JP6809882B2 - Machine learning devices for learning fan failure prediction, devices including machine learning devices, and machine learning methods - Google Patents

Machine learning devices for learning fan failure prediction, devices including machine learning devices, and machine learning methods Download PDF

Info

Publication number
JP6809882B2
JP6809882B2 JP2016231698A JP2016231698A JP6809882B2 JP 6809882 B2 JP6809882 B2 JP 6809882B2 JP 2016231698 A JP2016231698 A JP 2016231698A JP 2016231698 A JP2016231698 A JP 2016231698A JP 6809882 B2 JP6809882 B2 JP 6809882B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fan
machine learning
failure
unit
learning
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016231698A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2018088179A (en
Inventor
諏訪 博之
博之 諏訪
浩二 羽田
浩二 羽田
恭庸 佐古田
恭庸 佐古田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FANUC Corp
Original Assignee
FANUC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by FANUC Corp filed Critical FANUC Corp
Priority to JP2016231698A priority Critical patent/JP6809882B2/en
Publication of JP2018088179A publication Critical patent/JP2018088179A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6809882B2 publication Critical patent/JP6809882B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Testing And Monitoring For Control Systems (AREA)

Description

本発明は、ファンの故障予測を学習する機械学習器、機械学習器を含む装置および機械学習方法に関する。 The present invention relates to a machine learning device for learning fan failure prediction, a device including the machine learning device, and a machine learning method.

従来、例えば、CNC(Computer Numerical Control)装置やロボットコントローラ、或いは、サーボアンプ等には、冷却用のファン(ファンモータ)が搭載されている。これらのファンは、予防保守の観点から、故障に至る前に予兆を検出して、保守を促すことが求められる。 Conventionally, for example, a CNC (Computer Numerical Control) device, a robot controller, a servo amplifier, or the like is equipped with a cooling fan (fan motor). From the viewpoint of preventive maintenance, these fans are required to detect signs and promote maintenance before a failure occurs.

ところで、ファンの寿命による故障(不良)モードとしては、例えば、固着とベアリング寿命が知られているが、いずれの故障モードにも起動不良と定常回転時不良がある。ここで、起動不良とは、正常に回転していたファンが次回の電源投入(ON)時に回転しないというモードであり、定常回転時不良とは、正常に回転していたファンが突如回転しなくなるというモードである。 By the way, as failure (defective) modes due to fan life, for example, sticking and bearing life are known, but both failure modes include startup failure and steady rotation failure. Here, the start failure is a mode in which the normally rotating fan does not rotate at the next power-on (ON), and the steady rotation failure is a mode in which the normally rotating fan suddenly stops rotating. It is a mode called.

このように、ファンが不良になると、例えば、ファンによる冷却能力の低下を招き、ファンが設けられたCNC装置,ロボットコントローラおよびサーボアンプ等の温度が上昇して、性能の低下や故障の発生を生じる虞がある。 In this way, if the fan becomes defective, for example, the cooling capacity of the fan may decrease, and the temperature of the CNC device, robot controller, servo amplifier, etc. provided with the fan may increase, resulting in deterioration of performance or failure. It may occur.

ところで、従来、コンピュータ等の冷却ファンの故障検知、予測する装置に関するものとして、ファンを駆動する電流をモニタし、回転に伴って電流に生じる周期的変化から回転数を検出し、検出値が所定の値より小さくなった時に故障と判定し、回転数データを時系列的にプロセッサに取り込むことにより故障分析予測を支援するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。なお、ファンの状態をモニタする手段として、タコメータで回転数そのものをモニタする方法、サーミスタで温度をモニタする方法があること等が記載されている。 By the way, conventionally, as a device for detecting and predicting a failure of a cooling fan such as a computer, the current for driving the fan is monitored, the rotation speed is detected from the periodic change in the current with rotation, and the detected value is predetermined. It has been proposed that a failure is determined when the value becomes smaller than the value of, and the rotation speed data is taken into the processor in time series to support the failure analysis prediction (see, for example, Patent Document 1). It is described that as a means for monitoring the state of the fan, there are a method of monitoring the rotation speed itself with a tachometer, a method of monitoring the temperature with a thermistor, and the like.

また、従来、冷却装置のファンの故障予知、警報システムとして、ファンモータの温度をモニタして、所定の温度異常になった時に警報を発することで、完全に故障する前に故障の予測ができるものが提案されている(例えば、特許文献2参照)。ここで、ファン故障のモードとして、糸屑等が絡んで回っていたような突発的なものと、モータの寿命によるものがあることも記載されている。 Further, conventionally, as a failure prediction and warning system for a fan of a cooling device, the temperature of a fan motor is monitored and an alarm is issued when a predetermined temperature abnormality occurs, so that a failure can be predicted before a complete failure. Those have been proposed (see, for example, Patent Document 2). Here, it is also described that there are two modes of fan failure, one is a sudden one in which lint or the like is entangled and the other is due to the life of the motor.

さらに、従来、多数の構成要素からなる装置(例えば、画像形成装置)の障害予測システムとして、障害に関係する多くのパラメータに関して、障害発生時の状況を機械学習して複数の障害モードを抽出し、現状動作状態での各パラメータの値との比較から障害予測を行うシステムが提案されている(例えば、特許文献3参照)。 Further, conventionally, as a failure prediction system of a device (for example, an image forming device) composed of a large number of components, machine learning of the situation at the time of failure for many parameters related to the failure is performed to extract a plurality of failure modes. , A system has been proposed in which failure prediction is performed by comparing with the values of each parameter in the current operating state (see, for example, Patent Document 3).

