可能」である場合には、感度方向誤差esdkは、当該感度方向タイプtsdに対応する特徴量A、及び、特徴量Aに対応する許容範囲(amax、amin)を用いて次式により求められる。
sdk=calDev(A、amax、amin) (4)
Subsequently, the sensitivity direction error calculation unit 158b calculates the sensitivity direction error e sdk based on the feature amount calculated by the feature amount calculation unit 158a and the allowable range corresponding to the feature amount.
For example, when the sensitivity direction type t sd is "increase", "decrease", or "negligible", the sensitivity direction error e sdk is the feature amount Ak corresponding to the sensitivity direction type tsd and the feature amount. It is obtained by the following equation using the permissible range (a max , a min ) corresponding to Ak .
e sdk = calDev (Ak, a max , a min ) (4)

ここでcalDevは、特徴量Aの許容範囲(amax、amin)からの乖離量の二乗平均を出力する関数である。具体例を挙げると、例えば、特徴量A=[-0.3,0.0,1.1]であり、amax=0.5、amin=0.0に設定された場合、感度方向誤差esdkは、次式のように算出される。
sdk=(0.3)+(0.0)+(0.6)=0.15
Here, calDev is a function that outputs the root mean square of the amount of deviation from the permissible range (a max , a min ) of the feature amount Ak. To give a specific example, for example, when the feature amount Ak = [ -0.3,0.0,1.1 ] and a max = 0.5 and a min = 0.0 are set, the sensitivity direction error e sdk is. It is calculated as follows.
e sdk = (0.3) 2 + (0.0) 2 + (0.6) 2 = 0.15

また感度方向タイプtsdが「上に凸」、「下に凸」である場合には、感度方向誤差esdkは、当該感度方向タイプtsdに対応する特徴量A’、Xipk、及び、特徴量A’、Xipkに対応する許容範囲(a’max、a’min、xipmax、xipmin)を用いて次式により求められる。
sdk=calDev(A’、a’max、a’min)+calDev(Xipk、xipmax、xipmin) (5)
ここでcalDevは、特徴量A’、Xipkの許容範囲(a’max、a’min、xipmax、xipmin)からの乖離量の二乗平均を出力する関数である。
When the sensitivity direction type t sd is "convex upward" and "convex downward", the sensitivity direction error e sdk is the feature quantities A'k , X ipk , and corresponding to the sensitivity direction type t sd . , The permissible range corresponding to the feature quantities A'k and X ipk ( a'max , a'min , xipmax , xipmin ) is used and is obtained by the following equation.
e sdk = calDev ( A'k , a'max , a'min ) + calDev (X ipk , x ipmax , x ipmin ) (5)
Here, calDev is a function that outputs the root mean square of the deviation amount from the allowable range of the feature quantities A'k and X ipk ( a'max, a'min, x ipmax , x ipmin ).

第2評価値算出部158は、このように各説明変数xについて感度方向誤差esdkを算出し、これらを合成することにより、予測モデルMの感度方向タイプtsdを示す第2評価値R2を算出する。 The second evaluation value calculation unit 158 calculates the sensitivity direction error e sdk for each explanatory variable x k in this way, and by synthesizing these, the second evaluation value R2 indicating the sensitivity direction type t sd of the prediction model M. Is calculated.

図1に戻って、解析部160は、第1評価値算出部156で算出された第1評価値R1、及び、第2評価値算出部158で算出された第2評価値R2に基づいて予測モデルMの総合誤差eを算出する。例えば第1評価値R1として算出される予測誤差e、及び、第2評価値R2として算出される感度方向誤差esdの線形和として、総合誤差eが算出される。 Returning to FIG. 1, the analysis unit 160 predicts based on the first evaluation value R1 calculated by the first evaluation value calculation unit 156 and the second evaluation value R2 calculated by the second evaluation value calculation unit 158. The total error e of the model M is calculated. For example, the total error e is calculated as the linear sum of the prediction error e p calculated as the first evaluation value R1 and the sensitivity direction error e sd calculated as the second evaluation value R2.

予測モデル更新部162は、解析部160で算出された総合誤差eに基づいて、予測モデル記憶部110に記憶された予測モデルMを更新する。例えば、予測モデル更新部162は、総合誤差eが最小になるように予測モデルMの更新を行う。例えば予測モデルMがニューラルネットワークとして構築されている場合には、ニューラルネットワークの入力層及び出力層の間に存在する各隠れ層の間に設定される各係数が、総合誤差eを最小するように更新される。このような予測モデルMの更新演算は所定の回数実行されることで、予測モデルMの学習が行われる。 The prediction model update unit 162 updates the prediction model M stored in the prediction model storage unit 110 based on the total error e calculated by the analysis unit 160. For example, the prediction model update unit 162 updates the prediction model M so that the total error e is minimized. For example, when the prediction model M is constructed as a neural network, each coefficient set between each hidden layer existing between the input layer and the output layer of the neural network minimizes the total error e. Will be updated. The prediction model M is learned by executing such an update operation of the prediction model M a predetermined number of times.

従来の教師データあり機械学習では、予測モデルMの更新は、第1評価値R1のみに基づいて、予測誤差eが最小になるように行われていた。この場合、教師データTDが不足していると、教師データに対する予測誤差eだけが低減して、感度方向誤差が大きい予測モデルMが得られる可能性がある。このような予測モデルMは正しい感度を持っていないので、前述したような不適切な意思決定を招くおそれがある。 In the conventional machine learning with teacher data, the prediction model M is updated based only on the first evaluation value R1 so that the prediction error ep is minimized. In this case, if the teacher data TD is insufficient, only the prediction error ep with respect to the teacher data may be reduced, and a prediction model M having a large sensitivity direction error may be obtained. Since such a prediction model M does not have the correct sensitivity, it may lead to inappropriate decision making as described above.

