JP7408911B2 - Anomaly detection device and anomaly detection method - Google Patents

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Description

本発明は、異常検知装置及び異常検知方法に関する。 The present invention relates to an abnormality detection device and an abnormality detection method.

近年、センシング機器(以降、単に「センサ」とも表す。)の発達や通信費の低下等を理由としてセンサデータの収集が容易になってきており、収集されたセンサデータを用いて設備や機械の異常を検知することへのニーズが高まっている。複数のデータから異常を検知する技術の1つとして、主成分分析(PCA:Principal Component Analysis)が幅広く利用されている。PCAは教師無し学習の統計的手法であるため実運用で得ることが困難な場合がある異常データが不要であり、正常モデルからのズレを表すQ統計量やT統計量を算出することで異常原因が説明可能な利点がある。 In recent years, it has become easier to collect sensor data due to the development of sensing devices (hereinafter also simply referred to as "sensors") and the decline in communication costs, and the collected sensor data can be used to improve equipment and machinery. There is a growing need to detect abnormalities. Principal Component Analysis (PCA) is widely used as one of the techniques for detecting abnormalities from multiple data. Since PCA is a statistical method of unsupervised learning, it does not require abnormal data that may be difficult to obtain in actual operation, and by calculating the Q statistic and T 2 statistic that represent the deviation from the normal model. This has the advantage that the cause of the abnormality can be explained.

例えば、特許文献1では、回転機械の異常を検知する技術として、正常な振動情報を加工した上でPCAにより正常モデルを構築し、新しい振動情報が与えられた際に正常モデルで評価することで統計量を算出することが開示されている。 For example, in Patent Document 1, as a technology for detecting abnormalities in rotating machinery, normal vibration information is processed, a normal model is constructed using PCA, and when new vibration information is given, evaluation is performed using the normal model. Calculating statistics is disclosed.

特許第4312477号公報Patent No. 4312477

ここで、プラント等の連続系プロセスを異常検知の対象とした場合、連続系プロセスには特性変動が存在するため、適切な異常検知が行えないことがある。 Here, when a continuous process such as a plant is targeted for abnormality detection, appropriate abnormality detection may not be possible because the continuous process has characteristic fluctuations.

例えば、図1(a)に示すように、季節等の期間に応じて周期的にセンサ値が変動するような特性変動(これは、「周期的変動」とも称される。)が存在する場合には、異なる季節等の期間のデータを学習データに用いると、異常有無の検知対象の期間のデータが正常データであっても統計量(Q統計量やT統計量)が学習時よりも高くなり、異常と誤検知されてしまうことがある。具体的には、図1(a)に示すように、期間1のセンサ値を学習データとして正常モデルを構築した場合、期間2のセンサ値が正常データであっても学習時よりも統計量が高くなり、異常と誤検知されてしまうことがある。 For example, as shown in FIG. 1(a), when there is a characteristic variation in which the sensor value periodically varies depending on the season or other period (this is also referred to as "periodic variation"). When data from periods such as different seasons is used as training data, the statistics (Q statistics and T2 statistics) may be lower than during training even if the data for the period to be detected for abnormality is normal data. It may become high and may be falsely detected as an abnormality. Specifically, as shown in Figure 1(a), if a normal model is constructed using the sensor values of period 1 as learning data, the statistics will be lower than during learning even if the sensor values of period 2 are normal data. It may become high and may be falsely detected as an abnormality.

