JP6823576B2 - Anomaly detection system and anomaly detection method - Google Patents
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Description
本発明は、機械装置などについて自動で実施される、運転状況の診断技術に関するものである。特に装置やシステムの異常検出システムおよび異常検出方法に関するものである。 The present invention relates to a technique for diagnosing an operating condition, which is automatically implemented for a mechanical device or the like. In particular, it relates to an abnormality detection system and an abnormality detection method for devices and systems.
各種の機械装置について、その運転状況を自動的に診断し、故障やその予兆など異常状態を検知する技術がある。 There is a technology that automatically diagnoses the operating status of various mechanical devices and detects abnormal conditions such as failures and signs of failures.
例えば、特許文献1には、地震の発生が感知された後、複数のモードで診断運転を実施する診断運転制御手段と、診断運転の各モードにおけるかごの走行時に、昇降路内の音響を集音する集音手段と、診断運転のモード毎に設定された複数の異常音基準値が記憶された異常音基準値記憶手段と、異常音基準値記憶手段に記憶されたモード毎の異常音基準値に基づいて、集音手段により集音された音響が異常音であるか否かを判定する異常音判定手段と、診断運転の同一モードにおけるかごの複数回の走行において、異常音が昇降路の同一位置で検出されたか否かを判定する異常音情報判定手段とを備えることにより、各モードに適した異常音の検出を実施し、偶発的に発生した音響の誤検出等を防止することが記載されている。
For example,
各種の機械、装置、あるいはシステム等(以下「診断対象」という)の運転状況を、低コスト、高精度で監視することが求められている。このため、診断対象に種々のセンサを取り付けて、センサから得られたデータを分析することにより、自動的に診断対象の状況を監視することが検討されている。 It is required to monitor the operating status of various machines, devices, systems, etc. (hereinafter referred to as "diagnosis targets") at low cost and with high accuracy. Therefore, it has been studied to automatically monitor the status of the diagnosis target by attaching various sensors to the diagnosis target and analyzing the data obtained from the sensors.
このとき、一般に診断対象は種々の運転モードで動作することが考えられるが、運転モードを区別しないで分析を実施すると、状態が大きく異なるデータを比較するため、分析精度が悪化する。 At this time, it is generally considered that the diagnosis target operates in various operation modes, but if the analysis is performed without distinguishing the operation modes, data in significantly different states are compared, and the analysis accuracy deteriorates.
このため、其々の運転モードで診断のための運転を行い、別々に分析を行うことが考えられるが、通常運転を停止して診断運転を行う必要があり、実稼働時間が短縮されてしまう。また、診断運転中の運転状況のみを診断する場合には、通常運転中の監視はできていないため、突発的な異常には対応しきれない。 For this reason, it is conceivable to perform diagnostic operation in each operation mode and perform analysis separately, but it is necessary to stop normal operation and perform diagnostic operation, which shortens the actual operating time. .. In addition, when diagnosing only the driving condition during diagnostic driving, it is not possible to respond to sudden abnormalities because monitoring during normal driving is not possible.
そこで、通常運転中に運転モードを考慮したセンサデータの分析を可能とし、高精度の診断を行うことが望まれる。 Therefore, it is desired to enable analysis of sensor data in consideration of the operation mode during normal operation and to perform highly accurate diagnosis.
本発明の一側面は、診断対象に設けた検出素子からの検出信号に基づき、診断対象の異常を検出する異常検出システムであって、通常運転時における検出素子からの検出信号に基づき、診断対象の第1の運転モード時および第2の運転モード時における異常の有無を判定する異常判定部と、異常判定部で判定した第1の運転モードおよび第2の運転モードの異常の有無の組み合わせに基づき、診断対象の異常の原因を判断して検出する異常原因検出部と、を備える。 One aspect of the present invention is an abnormality detection system that detects an abnormality of a diagnosis target based on a detection signal from a detection element provided in the diagnosis target, and is a diagnosis target based on a detection signal from the detection element during normal operation. In the combination of the abnormality determination unit that determines the presence or absence of an abnormality in the first operation mode and the second operation mode, and the presence or absence of an abnormality in the first operation mode and the second operation mode determined by the abnormality determination unit. Based on this, it is provided with an abnormality cause detection unit that determines and detects the cause of the abnormality to be diagnosed.
記憶装置、入力装置、処理装置、出力装置を備えた情報処理装置を用い、診断対象の異常を検出する異常検出方法であって、入力装置が、診断対象の状態を検出する検出素子からのセンサデータを取得し、処理装置が、センサデータを診断対象の運転モード毎に分類する分類処理と、分類した運転モード毎に異常検出を行なう異常検出処理を行なう。 This is an abnormality detection method that detects an abnormality of a diagnosis target using an information processing device equipped with a storage device, an input device, a processing device, and an output device. The input device is a sensor from a detection element that detects the state of the diagnosis target. The data is acquired and the processing device performs a classification process for classifying the sensor data for each operation mode to be diagnosed and an abnormality detection process for detecting an abnormality for each classified operation mode.
通常運転中に運転モードを考慮したセンサデータの分析を可能とし、高精度の診断を行うことができる。 It is possible to analyze sensor data in consideration of the operation mode during normal operation, and to perform highly accurate diagnosis.
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。 The embodiment will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not construed as being limited to the description of the embodiments shown below. It is easily understood by those skilled in the art that a specific configuration thereof can be changed without departing from the idea or purpose of the present invention.
以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、重複する説明は省略することがある。 In the configuration of the invention described below, the same reference numerals may be used in common among different drawings for the same parts or parts having similar functions, and duplicate description may be omitted.
同一あるいは同様な機能を有する要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。ただし、複数の要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。 When there are a plurality of elements having the same or similar functions, they may be described by adding different subscripts to the same code. However, if it is not necessary to distinguish between a plurality of elements, the subscript may be omitted for explanation.
図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。 The position, size, shape, range, etc. of each configuration shown in the drawings and the like may not represent the actual position, size, shape, range, etc. in order to facilitate understanding of the invention. Therefore, the present invention is not necessarily limited to the position, size, shape, range, etc. disclosed in the drawings and the like.
実施例1では、診断対象として空気圧縮機(以下「空圧機」という)を構成する回転機を例とし、この回転機に振動センサを取り付けて、異常を遠隔監視するシステムを例に説明する。回転機の具体例としてモーターがあり、振動センサの具体例としてMEMS(MEMS Micro Electro Mechanical System)センサがある。ただし、後の実施例で説明するように、診断対象やセンサの種類は種々のものを適用可能である。 In the first embodiment, a rotating machine constituting an air compressor (hereinafter referred to as “pneumatic compressor”) as a diagnosis target is taken as an example, and a system in which a vibration sensor is attached to the rotating machine to remotely monitor an abnormality will be described as an example. A specific example of a rotating machine is a motor, and a specific example of a vibration sensor is a MEMS (MEMS Micro Electro Mechanical System) sensor. However, as will be described in a later embodiment, various types of diagnostic objects and sensors can be applied.
空圧機の例で説明すると、本例で対象とする空圧機には停止・アンロード・ロードの3つの運転モードがある。停止は回転機が停止している状態であり、アンロードは回転機は回転しているが負荷がかかっていない状態であり、ロードは回転機が回転しており負荷がかかっている状態である。3つの運転モードでは、振動の状態が大きく異なっている。 Explaining with the example of the pneumatic machine, the pneumatic machine targeted in this example has three operation modes of stop, unload, and load. Stop is a state in which the rotating machine is stopped, unloading is a state in which the rotating machine is rotating but no load is applied, and load is a state in which the rotating machine is rotating and is loaded. .. The vibration states are significantly different in the three operation modes.