本実施形態では、予測モデルMの更新が、第1評価値R1及び第2評価値R2の両方に基づいて行われることにより、このような課題を効果的に解決することができる。第2評価値R2は、前述のように予測モデルMの感度方向誤差esdを考慮して算出されるため、予測誤差eを示す第1評価値R1とともに考慮することで、例えば教師データTDが不足している場合など、正しい感度を学習することが難しい場合であっても、予測モデルMによる予測精度を向上できる。例えば、学習に用いられるデータセットDSが教師データTDに近い場合には、仮に第1評価値R1のみを考慮した学習では過学習が生じる可能性があるが、第2評価値R2を考慮することで、このような可能性を好適に回避し、信頼性に優れた予測モデルMの学習が可能となる。また教師データTDが不足していない場合であっても、従来に比べて学習精度を向上することができる。その結果、予測モデルMによって不適切な意思決定を招く可能性を低減し、より信頼性に優れた機械学習を行うことができる。 In the present embodiment, such a problem can be effectively solved by updating the prediction model M based on both the first evaluation value R1 and the second evaluation value R2. Since the second evaluation value R2 is calculated in consideration of the sensitivity direction error e sd of the prediction model M as described above, by considering it together with the first evaluation value R1 indicating the prediction error e p , for example, the teacher data TD Even when it is difficult to learn the correct sensitivity, such as when there is a shortage, the prediction accuracy by the prediction model M can be improved. For example, when the data set DS used for learning is close to the teacher data TD, overfitting may occur in the learning considering only the first evaluation value R1, but the second evaluation value R2 should be considered. Therefore, it is possible to avoid such a possibility and learn a highly reliable prediction model M. Further, even when the teacher data TD is not insufficient, the learning accuracy can be improved as compared with the conventional case. As a result, the possibility that the prediction model M leads to inappropriate decision making can be reduced, and more reliable machine learning can be performed.

続いて上記構成を有する学習装置150によって実施される予測モデルMの学習方法について説明する。図4は本開示の少なくとも一実施形態に係る予測モデルMの学習方法を工程毎に示すフローチャートである。 Subsequently, a learning method of the prediction model M carried out by the learning device 150 having the above configuration will be described. FIG. 4 is a flowchart showing the learning method of the prediction model M according to at least one embodiment of the present disclosure for each process.

まず第1評価値算出部156は、第1評価値R1を算出する(ステップS10)。まず第1評価値R1の算出は、前述したように、データセット作成部152で作成されたデータセットDS、及び、教師データ取得部154で取得された教師データTDに基づく予測誤差eを求めることにより行われる。 First, the first evaluation value calculation unit 156 calculates the first evaluation value R1 (step S10). First, in the calculation of the first evaluation value R1, as described above, the prediction error ep based on the data set DS created by the data set creation unit 152 and the teacher data TD acquired by the teacher data acquisition unit 154 is obtained. It is done by.

尚、データセット作成部152で作成されたデータセットDSはバッチデータとして取り扱われてもよい。バッチデータは、データセットDSを少なくとも一つ含み、複数個のデータセットDSを含んでもよい。このようにデータセットDSとしてバッチデータを用いることで、後述する繰り返し演算回数を削減し、学習装置150の処理負担を効果的に軽減することができる。 The data set DS created by the data set creation unit 152 may be treated as batch data. The batch data includes at least one dataset DS and may include a plurality of dataset DSs. By using the batch data as the data set DS in this way, it is possible to reduce the number of repeated operations described later and effectively reduce the processing load of the learning device 150.

続いて第2評価値算出部158は、第2評価値R2を算出する(ステップS20)。ここで第2評価値R2の算出方法について、図5を参照して、より詳しく説明する。図5は図4のステップS20の詳細工程を示すフローチャートである。 Subsequently, the second evaluation value calculation unit 158 calculates the second evaluation value R2 (step S20). Here, the calculation method of the second evaluation value R2 will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 5 is a flowchart showing the detailed process of step S20 of FIG.

図5では、まず複数の説明変数Xから任意の1つを指定するための定数kを初期値「1」に設定する(ステップS21)。そして説明変数Xについて感度方向タイプtsdを選択する(ステップS22)。感度方向タイプtsdの選択は、例えば、ユーザが有する知見に基づいて、説明変数Xを除く他の説明変数Xを定数とした場合に、説明変数Xが目的変数yに対してどの感度方向タイプtsdを有するかを判断することにより行われる。続いて、特徴量算出部158aは、ステップS22で選択された感度方向タイプtsdに対応する特徴量A、A’、Xipkを算出する(ステップS23)。ステップS23における特徴量A、A’、Xipkの算出は、ステップS22で選択された感度方向タイプtsdに対応するように、上記(1)~(3)式に説明変数X、Xが入力されることで行われる。 In FIG. 5, first, the constant k for designating an arbitrary one from the plurality of explanatory variables X k is set to the initial value “1” (step S21). Then, the sensitivity direction type t sd is selected for the explanatory variable X k (step S22). The selection of the sensitivity direction type t sd is based on the knowledge of the user, for example, when the explanatory variables X c other than the explanatory variable X k are set as constants, which of the explanatory variables X k is relative to the objective variable y. It is done by determining if it has the sensitivity direction type t sd . Subsequently, the feature amount calculation unit 158a calculates the feature amounts Ak , A'k , and X ipk corresponding to the sensitivity direction type tsd selected in step S22 (step S23). In the calculation of the feature quantities Ak, A'k , and X ipk in step S23, the explanatory variables X k , are expressed in the above equations ( 1) to (3) so as to correspond to the sensitivity direction type t sd selected in step S22. This is done by inputting X c .

続いて感度方向誤差算出部158bは、ステップS23で算出された特徴量A、A’、Xipkを用いて、説明変数Xに対応する感度方向誤差esdkが算出される(ステップS24)。ステップS24における感度方向誤差esdkの算出は、ステップS22で選択された感度方向タイプtsdに対応するように、上記(4)又は(5)式に従って行われる。 Subsequently, the sensitivity direction error calculation unit 158b calculates the sensitivity direction error e sdk corresponding to the explanatory variable X k using the feature quantities Ak, A'k , and X ipk calculated in step S23 ( step S24). ). The calculation of the sensitivity direction error e sdk in step S24 is performed according to the above equation (4) or (5) so as to correspond to the sensitivity direction type t sd selected in step S22.

