JP7040851B2 - Anomaly detection device, anomaly detection method and anomaly detection program - Google Patents

Anomaly detection device, anomaly detection method and anomaly detection program Download PDF

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Description

本発明は、異常検知装置、異常検知方法及び異常検知プログラムに関する。 The present invention relates to an abnormality detection device, an abnormality detection method, and an abnormality detection program.

生産設備において故障が発生し、生産が停止してしまうと、生産効率が低下する。このため、故障の前兆を検出してメンテナンスを行い、生産の停止を防止することや、故障が発生した場合に、速やかに故障原因を特定して修理を行うことが望まれる。しかしながら、生産設備の大規模化や複雑化に伴い、故障の予兆となる異常の検出や故障の原因である異常個所の検出等(以下、異常の検出とも称す)を作業員が手作業で行うことは困難になってきている。 If a failure occurs in a production facility and production is stopped, production efficiency will drop. Therefore, it is desirable to detect a sign of failure and perform maintenance to prevent production stoppage, and to promptly identify the cause of failure and perform repair when a failure occurs. However, with the increase in scale and complexity of production equipment, workers manually detect abnormalities that are predictive of failure and detect abnormal parts that are the cause of failure (hereinafter, also referred to as abnormality detection). Things are getting harder.

また、インターネットを介してウェブサービスや業務サービス等を提供する情報システムでは、社会インフラとしての重要性が高まるにつれて、障害によるサービスの遅延や中断等が許されない状況となっており、そのサービスを提供するサーバ等の装置を安定可動させられるように運営管理することが重要となっている。このため発生した異常だけでなく、明確な異常になっていない性能劣化や将来発生が予想される障害の兆候といった状態を検出し、計画的なメンテナンスを行うことが求められている。 In addition, in information systems that provide web services and business services via the Internet, as the importance of social infrastructure increases, delays and interruptions in services due to failures are not allowed, and the services are provided. It is important to operate and manage devices such as servers so that they can be operated stably. Therefore, it is required to detect not only the abnormalities that have occurred but also the states such as performance deterioration that is not a clear abnormality and signs of failures that are expected to occur in the future, and perform planned maintenance.

このような異常を検出する技術として、例えば以下に示す特許文献1乃至特許文献3などが挙げられる。特許文献1では、性能種目又は観測対象を要素とし、少なくとも第1の要素に関する性能情報の時系列変化を示す第1の性能系列情報と、第2の要素に関する性能情報の時系列変化を示す第2の性能系列情報との相関関数を導出し、この相関関数に基づいて相関モデルを生成しこの相関モデルを各要素間の組み合わせについて求め、観測対象から新たに検出し取得される性能情報に基づいて、相関モデルの変化を分析する異常検知装置が提案されている。 Examples of the technique for detecting such an abnormality include Patent Documents 1 to 3 shown below. In Patent Document 1, the first performance series information indicating the time-series change of the performance information relating to at least the first element and the time-series change of the performance information relating to the second element are shown with the performance item or the observation target as an element. A correlation function with the performance series information of 2 is derived, a correlation model is generated based on this correlation function, this correlation model is obtained for the combination between each element, and based on the performance information newly detected and acquired from the observation target. Therefore, an anomaly detection device that analyzes changes in the correlation model has been proposed.

特許文献2では、複数のコンピュータの各々が、何れか他のコンピュータに対して行うサービスのトランザクションを収集し、該トランザクションからシステムにおけるノード間の相関行列を算出し、そこからそのノードの活性バランスを表す特徴ベクトルを求める。その特徴ベクトルを確率モデルにより監視することで、異常状態への遷移を検出する異常検出システムが提案されている。 In Patent Document 2, a transaction of a service performed by each of a plurality of computers to any other computer is collected, a correlation matrix between nodes in the system is calculated from the transaction, and the activity balance of the node is calculated from the transaction. Find the feature vector to represent. An anomaly detection system has been proposed that detects the transition to an abnormal state by monitoring the feature vector with a probability model.

特許文献3では、システムにおけるメトリックのペアの相関関係を表す相関関数の候補を複数記憶し、前記複数の相関関数の候補の中から、相関関数に係るメトリックの異常時の相関破壊の発生しやすさを示す検出感度をもとに、一つの相関関数を、前記メトリックのペアの相関関数として抽出するシステム分析装置が提案されている。 In Patent Document 3, a plurality of correlation function candidates representing the correlation of a pair of metrics in a system are stored, and among the plurality of correlation function candidates, correlation destruction is likely to occur when the metric related to the correlation function is abnormal. A system analyzer has been proposed that extracts one correlation function as a correlation function of the pair of metrics based on the detection sensitivity indicating the above.

また、測定データについて機械学習し、ニューラルネットワークやSVM(support vector machine)によって異常を判断する技術も提案されている。 In addition, a technique of machine learning about measurement data and determining an abnormality by a neural network or SVM (support vector machine) has also been proposed.

特開2009-199533号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-199533 特開2005-216066号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-21066 特許第6183450号公報Japanese Patent No. 6183450

ニューラルネットワークやSVMによってブラックボックス的に異常を判断するシステムでは、異常を検出できても異常の根拠が示されず、この異常に応じた適切な対応をとることが難しい。 In a system that determines an abnormality in a black box manner by a neural network or SVM, even if the abnormality can be detected, the basis of the abnormality is not shown, and it is difficult to take appropriate measures according to the abnormality.

また、二つの要素の組み合わせ毎に相関関係を求めて異常を検出することにより、異常となった要素を特定できるようにしたシステムも提案されているが、このようなシステムでは、二つの要素の組み合わせについて線形に連続した相関関係がなければ異常を検出できないという問題があった。 In addition, a system has been proposed in which an abnormal element can be identified by finding a correlation for each combination of two elements and detecting an abnormality. In such a system, two elements are used. There is a problem that anomalies cannot be detected unless there is a linearly continuous correlation for the combination.

コンピュータシステムの異常を検出する場合、異常を検出する要素となるCPUの稼働率やメモリの使用率、実行中のスレッド数等の情報が容易に取得でき、また同じ条件であれば同じ現象が発生する可能性が高いため、線形の相関を有する要素を選択することが容易である。 When detecting an abnormality in a computer system, information such as the CPU operating rate, memory usage rate, and the number of running threads, which are the factors for detecting the abnormality, can be easily obtained, and the same phenomenon occurs under the same conditions. It is easy to select elements that have a linear correlation because they are likely to do so.

一方、生産設備等の異常を検出する場合、種々の要素が関連しあって異常が発生することもあるため各要素の測定データが線形に相関するとは限らない。また、生産設備の状態を測定するには、そのためのセンサや入力インターフェイスを設置することになるため、線形の相関を有するデータを探すためにあらゆる要素にセンサ等を設置するようなことは現実的でない。このため、従来の異常検知システムでは精度よく異常を検出することが困難なことがあった。 On the other hand, when detecting an abnormality in production equipment or the like, various elements may be related to each other and an abnormality may occur, so that the measurement data of each element does not always correlate linearly. In addition, in order to measure the state of production equipment, sensors and input interfaces for that purpose will be installed, so it is realistic to install sensors etc. in every element to search for data with linear correlation. Not. For this reason, it has sometimes been difficult to accurately detect anomalies with a conventional anomaly detection system.

そこで、本発明は、測定対象の異常を検出する際、線形の相関を有しない測定データを用いた場合でも精度良く異常を検出する技術の提供を目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a technique for accurately detecting an abnormality even when measurement data having no linear correlation is used when detecting an abnormality of a measurement target.

本発明に係る異常検知装置は、
観測対象における複数の項目について当該項目の状態を示す測定データを取得するデータ取得部と、
所定のタイミングで取得した測定データを一つのデータ群(例えばレコード)とし、異なるタイミングで取得した複数のデータ群を学習データとし、前記複数の項目のうちN個の組み合わせについて前記学習データに含まれる前記測定データからN次元の確率密度を求め、当該N次元の確率密度を複数の前記組み合わせについて求めて、学習モデルを生成するモデル生成部と、
評価対象とする前記データ群のうち、前記項目のN個の組み合わせに係る前記測定データが得られる確率を前記学習モデルから求め、当該確率に基づいて異常スコアを算出するスコア算出部と、
前記項目の複数の組み合わせに係る前記異常スコアに基づいて前記データ群のスコアを算出し、当該データ群のスコアに基づいて前記観測対象の異常を検知する検知部と、
を備える。
The abnormality detection device according to the present invention is
A data acquisition unit that acquires measurement data indicating the state of multiple items in the observation target, and
The measurement data acquired at a predetermined timing is regarded as one data group (for example, a record), a plurality of data groups acquired at different timings are regarded as training data, and N combinations of the plurality of items are included in the training data. A model generation unit that generates a learning model by obtaining an N-dimensional probability density from the measurement data and obtaining the N-dimensional probability density for the plurality of the combinations.
A score calculation unit that obtains the probability of obtaining the measurement data related to N combinations of the items from the data group to be evaluated from the learning model and calculates an abnormal score based on the probability.
A detection unit that calculates the score of the data group based on the abnormality score related to a plurality of combinations of the items and detects the abnormality of the observation target based on the score of the data group.
To prepare for.

