JP7225447B2 - Monitoring device, monitoring method and monitoring program - Google Patents

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Description

本発明は、監視装置、監視方法および監視プログラムに関する。 The present invention relates to a monitoring device, a monitoring method and a monitoring program.

従来、工場、プラント等のセンサ等のプロセスデータを用いた異常の予測に関連する技術として、過去に収集したプロセスデータに基づいて異常を予測、または検知する方法が提案されている。 Conventionally, methods of predicting or detecting anomalies based on process data collected in the past have been proposed as techniques related to prediction of anomalies using process data from sensors in factories, plants, and the like.

一般的に、多変量時系列データとして表現されるプロセスデータを一定時間の窓で切り取り、演算を行うことで異常予測や異常検知に関連する値を算出する。例えば、異常検知であれば、算出された値に基づきアラームを発したりすることで、異常の発生または異常の予報を通知する。 In general, process data expressed as multivariate time-series data is clipped in a window of a certain period of time, and calculations are performed to calculate values related to anomaly prediction and anomaly detection. For example, if an abnormality is detected, an alarm is issued based on the calculated value to notify the occurrence of an abnormality or a forecast of the abnormality.

特開2017-142654号公報JP 2017-142654 A

上記したような従来の手法では、複数の入力値のうち、どの入力値が重要であるかを動的かつ容易に確認することができないという課題があった。例えば、特定のセンサを予測、監視するために、モデルの出力を用いる場合、従来の多変量解析では、作成したモデルに対してどの入力が重要視されるかを平均的かつ静的に抽出することはできるが、特定の時点の入力に対してどの入力が重要視されているかという動的な重要度の抽出をすることができなかった。このため、刻一刻と状態が変わるような系に対して、状態に基づく重要センサを取り出すことが困難であった。 The conventional method as described above has a problem that it is not possible to dynamically and easily confirm which input value is important among a plurality of input values. For example, when using the output of a model to predict or monitor a specific sensor, conventional multivariate analysis extracts, on average and statically, which inputs are considered important for the created model. Although it can be done, it was not possible to dynamically extract the importance of which input is emphasized for the input at a specific time. For this reason, it is difficult to take out important sensors based on the state of a system whose state changes from moment to moment.

例えば、異常検知を行うシステムであれば、異常の通知のあとに原因を特定し、回復を行うための処理は、従来の多変量解析では静的な重要度の抽出しかできず、異常発生時点の入力による影響が提示できないため、その系の状態を熟知した専門家が人手でその時点での入力データを見て判断することしかできず、異常を回避するためにどのように操作を行うかまでは分からなかった。 For example, in the case of an anomaly detection system, the process for identifying the cause and recovering after an anomaly is notified can only extract a static degree of importance with conventional multivariate analysis. Since the effect of the input cannot be presented, experts who are familiar with the state of the system can only make judgments by manually looking at the input data at that time, and how to operate to avoid anomalies. I didn't know until

さらに、例えば、機械学習手法としてニューラルネットワークを用いた場合に、重要となる入力を抽出する手法がいくつか提案されているが、入力のすべての組み合わせに対して計算を行うために、計算量が莫大になるため、実用化することが難しかった。よって、ニューラルネットワークを利用した系では重要センサを取り出すことが困難であった。 Furthermore, for example, when using a neural network as a machine learning method, several methods have been proposed for extracting important inputs, but the computational complexity is high in order to perform calculations for all combinations of inputs. It was difficult to put it into practical use because it would be huge. Therefore, it was difficult to extract important sensors in a system using a neural network.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の監視装置は、監視対象設備で取得された複数のデータを入力として、前記監視対象設備の状態を予測するためのニューラルネットワークである学習済モデルを用いて、所定の出力値を出力する予測手段と、前記学習済モデルに入力された各時刻における各データと、前記学習済モデルから出力された所定の出力値とを用いて、前記各時刻における入力項目ごとの前記所定の出力値に対する重要度であって、前記各データが前記学習済モデルの前記出力値にどれだけ寄与したかを示す時間変化する各時刻における重要度を算出する算出手段とを有し、前記算出手段は、入力値から出力値を算出する前記学習済モデルにおいて、前記出力値の各入力値に関する偏微分値またはその概算値を用いて、前記各時刻における入力項目ごとに、前記重要度を算出することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the monitoring device of the present invention is a neural network for predicting the state of the monitored equipment by inputting a plurality of data acquired by the monitored equipment. Using a prediction means that outputs a predetermined output value using a trained model, each data at each time input to the trained model, and a predetermined output value output from the trained model, Calculating the degree of importance for the predetermined output value for each input item at each time, the degree of importance at each time changing with time indicating how much each of the data contributed to the output value of the trained model. and calculating means for calculating an output value from an input value in the learned model, using a partial differential value or an approximate value thereof with respect to each input value of the output value, at each time The importance is calculated for each input item.

また、本発明の監視方法は、監視装置によって実行される監視方法であって、監視対象設備で取得された複数のデータを入力として、前記監視対象設備の状態を予測するためのニューラルネットワークである学習済モデルを用いて、所定の出力値を出力する予測工程と、前記学習済モデルに入力された各時刻における各データと、前記学習済モデルから出力された所定の出力値とを用いて、前記各時刻における入力項目ごとの前記所定の出力値に対する重要度であって、前記各データが前記学習済モデルの前記出力値にどれだけ寄与したかを示す時間変化する各時刻における重要度を算出する算出工程とを含み、前記算出工程は、入力値から出力値を算出する前記学習済モデルにおいて、前記出力値の各入力値に関する偏微分値またはその概算値を用いて、前記各時刻における入力項目ごとに、前記重要度を算出することを特徴とする。 Further, the monitoring method of the present invention is a monitoring method executed by a monitoring device, and is a neural network for predicting the state of the monitoring target equipment by inputting a plurality of data acquired by the monitoring target equipment. Using a prediction step of outputting a predetermined output value using a trained model, each data at each time input to the trained model, and a predetermined output value output from the trained model, Calculating the degree of importance for the predetermined output value for each input item at each time, the degree of importance at each time changing with time indicating how much each of the data contributed to the output value of the trained model. and a calculation step of calculating an output value from an input value in the learned model, using a partial differential value or an approximate value thereof with respect to each input value of the output value, the input at each time The importance is calculated for each item.

また、本発明の監視プログラムは、監視対象設備で取得された複数のデータを入力として、前記監視対象設備の状態を予測するためのニューラルネットワークである学習済モデルを用いて、所定の出力値を出力する予測ステップと、前記学習済モデルに入力された各時刻における各データと、前記学習済モデルから出力された所定の出力値とを用いて、前記各時刻における入力項目ごとの前記所定の出力値に対する重要度であって、前記各データが前記学習済モデルの前記出力値にどれだけ寄与したかを示す時間変化する各時刻における重要度を算出する算出ステップとをコンピュータに実行させ、前記算出ステップは、入力値から出力値を算出する前記学習済モデルにおいて、前記出力値の各入力値に関する偏微分値またはその概算値を用いて、前記各時刻における入力項目ごとに、前記重要度を算出することを特徴とする。 In addition, the monitoring program of the present invention receives a plurality of data acquired by the equipment to be monitored, uses a trained model that is a neural network for predicting the state of the equipment to be monitored, and outputs a predetermined output value. The predetermined output for each input item at each time using the prediction step to be output, each data at each time input to the learned model, and a predetermined output value output from the learned model a calculating step of calculating the importance of the value at each time that changes with time indicating how much each of the data contributed to the output value of the trained model; In the step, in the trained model that calculates the output value from the input value, the importance is calculated for each input item at each time using a partial differential value or an approximate value thereof with respect to each input value of the output value. characterized by

本発明によれば、複数の入力値のうち、どの入力値が重要であるかを動的かつ容易に確認することができるという効果を奏する。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is effective in being able to confirm dynamically and easily which input value is important among several input values.

図1は、第1の実施形態に係る監視装置の構成例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a monitoring device according to the first embodiment. 図2は、異常予測部によって実行される異常予測評価値算出処理を説明する図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the abnormality prediction evaluation value calculation process executed by the abnormality prediction unit. 図3は、算出部によって算出される各センサの重要度の例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the degree of importance of each sensor calculated by the calculator. 図4は、算出部によって実行されるSaliency Mapを用いた重要度算出処理を説明する図である。FIG. 4 is a diagram for explaining importance calculation processing using a saliency map executed by the calculation unit. 図5は、算出部によって実行されるノイズ除去処理を説明する図である。FIG. 5 is a diagram for explaining noise removal processing executed by the calculator. 図6は、監視装置によって実行される異常予測処理の概要を説明する図である。FIG. 6 is a diagram explaining an outline of anomaly prediction processing executed by the monitoring device. 図7は、第1の実施形態に係る監視装置における異常予測処理の流れの一例を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart showing an example of the flow of abnormality prediction processing in the monitoring device according to the first embodiment. 図8は、第1の実施形態に係る監視装置における重要度算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing an example of the flow of importance calculation processing in the monitoring device according to the first embodiment. 図9は、第1の実施形態に係る監視装置におけるグラフ表示処理の流れの一例を示すフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart showing an example of the flow of graph display processing in the monitoring device according to the first embodiment. 図10は、センサ値予測処理の概要を説明する図である。FIG. 10 is a diagram explaining an outline of the sensor value prediction process. 図11は、第2の実施形態に係る監視システムの構成例を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a configuration example of a monitoring system according to the second embodiment. 図12は、監視プログラムまたは表示プログラムを実行するコンピュータを示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a computer executing a monitoring program or a display program.