また、従来、工作機械で事前に異常事態発生を予測するシステムとして、通常の加工動作でのデータを学習に使用し、その経時変化から故障を予測するものも提案されている(例えば、特許文献4参照)。 Further, conventionally, as a system for predicting the occurrence of an abnormal situation in advance with a machine tool, a system has been proposed in which data in a normal machining operation is used for learning and a failure is predicted from the change over time (for example, patent documents). See 4).

特開平09−184859号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 09-184859 特許第3011486号公報Japanese Patent No. 3011486 特開2013−109483号公報JP 2013-109483 特開2015−203646号公報JP-A-2015-203646

上述したように、例えば、CNC装置ロボットコントローラおよびサーボアンプには、冷却用のファン(ファンモータ)が設けられているが、例えば、ファンの故障モードには、様々な要因が存在している。 As described above, for example, the CNC device robot controller and the servo amplifier are provided with a fan (fan motor) for cooling, and for example, there are various factors in the failure mode of the fan.

このようなファンの故障モードに関連する情報を取得して、所定のアルゴリズムによりファンの故障を検出しようとする試みはなされているが、ファンの故障を高精度で予測することは難しいのが実情である。 Attempts have been made to acquire information related to such fan failure modes and detect fan failures using a predetermined algorithm, but the reality is that it is difficult to predict fan failures with high accuracy. Is.

本発明に係る第1実施形態の一例によれば、ファンの故障予測を学習する機械学習器であって、前記ファンの動作に関連する状態変数を観測する状態観測部と、前記ファンの故障の有無に関するラベルを取得するラベル取得部と、前記状態観測部により観測された前記状態変数および前記ラベル取得部により取得された前記ラベルに基づいて、前記ファンの故障を予測する学習モデルを作成する学習部と、を備える機械学習器が提供される。 According to an example of the first embodiment according to the present invention, it is a machine learning device that learns fan failure prediction, and is a state observation unit that observes state variables related to the operation of the fan, and a failure of the fan. Learning to create a learning model for predicting a fan failure based on a label acquisition unit that acquires a label relating to the presence or absence, the state variable observed by the state observation unit, and the label acquired by the label acquisition unit. A machine learning device equipped with a unit is provided.

本発明に係る第1実施形態の他の例によれば、ファンの故障予測を学習する機械学習器であって、前記ファンの動作に関連する状態変数を観測する状態観測部と、前記状態観測部により観測された前記状態変数に基づいて、分布および規則性の学習モデルを生成する学習部と、を備える機械学習器も提供される。 According to another example of the first embodiment according to the present invention, it is a machine learner that learns fan failure prediction, and has a state observation unit that observes state variables related to the operation of the fan and the state observation unit. A machine learning device including a learning unit that generates a learning model of distribution and regularity based on the state variables observed by the unit is also provided.

本発明に係る第2実施形態によれば、上記第1実施形態の一例または他の例の機械学習器を含む装置であって、前記装置は、前記ファンにより冷却される装置が提供される。 According to the second embodiment of the present invention, the device includes the machine learning device of one example or another example of the first embodiment, and the device is provided with a device cooled by the fan.

本発明に係る第3実施形態の一例によれば、ファンの故障予測を学習する機械学習方法であって、前記ファンの動作に関連する状態変数を観測し、前記ファンの故障の有無に関するラベルを取得し、観測された前記状態変数および取得された前記ラベルに基づいて、前記ファンの故障を予測する学習モデルを作成する機械学習方法が提供される。 According to an example of the third embodiment according to the present invention, it is a machine learning method for learning fan failure prediction, observing state variables related to the fan operation, and labeling the presence or absence of the fan failure. A machine learning method is provided that creates a learning model that predicts a failure of the fan based on the acquired and observed state variables and the acquired label.

本発明に係る第3実施形態の他の例によれば、ファンの故障予測を学習する機械学習方法であって、前記ファンの動作に関連する状態変数を観測し、観測された前記状態変数に基づいて、分布および規則性の学習モデルを生成する機械学習方法が提供される。 According to another example of the third embodiment according to the present invention, it is a machine learning method for learning fan failure prediction, in which state variables related to the operation of the fan are observed, and the observed state variables are used. Based on this, a machine learning method for generating a learning model of distribution and regularity is provided.

本発明に係る機械学習器、機械学習器を含む装置および機械学習方法によれば、ファンの故障を高精度で予測することができるという効果を奏する。 According to the machine learning device, the device including the machine learning device, and the machine learning method according to the present invention, there is an effect that the failure of the fan can be predicted with high accuracy.

図1は、本発明に係る機械学習器の第1実施例を模式的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing a first embodiment of the machine learning device according to the present invention. 図2は、第1実施例の機械学習器が適用されるCNC装置の一例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an example of a CNC device to which the machine learning device of the first embodiment is applied. 図3は、本発明に係る機械学習器の第2実施例を模式的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing a second embodiment of the machine learning device according to the present invention. 図4は、図3に示す機械学習器の一例を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining an example of the machine learning device shown in FIG. 図5は、図3に示す機械学習器の他の例を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining another example of the machine learning device shown in FIG.