前記異常検知装置は、前記項目を示すノードと当該ノードの組み合わせを示すリンクとを表示装置に表示させる際、前記リンクを前記異常スコアに応じた表示形態で生じさせる表示制御部を備えてもよい。 The abnormality detection device may include a display control unit that causes the link to be generated in a display form corresponding to the abnormality score when displaying a node indicating the item and a link indicating a combination of the nodes on the display device. ..

前記異常検知装置は、前記モデル生成部が、
N個の前記項目の組み合わせのうち、各項目が取り得る測定データの範囲を第一~第Nの軸にとり、第二の項目が取り得る測定データの範囲を前記第一の軸と直交する第二の軸にとり、
前記第一~第Nの項目の測定データから求めたN次元の確率密度について、各項目の確
率密度を高い方から累積して所定の累積確率に達したところで確率密度が高い空間と確率密度が低い空間とに超平面で分割し、当該超平面における前記N次元の確率密度の面積をα%断面面積とし、前記超平面において各項目が取り得る範囲の面積を全体面積として求め、
前記全体面積を前記α断面面積で除してα%断面比を求め、
α%断面比が閾値未満の組み合わせを選択し、選択した組み合わせについて前記学習モデルを生成してもよい。
In the abnormality detection device, the model generation unit
Of the N combinations of the above items, the range of measurement data that can be taken by each item is taken on the first to Nth axes, and the range of measurement data that can be taken by the second item is orthogonal to the first axis. For the second axis,
Regarding the N-dimensional probability density obtained from the measurement data of the first to Nth items, the space with high probability density and the probability density are obtained when the probability density of each item is accumulated from the higher one and the predetermined cumulative probability is reached. Divided into a low space by a superplane, the area of the N-dimensional probability density in the superplane is defined as the α% cross-sectional area, and the area within the range that each item can take in the superplane is obtained as the total area.
Divide the total area by the α cross-sectional area to obtain the α% cross-sectional ratio.
A combination having an α% cross-sectional ratio less than the threshold value may be selected, and the learning model may be generated for the selected combination.

また、本発明に係る異常検知方法は、
観測対象における複数の項目について当該項目の状態を示す測定データを取得するステップと、
所定のタイミングで取得した測定データを一つのデータ群とし、異なるタイミングで取得した複数のデータ群を学習データとし、前記複数の項目のうちN個の組み合わせについて前記学習データに含まれる前記測定データからN次元の確率密度を求め、当該N次元の確率密度を複数の前記組み合わせについて求めて、学習モデルを生成するステップと、
評価対象とする前記データ群のうち、前記項目のN個の組み合わせに係る前記測定データが得られる確率を前記学習モデルから求め、当該確率に基づいて異常スコアを算出するステップと、
前記項目の複数の組み合わせに係る前記異常スコアに基づいて前記データ群のスコアを算出し、当該データ群のスコアに基づいて前記観測対象の異常を検知するステップと、
をコンピュータが実行する。
Further, the abnormality detection method according to the present invention is
A step to acquire measurement data indicating the state of multiple items in the observation target, and
The measurement data acquired at a predetermined timing is regarded as one data group, the plurality of data groups acquired at different timings are regarded as training data, and N combinations of the plurality of items are obtained from the measurement data included in the training data. A step of obtaining an N-dimensional probability density, obtaining the N-dimensional probability density for the plurality of the above combinations, and generating a learning model.
A step of obtaining the probability of obtaining the measurement data relating to N combinations of the items in the data group to be evaluated from the learning model and calculating an abnormality score based on the probability.
A step of calculating the score of the data group based on the abnormality score related to a plurality of combinations of the items and detecting the abnormality of the observation target based on the score of the data group.
Is executed by the computer.

前記異常検知方法は、前記項目を示すノードと当該ノードの組み合わせを示すリンクとを表示装置に表示させる際、前記リンクを前記異常スコアに応じた表示形態で生じさせるステップを有してもよい。
前記異常検知方法は、
N個の前記項目の組み合わせのうち、各項目が取り得る測定データの範囲を第一~第Nの軸にとり、第二の項目が取り得る測定データの範囲を前記第一の軸と直交する第二の軸にとり、
前記第一~第Nの項目の測定データから求めたN次元の確率密度について、各項目の確率密度を高い方から累積して所定の累積確率に達したところで確率密度が高い空間と確率密度が低い空間とに超平面で分割し、当該超平面における前記N次元の確率密度の面積をα%断面面積とし、前記超平面において各項目が取り得る範囲の面積を全体面積として求め、
前記全体面積を前記α断面面積で除してα%断面比を求め、
α%断面比が閾値未満の組み合わせを選択し、選択した組み合わせについて前記学習モデルを生成してもよい。
The abnormality detection method may include a step of generating the link in a display form corresponding to the abnormality score when displaying the node indicating the item and the link indicating the combination of the nodes on the display device.
The abnormality detection method is
Of the N combinations of the above items, the range of measurement data that can be taken by each item is taken on the first to Nth axes, and the range of measurement data that can be taken by the second item is orthogonal to the first axis. For the second axis,
Regarding the N-dimensional probability density obtained from the measurement data of the first to Nth items, the space with high probability density and the probability density are obtained when the probability density of each item is accumulated from the higher one and the predetermined cumulative probability is reached. Divided into a low space by a superplane, the area of the N-dimensional probability density in the superplane is defined as the α% cross-sectional area, and the area within the range that each item can take in the superplane is obtained as the total area.
Divide the total area by the α cross-sectional area to obtain the α% cross-sectional ratio.
A combination having an α% cross-sectional ratio less than the threshold value may be selected, and the learning model may be generated for the selected combination.

なお、課題を解決するための手段に記載の内容は、本発明の課題や技術的思想を逸脱しない範囲で可能な限り組み合わせることができる。課題を解決するための手段の内容は、コンピュータ等の装置若しくは複数の装置を含むシステム、コンピュータが実行する方法、又はコンピュータに実行させるプログラムとして提供することができる。例えば、本発明は、前記異常検知方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラムであってもよい。また、本発明は、このプログラムを保持するコンピュータで読み取り可能な記録媒体であってもよい。 The contents described in the means for solving the problem can be combined as much as possible without departing from the problem and the technical idea of the present invention. The content of the means for solving the problem can be provided as a device such as a computer or a system including a plurality of devices, a method executed by the computer, or a program executed by the computer. For example, the present invention may be a program for causing a computer to execute each step of the abnormality detection method. Further, the present invention may be a computer-readable recording medium that holds this program.

本発明によれば、測定対象の異常を検出する際、線形に連続した相関を有しない測定データを用いた場合でも精度良く異常を検出する技術を提供できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, when detecting an abnormality of a measurement target, it is possible to provide a technique for accurately detecting an abnormality even when measurement data having no linearly continuous correlation is used.

図1は、実施形態の異常検知装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an abnormality detection device according to an embodiment. 図2は、記憶装置に記憶された測定データの例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of measurement data stored in the storage device. 図3は、異常検知装置のハードウェア構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a hardware configuration of the abnormality detection device. 図4は、測定データを取得する処理手順を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a processing procedure for acquiring measurement data. 図5は、学習モデルを生成する処理手順を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a processing procedure for generating a learning model. 図6は、観測対象の異常を検知する処理手順を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a processing procedure for detecting an abnormality of an observation target. 図7は、二次元の確率密度の一例をグラフで示した図である。FIG. 7 is a graph showing an example of a two-dimensional probability density. 図8は、評価対象の測定データ(標本)について、確率密度関数から求められる異常スコアの説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of an abnormality score obtained from a probability density function for the measurement data (sample) to be evaluated. 図9は、検知結果の表示例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a display example of the detection result. 図10は、異常要因を示すネットワーク図の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of a network diagram showing anomalous factors. 図11は、特定の項目の組み合わせにおける異常スコアの時系列グラフを例示する図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a time series graph of abnormal scores in a combination of specific items. 図12は、確率密度を用いた異常検出を行う例の説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram of an example of performing anomaly detection using probability density. 図13Aは、ガウスカーネル関数を足し合わせて平均する例を示す図である。FIG. 13A is a diagram showing an example of adding and averaging Gaussian kernel functions. 図13Bは、ガウスカーネル関数で複雑な確率密度関数を近似する例を示す図である。FIG. 13B is a diagram showing an example of approximating a complicated probability density function with a Gaussian kernel function. 図14は、ガウス分布を混合する例を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing an example of mixing Gaussian distributions. 図15は、混合要素の等高線を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing contour lines of the mixed elements. 図16は、混合分布の周辺確率密度の等高線を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing contour lines of the peripheral probability densities of the mixture distribution. 図17は、α%断面比の説明図である。FIG. 17 is an explanatory diagram of the α% cross-sectional ratio.

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、下記の実施形態は本発明の例示であり、本発明は、下記の構成には限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following embodiments are examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following configurations.

<装置構成>
図1は、本実施形態の異常検知装置の構成を示すブロック図である。異常検知装置3は、生産設備等の観測対象における複数の項目について測定データを取得し、このデータの確率密度を推定して尤度の低いものを異常とする。
<Device configuration>
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an abnormality detection device according to the present embodiment. The anomaly detection device 3 acquires measurement data for a plurality of items in an observation target such as a production facility, estimates the probability density of the data, and regards the one having a low likelihood as an abnormality.

