JP6129508B2 - Anomaly detection pre-processing apparatus and method, program, and anomaly detection apparatus having the same - Google Patents

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Description

本発明は、異常検出前処理装置および方法ならびにプログラム、それを備えた異常検出装置に関するものである。   The present invention relates to an abnormality detection preprocessing apparatus and method, a program, and an abnormality detection apparatus including the same.

従来、数値の異常を検出するのにマハラノビス距離という統計的手法が一般に用いられている。マハラノビス距離は、正常データが正規分布に従うことを前提とした手法であり、現実のデータにおいては、正規分布に従わないことが多々あるため、正常データを正規分布に従わせる技術が検討されている(例えば、下記特許文献1)。   Conventionally, a statistical method called Mahalanobis distance is generally used to detect numerical anomalies. Mahalanobis distance is a method based on the assumption that normal data follows a normal distribution. In actual data, there are many cases where the normal data does not follow a normal distribution. (For example, the following patent document 1).

特開2007−248089号公報JP 2007-248089 A

しかしながら、正常データが仮に正規分布から離れていると判定されても、異常検知の目的に沿ってそのデータを正規分布に近づける方法がなく、マハラノビス距離によって、精度よく異常検出をすることができないという問題があった。
例えば、信号値を足し合わせて平均を取るなどの処理を行えば、データは中心極限定理から正規分布に近づくので、異常検知の目的に沿わせることに拘らなければ、正規分布に近づける方法はある。しかしながらその場合には、判定すべき異常信号までもが正規分布に近づくこととなり、異常信号が有している特徴が変わってしまい、異常検知の目的には沿わず、上記問題を解決できなかった。
However, even if it is determined that the normal data is away from the normal distribution, there is no method for bringing the data closer to the normal distribution in accordance with the purpose of the abnormality detection, and the abnormality cannot be accurately detected by the Mahalanobis distance. There was a problem.
For example, if processing such as adding signal values and averaging is performed, the data approaches the normal distribution from the central limit theorem, so there is a method to approximate the normal distribution unless it is related to the purpose of abnormality detection . However, in that case, even the abnormal signal to be determined approaches the normal distribution, the characteristics of the abnormal signal change, and does not meet the purpose of abnormality detection, and the above problem cannot be solved. .

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、簡便で、かつ、精度よく、収集データの異常検出ができる異常検出前処理装置および方法ならびにプログラム、それを備えた異常検出装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and is a simple and accurate abnormality detection preprocessing apparatus and method and program capable of detecting an abnormality of collected data, and an abnormality detection apparatus having the same The purpose is to provide.

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、正常時に測定された所定期間内の2変数以上に関する分布データが、正規分布に従った分布になるか否かを判定する判定手段と、正規分布に従う分布でないと判定された場合に、前記分布データをフィッティングさせる複数の仮の非線形モデルと、それぞれ仮の前記非線形モデルの回帰直線との差を、前記分布データを補正する補正項として算出する補正項算出手段と、前記補正項で補正した前記分布データが、最も正規分布に従う分布をもたらす仮の前記非線形モデルを、異常検出で使用する場合の異常検出モデルとして選定し、該異常検出モデルに基づいて算出された前記補正項を異常検出に用いる異常検出補正項として選定する選定手段とを具備する異常検出前処理装置を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
The present invention, the distribution data related to two or more variables in a predetermined period of time that is measured during normal, it is determined determining means for determining whether or not made a distribution in accordance with the normal distribution, not a distribution follows a normal distribution A correction term calculating means for calculating a difference between a plurality of provisional nonlinear models for fitting the distribution data and a regression line of each provisional nonlinear model as a correction term for correcting the distribution data; The correction data calculated based on the abnormality detection model is selected as the abnormality detection model in the case where the distribution data corrected by the correction term causes the distribution that most closely follows the normal distribution to be used for abnormality detection. There is provided an abnormality detection pre-processing device comprising selection means for selecting a term as an abnormality detection correction term used for abnormality detection.

このような構成によれば、正常時に測定された所定期間内の2変数以上に関する分布データが、正規分布に従った分布になるか否かを判定され、正規分布に従う分布でないと判定された分布データが仮の非線形モデルにフィッティングされ、仮の非線形モデルと仮の非線形モデルの回帰分析の結果とに基づいて、分布データを補正する補正項が算出される。算出された補正項により補正された分布データが、最も正規分布に従う分布をもたらす仮の非線形モデルが、異常検出で使用する場合の異常検出モデルとして選定され、該異常検出モデルに基づいて算出された補正項を異常検出に用いる補正項として選定される。
このように、正常データの正規分布性を定量的に評価し、正規分布でないと判定された場合に、それを正規分布に従うように補正することにより、正常時から外れたデータ(つまり、異常データ)を精度よく検出することができる。また、正常時に測定されたデータのみを用いるので、正常データと異常データとを利用する方法と比較して、簡便である。
According to such a configuration, it is determined whether or not the distribution data related to two or more variables within a predetermined period measured in a normal state is a distribution according to a normal distribution, and is determined not to be a distribution according to a normal distribution. The data is fitted to the temporary nonlinear model, and a correction term for correcting the distribution data is calculated based on the temporary nonlinear model and the result of the regression analysis of the temporary nonlinear model. The provisional nonlinear model whose distribution data corrected by the calculated correction term yields a distribution that most closely follows the normal distribution is selected as an abnormality detection model when used in abnormality detection, and is calculated based on the abnormality detection model. The correction term is selected as a correction term used for abnormality detection.
In this way, the normal distribution of normal data is quantitatively evaluated, and if it is determined that the normal distribution is not normal, it is corrected so that it follows the normal distribution. ) Can be detected with high accuracy. Moreover, since only data measured at normal time is used, it is simpler than a method using normal data and abnormal data.

上記異常検出前処理装置の前記補正項算出手段は、仮の前記非線形モデルと、仮の前記非線形モデルの回帰直線との差を前記補正項として算出することが好ましい。   It is preferable that the correction term calculation means of the abnormality detection preprocessing apparatus calculates a difference between the provisional nonlinear model and a regression line of the provisional nonlinear model as the correction term.