<1.診断対象(空圧機)>
図1は空圧機にセンサを実装した状況を示す概念図である。空圧機100は回転機102を備えており、回転機102は空気圧縮弁104を介して、空気槽106内の空気を圧縮する。振動センサ108は、空圧機100に後付けで取り付けられている。後に詳細に説明するが、取り付け箇所は任意であり、個数も任意である。先に述べたように、回転機102が回転しているかどうか、および、回転機102に空気圧縮の負荷がかかっているどうかにより、空圧機は3つの運転モードで運転可能である。
<1. Diagnosis target (pneumatic machine)>
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a situation in which a sensor is mounted on a pneumatic machine. The
<2.センサデータ>
図2は、3つの運転モード其々における、振動センサ108のセンサデータの例を示すグラフ図である。空圧機は停止・アンロード・ロードの3つの運転モードで動作するが、当該3つの運転モードでは、取得されるセンサデータに顕著な差異が認められる。図2では横軸に時間、縦軸には加速度を表示している。図2のグラフから判断できるように、加速度の大きさは、停止とロード・アンロードでは1桁以上異なる。また、波形のパターンも異なることが分かる。従って、これらのデータを区別せずに、同一の判定基準を用いて異常判断を行なうと、高精度の診断が困難である。
<2. Sensor data>
FIG. 2 is a graph showing an example of sensor data of the
<3.診断システム構成>
図3は、実施例の運転状況の診断システムの構成を示すブロック図である。空圧機100に振動センサ108が取り付けられており、センサデータは空圧機100の付近に置かれたエッジ演算部300に送信される。
<3. Diagnostic system configuration>
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a diagnostic system for an operating condition of an embodiment. A
エッジ演算部300は、記憶装置301、入力装置302、処理装置(プロセッサあるいはCPU(Central Processing Unit))303、出力装置304、および、これらを接続する図示されないバスを備えた一般的な情報処理装置、例えばマイコンもしくはサーバーで構成することができる。本実施例では計算や制御等の機能は、記憶装置301に格納されたプログラムが処理装置303によって実行されることで、定められた処理を他のハードウェアと協働して実現される。計算機などが実行するプログラム、その機能、あるいはその機能を実現する手段を、「機能」、「手段」、「部」、「ユニット」、「モジュール」等と呼ぶ場合がある。処理装置303は機能として、異常判定部305と異常原因検出部306を備えており、異常の判定結果をネットワーク310を介して中央演算部320に送信する。
The edge
中央演算部320も、記憶装置321、入力装置322、処理装置323、出力装置324、および、これらを接続する図示されないバスを備えた一般的なマイコンもしくはサーバーで構成することができる。中央演算部320は操作画面表示部325を備えており、出力装置324を介して端末330に操作画面を表示する。
The central
振動センサ108とエッジ演算部300の間の通信は、無線通信または有線通信のいずれでよい。本実施例では、I2C(Inter−Integrated Circuit)シリアルバスを用いた有線通信を想定している。ただし、WiFi、Bluetooth(登録商標)、ZigBee(登録商標)等の無線通信でもよい。通信のために必要なインターフェースは、公知の構成を振動センサ108と入力装置302が其々備えるものとする。
The communication between the
本実施例では異常原因検出部306はエッジ演算部300に含まれているが、中央演算部320に含まれていてもよい。また、異常判定部305と異常原因検出部306の両方が中央演算部320に含まれていてもよい。その場合は、エッジ演算部300は異常の判定結果ではなく、センサデータを中央演算部320に送信する。また、上記の構成は、診断対象に付属する単体のコンピュータで構成してもよいし、あるいは、入力装置、出力装置、処理装置、記憶装置の任意の部分が、ネットワークで接続された他のコンピュータで構成されてもよい。
In this embodiment, the abnormality cause detection unit 306 is included in the
本実施例では振動センサ108は一つを想定しているが、複数のセンサあるいは温度センサなど他の種類のセンサがあってもよい。複数のセンサは、一つのエッジ演算部300にセンサデータを送信してもよいし、図示していない別のエッジ演算部にセンサデータを送信してもよい。すなわち、本実施例ではエッジ演算部300を一つ想定しているが、複数のエッジ演算部があってもよい。
In this embodiment, one
本実施例では端末330を一つ想定しているが、複数の端末があってもよい。また、中央演算部320と端末330の間の通信は無線通信と有線通信のいずれでよい。本実施例では、操作画面表示部325はHTMLサーバーを想定しており、JavaScript(登録商標)、CSS(Cascading Style Sheets)、PHP、Ruby、Java(登録商標)等の言語で記述されたコードを出力する。端末330は小型のコンピュータであるタブレット機器を想定しており、ウェブブラウザ上に操作画面を表示することを想定している。
In this embodiment, one
本実施例で、記憶装置、入力装置、処理装置、出力装置といった場合には、公知の一般的な装置を適宜適用できるものとする。例えば、記憶装置としては磁気ディスク装置や各種半導体メモリを適用することができる。入力装置としてはキーボード、マウス、あるいは各種の入力インターフェースを適用することができる。出力装置としてはディスプレイ、プリンタ、あるいは各種の出力インターフェースを適用することができる。 In the present embodiment, in the case of a storage device, an input device, a processing device, an output device, etc., a known general device can be appropriately applied. For example, a magnetic disk device or various semiconductor memories can be applied as the storage device. As an input device, a keyboard, a mouse, or various input interfaces can be applied. A display, a printer, or various output interfaces can be applied as the output device.
なお、上記説明中、ソフトウェアで構成した機能と同等の機能は、FPGA(Field Programmable Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)などのハードウェアでも実現できる。そのような態様も本願発明の範囲に含まれる。 In the above description, functions equivalent to the functions configured by software can also be realized by hardware such as FPGA (Field Programmable Gate Array) and ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Such aspects are also included in the scope of the present invention.
<4.診断処理フロー>
図4は、エッジ演算部300が行う、診断処理の流れを示すフロー図である。
処理S401では、空圧機100を構成する回転機102に取り付けられた振動センサ108で振動を測定し、センサデータを入力装置302を介して取得する。取得したセンサデータは、後の処理のために、必要に応じて記憶装置301に格納する。
<4. Diagnostic process flow>
FIG. 4 is a flow chart showing the flow of diagnostic processing performed by the
In the process S401, the vibration is measured by the
処理S402では、異常判定部305がセンサデータの運転モードを判定する。空圧機100が生成した圧縮空気は空気槽106にて蓄えられる。圧縮空気は例えば工場等の設備内へと送られ、別の機械装置で使用される。空圧機100は、空気槽106に貯蔵された圧縮空気が一定の圧力レベルを保つように吐出圧力制御を行う。空圧機では、この運用時を通常運転時とする。また、一般に通常運転とは、装置や設備がその本来の目的を達成するために動作する運転状態をいい、それ以外の例えば、診断、検査、修理、メンテナンスのみのために動作する運転状態と区別される。
In the process S402, the
通常運転時において、図1に示した空圧機100には運転モードが3通りある。まず、回転機102が停止している停止モードがある。次に、回転機102は回転しているが、空気圧縮弁104が閉じている、空転状態のアンロードモードがある。最後に、空気圧縮弁104が開き、空気槽106に圧縮空気を送り込むロードモードがある。これらの3通りの運転モードを区別し、各運転モードごとにセンサデータデータベース(DB)3011として収集する。このとき、運転モードごとに独立したデータベースとするのがよい。処理S402で運転モードを判定するためのアルゴリズムの具体例については、後に説明する。なお、上記の説明中、吐出圧力制御の方式としてロード・アンロード方式を用いた空圧機を想定しているが、他の方式としてオンオフ方式、スライド弁方式、吸込絞り方式を用いた空圧機も本願発明の範囲に含まれる。
During normal operation, the
処理S403では、異常判定部305が運転モードごとに異常を判定する。センサデータを基にした異常判定の方法については、公知の種々の方法を採用できる。例えば、深層学習、強化学習、あるいはベイジアンネットワークを使うことが想定される。異常判定の方法については、基本的に制限はないが、処理S402の運転モード判定のためのアルゴリズムとは、異なるアルゴリズムを選択してもよい。異常判定のための解析対象となる特徴量も、運転モード判定とは異なる特徴量を用いてもよい。一般には、運転モード判定のためのアルゴリズムは処理量が小さいほうが望ましく、異常判定のためのアルゴリズムは処理量よりも精度を重視する。また、運転モードごとに異なるアルゴリズムあるいは特徴量を使うことも可能である。
In the process S403, the
図5は、異常判定部305内の機能ブロックを示すブロック図である。異常判定部305は、運転モード判定のための閾値を学習する学習部3051と、学習した閾値を用いてセンサデータのモードの判定を行なうモード判定部3052と、異常検出部3053を含む。これらの各部で用いるアルゴリズムや処理プログラムは、記憶装置301に格納されているものを、処理装置303で実効するものとする。
FIG. 5 is a block diagram showing a functional block in the
モード判定部3052は、運転モード判定S402を行い、モードごとに分けられたセンサデータを、モードごとに分けてセンサデータデータベース3011−1、3011−2、3011−3として格納する。異常検出部3053は、モードごとに分けられたセンサデータを用い、各モードのデータごとに異常を検出する。
The
図4に戻り、処理S404では、異常原因検出部306が異常原因推定テーブル3012を参照して、異常原因の推定を行なう。処理S403で、3つのモードごとに異常判定処理を行なった結果、各センサデータと正常、異常の組み合わせは、8通りのパターンとなる。この組み合わせを用いて、空気圧縮機の異常原因の推定を行う。 Returning to FIG. 4, in the process S404, the abnormality cause detection unit 306 estimates the abnormality cause with reference to the abnormality cause estimation table 3012. As a result of performing the abnormality determination processing for each of the three modes in the processing S403, the combination of each sensor data and the normal and abnormal becomes eight patterns. Using this combination, the cause of abnormality of the air compressor is estimated.