図1に示すように、異常検知装置3は、観測対象の一例である各生産設備2と通信回線Nを介して接続されている。通信回線Nは、単なるケーブルであってもLAN等のネットワークであっても良い。また、通信回線は、有線であっても無線であっても良い。 As shown in FIG. 1, the abnormality detection device 3 is connected to each production facility 2 which is an example of an observation target via a communication line N. The communication line N may be a simple cable or a network such as a LAN. Further, the communication line may be wired or wireless.

異常検知装置3は、データ取得部31や、モデル生成部32、スコア算出部33、検知部34、表示制御部35を有している。 The abnormality detection device 3 has a data acquisition unit 31, a model generation unit 32, a score calculation unit 33, a detection unit 34, and a display control unit 35.

データ取得部31は、観測対象における複数の項目について当該項目の状態を示す測定データを取得し、記憶装置へ記憶させる。測定データは例えば、モータの回転数や駆動電流の値、アクチュエータの制御信号や動作回数等、生産設備2で制御等に用いている情報を測定データとして、通信回線Nを介して取得する。また、データ取得部31は、異常検知装置3が備えるセンサで、生産設備2から発せられる音や熱、振動等を測定し、この測定値を測定データとしてもよい。 The data acquisition unit 31 acquires measurement data indicating the state of a plurality of items in the observation target and stores them in a storage device. The measurement data is acquired via the communication line N, for example, information used for control or the like in the production equipment 2 such as the rotation speed of the motor, the value of the drive current, the control signal of the actuator, the number of operations, and the like. Further, the data acquisition unit 31 may measure sound, heat, vibration, etc. emitted from the production equipment 2 with a sensor included in the abnormality detection device 3, and may use this measured value as measurement data.

モデル生成部32は、所定のタイミングで取得した測定データを一つのレコード(データ群)とし、異なるタイミングで取得した複数のレコードを学習データとし、前記複数の項目のうち二つの組み合わせについて前記学習データに含まれる前記測定データから二次
元の確率密度を求め、当該二次元の確率密度を複数の前記組み合わせについて求めて、学習モデルを生成する。
The model generation unit 32 uses measurement data acquired at a predetermined timing as one record (data group), a plurality of records acquired at different timings as training data, and the training data for a combination of two of the plurality of items. A two-dimensional probability density is obtained from the measurement data included in the above, and the two-dimensional probability density is obtained for the plurality of the combinations to generate a learning model.

スコア算出部33は、評価対象とする前記データ群のうち、前記項目の二つの組み合わせに係る前記測定データが得られる確率を前記学習モデルから求め、当該確率に基づいて異常スコアを算出する。 The score calculation unit 33 obtains the probability of obtaining the measurement data related to the combination of the two items from the data group to be evaluated from the learning model, and calculates the abnormality score based on the probability.

検知部34は、複数の前記項目の組み合わせに係る前記異常スコアに基づいて、前記観察対象の異常を検知する。 The detection unit 34 detects the abnormality of the observation target based on the abnormality score related to the combination of the plurality of the items.

表示制御部35は、検知部34で検知した異常の検知結果等を表示装置に表示させる。例えば、表示制御部35は、前記項目を示すノードと当該ノードの組み合わせを示すリンクとを表示装置に表示させる際、前記リンクを前記異常スコアに応じた表示形態で生じさせる。 The display control unit 35 causes the display device to display the detection result of the abnormality detected by the detection unit 34. For example, when the display control unit 35 causes the display device to display the node indicating the item and the link indicating the combination of the nodes, the display control unit 35 generates the link in a display form corresponding to the abnormality score.

図2は、データ取得部31が取得して記憶装置に記憶された測定データの例を示す。図2の例において、測定データは、観測開始後、所定時間間隔で取得され、所定のタイミングで取得された複数項目の測定値が一つのレコードとして記憶され、異なるタイミングで順次取得された複数のレコードが学習データとして蓄積される。 FIG. 2 shows an example of measurement data acquired by the data acquisition unit 31 and stored in the storage device. In the example of FIG. 2, the measurement data is acquired at predetermined time intervals after the start of observation, and the measured values of a plurality of items acquired at a predetermined timing are stored as one record, and a plurality of measured values sequentially acquired at different timings. Records are accumulated as learning data.

図3は、異常検知装置3のハードウェア構成を示す図である。異常検知装置3は、例えば図3に示すようなコンピュータ(情報処理装置)である。図3に示す異常検知装置3は、CPU(Central Processing Unit)301、主記憶装置302、補助記憶装置(外部
記憶装置)303、通信IF(Interface)304、入出力IF(Interface)305、ドライブ装置306、通信バス307を備えている。CPU301は、プログラムを実行することにより本実施の形態に係る処理等を行う。主記憶装置302は、CPU301が読み出したプログラムやデータをキャッシュしたり、CPUの作業領域を展開したりする。主記憶装置は、具体的には、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)等である。補助記憶装置303は、CPU301により実行されるプログラムや、位置情報などを記憶する。補助記憶装置303は、具体的には、HDD(Hard-disk Drive
)やSSD(Solid State Drive)、eMMC(embedded Multi-Media Card)、フラッシュメモリ等である。主記憶装置302や補助記憶装置303は、測定データを記憶する記憶装置としても機能する。通信IF304は、他のコンピュータとの間でデータを送受信する。
FIG. 3 is a diagram showing a hardware configuration of the abnormality detection device 3. The abnormality detection device 3 is, for example, a computer (information processing device) as shown in FIG. The abnormality detection device 3 shown in FIG. 3 includes a CPU (Central Processing Unit) 301, a main storage device 302, an auxiliary storage device (external storage device) 303, a communication IF (Interface) 304, an input / output IF (Interface) 305, and a drive device. It is equipped with a 306 and a communication bus 307. The CPU 301 performs the processing and the like according to the present embodiment by executing the program. The main storage device 302 caches the programs and data read by the CPU 301, and expands the work area of the CPU. Specifically, the main storage device is a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), or the like. The auxiliary storage device 303 stores programs executed by the CPU 301, location information, and the like. Specifically, the auxiliary storage device 303 is an HDD (Hard-disk Drive).
), SSD (Solid State Drive), eMMC (embedded Multi-Media Card), flash memory, etc. The main storage device 302 and the auxiliary storage device 303 also function as a storage device for storing measurement data. The communication IF 304 transmits / receives data to / from another computer.

異常検知装置3は、通信IF304を介してネットワークに接続される。通信IF304は、具体的には、有線又は無線のネットワークカード等である。入出力IF305は、入出力装置と接続され、ユーザから入力を受け付けたり、ユーザへ情報を出力したりする。入出力装置は、具体的には、キーボード、マウス、ディスプレイ351、タッチパネル、センサ352等である。ディスプレイ351は、異常の検知結果等の情報をユーザに対して表示する。センサ352は、例えば、温度センサ、振動センサ、加速度センサ、撮像装置、マイク等、観測対象の状態を測定する手段である。 The abnormality detection device 3 is connected to the network via the communication IF 304. Specifically, the communication IF 304 is a wired or wireless network card or the like. The input / output IF305 is connected to an input / output device, receives input from the user, and outputs information to the user. Specifically, the input / output device includes a keyboard, a mouse, a display 351 and a touch panel, a sensor 352, and the like. The display 351 displays information such as an abnormality detection result to the user. The sensor 352 is a means for measuring the state of an observation target, such as a temperature sensor, a vibration sensor, an acceleration sensor, an image pickup device, and a microphone.

ドライブ装置306は、磁気ディスク、光磁気ディスク、光ディスク等の記憶媒体に記録されたデータを読み出したり、記憶媒体にデータを書き込んだりする。そして、以上のような構成要素が、通信バス307で接続されている。なお、これらの構成要素はそれぞれ複数設けられていてもよいし、一部の構成要素(例えば、ドライブ装置306)を設けないようにしてもよい。また、入出力装置がコンピュータと一体に構成されていてもよい。また、ドライブ装置306で読み取り可能な可搬性の記憶媒体や、フラッシュメモリのような可搬性の補助記憶装置303、通信IF304などを介して、本実施の形態で実行
されるプログラムが提供されるようにしてもよい。
The drive device 306 reads data recorded on a storage medium such as a magnetic disk, a magneto-optical disk, or an optical disk, or writes data to the storage medium. The components as described above are connected by the communication bus 307. It should be noted that a plurality of these components may be provided, or some components (for example, the drive device 306) may not be provided. Further, the input / output device may be integrally configured with the computer. Further, a program executed in the present embodiment is provided via a portable storage medium that can be read by the drive device 306, a portable auxiliary storage device 303 such as a flash memory, a communication IF 304, and the like. You may do it.

CPU301は、プログラムを主記憶装置にロードして実行する。異常検知装置3において、CPU301は、データ取得部31や、モデル生成部32、スコア算出部33、検知部34として動作する。 The CPU 301 loads the program into the main storage device and executes it. In the abnormality detection device 3, the CPU 301 operates as a data acquisition unit 31, a model generation unit 32, a score calculation unit 33, and a detection unit 34.