以下、本発明に係るファンの故障予測を学習する機械学習器、機械学習器を含む装置および機械学習方法の実施形態を、添付図面を参照して詳述する。図1は、本発明に係る機械学習器の第1実施例を模式的に示す図であり、例えば、次回電源を投入して起動したときにファンが回転しない固着不良によるファンの故障予測を学習する機械学習器の例を示すものである。図1に示されるように、第1実施例の機械学習器2は、状態観測部21,学習部22,出力利用部23およびラベル取得部24を含む。 Hereinafter, embodiments of a machine learning device for learning fan failure prediction according to the present invention, a device including the machine learning device, and a machine learning method will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing a first embodiment of the machine learning device according to the present invention. For example, the fan does not rotate when the power is turned on and started next time. It shows an example of a machine learning device. As shown in FIG. 1, the machine learning device 2 of the first embodiment includes a state observation unit 21, a learning unit 22, an output utilization unit 23, and a label acquisition unit 24.

状態観測部21は、環境1から与えられる入力データとして、例えば、CNC装置10を冷却するファン(ファンモータ)100の電流,回転数および温度を状態変数(状態量)として観測したものが与えられる。具体的に、状態観測部21は、例えば、電源を投入した起動時におけるファン100の電流および回転数、並びに、電源を投入した後、所定時間が経過して安定した動作を行っている定常時におけるファン100の電流および回転数を状態変数として観測する。さらに、状態観測部21は、例えば、ファン100の巻線温度、ファン100の周囲温度、ファン100の風量、ファン100の振動、および、ファン100の音を状態変数として観測する。 The state observation unit 21 is given input data given from the environment 1, for example, observed as state variables (state quantities) of the current, rotation speed, and temperature of the fan (fan motor) 100 that cools the CNC device 10. .. Specifically, the state observing unit 21 is, for example, the current and rotation speed of the fan 100 at the time of starting when the power is turned on, and the steady state in which a predetermined time has elapsed after the power is turned on and stable operation is performed. The current and the rotation speed of the fan 100 in the above are observed as state variables. Further, the state observing unit 21 observes, for example, the winding temperature of the fan 100, the ambient temperature of the fan 100, the air volume of the fan 100, the vibration of the fan 100, and the sound of the fan 100 as state variables.

ここで、ファン100の電流は、例えば、CNC装置10により検出したファン100を流れる電流として検出され、ファン100の回転数は、例えば、ファン100に設けられたロータリーエンコーダの出力により検出することができる。なお、ファン100の巻線温度は、ファン(モータ)100自身の温度に相当し、例えば、ファン100に取り付けた温度センサにより検出することができる。なお、ファン100の周囲温度、風量、振動および音は、それぞれ対応するセンサ(すなわち、温度センサ、風量センサ、振動センサおよび音センサ(マイクロフォン)等)により検出することができる。 Here, the current of the fan 100 can be detected as, for example, the current flowing through the fan 100 detected by the CNC device 10, and the rotation speed of the fan 100 can be detected, for example, by the output of a rotary encoder provided in the fan 100. it can. The winding temperature of the fan 100 corresponds to the temperature of the fan (motor) 100 itself, and can be detected by, for example, a temperature sensor attached to the fan 100. The ambient temperature, air volume, vibration, and sound of the fan 100 can be detected by corresponding sensors (that is, a temperature sensor, an air volume sensor, a vibration sensor, a sound sensor (microphone), and the like).

ラベル取得部24は、ラベル(教師データ)を取得するもので、ファン100の故障の有無に関するラベルを取得する。学習部22は、「教師あり学習」を行うもので、状態観測部21により観測された状態変数およびラベル取得部24により取得されたラベル(故障の有無)に基づいて、ファン100の故障を予測する学習モデルを作成する。出力利用部23は、学習部22の出力を受け取って、例えば、ファン100の故障が生じる可能性が高いと判断される場合等において、ファン100の故障が生じる可能性が高い旨をディスプレイ(例えば、CNC装置の操作ディスプレイ)に表示し、または、アラーム(例えば、ランプを点灯)、或いは、ファン100の交換を促すといった処理を行う。 The label acquisition unit 24 acquires labels (teacher data), and acquires labels relating to the presence or absence of failure of the fan 100. The learning unit 22 performs "supervised learning", and predicts a failure of the fan 100 based on the state variables observed by the state observation unit 21 and the label (presence or absence of failure) acquired by the label acquisition unit 24. Create a learning model to do. The output utilization unit 23 receives the output of the learning unit 22, and displays, for example, that the fan 100 is likely to fail when it is determined that the fan 100 is likely to fail (for example). , Displayed on the operation display of the CNC device, or performed an alarm (for example, turning on a lamp) or prompting the replacement of the fan 100.

なお、以上では、環境1として、工場における工作機械に据え付けられたCNC装置10を例として説明したが、これは、CNC装置に限定されるものではなく、例えば、ロボットコントローラやサーボアンプ、さらに、ファン100による冷却機能を有する様々な装置であってもよいのはいうまでもない。また、ファン100は、複数であってもよく、また、種類が異なる場合には、それぞれの型番のファン(モータ)に対して機械学習を行うのが好ましい。 In the above, as the environment 1, the CNC device 10 installed in the machine tool in the factory has been described as an example, but this is not limited to the CNC device, and for example, a robot controller, a servo amplifier, and further. Needless to say, it may be various devices having a cooling function by the fan 100. Further, the number of fans 100 may be plural, and when the types are different, it is preferable to perform machine learning for the fans (motors) of each model number.