仮の非線形モデルとその回帰直線との差によって簡便に補正項を算出できる。
また、従来のように、例えば信号値を加算して平均値を求める等の操作をして正規分布に従わせる場合とは異なり、本発明は、非線形モデルを線形モデルに回帰させることによって、正規分布に従うか否かを判定するので、元となる分布データの特徴が失われることがない。
The correction term can be easily calculated based on the difference between the provisional nonlinear model and the regression line.
Further, unlike the conventional case, for example, in which an operation such as adding signal values to obtain an average value is performed and the normal distribution is followed, the present invention performs normalization by regressing a nonlinear model to a linear model. Since it is determined whether to follow the distribution, the characteristics of the original distribution data are not lost.

上記異常検出前処理装置の補正項算出手段は、正規分布に従う分布でないと判定された前記分布データのうち、所定数選定された前記分布データを複数の仮の前記非線形モデルにフィッティングさせることとしてもよい。
これにより、仮の非線形モデルにフィッティングさせる時間を低減できる。
The correction term calculation means of the abnormality detection preprocessing device may be configured to fit a predetermined number of the distribution data selected from the distribution data determined not to follow a normal distribution to a plurality of temporary nonlinear models. Good.
Thereby, the time for fitting to the temporary nonlinear model can be reduced.

本発明は、上記の異常検出前処理装置と、前記異常検出前処理装置の前記選定手段によって選定された前記異常検出補正項に基づいて、正常異常の判定対象となる測定データである判定データを補正した補正判定データを算出し、前記補正判定データをマハラノビス距離に基づいて、異常か否かを判定する異常検出手段とを具備する異常検出装置を提供する。   The present invention provides determination data, which is measurement data to be determined as normal / abnormal, based on the abnormality detection preprocessing device and the abnormality detection correction term selected by the selection unit of the abnormality detection preprocessing device. Provided is an abnormality detection device comprising: an abnormality detection unit that calculates corrected correction determination data and determines whether the correction determination data is abnormal based on the Mahalanobis distance.

正常時の分布データに基づいて決定された異常検出補正項によって補正された補正判定データに基づいて、測定データが異常か否かを判定する。これにより、異常を精度よく検出することができる。   It is determined whether or not the measurement data is abnormal based on the correction determination data corrected by the abnormality detection correction term determined based on the normal distribution data. Thereby, abnormality can be detected with high accuracy.

本発明は、正常時に測定された所定期間内の2変数以上に関する分布データが、正規分布に従った分布になるか否かを判定する第1過程と、正規分布に従う分布でないと判定された場合に、前記分布データをフィッティングさせる複数の仮の非線形モデルと、それぞれの仮の前記非線形モデルの回帰直線との差を、前記分布データを補正する補正項として算出する第2過程と、前記補正項で補正した前記分布データが、最も正規分布に従う分布をもたらす仮の前記非線形モデルを、異常検出で使用する場合の異常検出モデルとして選定し、該異常検出モデルに基づいて算出された前記補正項を異常検出に用いる異常検出補正項として選定する第3過程とを有する異常検出前処理方法を提供する。 In the present invention, a first process for determining whether or not distribution data relating to two or more variables within a predetermined period measured in a normal state is a distribution according to a normal distribution, and a case where it is determined that the distribution is not a distribution according to a normal distribution A second step of calculating a difference between a plurality of provisional nonlinear models for fitting the distribution data and a regression line of each provisional nonlinear model as a correction term for correcting the distribution data; and the correction term The provisional nonlinear model that provides the distribution that most closely follows the normal distribution is selected as an abnormality detection model when used in abnormality detection, and the correction term calculated based on the abnormality detection model is There is provided an abnormality detection pre-processing method having a third process selected as an abnormality detection correction term used for abnormality detection.

本発明は、正常時に測定された所定期間内の2変数以上に関する分布データが、正規分布に従った分布になるか否かを判定する第1処理と、正規分布に従う分布でないと判定された場合に、前記分布データをフィッティングさせる複数の仮の非線形モデルと、それぞれの仮の前記非線形モデルの回帰直線との差を、前記分布データを補正する補正項として算出する第2処理と、前記補正項で補正した前記分布データが、最も正規分布に従う分布をもたらす仮の前記非線形モデルを、異常検出で使用する場合の異常検出モデルとして選定し、該異常検出モデルに基づいて算出された前記補正項を異常検出に用いる異常検出補正項として選定する第3処理とをコンピュータに実行させるための異常検出前処理プログラムを提供する。 In the present invention, a first process for determining whether or not distribution data relating to two or more variables within a predetermined period measured in a normal state is a distribution according to a normal distribution, and a case where it is determined that the distribution is not a distribution according to a normal distribution A second process for calculating a difference between a plurality of provisional nonlinear models for fitting the distribution data and a regression line of each provisional nonlinear model as a correction term for correcting the distribution data; The provisional nonlinear model that provides the distribution that most closely follows the normal distribution is selected as an abnormality detection model when used in abnormality detection, and the correction term calculated based on the abnormality detection model is Provided is an abnormality detection preprocessing program for causing a computer to execute a third process selected as an abnormality detection correction term used for abnormality detection.

本発明は、簡便で、かつ、精度よく、収集データの異常検出ができるという効果を奏する。   The present invention is advantageous in that it can easily and accurately detect an abnormality in collected data.