以下に、本願に係る監視装置、監視方法、監視プログラム、表示装置、表示方法および表示プログラムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本願に係る監視装置、監視方法、監視プログラム、表示装置、表示方法および表示プログラムが限定されるものではない。 Embodiments of a monitoring device, a monitoring method, a monitoring program, a display device, a display method, and a display program according to the present application will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the monitoring device, monitoring method, monitoring program, display device, display method, and display program according to the present application are not limited by this embodiment.

[第1の実施形態]
以下の実施の形態では、第1の実施形態に係る監視装置10の構成、監視装置10の処理の流れを順に説明し、最後に第1の実施形態による効果を説明する。
[First embodiment]
In the following embodiments, the configuration of the monitoring device 10 according to the first embodiment and the processing flow of the monitoring device 10 will be described in order, and finally the effects of the first embodiment will be described.

[監視装置の構成]
まず、図1を用いて、監視装置10の構成を説明する。図1は、第1の実施形態に係る監視装置の構成例を示すブロック図である。監視装置10は、例えば、工場やプラントなどの監視対象設備に設置されるセンサによって取得された複数のデータを収集し、収集された複数のデータを入力として、監視対象設備の異常を予測するための学習済モデルを用いて、監視対象設備の異常度であるフレーム異常評価値を出力値として出力する。また、監視装置10は、学習済モデルに入力された各時刻における各データと、学習済モデルから出力された異常度とを用いて、各時刻における入力項目ごとの出力値に対する重要度を算出する。ここで重要度とは、各入力が出力に対してどれだけ寄与したかを示すものであり、重要度の絶対値が大きいほど、その入力は出力に対する影響度が高かったことを意味する。
[Configuration of monitoring device]
First, the configuration of the monitoring device 10 will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a monitoring device according to the first embodiment. The monitoring device 10, for example, collects a plurality of data acquired by sensors installed in monitoring target equipment such as factories and plants, and uses the collected data as input to predict an abnormality in the monitoring target equipment. using the trained model, the frame abnormality evaluation value, which is the degree of abnormality of the equipment to be monitored, is output as an output value. In addition, the monitoring device 10 uses each data at each time input to the learned model and the degree of abnormality output from the learned model to calculate the importance of the output value for each input item at each time. . Here, the degree of importance indicates how much each input contributes to the output, and the larger the absolute value of the degree of importance, the higher the degree of influence the input has on the output.

図1に示すように、この監視装置10は、収集部11、異常予測部12、出力可視化部13、算出部14、重要度可視化部15、プロセスデータバッファ16、分析フレームバッファ17およびフレーム異常評価値バッファ18を有する。以下に監視装置10が有する各部の処理を説明する。 As shown in FIG. 1, the monitoring device 10 includes a collection unit 11, an abnormality prediction unit 12, an output visualization unit 13, a calculation unit 14, an importance visualization unit 15, a process data buffer 16, an analysis frame buffer 17, and a frame abnormality evaluation unit. It has a value buffer 18 . Processing of each unit of the monitoring device 10 will be described below.

収集部11、異常予測部12、出力可視化部13、算出部14および重要度可視化部15は、例えば、CPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro Processing Unit)、GPU(Graphical Processing Unit)などの電子回路やASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)などの集積回路である。また、プロセスデータバッファ16、分析フレームバッファ17、フレーム異常評価値バッファ18およびモデルバッファ19は、例えば、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ(Flash Memory)等の半導体メモリ素子等の記憶装置である。 The collection unit 11, the abnormality prediction unit 12, the output visualization unit 13, the calculation unit 14, and the importance visualization unit 15 are, for example, CPU (Central Processing Unit), MPU (Micro Processing Unit), GPU (Graphical Processing Unit), and other electronic It is a circuit, an integrated circuit such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or an FPGA (Field Programmable Gate Array). The process data buffer 16, the analysis frame buffer 17, the frame abnormality evaluation value buffer 18, and the model buffer 19 are storage devices such as semiconductor memory devices such as RAM (Random Access Memory) and flash memory. .

収集部11は、監視対象設備で取得された複数のデータを収集する。例えば、収集部11は、工場やプラントなどの監視対象設備に設置されるセンサからデータを定期的(例えば、1分ごと)に受信し、プロセスデータバッファ16に格納する。ここでセンサが取得するデータとは、例えば、監視対象設備である工場、プラント内の装置や反応炉についての温度や圧力、音、振動等の各種データである。なお、センサによって取得された時系列のデータを、以下では適宜プロセスデータと記載する。また、収集部11が収集するデータはセンサが取得したデータに限定されるものではなく、例えば、人的に入力された数値データや、材料の種類や銘柄などのラベルデータ等でもよい。 The collection unit 11 collects a plurality of data acquired by the monitored equipment. For example, the collection unit 11 periodically (for example, every minute) receives data from sensors installed in facilities to be monitored such as factories and plants, and stores the data in the process data buffer 16 . Here, the data acquired by the sensor is, for example, various data such as temperature, pressure, sound, vibration, etc. about the equipment and reactors in the factory, which is the equipment to be monitored. Note that the time-series data acquired by the sensor is hereinafter referred to as process data as appropriate. The data collected by the collection unit 11 is not limited to the data acquired by the sensor, and may be, for example, numerical data input manually, label data such as the type and brand of material, and the like.

異常予測部12は、収集部11によって収集された複数のデータを入力として、監視対象設備の状態を予測するための学習済モデルを用いて、所定の出力値を出力する。例えば、異常予測部12は、プロセスデータおよび学習済モデル(識別関数)を用いて、予め設定された一定時間後に異常が発生するか否かを予測する。異常予測部12は、分析フレーム抽出部12aおよびフレーム異常評価値算出部12bを有する。なお、以下で説明する異常予測処理は、一例であり、これに限定されるものではない。 The abnormality prediction unit 12 receives a plurality of data collected by the collection unit 11, uses a learned model for predicting the state of the equipment to be monitored, and outputs a predetermined output value. For example, the abnormality prediction unit 12 uses process data and a learned model (identification function) to predict whether or not an abnormality will occur after a predetermined period of time. The abnormality prediction unit 12 has an analysis frame extraction unit 12a and a frame abnormality evaluation value calculation unit 12b. It should be noted that the abnormality prediction processing described below is an example, and the present invention is not limited to this.

分析フレーム抽出部12aは、収集部11によって収集されたプロセスデータから、所定の時間幅Waである分析フレームに含まれるプロセスデータを抽出する。具体的には、分析フレーム抽出部12aは、所定の時点のプロセスデータを含む時間幅Waのフレーム分のプロセスデータをプロセスデータバッファ16から抽出して読み出し、読み出したプロセスデータを分析フレームバッファ17に格納する。 The analysis frame extraction unit 12a extracts process data included in an analysis frame having a predetermined time width Wa from the process data collected by the collection unit 11 . Specifically, the analysis frame extraction unit 12a extracts and reads from the process data buffer 16 the process data for the frame of the time width Wa including the process data at a predetermined point in time, and stores the read process data in the analysis frame buffer 17. Store.

例えば、分析フレーム抽出部12aは、収集部11が1分毎にプロセスデータを収集し、時間幅Waが「5」である場合には、現時刻tに取得されたプロセスデータ、現時刻の1分前に取得されたプロセスデータ、現時刻の2分前に取得されたプロセスデータ、現時刻の3分前に取得されたプロセスデータ、現時刻の4分前に取得されたプロセスデータをプロセスデータバッファ16から抽出して読み出す。 For example, when the collecting unit 11 collects process data every minute and the time width Wa is "5", the analysis frame extracting unit 12a extracts the process data acquired at the current time t, the current time 1 Process data acquired 2 minutes before the current time Process data acquired 3 minutes before the current time Process data acquired 4 minutes before the current time Extract and read from buffer 16 .

プロセスデータバッファ16は、収集部11によって収集されたプロセスデータを記憶する。プロセスデータバッファ16には、プロセスデータとして、少なくとも、時間幅Waのフレーム分の最新のプロセスデータが格納されている。分析フレームバッファ17は、分析フレーム抽出部12aによって抽出されたプロセスデータを記憶する。 The process data buffer 16 stores process data collected by the collecting unit 11 . The process data buffer 16 stores at least the latest process data for frames of the time width Wa as process data. The analysis frame buffer 17 stores the process data extracted by the analysis frame extractor 12a.