図2は、第1実施例の機械学習器が適用されるCNC装置の一例を示すブロック図であり、学習部22を誤差計算部221および誤差モデル更新部222により構成したものである。なお、図2では、意思決定部25が追加して描かれている。図2に示されるように、CNC装置10には、ファン100が設けられ、送風して冷却するようになっている。なお、CNC装置10は、ロボットコントローラやサーボアンプでもよいのは上述した通りである。ここで、センサ200は、例えば、ファン100の周囲温度を検出する温度センサ、或いは、ファン100からの音を検出するマイクロフォン等であるが、上述した他の様々なセンサ(風量センサおよび振動センサ等)も、同様に、ファン100の近傍に設けることができる。 FIG. 2 is a block diagram showing an example of a CNC device to which the machine learning device of the first embodiment is applied, and the learning unit 22 is composed of an error calculation unit 221 and an error model update unit 222. In FIG. 2, the decision-making unit 25 is additionally drawn. As shown in FIG. 2, the CNC device 10 is provided with a fan 100 so as to blow air to cool the CNC device 10. As described above, the CNC device 10 may be a robot controller or a servo amplifier. Here, the sensor 200 is, for example, a temperature sensor that detects the ambient temperature of the fan 100, a microphone that detects the sound from the fan 100, or the like, but various other sensors (air volume sensor, vibration sensor, etc.) described above. ) Can also be provided in the vicinity of the fan 100.

図2に示されるように、学習部22は、状態観測部21の出力(状態変数)およびモデル(教師データ)を受け取って誤差を計算する誤差計算部221と、状態観測部の出力および誤差計算部221の出力を受け取って、ファン100の故障予測に関連する誤差モデルを更新する誤差モデル更新部222と、を含む。なお、誤差計算部221に入力されるラベルは、図1のラベル取得部24の出力に相当する。意思決定部25は、例えば、前述した図1における出力利用部23に相当し、学習部22(誤差モデル更新部222)の出力に基づいて、ファン100の故障予測に関連する情報を規定する。 As shown in FIG. 2, the learning unit 22 receives the output (state variable) and model (teacher data) of the state observation unit 21 and calculates the error, and the error calculation unit 221 and the output and error calculation of the state observation unit. It includes an error model update unit 222 that receives the output of the unit 221 and updates the error model related to the failure prediction of the fan 100. The label input to the error calculation unit 221 corresponds to the output of the label acquisition unit 24 of FIG. The decision-making unit 25 corresponds to, for example, the output utilization unit 23 in FIG. 1 described above, and defines information related to failure prediction of the fan 100 based on the output of the learning unit 22 (error model update unit 222).

なお、機械学習器2は、汎用の計算機やプロセッサを適用することもできるが、例えば、GPGPU(General-Purpose computing on Graphics Processing Units)や大規模PCクラスター等を適用すると、より高速に処理することが可能になる。また、機械学習器2は、少なくとも1つの他の機械学習器と接続可能であり、少なくとも1つの他の機械学習器との間で、機械学習器2の学習部22で作成された学習モデルを相互に交換または共有することができる。 The machine learning unit 2 can be applied with a general-purpose computer or processor, but for example, when a GPGPU (General-Purpose computing on Graphics Processing Units), a large-scale PC cluster, or the like is applied, processing can be performed at a higher speed. Becomes possible. Further, the machine learning device 2 can be connected to at least one other machine learning device, and a learning model created by the learning unit 22 of the machine learning device 2 can be connected to the machine learning device 2 with at least one other machine learning device. Can be exchanged or shared with each other.

このように、第1実施例の機械学習器によれば、例えば、次回電源を投入して起動したときにファンが回転しない固着不良によるファンの故障を高精度で予測することができる。 As described above, according to the machine learning device of the first embodiment, for example, it is possible to predict with high accuracy a fan failure due to a sticking failure in which the fan does not rotate when the power is turned on and started next time.

図3は、本発明に係る機械学習器の第2実施例を模式的に示す図であり、例えば、ファンを回転させて使用しているときに突如回転しなくなる定常回転不良によるファンの故障予測を学習する機械学習器の例を示すものである。図3に示されるように、第2実施例の機械学習器2’は、状態観測部21,学習部22’および出力利用部23’を含む。 FIG. 3 is a diagram schematically showing a second embodiment of the machine learning device according to the present invention. For example, a failure prediction of a fan due to a steady rotation failure that suddenly stops rotating when the fan is rotated and used. This is an example of a machine learning device that learns. As shown in FIG. 3, the machine learning device 2'of the second embodiment includes a state observation unit 21, a learning unit 22', and an output utilization unit 23'.

状態観測部21は、上述した第1実施例と同様に、環境1から与えられる入力データとして、例えば、CNC装置10を冷却するファン100の電流,回転数および温度を状態変数として観測したものが与えられる。すなわち、状態観測部21は、例えば、電源を投入した起動時におけるファン100の電流および回転数、並びに、電源を投入した後、所定時間が経過して安定した動作を行っている定常時におけるファン100の電流および回転数を状態変数として観測する。さらに、状態観測部21は、例えば、ファン100の巻線温度、ファン100の周囲温度、ファン100の風量、ファン100の振動、および、ファン100の音を状態変数として観測する。なお、各状態変数を観測するためのセンサは、第1実施例と同様であり、その説明は省略する。 Similar to the first embodiment described above, the state observation unit 21 observes, for example, the current, the number of rotations, and the temperature of the fan 100 that cools the CNC device 10 as state variables as input data given from the environment 1. Given. That is, the state observation unit 21 is, for example, the current and rotation speed of the fan 100 at the time of starting when the power is turned on, and the fan in the steady state in which a predetermined time elapses after the power is turned on and stable operation is performed. Observe 100 currents and rotation speeds as state variables. Further, the state observing unit 21 observes, for example, the winding temperature of the fan 100, the ambient temperature of the fan 100, the air volume of the fan 100, the vibration of the fan 100, and the sound of the fan 100 as state variables. The sensor for observing each state variable is the same as that of the first embodiment, and the description thereof will be omitted.