本発明の一実施形態に係る監視システムの概略構成を示した図である。It is the figure which showed schematic structure of the monitoring system which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る異常検出装置の概略構成を示した図である。It is the figure which showed schematic structure of the abnormality detection apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る異常検出装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the abnormality detection apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 補正項の算出を説明するための図である。It is a figure for demonstrating calculation of a correction | amendment term. 本発明の一実施形態の異常検出前処理装置の動作フローである。It is an operation | movement flow of the abnormality detection pre-processing apparatus of one Embodiment of this invention. 2次元モデルによる分布データの補正の前後を比較した図であり、(a)正常時の分布データの正規分布性を示す図、(b)正常時の分布データを2次元モデルでフィッティングした図、(c)補正項により分布データを補正した図、(d)補正後のデータの正規分布性を示す図である。It is the figure which compared before and after correction | amendment of the distribution data by a two-dimensional model, (a) The figure which shows the normal distribution property of the distribution data at the time of normal, (b) The figure which fitted the distribution data at the time of normal by the two-dimensional model, (C) The figure which corrected distribution data by the correction | amendment term, (d) It is a figure which shows the normal distribution property of the data after correction | amendment. 三角関数モデルによる分布データの補正の前後を比較した図であり、(a)正常時の分布データの正規分布性を示す図、(b)正常時の分布データを2次元モデルでフィッティングした図、(c)補正項により分布データを補正した図、(d)補正後のデータの正規分布性を示す図である。It is the figure which compared before and after correction | amendment of the distribution data by a trigonometric function model, (a) The figure which shows the normal distribution property of the distribution data at the time of normal, (b) The figure which fitted the distribution data at the time of normal by the two-dimensional model, (C) The figure which corrected distribution data by the correction | amendment term, (d) It is a figure which shows the normal distribution property of the data after correction | amendment. 本発明の一実施形態係るn次元パターンの場合の補正項の算出について説明する図である。It is a figure explaining calculation of the correction term in the case of the n-dimensional pattern concerning one embodiment of the present invention.

以下に、本発明に係る異常検出前処理装置および方法ならびにプログラム、それを備えた異常検出装置の実施形態について図面を参照して説明する。
また、本実施形態では、異常検出前処理装置10を、ガスタービンを監視する監視センターに設け、ガスタービンの異常の検出に用いる場合を想定して説明するが、本発明はこれに限定されない。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments of an abnormality detection preprocessing apparatus and method and program according to the present invention and an abnormality detection apparatus including the same will be described below with reference to the drawings.
In the present embodiment, the abnormality detection pretreatment device 10 is provided in a monitoring center that monitors the gas turbine and is used for detecting an abnormality of the gas turbine. However, the present invention is not limited to this.

図1は、発電所に設けられるガスタービン設備31を監視センター30から監視する監視システム100の概略構成が示されている。監視センター30には、異常検出前処理装置10を備える異常検出装置20が備えられている。ガスタービン設備31と異常検出装置20とは、情報の授受可能にネットワーク32を介して接続されている。例えば、異常検出装置20は、ガスタービン設備31から所定のタイミングで送信されるガスタービンの運転データ(測定データ)、アラーム情報、および問い合わせ情報等を受信する。異常検出装置20は、取得した各種情報を記憶部(詳細は後述する)に記憶させる。本実施形態においては、ガスタービン設備31からネットワークを介した遠隔地の監視センター30に異常検出装置20を設けることとして説明しているが、異常検出装置20の位置はこれに限定されない。   FIG. 1 shows a schematic configuration of a monitoring system 100 that monitors a gas turbine facility 31 provided in a power plant from a monitoring center 30. The monitoring center 30 is provided with an abnormality detection device 20 including the abnormality detection preprocessing device 10. The gas turbine equipment 31 and the abnormality detection device 20 are connected via a network 32 so as to be able to exchange information. For example, the abnormality detection device 20 receives gas turbine operation data (measurement data), alarm information, inquiry information, and the like transmitted from the gas turbine equipment 31 at a predetermined timing. The abnormality detection apparatus 20 stores the acquired various types of information in a storage unit (details will be described later). In the present embodiment, the abnormality detection device 20 is described as being provided in the remote monitoring center 30 from the gas turbine facility 31 via the network, but the position of the abnormality detection device 20 is not limited thereto.

図2は、本実施形態に係る異常検出装置20の概略構成を示したブロック図である。
図2に示すように、本実施形態に係る異常検出装置20は、コンピュータシステム(計算機システム)であり、CPU(中央演算処理装置)11、RAM(Random Access Memory)等の主記憶装置12、補助記憶装置13、キーボードやマウスなどの入力装置14、及びディスプレイやプリンタなどの出力装置15、外部の機器と通信を行うことにより情報の授受を行う通信装置16などを備えている。
補助記憶装置13は、コンピュータ読取可能な記録媒体であり、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等である。この補助記憶装置13には、各種プログラム(例えば、異常検出前処理プログラム)が格納されており、CPU11が補助記憶装置13から主記憶装置12にプログラムを読み出し、実行することにより種々の処理を実現させる。
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the abnormality detection apparatus 20 according to the present embodiment.
As shown in FIG. 2, the abnormality detection device 20 according to the present embodiment is a computer system (computer system), and includes a CPU (Central Processing Unit) 11, a RAM (Random Access Memory) and other main storage devices 12, and an auxiliary device. A storage device 13, an input device 14 such as a keyboard and a mouse, an output device 15 such as a display and a printer, a communication device 16 that exchanges information by communicating with external devices, and the like.
The auxiliary storage device 13 is a computer-readable recording medium, such as a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, or a semiconductor memory. Various programs (for example, abnormality detection pre-processing program) are stored in the auxiliary storage device 13, and various processes are realized by the CPU 11 reading the program from the auxiliary storage device 13 to the main storage device 12 and executing it. Let

図3は、異常検出装置20が備える機能を展開して示した機能ブロック図である。図3に示されるように、異常検出装置20は、異常検出前処理装置10を備えている。異常検出前処理装置10は、判定部(判定手段)1と、補正項算出部(補正項算出手段)2と、選定部(選定手段)3と、記憶部4とを備えている。   FIG. 3 is a functional block diagram showing the functions provided in the abnormality detection device 20 in an expanded manner. As shown in FIG. 3, the abnormality detection device 20 includes an abnormality detection preprocessing device 10. The abnormality detection preprocessing apparatus 10 includes a determination unit (determination unit) 1, a correction term calculation unit (correction term calculation unit) 2, a selection unit (selection unit) 3, and a storage unit 4.