フレーム異常評価値算出部12bは、分析フレーム抽出部12aによって抽出されたプロセスデータを入力として、監視対象設備の異常を予測するための学習済モデルを用いて、所定の時点から所定時間後の時点について、異常が発生する確からしさを表す評価値であるフレーム異常評価値を算出する。なお、所定の時点とは、現時点であってもよいし、現時点から10秒前等の予め設定された時点であってもよい。また、フレーム異常評価値算出部12bは、学習済モデルとして、ニューラルネットワークを用いて、フレーム異常評価値を算出する。なお、学習済モデルは、ニューラルネットワークに限定されるものではなく、ロジスティック回帰、サポートベクトルマシン、判別分析などの機械学習アルゴリズムを適用したものでもよい。 The frame abnormality evaluation value calculation unit 12b receives as input the process data extracted by the analysis frame extraction unit 12a, uses a learned model for predicting an abnormality in the equipment to be monitored, and calculates the value after a predetermined time from a predetermined time. A frame abnormality evaluation value, which is an evaluation value representing the probability that an abnormality will occur, is calculated. The predetermined time may be the current time, or may be a preset time such as 10 seconds before the current time. Further, the frame abnormality evaluation value calculation unit 12b calculates the frame abnormality evaluation value using a neural network as a trained model. Note that the trained model is not limited to a neural network, and may be one to which machine learning algorithms such as logistic regression, support vector machine, and discriminant analysis are applied.

具体的には、フレーム異常評価値算出部12bは、分析フレーム抽出部12aから抽出されたプロセスデータを受信する。そして、フレーム異常評価値算出部12bは、受信したプロセスデータを入力として、監視対象設備の異常を予測するための学習済モデルを用いて、現時刻tから所定時間後の時点について、フレーム異常評価値を算出し、フレーム異常評価値バッファ18に格納する。なお、所定時間後ではなく、時刻tにおけるフレーム異常評価値を算出してもよい。また、フレーム異常評価値とは、例えば、監視対象設備の異常が発生する確率値であって、「0」~「1」で表現される数値であってもよい。この場合には、例えば、ある時点において監視対象設備の異常が発生する確率が「40%」と予測された場合には、フレーム異常評価値が「0.4」となる。また、フレーム異常評価値はこれに限定されるものではなく、例えば、監視対象設備の異常が発生する可能性が一定以上存在するか否かを示す値として、「0」または「1」のいずれかで表現される数値であってもよい。また、異常の指標となる特定のセンサ値などの時系列データがある場合は、この特定の時系列データ自体をフレーム異常評価値とみなすことも可能である。 Specifically, the frame abnormality evaluation value calculator 12b receives the process data extracted from the analysis frame extractor 12a. Then, the frame abnormality evaluation value calculation unit 12b receives the received process data as an input and uses a learned model for predicting an abnormality in the monitored equipment to evaluate the frame abnormality at a point in time after a predetermined time from the current time t. A value is calculated and stored in the frame abnormality evaluation value buffer 18 . Note that the frame abnormality evaluation value may be calculated at time t instead of after a predetermined time. Further, the frame abnormality evaluation value is, for example, a probability value that an abnormality occurs in the equipment to be monitored, and may be a numerical value represented by "0" to "1". In this case, for example, if the probability of occurrence of an abnormality in the equipment to be monitored at a certain time is predicted to be "40%", the frame abnormality evaluation value will be "0.4". Further, the frame abnormality evaluation value is not limited to this. It may be a numerical value expressed by Moreover, when there is time-series data such as specific sensor values that serve as indicators of abnormality, it is also possible to regard this specific time-series data itself as the frame abnormality evaluation value.

フレーム異常評価値バッファ18は、フレーム異常評価値算出部12bによって算出されたフレーム異常評価値を記憶する。なお、フレーム異常評価値バッファ18には、フレーム異常評価値として、少なくとも、時間幅Wbのフレーム分の最新のフレーム異常評価値が格納されている。モデルバッファ19は、前述のフレーム異常評価値算出部12bによって利用された学習済モデルであって、監視対象設備の異常を予測するための学習済モデルを記憶している。 The frame abnormality evaluation value buffer 18 stores the frame abnormality evaluation value calculated by the frame abnormality evaluation value calculation section 12b. The frame abnormality evaluation value buffer 18 stores at least the latest frame abnormality evaluation values for the frames of the time width Wb as the frame abnormality evaluation values. The model buffer 19 is a learned model used by the frame abnormality evaluation value calculation unit 12b described above, and stores a learned model for predicting an abnormality in the equipment to be monitored.

ここで、図2を用いて、異常予測部12によって実行される一連の異常予測評価値算出処理を説明する。図2は、異常予測部によって実行される異常予測評価値算出処理を説明する図である。図2における(A)は、センサから取得されたプロセスデータを項目x1t~xntごとにプロットを示したものであり、異常予測評価値が算出されるたびに時間幅Waをもつ分析フレームが移動幅L分だけ移動する。 Here, a series of abnormality prediction evaluation value calculation processing executed by the abnormality prediction unit 12 will be described with reference to FIG. 2 . FIG. 2 is a diagram for explaining the abnormality prediction evaluation value calculation process executed by the abnormality prediction unit. (A) in FIG. 2 shows a plot of the process data acquired from the sensor for each item x 1t to x nt , and an analysis frame having a time width Wa is generated each time an abnormality prediction evaluation value is calculated. It moves by the movement width L.

図2の(A)、(B)に例示するように、例えば、収集部11が1分毎にプロセスデータを収集し、時間幅Waが「5」であるものとする。この場合には、フレーム異常評価値算出部12bは、時間幅Wa「5」分のプロセスデータを入力として、監視対象設備の異常を予測するための学習済モデルを用いて、現時刻tから所定時間後の時点について、フレーム異常評価値を算出する。 As illustrated in FIGS. 2A and 2B, for example, it is assumed that the collection unit 11 collects process data every minute and the time width Wa is "5". In this case, the frame abnormality evaluation value calculation unit 12b receives process data for a time width Wa of “5” as input, uses a learned model for predicting an abnormality in the equipment to be monitored, and calculates a predetermined value from the current time t. A frame anomaly evaluation value is calculated for the point in time after the hour.

図1の説明に戻って、出力可視化部13は、異常予測評価値に基づき警告サインを出力したり、異常予測評価値の時系列データをチャート画面として出力したりする。出力可視化部13は、異常判定部13aおよびチャート表示部13bを有する。 Returning to the description of FIG. 1, the output visualization unit 13 outputs a warning sign based on the abnormality prediction evaluation value, and outputs time-series data of the abnormality prediction evaluation value as a chart screen. The output visualization unit 13 has an abnormality determination unit 13a and a chart display unit 13b.

異常判定部13aは、フレーム異常評価値算出部12bによって算出されたフレーム異常評価値が所定の閾値以上であるか否かを判定し、異常予測評価値が所定の閾値以上である場合には、異常発生に関する警告を出力する。例えば、異常判定部13aは、異常予測評価値が所定の閾値以上である場合には、警告サインとして、一定時間後に監視対象設備に異常が発生する可能性がある旨の警告メッセージを出力してもよいし、警告を報知する音を出力するようにしてもよい。 The abnormality determination unit 13a determines whether or not the frame abnormality evaluation value calculated by the frame abnormality evaluation value calculation unit 12b is equal to or greater than a predetermined threshold. Outputs warnings about abnormal occurrences. For example, when the abnormality prediction evaluation value is equal to or greater than a predetermined threshold value, the abnormality determination unit 13a outputs a warning message indicating that an abnormality may occur in the equipment to be monitored after a certain period of time as a warning sign. Alternatively, a sound for notifying the warning may be output.

チャート表示部13bは、フレーム異常評価値算出部12bによって算出されたフレーム異常評価値の時系列データをチャート画面として表示する。例えば、チャート表示部13bは、ユーザからの表示要求を受け付けると、異常予測評価値の時系列データをチャート画面として表示する。 The chart display unit 13b displays the time-series data of the frame abnormality evaluation values calculated by the frame abnormality evaluation value calculation unit 12b as a chart screen. For example, when receiving a display request from the user, the chart display unit 13b displays the time-series data of the abnormality prediction evaluation values as a chart screen.

算出部14は、学習済モデルに入力された各時刻における各データと、学習済モデルから出力された所定の出力値とを用いて、各時刻における入力項目ごとの所定の出力値に対する重要度を算出する。算出部14は、重要度計算部14aおよび重要度ノイズ除去部14bを有する。 The calculation unit 14 uses each data at each time input to the learned model and the predetermined output value output from the learned model to calculate the importance of the predetermined output value for each input item at each time. calculate. The calculator 14 has an importance calculator 14a and an importance noise remover 14b.

重要度計算部14aは、前述のフレーム異常評価値算出部12bによって利用された学習済モデルをモデルバッファ19から読み出す。そして、重要度計算部14aは、学習済モデルに入力されたプロセスデータを分析フレームバッファ17から読み出すとともに、学習済モデルから出力されたフレーム異常評価値をフレーム異常評価値バッファ18から読み出し、プロセスデータとフレーム異常評価値と学習済モデルとを用いて、各時刻における入力項目ごとの所定の出力値に対する重要度を算出する。例えば、重要度計算部14aは、図3に例示するように、1分毎に、プロセスデータおよびフレーム異常評価値を読み出し、各時刻におけるセンサごとの所定の出力値に対する重要度を算出する。図3は、算出部によって算出される各センサの重要度の例を示す図である。 The importance calculation unit 14a reads from the model buffer 19 the learned model used by the frame abnormality evaluation value calculation unit 12b. Then, the importance calculation unit 14a reads the process data input to the learned model from the analysis frame buffer 17, reads the frame abnormality evaluation value output from the learned model from the frame abnormality evaluation value buffer 18, and calculates the process data. , the frame abnormality evaluation value, and the learned model are used to calculate the degree of importance for a predetermined output value for each input item at each time. For example, as illustrated in FIG. 3, the importance calculator 14a reads the process data and the frame abnormality evaluation value every minute, and calculates the importance of a predetermined output value for each sensor at each time. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the degree of importance of each sensor calculated by the calculator.