また、図1(b)に示すように、例えば設備点検による部品交換等でセンサ値が不連続に変動するような特性変動(これは、「不連続変動」とも称される。)が存在する場合には、設備点検前のデータを学習データに用いると、設備点検後のデータが正常データであっても統計量が学習時よりも高くなり、異常と誤検知されてしまうことがある。具体的には、図1(b)に示すように、設備点検前のセンサ値を学習データとして正常モデルを構築した場合、設備点検後のセンサ値が正常データであっても学習時よりも統計量が高くなり、異常と誤検知されてしまうことがある。 Furthermore, as shown in FIG. 1(b), there are characteristic fluctuations (this is also referred to as "discontinuous fluctuations") such as discontinuous fluctuations in sensor values due to parts replacement during equipment inspection, etc. In some cases, if data before equipment inspection is used as learning data, even if the data after equipment inspection is normal data, the statistical value will be higher than during learning, and it may be falsely detected as abnormal. Specifically, as shown in Figure 1(b), if a normal model is constructed using the sensor values before equipment inspection as learning data, the statistics will be lower than during learning even if the sensor values after equipment inspection are normal data. The amount may become high and may be falsely detected as an abnormality.

また、図1(c)に示すように、例えば経年劣化等の影響によってセンサ値が変動するような特性変動(これは、「長期的変動」とも称される。)が存在する場合には、経年劣化前のデータを学習データに用いると、経年劣化後のデータが正常データであっても統計量が学習時よりも高くなり、異常と誤検知されてしまうことがある。具体的には、図1(c)に示すように、経年劣化前のセンサ値を学習データとして正常モデルを構築した場合、経年劣化後のセンサ値が正常データであっても学習時よりも統計量が高くなり、異常と誤検知されてしまうことがある。 Furthermore, as shown in FIG. 1(c), if there are characteristic fluctuations (also referred to as "long-term fluctuations") such as fluctuations in sensor values due to the influence of aging, etc., If data before deterioration over time is used as learning data, even if the data after deterioration over time is normal data, the statistical amount will be higher than during learning, and it may be falsely detected as abnormal. Specifically, as shown in Figure 1(c), when a normal model is constructed using sensor values before aging as learning data, even if the sensor values after aging are normal data, the statistics are lower than during learning. The amount may become high and may be falsely detected as an abnormality.

更に、センサを数十台から数百台以上も用いる大規模な連続系プロセスでは、センサの組み合わせによっては線形関係が維持できないため、適切な異常検知ができない場合がある。例えば、大規模な連続系プロセスでは、図2に示すように、センサ1のセンサ値とセンサ2のセンサ値との間には線形関係がある一方で、センサ9のセンサ値とセンサ1のセンサ値との間には線形関係がない、という事態が発生し得る。このため、センサ間の線形関係が維持できなくなり、連続系プロセスの全てのセンサ値を用いてPCAを適用した場合に、Q統計量やT統計量の値が不安定となって誤検知が発生する場合がある。なお、以降では、線形関係を維持することを「線形関係維持」とも表す。 Furthermore, in large-scale continuous processes that use tens to hundreds of sensors, appropriate abnormality detection may not be possible because a linear relationship cannot be maintained depending on the combination of sensors. For example, in a large-scale continuous process, there is a linear relationship between the sensor value of sensor 1 and the sensor value of sensor 2, as shown in FIG. A situation may occur where there is no linear relationship between the values. For this reason, the linear relationship between sensors cannot be maintained, and when PCA is applied using all sensor values of a continuous process, the values of Q statistics and T2 statistics become unstable and false positives occur. This may occur. Note that, hereinafter, maintaining a linear relationship will also be referred to as "maintaining a linear relationship."

以上の特性変動及び線形関係維持に対して、例えばプラント等の運用者がデータ分析を行って、特性変動や線形関係維持を考慮して正常モデルを更新したり、事前に異常検知対象の物理的位置に基づいて運用者がプロセスの分割を行ったりしていた。例えば、プロセス分割として、図3に示すように、互いに線形関係を有するセンサ同士を1つのプロセスとして、連続系プロセスを分割することが行われていた。しかしながら、このように運用者がデータ分析を行ったり、プロセス分割を行ったりすることは、コスト(すなわち、エンジニアリングコスト)が高くなる場合があった。 In order to deal with the above characteristic fluctuations and maintenance of linear relationships, for example, operators of plants, etc. may perform data analysis and update the normal model by taking into account the characteristic fluctuations and maintenance of linear relationships, or they can update the normal model in advance by Operators sometimes divided processes based on location. For example, as shown in FIG. 3, as process division, a continuous process has been divided by treating sensors that have a linear relationship with each other as one process. However, when an operator performs data analysis or process division in this way, costs (that is, engineering costs) may increase.