学習部22’は、状態観測部21により観測された状態変数に基づいて、分布および規則性の学習モデルを生成する。ここで、学習部22’は、ファン100が正常に動作しているときに正常時スコアを出力すると共に、ファン100を実際に使用しているときに使用時スコアを出力する。なお、正常時スコアは、例えば、故障を生じている可能性が極めて低い時期(正常動作が補償されている時期)にファン100を動作させたときに得られるものである。 The learning unit 22'generates a learning model of distribution and regularity based on the state variables observed by the state observation unit 21. Here, the learning unit 22'outputs the normal time score when the fan 100 is operating normally, and outputs the use time score when the fan 100 is actually used. The normal time score is obtained, for example, when the fan 100 is operated at a time when the possibility of failure is extremely low (a time when normal operation is compensated).

出力利用部23’は、学習部22’から出力される正常時スコアおよび使用時スコアに基づいて、使用しているファン100の故障を予測するもので、例えば、予め正常時スコアをメモリに格納し、その格納された正常時スコアと、学習部22’から出力される使用時スコアを比較することで、定常回転不良によるファンの故障を予測する。すなわち、ファン100が正常に回転しているときの時の状態変数(ファンの電流,回転数,温度,風量,振動および音等)に基づいて、教師なし学習により学習モデル(正常時スコア)を生成してメモリに格納し、その正常時スコアと、実際に使用しているときの学習モデル(使用時スコア)を比較して、定常回転不良によるファンの故障を予測する。なお、第2実施例の機械学習器2’も第1実施例のものと同様に、少なくとも1つの他の機械学習器と接続可能であり、少なくとも1つの他の機械学習器との間で、機械学習器2’の学習部22’で作成された学習モデルを相互に交換または共有することができる。 The output utilization unit 23'predicts the failure of the fan 100 in use based on the normal score and the use score output from the learning unit 22'. For example, the normal score is stored in the memory in advance. Then, by comparing the stored normal score with the use score output from the learning unit 22', a fan failure due to a steady rotation failure is predicted. That is, a learning model (normal score) is obtained by unsupervised learning based on the state variables (fan current, rotation speed, temperature, air volume, vibration, sound, etc.) when the fan 100 is rotating normally. It is generated and stored in memory, and its normal score is compared with the learning model (score during use) when it is actually used to predict fan failure due to steady-state rotation failure. The machine learning device 2'of the second embodiment can be connected to at least one other machine learning device as in the case of the first embodiment, and can be connected to at least one other machine learning device. The learning models created by the learning unit 22'of the machine learning device 2'can be exchanged or shared with each other.

次に、学習および判定方法の一例を説明する。すなわち、一例として、ユーザがニューラルネットワークモデルを設計し、正常時のファン100のデータを使って学習を行う。仮に、機械学習器2’の出力スコアがA,B,Cの3要素ある場合を考える。 Next, an example of the learning and determination method will be described. That is, as an example, the user designs a neural network model and performs learning using the data of the fan 100 at the normal time. Suppose that the output score of the machine learning device 2'has three elements, A, B, and C.

学習完了後、不良サンプル(故障しているファン)を用意し、機械学習器2’に入力する。その出力スコアと正常時のスコアを比較し、正常時のスコアの範囲を決める。仮に、正常時のスコアを以下の条件1ように決めた場合を考える。
A1<A<A2, B1<B<B2, C1<C<C2 ・・・ (条件1)
After the learning is completed, a defective sample (a broken fan) is prepared and input to the machine learning device 2'. The output score is compared with the normal score to determine the normal score range. Suppose that the normal score is determined according to the following condition 1.
A1 <A <A2, B1 <B <B2, C1 <C <C2 ... (Condition 1)

ここで、条件1の範囲に入らないスコアになったときは、例えば、スコアを判定するスコア判定器がCPUへ異常を示す信号を送り、また、スコア判定器から異常を示す信号を受け取ったCPUは、例えば、上位管理システムにワーニングとして画面(ディスプレイ)に表示する。ここで、機械学習器2’は、例えば、CNA装置10に内蔵され、ワーニングは、CNC装置10の操作ディスプレイに表示することができる。 Here, when the score does not fall within the range of condition 1, for example, the score judgment device for determining the score sends a signal indicating an abnormality to the CPU, and the CPU receives a signal indicating an abnormality from the score determination device. Is displayed on the screen (display) as a warning to the upper management system, for example. Here, the machine learning device 2'is built in, for example, the CNA device 10, and the warning can be displayed on the operation display of the CNC device 10.