図3の例では、重要度計算部14aは、「時刻12:00」において、センサAの重要度として「20」、センサBの重要度として「31」、センサCの重要度として「17」、センサDの重要度として「15」、センサEの重要度として「24」を算出する。また、重要度計算部14aは、「時刻12:01」において、センサAの重要度として「21」、センサBの重要度として「32」、センサCの重要度として「16」、センサDの重要度として「13」、センサEの重要度として「26」を算出する。つまり、図3の例では、「時刻12:00」および「時刻12:01」においては、センサBの重要度が最も高く、学習済モデルから出力されたフレーム異常評価値に対して、センサBのプロセスデータが入力値として最も寄与したことを意味する。 In the example of FIG. 3, the importance calculation unit 14a calculates the importance of sensor A as "20", the importance of sensor B as "31", and the importance of sensor C as "17" at "time 12:00". , the importance of sensor D is calculated as "15", and the importance of sensor E is calculated as "24". Further, at “time 12:01”, the importance calculation unit 14a calculates the importance of sensor A as “21”, the importance of sensor B as “32”, the importance of sensor C as “16”, and the importance of sensor D as “21”. "13" is calculated as the importance, and "26" as the importance of the sensor E is calculated. That is, in the example of FIG. 3, at "time 12:00" and "time 12:01", the importance of sensor B is the highest, and sensor B process data contributed most as input values.

ここで、重要度を計算する具体例について説明する。例えば、重要度計算部14aは、入力値から出力値を算出する学習済モデルにおいて、出力値の各入力値に関する偏微分値またはその概算値を用いて、各時刻におけるセンサごとに、重要度を算出する。一例としては、重要度計算部14aは、Saliency Mapを用いて、各時刻におけるセンサごとに、重要度を算出する。Saliency Mapは、ニューラルネットの画像分類において利用される技術であり、ニューラルネットの出力の各入力に関する偏微分値を出力に寄与する重要度として抽出する技術である。 A specific example of calculating the degree of importance will now be described. For example, the importance calculation unit 14a calculates the importance of each sensor at each time using a partial differential value or an approximate value thereof with respect to each input value of the output value in a trained model that calculates an output value from an input value. calculate. As an example, the importance calculator 14a calculates the importance of each sensor at each time using the saliency map. The saliency map is a technique used in neural network image classification, and is a technique for extracting a partial differential value for each input of the neural network output as a degree of importance that contributes to the output.

ここで、図4の例を用いて、算出部14によって実行されるSaliency Mapを用いた重要度算出処理を説明する。図4は、算出部によって実行されるSaliency Mapを用いた重要度算出処理を説明する図である。図4に例示するように、算出部14は、M個のセンサから収集された時間幅(図4の例では、tからt+Nまでの時間幅)のフレーム分のプロセスデータを入力Iとして学習済モデルに入力し、学習済モデルから出力S(I)を出力値として得た場合に、重要度の値として、∂S(I)/∂Iを算出する。これにより、算出部14は、M個のセンサそれぞれの各時刻における重要度を算出することができる。 Here, the importance degree calculation process using the saliency map executed by the calculation unit 14 will be described using the example of FIG. 4 . FIG. 4 is a diagram for explaining importance calculation processing using a saliency map executed by the calculation unit. As exemplified in FIG. 4, the calculation unit 14 has learned the process data for the frame of the time width (the time width from t to t+N in the example of FIG. 4) collected from M sensors as input I. When inputting to the model and obtaining the output S(I) from the trained model as an output value, ∂S(I)/∂I is calculated as the value of importance. Thereby, the calculation unit 14 can calculate the importance of each of the M sensors at each time.

なお、Saliency Map以外の手法で重要度を算出してもよく、例えば、出力値をニューラルネットの各層に伝播させることで入力の重要度を求める手法(参考文献1参照)や、上記の改良版で、非線形性や重要度の符号を考慮した手法(参考文献2参照)、ニューラルネットを単純なモデル(決定木等)に近似してデータに対する入力の重要度を求める手法であってもよい(参考文献3参照)。
参考文献1:Bach Sebastian, et al. "On pixel-wise explanations for non-linear classifier decisions by layer-wise relevance propagation." PloS one 10.7 (2015): e0130140.
参考文献2:Shrikumar Avanti, Peyton Greenside, and Anshul Kundaje. "Learning important features through propagating activation differences." arXiv preprint arXiv:1704.02685 (2017).
参考文献3:Ribeiro Marco Tulio, Sameer Singh, and Carlos Guestrin. "Why should i trust you?: Explaining the predictions of any classifier." Proceedings of the 22nd ACM SIGKDD International Conference on Knowledge Discovery and Data Mining. ACM, 2016.
It should be noted that the importance may be calculated by a method other than the saliency map, for example, the method of obtaining the importance of the input by propagating the output value to each layer of the neural network (see reference 1), or the above improved version , a method that considers nonlinearity and the sign of importance (see reference 2), or a method that approximates a neural network to a simple model (decision tree, etc.) to determine the importance of inputs to data ( See reference 3).
Reference 1: Bach Sebastian, et al. "On pixel-wise explanations for non-linear classifier decisions by layer-wise relevance propagation." PloS one 10.7 (2015): e0130140.
Reference 2: Shrikumar Avanti, Peyton Greenside, and Anshul Kundaje. "Learning important features through propagating activation differences." arXiv preprint arXiv:1704.02685 (2017).
Reference 3: Ribeiro Marco Tulio, Sameer Singh, and Carlos Guestrin. "Why should i trust you?: Explaining the predictions of any classifier." Proceedings of the 22nd ACM SIGKDD International Conference on Knowledge Discovery and Data Mining. ACM, 2016.

重要度ノイズ除去部14bは、重要度計算部14aによって計算された重要度を所定の時間幅でスムージングしてノイズを除去する。例えば、重要度ノイズ除去部14bは、ノイズを除去する技術としてSmooth Gradの手法を用いて、重要度をスムージングしてもよい。Smooth Gradは、入力画像にランダムなガウシアンノイズをかけた複製を数十枚作成し、それぞれから抽出された重要度を平均することでノイズを取り除く手法である。なお、上述のノイズを除去する処理については、省略してもよく、その場合には、監視装置10は重要度ノイズ除去部14bの機能部を有していなくてもよい。 The importance noise removal unit 14b smoothes the importance calculated by the importance calculation unit 14a for a predetermined time width to remove noise. For example, the importance noise removal unit 14b may smooth the importance using a Smooth Grad technique as a technique for removing noise. Smooth Grad is a method of removing noise by creating dozens of duplicates by applying random Gaussian noise to an input image and averaging the degrees of importance extracted from each duplicate. Note that the process of removing the noise described above may be omitted, and in that case, the monitoring device 10 may not have the function of the importance level noise removing unit 14b.

ここで、図5の例を用いて、算出部14によって実行されるノイズ除去処理を説明する。図5は、算出部によって実行されるノイズ除去処理を説明する図である。図5に例示するように、算出部14は、M個のセンサから収集された所定の時間幅のフレーム分のプロセスデータの入力値とその出力値とから重要度を算出し、各センサの重要度を時間方向に平均化してスムージングを行い、ノイズを除去する。 Here, the noise removal processing executed by the calculation unit 14 will be described using the example of FIG. 5 . FIG. 5 is a diagram for explaining noise removal processing executed by the calculator. As exemplified in FIG. 5, the calculation unit 14 calculates the importance from the input values and the output values of the process data for frames of a predetermined time width collected from M sensors, and calculates the importance of each sensor. Smoothing is performed by averaging degrees in the time direction to remove noise.

このように、算出部14では、上記のSaliency MapとSmooth Gradとを時系列データに応用している。時系列データでは各時刻にガウシアンノイズが含まれていることが知られているため、各時刻において平均化するスムージングを行うだけでSmooth Gradと同じ原理を得る。 In this manner, the calculation unit 14 applies the above-described Saliency Map and Smooth Grad to time-series data. Since it is known that time-series data contains Gaussian noise at each time, the same principle as Smooth Grad can be obtained simply by performing smoothing for averaging at each time.

重要度可視化部15は、各センサデータの重要度の推移を示すグラフを表示したり、異常判定部13aの判定結果と同期して重要なセンサを報知したりする。重要度可視化部15は、取得部15a、作成部15b、重要度表示部15cおよび報知部15dを有する。 The importance visualization unit 15 displays a graph showing changes in the importance of each sensor data, and notifies important sensors in synchronization with the determination result of the abnormality determination unit 13a. The importance visualization unit 15 has an acquisition unit 15a, a creation unit 15b, an importance display unit 15c, and a notification unit 15d.