本発明の実施の形態は、上記の点に鑑みてなされたもので、特性変動や線形関係維持を考慮した異常検知を実現することを目的とする。 The embodiments of the present invention have been made in view of the above points, and an object thereof is to realize abnormality detection in consideration of characteristic fluctuations and maintenance of linear relationships.

上記目的を達成するため、本発明の実施の形態における異常検知装置は、特性変動が存在する連続系プロセスで発生した異常を検知する異常検知装置であって、前記連続系プロセスについてセンサを用いてセンシングしたセンサ情報を入力する入力部と、過去のセンサ情報のうち、前記入力部が入力したセンサ情報の近傍となるセンサ情報を抽出する抽出部と、前記抽出部が抽出したセンサ情報を学習データとして主成分分析によりモデルを構築するモデル構築部と、前記モデル構築部が構築したモデルと、前記入力部が入力したセンサ情報とを用いて、前記連続系プロセスでの異常の発生有無を評価する評価部と、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an abnormality detection device according to an embodiment of the present invention is an abnormality detection device that detects an abnormality that occurs in a continuous process in which characteristic fluctuations exist, and which uses a sensor for the continuous process. an input unit that inputs sensed sensor information; an extraction unit that extracts sensor information that is close to the sensor information input by the input unit from past sensor information; and a learning data that uses the sensor information extracted by the extraction unit. a model construction unit that constructs a model by principal component analysis, and evaluates whether an abnormality occurs in the continuous process using the model constructed by the model construction unit and sensor information input by the input unit. An evaluation section.

また、本発明の実施の形態における異常検知装置は、前記過去のセンサ情報を用いて、前記連続系プロセスを、各センサ間のセンサ情報が線形関係を維持した1以上のプロセスとして分割する分割部を有し、前記抽出部は、前記分割部が分割したプロセス毎に、前記入力部が入力したセンサ情報の近傍となる過去のセンサ情報を抽出し、前記モデル構築部は、前記分割部が分割したプロセス毎に、前記モデルを構築し、前記評価部は、前記分割部が分割したプロセス毎に、前記モデルと、前記入力部が入力したセンサ情報とを用いて、前記連続系プロセスでの異常の発生有無を評価する、ことを特徴とする。 Further, the abnormality detection device according to the embodiment of the present invention includes a dividing unit that uses the past sensor information to divide the continuous process into one or more processes in which sensor information between each sensor maintains a linear relationship. The extraction unit extracts past sensor information that is close to the sensor information input by the input unit for each process divided by the division unit, and the model construction unit extracts past sensor information that is close to the sensor information input by the input unit, for each process divided by the division unit, The evaluation unit constructs the model for each process divided by the division unit, and uses the model and sensor information input by the input unit to determine the abnormality in the continuous process. It is characterized by evaluating whether or not the occurrence of

特性変動や線形関係維持を考慮した異常検知を実現することができる。 It is possible to realize anomaly detection that takes into consideration characteristic fluctuations and linear relationship maintenance.

特性変動による誤検知の一例を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining an example of false detection due to characteristic fluctuations. 線形関係が維持できない場合における各センサ間の関係の一例を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining an example of the relationship between sensors when a linear relationship cannot be maintained. プロセス分割の一例を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining an example of process division. 本実施形態に係る異常検知装置の機能構成の一例を示す図である。1 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of an abnormality detection device according to an embodiment. 同一プロセスにおける特性変動前後でのデータの分布の一例を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining an example of data distribution before and after characteristic variation in the same process. 本実施形態に係る異常検知装置のハードウェア構成の一例を示す図である。1 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of an abnormality detection device according to an embodiment. 本実施形態に係るプロセス分割処理の一例を示すフローチャートである。7 is a flowchart illustrating an example of process division processing according to the present embodiment. 本実施形態に係る異常検知処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of abnormality detection processing concerning this embodiment.