CPU301は、本例において処理装置に相当する。CPU301は、MPU(Micro Processor Unit)、マイクロプロセッサ、プロセッサとも呼ばれる。CPU301は、単一のプロセッサに限定される訳ではなく、マルチプロセッサ構成であってもよい。また、単一のソケットで接続される単一のCPUがマルチコア構成を有していても良い。上記各部の少なくとも一部の処理は、CPU以外のプロセッサ、例えば、Digital Signal Processor(DSP)、Graphics Processing Unit(GPU)、数値演算プロセッサ、ベクトルプロセッサ、画像処理プロセッサ等の専用プロセッサで行われても良い。また、上記各部の少なくとも一部の処理は、集積回路(IC)、その他のデジタル回路であっても良い。また、上記各部の少なくとも一部にアナログ回路が含まれても良い。集積回路は、LSI,Application Specific Integrated Circuit(ASIC),プログラマブルロジックデバイス(PL
D)を含む。PLDは、例えば、Field-Programmable Gate Array(FPGA)を含む。上記各
部は、プロセッサと集積回路との組み合わせであっても良い。組み合わせは、例えば、MCU(Micro Controller Unit),SoC(System-on-a-chip),システムLSI,チッ
プセットなどと呼ばれる。
The CPU 301 corresponds to a processing device in this example. The CPU 301 is also called an MPU (Micro Processor Unit), a microprocessor, or a processor. The CPU 301 is not limited to a single processor, and may have a multiprocessor configuration. Further, a single CPU connected by a single socket may have a multi-core configuration. Even if at least a part of the above processing is performed by a processor other than the CPU, for example, a dedicated processor such as a Digital Signal Processor (DSP), Graphics Processing Unit (GPU), numerical arithmetic processor, vector processor, image processing processor, etc. good. Further, at least a part of the processing of each of the above parts may be an integrated circuit (IC) or another digital circuit. Further, an analog circuit may be included in at least a part of each of the above parts. Integrated circuits include LSI, Application Specific Integrated Circuit (ASIC), and programmable logic device (PL).
D) is included. The PLD includes, for example, a Field-Programmable Gate Array (FPGA). Each of the above parts may be a combination of a processor and an integrated circuit. The combination is called, for example, an MCU (Micro Controller Unit), a SoC (System-on-a-chip), a system LSI, a chipset, or the like.

〈異常検知方法〉
次に、上述の構成を有する異常検知装置3が実行する異常検知方法について説明する。図4は、測定データを取得する処理手順を示す図、図5は、学習モデルを生成する処理手順を示す図、図6は、観測対象の異常を検知する処理手順を示す図である。
<Abnormality detection method>
Next, an abnormality detection method executed by the abnormality detection device 3 having the above configuration will be described. FIG. 4 is a diagram showing a processing procedure for acquiring measurement data, FIG. 5 is a diagram showing a processing procedure for generating a learning model, and FIG. 6 is a diagram showing a processing procedure for detecting an abnormality in an observation target.

異常検知装置3は、ユーザの操作等により観測開始の指示を受けると、図4の処理を開始し、所定の測定タイミングに達したか否かを判定する(ステップS10)。 When the abnormality detection device 3 receives an instruction to start observation by an operation or the like of a user, the abnormality detection device 3 starts the process of FIG. 4 and determines whether or not a predetermined measurement timing has been reached (step S10).

ステップS10にて否定判定の場合、異常検知装置3は、図4の処理を終了する。一方、ステップS10にて肯定判定の場合、異常検知装置3は、測定データを取得する(ステップS20)。 In the case of a negative determination in step S10, the abnormality detection device 3 ends the process of FIG. On the other hand, in the case of an affirmative determination in step S10, the abnormality detection device 3 acquires measurement data (step S20).

ステップS20にて、異常検知装置3は、予め設定された複数の項目について測定データを取得する。例えば、異常検知装置3は、温度センサや振動センサ等によって、測定対象の状態を測定することによって測定データを取得する。また、異常検知装置3は、測定対象の記憶媒体から動作履歴等の情報を読み出す、又は制御信号等の情報を取得し、これらの情報を測定データとしてもよい。なお、図4では、簡単のため、複数項目について測定データを取得する処理を一つのステップで示したが、各項目の測定データを順次取得する手順や、複数項目の測定データを並行して取得するなど、所定の項目について測定データを取得できれば、任意の手順で取得してよい。測定データは、標準化や正規化、基準化されて、所定の形式に変換されてもよい。例えば、次式のように、項目毎に平均を0、標準偏差を1としたデータに標準化してもよい。
標準化後の値=(数値-平均値)/標準偏差
In step S20, the abnormality detection device 3 acquires measurement data for a plurality of preset items. For example, the abnormality detection device 3 acquires measurement data by measuring the state of the measurement target with a temperature sensor, a vibration sensor, or the like. Further, the abnormality detection device 3 may read information such as an operation history from a storage medium to be measured, or acquire information such as a control signal, and use these information as measurement data. In FIG. 4, for the sake of simplicity, the process of acquiring measurement data for a plurality of items is shown in one step, but the procedure for sequentially acquiring the measurement data of each item and the measurement data of a plurality of items are acquired in parallel. If the measurement data can be acquired for a predetermined item, such as, the measurement data may be acquired by any procedure. The measured data may be standardized, normalized, standardized and converted into a predetermined format. For example, the data may be standardized with the average set to 0 and the standard deviation set to 1 for each item as shown in the following equation.
Value after standardization = (numerical value-mean value) / standard deviation

また、次式のように、項目毎に最小値を0、最大値を1としたデータに基準化してもよい。
基準化後の値=(数値-最小値)/(最大値-最小値)
Further, as in the following equation, the data may be standardized with the minimum value set to 0 and the maximum value set to 1 for each item.
Value after standardization = (numerical value-minimum value) / (maximum value-minimum value)

そして、異常検知装置3は、所定のタイミングで取得した測定データを一レコードとし
て記憶装置へ記憶させる(ステップS30)。ここで所定のタイミングとは、例えば同じタイミングである。また、厳密に同じ時刻に限るものではなく、各項目の状態が互いに関連し合う程度に近いタイミングであればよく、例えば、所定期間毎に測定データを取得する場合に、同じ期間内に取得した測定データを同じタイミングで取得した測定データとしてもよい。また、所定のタイミングとは、同じ異常を検知する為に予め定められた測定タイミングであってもよい。例えば、或る製品を製造する際の第1~第nプロセスで測定したデータを一レコードとし、次に製品を製造する際の第1~第nプロセスで測定したデータを次のレコードとする。この場合、製品ごとの異常を検知する為に第1~第nプロセスで測定されるタイミングを所定のタイミングとしている。
Then, the abnormality detection device 3 stores the measurement data acquired at a predetermined timing in the storage device as one record (step S30). Here, the predetermined timing is, for example, the same timing. Further, the timing is not limited to exactly the same time, and the timing may be close to the extent that the states of each item are related to each other. For example, when the measurement data is acquired every predetermined period, the measurement data is acquired within the same period. The measurement data may be the measurement data acquired at the same timing. Further, the predetermined timing may be a predetermined measurement timing for detecting the same abnormality. For example, one record is the data measured in the first to nth processes when manufacturing a certain product, and the next record is the data measured in the first to nth processes when manufacturing a product. In this case, the timing measured in the first to nth processes is set as a predetermined timing in order to detect an abnormality in each product.

異常検知装置3は、ユーザの操作等により測定終了の指示を受けるまで図4の処理をくり返し実行する。これにより測定タイミング毎に測定データのレコードを蓄積して学習データとする。 The abnormality detection device 3 repeatedly executes the process of FIG. 4 until it receives an instruction to end the measurement by the user's operation or the like. As a result, records of measurement data are accumulated for each measurement timing and used as learning data.

異常検知装置3は、ユーザの操作等によって開始が指示されたときや、所定の時間間隔で図5の処理を開始する。 The abnormality detection device 3 starts the process of FIG. 5 when the start is instructed by the user's operation or the like, or at a predetermined time interval.

ステップS110にて、異常検知装置3は、学習データのうち、二つの組み合わせ毎に相関係数を求める。例えば、項目A,B,Cとあった場合、[A,B][B,C][A,C]のように、全ての組み合わせについてピアソンの相関係数を算出する。 In step S110, the abnormality detection device 3 obtains a correlation coefficient for each combination of two of the training data. For example, when there are items A, B, and C, Pearson's correlation coefficient is calculated for all combinations, such as [A, B], [B, C], and [A, C].

ステップS120にて、異常検知装置3は、ステップS110で算出した相関係数に基づき、関連性の高い組み合わせを選択する。例えば、相関係数が閾値以上の組み合わせを選択する。なお、これに限らず、上位所定数の組み合わせを選択することや、全ての組み合わせのうち、所定割合の組み合わせを選択すること、更に、これらを組み合わせて選択することとしてもよい。また、ステップS110,S120では、ピアソンの相関係数を用いて項目の組み合わせを選択したが、これに限らず、各項目の関連性の強さを評価できるものであれば、MIC(Maximum Information Coefficient)や、後述のように確率密
度を用いたものであってもよい。
In step S120, the abnormality detection device 3 selects a highly relevant combination based on the correlation coefficient calculated in step S110. For example, select a combination whose correlation coefficient is equal to or greater than the threshold value. Not limited to this, a predetermined number of combinations may be selected, a combination of a predetermined ratio may be selected from all the combinations, and a combination thereof may be selected. Further, in steps S110 and S120, the combination of items is selected using the Pearson's correlation coefficient, but the present invention is not limited to this, and MIC (Maximum Information Coefficient) can be used as long as the strength of the relevance of each item can be evaluated. ) Or, as described later, the probability density may be used.