次に、上述した異常検出前処理装置10が備える各部において実行される処理内容について図3を参照して説明する。
記憶部4は、ガスタービン設備31の複数箇所に設けられる計測器から得られた所定期間内の測定データ(運転データ)が記憶されている。測定データには、例えば、ガスタービンの起動時など、正常データが特にバラつく非定常的な状態で測定された所定期間内の運転データと、ガスタービン設備の正常異常の判定対象となる運転データとが含まれる。また、本実施形態においては、ガスタービン設備の複数箇所とは、例えば、燃焼器、圧縮機等であり、測定データは、それら複数箇所から得られる温度や圧力値等の情報である。
Next, processing contents executed in each unit included in the above-described abnormality detection preprocessing apparatus 10 will be described with reference to FIG.
The storage unit 4 stores measurement data (operation data) within a predetermined period obtained from measuring instruments provided at a plurality of locations of the gas turbine equipment 31. The measurement data includes, for example, operation data within a predetermined period measured in an unsteady state in which normal data varies particularly, such as when the gas turbine is started, and operation data that is subject to determination of normal or abnormal gas turbine equipment. And are included. Moreover, in this embodiment, the multiple places of gas turbine equipment are a combustor, a compressor, etc., for example, and measurement data are information, such as temperature and a pressure value obtained from these multiple places.

判定部1は、正常時に測定された所定期間内の2変数以上に関する分布データが、正規分布に従った分布になるか否かを判定する。例えば、判定部1は、記憶部4に記憶されているガスタービンの複数箇所から取得された測定データのうち、所定期間内の2箇所から取得された測定データの2変数を抽出した分布を分布データとし、正規確率プロット(例えば、qqプロット)に基づいて正規分布に従った分布か否かを判定する。正規確率プロットでは、測定データが正規分布している場合に、測定データを示す点がほぼ直線上に並
ぶ。なお、本実施形態においては、複数箇所から取得された測定データのうち2箇所(2変数)の測定データにより2次元の分布データを生成することとして説明するが、本発明はこれに限定されず、n箇所(n変数)の測定データによりn次元の分布データが生成される場合にも適用される。
The determination unit 1 determines whether or not the distribution data regarding two or more variables within a predetermined period measured in a normal state is a distribution according to a normal distribution. For example, the determination unit 1 distributes a distribution obtained by extracting two variables of measurement data acquired from two locations within a predetermined period among measurement data acquired from a plurality of locations of the gas turbine stored in the storage unit 4. It is determined whether the distribution conforms to the normal distribution based on the normal probability plot (eg, qq plot). In the normal probability plot, when the measurement data is normally distributed, the points indicating the measurement data are arranged almost on a straight line. In addition, in this embodiment, although it demonstrates as producing | generating two-dimensional distribution data by the measurement data of two places (two variables) among the measurement data acquired from several places, this invention is not limited to this. This is also applied to the case where n-dimensional distribution data is generated from measurement data at n locations (n variables).

補正項算出部2は、正規分布に従う分布でないと判定された場合に、分布データをフィッティングさせる複数の仮の非線形モデルと、それぞれの仮の非線形モデルの回帰分析の結果とに基づいて、分布データを補正する補正項を算出する。なお、補正項算出部2は、正規分布に従う分布でないと判定された分布データの全てを仮の非線形モデルにフィッティングさせてもよいが、好ましくは、全ての分布データのうち、所定数選定された分布データを複数の仮の非線形モデルにフィッティングさせる。これにより、フィッティングさせる対象の分布データが少なくなり、フィッティングにかかる時間が低減できる。
具体的には、補正項算出部2は、仮の非線形モデルと、仮の非線形モデルの回帰直線との差を補正項として算出する。
When it is determined that the distribution does not follow the normal distribution, the correction term calculation unit 2 distributes distribution data based on a plurality of provisional nonlinear models for fitting distribution data and the results of regression analysis of the respective provisional nonlinear models. A correction term for correcting is calculated. The correction term calculation unit 2 may fit all of the distribution data determined not to be a distribution according to the normal distribution to a temporary nonlinear model, but preferably a predetermined number of all the distribution data is selected. Fitting the distribution data to a plurality of temporary nonlinear models. As a result, the distribution data to be fitted is reduced, and the time required for fitting can be reduced.
Specifically, the correction term calculation unit 2 calculates a difference between the temporary nonlinear model and the regression line of the temporary nonlinear model as a correction term.

以下に、仮の非線形モデルを2次関数y=f(x)とする場合を例に挙げて説明する。
図4は、2次関数y=f(x)と、この2次関数の回帰直線y=f(x)=ax+bとを示している。補正項算出部2は2次関数と回帰直線との偏差を下記(1)式により算出する。
Δyi=f(xi)−(axi+b) (1)
分布データ(xi,yi)を補正する場合には、上記(1)式により決定されたΔyiを補正項とし、以下(2)式のように補正してyi(new)に変換する。
yi(new)=yi−Δyi (2)
Hereinafter, a case where the provisional nonlinear model is a quadratic function y = f N (x) will be described as an example.
FIG. 4 shows a quadratic function y = f N (x) and a regression line y = f L (x) = ax + b of this quadratic function. The correction term calculation unit 2 calculates the deviation between the quadratic function and the regression line by the following equation (1).
Δyi = f N (xi) − (axi + b) (1)
In the case of correcting the distribution data (xi, yi), Δyi determined by the above equation (1) is used as a correction term, and is corrected as shown in the following equation (2) and converted into yi (new).
yi (new) = yi−Δyi (2)

このように、非線形モデルと線形モデルの差分を補正項として分布データを補正することにより、非線形に分布していた分布データを線形の主軸上に確実に分布させることができ、正規分布により従う分布とすることができる。
選定部3は、補正項で補正した分布データが、最も正規分布に従う分布をもたらす仮の非線形モデルを、異常検出で使用する場合の異常検出モデルとして選定し、異常検出モデルに基づいて算出された補正項を異常検出に用いる異常検出補正項として選定する。換言すると、選定部3は、仮の非線形モデル毎に算出された補正項によって補正した分布データの正規分布性をそれぞれ比較し、最も正規分布性を持つ仮の非線形モデルとその仮の非線形モデルから算出された補正項とを、異常検出に用いる非線形モデルおよび補正項として選定する。
In this way, by correcting the distribution data using the difference between the non-linear model and the linear model as a correction term, the distribution data distributed non-linearly can be reliably distributed on the linear main axis. It can be.
The selection unit 3 selects, as an abnormality detection model when the distribution data corrected by the correction term is used for abnormality detection, a provisional nonlinear model that provides a distribution that follows the normal distribution, and is calculated based on the abnormality detection model. The correction term is selected as an abnormality detection correction term used for abnormality detection. In other words, the selection unit 3 compares the normal distribution of the distribution data corrected by the correction term calculated for each temporary nonlinear model, and compares the temporary nonlinear model having the most normal distribution with the temporary nonlinear model. The calculated correction term is selected as a nonlinear model and correction term used for abnormality detection.