図6は、異常原因推定テーブル3012の例を示す表図である。図6(A)は、8通りのパターンごとに、推定される異常原因を格納している。異常原因推定テーブル3012の異常原因は、図3の処理に先立って、管理者が経験、実験、あるいはシミュレーションに基づいて作成して格納しておくものとする。また、異常原因は本システムを運用中に管理者によって追加、修正されることができる。 FIG. 6 is a table diagram showing an example of the abnormality cause estimation table 3012. FIG. 6A stores the probable cause of abnormality for each of the eight patterns. The abnormality cause of the abnormality cause estimation table 3012 shall be created and stored by the administrator based on experience, experiment, or simulation prior to the processing of FIG. In addition, the cause of the abnormality can be added or corrected by the administrator while the system is in operation.
例えば、パターン2では、空圧機100が停止しているにも関わらず異常が生じているため、空圧機100以外の外的な要因に起因した異常であると推定できる。パターン3では、回転機102から見て負荷となる空気槽106の影響が無い状態で異常が発生しているため、回転機102のみを原因とする異常であると推定でき、例えば軸受けの劣化が考えられる。パターン4では、負荷を原因とする異常であると想定でき、例えば工場内の圧縮空気使用量が一時的に大きくなり、過剰負荷となったことが考えられる。このように、運転パターンを区別して異常判定することにより、細やかに装置の状態を監視することができる。
For example, in pattern 2, since the abnormality occurs even though the
処理S405では、推定された異常原因は、出力装置304からネットワーク310を介して、中央演算部320へ送信される。中央演算部320は、端末330に異常原因を表示させる。
In the process S405, the estimated cause of the abnormality is transmitted from the
センサデータは、従来では一つのデータとして格納されていたが、図5に示したように、本実施例では運転モード別にデータを格納し、其々について異常を判定する。従来では異常時のデータの組み合わせとして、正常・異常の2パターンしか得られないため、異常原因の特定は困難であった。本実施例では8パターンが得られるため、異常の組み合わせから、異常原因の高精度な推定が可能となる。 Conventionally, the sensor data is stored as one data, but as shown in FIG. 5, in this embodiment, the data is stored for each operation mode, and an abnormality is determined for each of them. Conventionally, it has been difficult to identify the cause of an abnormality because only two patterns, normal and abnormal, can be obtained as a combination of data at the time of abnormality. Since eight patterns can be obtained in this embodiment, it is possible to estimate the cause of the abnormality with high accuracy from the combination of the abnormalities.
また、組み合わせだけではなく、時系列上でパターンの遷移を辿ることで、さらに多くの情報を得ることもできる。例えば、パターン4からパターン6と遷移した場合、「連続的に過剰負荷をかけた結果、モーターに損傷が生じた」などといった解釈が可能となる。このためには、図6(B)に示すように、異常原因推定テーブル3012の一部として、パターンの遷移に対応する異常原因を予め登録しておく。これは、図3の処理に先立って、管理者が経験、実験、あるいはシミュレーションに基づいて作成して格納しておくものとする。一方、記憶装置301にはパターンの遷移を履歴データとして残しておき、定期的あるいは任意の時点に異常原因推定テーブル3012と照合し、データの分析を行なえばよい。
Moreover, more information can be obtained by following the transition of patterns in time series as well as combinations. For example, in the case of transition from pattern 4 to pattern 6, it is possible to interpret such as "the motor is damaged as a result of continuously applying an overload". For this purpose, as shown in FIG. 6B, the abnormality cause corresponding to the pattern transition is registered in advance as a part of the abnormality cause estimation table 3012. This shall be created and stored by the administrator based on experience, experiment, or simulation prior to the processing of FIG. On the other hand, the pattern transition may be left as historical data in the
<5.運転モードの判定>
処理S402における、異常判定部305の運転モードの判定方法について説明する。空圧機等の診断対象では、監視機能が予め搭載されていることもあるが、センサを後付けする場合も考えられる。そのため、後付のセンサでも運転モードを識別できる構成が望まれる。
<5. Judgment of operation mode>
A method of determining the operation mode of the
第1の構成例は、診断対象の装置から装置の制御情報を取得する構成である。例えば、診断対象の装置が予め備える、制御信号を出力するインターフェースを利用し、制御信号を取得して運転モードを判定する。この方法は、インターフェースが利用可能であれば、正確で演算処理不要、かつリアルタイム性に優れた理想的な方法である。しかし、レガシー装置では制御信号を出力しないこともあり、実現性は診断対象の装置に依存する。 The first configuration example is a configuration in which control information of the device is acquired from the device to be diagnosed. For example, the operation mode is determined by acquiring the control signal by using the interface for outputting the control signal provided in advance in the device to be diagnosed. This method is an ideal method that is accurate, does not require arithmetic processing, and has excellent real-time performance, if an interface is available. However, the legacy device may not output the control signal, and the feasibility depends on the device to be diagnosed.
また、制御盤に制御情報が表示される装置については、別途カメラを設置して診断対象の装置の画像を取得し、画像認識して運転モードを判定することも考えられる。制御盤に制御情報が表示されていればレガシー装置にも適用できるが、ハードウェアとソフトウェアの追加が必要であり、コスト面の課題がある。 Further, for a device whose control information is displayed on the control panel, it is conceivable to separately install a camera to acquire an image of the device to be diagnosed and recognize the image to determine the operation mode. If the control information is displayed on the control panel, it can be applied to legacy devices, but it requires the addition of hardware and software, which poses a cost issue.
第2の構成例は、センサを冗長化する構成である。例えば空圧機では、電気系統に電流センサを配置し、空気系統に気圧センサを配置し、これらからのセンサデータの組み合わせで運転モードを判定する。運転モードの判定のためには、各センサから得られるセンサデータの演算処理が必要であり、そのための閾値の設定等が必要である。このためコスト要因となるが、適切な設定が行なえれば正確な運転モード判定が期待できる。 The second configuration example is a configuration in which the sensor is made redundant. For example, in a pneumatic machine, a current sensor is arranged in an electric system, a barometric pressure sensor is arranged in an air system, and an operation mode is determined by a combination of sensor data from these. In order to determine the operation mode, it is necessary to perform arithmetic processing of the sensor data obtained from each sensor, and it is necessary to set a threshold value for that purpose. Therefore, it becomes a cost factor, but accurate operation mode determination can be expected if appropriate settings are made.