ステップS130にて、異常検知装置3は、ステップS120で選択した組み合わせについて前記学習データに含まれる前記測定データから二次元の確率密度を求め、当該二次元の確率密度を複数の前記組み合わせについて求めて、学習モデルを生成する。確率密度は、最尤法やベイズ推定、カーネル密度推定法、混合ガウス分布等の手法を用いて推定できる。なお、具体的な算出手法については後述する。また、異なる二項目の組み合わせについて算出された確率密度の集合を学習モデルと呼ぶものとする。 In step S130, the abnormality detection device 3 obtains a two-dimensional probability density from the measurement data included in the training data for the combination selected in step S120, and obtains the two-dimensional probability density for the plurality of the combinations. , Generate a learning model. The probability density can be estimated using methods such as maximum likelihood method, Bayesian estimation, kernel density estimation method, and mixed Gaussian distribution. The specific calculation method will be described later. In addition, the set of probability densities calculated for the combination of two different items is called a learning model.

図7は、二次元の確率密度の一例をグラフで示した図である。図7では、x軸に項目Aの測定値をとり、y軸に項目Bの測定値をとり、z軸に確率密度をとり、各測定値に対する確率密度の変化をメッシュ状に示している。図7において、確率密度の高い部分、即ちメッシュで示される山の高い部分が、正常な測定値としての尤度が高い部分であり、確率密度の低い部分が正常な測定値としての尤度が低い部分である。 FIG. 7 is a graph showing an example of a two-dimensional probability density. In FIG. 7, the measured value of the item A is taken on the x-axis, the measured value of the item B is taken on the y-axis, the probability density is taken on the z-axis, and the change in the probability density with respect to each measured value is shown in a mesh. In FIG. 7, the portion having a high probability density, that is, the portion having a high peak shown by the mesh is the portion having a high likelihood as a normal measured value, and the portion having a low probability density has a likelihood as a normal measured value. The low part.

また、異常検知装置3は、ユーザの操作等によって異常の検知が指示されたときや、評価用のデータが取得された場合等、所定の検知タイミングとなった場合に、図6の処理を開始する。なお、本例では、図5の学習モデルを作成する処理と、図6の異常を検知する処理を分けて示したが、学習モデルを作成する処理に続けて異常を検知する処理を実行しても良い。 Further, the abnormality detection device 3 starts the process of FIG. 6 when a predetermined detection timing is reached, such as when an abnormality detection is instructed by a user's operation or when evaluation data is acquired. do. In this example, the process of creating the learning model of FIG. 5 and the process of detecting the abnormality in FIG. 6 are shown separately, but the process of creating the learning model is followed by the process of detecting the abnormality. Is also good.

ステップS210にて、異常検知装置3は、新たに取得された測定データのレコード等
を評価対象とし、当該評価対象のレコードからステップS120で選択された項目の組み合わせを抽出する。
In step S210, the abnormality detection device 3 targets the newly acquired record of measurement data as an evaluation target, and extracts a combination of items selected in step S120 from the record to be evaluated.

ステップS220にて、異常検知装置3は、評価対象としてステップS210で抽出した組み合わせの測定データを用いて、当該測定データが出現する確率を学習モデルから取得する。

Figure 0007040851000001
In step S220, the abnormality detection device 3 uses the measurement data of the combination extracted in step S210 as the evaluation target, and acquires the probability that the measurement data appears from the learning model.
Figure 0007040851000001

図8は、評価対象の測定データ(標本)について、確率密度関数から求められる異常スコアの説明図である。図8では、縦軸に項目Cの測定値、横軸に項目Dの測定値をとり、各測定値から求められる異常スコアを等高線状に示している。図8の例では、黒点で示した学習データが、図8の右辺側及び上辺側に集中しており、この部分の確率密度が高くなっている。このため、図8の右上の異常スコアが低く、左下へいくにつれて異常スコアが高くなっている。ここで、項目Cの測定値が85、項目Dの測定値が7.5の測定データが取得された場合、異常スコアが60000を超え、異常スコアが15000以下に集中している学習データに対して、高い異常スコアであることが検知できる。 FIG. 8 is an explanatory diagram of an abnormality score obtained from a probability density function for the measurement data (sample) to be evaluated. In FIG. 8, the measured value of item C is taken on the vertical axis and the measured value of item D is taken on the horizontal axis, and the abnormality score obtained from each measured value is shown in contour lines. In the example of FIG. 8, the learning data shown by the black dots are concentrated on the right side and the upper side of FIG. 8, and the probability density of this portion is high. Therefore, the abnormal score in the upper right of FIG. 8 is low, and the abnormal score becomes higher toward the lower left. Here, when the measured data of the item C is 85 and the measured value of the item D is 7.5, the abnormal score exceeds 60,000 and the abnormality score is concentrated at 15,000 or less. Therefore, it can be detected that the abnormal score is high.

ステップS230にて、異常検知装置3は、前記組み合わせ毎の異常スコアに基づいて、レコード毎の総合的なスコア(以下、単にレコードのスコアとも称す)を求める。レコードのスコアは、前記組み合わせ毎の異常スコアを入力とする関数であればよく、例えば、平均値や、最大値、重み付き平均等であってもよい。重み付き平均とは、例えば、前記項目の組み合わせ毎に予め重みを設定し、各異常スコアに重みを乗じて平均を算出する。即ち、重要な項目や異常の影響が反映されやすい項目の重みを高めて、スコアを算出する。また、ステップS120の組み合わせを選択する処理を省略し、ステップS110で求めた相関係数の絶対値を重みに反映させて各異常スコアを求めてもよい。また、各組み合わせについて、異常時のデータが存在する場合には、各組み合わせの測定データと異常時のデータとからロジスティック回帰を行い、これにより求めた異常の程度に基づいて、当該組み合わせに係る異常スコアの選択や重み付けを行ってもよい。これに限らず、機械学習など他の手法を用いて組み合わせの選択や重み付けを行ってもよい。 In step S230, the abnormality detection device 3 obtains a total score for each record (hereinafter, also simply referred to as a record score) based on the abnormality score for each combination. The score of the record may be a function that inputs an abnormal score for each combination, and may be, for example, an average value, a maximum value, a weighted average, or the like. The weighted average is, for example, a weight is set in advance for each combination of the above items, and each abnormality score is multiplied by the weight to calculate the average. That is, the score is calculated by increasing the weight of important items and items that are likely to reflect the effects of abnormalities. Further, the process of selecting the combination in step S120 may be omitted, and each abnormality score may be obtained by reflecting the absolute value of the correlation coefficient obtained in step S110 in the weight. In addition, if there is data at the time of abnormality for each combination, logistic regression is performed from the measurement data of each combination and the data at the time of abnormality, and based on the degree of abnormality obtained by this, the abnormality related to the combination is performed. Scores may be selected and weighted. Not limited to this, combination selection and weighting may be performed using other methods such as machine learning.

ステップS240にて、異常検知装置3は、ステップS230で求めたレコードのスコアに基づいて、観測対象の異常を検知する。例えば、当該レコードのスコアが閾値を超えた場合に、異常が発生したと検知し、当該レコードのスコアが閾値を超えていない場合には、異常が発生していないと検知する。 In step S240, the abnormality detection device 3 detects the abnormality of the observation target based on the score of the record obtained in step S230. For example, when the score of the record exceeds the threshold value, it is detected that an abnormality has occurred, and when the score of the record does not exceed the threshold value, it is detected that no abnormality has occurred.

そして、ステップS250にて、異常検知装置3は、上記検知結果をユーザに対して出力する。図9は、検知結果の表示例を示す図である。図9の検知結果は、異常の発生の有無81や、異常が検知された項目(以下、異常項目とも称する)82、異常要因を示すネットワーク図83を有している。 Then, in step S250, the abnormality detection device 3 outputs the detection result to the user. FIG. 9 is a diagram showing a display example of the detection result. The detection result of FIG. 9 includes the presence / absence of an abnormality 81, an item in which the abnormality is detected (hereinafter, also referred to as an abnormality item) 82, and a network diagram 83 showing the cause of the abnormality.