異常検出装置20は、異常検出部(異常検出手段)21を備えている。
異常検出部21は、記憶部4から判定データを読み出し、異常検出前処理装置10の選定部3によって選定された異常検出補正項に基づいて判定データを補正した補正判定データを算出し、補正判定データをマハラノビス距離に基づいて異常か否かを判定する。また、異常検出部21は、マハラノビス距離に閾値を設け、閾値以下であれば正常とし、閾値より大きい場合には異常として判定する。
The abnormality detection device 20 includes an abnormality detection unit (abnormality detection means) 21.
The abnormality detection unit 21 reads the determination data from the storage unit 4, calculates correction determination data obtained by correcting the determination data based on the abnormality detection correction term selected by the selection unit 3 of the abnormality detection preprocessing apparatus 10, and performs correction determination. Determine whether the data is abnormal based on Mahalanobis distance. Further, the abnormality detection unit 21 sets a threshold value for the Mahalanobis distance, and determines that it is normal if it is equal to or less than the threshold value, and determines that it is abnormal if it is greater than the threshold value.

マハラノビス距離を用いた判定とは、ある集団の特徴量(多変数)を一つのパラメータ(マハラノビス距離)で表し、ある測定データの良・不良を、健全な集団(正常時の測定データ)の基本データからの距離で評価する方法である。ある測定データが不良であれば、健全な集団からの距離は大きくなり、測定データが良であれば健全な集団からの距離は小さくなる。   Judgment using Mahalanobis distance refers to the characteristic quantity (multivariate) of a certain group with one parameter (Mahalanobis distance), and the good / bad of certain measurement data is the basis of a healthy group (normal measurement data) This is an evaluation method based on the distance from the data. If some measurement data is bad, the distance from the healthy group is large, and if the measurement data is good, the distance from the healthy group is small.

例えば、k次元のマハラノビス距離MDは、以下(3)式により求められる。ここで、kは項目数、i,jは1〜k、αijは相関行列の逆行列のi,j成分、m、m、σ、σはそれぞれ単位空間における平均値および標準偏差とする。

Figure 0006129508
For example, Mahalanobis distance MD 2 of k dimensions, determined by the following equation (3). Here, k is the number of items, i and j are 1 to k, α ij is the i and j components of the inverse matrix of the correlation matrix, m i , m j , σ i , and σ j are the average value and standard in the unit space, respectively. Deviation.
Figure 0006129508

以下に本実施形態に係る異常検出前処理装置10および異常検出装置20の作用について、図1から図7を用いて説明する。
ガスタービン設備31からガスタービンの運転に関する運転データが所定のタイミングで遠隔地の監視センター30に出力され、監視センター30の異常検出装置20によって運転データが取得される。異常検出装置20は、取得した運転データを記憶部4に記憶させる(図5のステップSA1)。
The operation of the abnormality detection pre-processing device 10 and the abnormality detection device 20 according to this embodiment will be described below with reference to FIGS.
Operation data relating to the operation of the gas turbine is output from the gas turbine equipment 31 to the remote monitoring center 30 at a predetermined timing, and the operation data is acquired by the abnormality detection device 20 of the monitoring center 30. The abnormality detection device 20 stores the acquired operation data in the storage unit 4 (step SA1 in FIG. 5).

監視員によって、2変数(例えば、ガスタービン出力(MW)とブレードパス温度(℃))に関する異常検出の開始指示が入力されると、正常時に測定された所定期間内の「ガスタービン出力(MW)」と「ブレードパス温度(℃)」の2変数が選定される、記憶部4から選定された2変数が抽出され、2変数(2次元)に関する分布データが、正規分布に従った分布になるか否かが判定される(図5のステップSA2)。正規分布に従った分布になると判定された場合には、正常時のデータの補正はしないので、異常検出前処理装置10の処理を終了し、異常検出装置20によりマハラノビス距離に基づいた正常異常の判定を行う。   When an abnormality detection start instruction regarding two variables (for example, a gas turbine output (MW) and a blade path temperature (° C.)) is input by a monitor, the “gas turbine output (MW) within a predetermined period measured during normal operation”. ) ”And“ blade path temperature (° C.) ”are selected, the two variables selected from the storage unit 4 are extracted, and the distribution data regarding the two variables (two dimensions) becomes a distribution according to the normal distribution. Is determined (step SA2 in FIG. 5). If it is determined that the distribution conforms to the normal distribution, the normal data is not corrected. Therefore, the processing of the abnormality detection pre-processing device 10 is terminated, and the abnormality detection device 20 detects normal abnormality based on the Mahalanobis distance. Make a decision.

分布データが正規分布に従った分布でないと判定された場合には、正規分布に従う分布でないと判定された分布データのうち所定数の分布データが選定され(図5のステップSA3)、選定された分布データを複数の仮の非線形モデルにフィッティングさせ(図5のステップSA4)、それぞれの仮の非線形モデルの回帰直線との差に基づいて、分布データを補正する補正項がそれぞれ算出される(図5のステップSA5)。算出された補正項によって分布データが補正される(図5のステップSA6)。これにより、正規分布に従った分布でないと判定された分布データも、正規分布に従う方向の分布に変換される。   When it is determined that the distribution data is not a distribution according to the normal distribution, a predetermined number of distribution data is selected from the distribution data determined not to be a distribution according to the normal distribution (step SA3 in FIG. 5). The distribution data is fitted to a plurality of temporary nonlinear models (step SA4 in FIG. 5), and correction terms for correcting the distribution data are calculated based on the difference from the regression line of each temporary nonlinear model (FIG. 5). 5 step SA5). The distribution data is corrected by the calculated correction term (step SA6 in FIG. 5). Thereby, the distribution data determined not to be a distribution according to the normal distribution is also converted into a distribution in a direction according to the normal distribution.