第3の構成例は、センサデータの実効値や平均値を用いて閾値判定を行なう構成である。センサを後付けした場合において、他のセンサを必要とせず、ハードウェアの追加を避けることができるため、他の構成例と比べて最もコスト面に優れている。ただし、演算処理と学習による閾値の設定が必要である。 The third configuration example is a configuration in which the threshold value is determined using the effective value and the average value of the sensor data. When a sensor is retrofitted, no other sensor is required and additional hardware can be avoided, which is the most cost effective as compared with other configuration examples. However, it is necessary to set the threshold value by arithmetic processing and learning.
<5.運転モード判定の詳細説明>
以下、上記第3の構成例の具体的構成例について詳述する。図5で示した異常判定部305の構成は、第3の構成例に対応する。この例では、後付した単一センサのデータを用いて動作モードの判定をする。運転モードの判定は、異常判定部305により、運用フェーズと学習フェーズの2つに分かれて行なわれる。モード判定部3052により実行される運用フェーズでは、計算コストの小さい閾値判定でモードを判定する。そのため、まず学習部3051により実行される学習フェーズで最適な閾値を決定する。
<5. Detailed explanation of operation mode judgment>
Hereinafter, a specific configuration example of the third configuration example will be described in detail. The configuration of the
図7は学習フェーズの動作を示すフロー図である。この機能は、学習部3051として実装される。学習フェーズでは、あるデータに対してクラスタリング判定と閾値判定を行い、クラスタリング判定が正答として両者の結果を比較し、閾値を設定する。 FIG. 7 is a flow chart showing the operation of the learning phase. This function is implemented as a learning unit 3051. In the learning phase, a clustering judgment and a threshold value judgment are performed on a certain data, the clustering judgment is the correct answer, the results of both are compared, and the threshold value is set.
処理S701では、所定期間にわたって取得したセンサデータを学習の処理対象データとする。処理対象データとしては、例えば1分間の時系列のセンサデータを用意し、このデータを1秒間×60個のデータに分割する。 In the process S701, the sensor data acquired over a predetermined period is used as the data to be processed for learning. As the data to be processed, for example, a time-series sensor data for 1 minute is prepared, and this data is divided into 1 second × 60 pieces of data.
処理S702では、想定されるモード数を取得する。モード数は予め分かっている場合は規定値でもよいが、入力装置302から利用者が入力しても良い。ロード・アンロード方式の空圧機の場合は、モード数3を入力する。
In the process S702, the expected number of modes is acquired. The number of modes may be a specified value if it is known in advance, but may be input by the user from the
一般的なクラスタリングの解析では、解析精度を高めるために、同じデータに対して様々なクラスタ数で計算を行い、クラスタ分割の精度を確認し、最適なクラスタ数を調整する必要がある。本実施例では、入力データとして「クラスタ数(=運転モード数)」を利用者が入力可能とするインターフェースを導入する(後述)。診断対象である機械装置を理解している利用者のOT(オペレーショナル・テクノロジー)を利用可能とすることで、最適なモード数を選択でき、高精度の診断を可能とすることができる。 In general clustering analysis, in order to improve the analysis accuracy, it is necessary to perform calculations with various cluster numbers for the same data, check the accuracy of cluster division, and adjust the optimum number of clusters. In this embodiment, an interface that allows the user to input "the number of clusters (= the number of operation modes)" as input data is introduced (described later). By making it possible to use OT (operational technology) of a user who understands the mechanical device to be diagnosed, the optimum number of modes can be selected and highly accurate diagnosis can be made possible.
処理S703では、処理対象データに対してクラスタリングを実行し、モードを判定する。この際、必要に応じて処理対象データに対して、標準化、主成分分析、次元削減等の処理を行なう。これらはデータ解析の手法としては公知なので、詳細は省略する。クラスタリングの手法も公知の種々の手法を適用できる。振動センサで取得したデータであれば、例えば、時間波形とスペクトルから特徴量を抽出し、標準化と主成分分析を行った後、k−means法を用いてクラスタを判定することができる。このときのクラスタリング判定の前提として、処理S701で得たモード数を用いる。単純な例では、主成分に対応するものとして実効値と特定の周波数成分が想定できる。 In the process S703, clustering is executed on the data to be processed, and the mode is determined. At this time, processing such as standardization, principal component analysis, and dimension reduction is performed on the data to be processed as necessary. Since these are known as data analysis methods, details are omitted. As for the clustering method, various known methods can be applied. For data acquired by a vibration sensor, for example, features can be extracted from time waveforms and spectra, standardized and principal component analysis performed, and then clusters can be determined using the k-means method. As a premise of the clustering determination at this time, the number of modes obtained in the process S701 is used. In a simple example, an effective value and a specific frequency component can be assumed as corresponding to the main components.
クラスタリング判定の結果、「60個の点(データ)がどのクラスタに所属しているか」の情報が得られる。また「3つのクラスタの中心点」「3つのクラスタの半径」の情報も推定できる。本実施例では、公知のk−means法によるクラスタリングを想定している。k−means法によるクラスタリングでは一般に、判定精度を向上するために、まず最適なクラスタ数を決定する必要がある。すなわち、様々なクラスタ数を入力して計算をやり直し、判定結果から判定精度を評価し、最適なクラスタ数を選択するプロセスを行う。このプロセスは人による判断が必要となるため、自動化が難しく、実現にあたりコストが大きい。一方で本実施例では、上述したように、予め運転モード数を最適なクラスタ数として入力することができるので、最適なクラスタ数を決定するプロセスが不要となる。このため、実現のためのコストを抑えて、精度の高い判定が可能となる。 As a result of the clustering determination, information on "which cluster the 60 points (data) belong to" can be obtained. In addition, information on "center points of three clusters" and "radius of three clusters" can be estimated. In this example, clustering by a known k-means method is assumed. In clustering by the k-means method, it is generally necessary to first determine the optimum number of clusters in order to improve the determination accuracy. That is, the process of inputting various numbers of clusters, recalculating, evaluating the judgment accuracy from the judgment results, and selecting the optimum number of clusters is performed. Since this process requires human judgment, it is difficult to automate and the cost to realize it is high. On the other hand, in this embodiment, as described above, the number of operation modes can be input in advance as the optimum number of clusters, so that the process of determining the optimum number of clusters becomes unnecessary. Therefore, it is possible to make a highly accurate determination while suppressing the cost for realization.
次に、各モードを識別するための閾値を設定する。閾値はモードごとにあるので、モード数n回処理を行なう(S704)。 Next, a threshold value for identifying each mode is set. Since the threshold value is set for each mode, the process is performed n times for the number of modes (S704).
処理S705では、モードについて閾値の初期値Anを設定する。値は任意でよいが、例えばいくつかの正答が含まれるであろう値を設定しておき、徐々に拡大または縮小させるようにする。 In the process S705, the initial value An of the threshold value is set for the mode. The value may be arbitrary, but for example, set a value that will include some correct answers, and gradually expand or contract it.
処理S706では、処理S705で設定した閾値を用いて、入力されたデータを判別する。 In the process S706, the input data is discriminated by using the threshold value set in the process S705.
処理S707では、各データについて、処理S703でクラスタリングで判別したモードと、処理S706で閾値で判別したモードとの一致不一致を判定し、正答率を計算する。 In the process S707, for each data, a match / mismatch between the mode determined by clustering in the process S703 and the mode determined by the threshold value in the process S706 is determined, and the correct answer rate is calculated.
図8に、モードを識別するための閾値を設定する処理の概念を示す。2つの主成分で規定される平面上に、例えば60個のデータがプロットされている。四角、丸および星型で表示される各データは、クラスタリング判定の結果判別されたデータのモードである。処理S706では、閾値を用いて入力されたデータを判別する。 FIG. 8 shows the concept of the process of setting the threshold value for identifying the mode. For example, 60 data are plotted on a plane defined by two principal components. Each data displayed as a square, a circle, and a star is a mode of data determined as a result of the clustering determination. In the process S706, the input data is discriminated using the threshold value.