取得部15aは、学習済モデルに入力された各時刻における入力項目ごとの所定の出力値に対する重要度を取得する。例えば、取得部15aは、重要度ノイズ除去部14bによってノイズが除去された各センサの重要度を取得する。 The acquisition unit 15a acquires the degree of importance for a predetermined output value for each input item at each time input to the trained model. For example, the acquisition unit 15a acquires the importance of each sensor from which noise has been removed by the importance noise removal unit 14b.

作成部15bは、取得部15aによって取得された重要度を用いて、各入力項目の重要度の推移を示すグラフを作成する。重要度表示部15cは、作成部15bによって作成されたグラフを表示する。 The creation unit 15b creates a graph showing the transition of the importance of each input item using the importance acquired by the acquisition unit 15a. The importance display unit 15c displays the graph created by the creation unit 15b.

報知部15dは、監視対象設備の異常が検知された場合に、取得部15aによって取得された各入力項目の重要度のうち、重要度が所定の閾値以上である入力項目を報知する。例えば、報知部15dは、異常判定部13aによる判定結果を取得し、監視対象設備の異常が検知された場合、すなわち、異常予測評価値が所定の閾値以上であった場合には、異常が検知された時刻に対応する各センサの重要度のうち、重要度が所定の閾値以上であるセンサを報知する。これにより、異常が発生した際に、どのセンサが重要であったかを報知することが可能である。 The notification unit 15d notifies an input item having a degree of importance equal to or higher than a predetermined threshold among the degrees of importance of the input items acquired by the acquisition unit 15a when an abnormality is detected in the equipment to be monitored. For example, the notification unit 15d acquires the determination result by the abnormality determination unit 13a, and when an abnormality in the monitored equipment is detected, that is, when the abnormality prediction evaluation value is equal to or greater than a predetermined threshold, an abnormality is detected. Of the importance of each sensor corresponding to the specified time, the sensor whose importance is equal to or higher than a predetermined threshold is notified. This makes it possible to notify which sensor was important when an abnormality occurred.

ここで、図6を用いて、監視装置10によって実行される異常予測処理の概要を説明する図である。図6は、監視装置によって実行される異常予測処理の概要を説明する図である。 Here, it is a figure explaining the outline|summary of the abnormality prediction process performed by the monitoring apparatus 10 using FIG. FIG. 6 is a diagram explaining an outline of anomaly prediction processing executed by the monitoring device.

図6では、プラント内の反応炉や装置などにセンサや運転用の信号などを収集するデバイスが取り付けられ、一定時間毎にデータを収集していることを図示している。そして、図6では、収集部11が各センサA~センサEから収集したプロセスデータの推移を示したものを図示しており(図6の(A)参照)、枠で囲われた部分のデータを切り出し、異常予測部12が、プロセスデータに基づき異常予測評価値を算出し、一定時間後の異常を推定する(図6の(B)参照)。そして、出力可視化部13は、算出された異常予測評価値の時系列データをチャート画面として出力する(図6の(C)参照)。 FIG. 6 illustrates that sensors and devices for collecting signals for operation are attached to reactors and devices in the plant, and data are collected at regular time intervals. FIG. 6 shows the transition of the process data collected from the sensors A to E by the collection unit 11 (see FIG. 6A), and the data in the portion surrounded by the frame is extracted, and the abnormality prediction unit 12 calculates an abnormality prediction evaluation value based on the process data, and estimates an abnormality after a certain period of time (see (B) in FIG. 6). Then, the output visualization unit 13 outputs the time-series data of the calculated abnormality prediction evaluation value as a chart screen (see (C) in FIG. 6).

また、算出部14は、学習済モデルに入力されたプロセスデータと、学習済モデルから出力されたフレーム異常評価値とを用いて、各時刻におけるセンサごとの所定の出力値に対する重要度を算出する(図6の(D)参照)。そして、重要度可視化部15は、各センサデータの重要度の推移を示すグラフを表示する(図6の(E)参照)。 Further, the calculation unit 14 uses the process data input to the trained model and the frame abnormality evaluation value output from the trained model to calculate the importance of a predetermined output value for each sensor at each time. (See (D) in FIG. 6). Then, the importance visualization unit 15 displays a graph showing changes in the importance of each sensor data (see (E) in FIG. 6).

[監視装置の処理手順]
次に、図7~図9を用いて、第1の実施形態に係る監視装置10による処理手順の例を説明する。図7は、第1の実施形態に係る監視装置における異常予測処理の流れの一例を示すフローチャートである。図8は、第1の実施形態に係る監視装置における重要度算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。図9は、第1の実施形態に係る監視装置におけるグラフ表示処理の流れの一例を示すフローチャートである。
[Processing procedure of the monitoring device]
Next, an example of a processing procedure by the monitoring device 10 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 7 to 9. FIG. FIG. 7 is a flowchart showing an example of the flow of abnormality prediction processing in the monitoring device according to the first embodiment. FIG. 8 is a flowchart showing an example of the flow of importance calculation processing in the monitoring device according to the first embodiment. FIG. 9 is a flowchart showing an example of the flow of graph display processing in the monitoring device according to the first embodiment.

まず、図7を用いて、監視装置10による異常予測処理の流れを説明する。図7に例示するように、収集部11が、プロセスデータを取得すると(ステップS101肯定)、収集部11によって収集されたプロセスデータから、所定の時間幅Waである分析フレームにおけるプロセスデータを抽出する(ステップS102)。 First, the flow of abnormality prediction processing by the monitoring device 10 will be described with reference to FIG. As illustrated in FIG. 7, when the collecting unit 11 acquires process data (Yes at step S101), the process data in the analysis frame having a predetermined time width Wa is extracted from the process data collected by the collecting unit 11. (Step S102).

そして、フレーム異常評価値算出部12bは、分析フレーム抽出部12aによって抽出されたプロセスデータを入力として、監視対象設備の異常を予測するための学習済モデルを用いて、所定の時点から所定時間後の時点について、フレーム異常評価値を算出する(ステップS103)。 Then, the frame abnormality evaluation value calculation unit 12b receives the process data extracted by the analysis frame extraction unit 12a as an input, uses a learned model for predicting an abnormality in the equipment to be monitored, and calculates the value after a predetermined time from a predetermined point in time. , the frame abnormality evaluation value is calculated (step S103).

その後、出力可視化部13の異常判定部13aは、フレーム異常評価値算出部12bによって算出されたフレーム異常評価値が所定の閾値以上であるか否かを判定する(ステップS104)。この結果、異常判定部13aは、フレーム異常評価値が所定の閾値未満である場合には(ステップS104否定)、そのまま処理を終了する。また、異常判定部13aは、フレーム異常評価値が所定の閾値以上である場合には(ステップS104肯定)、警告サインを出力する(ステップS105)。 After that, the abnormality determination unit 13a of the output visualization unit 13 determines whether or not the frame abnormality evaluation value calculated by the frame abnormality evaluation value calculation unit 12b is equal to or greater than a predetermined threshold (step S104). As a result, when the frame abnormality evaluation value is less than the predetermined threshold value (No at step S104), the abnormality determination unit 13a terminates the process. Further, when the frame abnormality evaluation value is equal to or greater than the predetermined threshold value (Yes at step S104), the abnormality determination unit 13a outputs a warning sign (step S105).

次に、図8を用いて、監視装置10による重要度算出処理の流れを説明する。図8に例示するように、重要度計算部14aは、学習済モデルに入力されたプロセスデータを分析フレームバッファ17から取得するとともに、学習済モデルから出力されたフレーム異常評価値をフレーム異常評価値バッファ18から取得すると(ステップS201肯定)、プロセスデータとフレーム異常評価値とを用いて、各時刻におけるセンサごとの所定の出力値に対する重要度を算出する(ステップS202)。例えば、重要度計算部14aは、1分毎に、プロセスデータおよびフレーム異常評価値を読み出し、各時刻におけるセンサごとの所定の出力値に対する重要度を算出する。 Next, the flow of importance calculation processing by the monitoring device 10 will be described with reference to FIG. As illustrated in FIG. 8, the importance calculation unit 14a obtains the process data input to the trained model from the analysis frame buffer 17, and converts the frame abnormality evaluation value output from the trained model into a frame abnormality evaluation value. When it is obtained from the buffer 18 (Yes at step S201), the process data and the frame abnormality evaluation value are used to calculate the degree of importance for a predetermined output value for each sensor at each time (step S202). For example, the importance calculator 14a reads the process data and the frame abnormality evaluation value every minute, and calculates the importance of a predetermined output value for each sensor at each time.

そして、重要度ノイズ除去部14bは、重要度計算部14aによって計算された重要度を所定の時間幅でスムージングしてノイズを除去する(ステップS203)。例えば、重要度ノイズ除去部14bは、ノイズを除去する技術としてSmooth Gradの手法を用いて、重要度をスムージングする。 Then, the importance noise removal unit 14b smoothes the importance calculated by the importance calculation unit 14a for a predetermined time width to remove noise (step S203). For example, the importance noise removal unit 14b smoothes the importance using a Smooth Grad technique as a technique for removing noise.