補正後の複数の分布データが正規分布に従う分布であるか判定され、最も正規分布に従う分布をもたらす非線形モデルが異常検出モデルとして選定され、この異常検出モデルから算出された補正項が異常検出補正項として選定され(図5のステップSA7)、異常検出部21に出力され、異常検出前処理装置10の処理を終了する。
異常検出装置20の異常検出部21は、記憶部4から判定データを読み出し、選定部3から取得した異常検出補正項に基づいて判定データを補正した補正判定データが算出される。補正判定データがマハラノビス距離の所定閾値と比較され、閾値以下であれば正常とし、閾値より大きい場合には異常として判定される。
It is determined whether a plurality of distribution data after correction is a distribution according to a normal distribution, a nonlinear model that brings the distribution that most closely follows a normal distribution is selected as an abnormality detection model, and a correction term calculated from this abnormality detection model is an abnormality detection correction term. Is selected (step SA7 in FIG. 5), and is output to the abnormality detection unit 21, and the process of the abnormality detection preprocessing apparatus 10 is terminated.
The abnormality detection unit 21 of the abnormality detection device 20 reads the determination data from the storage unit 4 and calculates correction determination data obtained by correcting the determination data based on the abnormality detection correction term acquired from the selection unit 3. The correction determination data is compared with a predetermined threshold value of the Mahalanobis distance. If the correction determination data is equal to or smaller than the threshold value, it is determined to be normal, and if it is greater than the threshold value, it is determined to be abnormal.

図6には、異常検出前処理装置10によって分布データの補正前と補正後との比較データが一例として示されている。ここでは、非線形モデルとして、二次元モデルが用いられている場合を例としている。
図6(a)に、記憶部4から読み出された正常時の分布データ(図示略)の、正規確率プロットによる正規分布性が示されている。正規分布に従う分布であるか否かの判定により、正規分布に従った分布でないと判定された場合に、記憶部4から読み出された正常時の分布データのうち所定数のデータを、2次元モデルでフィッティングしたのが図6(b)である。
In FIG. 6, comparison data before and after correction of distribution data by the abnormality detection preprocessing apparatus 10 is shown as an example. Here, a case where a two-dimensional model is used as the nonlinear model is taken as an example.
FIG. 6A shows the normal distribution of normal distribution data (not shown) read from the storage unit 4 according to a normal probability plot. When it is determined that the distribution is not in accordance with the normal distribution by determining whether the distribution is in accordance with the normal distribution, a predetermined number of data among the normal distribution data read from the storage unit 4 is two-dimensional FIG. 6B shows the fitting performed by the model.

これを回帰分析して求められた補正項により記憶部4から読み出した分布データを補正すると(2次元モデルで補正)、図6(c)が得られた。さらに、図6(c)を正規確率プロットすることにより、図6(d)が得られた。図6(a)と図6(d)の上部に記載の数値は、正規分布性を示す値であり、小さいほど正規分布に従うことを意味している。これにより、分布データ補正前の図6(a)より、2次元モデルで分布データが補正された補正後の図6(d)の方が、正規分布らしさが向上していることがわかる。   When the distribution data read from the storage unit 4 is corrected by a correction term obtained by regression analysis (corrected by a two-dimensional model), FIG. 6C is obtained. Furthermore, FIG. 6D is obtained by plotting the normal probability plot of FIG. The numerical values described in the upper part of FIG. 6A and FIG. 6D are values indicating normal distribution, and the smaller the value, the more the normal distribution is obeyed. Accordingly, it can be seen that the normal distribution is more improved in FIG. 6D after the correction of the distribution data with the two-dimensional model than in FIG. 6A before the correction of the distribution data.

同様に、図7(a)から(d)には、非線形モデルとして三角関数モデルが用いられた場合の補正前から補正後の比較データである。
図7(a)は、分布データ補正前の正規確率プロットであり、図7(d)は三角関数モデルで分布データ補正後の正規確率プロットを示している。これにおいても、図7(a)より図7(d)の方が、正規分布らしさが向上していることがわかる。
Similarly, FIGS. 7A to 7D show comparison data before and after correction when a trigonometric function model is used as the nonlinear model.
FIG. 7A is a normal probability plot before distribution data correction, and FIG. 7D shows a normal probability plot after distribution data correction using a trigonometric function model. Also in this case, it can be seen that the normal distribution is more improved in FIG. 7D than in FIG.

以上説明してきたように、本実施形態に係る異常検出前処理装置10および方法ならびにプログラム、それを備えた異常検出装置20によれば、正常時に測定された所定期間内の2変数に関する分布データが、正規分布に従った分布になるか否かを判定され、正規分布に従う分布でないと判定された分布データのうち所定数選定された分布データが仮の非線形モデルにフィッティングされ、仮の非線形モデルと回帰直線との差によって、分布データを補正する補正項が算出される。この補正項により補正された分布データが、最も正規分布に従う分布をもたらす仮の非線形モデルを、異常検出で使用する場合の異常検出モデルとして選定され、異常検出モデルに基づいて算出された補正項を異常検出に用いる補正項として選定される。   As described above, according to the abnormality detection pre-processing device 10 and method and program according to the present embodiment, and the abnormality detection device 20 including the same, distribution data relating to two variables within a predetermined period measured at normal time is obtained. It is determined whether the distribution conforms to the normal distribution, and a predetermined number of distribution data selected from the distribution data determined not to conform to the normal distribution are fitted to the temporary nonlinear model, A correction term for correcting the distribution data is calculated based on the difference from the regression line. The distribution data corrected by this correction term is selected as an abnormality detection model when using a temporary nonlinear model that produces a distribution that most closely follows the normal distribution, and the correction term calculated based on the abnormality detection model is selected. It is selected as a correction term used for abnormality detection.