例としてクラスタ2に対して、閾値A2を適用する場合を考える。図8の2次元空間上で、閾値の初期値A2を設定(処理S705)、閾値判定(処理S706)、正答率計算(処理S707)、正答率評価(処理S708)を行いながら、徐々に閾値を変化させる(処理S709)。 As an example, consider the case where the threshold value A2 is applied to the cluster 2. In the two-dimensional space of FIG. 8, the initial value A2 of the threshold value is set (process S705), the threshold value is determined (process S706), the correct answer rate calculation (process S707), and the correct answer rate evaluation (process S708) are performed, and the threshold value is gradually set. (Process S709).
図8(A)は閾値A2が初期値である場合を想定している。閾値A2の初期値は、中心座標をクラスタ2のデータの幾何学的重心とした半径で定義される。図8(A)では、点線の円で示される閾値A2内のデータは全てクラスタ2であるため、正答率計算S707による正答率は100%である。この場合は、正答率評価S708による正答率評価結果はNGとして、処理S709で閾値A2を更新する。この場合には、閾値A2を所定数増加させる。 FIG. 8A assumes a case where the threshold value A2 is an initial value. The initial value of the threshold value A2 is defined by the radius with the center coordinates as the geometric center of gravity of the data of the cluster 2. In FIG. 8A, since all the data in the threshold value A2 indicated by the dotted circle is cluster 2, the correct answer rate by the correct answer rate calculation S707 is 100%. In this case, the correct answer rate evaluation result by the correct answer rate evaluation S708 is regarded as NG, and the threshold value A2 is updated in the process S709. In this case, the threshold value A2 is increased by a predetermined number.
図8(B)は閾値A2を何回か所定数増加させた結果であり、正答率は100%である(S707)。この状態が閾値の最適値であるが、最適値を最終的に判定するために、正答率評価結果はNGとして(S708)、さらに閾値A2を所定数増加させる(S709)。 FIG. 8B shows the result of increasing the threshold value A2 several times by a predetermined number, and the correct answer rate is 100% (S707). This state is the optimum value of the threshold value, but in order to finally determine the optimum value, the correct answer rate evaluation result is NG (S708), and the threshold value A2 is further increased by a predetermined number (S709).
図8(C)は閾値A2をさらに所定数増加させた結果であり、クラスタA3のデータが含まれるため、正答率が100%を下回る。 FIG. 8C shows the result of further increasing the threshold value A2 by a predetermined number, and since the data of the cluster A3 is included, the correct answer rate is less than 100%.
学習部3051は学習フェーズの正答率評価処理S708において、正答率が100%である状態では正答率評価をNGとして、閾値Anを増加方向に更新させる。しかし、正答率が100%を下回った場合、閾値Anを減少方向に更新させる。そして、次に正答率が100%になった時点の閾値Anを最適閾値として設定する。この結果、図8(B)に示す閾値A2が最適閾値となる。 In the correct answer rate evaluation process S708 of the learning phase, the learning unit 3051 sets the correct answer rate evaluation to NG when the correct answer rate is 100%, and updates the threshold value An in the increasing direction. However, when the correct answer rate is less than 100%, the threshold value An is updated in the decreasing direction. Then, the threshold value An at the time when the correct answer rate reaches 100% is set as the optimum threshold value. As a result, the threshold value A2 shown in FIG. 8B becomes the optimum threshold value.
上記の説明では、閾値を増加から減少に遷移させているが、逆に減少から増加に遷移させる方法でも、同様に最適閾値を設定することができる。なお、上記の例では、中心座標は不動として閾値の半径を調整しているが、同様にして中心座標を調整することもできる。 In the above description, the threshold value is transitioned from increase to decrease, but conversely, the optimum threshold value can be set in the same manner by the method of transitioning from decrease to increase. In the above example, the center coordinates are immovable and the radius of the threshold value is adjusted, but the center coordinates can be adjusted in the same manner.
以上のようにして、学習部3051は、3つのモードに対する閾値(中心座標および半径)を設定することができる。求められた閾値は、適宜更新を行い最適値を維持するものとする。 As described above, the learning unit 3051 can set the threshold values (center coordinates and radius) for the three modes. The obtained threshold value shall be updated as appropriate to maintain the optimum value.
図9は運用フェーズの動作を示すフロー図である。この機能は、モード判定部3052として実装される。運用フェーズでは、学習フェーズで定めた閾値を用いて、データのモードを判別する。
FIG. 9 is a flow chart showing the operation of the operation phase. This function is implemented as a
処理S901では、所定期間にわたって取得したセンサデータを処理対象データとする。処理対象データとしては、例えば1分間の時系列のセンサデータを用意し、このデータを1秒間×60個のデータに分割する。 In the process S901, the sensor data acquired over a predetermined period is set as the process target data. As the data to be processed, for example, a time-series sensor data for 1 minute is prepared, and this data is divided into 1 second × 60 pieces of data.
処理S902では、学習フェーズで定めた閾値を用いて、データのモードを判別する。図9では省略しているが、判別はモードごとに並列的あるいは直列的に行なわれる。 In the process S902, the data mode is determined using the threshold value determined in the learning phase. Although omitted in FIG. 9, the discrimination is performed in parallel or in series for each mode.
処理S903では、データのモードを判定する。すなわち図8で概念を説明したように、点線の丸で示される閾値内に存在するデータを例えば3つのモードに分類する。 In the process S903, the mode of the data is determined. That is, as described in FIG. 8, the data existing within the threshold value indicated by the dotted circle is classified into, for example, three modes.
処理S904では、図5に示したように、分類されたデータをモードごとに記憶装置301に格納する。このとき、時間情報をデータに対応付けて格納するものとする。
In the process S904, as shown in FIG. 5, the classified data is stored in the
図10は、実施例の診断システムの運転スケジュールの例を示す概念図である。運転時区分1001に示すように、本実施例では、空圧機100は基本的に通常運転状態である。運転モード1002は、上述したように、空圧機100では、停止、アンロード、ロードの3つがあり、これらは任意のタイミングで切り替えることができる。
FIG. 10 is a conceptual diagram showing an example of an operation schedule of the diagnostic system of the embodiment. As shown in the
フェーズ1003には、図7で示す学習フェーズと、図9で示す運用フェーズが含まれる。図7で示した学習フェーズは、任意のタイミングで行なうことができるが、基本的に正常動作していることが前提である。この意味から、例えば振動センサ108を設置した際に、別途正常動作を確認したうえで手動で学習部3051を起動して学習フェーズに入り、閾値を学習させることが考えられる。図10に示すように、学習のためには、3つの運転モード全てをカバーできるだけの学習時間が必要である。
一度設定した閾値は、空圧機100の経時的変化により変化する可能性がある。このため、定期的に学習フェーズを行ない、閾値算出を行って閾値を更新することが考えられる。ただし、学習フェーズにおいて、空圧機100が正常動作していることが保証されない場合には、経時変化による閾値の微量なシフトは反映して閾値を更新するが、閾値の変動量が所定値を超える場合には、更新しない、あるいはエラー信号を発生するなどの構成が考えられる。
The threshold value once set may change due to changes over time in the
処理動作1004に示すように、学習フェーズにおいては閾値算出と閾値更新が行なわれる。また、運用フェーズにおいては、図9に示したように、モード判定部3052による運転モードの判定と、異常検出部3053による異常検出が行なわれる。
As shown in the
実施例1では単一の振動センサ108を使用したが、複数のセンサを用いても、同様の方式が適用可能である。すなわち、1台の空圧機に含まれる単一ないし複数の圧縮機回転機構(以下、回転機)をそれぞれ別のセンサで測定し、各センサごとにデータを格納する。回転機として、例えば、スクリュー圧縮機や、スクロール圧縮機や、レシプロ圧縮機がある。
Although a
図11に、モーター102aと、一段側スクリュー102bと、二段側スクリュー102cで構成された空圧機100の例を示す。図11に示すように、モーター102aにセンサ108a、一段側スクリュー102bにセンサ108b、二段側スクリュー102cにセンサ108cが設置され、其々がセンサデータを出力する。
FIG. 11 shows an example of a
図12に示すように、各センサデータは、実施例1で説明したのと同様な方法により、それぞれモードが判別されて、記憶装置301にセンサデータデータベース3011として格納される。
As shown in FIG. 12, the mode of each sensor data is determined by the same method as described in the first embodiment, and the sensor data is stored in the
図13に示すように、この場合に異常原因推定テーブル3012に格納される異常データ組み合わせ表は、83=512パターンとなり、より詳細に異常原因の推定が可能である。 As shown in FIG. 13, in this case, the abnormality data combination table stored in the abnormality cause estimation table 3012 has 8 3 = 512 patterns, and the abnormality cause can be estimated in more detail.