異常項目82は、例えば、異常スコアが閾値を越えた組み合わせの項目である。また、異常スコアが閾値を超えた複数の組み合わせに共通して存在する項目を異常項目としてもよい。例えば、項目A,Bの組み合わせと、項目B,Cの組み合わせの異常スコアが、閾値を超えた場合、これらの組み合わせに共通する項目Bを異常項目と判定する。また、項目A,Cが項目B以外の項目との組み合わせで異常スコアが閾値を超えていない場合には、項目A,Cは異常項目でないと判定してもよい。なお、本実施形態では、主に二つの項
目の組み合わせについて異常スコアを求めたが、三つ以上の項目の組み合わせについて異常スコアを求めてもよい。この場合でも図9と同様に、異常スコアが閾値を越えた組み合わせを異常と判定し、異常スコアが高い順に項目の組み合わせを表示することができる。
The abnormality item 82 is, for example, a combination item in which the abnormality score exceeds the threshold value. Further, an item that is commonly present in a plurality of combinations in which the abnormal score exceeds the threshold value may be regarded as an abnormal item. For example, when the abnormal score of the combination of items A and B and the combination of items B and C exceeds the threshold value, the item B common to these combinations is determined to be an abnormal item. Further, when the items A and C are combined with the items other than the item B and the abnormality score does not exceed the threshold value, it may be determined that the items A and C are not abnormal items. In the present embodiment, the abnormal score is mainly obtained for the combination of two items, but the abnormal score may be obtained for the combination of three or more items. Even in this case, similarly to FIG. 9, the combination in which the abnormal score exceeds the threshold value can be determined as abnormal, and the combination of items can be displayed in descending order of the abnormal score.

図10は、異常要因を示すネットワーク図83の一例を示す図である。図10では、各項目を丸いノード84で示し、項目の組み合わせを各ノード間をつなぐ線(リンク)85で示している。図10において、各ノード84の「○○○○」は、「項目A」「項目B」など、各項目を示す識別情報である。また、図10では、便宜上、ノード84とリンク85の一部にのみ符号を付して示したが、同じ形状の要素は同様のノードやリンクを示している。 FIG. 10 is a diagram showing an example of network FIG. 83 showing anomalous factors. In FIG. 10, each item is indicated by a round node 84, and the combination of items is indicated by a line (link) 85 connecting each node. In FIG. 10, "○○○○" of each node 84 is identification information indicating each item such as "item A" and "item B". Further, in FIG. 10, for convenience, only a part of the node 84 and the link 85 is indicated by a reference numeral, but elements having the same shape indicate the same node or link.

リンク85は、そのノード(項目)84の組み合わせに係る異常スコアに応じた表示形態で示されており、例えば、異常スコアが高いほど、太い線で示される。リンク85の表示形態は、これに限らず、異常スコアに応じて、線の色や、輝度、点滅状態、又はこれらの組み合わせを変えて表示されるものでもよい。例えば、異常スコアが低い場合、細い緑の線で表示し、異常スコアが高い場合、太い赤の線で表示し、異常スコアがこの中間の場合、異常スコアに応じた中間の太さにすると共に、緑から赤の中間の色相とする。また、異常スコアが閾値を超えた場合にリンク85を点滅表示し、異常スコアが高いほど、点滅速度を高めて表示してもよい。 The link 85 is shown in a display form according to the abnormal score related to the combination of the nodes (items) 84. For example, the higher the abnormal score, the thicker the line. The display form of the link 85 is not limited to this, and may be displayed by changing the color of the line, the brightness, the blinking state, or a combination thereof according to the abnormal score. For example, if the abnormal score is low, it is displayed as a thin green line, if the abnormal score is high, it is displayed as a thick red line, and if the abnormal score is in the middle, the thickness is set to the middle according to the abnormal score. , The hue is between green and red. Further, when the abnormal score exceeds the threshold value, the link 85 may be displayed blinking, and the higher the abnormal score, the higher the blinking speed may be displayed.

このように二つの項目の組み合わせ毎に異常スコアを算出して表示することにより、異常と判断された根拠をユーザが視覚的に把握できる。また、ネットワーク図83を表示する際に、異常スコアの順に所定数のノード84やリンク85を表示することや、ユーザが指定したノード84やリンク85を検索して表示すること、特定の設備やエリアに係るノード84やリンク85を表示すること等により、絞り込みを行うこともできる。 By calculating and displaying the abnormality score for each combination of the two items in this way, the user can visually grasp the grounds for determining the abnormality. Further, when displaying the network diagram 83, displaying a predetermined number of nodes 84 and links 85 in the order of abnormal scores, searching for and displaying the nodes 84 and links 85 specified by the user, specific equipment, and the like. It is also possible to narrow down by displaying the node 84 and the link 85 related to the area.

図11は、特定の項目の組み合わせにおける異常スコアの時系列グラフを例示する図である。ユーザが、図9や図10の検知結果から、所望の項目の組み合わせを選択すると、図11に示すように、当該組み合わせにおける異常スコアの時系列変化を示すグラフを表示させることができる。 FIG. 11 is a diagram illustrating a time series graph of abnormal scores in a combination of specific items. When the user selects a desired combination of items from the detection results of FIGS. 9 and 10, as shown in FIG. 11, a graph showing the time-series change of the abnormal score in the combination can be displayed.

図11では、横軸に時刻をとり、縦軸に異常スコアをとって、何時にどれくらい継続して異常値を示したのかを把握できるようにしている。図11の例では、15時15分から15時20分の間で測定データ(実線)が、閾値(点線、図示の例では40)を超え、異常と検出されたことが示されている。これにより異常が起きたタイミングを正確に把握することができる。また、異常が一過性のものか、継続的なものか等により、真の異常とノイズとの切り分けが容易になる。 In FIG. 11, the time is taken on the horizontal axis and the abnormal score is taken on the vertical axis so that it is possible to grasp when and how long the abnormal value is continuously shown. In the example of FIG. 11, it is shown that the measurement data (solid line) exceeds the threshold value (dotted line, 40 in the illustrated example) between 15:15 and 15:20, and is detected as abnormal. This makes it possible to accurately grasp the timing when an abnormality occurs. Further, depending on whether the abnormality is transient or continuous, it becomes easy to distinguish between the true abnormality and the noise.

また、本実施形態では、項目間の異常スコアを確率密度に基づいて求めているので、各項目の正常な測定データが線形の相関を有していない場合でも精度良く異常を検出することができる。例えば、図12のグラフ91は、縦軸に項目Eの測定値、横軸に項目Fの測定値をとり、各測定値に応じた正常な測定学習データを黒点で示している。例えば、生産設備2の少なくとも一部が異なる動作モードで動作し得る場合は、正常な測定データが、このように分布することがある。グラフ91では、各項目の測定値に線形の相関がないため、従来の相関係数を用いた異常の判定手法では異常を検出できない。しかしながら、本実施形態では、これらの確率密度を求めることで、グラフ92のように確率密度の高い領域95を特定し、この領域95内であれば正常、この領域95から外れるほど異常度が高いと判定できるため、線形の相関を有していない測定データであっても精度良く異常を検知できる。 Further, in the present embodiment, since the abnormality score between items is obtained based on the probability density, it is possible to accurately detect the abnormality even when the normal measurement data of each item does not have a linear correlation. .. For example, in the graph 91 of FIG. 12, the measured value of the item E is taken on the vertical axis and the measured value of the item F is taken on the horizontal axis, and the normal measurement learning data corresponding to each measured value is shown by black dots. For example, if at least a portion of the production equipment 2 can operate in different operating modes, normal measurement data may be distributed in this way. In the graph 91, since there is no linear correlation between the measured values of each item, the abnormality cannot be detected by the conventional abnormality determination method using the correlation coefficient. However, in the present embodiment, by obtaining these probability densities, a region 95 having a high probability density is specified as shown in the graph 92, and if it is within this region 95, it is normal, and the degree of abnormality is higher as it deviates from this region 95. Therefore, even if the measurement data does not have a linear correlation, the abnormality can be detected with high accuracy.

〈確率密度の算出手法〉
(1)カーネル密度推定法(KDE:Kernel density estimation)

Figure 0007040851000002
<Probability density calculation method>
(1) Kernel density estimation (KDE)
Figure 0007040851000002

ここでK(x,x')はカーネル関数であり、今回は式(3)のようなガウスカーネルを用
いている。h>0はガウスカーネルのバンド幅、dはxの次元数を示す。

Figure 0007040851000003
Here, K (x, x') is a kernel function, and this time, a Gaussian kernel as shown in Eq. (3) is used. h> 0 indicates the bandwidth of the Gaussian kernel, and d indicates the number of dimensions of x.
Figure 0007040851000003

また、バンド幅はScott’s Ruleを用いて求めている。nをデータ数とすると、Scott’s Ruleは式(4)のようになる。

Figure 0007040851000004
The bandwidth is calculated using Scott's Rule. Assuming that n is the number of data, Scott's Rule is as shown in equation (4).
Figure 0007040851000004

上記の数式により、図13Aに示すように、各測定データxi が中心のガウスカーネル関数(破線)を足し合わせて平均した密度分布(実線)が得られる。これにより図13Bのような複雑な確率密度関数も滑らかに近似できる。
そして、現在の測定データがこの密度分布のどの位置にあるかを異常スコアとして算出することで異常検知が可能となる。
From the above formula, as shown in FIG. 13A, the density distribution (solid line) averaged by adding the Gaussian kernel functions (broken line) at the center of each measurement data x i is obtained. As a result, a complicated probability density function as shown in FIG. 13B can be smoothly approximated.
Then, the abnormality can be detected by calculating the position of the current measurement data in this density distribution as an abnormality score.