続いて定数kをインクリメントし(ステップS25)、その後、定数kが上限値kmax以上であるか否かを判定する(ステップS26)。上記説明では、ステップS21でk=1に設定されているため、1回目のステップS25ではk=1+1=2となる。そのため、定数kが上限値kmax未満であるとして(ステップS26:NO)、処理がステップS22に戻されることで、次の説明変数Xについて、同様の感度方向誤差esdkが算出される。このような感度方向誤差esdkの算出ループは、全ての説明変数について感度方向誤差esdkの算出が行われるまで繰り返される。 Subsequently, the constant k is incremented (step S25), and then it is determined whether or not the constant k is equal to or greater than the upper limit value k max (step S26). In the above description, since k = 1 is set in step S21, k = 1 + 1 = 2 in the first step S25. Therefore, assuming that the constant k is less than the upper limit value k max (step S26: NO), the process is returned to step S22, so that the same sensitivity direction error e sdk is calculated for the next explanatory variable X k . The calculation loop of the sensitivity direction error e sdk is repeated until the sensitivity direction error e sdk is calculated for all the explanatory variables.

全ての説明変数について感度方向誤差esdkの算出が完了すると(ステップS26:YES)、解析部160は、各説明変数について算出された感度方向誤差esdkを合成することにより、予測モデルMの感度方向誤差esdを算出する(ステップS27)。本実施形態では、感度方向誤差esdは、各説明変数について算出された感度方向誤差esdkの線形和として、次式により求められる。
sd=esd1+esd2+・・・ (6)
尚、(6)式では各説明変数に対応する感度方向誤差esdkに対して所定の重み付け係数を設定してもよい。
When the calculation of the sensitivity direction error e sdk for all the explanatory variables is completed (step S26: YES), the analysis unit 160 synthesizes the sensitivity direction error e sdk calculated for each explanatory variable to obtain the sensitivity of the prediction model M. The direction error e sd is calculated (step S27). In the present embodiment, the sensitivity direction error e sd is obtained by the following equation as a linear sum of the sensitivity direction error e sdk calculated for each explanatory variable.
e sd = e sd 1 + e sd 2 + ... (6)
In the equation (6), a predetermined weighting coefficient may be set for the sensitivity direction error e sdk corresponding to each explanatory variable.

図4に戻って、予測モデル更新部162は、ステップS10で算出された第1評価値R1、及び、ステップS20で算出された第2評価値R2に基づいて、予測モデルMを更新する(ステップS30)。ステップS30における予測モデルMの更新は、次式によって得られる総合誤差eが最小になるように行われる。
e=e+rsde×esd (7)
尚、係数rsdeは任意の定数である。
Returning to FIG. 4, the prediction model update unit 162 updates the prediction model M based on the first evaluation value R1 calculated in step S10 and the second evaluation value R2 calculated in step S20 (step). S30). The update of the prediction model M in step S30 is performed so that the total error e obtained by the following equation is minimized.
e = e p + r sde x e sd (7)
The coefficient r sde is an arbitrary constant.

このように第1評価値R1及び第2評価値R2に基づいて予測モデルMを更新することにより、教師データTDが不足している場合であっても、良好な学習精度を得ることができ、信頼性を向上できる。そしてプラント制御システム100では、当該予測モデルMを用いて制御パラメータの予測を行うことで、プラントの制御端を適切に制御することができる。 By updating the prediction model M based on the first evaluation value R1 and the second evaluation value R2 in this way, good learning accuracy can be obtained even when the teacher data TD is insufficient. Reliability can be improved. Then, in the plant control system 100, the control end of the plant can be appropriately controlled by predicting the control parameters using the prediction model M.

<検証1>
続いて上述の学習装置150によって更新された予測モデルMの信頼性に関する検証結果について説明する。図6は、学習装置150による予測モデルMの構築に用いられるデータセットDSのスキャッターマトリクスである。このスキャッターマトリクスは、9つの説明変数x1~x9、及び、目的変数yからなるデータセットDSを10組含んで構成される。スキャッターマトリクスの各成分は、それぞれ次式を満たすように0.0~1.0の間を0.01ステップ間隔で規定され、これに少量のノイズ成分を付加することで形成されている。このデータセットにおいては各説明変数x1~x9と目的変数yとは線形関係にあるため、感度方向学習無しで、予測モデルMが「上に凸」や「下に凸」の感度方向を学習することが考えにくい。
y=x1=x2=・・・=x9 (8)
<Verification 1>
Subsequently, the verification result regarding the reliability of the prediction model M updated by the learning device 150 described above will be described. FIG. 6 is a scatter matrix of the data set DS used for constructing the prediction model M by the learning device 150. This scatter matrix is composed of 10 sets of data set DS including 9 explanatory variables x1 to x9 and an objective variable y. Each component of the scatter matrix is defined at intervals of 0.01 steps between 0.0 and 1.0 so as to satisfy the following equation, and is formed by adding a small amount of noise component to the interval. .. In this data set, since each explanatory variable x1 to x9 and the objective variable y have a linear relationship, the prediction model M learns the sensitivity direction of "upward convex" or "downward convex" without learning the sensitivity direction. It's hard to think of.
y = x1 = x2 = ... = x9 (8)

続いて、感度報告学習の効果を確認するために、このように用意されたスキャッターマトリクスに規定される9つの説明変数x1~x9について、それぞれ感度方向タイプtsdの選択を行う。図7は各説明変数x1~x9に対する感度方向タイプtsdの選択例である。この例では、説明変数x1、x6に対して「上に凸」の感度方向タイプtsdが選択され、説明変数x2、x7に対して「下に凸」の感度方向タイプtsdが選択され、説明変数x3、x8に対して「減少」の感度方向タイプtsdが選択され、説明変数x4、x9に対して「増加」の感度方向タイプtsdが選択され、説明変数x5に対して「無視可能」の感度方向タイプtsdが選択される。
尚、図7では、各説明変数x1~x9に選択された感度方向タイプtsdに対応する許容範囲がそれぞれ示されている。
Subsequently, in order to confirm the effect of the sensitivity report learning, the sensitivity direction type t sd is selected for each of the nine explanatory variables x1 to x9 defined in the scatter matrix prepared in this way. FIG. 7 is an example of selecting the sensitivity direction type t sd for each explanatory variable x1 to x9. In this example, the "upwardly convex" sensitivity direction type tsd is selected for the explanatory variables x1 and x6, and the "downwardly convex" sensitivity direction type tsd is selected for the explanatory variables x2 and x7. The "decrease" sensitivity direction type t sd is selected for the variables x3 and x8, the "increase" sensitivity direction type t sd is selected for the explanatory variables x4 and x9 , and "negligible" for the explanatory variables x5. ”Sensitivity direction type t sd is selected.
In addition, in FIG. 7, the permissible range corresponding to the sensitivity direction type t sd selected for each explanatory variable x1 to x9 is shown.