空圧機は複数台の台数制御で運用するシステムが一般的である。そこで、台数制御の状態を運転モードとして扱っても、実施例1と同様の考え方が適用可能である。 Pneumatic machines are generally operated by controlling the number of multiple units. Therefore, even if the state of unit control is treated as an operation mode, the same concept as in the first embodiment can be applied.
図14は、複数台の台数制御で運用するシステムの構成例を示す図である。例えば、一定速のベースロード機2台(100−1,100−2)と、可変速の負荷吸収機2台(100−3,100−4)による台数制御で、負荷吸収機100−3をセンサで測定するとき、同時に可動しているベースロード機(100−1,100−2)および負荷吸収機100−4の台数を運転モード数として入力すると、異常データの組み合わせは24=16通りとなる。 FIG. 14 is a diagram showing a configuration example of a system operated by controlling the number of a plurality of units. For example, the load absorber 100-3 can be controlled by controlling the number of constant speed base load machines (100-1, 100-2) and two variable speed load absorbers (100-3, 100-4). When measuring with a sensor, if the number of base load machines (100-1, 100-2) and load absorbers 100-4 that are moving at the same time is input as the number of operation modes, there are 2 4 = 16 combinations of abnormal data. It becomes.
図15に、この場合の異常原因推定テーブル3012に格納される異常データ組み合わせ表を示す。より詳細に異常原因の推定が可能である。 FIG. 15 shows an abnormality data combination table stored in the abnormality cause estimation table 3012 in this case. It is possible to estimate the cause of the abnormality in more detail.
この構成では、同時に可動しているベースロード機(100−1,100−2)および負荷吸収機100−4の台数によって負荷の大きさが変化する。例えば、3号機100−3だけを稼動している場合と、1号機100−1と3号機100−3を同時に稼動している場合では、3号機100−3に設けたセンサのデータは異なると考えられる。また、振動センサの場合には、1号機100−1から生じた振動が配管や地面等を伝わり、3号機100−3の振動センサに影響を及ぼすことが考えられる。従って、これらの状況を区別して異常判定を行なうことで、精度の高い判定が可能となる。
In this configuration, the magnitude of the load changes depending on the number of base load machines (100-1, 100-2) and load absorbers 100-4 that are moving at the same time. For example, when only Unit 3 100-3 is operating and when
以上の実施例では空圧機を例に説明したが、その他の装置の状態検出にも適用可能である。切削加工機の異常監視の場合の実施例を説明する。切削加工機は切削工具を用いてワークを切削または研削する装置であり、例えば、ボール盤や、フライス盤や、マシニングセンタや、NC(Numerically Control: 数値制御)旋盤がある。 In the above embodiment, the pneumatic machine has been described as an example, but it can also be applied to the state detection of other devices. An embodiment in the case of abnormality monitoring of a cutting machine will be described. A cutting machine is a device that cuts or grinds a workpiece using a cutting tool, and includes, for example, a drilling machine, a milling machine, a machining center, and an NC (Numerically Control) lathe.
図16に切削工具としてドリル161を備えた切削加工機の一例を示す。ドリル161はドリル保持部162により保持される。ドリル保持部162がドリル161を回転させ、ドリル保持部162が下降することでドリル161とワーク163が接触し、穴あけ加工を行う。切削加工機の異常を監視するために、ドリル保持部162に振動センサ108vを取り付ける。また、穴あけ加工の加工状態を監視するために、ワーク163に振動センサ108iを取り付ける。
FIG. 16 shows an example of a cutting machine equipped with a
この装置には主に4つの運転モードがある。まず、ドリル161が停止している停止モードがある。次に、ドリル161は回転するがワーク163の切削を行っていない空転モードがある。その後、ドリル161が下降し、ワーク163に穴を空ける穴あけ切削モードがある。最後に、ワーク163を削りながらドリル保持部162が移動し、ワーク163を線状に切削する線切削モードがある。センサ108から得たセンサデータを実施例1と同様のシステム構成により処理することで、これらの運転モードを区別し、切削加工機の状態を正確に判定することができる。
This device has four main modes of operation. First, there is a stop mode in which the
半導体製造装置の異常監視を行なう実施例を説明する。半導体製造装置は真空チャンバを備えるものが一般的で、例えば、金属蒸着装置や、スパッタ装置や、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition: 化学蒸着)装置や、ICP(Inductively Coupled Plasma: 誘導結合プラズマ)エッチング装置や、RIE(Reactive Ion Etching: 反応性イオンエッチング)装置や、アッシング装置や、電子線描画装置や、FIB(Focused Ion Beam: 集束イオンビーム)装置がある。また、半導体検査装置も同様に真空チャンバを備えるものがあり、例えば、SEM(Scanning Electron Microscope: 走査型電子顕微鏡)や、TEM(Transmission Electron Microscope: 透過型電子顕微鏡)がある。基本的な構成の差異はあるが、半導体製造装置として同様に適用することができる。 An embodiment of monitoring an abnormality of a semiconductor manufacturing apparatus will be described. Semiconductor manufacturing equipment is generally equipped with a vacuum chamber, for example, metal vapor deposition equipment, sputtering equipment, plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) equipment, and ICP (Inductively Coupled Plasma) etching equipment. There are also RIE (Reactive Ion Etching) equipment, ashing equipment, electron beam drawing equipment, and FIB (Focused Ion Beam) equipment. In addition, some semiconductor inspection devices are also provided with a vacuum chamber, and for example, there are SEM (Scanning Electron Microscope) and TEM (Transmission Electron Microscope). Although there are differences in the basic configuration, it can be similarly applied as a semiconductor manufacturing apparatus.