このように、正常データの正規分布性を定量的に評価し、正常時に測定された分布データに基づいて、異常検出モデルおよび異常検出に用いる補正項を選定するので、正常時に得られる測定データから逸脱したデータ(つまり、異常データ)を精度よく検出することができる。また、正常時に測定されたデータのみを用いるので正常データと異常データとの両方を用いる場合と比較して簡便である。
また、正常データが正規分布から離れていると判定されても、異常データの特徴を変えることなく、正常データを正規分布に従わせるように補正できる。
In this way, normal distribution of normal data is quantitatively evaluated, and based on the distribution data measured at normal time, an abnormality detection model and a correction term used for abnormality detection are selected. Deviated data (that is, abnormal data) can be detected with high accuracy. In addition, since only data measured at normal time is used, it is simpler than the case of using both normal data and abnormal data.
Even if it is determined that the normal data is away from the normal distribution, the normal data can be corrected to follow the normal distribution without changing the characteristics of the abnormal data.

従来のように信号値を加算して平均値を求める等の操作をして正規分布に従わせる手法とは異なり、本発明は、非線形モデルを線形モデルに回帰させることによって、正規分布に従うか否かが判定できるので、元となる分布データの特徴が失われることがない。
また、異常検出前処理装置10により補正項がひとたび選定されると、異常検出装置20は、その補正項を用いて判定データを変換し、所定の2変数に対する判定データの正常異常を判定することができるので、時間経過に伴うそこからの多少の変化や、判定データの判別そのものには大きな計算負荷がかからず、簡便に処理できる。
Unlike the conventional method of adding a signal value and calculating an average value to follow a normal distribution, the present invention regresses a nonlinear model to a linear model to determine whether or not to follow a normal distribution. Therefore, the characteristics of the original distribution data are not lost.
Further, once the correction term is selected by the abnormality detection pre-processing device 10, the abnormality detection device 20 converts the determination data using the correction term, and determines normality of the determination data with respect to two predetermined variables. Therefore, a slight change from the passage of time and the determination of the determination data itself do not require a large calculation load, and can be processed easily.

また、上記実施形態においては、異常検出装置20は、異常検出部21と異常検出前処理装置10とを1つの装置に含めることとして説明していたが、これに限定されず、異常検出部21と異常検出前処理装置10とが異なる装置(コンピュータシステム)に設けられ、情報の授受可能に接続されることとしてもよい。
また、上記実施形態においては、監視員により選定された2変数に関して正規分布に従うか否かの判定と補正項算出を開始していたが、これに限定されず、記憶部4に記憶されている複数箇所(例えば、200箇所)から収集した測定データを全通りの組み合わせの2次元ペアずつ正規分布性の判定と補正項の算出を行う処理を予め行い、その結果を記憶部4に記憶させ、結果だけを適宜読み出すこととしてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the abnormality detection apparatus 20 was demonstrated as including the abnormality detection part 21 and the abnormality detection pre-processing apparatus 10 in one apparatus, it is not limited to this, The abnormality detection part 21 And the abnormality detection preprocessing apparatus 10 may be provided in different apparatuses (computer systems) and connected so as to be able to exchange information.
In the above-described embodiment, the determination whether or not to follow the normal distribution and the calculation of the correction term for the two variables selected by the monitoring staff has been started. However, the present invention is not limited to this, and is stored in the storage unit 4. The measurement data collected from a plurality of locations (for example, 200 locations) is preliminarily subjected to processing for determining normal distribution and calculating a correction term for each two-dimensional pair of all combinations, and the result is stored in the storage unit 4. It is good also as reading only a result suitably.

なお、上記実施形態においては、複数の非線形モデルは、物理的に異なるモデル(例えば、2次関数と三角関数など)を多数用意しておき、その中のパラメータが最適か否かも含めて最も正規分布に従う非線形モデルを選定することとして説明していたが、これに限定されない。例えば、非線形モデルを1つの遺伝子として、モデル同士の交配(合成)や変位(式の一部を変換)などを組み込む、所謂遺伝的アルゴリズム(GE:Genetic Algorithm)による非線形モデルの最適化手法であってもよいこととする。   In the above embodiment, a plurality of nonlinear models (for example, a quadratic function and a trigonometric function) are prepared as a plurality of non-linear models, and the most regular including the parameters in them are optimal. Although described as selecting a nonlinear model according to the distribution, the present invention is not limited to this. For example, this is a method for optimizing a nonlinear model by a so-called genetic algorithm (GE) that incorporates mating (synthesis) and displacement (transformation of a part of an expression) between models using a nonlinear model as one gene. It may be possible.

上記実施形態においては、分布データが、y=f(x)である変数を2変数とした2次元パターンである場合を例に挙げて説明していたが、f(x)=0のn個の変数としたn次元パターンである場合の、補正項の算出方法について、図8を用いて説明する(xはn次元ベクトル)。
a,bはn次元ベクトルとし、tは直線の1次元パラメータとし、回帰直線をx=at+bとする。f(x)=0の中心cN、at+bの中心b(t=0)をデータ群の中心近傍に取ることとする。f(x)=0をcNから単位長さのベクトル{df/ds_i}で、折れ線近似する。ここで、sは曲線の1次元パラメータであり、プラス側およびマイナス側に動くものとする。
In the above-described embodiment, the case where the distribution data is a two-dimensional pattern in which the variable of y = f (x) is two variables has been described as an example, but n pieces of f (x) = 0 are described. A correction term calculation method in the case of an n-dimensional pattern as a variable of x will be described with reference to FIG. 8 (x is an n-dimensional vector).
a and b are n-dimensional vectors, t is a linear one-dimensional parameter, and a regression line is x = at + b. The center cN of f (x) = 0 and the center b (t = 0) of at + b are set near the center of the data group. F (x) = 0 is approximated by a polygonal line from cN to a unit length vector {df / ds_i }. Here, s is a one-dimensional parameter of the curve and moves to the plus side and the minus side.