本検証では、このように用意されたスキャッターマトリクスに含まれるデータセットDS及び感度方向タイプtsdに基づいて、学習装置150によって構築された予測モデルMについて、PDプロット及びICEプロットを行った。図8は各説明変数x1~x9について求められたPDプロット及びICEプロットである。(a)及び(f)には説明変数x1、x6の目的変数yに対する感度方向が示されており、PDプロット及びICEプロットともに、図7で説明変数x1、x6について選択された感度方向タイプtsdである「上に凸」の感度方向が反映されていることが確認された。また(b)及び(g)には説明変数x2、x7の目的変数yに対する感度方向が示されており、PDプロット及びICEプロットともに、図7で説明変数x2、x7について選択された感度方向タイプtsdである「下に凸」の感度方向が反映されていることが確認された。また(c)及び(h)には説明変数x3、x8の目的変数yに対する感度方向が示されており、PDプロット及びICEプロットともに、図7で説明変数x3、x8について選択された感度方向タイプtsdである「減少」の感度方向が反映されていることが確認された。また(d)及び(i)には説明変数x4、x9の目的変数yに対する感度方向が示されており、PDプロット及びICEプロットともに、図7で説明変数x4、x9について選択された感度方向タイプtsdである「増加」の感度方向が反映されていることが確認された。(e)には説明変数x5の目的変数yに対する感度方向が示されており、PDプロット及びICEプロットともに、図7で説明変数x5について選択された感度方向タイプtsdである「無視可能」の感度方向が反映されていることが確認された。 In this verification, PD plots and ICE plots were performed on the prediction model M constructed by the learning device 150 based on the data set DS and the sensitivity direction type t sd included in the scatter matrix prepared in this way. .. FIG. 8 is a PD plot and an ICE plot obtained for each explanatory variable x1 to x9. (A) and (f) show the sensitivity directions of the explanatory variables x1 and x6 with respect to the objective variable y, and both the PD plot and the ICE plot are the sensitivity direction types t selected for the explanatory variables x1 and x6 in FIG. It was confirmed that the sensitivity direction of "convex upward" which is sd is reflected. Further, (b) and (g) indicate the sensitivity directions of the explanatory variables x2 and x7 with respect to the objective variable y, and both the PD plot and the ICE plot are the sensitivity direction types selected for the explanatory variables x2 and x7 in FIG. It was confirmed that the sensitivity direction of "downward convex", which is t sd , was reflected. Further, (c) and (h) indicate the sensitivity directions of the explanatory variables x3 and x8 with respect to the objective variable y, and both the PD plot and the ICE plot are the sensitivity direction types selected for the explanatory variables x3 and x8 in FIG. It was confirmed that the sensitivity direction of "decrease", which is t sd , was reflected. Further, (d) and (i) show the sensitivity directions of the explanatory variables x4 and x9 with respect to the objective variable y, and both the PD plot and the ICE plot are the sensitivity direction types selected for the explanatory variables x4 and x9 in FIG. It was confirmed that the sensitivity direction of "increase", which is t sd , was reflected. (E) shows the sensitivity direction of the explanatory variable x5 with respect to the objective variable y, and both the PD plot and the ICE plot of "negligible", which is the sensitivity direction type t sd selected for the explanatory variable x5 in FIG. It was confirmed that the sensitivity direction was reflected.

また図9はエポック数に対する予測誤差e及び感度方向誤差esdの収束性の検証結果である。(a)では、説明変数x1~x9に対応する感度方向誤差esdkがそれぞれ示されており、エポック数が約20程度で感度方向誤差esdkが収束している。また(b)では、予測モデルMの予測誤差e、及び、感度方向誤差esd(説明変数x1~x9に対応する感度方向誤差esdkの線形和)がそれぞれ示されており、感度方向誤差esdは(a)と同様に、エポック数が約20程度で収束している。一方で、予測誤差eはエポック数が約10程度で収束しており、感度方向誤差esdより早く収束する振る舞いを示している。 Further, FIG. 9 shows the verification results of the convergence of the prediction error e p and the sensitivity direction error e sd with respect to the number of epochs. In (a), the sensitivity direction errors e sdk corresponding to the explanatory variables x1 to x9 are shown, respectively, and the sensitivity direction error e sdk converges when the number of epochs is about 20. Further, in (b), the prediction error e p of the prediction model M and the sensitivity direction error e sd (the linear sum of the sensitivity direction error e sdk corresponding to the explanatory variables x1 to x9) are shown, respectively. Similar to (a), e sd converges when the number of epochs is about 20. On the other hand, the prediction error e p converges when the number of epochs is about 10, and shows the behavior of converging faster than the sensitivity direction error e sd .

上述の実施形態では予測誤差eの算出頻度と、感度方向誤差esdの算出頻度とが等しい場合について述べたが、予測誤差eの算出頻度と、感度方向誤差esdの算出頻度とを異ならせてもよい。例えば、図9に示す検証結果では、予測誤差eが感度方向誤差esdより少ないエポック数で収束するため、予測誤差eの収束が遅くなりすぎない範囲で、予測誤差eの算出頻度を感度方向誤差の算出頻度より少なくなるようにしてもよい。これにより、予測誤差eの算出精度を確保可能な範囲で、演算回数を削減することができる。 In the above-described embodiment, the case where the calculation frequency of the prediction error e p and the calculation frequency of the sensitivity direction error e sd are equal has been described. However, the calculation frequency of the prediction error e p and the calculation frequency of the sensitivity direction error e sd are described. It may be different. For example, in the verification result shown in FIG. 9, since the prediction error e p converges with a smaller number of epochs than the sensitivity direction error e sd , the calculation frequency of the prediction error e p is within a range in which the convergence of the prediction error e p does not become too slow. May be less than the calculation frequency of the sensitivity direction error. As a result, the number of operations can be reduced within the range in which the calculation accuracy of the prediction error e p can be ensured.