ここで、教師なし学習について説明する。教師なし学習の適用例では、「全てのデータを選り好みなく入力し、学習器に入力データを分類させる」というような例が多いが、本第2実施例では「正常時のデータ」のみを入力して学習を行う。すなわち、本第2実施例では、入力データに基づいて「ファン不良の発生の予兆がある/ない」の2通りを判別するため、どちらか一方のデータのみを用いてその特徴を学習すれば、自ずと他方の判別も可能になる。また、全てのデータを選り好みなく入力して分類させる場合には、当然入力データとして異常時のデータを加えなければ十分な判定器の学習を行えないが、判定を学習するのに十分な量の異常時データを収集するのは困難であり、現実的ではない。 Here, unsupervised learning will be described. In the application example of unsupervised learning, there are many examples such as "input all data without preference and let the learner classify the input data", but in this second embodiment, only "data at normal time" is input. And learn. That is, in the second embodiment, in order to determine two ways of "presence or absence of fan failure" based on the input data, if the characteristics are learned using only one of the data, The other can be discriminated naturally. In addition, when all the data is input and classified without preference, it is not possible to learn a sufficient judgment device unless the data at the time of abnormality is added as the input data, but a sufficient amount for learning the judgment. Collecting anomalous data is difficult and impractical.

そこで、本第2実施例では、「正常時のデータ」のみを入力として用いて、その特徴量を学習させるという教師なし学習を適用し、正常時における正常時スコアを生成する。なお、本第2実施例で適用する機械学習は、学習の過程において「正常/異常」のラベルが適用されているわけではないので、教師なし学習になる。 Therefore, in the second embodiment, unsupervised learning is applied in which only "normal data" is used as an input to learn the feature amount, and a normal score in the normal state is generated. The machine learning applied in the second embodiment is unsupervised learning because the "normal / abnormal" label is not applied in the learning process.

以下、入力データから出力(スコア)を得るまでを説明する。図4は、図3に示す機械学習器の一例を説明するための図であり、入力データからスコアを得るまでを概念的に示すものである。図4に示されるように、本第2実施例では、「ニューラルネットワーク」を機械学習器2’として用いることを想定しているが、ニューラルネットワークのモデルは、一般的なものを適用することができる。 Hereinafter, the process of obtaining the output (score) from the input data will be described. FIG. 4 is a diagram for explaining an example of the machine learning device shown in FIG. 3, and conceptually shows the process of obtaining a score from input data. As shown in FIG. 4, in the second embodiment, it is assumed that the "neural network" is used as the machine learning device 2', but a general model of the neural network can be applied. it can.

図4に示されるように、本第2実施例では、例えば、経年劣化が生じておらず、安定した動作を行っていると考えられるファン100による「正常時のデータXn」を入力Xとして、ニューラルネットワークの入力部に与える。ここで、ニューラルネットワークは、入力部,中間層および出力部を含み、中間層は、複数層で構成される。ニューラルネットワークの出力部からは、特徴量(スコア)Zが出力され、入力部に「正常時のデータ」を与えた場合には、正常なスコアの集合が得られることになる。 As shown in FIG. 4, in the second embodiment, for example, "normal data Xn" by the fan 100, which is considered to be performing stable operation without aging deterioration, is used as the input X. It is given to the input part of the neural network. Here, the neural network includes an input unit, an intermediate layer, and an output unit, and the intermediate layer is composed of a plurality of layers. A feature amount (score) Z is output from the output unit of the neural network, and when "normal data" is given to the input unit, a set of normal scores can be obtained.

図5は、図3に示す学習器回路の他の例を説明するための図であり、自己符号化器(オートエンコーダ)を概念的に示すものである。図5に示されるように、ニューラルネットワークは、入力部,中間層および出力部と、入力部および中間層を反転したものを追加した構成となっている。 FIG. 5 is a diagram for explaining another example of the learner circuit shown in FIG. 3, and conceptually shows a self-encoder (autoencoder). As shown in FIG. 5, the neural network has a configuration in which an input unit, an intermediate layer, and an output unit, and an inverted input unit and the intermediate layer are added.

図4に示す自己符号化器において、入力データ(Xn)を入力Xとしてニューラルネットワークの入力部に与え、出力部から出力されるデータを、追加した中間層および入力部から出力Yとして取り出ようにする。これにより、入力データXn(入力X)と出力データYn(出力Y)の誤差を、||X2n−Yn||2として求めることができる。すなわち、入力データをそのまま正解ラベルとして使用して誤差を計算し、誤差が最小となるように学習することで、出力部で入力の特徴量を抽出することができる。そして、正常時と、実際の使用時の入力データによる誤差を判定することにより、定常回転不良によるファンの故障予測を高精度に行うことが可能になる。 In the self-encoder shown in FIG. 4, input data (Xn) is given as input X to the input section of the neural network, and data output from the output section is taken out as output Y from the added intermediate layer and input section. To. As a result, the error between the input data Xn (input X) and the output data Yn (output Y) can be obtained as || X2n−Yn || 2 . That is, the input feature amount can be extracted by the output unit by calculating the error by using the input data as it is as the correct label and learning so that the error is minimized. Then, by determining the error due to the input data during normal use and during actual use, it becomes possible to predict the failure of the fan due to the steady rotation failure with high accuracy.