以下、本発明の実施の形態(以降、「本実施形態」と表す。)について詳細に説明する。本実施形態では、特性変動や線形関係維持を考慮した異常検知が可能な異常検知装置10について説明する。本実施形態に係る異常検知装置10は、連続系プロセスの異常検知の対象として、この連続系プロセスの特性変動や線形関係維持を考慮して、プロセス分割を行うと共にPCAによる正常モデル(以降、「PCAモデル」とも表す。)を構築することで、当該特性変動や線形関係維持を考慮した異常検知を実現する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as "this embodiment") will be described in detail. In this embodiment, an anomaly detection device 10 that is capable of detecting anomaly in consideration of characteristic fluctuations and maintenance of a linear relationship will be described. The abnormality detection device 10 according to the present embodiment performs process division, taking into account characteristic fluctuations and linear relationship maintenance of the continuous process, and uses a normal model (hereinafter referred to as " By constructing a ``PCA model'' (also referred to as ``PCA model''), anomaly detection is realized taking into consideration the characteristic fluctuations and maintenance of linear relationships.

<異常検知装置10の機能構成>
まず、本実施形態に係る異常検知装置10の機能構成について、図4を参照しながら説明する。図4は、本実施形態に係る異常検知装置10の機能構成の一例を示す図である。
<Functional configuration of the abnormality detection device 10>
First, the functional configuration of the abnormality detection device 10 according to this embodiment will be described with reference to FIG. 4. FIG. 4 is a diagram showing an example of the functional configuration of the abnormality detection device 10 according to the present embodiment.

図4に示すように、本実施形態に係る異常検知装置10は、機能部として、入力部101と、プロセス分割部102と、近傍データ抽出部103と、モデル構築部104と、評価部105と、出力部106とを有する。また、本実施形態に係る異常検知装置10は、記憶部107を有する。 As shown in FIG. 4, the abnormality detection device 10 according to the present embodiment includes an input section 101, a process division section 102, a neighborhood data extraction section 103, a model construction section 104, and an evaluation section 105 as functional sections. , and an output section 106. Further, the abnormality detection device 10 according to the present embodiment includes a storage unit 107.

入力部101は、所定の時間毎(例えば、センシング機器20のセンシング周期毎)に、複数のセンシング機器20のセンサ値が含まれるセンサ情報を入力(収集)する。なお、本実施形態では、簡単のため、センサ情報には複数のセンシング機器20それぞれのセンサ値が含まれるものとするが、入力部101は、各センシング機器20からセンサ値をそれぞれ収集した上で、これら収集したセンサ値を含むセンサ情報を作成しても良い。そして、入力部101は、収集したセンサ情報を記憶部107に保存する。これにより、記憶部107には、センサ情報が時系列データとして記憶される。 The input unit 101 inputs (collects) sensor information including sensor values of a plurality of sensing devices 20 at predetermined time intervals (for example, every sensing cycle of the sensing devices 20). In this embodiment, for simplicity, it is assumed that the sensor information includes the sensor values of each of the plurality of sensing devices 20, but the input unit 101 collects the sensor values from each of the sensing devices 20, and then , sensor information including these collected sensor values may be created. The input unit 101 then stores the collected sensor information in the storage unit 107. Thereby, the sensor information is stored in the storage unit 107 as time series data.

また、入力部101は、連続系プロセスの設備情報を入力して、入力された設備情報を記憶部107に保存する。ここで、設備情報とは、例えば、連続系プロセスのプロセス種別や正常範囲、異常範囲、イベント情報(例えば、操業日、操業周期、設備点検日、設備点検周期等)、設備の物理的な位置等が含まれる情報である。 Further, the input unit 101 inputs equipment information of the continuous process and stores the input equipment information in the storage unit 107 . Here, equipment information includes, for example, the process type, normal range, abnormal range of continuous process, event information (e.g., operation date, operation cycle, equipment inspection date, equipment inspection cycle, etc.), and the physical location of the equipment. This information includes the following information.