<検証2>
続いて実社会に存在するデータセットに基づいて、前述の学習装置150によって得られる予測モデルMについて、他方式の機械学習によって得られる学習モデルと比較して検証する。図10Aは外気温度を表すAT(横軸)と発電電力を表すPE(縦軸)との関係を示すCCPPデータセットであり、図10Bは図10AのCCPPデータセットから得られる予測モデルMである。また図11Aは体感温度を表すatemp(横軸)とレンタル自転車数を表すcnt(縦軸)との関係を示すバイクシェアリングデータセットであり、図11Bは図11Aのバイクシェアリングデータセットから得られる予測モデルMである。
<Verification 2>
Next, based on the data set existing in the real world, the prediction model M obtained by the above-mentioned learning device 150 is verified by comparing with the learning model obtained by the machine learning of another method. FIG. 10A is a CCPP data set showing the relationship between AT (horizontal axis) representing the outside air temperature and PE (vertical axis) representing the generated power, and FIG. 10B is a prediction model M obtained from the CCPP data set of FIG. 10A. .. Further, FIG. 11A is a bike sharing data set showing the relationship between atemp (horizontal axis) representing the sensible temperature and ct (vertical axis) representing the number of rental bicycles, and FIG. 11B is obtained from the bike sharing data set of FIG. 11A. It is a prediction model M to be obtained.

尚、図10B及び図11Bには、(f)前述の学習装置150によって得られる予測モデルMとともに、他方式の機械学習によって得られる学習モデルが(a)~(e)にそれぞれ示されている。尚、(a)はRandam Forest(RF)を利用した機械学習によって得られる学習モデルである。(b)はLasso CVを利用した機械学習によって得られる学習モデルである。(c)はSVR(Support Vector Regression)を利用した機械学習によって得られる学習モデルである。(d)はTPOT(The Tree-Based Pipeline Optimization Tool)を利用した機械学習によって得られる学習モデルである。(e)はニューラルネットワーク(NN)を利用した機械学習によって得られる学習モデルである。 In addition, in FIGS. 10B and 11B, (f) the prediction model M obtained by the above-mentioned learning device 150 and the learning model obtained by the machine learning of another method are shown in (a) to (e), respectively. .. Note that (a) is a learning model obtained by machine learning using Random Forest (RF). (B) is a learning model obtained by machine learning using Lasso CV. (C) is a learning model obtained by machine learning using SVR (Support Vector Regression). (D) is a learning model obtained by machine learning using TPOT (The Tree-Based Pipeline Optimization Tool). (E) is a learning model obtained by machine learning using a neural network (NN).

図12は図10B及び図11Bの各方式で得られる予測モデルMの評価結果を比較する表である。図12では、評価項目としてRMSE(Root Mean Square Errоr)、及び、R2(Coefficient of Determination)を示しており、本実施形態に係る学習装置150によって得られる予測モデルMでは、他の学習方式によって得られる予測モデルに比べて、いずれの評価項目でも良好な結果が得られた。これは、本実施形態の学習方法によって、従来に比べて信頼性に優れた予測モデルMの学習が行われていることを示している。 FIG. 12 is a table comparing the evaluation results of the prediction model M obtained by each method of FIGS. 10B and 11B. FIG. 12 shows RMSE (Root Mean Square Errоr) and R2 (Root Mean of Determination) as evaluation items, and in the prediction model M obtained by the learning device 150 according to the present embodiment, it is obtained by another learning method. Good results were obtained in all the evaluation items compared to the predicted model. This indicates that the learning method of the present embodiment is used to learn the prediction model M, which is more reliable than the conventional one.

その他、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態を適宜組み合わせてもよい。 In addition, it is possible to replace the components in the above-described embodiment with well-known components as appropriate without departing from the spirit of the present disclosure, and the above-described embodiments may be combined as appropriate.

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。 The contents described in each of the above embodiments are grasped as follows, for example.

(1)一態様に係る予測モデルの学習方法は、
少なくとも1つの説明変数(例えば上記実施形態の説明変数X)から目的変数(例えば上記実施形態の目的変数y)を予測するための予測モデル(例えば上記実施形態の予測モデルM)の学習方法であって、
前記予測モデルの予測誤差(例えば上記実施形態の感度方向誤差e)を示す第1評価値(例えば上記実施形態の第1評価値R1)を算出する第1評価値算出工程(例えば上記実施形態のステップS10)と、
前記少なくとも1つの説明変数の少なくとも一部の前記目的変数に対する感度方向に関する特徴量(例えば上記実施形態の特徴量A、A’、Xipk)と、既知情報(例えば上記実施形態の知識テーブル)に基づいて前記特徴量に対して設定される許容範囲(例えば上記実施形態の許容範囲amax、amin、a’max、a’min、xipmax、xipmin)との一致度を示す第2評価値(例えば上記実施形態の第2評価値R2)を算出する第2評価値算出工程(例えば上記実施形態のステップS20)と、
前記第1評価値及び前記第2評価値に基づいて、前記予測モデルを更新することにより学習を行う予測モデル更新工程(例えば上記実施形態のステップS30)と、
を備える。
(1) The learning method of the prediction model according to one aspect is
A method of learning a prediction model (for example, the prediction model M of the above embodiment) for predicting an objective variable (for example, the objective variable y of the above embodiment) from at least one explanatory variable (for example, the explanatory variable X k of the above embodiment). There,
A first evaluation value calculation step (for example, the above embodiment) for calculating a first evaluation value (for example, the first evaluation value R1 of the above embodiment) indicating a prediction error of the prediction model (for example, a sensitivity direction error e p of the above embodiment). Step S10) and
Feature quantities related to the sensitivity direction of at least a part of the at least one explanatory variable to the objective variable (for example, feature quantities Ak , Ak, X ipk of the above embodiment) and known information (for example, a knowledge table of the above embodiment). ), Which indicates the degree of agreement with the permissible range set for the feature amount (for example, the permissible range a max , a min , a'max, a'min, x ipmax , x ipmin ) of the above embodiment. 2 A second evaluation value calculation step (for example, step S20 of the above embodiment) for calculating an evaluation value (for example, the second evaluation value R2 of the above embodiment) and
A predictive model updating step (for example, step S30 of the above embodiment) in which learning is performed by updating the predictive model based on the first evaluation value and the second evaluation value.
To prepare for.