なお、第2実施例の機械学習器2’にニューラルネットワークを適用する場合、汎用の計算機若しくはプロセッサを用いることもできるが、例えば、GPGPUや大規模PCクラスター等を適用すると、より高速に処理することが可能になる。また、教師なし学習の手法としては、上述したものに限定されず、例えば、k平均(k-means)法による非階層型クラスタリング、或いは、階層型クラスタリングにおける次元圧縮等の様々な手法を適用することができるのはいうまでもない。 When applying the neural network to the machine learning device 2'of the second embodiment, a general-purpose computer or processor can be used, but for example, when a GPGPU or a large-scale PC cluster is applied, the processing speed is higher. Will be possible. Further, the method of unsupervised learning is not limited to the above-mentioned one, and various methods such as non-hierarchical clustering by the k-means method or dimension compression in hierarchical clustering are applied. It goes without saying that you can do it.

以上、実施形態を説明したが、ここに記載したすべての例や条件は、発明および技術に適用する発明の概念の理解を助ける目的で記載されたものであり、特に記載された例や条件は発明の範囲を制限することを意図するものではない。また、明細書のそのような記載は、発明の利点および欠点を示すものでもない。発明の実施形態を詳細に記載したが、各種の変更、置き換え、変形が発明の精神および範囲を逸脱することなく行えることが理解されるべきである。 Although the embodiments have been described above, all the examples and conditions described here are described for the purpose of assisting the understanding of the concept of the invention applied to the invention and the technology, and the examples and conditions described in particular are described. It is not intended to limit the scope of the invention. Nor does such description in the specification indicate the advantages and disadvantages of the invention. Although embodiments of the invention have been described in detail, it should be understood that various modifications, replacements and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention.

1 環境
2,2’ 機械学習器
21 状態観測部
22,22’ 学習部
23 出力利用部
24 ラベル取得部
25 意思決定部
100 ファンモータ
200 センサ
221 誤差計算部
222 誤差モデル更新部
1 Environment 2, 2'Machine learner 21 State observation unit 22, 22' Learning unit 23 Output utilization unit 24 Label acquisition unit 25 Decision-making unit 100 Fan motor 200 Sensor 221 Error calculation unit 222 Error model update unit

Claims (7)

ファンの故障予測を学習する機械学習器であって、
前記ファンの動作に関連する状態変数を観測する状態観測部と、
前記状態観測部により観測された前記状態変数に基づいて、分布および規則性の学習モデルを生成する学習部と、を備え、
前記学習部は、
前記ファンが正常に動作しているときに正常時スコアを出力すると共に、前記ファンを使用しているときに使用時スコアを出力し、
さらに、前記正常時スコアおよび前記使用時スコアに基づいて、使用している前記ファンの故障を予測する出力利用部を備え、
前記機械学習器は、
前記ファンを回転させて使用しているときに回転しなくなる定常回転不良による前記ファンの故障予測を学習する、
ことを特徴とする機械学習器。
A machine learner that learns fan failure prediction
A state observing unit that observes state variables related to the operation of the fan,
A learning unit that generates a learning model of distribution and regularity based on the state variables observed by the state observation unit is provided.
The learning unit
A normal score is output when the fan is operating normally, and a use score is output when the fan is in use.
Further, an output utilization unit for predicting a failure of the fan in use based on the normal score and the use score is provided.
The machine learning device
Learning the failure prediction of the fan due to steady rotation failure that stops rotating when the fan is rotated and used.
A machine learning device that features that.
前記状態観測部は、
前記ファンの電流,回転数および温度を観測する、
ことを特徴とする請求項1に記載の機械学習器。
The state observation unit
Observe the current, rotation speed and temperature of the fan,
The machine learning device according to claim 1, wherein the machine learning device is characterized in that.
前記状態観測部は、
起動時における前記ファンの電流および回転数、定常時における前記ファンの電流および回転数、前記ファンの巻線温度、前記ファンの周囲温度、前記ファンの風量、前記ファンの振動、並びに、前記ファンの音を観測する、
ことを特徴とする請求項に記載の機械学習器。
The state observation unit
The current and rotation speed of the fan at startup, the current and rotation speed of the fan at steady time, the winding temperature of the fan, the ambient temperature of the fan, the air volume of the fan, the vibration of the fan, and the vibration of the fan. Observe the sound,
The machine learning device according to claim 2 , wherein the machine learning device is characterized in that.
前記機械学習器は、
ニューラルネットワークを有する、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の機械学習器。
The machine learning device
Have a neural network,
The machine learning device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the machine learning device is characterized in that.
請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の機械学習器を含む装置であって、
前記装置は、前記ファンにより冷却される、
ことを特徴とする装置。
A device including the machine learning device according to any one of claims 1 to 4 .
The device is cooled by the fan.
A device characterized by that.
前記装置は、
CNC装置、ロボットコントローラ、または、サーボアンプである、
ことを特徴とする請求項に記載の装置。
The device
CNC device, robot controller, or servo amplifier,
The apparatus according to claim 5 .
ファンの故障予測を学習する機械学習方法であって、
前記ファンの動作に関連する状態変数を観測し、
観測された前記状態変数に基づいて、分布および規則性の学習モデルを生成し、
前記ファンが正常に動作しているときに出力される正常時スコア、および、前記ファンを使用しているときに出力される使用時スコアに基づいて、使用している前記ファンの故障を予測し、
前記ファンを回転させて使用しているときに回転しなくなる定常回転不良による前記ファンの故障予測を学習する、
ことを特徴とする機械学習方法。
It is a machine learning method for learning fan failure prediction.
Observe the state variables related to the operation of the fan and
Based on the observed state variables, a learning model of distribution and regularity was generated.
Based on the normal score output when the fan is operating normally and the use score output when the fan is in use, the failure of the fan in use is predicted. ,
Learning the failure prediction of the fan due to steady rotation failure that stops rotating when the fan is rotated and used.
A machine learning method characterized by that.
JP2016231698A 2016-11-29 2016-11-29 Machine learning devices for learning fan failure prediction, devices including machine learning devices, and machine learning methods Active JP6809882B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016231698A JP6809882B2 (en) 2016-11-29 2016-11-29 Machine learning devices for learning fan failure prediction, devices including machine learning devices, and machine learning methods