なお、入力部101は、設備情報が変更されない限りは、設備情報の入力及び保存を再度行う必要はない。入力部101は、設備情報に含まれる各情報のうちの少なくとも1つの情報が変更された場合に、変更後の設備情報を入力し、入力した設備情報を記憶部107に保存(上書き)する。 Note that the input unit 101 does not need to input and save the equipment information again unless the equipment information is changed. When at least one piece of information included in the equipment information is changed, the input unit 101 inputs the changed equipment information and stores (overwrites) the input equipment information in the storage unit 107.

以降では、複数のセンシング機器20の各々について、「センサ1」、「センサ2」、「センサ3」等とも表す。より一般に、iを1以上の整数として、「センサi」とも表す。なお、センサの総数をI、センサiのセンサ値をx、各センサ情報のインデックスをn(つまり、時刻インデックス)とすれば、n番目のセンサ情報は、(x(n),・・・,x(n))と表すことができる。 Hereinafter, each of the plurality of sensing devices 20 will also be referred to as "sensor 1,""sensor2,""sensor3," etc. More generally, it is also expressed as "sensor i", where i is an integer of 1 or more. Note that if the total number of sensors is I, the sensor value of sensor i is x i , and the index of each sensor information is n (that is, time index), then the nth sensor information is (x 1 (n),... , x I (n)).

プロセス分割部102は、記憶部107に記憶されているセンサ情報を用いて、複数のセンシング機器20をプロセス分割する。すなわち、プロセス分割部102は、同一プロセスに属するセンシング機器20のセンサ値間で線形関係を有するように連続系プロセスを分割する。連続系プロセスの分割結果は、記憶部107に記保存される。 The process division unit 102 uses the sensor information stored in the storage unit 107 to divide the plurality of sensing devices 20 into processes. That is, the process dividing unit 102 divides the continuous process so that there is a linear relationship between the sensor values of the sensing devices 20 belonging to the same process. The division results of the continuous process are stored in the storage unit 107.

近傍データ抽出部103は、プロセス分割部102によって分割されたプロセス毎に、評価時点データの近傍となるデータ群を抽出する。評価時点データとは、連続系プロセスでの異常発生有無を評価する時点におけるセンサ情報のことである。 The neighborhood data extraction unit 103 extracts a data group that is close to the evaluation point data for each process divided by the process division unit 102 . Evaluation point data refers to sensor information at the point in time when evaluating whether or not an abnormality has occurred in a continuous process.

ここで、例えば、或るプロセスにセンサ1とセンサ2とが有し、特性変動の前後で、センサ1のセンサ値とセンサ2のセンサ値との関係の分布が図5に示すようなものであったとする。また、特性変動前の分布を「データ群1」、特性変動後のデータ群を「データ群2」として、評価時点データに含まれるセンサ1のセンサ値とセンサ2のセンサ値とを「クエリ」とする。このとき、評価時点データの近傍となるデータ群を抽出するとは、上記のデータ群2を抽出することを意味する。評価時点データと近傍となるデータ群を抽出することで、当該評価時点データと同一の特性変動のデータ群を得ることができる。 Here, for example, if sensor 1 and sensor 2 have a certain process, and the distribution of the relationship between the sensor value of sensor 1 and the sensor value of sensor 2 before and after a characteristic change is as shown in FIG. Suppose there was. In addition, the distribution before the characteristic change is defined as “data group 1” and the data group after the characteristic change is “data group 2”, and the sensor value of sensor 1 and sensor value of sensor 2 included in the evaluation time data are “queried”. shall be. At this time, extracting a data group near the evaluation time point data means extracting the data group 2 described above. By extracting a data group that is close to the evaluation point data, it is possible to obtain a data group with the same characteristic fluctuations as the evaluation point data.