図17に粗引き用ポンプと本引き用ポンプを備えた半導体製造装置の構成の一例を示す。粗引き用のスクロールポンプ171と、本引き用のターボ分子ポンプ172は、それぞれ図のように粗引き弁173と本引き弁174を通して真空チャンバ175と接続している。ターボ分子ポンプ172の背圧を下げるために、スクロールポンプ171は背圧弁176を通してターボ分子ポンプ172と接続している。この装置の異常を監視するために、スクロールポンプ171に振動センサ108vと電流センサ108iを、真空チャンバ175に圧力センサ108pを取り付ける。
FIG. 17 shows an example of the configuration of a semiconductor manufacturing apparatus provided with a roughing pump and a main pulling pump. The rough pulling
この装置には5つの運転モードがある。まず、スクロールポンプ171とターボ分子ポンプ172が停止している停止モードがある。次に、スクロールポンプ171が稼動し、粗引き弁173が開き、真空チャンバ175内の圧力を大気圧から真空圧まで下げる粗引きモードがある。その後、粗引き弁173を閉め、背圧弁176を空け、ターボ分子ポンプ172が稼動する、空転モードがある。次に、本引き弁174を開け、真空チャンバ175内の圧力を真空圧から超高真空圧まで下げる、本引きモードがある。最後に、真空チャンバ175内で半導体加工を行う加工モードがある。加工モードでは、図示していない装置の要素が稼動する。例えばRIE装置では、真空チャンバ175内に反応性ガスが注入される。センサ108から得たセンサデータを実施例1と同様のシステム構成により処理することで、これらの運転モードを区別し、半導体製造装置の状態を正確に判定することができる。
The device has five modes of operation. First, there is a stop mode in which the
実施例1〜5を用いて、工場の装置監視員(以下、ユーザー)が装置を監視する場合の、監視状況を表示するインターフェースの実施例を示す。ユーザーは、図3に示した端末330に表示される工場監視状況モニタを通して、装置等の状況を把握することができる。モニタは具体的にはパーソナルコンピュータのディスプレイやタブレット端末のディスプレイに表示される。表示される情報は、エッジ演算部300から中央演算部320を経て、端末330に送られる。
Examples 1 to 5 are used to show an example of an interface for displaying the monitoring status when a factory equipment observer (hereinafter referred to as a user) monitors the equipment. The user can grasp the status of the device and the like through the factory monitoring status monitor displayed on the terminal 330 shown in FIG. Specifically, the monitor is displayed on the display of a personal computer or the display of a tablet terminal. The displayed information is sent from the
図18は、端末330に表示される工場監視状況モニタの一例である。工場監視状況モニタ181は、各装置の運転モード数を設定する運転モード数入力欄182を備えており、ユーザーは運転モード数を設定できる。ここで入力したモード数は、図7の処理S702で取得される。
FIG. 18 is an example of a factory monitoring status monitor displayed on the
モニタ181は、装置の状態を運転モードごとに表示する装置状況表示ウィンドウ183を一個または複数個備える。各運転モードにおける異常判定は、図4の処理S403で実行され、結果が端末330に送られる。各運転モードで異常が発生したときに、該当するモードの異常ランプ184が点灯することで、ユーザーは装置の異常を知ることができる。
The
保守提案ウィンドウ185では、想定される異常原因に応じて最適な保守方法を表示する。想定される異常原因は、図4の処理S404で推定され、推定結果が端末330に送られる。保守ボタン186を押下すると、任意のネットワークを経由して、保守会社に見積り依頼メールが送信される。
In the
実施例1〜5を用いて、保守会社の装置監視員(以下、ベンダー)が各工場の装置を監視し、保守状況を表示するインターフェースの実施例を示す。ベンダーは一つまたは複数の工場を同時に監視しており、装置状況に応じてタイムリーな修理(またはメンテナンス)をユーザーに提供することができる。ハードウェア、ソフトウェア構成は実施例6と同様である。 An example of an interface in which an equipment observer (hereinafter referred to as a vendor) of a maintenance company monitors the equipment of each factory and displays the maintenance status will be shown using Examples 1 to 5. Vendors monitor one or more factories at the same time and can provide users with timely repairs (or maintenance) depending on equipment status. The hardware and software configurations are the same as in the sixth embodiment.
図19は、端末330に表示される保守管理モニタの一例である。ベンダーは、図3に示した端末330に表示される保守管理モニタ191を通して装置状況と保守状況を把握することができる。装置状況ウィンドウ192には装置の異常状況と想定原因が表示される。想定される異常原因は、図4の処理S404で推定され、推定結果が端末330に送られる。
FIG. 19 is an example of a maintenance management monitor displayed on the
保守状況ウィンドウ193には、修理提案状況が表示される。ベンダーがメールや電話やFAXや郵送のボタンを押下すると、各連絡手段を用いてユーザーに修理提案の連絡が送信される。また、保守状況ウィンドウには担当保守員の氏名と、担当保守員のスケジュールが表示される。ベンダーは、保守員のスケジュールを確認した上で、ユーザーに修理提案の連絡ができるため、修理日程の迅速な決定が可能となる。また、保守状況ウィンドウには修理部材の在庫個数が表示される。ベンダーが発注ボタン194を押下すると、各部材メーカーに発注情報が送信される。ベンダーは、装置状況を確認した上で修理に必要な部材の在庫管理ができるため、在庫管理の効率を向上する。例えば、装置故障の発生を検出したとき、あらかじめ必要な部材の在庫を確保しておくことで、修理の納期を短縮することができる。また、発生頻度の低い故障(例えば10年に1度の頻度で発生する故障)に対して必要な部材は、在庫を少なく所持しておくことで、保守会社の所持資産を軽減することができ、ROE(株主資本利益率)の向上に繋がる。
The repair proposal status is displayed in the
以上詳細に説明したように、運転モードを区別しないで分析を実施すると、状態が大きく異なるデータを比較するため、分析精度が悪化していた。例えば主成分分析とクラスタ分析を用いる場合、大きく異なるデータをまとめて標準化するため、各成分の分解能が低下していた。また、異常データを別クラスタの正常データとして誤判定する懸念があった。 As described in detail above, when the analysis is performed without distinguishing the operation modes, the analysis accuracy is deteriorated because the data in different states are compared. For example, when principal component analysis and cluster analysis are used, the resolution of each component is lowered because the data that are significantly different are standardized together. In addition, there was a concern that abnormal data would be erroneously determined as normal data in another cluster.
本実施例の構成を用い、運転モードを区別して異常判定を行うことで、分析精度が向上する。特に、通常運転時のセンサデータを用いて診断を行うことができるため、運転を止めずに診断が可能である。すなわち、診断運転期間を特に設ける必要が無いため、設備の稼働率の低下を防止することができる。また、運転モードごとのデータの組み合わせから、異常原因の推定を精緻に行なうことが可能である。また、センサデータから運転モードの特定と異常判定の両方を行う場合には、運転モード特定用に追加センサを導入する必要が無い。このため、導入コストが軽減される。また、監視画面等の入出力インターフェース画面において、運転モードごとに正常・異常の状態を表示するインジケーターがあることにより、使用者が得られる情報量が増える。 By using the configuration of this embodiment and performing abnormality determination by distinguishing the operation modes, the analysis accuracy is improved. In particular, since the diagnosis can be performed using the sensor data during normal operation, the diagnosis can be performed without stopping the operation. That is, since it is not necessary to provide a diagnostic operation period in particular, it is possible to prevent a decrease in the operating rate of the equipment. In addition, it is possible to precisely estimate the cause of the abnormality from the combination of data for each operation mode. Further, when both the operation mode is specified and the abnormality is determined from the sensor data, it is not necessary to introduce an additional sensor for specifying the operation mode. Therefore, the introduction cost is reduced. Further, on the input / output interface screen such as the monitoring screen, the amount of information that the user can obtain increases because there is an indicator that displays the normal / abnormal state for each operation mode.
さらに、実施例に記載したように、診断対象である機械装置に設けた検出素子からの信号に基づき機械装置の異常を検出する際に、機械装置の運転モード数を入力する運転モード数入力部と、検出素子の信号に基づき、運転モードを特定するための閾値を算出する運転モード閾値算出部と、検出素子の信号に基づき、閾値を用いて機機械装置の運転モードを特定する運転モード特定部と、を備えるシステムを用いる。この構成では、閾値との比較により、軽い処理によって運転モードを判定することができる。また、閾値の学習の際にリファレンスとなる分類を行なうアルゴリズムの実行に際しては、運転モード数(例:停止・アンロード・ロードの3種類)を入力可能とすることにより、OTを活用して運転モードの判別精度を上げることができる。 Further, as described in the embodiment, an operation mode number input unit for inputting the number of operation modes of the mechanical device when detecting an abnormality of the mechanical device based on a signal from a detection element provided in the mechanical device to be diagnosed. The operation mode threshold calculation unit that calculates the threshold for specifying the operation mode based on the signal of the detection element, and the operation mode specification that specifies the operation mode of the mechanical device using the threshold based on the signal of the detection element. Use a system that includes a unit. In this configuration, the operation mode can be determined by light processing by comparison with the threshold value. In addition, when executing the algorithm that performs the classification that serves as a reference when learning the threshold value, the number of operation modes (example: three types of stop, unload, and load) can be input, and the operation is performed by utilizing OT. The mode discrimination accuracy can be improved.
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications. For example, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. In addition, it is possible to add / delete / replace the configurations of other examples with respect to a part of the configurations of each embodiment.