各折れ線成分について、直線の成分{at_i+b}に移動する変換R_iを算出する。求められたR_iを補正項とし、各正常データについて最も近い折れ線#iを求め、データxをR_ixで変換する。
このように、本発明は、分布データが何次元のパターンであっても、簡便に補正項を求めて正規分布に従う分布とし、マハラノビス距離の判定に馴染みのよい分布が得られる。
For each broken line component, a transformation R_i that moves to a straight line component { at_i + b} is calculated. The obtained R_i is used as a correction term, the nearest broken line #i is obtained for each normal data, and the data x is converted by R_ix .
As described above, according to the present invention, even if the distribution data is a pattern of any dimension, a correction term is easily obtained and the distribution conforms to the normal distribution, and a distribution familiar to the determination of the Mahalanobis distance is obtained.

1 判定部
2 補正項算出部
3 選定部
4 記憶部
10 異常検出前処理装置
20 異常検出装置
21 異常検出部
100 監視システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Determination part 2 Correction term calculation part 3 Selection part 4 Storage part 10 Abnormality detection pre-processing apparatus 20 Abnormality detection apparatus 21 Abnormality detection part 100 Monitoring system

Claims (5)

正常時に測定された所定期間内の2変数以上に関する分布データが、正規分布に従った分布になるか否かを判定する判定手段と、
正規分布に従う分布でないと判定された場合に、前記分布データをフィッティングさせる複数の仮の非線形モデルと、それぞれ仮の前記非線形モデルの回帰直線との差を、前記分布データを補正する補正項として算出する補正項算出手段と、
前記補正項で補正した前記分布データが、最も正規分布に従う分布をもたらす仮の前記非線形モデルを、異常検出で使用する場合の異常検出モデルとして選定し、該異常検出モデルに基づいて算出された前記補正項を異常検出に用いる異常検出補正項として選定する選定手段と
を具備する異常検出前処理装置。
The distribution data related to two or more variables in a predetermined period of time that is measured during normal, determining means for determining whether or not made a distribution in accordance with the normal distribution,
When it is determined that the distribution does not conform to the normal distribution , a difference between a plurality of provisional nonlinear models for fitting the distribution data and a regression line of each provisional nonlinear model is calculated as a correction term for correcting the distribution data. Correction term calculation means for
The distribution data corrected by the correction term is selected as an abnormality detection model when using the provisional nonlinear model that yields the distribution that follows the most normal distribution as an abnormality detection model, and is calculated based on the abnormality detection model. An abnormality detection pre-processing apparatus comprising: selection means for selecting a correction term as an abnormality detection correction term used for abnormality detection.
前記補正項算出手段は、正規分布に従う分布でないと判定された前記分布データのうち、所定数選定された前記分布データを複数の仮の前記非線形モデルにフィッティングさせる請求項1に記載の異常検出前処理装置。 2. The pre-abnormality detection according to claim 1, wherein the correction term calculation unit fits a predetermined number of the distribution data selected from the distribution data determined not to follow a normal distribution to a plurality of temporary nonlinear models. Processing equipment. 請求項1または請求項2に記載の異常検出前処理装置と、
前記異常検出前処理装置の前記選定手段によって選定された前記異常検出補正項に基づいて、正常異常の判定対象となる測定データである判定データを補正した補正判定データを算出し、前記補正判定データをマハラノビス距離に基づいて、異常か否かを判定する異常検出手段と
を具備する異常検出装置。
The abnormality detection pre-processing device according to claim 1 or 2 ,
Based on the abnormality detection correction term selected by the selection means of the abnormality detection preprocessing apparatus, correction correction data obtained by correcting determination data that is measurement data to be determined as normal abnormality is calculated, and the correction determination data An abnormality detection device comprising abnormality detection means for determining whether or not there is an abnormality based on the Mahalanobis distance.
正常時に測定された所定期間内の2変数以上に関する分布データが、正規分布に従った分布になるか否かを判定する第1過程と、
正規分布に従う分布でないと判定された場合に、前記分布データをフィッティングさせる複数の仮の非線形モデルと、それぞれの仮の前記非線形モデルの回帰直線との差を、前記分布データを補正する補正項として算出する第2過程と、
前記補正項で補正した前記分布データが、最も正規分布に従う分布をもたらす仮の前記非線形モデルを、異常検出で使用する場合の異常検出モデルとして選定し、該異常検出モデルに基づいて算出された前記補正項を異常検出に用いる異常検出補正項として選定する第3過程と
を有する異常検出前処理方法。
A first step of determining whether or not distribution data relating to two or more variables within a predetermined period measured in a normal period is a distribution according to a normal distribution;
When it is determined that the distribution does not follow the normal distribution , a difference between a plurality of provisional nonlinear models for fitting the distribution data and a regression line of each provisional nonlinear model is used as a correction term for correcting the distribution data. A second process to calculate,
The distribution data corrected by the correction term is selected as an abnormality detection model when using the provisional nonlinear model that yields the distribution that follows the most normal distribution as an abnormality detection model, and is calculated based on the abnormality detection model. And a third step of selecting a correction term as an abnormality detection correction term used for abnormality detection.
正常時に測定された所定期間内の2変数以上に関する分布データが、正規分布に従った分布になるか否かを判定する第1処理と、
正規分布に従う分布でないと判定された場合に、前記分布データをフィッティングさせる複数の仮の非線形モデルと、それぞれの仮の前記非線形モデルの回帰直線との差を、前記分布データを補正する補正項として算出する第2処理と、
前記補正項で補正した前記分布データが、最も正規分布に従う分布をもたらす仮の前記非線形モデルを、異常検出で使用する場合の異常検出モデルとして選定し、該異常検出モデルに基づいて算出された前記補正項を異常検出に用いる異常検出補正項として選定する第3処理と
をコンピュータに実行させるための異常検出前処理プログラム。
A first process for determining whether or not distribution data relating to two or more variables within a predetermined period measured in a normal period is a distribution according to a normal distribution;
When it is determined that the distribution does not follow the normal distribution , a difference between a plurality of provisional nonlinear models for fitting the distribution data and a regression line of each provisional nonlinear model is used as a correction term for correcting the distribution data. A second process to calculate;
The distribution data corrected by the correction term is selected as an abnormality detection model when using the provisional nonlinear model that yields the distribution that follows the most normal distribution as an abnormality detection model, and is calculated based on the abnormality detection model. The abnormality detection pre-processing program for making a computer perform the 3rd process which selects a correction term as an abnormality detection correction term used for abnormality detection.
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