次に、図9を用いて、監視装置10による重要度算出処理の流れを説明する。図9に例示するように、取得部15aが、学習済モデルに入力された各時刻におけるセンサごとの所定の出力値に対する重要度を取得すると(ステップS301肯定)、作成部15bは、取得部15aによって取得された重要度を用いて、各センサの重要度の推移を示すグラフを作成する(ステップS302)。そして、重要度表示部15cは、作成部15bによって作成されたグラフを表示する(ステップS303)。 Next, the flow of importance calculation processing by the monitoring device 10 will be described with reference to FIG. As illustrated in FIG. 9, when the obtaining unit 15a obtains the degree of importance for a predetermined output value for each sensor at each time input to the trained model (Yes in step S301), the creating unit 15b obtains the obtaining unit 15a A graph showing the transition of the importance of each sensor is created using the importance obtained by (step S302). Then, the importance display unit 15c displays the graph created by the creation unit 15b (step S303).

[第1の実施形態の効果]
第1の実施形態に係る監視装置10は、監視対象設備で取得された複数のセンサデータを収集し、収集された複数のセンサデータを入力として、監視対象設備の異常を予測するための学習済モデルを用いて、監視対象設備の異常度であるフレーム異常評価値を出力値として出力する。また、監視装置10は、学習済モデルに入力された各時刻における各センサデータと、学習済モデルから出力された異常度とを用いて、各時刻における入力項目ごとの出力値に対する重要度を算出する。このため、監視装置10では、複数の入力値のうち、どの入力値が重要であるかを動的かつ容易に確認することが可能となる。
[Effects of the first embodiment]
The monitoring device 10 according to the first embodiment collects a plurality of sensor data acquired by the monitoring target equipment, uses the collected sensor data as an input, and has learned to predict an abnormality in the monitoring target equipment. Using the model, the frame abnormality evaluation value, which is the degree of abnormality of the equipment to be monitored, is output as an output value. In addition, the monitoring device 10 uses each sensor data input to the learned model at each time and the degree of anomaly output from the learned model to calculate the importance of the output value for each input item at each time. do. Therefore, in the monitoring device 10, it is possible to dynamically and easily confirm which input value is important among the plurality of input values.

また、監視装置10は、Saliency Mapを用いて、各時刻における入力項目ごとに、重要度を算出する。このため、監視装置10では、Saliency Mapを利用して、どの入力値が重要であるかを容易に算出することが可能である。 In addition, the monitoring device 10 uses the saliency map to calculate the importance of each input item at each time. Therefore, the monitoring device 10 can easily calculate which input value is important using the saliency map.

つまり、第1の実施形態に係る監視装置10では、各時刻、各データの入力に対して、出力に重要な入力をその重要度とともに逐一抽出して提示することができる。これにより、その時々の状態に対して重要なセンサを提示することができるようになり、状態の変化する系に対しても対応ができるようになった。また、状態を熟知している専門家でなくとも、その状態に対してどの項目に対して操作を行うかといった特定も行いやすくなった。また、異常検知や値の予測等を行うモデルとして従来は重要特徴の抽出が困難であったニューラルネットに適用可能なため、予測モデルとしてニューラルネットが選択された場合でも重要センサの抽出が可能となる。 In other words, in the monitoring apparatus 10 according to the first embodiment, it is possible to extract and present important inputs for output along with their importance at each time for each data input. As a result, it became possible to present important sensors for the occasional state, and it became possible to deal with a system whose state changes. In addition, even if you are not an expert who is familiar with the state, it is easy to specify which item to operate for that state. In addition, as a model that detects anomalies and predicts values, it can be applied to neural networks, where it was difficult to extract important features in the past. Become.

第1の実施形態に係る監視装置10により、センサ等の入力値から学習済モデルを通すことでセンサの予測や異常の検知などを行い、その状態において出力に対してどの入力値が重要であるかを動的に確認することができる。その結果、出力値に応じてどの入力値を操作すれば良いか判別しやすくなる。また、モデルとしてニューラルネットを用いた場合においても、重要センサを特定できるようになる。 With the monitoring device 10 according to the first embodiment, sensor prediction and abnormality detection are performed by passing the input values of sensors and the like through a learned model, and which input values are important for the output in that state. can be dynamically checked. As a result, it becomes easier to determine which input value should be manipulated according to the output value. Also, even when a neural network is used as a model, important sensors can be identified.

なお、上記の説明では、監視装置10が、監視対象設備の異常を予測するための学習済モデルを用いて、異常度を出力値として出力する場合を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、センサが取得したデータのセンサ値を予測するための学習済モデルを用いて、予測センサ値を出力値として出力する場合であってもよい。この場合には、監視装置は、監視対象設備に設置されるセンサによって取得された複数のセンサデータを収集し、収集された複数のセンサデータを入力として、センサが取得したデータのセンサ値を予測するための学習済モデルを用いて、予測センサ値を出力値として出力する。また、監視装置は、学習済モデルに入力された各時刻における各センサデータと、学習済モデルから出力された予測センサ値とを用いて、各時刻における入力項目ごとの出力値に対する重要度を算出する。 In the above description, the case where the monitoring device 10 outputs the degree of abnormality as an output value using a learned model for predicting an abnormality in the equipment to be monitored has been described, but it is not limited to this. do not have. For example, a predicted sensor value may be output as an output value using a learned model for predicting the sensor value of the data acquired by the sensor. In this case, the monitoring device collects a plurality of sensor data acquired by the sensors installed in the monitoring target equipment, uses the collected sensor data as input, and predicts the sensor value of the data acquired by the sensor. A predicted sensor value is output as an output value using a trained model for In addition, the monitoring device calculates the importance of the output value for each input item at each time using each sensor data input to the trained model at each time and the predicted sensor value output from the trained model. do.

ここで、図10を用いて、センサ値予測処理の概要を説明する。図10は、センサ値予測処理の概要を説明する図である。図10では、プラント内の反応炉や装置などにセンサや運転用の信号などを収集するデバイスが取り付けられ、一定時間毎にデータを収集していることを図示している。そして、図10では、各センサA~センサEから収集したプロセスデータの推移を示したものを図示しており(図10の(A)参照)、監視装置は、収集したプロセスデータに基づきセンサ値を予測する(図10の(B)参照)。例えば、監視装置は、現時刻tからN分後のセンサ値を予測する。そして、監視装置は、予測したセンサ値の時系列データをチャート画面として出力する(図10の(C)参照)。 Here, an overview of the sensor value prediction processing will be described with reference to FIG. 10 . FIG. 10 is a diagram explaining an outline of the sensor value prediction process. FIG. 10 illustrates that sensors and devices for collecting signals for operation are attached to the reactors and devices in the plant, and data are collected at regular time intervals. FIG. 10 shows changes in process data collected from sensors A to E (see FIG. 10A). is predicted (see (B) of FIG. 10). For example, the monitoring device predicts the sensor value N minutes after the current time t. Then, the monitoring device outputs the predicted time-series data of the sensor values as a chart screen (see (C) in FIG. 10).

また、監視装置は、学習済モデルに入力されたセンサのデータを用いて、各時刻におけるセンサごとの所定の出力値に対する重要度を算出する(図10の(D)参照)。そして、監視装置は、各センサデータの重要度の推移を示すグラフを表示する(図10の(E)参照)。 In addition, the monitoring device uses the sensor data input to the learned model to calculate the degree of importance for a predetermined output value for each sensor at each time (see (D) in FIG. 10). Then, the monitoring device displays a graph showing changes in the degree of importance of each sensor data (see (E) in FIG. 10).

このように、監視装置10が、センサが取得したデータのセンサ値を予測するため学習済モデルを用いて、予測センサ値を出力値として出力する場合においても同様に、学習済モデルに対する複数の入力値のうち、どの入力値が重要であるかを動的かつ容易に確認することが可能である。 In this way, when the monitoring device 10 uses the learned model to predict the sensor value of the data acquired by the sensor and outputs the predicted sensor value as an output value, a plurality of inputs to the learned model It is possible to dynamically and easily ascertain which input values are important among the values.

[第2の実施形態]
上述した第1の実施形態では、監視装置10が重要度可視化部15を有し、各センサデータの重要度の推移を示すグラフを表示する場合を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、監視装置10とは別の装置である表示装置20が各センサデータの重要度の推移を示すグラフを表示するようにしてもよい。
[Second embodiment]
In the above-described first embodiment, the case where the monitoring device 10 has the importance visualization unit 15 and displays a graph showing changes in the importance of each sensor data has been described, but the present invention is not limited to this. . For example, the display device 20, which is a device different from the monitoring device 10, may display a graph showing changes in the degree of importance of each sensor data.