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016231698A JP6809882B2 (en) 2016-11-29 2016-11-29 Machine learning devices for learning fan failure prediction, devices including machine learning devices, and machine learning methods

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018088179A JP2018088179A (en) 2018-06-07
JP6809882B2 true JP6809882B2 (en) 2021-01-06

Family

ID=62494554

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016231698A Active JP6809882B2 (en) 2016-11-29 2016-11-29 Machine learning devices for learning fan failure prediction, devices including machine learning devices, and machine learning methods

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6809882B2 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6856585B2 (en) * 2018-08-03 2021-04-07 ファナック株式会社 Abnormality monitoring device, abnormality monitoring method and control device
JP7233201B2 (en) * 2018-11-20 2023-03-06 東京エレクトロン株式会社 MONITORING METHOD AND MONITORING DEVICE FOR TRANSPORT UNIT AND MONITORING MODEL
US12007753B2 (en) 2019-06-14 2024-06-11 One Tech, Inc System and method for predicting industrial equipment motor behavior
KR102275571B1 (en) * 2020-01-28 2021-07-09 계경완 Method for providing smart device based fault diagnosis service using sound and vibration
JP7420651B2 (en) 2020-06-04 2024-01-23 株式会社神戸製鋼所 Learning device, predictive model generation method, program, state prediction device, state prediction method, and air compressor
CN115606168A (en) * 2020-06-15 2023-01-13 株式会社日立制作所(Jp) Automatic inspection system and wireless slave unit
JP7498613B2 (en) 2020-07-17 2024-06-12 ミネベアミツミ株式会社 MOTOR DRIVE CONTROL DEVICE, MOTOR DRIVE CONTROL SYSTEM, FAN SYSTEM, AND MOTOR DRIVE CONTROL METHOD
CN114263629B (en) * 2020-09-16 2024-04-26 台达电子工业股份有限公司 Fan management system and method
CN114382718A (en) * 2022-01-05 2022-04-22 杭州老板电器股份有限公司 Fan fault identification method and system of central range hood

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5770321B2 (en) * 2014-02-04 2015-08-26 ファナック株式会社 Electronic equipment with fan motor
JP6418791B2 (en) * 2014-05-29 2018-11-07 株式会社日立製作所 Cooling device abnormality detection system
JP5845374B1 (en) * 2015-08-05 2016-01-20 株式会社日立パワーソリューションズ Abnormal sign diagnosis system and abnormality sign diagnosis method
JP6031202B1 (en) * 2016-01-29 2016-11-24 ファナック株式会社 Cell control device for finding the cause of abnormalities in manufacturing machines

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018088179A (en) 2018-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6809882B2 (en) Machine learning devices for learning fan failure prediction, devices including machine learning devices, and machine learning methods
JP6140331B1 (en) Machine learning device and machine learning method for learning failure prediction of main shaft or motor driving main shaft, and failure prediction device and failure prediction system provided with machine learning device
JP6148316B2 (en) Machine learning method and machine learning device for learning failure conditions, and failure prediction device and failure prediction system provided with the machine learning device
JP6616375B2 (en) State determination device
JP6837848B2 (en) Diagnostic device
US10364840B2 (en) Failure detection device for spindle head of machine tool including a plurality of sensors
US9811057B2 (en) Machine learning apparatus and method for learning predicted life of motor, life prediction apparatus and motor system including machine learning apparatus
US20190258945A1 (en) Fault diagnosis apparatus and machine learning device
JP2019204155A (en) Abnormality detector
WO2020066052A1 (en) Monitoring system and monitoring method
JP5487060B2 (en) Failure cause diagnosis method and failure cause diagnosis device
SE536922C2 (en) A method and apparatus for predicting the condition of a machine or component of the machine
JP2006331300A (en) Abnormality determination apparatus, control method, automobile, and program
CN108427374A (en) Diagnosis data acquisition system, diagnosis system and computer-readable medium
JP2020024139A (en) Product inspection device
JP2018063528A (en) Machine learning device and machine learning method for learning correlation between shipping inspection information and runtime alarm information of object
JP7481897B2 (en) Monitoring device, monitoring method, program, and model training device
JP2019148971A (en) Abnormality factor specifying apparatus
CN114117655A (en) System, device and method for estimating remaining useful life of a bearing
JP2022168706A (en) Abnormality detecting device, program, abnormality detecting method and manufacturing method
US20210178615A1 (en) Abnormality diagnosis device and abnormality diagnosis method
CA2847923A1 (en) Process for monitoring at least one machine tool
JP2006221308A (en) Abnormality detection method, control apparatus, and control system using the same
JP7309548B2 (en) Abnormal sign detection device, method and program
JPH05268719A (en) Winding deterioration monitoring device of induction motor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181221

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20191118

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20191126

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191224

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200602

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200619

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20201110

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20201210

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6809882

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150