305:異常判定部
306:異常原因検出部
3011:センサデータデータベース
3012:異常原因推定テーブル
3051:学習部
3052:モード判定部
3053:異常検出部
305: Abnormality determination unit 306: Abnormality cause detection unit 3011: Sensor data database 3012: Abnormality cause estimation table 3051: Learning unit 3052: Mode determination unit 3053: Abnormality detection unit
Claims (13)
通常運転時における前記検出素子からの検出信号に基づき、前記診断対象の第1の運転モード時および第2の運転モード時における異常の有無を判定する異常判定部と、
前記異常判定部で判定した前記第1の運転モードおよび前記第2の運転モードの異常の有無の組み合わせに基づき、前記診断対象の異常の原因を判断して検出する異常原因検出部と、
を備え、
前記異常判定部は、
前記検出信号に基づき、運転モードを判定するための閾値を学習する学習部と、
前記検出信号に基づき、前記閾値を用いて前記診断対象の運転モードを判定し、前記運転モードごとに前記検出信号を分類するモード判定部と、
分類された前記検出信号ごとに、前記診断対象の異常を検出する異常検出部と、を備えることを特徴とする異常検出システム。 An abnormality detection system that detects an abnormality in the diagnosis target based on a detection signal from a detection element provided in the diagnosis target.
An abnormality determination unit that determines the presence or absence of an abnormality in the first operation mode and the second operation mode of the diagnosis target based on the detection signal from the detection element during normal operation.
An abnormality cause detection unit that determines and detects the cause of the abnormality to be diagnosed based on the combination of the presence or absence of the abnormality in the first operation mode and the second operation mode determined by the abnormality determination unit.
Equipped with a,
The abnormality determination unit
A learning unit that learns a threshold value for determining an operation mode based on the detection signal,
A mode determination unit that determines the operation mode of the diagnosis target using the threshold value based on the detection signal and classifies the detection signal for each operation mode.
Abnormality detection system for each classified the detection signal, the abnormality detecting unit for detecting an abnormality of the diagnostic object, wherein Rukoto equipped with.
前記診断対象は、第1の要素装置と第2の要素装置で構成されており、
前記第1の運転モードおよび前記第2の運転モードは、前記第1の要素装置と第2の要素装置の稼動状態の組み合わせに依存するモードであることを特徴とする、異常検出システム。 The abnormality detection system according to claim 1.
The diagnosis target is composed of a first element device and a second element device.
An abnormality detection system, wherein the first operation mode and the second operation mode are modes that depend on a combination of operating states of the first element device and the second element device.
前記検出素子からの検出信号は、前記診断対象の前記運転モードに因らずに生じる外的要因によって変化し、
前記異常原因検出部は、前記第1の運転モード時および前記第2の運転モード時の異常の有無の組み合わせに基づき、前記診断対象の異常か前記外的要因に起因する異常かを判断することを特徴とする、異常検出システム。 The abnormality detection system according to claim 1.
The detection signal from the detection element changes due to an external factor generated regardless of the operation mode of the diagnosis target.
The abnormality cause detection unit determines whether the abnormality is the diagnosis target or the abnormality caused by the external factor, based on the combination of the presence or absence of the abnormality in the first operation mode and the second operation mode. Anomaly detection system featuring.
前記検出素子は、複数設けられ、
前記異常判定部は、各検出素子毎に各運転モード時に検出する検出信号に基づき異常の有無を判定し、
前記異常原因検出部は、各運転モードで各検出素子から検出した異常の有無の生み合わせに基づき、前記診断対象の異常の原因を判断して検出することを特徴とする、異常検出システム。 The abnormality detection system according to claim 1.
A plurality of the detection elements are provided.
The abnormality determination unit determines the presence or absence of an abnormality based on the detection signal detected in each operation mode for each detection element.
The abnormality detection system is characterized in that the abnormality cause detection unit determines and detects the cause of the abnormality to be diagnosed based on the combination of the presence or absence of the abnormality detected from each detection element in each operation mode.
前記第1の運転モードおよび前記第2の運転モードの異常の有無の組み合わせに対して、想定される異常原因を格納した異常原因推定テーブルを格納した記憶装置を備え、
前記異常原因検出部は、前記異常原因推定テーブルを参照して異常の原因を判断して検出することを特徴とする、異常検出システム。 The abnormality detection system according to claim 1.
A storage device that stores an abnormality cause estimation table that stores a possible abnormality cause for a combination of the presence or absence of an abnormality in the first operation mode and the second operation mode is provided.
The abnormality detection system is characterized in that the abnormality cause detection unit determines and detects the cause of an abnormality by referring to the abnormality cause estimation table.
前記学習部は、
第1のアルゴリズムを用いて前記検出信号に基づき、運転モードを判定し、当該判定結果を用いて前記閾値を学習し、
前記異常検出部は、
前記第1のアルゴリズムとは異なる第2のアルゴリズムを用いて、前記診断対象の異常を検出することを特徴とする、異常検出システム。 The abnormality detection system according to claim 1 .
The learning unit
The operation mode is determined based on the detection signal using the first algorithm, and the threshold value is learned using the determination result.
The abnormality detection unit
An abnormality detection system, characterized in that an abnormality to be diagnosed is detected by using a second algorithm different from the first algorithm.
前記第1のアルゴリズムは、k-means法によるクラスタリングであり、
前記診断対象の運転モード数を外部から入力する入力装置を備えることを特徴とする、
異常検出システム。 The abnormality detection system according to claim 6 .
The first algorithm is clustering by the k-means method.
It is characterized by including an input device for inputting the number of operation modes to be diagnosed from the outside.
Anomaly detection system.
前記入力装置が、前記診断対象の状態を検出する検出素子からのセンサデータを取得し、
前記処理装置が、前記センサデータを前記診断対象の運転モード毎に分類する分類処理と、分類した前記運転モード毎に異常検出を行なう異常検出処理を行ない、
前記分類処理では、
第1のアルゴリズムを用いて前記センサデータを前記診断対象の運転モード毎に分類し、分類結果に基づいて運転モード毎に閾値を学習する学習処理と、
学習した前記閾値により前記センサデータを運転モード毎に判定するモード判定処理と、を行なう、
異常検出方法。 It is an abnormality detection method that detects an abnormality of a diagnosis target by using an information processing device equipped with a storage device, an input device, a processing device, and an output device.
The input device acquires sensor data from a detection element that detects the state of the diagnosis target, and obtains sensor data.
The processing device, a classification process for classifying the sensor data for each operating mode of the diagnostic object, rows that have the abnormality detection process performed by the abnormality detection to the operation mode for each classified,
In the classification process,
A learning process in which the sensor data is classified for each operation mode to be diagnosed using the first algorithm and a threshold value is learned for each operation mode based on the classification result.
A mode determination process for determining the sensor data for each operation mode based on the learned threshold value is performed.
Anomaly detection method.
前記第1のアルゴリズムとしてk-means法を用い、前記k-means法を実行する際に、前記入力装置から運転モード数を入力可能とし、前記センサデータを前記運転モード数にクラスタリングする、
請求項8記載の異常検出方法。 In the learning process,
The k-means method is used as the first algorithm, and when the k-means method is executed, the number of operation modes can be input from the input device, and the sensor data is clustered into the number of operation modes.
The abnormality detection method according to claim 8 .
前記異常検出処理では、
前記運転モード毎に異常検出を行ない、異常検出の結果を前記異常原因推定テーブルに当てはめ、該当する前記異常原因を前記出力装置から出力する、
請求項8記載の異常検出方法。 The storage device stores an abnormality cause estimation table that stores possible abnormality causes for the combination of presence / absence of abnormality for each operation mode.
In the abnormality detection process,
Anomaly detection is performed for each operation mode, the result of the abnormality detection is applied to the abnormality cause estimation table, and the corresponding abnormality cause is output from the output device.
The abnormality detection method according to claim 8 .
請求項10記載の異常検出方法。 The abnormality cause estimation table further stores the assumed abnormality cause for the transition pattern of the combination of the presence or absence of the abnormality for each operation mode.
The abnormality detection method according to claim 10 .
請求項8記載の異常検出方法。 In the abnormality detection process, an abnormality is detected for each operation mode by using a second algorithm different from the first algorithm.
The abnormality detection method according to claim 8 .
請求項12記載の異常検出方法。 In the abnormality detection process, abnormality detection is performed using a different algorithm or feature amount for each operation mode.
The abnormality detection method according to claim 12 .
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