以降では、評価時点データに含まれる各センサ値のうち、該当のプロセスに属するセンシング機器20のセンサ値を「クエリ」と表す。つまり、クエリとは、評価時点データに含まれる各センサ値の中から、該当のプロセスに属するセンシング機器20のセンサ値のみを抽出したベクトル(又はスカラー)である。 Hereinafter, among the sensor values included in the evaluation point data, the sensor value of the sensing device 20 belonging to the corresponding process will be referred to as a "query." In other words, the query is a vector (or scalar) obtained by extracting only the sensor values of the sensing device 20 belonging to the corresponding process from among the sensor values included in the evaluation time data.

モデル構築部104は、プロセス分割部102によって分割されたプロセス毎に、近傍データ抽出部103によって抽出されたデータ群を学習データ(より正確には、学習データ群)としてPCAモデルを作成する。そして、モデル構築部104は、作成したPCAモデルと、当該データ群に含まれる各データとを用いて、所定の統計量(Q統計量及びT統計量の少なくとも一方)を算出する。以降では、このとき算出されるQ統計量及びT統計量をそれぞれ「モデル構築時のQ統計量」及び「モデル構築時のT統計量」とも表す。なお、当該データ群を構成する各々のデータに対して所定の統計量(モデル構築時のQ統計量及びモデル構築時のT統計量の少なくとも一方)が算出される。 The model construction unit 104 creates a PCA model for each process divided by the process division unit 102, using the data group extracted by the neighborhood data extraction unit 103 as learning data (more precisely, a learning data group). Then, the model construction unit 104 calculates a predetermined statistic (at least one of the Q statistic and the T 2 statistic) using the created PCA model and each data included in the data group. Hereinafter, the Q statistic and T 2 statistic calculated at this time will also be referred to as "Q statistic at the time of model construction" and "T 2 statistic at the time of model construction", respectively. Note that a predetermined statistic (at least one of the Q statistic at the time of model construction and the T 2 statistic at the time of model construction) is calculated for each data constituting the data group.

また、モデル構築部104は、所定の統計量(モデル構築時のQ統計量及びモデル構築時のT統計量の少なくとも一方)を記憶部107に保存する。 The model construction unit 104 also stores a predetermined statistic (at least one of the Q statistic at the time of model construction and the T2 statistic at the time of model construction) in the storage unit 107.

評価部105は、モデル構築部104によって作成されたPCAモデルと、評価時点データとを用いて、所定の統計量(Q統計量及びT統計量の少なくとも一方)を算出する。以降では、このとき算出されるQ統計量及びT統計量をそれぞれ「評価時のQ統計量」及び「評価時のT統計量」とも表す。 The evaluation unit 105 calculates a predetermined statistic (at least one of the Q statistic and the T 2 statistic) using the PCA model created by the model construction unit 104 and the evaluation time data. Hereinafter, the Q statistic and T 2 statistic calculated at this time will also be referred to as "Q statistic at the time of evaluation" and "T 2 statistic at the time of evaluation," respectively.

そして、評価部105は、評価時のQ統計量及び/又は評価時のT統計量と、記憶部107に記憶されているモデル構築時のQ統計量及び/又はモデル構築時のT統計量とにより、評価時点において連続系プロセスで異常が発生したか否かを評価する。また、異常が発生したと評価された場合、評価部105は、更に、異常原因の分析を行っても良い。 Then, the evaluation unit 105 uses the Q statistic and/or the T 2 statistic at the time of evaluation, and the Q statistic and/or T 2 statistic at the time of model construction stored in the storage unit 107. Based on the amount, it is evaluated whether an abnormality has occurred in the continuous process at the time of evaluation. Furthermore, when it is determined that an abnormality has occurred, the evaluation unit 105 may further analyze the cause of the abnormality.