そこで、以下では、第2の実施形態に係る監視システム100が、監視装置10Aおよび表示装置20を有し、表示装置20が、各センサデータの重要度の推移を示すグラフを表示したり、異常判定部13aの判定結果と同期して重要なセンサを報知したりする場合について説明する。なお、第1の実施形態に係る監視装置10と同様の構成や処理については説明を省略する。 Therefore, in the following description, the monitoring system 100 according to the second embodiment has a monitoring device 10A and a display device 20, and the display device 20 displays a graph showing changes in the degree of importance of each sensor data. A case will be described where an important sensor is notified in synchronization with the determination result of the determination unit 13a. Note that description of the same configuration and processing as those of the monitoring apparatus 10 according to the first embodiment will be omitted.

まず、図11を用いて、第2の実施形態に係る監視システム100について説明する。図11は、第2の実施形態に係る監視システムの構成例を示すブロック図である。図11に示すように、監視システム100は、監視装置10Aおよび表示装置20を有する。また、監視システム100においては、監視装置10Aと表示装置20とがネットワーク(図示せず)を介して接続されている。 First, a monitoring system 100 according to the second embodiment will be described with reference to FIG. 11 . FIG. 11 is a block diagram showing a configuration example of a monitoring system according to the second embodiment. As shown in FIG. 11, the monitoring system 100 has a monitoring device 10A and a display device 20. As shown in FIG. Also, in the monitoring system 100, the monitoring device 10A and the display device 20 are connected via a network (not shown).

また、図11に示すように、第2の実施形態に係る監視装置10Aは、図1に示した第1の実施形態に係る監視装置10と比較して、重要度可視化部15を有していない点が異なる。 Further, as shown in FIG. 11, the monitoring device 10A according to the second embodiment has an importance level visualization unit 15 compared to the monitoring device 10 according to the first embodiment shown in FIG. The difference is that there is no

表示装置20は、取得部21、作成部22、重要度表示部23および報知部24を有する。表示装置20は、重要なセンサを監視者に対して確認可能に表示する装置であって、例えば、PC(Personal Computer)等の端末、もしくはスマートフォンやタブレット端末等の移動端末である。なお、表示装置20は、監視装置10の代わりに、出力可視化部13の機能を有していてもよい。 The display device 20 has an acquisition unit 21 , a creation unit 22 , an importance display unit 23 and a notification unit 24 . The display device 20 is a device that displays important sensors so that an observer can check them, and is, for example, a terminal such as a PC (Personal Computer) or a mobile terminal such as a smart phone or a tablet terminal. Note that the display device 20 may have the function of the output visualization unit 13 instead of the monitoring device 10 .

取得部21は、監視対象設備で取得された複数のデータを入力として、監視対象設備の状態を予測するための学習済モデルを用いて、所定の出力値を出力する外部の監視装置10Aから、学習済モデルに入力された各時刻における入力項目ごとの所定の出力値に対する重要度を取得する。例えば、取得部21は、重要度ノイズ除去部14bによってノイズが除去された各センサの重要度を取得する。 The acquisition unit 21 inputs a plurality of data acquired by the monitoring target equipment, uses a learned model for predicting the state of the monitoring target equipment, and outputs a predetermined output value from the external monitoring device 10A, Obtain the degree of importance for a predetermined output value for each input item at each time input to the trained model. For example, the acquisition unit 21 acquires the importance of each sensor from which noise has been removed by the importance noise removal unit 14b.

作成部22は、取得部21によって取得された重要度を用いて、各入力項目の重要度の推移を示すグラフを作成する。重要度表示部23は、作成部22によって作成されたグラフを表示する。 The creation unit 22 creates a graph showing the transition of the importance of each input item using the importance acquired by the acquisition unit 21 . The importance display section 23 displays the graph created by the creation section 22 .

報知部24は、監視対象設備の異常が検知された場合に、取得部21によって取得された各入力項目の重要度のうち、重要度が所定の閾値以上である入力項目を報知する。例えば、報知部24は、異常判定部13aによる判定結果を取得し、監視対象設備の異常が検知された場合、すなわち、異常予測評価値が所定の閾値以上であった場合には、異常が検知された時刻に対応する各センサの重要度のうち、重要度が所定の閾値以上であるセンサを報知する。 The notification unit 24 notifies an input item having a degree of importance equal to or higher than a predetermined threshold among the degrees of importance of the input items acquired by the acquisition unit 21 when an abnormality in the equipment to be monitored is detected. For example, the notification unit 24 acquires the determination result by the abnormality determination unit 13a, and when an abnormality in the monitored equipment is detected, that is, when the abnormality prediction evaluation value is equal to or greater than a predetermined threshold, an abnormality is detected. Of the importance of each sensor corresponding to the specified time, the sensor whose importance is equal to or higher than a predetermined threshold is notified.

[第2の実施形態の効果]
第2の実施形態に係る表示装置20は、監視対象設備で取得された複数のデータを入力として、監視対象設備の状態を予測するための学習済モデルを用いて、所定の出力値を出力する外部の監視装置10Aから、学習済モデルに入力された各時刻における入力項目ごとの所定の出力値に対する重要度を取得する。そして、表示装置20は、取得した重要度を用いて、各入力項目の重要度の推移を示すグラフを作成し、作成したグラフを表示する。このため、表示装置20では、複数の入力値のうち、どの入力値が重要であるかを動的かつ容易に確認することが可能である。
[Effect of Second Embodiment]
The display device 20 according to the second embodiment receives a plurality of data acquired by the monitored equipment, uses a learned model for predicting the state of the monitored equipment, and outputs a predetermined output value. From the external monitoring device 10A, the degree of importance for a predetermined output value for each input item at each time input to the trained model is acquired. Then, the display device 20 creates a graph showing changes in the importance of each input item using the acquired importance, and displays the created graph. Therefore, with the display device 20, it is possible to dynamically and easily confirm which input value is important among the plurality of input values.

また、表示装置20は、監視対象設備の異常が検知された場合に、取得した各入力項目の重要度のうち、重要度が所定の閾値以上である入力項目を報知する。このため、表示装置20では、異常が発生した際に、どのセンサが重要であったかを報知することが可能である。 In addition, when an abnormality is detected in the equipment to be monitored, the display device 20 notifies the input items whose importance is equal to or higher than a predetermined threshold among the obtained degrees of importance of the respective input items. Therefore, the display device 20 can notify which sensor was important when an abnormality occurs.

[システム構成等]
また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。さらに、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部または任意の一部が、CPUやGPUおよび当該CPUやGPUにて解析実行されるプログラムにて実現され、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。
[System configuration, etc.]
Also, each component of each device illustrated is functionally conceptual, and does not necessarily need to be physically configured as illustrated. In other words, the specific form of distribution and integration of each device is not limited to the one shown in the figure, and all or part of them can be functionally or physically distributed and integrated in arbitrary units according to various loads and usage conditions. Can be integrated and configured. Furthermore, all or any part of each processing function performed by each device is realized by a CPU or GPU and a program analyzed and executed by the CPU or GPU, or as hardware by wired logic can be realized.

また、本実施の形態において説明した各処理のうち、自動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を手動的におこなうこともでき、あるいは、手動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的におこなうこともできる。この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。 In addition, among the processes described in the present embodiment, all or part of the processes described as being performed automatically can be performed manually, or the processes described as being performed manually can be performed manually. can also be performed automatically by known methods. In addition, information including processing procedures, control procedures, specific names, and various data and parameters shown in the above documents and drawings can be arbitrarily changed unless otherwise specified.

[プログラム]
また、上記実施形態において説明した監視装置、表示装置が実行する処理をコンピュータが実行可能な言語で記述したプログラムを作成することもできる。例えば、実施形態に係る監視装置10、10Aまたは表示装置20が実行する処理をコンピュータが実行可能な言語で記述した監視プログラム、表示プログラムを作成することもできる。この場合、コンピュータが監視プログラム、表示プログラムを実行することにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、かかる監視プログラム、表示プログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録された監視プログラム、表示プログラムをコンピュータに読み込ませて実行することにより上記実施形態と同様の処理を実現してもよい。
[program]
It is also possible to create a program in which the processes executed by the monitoring device and the display device described in the above embodiments are described in a computer-executable language. For example, it is also possible to create a monitoring program and a display program in which the processing executed by the monitoring device 10, 10A or the display device 20 according to the embodiment is described in a computer-executable language. In this case, the computer executes the monitoring program and the display program to obtain the same effect as the above embodiment. Further, by recording the monitoring program and the display program in a computer-readable recording medium and causing the computer to read and execute the monitoring program and the display program recorded in the recording medium, the same processing as in the above embodiment can be performed. may be realized.

図12は、監視プログラムまたは表示プログラムを実行するコンピュータを示す図である。図12に例示するように、コンピュータ1000は、例えば、メモリ1010と、CPU1020と、ハードディスクドライブインタフェース1030と、ディスクドライブインタフェース1040と、シリアルポートインタフェース1050と、ビデオアダプタ1060と、ネットワークインタフェース1070とを有し、これらの各部はバス1080によって接続される。 FIG. 12 is a diagram showing a computer executing a monitoring program or a display program. As illustrated in FIG. 12, computer 1000 includes, for example, memory 1010, CPU 1020, hard disk drive interface 1030, disk drive interface 1040, serial port interface 1050, video adapter 1060, and network interface 1070. , and these units are connected by a bus 1080 .