(2)混合ガウスモデル(GMM:Gaussian Mixture Model)
混合ガウスモデル(GMM)は、図14に示すように、いくつかのガウス分布を線形結合し
て得られる分布である。K個のガウス分布の重ね合わせは以下の式(5)で与えられる。
ここでπkは混合係数であり、0≦πk≦1とする。

Figure 0007040851000005
(2) Gaussian Mixture Model (GMM)
The mixed Gaussian model (GMM) is a distribution obtained by linearly combining several Gaussian distributions, as shown in FIG. The superposition of K Gaussian distributions is given by the following equation (5).
Here, π k is a mixing coefficient, and 0 ≤ π k ≤ 1.
Figure 0007040851000005

最適なパラメタは最尤推定法で得ることができ、混合ガウスモデルの対数尤度関数は以下の式(6)のようになる。これはEMアルゴリズムによって解くことが可能である。
ここでXは、X={x_1,x_2,・・・,x_N}、例えば各レコードの測定データxの値である。

Figure 0007040851000006
The optimum parameters can be obtained by the maximum likelihood estimation method, and the log-likelihood function of the mixed Gaussian model is as shown in the following equation (6). This can be solved by the EM algorithm.
Here, X is X = {x_1, x_2, ..., X_N}, for example, the value of the measurement data x of each record.
Figure 0007040851000006

図15は、3つの混合要素の等高線を、それぞれの混合係数とともに示している。この混合分布の周辺確率密度p(x)の等高線を示したものが図16となっている。 FIG. 15 shows the contour lines of the three mixing elements, along with their respective mixing coefficients. FIG. 16 shows contour lines of the peripheral probability density p (x) of this mixture distribution.

異常検知装置3は、正常データに対する周辺確率密度を予め求めておき、現在の測定データがこの密度分布のどの位置にあるかを異常スコアとして算出することで異常検知が可能となる。例えば、図16において、測定データをプロットした点98は、正常データと同じ等高線内にあるため、正常と判定できる。一方、測定データをプロットした点99は、正常データから外れた位置にあるため、異常と判定できる。 The anomaly detection device 3 can detect anomalies by obtaining the peripheral probability density with respect to the normal data in advance and calculating the position of the current measurement data in this density distribution as an anomaly score. For example, in FIG. 16, the point 98 on which the measurement data is plotted is within the same contour line as the normal data, so that it can be determined to be normal. On the other hand, the point 99 on which the measurement data is plotted is located at a position deviating from the normal data, and thus can be determined to be abnormal.

〈変形例〉
前述の実施形態では、学習モデルとして採用する項目を相関関数によって選択する例を示したが、これに代えて、確率密度分布のα%断面比を用いてもよい。本変形例は、前述の実施形態と比べて、項目の選択にα%断面比を用いた構成が異なり、その他の構成は同じであるため、同一の要素については同符号を付す等して再度の説明を省略する。
<Modification example>
In the above-described embodiment, an example in which the item to be adopted as the learning model is selected by the correlation function is shown, but instead, the α% cross-sectional ratio of the probability density distribution may be used. In this modification, the configuration using the α% cross-sectional ratio for item selection is different from that of the above-described embodiment, and the other configurations are the same. Therefore, the same elements are designated by the same reference numerals again. The explanation of is omitted.

モデル生成部32は、N個の項目の組み合わせのうち、各項目が取り得る測定データの範囲を第一~第Nの軸にとり、第一~第Nの項目の測定データから求めたN次元の確率密度について、各項目の確率密度を高い方から累積して所定の累積確率密度に達したところで確率密度が高い空間と確率密度が低い空間とに超平面で分割し、当該超平面における前記N次元の確率密度の面積をα%断面面積として求める。また、モデル生成部32は、前記超平面において各項目が取り得る範囲、即ち当該超平面に示される最小値から最大値までの範囲の面積を全体面積として求める。そして、モデル生成部32は、全体面積を前記α%断面面積で除してα%断面比を求め、当該α%断面比が閾値未満の組み合わせを選択し、選択した組み合わせについて学習モデルを生成する。 The model generation unit 32 takes the range of measurement data that can be taken by each item out of the combination of N items on the first to Nth axes, and has an N dimension obtained from the measurement data of the first to Nth items. Regarding the probability density, when the probability density of each item is accumulated from the higher side and reaches a predetermined cumulative probability density, the space with a high probability density and the space with a low probability density are divided into a space having a high probability density and a space having a low probability density. The area of the probability density of the dimension is calculated as the α% cross-sectional area. Further, the model generation unit 32 obtains the area that each item can take in the hyperplane, that is, the area in the range from the minimum value to the maximum value shown in the hyperplane as the total area. Then, the model generation unit 32 divides the entire area by the α% cross-sectional area to obtain the α% cross-sectional ratio, selects a combination having the α% cross-sectional ratio less than the threshold value, and generates a learning model for the selected combination. ..

図17は、二つの項目の組み合わせにおけるα%断面比の説明図である。図17のグラフ96では、x軸に項目Aの測定値、y軸に項目Bの測定値、z軸に確率密度をとり、各測定値に対する確率密度の変化をメッシュ状に示している。即ち図17では、確率密度の変化がメッシュ状の山として示されている。即ち、図17の例では、各項目の値(測定データ及び学習データ)を2次元(x, y)のデータとし、確率密度を高さとしている。ここで項目A,Bの測定値が取り得る領域の面積を全体面積とし、(max(項目A)―min(項目A))×(max(項目B)―min(項目B))のように求める。 FIG. 17 is an explanatory diagram of the α% cross-sectional ratio in the combination of the two items. In the graph 96 of FIG. 17, the measured value of the item A is taken on the x-axis, the measured value of the item B is taken on the y-axis, and the probability density is taken on the z-axis, and the change in the probability density with respect to each measured value is shown in a mesh. That is, in FIG. 17, the change in probability density is shown as a mesh-like mountain. That is, in the example of FIG. 17, the values of each item (measurement data and learning data) are two-dimensional (x, y) data, and the probability density is high. Here, the area of the area where the measured values of items A and B can be taken is taken as the total area, and is as shown in (max (item A) -min (item A)) x (max (item B) -min (item B)). Ask.

また、この確率密度の山をグラフ97のように所定の確率密度、例えば各項目の確率密度を高い方から累積して所定の累積確率に達したところで切断した場合の断面(波線状の網掛け部分)の面積を求める。 Further, a cross section (wavy line shading) when the mountain of this probability density is cut at a predetermined probability density, for example, the probability density of each item is accumulated from the higher side and reaches a predetermined cumulative probability as shown in Graph 97. Find the area of the part).

そして、この全体面積と断面面積とから式aのようにα%断面比を求める。
α%断面比=断面面積/((max(項目A)―min(項目A))×(max(項目B)―min(項目B))) ・・・式a
Then, the α% cross-sectional ratio is obtained from the total area and the cross-sectional area as in the formula a.
α% cross-sectional ratio = cross-sectional area / ((max (item A) -min (item A)) × (max (item B) -min (item B)))

このα%断面比は、以下の手順のように、各項目をマス目で区切って近似的に求めてもよい。 This α% cross-sectional ratio may be approximately obtained by dividing each item into squares as in the following procedure.

(手順1)xの最小値から、xの最大値までの範囲をxの取り得る区間とみなし、この区
間をn等分する。同様にyの取りうる区間を定めてn等分し、各項目の値の取りうる領域を
n×nのマス目に分割する。なお、各マス目の面積はすべて等しいものとする。
(Procedure 1) The range from the minimum value of x to the maximum value of x is regarded as a possible interval of x, and this interval is divided into n equal parts. Similarly, a section where y can be taken is determined and divided into n equal parts, and the area where the value of each item can be taken is divided into n × n squares. The areas of each square are all equal.

(手順2)x-y面における各マス目の代表座標(例えば中心座標)を定め、その代表座標の確率密度を計算する。 (Procedure 2) The representative coordinates (for example, the center coordinates) of each square on the xy plane are determined, and the probability density of the representative coordinates is calculated.

(手順3)手順2で定めたn×nのマス目すべての確率密度をすべて合計し、合計値S
を求める。
(Procedure 3) The probability densities of all the n × n squares defined in step 2 are totaled, and the total value S
Ask for.

(手順4)手順3で求めたn×nのマス目すべての確率密度を大きい順に並べ、大きい方から順次足し上げ、累積確率を求める。このとき、累積確率を合計値Sで割った値が所定値(例えば99.99%)に最も近くなるマス目を求める。 (Probability 4) Arrange the probability densities of all the n × n squares obtained in step 3 in descending order, and add them in order from the largest to obtain the cumulative probability. At this time, the square in which the value obtained by dividing the cumulative probability by the total value S is closest to the predetermined value (for example, 99.99%) is obtained.

(手順5)手順4で得られたマス目と同じ高さにあるマス目の数を求める。ここで同じ高さとは、確率密度の取り得る範囲をn等分し、各マスの確率密度のうち、同じ範囲に入るものを同じ高さとする。 (Procedure 5) Obtain the number of squares at the same height as the squares obtained in step 4. Here, the same height means that the range in which the probability density can be taken is divided into n equal parts, and among the probability densities of each cell, those within the same range are set to the same height.

(手順6)手順5で得られたマス目の数(α%断面面積)を、マス目全体の数(全体面
積)で割った値をα%断面面積比として求める。
(Procedure 6) The value obtained by dividing the number of squares (α% cross-sectional area) obtained in step 5 by the total number of squares (total area) is obtained as the α% cross-sectional area ratio.