出力部106は、評価部105による評価結果や異常原因の分析結果を所定の出力先に出力する。異常が発生したことを示す評価結果が出力されることで、異常が検知される。ここで、所定の出力先は任意の出力先とすることができる。所定の出力先としては、例えば、ディスプレイや記憶装置等であっても良いし、ネットワークを介して接続される所定の装置等であっても良い。 The output unit 106 outputs the evaluation result and the analysis result of the cause of the abnormality by the evaluation unit 105 to a predetermined output destination. An abnormality is detected by outputting an evaluation result indicating that an abnormality has occurred. Here, the predetermined output destination can be any output destination. The predetermined output destination may be, for example, a display, a storage device, or the like, or a predetermined device connected via a network.

記憶部107には、センサ情報や設備情報、プロセス分割結果、評価時のQ統計量、評価時のT統計量等が記憶される。これらの他にも、任意の処理結果や計算結果等が記憶されても良い。 The storage unit 107 stores sensor information, equipment information, process division results, Q statistics at the time of evaluation, T2 statistics at the time of evaluation, and the like. In addition to these, arbitrary processing results, calculation results, etc. may be stored.

<異常検知装置10のハードウェア構成>
次に、本実施形態に係る異常検知装置10のハードウェア構成について、図6を参照しながら説明する。図6は、本実施形態に係る異常検知装置10のハードウェア構成の一例を示す図である。
<Hardware configuration of abnormality detection device 10>
Next, the hardware configuration of the abnormality detection device 10 according to this embodiment will be described with reference to FIG. 6. FIG. 6 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the abnormality detection device 10 according to the present embodiment.

図6に示すように、本実施形態に係る異常検知装置10は、ハードウェアとして、入力装置201と、表示装置202と、外部I/F203と、通信I/F204と、ROM(Read Only Memory)205と、RAM(Random Access Memory)206と、CPU(Central Processing Unit)207と、補助記憶装置208とを有する。これら各ハードウェアは、バス209により相互に通信可能に接続されている。 As shown in FIG. 6, the abnormality detection device 10 according to the present embodiment includes an input device 201, a display device 202, an external I/F 203, a communication I/F 204, and a ROM (Read Only Memory) as hardware. 205 , a RAM (Random Access Memory) 206 , a CPU (Central Processing Unit) 207 , and an auxiliary storage device 208 . These pieces of hardware are connected to each other by a bus 209 so that they can communicate with each other.

入力装置201は、例えば各種ボタンやタッチパネル、キーボード、マウス等であり、異常検知装置10に各種の操作を入力するのに用いられる。表示装置202は、例えばディスプレイ等であり、異常検知装置10による各種の処理結果を表示する。なお、異常検知装置10は、入力装置201及び表示装置202の少なくとも一方を有していなくても良い。 The input device 201 is, for example, various buttons, a touch panel, a keyboard, a mouse, etc., and is used to input various operations to the abnormality detection device 10. The display device 202 is, for example, a display, and displays various processing results by the abnormality detection device 10. Note that the abnormality detection device 10 does not need to have at least one of the input device 201 and the display device 202.

外部I/F203は、外部装置とのインタフェースである。外部装置には、記録媒体203a等がある。異常検知装置10は、外部I/F203を介して、記録媒体203aの読み取りや書き込み等を行うことができる。記録媒体203aには、例えば、SDメモリカード(SD memory card)やUSBメモリ、CD(Compact Disk)、DVD(Digital Versatile Disk)等がある。なお、異常検知装置10が有する各機能部(例えば、入力部101、プロセス分割部102、近傍データ抽出部103、モデル構築部104、評価部105及び出力部106等)を実現する1以上のプログラムは、記録媒体203aに格納されていても良い。 External I/F 203 is an interface with an external device. The external device includes a recording medium 203a and the like. The abnormality detection device 10 can read and write data on the recording medium 203a via the external I/F 203. Examples of the recording medium 203a include an SD memory card, a USB memory, a CD (Compact Disk), and a DVD (Digital Versatile Disk). Note that one or more programs realize each functional unit (for example, input unit 101, process division unit 102, neighborhood data extraction unit 103, model construction unit 104, evaluation unit 105, output unit 106, etc.) of the abnormality detection device 10. may be stored in the recording medium 203a.