メモリ1010は、図12に例示するように、ROM(Read Only Memory)1011及びRAM1012を含む。ROM1011は、例えば、BIOS(Basic Input Output System)等のブートプログラムを記憶する。ハードディスクドライブインタフェース1030は、図12に例示するように、ハードディスクドライブ1090に接続される。ディスクドライブインタフェース1040は、図12に例示するように、ディスクドライブ1100に接続される。例えば磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能な記憶媒体が、ディスクドライブ1100に挿入される。シリアルポートインタフェース1050は、図12に例示するように、例えばマウス1110、キーボード1120に接続される。ビデオアダプタ1060は、図12に例示するように、例えばディスプレイ1130に接続される。 The memory 1010 includes a ROM (Read Only Memory) 1011 and a RAM 1012 as illustrated in FIG. The ROM 1011 stores a boot program such as BIOS (Basic Input Output System). Hard disk drive interface 1030 is connected to hard disk drive 1090 as illustrated in FIG. Disk drive interface 1040 is connected to disk drive 1100 as illustrated in FIG. A removable storage medium such as a magnetic disk or optical disk is inserted into the disk drive 1100 . The serial port interface 1050 is connected to, for example, a mouse 1110 and a keyboard 1120, as illustrated in FIG. Video adapter 1060 is connected to display 1130, for example, as illustrated in FIG.

ここで、図12に例示するように、ハードディスクドライブ1090は、例えば、OS1091、アプリケーションプログラム1092、プログラムモジュール1093、プログラムデータ1094を記憶する。すなわち、上記の、監視プログラムまたは表示プログラムは、コンピュータ1000によって実行される指令が記述されたプログラムモジュールとして、例えばハードディスクドライブ1090に記憶される。 Here, as illustrated in FIG. 12, the hard disk drive 1090 stores an OS 1091, application programs 1092, program modules 1093, and program data 1094, for example. That is, the monitoring program or display program described above is stored, for example, in the hard disk drive 1090 as a program module in which instructions to be executed by the computer 1000 are described.

また、上記実施形態で説明した各種データは、プログラムデータとして、例えばメモリ1010やハードディスクドライブ1090に記憶される。そして、CPU1020が、メモリ1010やハードディスクドライブ1090に記憶されたプログラムモジュール1093やプログラムデータ1094を必要に応じてRAM1012に読み出し、各種処理手順を実行する。 Various data described in the above embodiments are stored as program data in the memory 1010 or the hard disk drive 1090, for example. Then, the CPU 1020 reads the program modules 1093 and program data 1094 stored in the memory 1010 and the hard disk drive 1090 to the RAM 1012 as necessary, and executes various processing procedures.

なお、監視プログラムまたは表示プログラムに係るプログラムモジュール1093やプログラムデータ1094は、ハードディスクドライブ1090に記憶される場合に限られず、例えば着脱可能な記憶媒体に記憶され、ディスクドライブ等を介してCPU1020によって読み出されてもよい。あるいは、監視プログラムまたは表示プログラムに係るプログラムモジュール1093やプログラムデータ1094は、ネットワーク(LAN(Local Area Network)、WAN(Wide Area Network)等)を介して接続された他のコンピュータに記憶され、ネットワークインタフェース1070を介してCPU1020によって読み出されてもよい。 Note that the program module 1093 and program data 1094 related to the monitoring program or display program are not limited to being stored in the hard disk drive 1090. For example, they are stored in a removable storage medium and read by the CPU 1020 via a disk drive or the like. may be Alternatively, the program module 1093 and program data 1094 related to the monitoring program or display program are stored in another computer connected via a network (LAN (Local Area Network), WAN (Wide Area Network), etc.) and are stored in a network interface. It may be read by CPU 1020 via 1070 .

上記の実施形態やその変形は、本願が開示する技術に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 The above-described embodiments and modifications thereof are included in the scope of the invention described in the claims and their equivalents, as well as in the technology disclosed in the present application.

10、10A 監視装置
11 収集部
12 異常予測部
12a 分析フレーム抽出部
12b フレーム異常評価値算出部
13 出力可視化部
13a 異常判定部
13b チャート表示部
14 算出部
14a 重要度計算部
14b 重要度ノイズ除去部
15 重要度可視化部
15a、21 取得部
15b、22 作成部
15c、23 重要度表示部
15d、24 報知部
16 プロセスデータバッファ
17 分析フレームバッファ
18 フレーム異常評価値バッファ
20 表示装置
100 監視システム
10, 10A monitoring device 11 collection unit 12 abnormality prediction unit 12a analysis frame extraction unit 12b frame abnormality evaluation value calculation unit 13 output visualization unit 13a abnormality determination unit 13b chart display unit 14 calculation unit 14a importance calculation unit 14b importance noise removal unit 15 importance visualization unit 15a, 21 acquisition unit 15b, 22 creation unit 15c, 23 importance display unit 15d, 24 notification unit 16 process data buffer 17 analysis frame buffer 18 frame abnormality evaluation value buffer 20 display device 100 monitoring system

Claims (3)

監視対象設備で取得された複数のデータを入力として、前記監視対象設備の状態を予測するためのニューラルネットワークである学習済モデルを用いて、所定の出力値を出力する予測手段と、
前記学習済モデルに入力された各時刻における各データと、前記学習済モデルから出力された所定の出力値とを用いて、前記各時刻における入力項目ごとの前記所定の出力値に対する重要度であって、前記各データが前記学習済モデルの前記出力値にどれだけ寄与したかを示す時間変化する各時刻における重要度を算出する算出手段と
を有し、
前記算出手段は、入力値から出力値を算出する前記学習済モデルにおいて、前記出力値の各入力値に関する偏微分値またはその概算値を用いて、前記各時刻における入力項目ごとに、前記重要度を算出することを特徴とする監視装置。
prediction means for outputting a predetermined output value using a trained model, which is a neural network for predicting the state of the monitored equipment, with a plurality of data acquired by the monitored equipment as inputs;
The degree of importance for the predetermined output value for each input item at each time, using each data at each time input to the learned model and a predetermined output value output from the learned model. and calculating means for calculating the degree of importance at each time that changes with time indicating how much each of the data has contributed to the output value of the trained model,
The calculation means calculates the importance level for each input item at each time using a partial differential value or an approximate value thereof with respect to each input value of the output value in the learned model that calculates the output value from the input value A monitoring device characterized by calculating
監視装置によって実行される監視方法であって、
監視対象設備で取得された複数のデータを入力として、前記監視対象設備の状態を予測するためのニューラルネットワークである学習済モデルを用いて、所定の出力値を出力する予測工程と、
前記学習済モデルに入力された各時刻における各データと、前記学習済モデルから出力された所定の出力値とを用いて、前記各時刻における入力項目ごとの前記所定の出力値に対する重要度であって、前記各データが前記学習済モデルの前記出力値にどれだけ寄与したかを示す時間変化する各時刻における重要度を算出する算出工程と
を含み、
前記算出工程は、入力値から出力値を算出する前記学習済モデルにおいて、前記出力値の各入力値に関する偏微分値またはその概算値を用いて、前記各時刻における入力項目ごとに、前記重要度を算出することを特徴とする監視方法。
A monitoring method performed by a monitoring device, comprising:
a prediction step of outputting a predetermined output value using a trained model, which is a neural network for predicting the state of the monitored equipment, with a plurality of data acquired by the monitored equipment as input;
The degree of importance for the predetermined output value for each input item at each time, using each data at each time input to the learned model and a predetermined output value output from the learned model. a calculation step of calculating a time-varying degree of importance at each time indicating how much each of the data contributed to the output value of the trained model,
The calculating step, in the learned model that calculates the output value from the input value, uses a partial differential value or an approximate value thereof with respect to each input value of the output value, and calculates the importance level for each input item at each time A monitoring method characterized by calculating
監視対象設備で取得された複数のデータを入力として、前記監視対象設備の状態を予測するためのニューラルネットワークである学習済モデルを用いて、所定の出力値を出力する予測ステップと、
前記学習済モデルに入力された各時刻における各データと、前記学習済モデルから出力された所定の出力値とを用いて、前記各時刻における入力項目ごとの前記所定の出力値に対する重要度であって、前記各データが前記学習済モデルの前記出力値にどれだけ寄与したかを示す時間変化する各時刻における重要度を算出する算出ステップと
をコンピュータに実行させ、
前記算出ステップは、入力値から出力値を算出する前記学習済モデルにおいて、前記出力値の各入力値に関する偏微分値またはその概算値を用いて、前記各時刻における入力項目ごとに、前記重要度を算出することを特徴とする監視プログラム。
a prediction step of outputting a predetermined output value using a trained model, which is a neural network for predicting the state of the monitored equipment, with a plurality of data acquired by the monitored equipment as inputs;
The degree of importance for the predetermined output value for each input item at each time, using each data at each time input to the learned model and a predetermined output value output from the learned model. and causing a computer to perform a calculation step of calculating a time-varying degree of importance at each time indicating how much each data contributed to the output value of the trained model,
The calculating step, in the learned model that calculates an output value from an input value, uses a partial derivative value or an approximate value thereof with respect to each input value of the output value, and calculates the importance level for each input item at each time. A monitoring program characterized by calculating
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