上記(1)の態様によれば、機械学習による予測モデルの更新が、予測モデルの予測誤差を示す第1評価値に加えて、第2評価値に基づいて行われる。第2評価値は、説明変数の目的変数に対する感度方向に関する特徴量と、既知情報に基づいて特徴量に対して設定される許容範囲との一致度を示す指標である。このように第1評価値及び第2評価値に基づく機械学習を行うことで、例えば予測モデルを構築する際の教師データが少ない場合であっても、信頼性に優れた予測モデルの構築が可能となる。 According to the aspect (1) above, the prediction model is updated by machine learning based on the second evaluation value in addition to the first evaluation value indicating the prediction error of the prediction model. The second evaluation value is an index showing the degree of agreement between the feature amount related to the sensitivity direction of the explanatory variable with respect to the objective variable and the permissible range set for the feature amount based on known information. By performing machine learning based on the first evaluation value and the second evaluation value in this way, it is possible to construct a highly reliable prediction model even when the teacher data when constructing the prediction model is small, for example. It becomes.

(2)他の態様では、上記(1)の態様において、
前記第2評価値算出工程では、前記特徴量の前記許容範囲に対する感度方向誤差(例えば上記実施形態の感度方向誤差esd)を、前記第2評価値として算出する。
(2) In another aspect, in the above aspect (1),
In the second evaluation value calculation step, a sensitivity direction error (for example, the sensitivity direction error e sd of the above embodiment) with respect to the allowable range of the feature amount is calculated as the second evaluation value.

上記(2)の態様によれば、第2評価値は、例えばユーザが有する知識等である既知情報に基づく感度方向の許容範囲に対して、予測モデルが有する感度方向が、どの程度乖離しているかを定量的に評価するための指標である、いわゆる感度方向誤差(又は感度方向精度)として算出される。 According to the aspect (2) above, in the second evaluation value, the sensitivity direction of the prediction model deviates from the permissible range of the sensitivity direction based on known information such as knowledge possessed by the user. It is calculated as a so-called sensitivity direction error (or sensitivity direction accuracy), which is an index for quantitatively evaluating whether or not.

(3)他の態様では、上記(1)又は(2)の態様において、
前記既知情報は、予め分類された複数の感度方向タイプ(例えば上記実施形態の感度方向タイプtsd)と、前記複数の感度方向タイプの各々について規定された前記特徴量の前記許容範囲と、を含む。
(3) In another aspect, in the above aspect (1) or (2),
The known information includes a plurality of preclassified sensitivity direction types (eg, the sensitivity direction type tsd of the above embodiment) and the permissible range of the feature amount defined for each of the plurality of sensitivity direction types. include.

上記(3)の態様によれば、説明変数に対する目的変数の感度方向に対して、予め分類された複数の感度方向タイプが設定される。第2評価値の算出に用いられる既知情報には、このような複数の感度方向タイプと、各感度方向タイプについて規定された特徴量の許容範囲とが含まれる。 According to the aspect (3) above, a plurality of preclassified sensitivity direction types are set with respect to the sensitivity direction of the objective variable with respect to the explanatory variable. The known information used in the calculation of the second evaluation value includes such a plurality of sensitivity direction types and the allowable range of the feature amount specified for each sensitivity direction type.

(4)他の態様では、上記(1)から(3)のいずれか一態様において、
前記第2評価値算出工程では、前記第2評価値は、予め設定された重み付け係数を用いて前記説明変数ごとの前記一致度を合成することにより算出される。
(4) In another aspect, in any one of the above (1) to (3),
In the second evaluation value calculation step, the second evaluation value is calculated by synthesizing the degree of agreement for each explanatory variable using a preset weighting coefficient.

上記(4)の態様によれば、説明変数ごとに感度方向の特徴値について許容範囲に対して算出された一致度を合成することで、各説明変数の目的変数に対する感度を総合的に評価する指標として第2評価値が算出される。このような第2評価値に基づいて予測モデルの更新を行うことで、各説明変数に対する目的変数の感度方向が既知情報に近づくように機械学習がなされ、優れた信頼性を有する予測モデルを構築できる。 According to the aspect (4) above, the sensitivity of each explanatory variable to the objective variable is comprehensively evaluated by synthesizing the degree of agreement calculated for the permissible range for the feature value in the sensitivity direction for each explanatory variable. The second evaluation value is calculated as an index. By updating the prediction model based on such a second evaluation value, machine learning is performed so that the sensitivity direction of the objective variable for each explanatory variable approaches known information, and a prediction model with excellent reliability is constructed. can.

(5)他の態様では、上記(1)から(4)のいずれか一態様において、
前記予測モデル更新工程では、前記第1評価値及び前記第2評価値の線形和が最小になるように前記予測モデルを更新する。
(5) In another aspect, in any one of the above (1) to (4),
In the prediction model update step, the prediction model is updated so that the linear sum of the first evaluation value and the second evaluation value is minimized.

上記(5)の態様によれば、予測モデルの更新が、第1評価値及び第2評価値の線形和が最小になるように行われる。これにより、予測誤差(逆に言えば予測精度)と、感度方向の特徴量の許容範囲に対する一致度とが最小になるように機械学習が行われ、優れた信頼性を有する予測モデルを構築できる。 According to the aspect (5) above, the prediction model is updated so that the linear sum of the first evaluation value and the second evaluation value is minimized. As a result, machine learning is performed so that the prediction error (conversely, the prediction accuracy) and the degree of agreement with the allowable range of the feature amount in the sensitivity direction are minimized, and a prediction model with excellent reliability can be constructed. ..

(6)他の態様では、上記(1)から(5)のいずれか一態様において、
前記第1評価値算出工程及び前記第2評価値算出工程では、前記少なくとも1つの説明変数及び前記目的変数を有する複数のデータセット(例えば上記実施形態のデータセットDS)を含むバッチデータを用いて、前記第1評価値及び前記第2評価値がそれぞれ算出される。
(6) In another aspect, in any one of the above (1) to (5),
In the first evaluation value calculation step and the second evaluation value calculation step, batch data including the plurality of data sets having at least one explanatory variable and the objective variable (for example, the data set DS of the above embodiment) is used. , The first evaluation value and the second evaluation value are calculated, respectively.