図5の学習モデルを生成する処理において、本例の異常検知装置3は、ステップS110の相関関数を求める処理に代えて、各組み合わせのα%断面比を求め、ステップS120にてα%断面比の小さい組み合わせを選択する。 In the process of generating the learning model of FIG. 5, the abnormality detection device 3 of this example obtains the α% cross-sectional ratio of each combination instead of the process of finding the correlation function in step S110, and in step S120, the α% cross-sectional ratio is obtained. Select a small combination of.

このようにα%断面比を用いることで、測定値が線形の相関を有しない項目の組み合わせについても適切に選択することができる。 By using the α% cross-sectional ratio in this way, it is possible to appropriately select a combination of items whose measured values do not have a linear correlation.

また、所定の確率密度で断面を切るのではなく、ユーザが求める標本精度に応じたα%断面比を設定し、各組み合わせの確率密度について、当該α%断面比となる断面面積を式1から逆算し、この断面面積となる確率密度を閾値として求める。これにより、各項目の組み合わせにおいて、異常を判定する場合の確率密度の閾値を適切に設定できる。即ち、異常の要因となっている項目を精度よく判別できる。 Further, instead of cutting the cross section with a predetermined probability density, the α% cross-section ratio is set according to the sampling accuracy required by the user, and for the probability density of each combination, the cross-section area having the α% cross-section ratio is calculated from Equation 1. Back calculation is performed, and the probability density of this cross-sectional area is obtained as a threshold. Thereby, in the combination of each item, the threshold value of the probability density when determining the abnormality can be appropriately set. That is, the item that is the cause of the abnormality can be accurately discriminated.

なお、図17の例では、二つの項目を組み合わせた二次元のデータについて確率密度を高さ方向にとった3次元の空間を平面で切断してα%断面面積を求めたが、三つ以上の項目を組み合わせた場合、例えば確率密度を含む四次元以上の空間を超平面(hyperplane)で分割して、α%断面面積を求めてもよい。 In the example of FIG. 17, for two-dimensional data in which two items are combined, a three-dimensional space having a probability density in the height direction is cut by a plane to obtain an α% cross-sectional area, but three or more. When the items of are combined, for example, a space having four or more dimensions including a probability density may be divided by a hyperplane to obtain an α% cross-sectional area.

2 :生産設備
3 :異常検知装置
31:データ取得部
32:モデル生成部
33:スコア算出部
34:検知部
35:表示制御部
2: Production equipment 3: Abnormality detection device 31: Data acquisition unit 32: Model generation unit 33: Score calculation unit 34: Detection unit 35: Display control unit

Claims (5)

観測対象における複数の項目について当該項目の状態を示す測定データを取得するデータ取得部と、
所定のタイミングで取得した測定データを一つのデータ群とし、異なるタイミングで取得した複数のデータ群を学習データとし、前記複数の項目のうちN個の組み合わせについて前記学習データに含まれる前記測定データからN次元の確率密度を求め、当該N次元の確率密度を複数の前記組み合わせについて求めて、学習モデルを生成するモデル生成部と、
評価対象とする前記データ群のうち、前記項目のN個の組み合わせに係る前記測定データが得られる確率を前記学習モデルから求め、当該確率に基づいて異常スコアを算出するスコア算出部と、
前記項目の複数の組み合わせに係る前記異常スコアに基づいて前記データ群のスコアを算出し、当該データ群のスコアに基づいて前記観測対象の異常を検知する検知部と、
を備える異常検知装置。
A data acquisition unit that acquires measurement data indicating the state of multiple items in the observation target, and
The measurement data acquired at a predetermined timing is regarded as one data group, the plurality of data groups acquired at different timings are regarded as training data, and N combinations of the plurality of items are obtained from the measurement data included in the training data. A model generation unit that generates a learning model by obtaining an N-dimensional probability density and obtaining the N-dimensional probability density for a plurality of the above combinations.
A score calculation unit that obtains the probability of obtaining the measurement data related to N combinations of the items from the data group to be evaluated from the learning model and calculates an abnormal score based on the probability.
A detection unit that calculates the score of the data group based on the abnormality score related to a plurality of combinations of the items and detects the abnormality of the observation target based on the score of the data group.
Anomaly detection device equipped with.
前記項目を示すノードと当該ノードの組み合わせを示すリンクとを表示装置に表示させる際、前記リンクを前記異常スコアに応じた表示形態で生じさせる表示制御部を備える請求項1に記載の異常検知装置。 The abnormality detection device according to claim 1, further comprising a display control unit that causes the link to be generated in a display form corresponding to the abnormality score when displaying the node indicating the item and the link indicating the combination of the nodes on the display device. .. 前記モデル生成部が、
N個の前記項目の組み合わせのうち、各項目が取り得る測定データの範囲を第一~第Nの軸にとり、 前記第一~第Nの項目の測定データから求めたN次元の確率密度について、各項目の確率密度を高い方から累積して所定の累積確率に達したところで確率密度が高い空間と確率密度が低い空間とに超平面で分割し、当該超平面における前記N次元の確率密度の面積をα%断面面積とし、前記超平面において各項目が取り得る範囲の面積を全体面積として求め、
前記全体面積を前記α%断面面積で除してα%断面比を求め、
前記α%断面比が閾値未満の組み合わせを選択し、選択した組み合わせについて前記学習モデルを生成する請求項1又は2に記載の異常検知装置。
The model generator
Of the N combinations of the above items, the range of measurement data that can be taken by each item is set on the first to Nth axes, and the N-dimensional probability density obtained from the measurement data of the first to Nth items is obtained. When the probability density of each item is accumulated from the higher side and reaches a predetermined cumulative probability, the space is divided into a space having a high probability density and a space having a low probability density in a superplane, and the N-dimensional probability density in the superplane is divided. The area is set to α% cross-sectional area, and the area within the range that each item can take in the superplane is obtained as the total area.
Divide the total area by the α% cross-sectional area to obtain the α% cross-sectional ratio.
The abnormality detection device according to claim 1 or 2, wherein a combination having an α% cross-sectional ratio less than a threshold value is selected, and the learning model is generated for the selected combination.
観測対象における複数の項目について当該項目の状態を示す測定データを取得するステップと、
所定のタイミングで取得した測定データを一つのデータ群とし、異なるタイミングで取得した複数のデータ群を学習データとし、前記複数の項目のうちN個の組み合わせについて前記学習データに含まれる前記測定データからN次元の確率密度を求め、当該N次元の確率密度を複数の前記組み合わせについて求めて、学習モデルを生成するステップと、
評価対象とする前記データ群のうち、前記項目のN個の組み合わせに係る前記測定データが得られる確率を前記学習モデルから求め、当該確率に基づいて異常スコアを算出するステップと、
前記項目の複数の組み合わせに係る前記異常スコアに基づいて前記データ群のスコアを算出し、当該データ群のスコアに基づいて前記観測対象の異常を検知するステップと、
をコンピュータが実行する異常検知方法。
A step to acquire measurement data indicating the state of multiple items in the observation target, and
The measurement data acquired at a predetermined timing is regarded as one data group, the plurality of data groups acquired at different timings are regarded as training data, and N combinations of the plurality of items are obtained from the measurement data included in the training data. A step of obtaining an N-dimensional probability density, obtaining the N-dimensional probability density for the plurality of the above combinations, and generating a learning model.
A step of obtaining the probability of obtaining the measurement data relating to N combinations of the items in the data group to be evaluated from the learning model and calculating an abnormality score based on the probability.
A step of calculating the score of the data group based on the abnormality score related to a plurality of combinations of the items and detecting the abnormality of the observation target based on the score of the data group.
Anomaly detection method that the computer executes.
観測対象における複数の項目について当該項目の状態を示す測定データを取得するステップと、
所定のタイミングで取得した測定データを一つのデータ群とし、異なるタイミングで取得した複数のデータ群を学習データとし、前記複数の項目のうちN個の組み合わせについて前記学習データに含まれる前記測定データからN次元の確率密度を求め、当該N次元の確率密度を複数の前記組み合わせについて求めて、学習モデルを生成するステップと、
評価対象とする前記データ群のうち、前記項目のN個の組み合わせに係る前記測定データが得られる確率を前記学習モデルから求め、当該確率に基づいて異常スコアを算出するステップと、
前記項目の複数の組み合わせに係る前記異常スコアに基づいて前記データ群のスコアを算出し、当該データ群のスコアに基づいて前記観測対象の異常を検知するステップと、
をコンピュータに実行させるための異常検知プログラム。
A step to acquire measurement data indicating the state of multiple items in the observation target, and
The measurement data acquired at a predetermined timing is regarded as one data group, the plurality of data groups acquired at different timings are regarded as training data, and N combinations of the plurality of items are obtained from the measurement data included in the training data. A step of obtaining an N-dimensional probability density, obtaining the N-dimensional probability density for the plurality of the above combinations, and generating a learning model.
A step of obtaining the probability of obtaining the measurement data relating to N combinations of the items in the data group to be evaluated from the learning model and calculating an abnormality score based on the probability.
A step of calculating the score of the data group based on the abnormality score related to a plurality of combinations of the items and detecting the abnormality of the observation target based on the score of the data group.
Anomaly detection program to make a computer execute.
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