上記(6)の態様によれば、複数のバッチデータを含むバッチデータを用いて第1評価値及び第2評価値の演算を行うことで、演算負荷を効果的に軽減できる。 According to the aspect (6) above, the calculation load can be effectively reduced by performing the calculation of the first evaluation value and the second evaluation value using the batch data including a plurality of batch data.

(7)他の態様では、上記(1)から(6)のいずれか一態様において、
前記第1評価値算出工程における前記第1評価値の算出頻度と、前記第2評価値算出工程における前記第2評価値の算出頻度が異なる。
(7) In another aspect, in any one of the above (1) to (6),
The calculation frequency of the first evaluation value in the first evaluation value calculation step and the calculation frequency of the second evaluation value in the second evaluation value calculation step are different.

上記(7)の態様によれば、第1評価値及び第2評価値の算出は、互いに異なる頻度で行われる。 According to the aspect (7) above, the calculation of the first evaluation value and the second evaluation value is performed at different frequencies from each other.

(8)一態様に係る予測モデルの学習装置は、
少なくとも1つの説明変数(例えば上記実施形態の説明変数X)から目的変数(例えば上記実施形態の目的変数y)を予測するための予測モデル(例えば上記実施形態の予測モデルM)の学習装置(例えば上記実施形態の学習装置150)であって、
前記予測モデルの予測誤差(例えば上記実施形態の感度方向誤差e)を示す第1評価値(例えば上記実施形態の第1評価値R1)を算出する第1評価値算出部(例えば上記実施形態の第1評価値算出部156)と、
前記少なくとも1つの説明変数の少なくとも一部の前記目的変数に対する感度方向に関する特徴量(例えば上記実施形態の特徴量A、A’、Xipk)と、既知情報(例えば上記実施形態の知識テーブル)に基づいて前記特徴量に対して設定される許容範囲(例えば上記実施形態の許容範囲amax、amin、a’max、a’min、xipmax、xipmin)との一致度を示す第2評価値(例えば上記実施形態の第2評価値R2)を算出する第2評価値算出部(例えば上記実施形態の第2評価値算出部158)と、
前記第1評価値及び前記第2評価値に基づいて、前記予測モデルを更新することにより学習を行う予測モデル更新部(例えば上記実施形態の予測モデル更新部162)と、
を備える。
(8) The learning device for the prediction model according to one aspect is
A learning device (for example, a prediction model M of the above embodiment) for predicting an objective variable (for example, the objective variable y of the above embodiment) from at least one explanatory variable (for example, the explanatory variable X k of the above embodiment). For example, in the learning device 150) of the above embodiment.
A first evaluation value calculation unit (for example, the embodiment) for calculating a first evaluation value (for example, the first evaluation value R1 of the embodiment) indicating a prediction error of the prediction model (for example, a sensitivity direction error e p of the embodiment). 1st evaluation value calculation unit 156) and
Feature quantities related to the sensitivity direction of at least a part of the at least one explanatory variable to the objective variable (for example, feature quantities Ak , Ak, X ipk of the above embodiment) and known information (for example, a knowledge table of the above embodiment). ), Which indicates the degree of agreement with the permissible range set for the feature amount (for example, the permissible range a max , a min , a'max, a'min, x ipmax , x ipmin ) of the above embodiment. 2 The second evaluation value calculation unit (for example, the second evaluation value calculation unit 158 of the above embodiment) for calculating the evaluation value (for example, the second evaluation value R2 of the above embodiment) and
A predictive model update unit (for example, the predictive model update unit 162 of the above embodiment) that performs learning by updating the predictive model based on the first evaluation value and the second evaluation value.
To prepare for.

上記(8)の態様によれば、機械学習による予測モデルの更新が、予測モデルの予測誤差を示す第1評価値に加えて、第2評価値に基づいて行われる。第2評価値は、説明変数の目的変数に対する感度方向に関する特徴量と、既知情報に基づいて特徴量に対して設定される許容範囲との一致度を示す指標である。このように第1評価値及び第2評価値に基づく機械学習を行うことで、例えば予測モデルを構築する際の教師データが少ない場合であっても、信頼性に優れた予測モデルの構築が可能となる。 According to the aspect (8) above, the prediction model is updated by machine learning based on the second evaluation value in addition to the first evaluation value indicating the prediction error of the prediction model. The second evaluation value is an index showing the degree of agreement between the feature amount related to the sensitivity direction of the explanatory variable with respect to the objective variable and the permissible range set for the feature amount based on known information. By performing machine learning based on the first evaluation value and the second evaluation value in this way, it is possible to construct a highly reliable prediction model even when the teacher data when constructing the prediction model is small, for example. It becomes.

(9)一態様に係るプラント制御システムは、
上記(8)の態様に係る予測モデルの学習装置と、
前記予測モデル更新部によって更新された前記予測モデルに、プラントの制御パラメータに関する前記少なくとも1つの説明変数を入力することにより、前記プラントの性能に関する前記目的変数を予測する予測部(例えば上記実施形態の予測部130)と、
前記予測部で予測された前記目的変数に基づいて、前記プラントを制御する制御部(例えば上記実施形態の制御部145)と、
を備える。
(9) The plant control system according to one aspect is
The learning device of the prediction model according to the aspect (8) above,
By inputting the at least one explanatory variable regarding the control parameters of the plant into the prediction model updated by the prediction model update unit, the prediction unit that predicts the objective variable regarding the performance of the plant (for example, in the above embodiment). Prediction unit 130) and
A control unit that controls the plant (for example, the control unit 145 of the above embodiment) based on the objective variable predicted by the prediction unit.
To prepare for.

上記(9)の態様によれば、前述の学習方法によって更新された予測モデルを用いることにより、プラントの性能に関するパラメータである目的変数が予測される。制御部は、このように予測された目的変数に基づいてプラント制御を行うことで、プラント性能を最適化できる。 According to the aspect (9) above, the objective variable, which is a parameter related to the performance of the plant, is predicted by using the prediction model updated by the above-mentioned learning method. The control unit can optimize the plant performance by performing plant control based on the objective variable predicted in this way.

100 プラント制御システム
110 予測モデル記憶部
120 説明変数取得部
130 予測部
140 最適値算出部
145 制御部
150 学習装置
152 データセット作成部
156 第1評価値算出部
158 第2評価値算出部
158a 特徴量算出部
158b 感度方向誤差算出部
159 知識テーブル記憶部
160 解析部
162 予測モデル更新部
DS データセット
M 予測モデル
R1 第1評価値
R2 第2評価値
TD 教師データ
100 Plant control system 110 Prediction model storage unit 120 Explanatory variable acquisition unit 130 Prediction unit 140 Optimal value calculation unit 145 Control unit 150 Learning device 152 Data set creation unit 156 First evaluation value calculation unit 158 Second evaluation value calculation unit 158a Feature quantity Calculation unit 158b Sensitivity direction error calculation unit 159 Knowledge table storage unit 160 Analysis unit 162 Prediction model update unit DS data set M Prediction model R1 First evaluation value R2 Second evaluation value TD Teacher data

Claims (9)

少なくとも1つの説明変数から目的変数を予測するための予測モデルの学習方法であって、
前記予測モデルの予測誤差を示す第1評価値を算出する第1評価値算出工程と、
前記少なくとも1つの説明変数の少なくとも一部の前記目的変数に対する感度方向に関する特徴量と、既知情報に基づいて前記特徴量に対して設定される許容範囲との一致度を示す第2評価値を算出する第2評価値算出工程と、
前記第1評価値及び前記第2評価値に基づいて、前記予測モデルを更新することにより学習を行う予測モデル更新工程と、
を備える、予測モデルの学習方法。
A method of learning a prediction model for predicting an objective variable from at least one explanatory variable.
The first evaluation value calculation process for calculating the first evaluation value indicating the prediction error of the prediction model, and
A second evaluation value indicating the degree of agreement between the feature amount related to the sensitivity direction of at least a part of the at least one explanatory variable with respect to the objective variable and the permissible range set for the feature amount based on known information is calculated. Second evaluation value calculation process and
A predictive model update step in which learning is performed by updating the predictive model based on the first evaluation value and the second evaluation value.
A method of learning a predictive model.
前記第2評価値算出工程では、前記特徴量の前記許容範囲に対する感度方向誤差を、前記第2評価値として算出する、請求項1に記載の予測モデルの学習方法。 The method for learning a prediction model according to claim 1, wherein in the second evaluation value calculation step, the sensitivity direction error of the feature amount with respect to the permissible range is calculated as the second evaluation value. 前記既知情報は、予め分類された複数の感度方向タイプと、前記複数の感度方向タイプの各々について規定された前記特徴量の前記許容範囲とを含む、請求項1又は2に記載の予測モデルの学習方法。 The predictive model according to claim 1 or 2, wherein the known information includes a plurality of preclassified sensitivity direction types and the permissible range of the feature amount defined for each of the plurality of sensitivity direction types. Learning method. 前記第2評価値算出工程では、前記第2評価値は、予め設定された重み付け係数を用いて前記説明変数ごとの前記一致度を合成することにより算出される、請求項1から3のいずれか一項に記載の予測モデルの学習方法。 In the second evaluation value calculation step, the second evaluation value is any one of claims 1 to 3, which is calculated by synthesizing the degree of agreement for each explanatory variable using a preset weighting coefficient. The method of learning the prediction model described in item 1. 前記予測モデル更新工程では、前記第1評価値及び前記第2評価値の線形和が最小になるように前記予測モデルを更新する、請求項1から4のいずれか一項に記載の予測モデルの学習方法。 The prediction model according to any one of claims 1 to 4, wherein in the prediction model updating step, the prediction model is updated so that the linear sum of the first evaluation value and the second evaluation value is minimized. Learning method. 前記第1評価値算出工程及び前記第2評価値算出工程では、前記少なくとも1つの説明変数及び前記目的変数を有する複数のデータセットを含むバッチデータを用いて、前記第1評価値及び前記第2評価値がそれぞれ算出される、請求1から5のいずれか一項に記載の予測モデルの学習方法。 In the first evaluation value calculation step and the second evaluation value calculation step, the first evaluation value and the second evaluation value are used by using batch data including a plurality of data sets having at least one explanatory variable and the objective variable. The method for learning a prediction model according to any one of claims 1 to 5, wherein evaluation values are calculated respectively. 前記第1評価値算出工程における前記第1評価値の算出頻度と、前記第2評価値算出工程における前記第2評価値の算出頻度が異なる、請求項1から6のいずれか一項に記載の予測モデルの学習方法。 The item according to any one of claims 1 to 6, wherein the calculation frequency of the first evaluation value in the first evaluation value calculation step and the calculation frequency of the second evaluation value in the second evaluation value calculation step are different. How to learn a predictive model. 少なくとも1つの説明変数から目的変数を予測するための予測モデルの学習装置であって、
前記予測モデルの予測誤差を示す第1評価値を算出する第1評価値算出部と、
前記少なくとも1つの説明変数の少なくとも一部の前記目的変数に対する感度方向に関する特徴量と、既知情報に基づいて前記特徴量に対して設定される許容範囲との一致度を示す第2評価値を算出する第2評価値算出部と、
前記第1評価値及び前記第2評価値に基づいて、前記予測モデルを更新することにより学習を行う予測モデル更新部と、
を備える、予測モデルの学習装置。
A prediction model learning device for predicting an objective variable from at least one explanatory variable.
The first evaluation value calculation unit that calculates the first evaluation value indicating the prediction error of the prediction model, and
A second evaluation value indicating the degree of agreement between the feature amount related to the sensitivity direction of at least a part of the at least one explanatory variable with respect to the objective variable and the permissible range set for the feature amount based on known information is calculated. The second evaluation value calculation unit and
A prediction model update unit that performs learning by updating the prediction model based on the first evaluation value and the second evaluation value.
A learning device for predictive models.
請求項8に記載の学習装置と、
前記予測モデル更新部によって更新された前記予測モデルに、プラントの制御パラメータに関する前記少なくとも1つの説明変数を入力することにより、前記プラントの性能に関する前記目的変数を予測する予測部と、
前記予測部で予測された前記目的変数に基づいて前記プラントを制御する制御部と、
を備える、プラント制御システム。
The learning device according to claim 8 and
A prediction unit that predicts the objective variable related to the performance of the plant by inputting the at least one explanatory variable related to the control parameters of the plant into the prediction model updated by the prediction model update unit.
A control unit that controls the plant based on the objective variable predicted by the prediction unit,
A plant control system.
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