通信I/F204は、異常検知装置10が他の装置や機器(例えば、センシング機器20等)との間でデータ通信を行うためのインタフェースである。なお、異常検知装置10が有する各機能部を実現する1以上のプログラムは、通信I/F204を介して、所定のサーバ等から取得(ダウンロード)されても良い。 The communication I/F 204 is an interface through which the abnormality detection device 10 performs data communication with other devices and devices (for example, the sensing device 20, etc.). Note that one or more programs that implement each functional unit included in the abnormality detection device 10 may be acquired (downloaded) from a predetermined server or the like via the communication I/F 204.

ROM205は、電源を切ってもデータを保持することができる不揮発性の半導体メモリである。RAM206は、プログラムやデータを一時保持する揮発性の半導体メモリである。CPU207は、例えば補助記憶装置208やROM205からプログラムやデータをRAM206上に読み出して、各種処理を実行する演算装置である。異常検知装置10が有する各機能部は、例えば補助記憶装置208等に格納された1以上のプログラムがCPU207に実行させる処理により実現される。 The ROM 205 is a nonvolatile semiconductor memory that can retain data even when the power is turned off. The RAM 206 is a volatile semiconductor memory that temporarily holds programs and data. The CPU 207 is an arithmetic device that reads programs and data from, for example, the auxiliary storage device 208 and the ROM 205 onto the RAM 206 and executes various processes. Each functional unit included in the abnormality detection device 10 is realized by, for example, processing executed by the CPU 207 by one or more programs stored in the auxiliary storage device 208 or the like.

補助記憶装置208は、例えばHDD(Hard Disk Drive)やSSD(Solid State Drive)等であり、プログラムやデータを格納している不揮発性のメモリである。補助記憶装置208に格納されているプログラムやデータには、例えば、異常検知装置10が有する各機能部を実現する1以上のプログラムや基本ソフトウェアであるOS(Operating System)、OS上で動作する各種アプリケーションプログラム等がある。なお、異常検知装置10の記憶部107は、例えば補助記憶装置208を用いて実現可能である。 The auxiliary storage device 208 is, for example, an HDD (Hard Disk Drive) or an SSD (Solid State Drive), and is a nonvolatile memory that stores programs and data. The programs and data stored in the auxiliary storage device 208 include, for example, one or more programs that implement each functional unit of the abnormality detection device 10, an OS (Operating System) that is basic software, and various programs that run on the OS. There are application programs, etc. Note that the storage unit 107 of the abnormality detection device 10 can be realized using, for example, an auxiliary storage device 208.

本実施形態に係る異常検知装置10は、図6に示すハードウェア構成を有することにより、後述する各種処理を実現することができる。なお、図6では、異常検知装置10が1台のコンピュータで実現される場合のハードウェア構成例を示したが、これに限られず、異常検知装置10は複数台のコンピュータで実現されていても良い。 The abnormality detection device 10 according to this embodiment has the hardware configuration shown in FIG. 6, so that it can implement various processes described below. Although FIG. 6 shows an example of the hardware configuration in which the anomaly detection device 10 is implemented by one computer, the present invention is not limited to this, and even if the anomaly detection device 10 is implemented by multiple computers. good.

<プロセス分割処理>
以降では、連続系プロセスをセンシングするセンシング機器20を複数のプロセスに分割する(すなわち、互いに線形関係を有するセンシング機器20同士を同一プロセスとして、連続系プロセスを分割する)ためのプロセス分割処理について、図7を参照しながら説明する。図7は、本実施形態に係るプロセス分割処理の一例を示すフローチャートである。なお、図7に示すプロセス分割処理は、例えば、所定の時間毎に定期的に実行される。
<Process division processing>
Hereinafter, a process division process for dividing a sensing device 20 that senses a continuous process into a plurality of processes (that is, dividing a continuous process by treating sensing devices 20 that have a linear relationship with each other as the same process) will be described. This will be explained with reference to FIG. FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of process division processing according to this embodiment. Note that the process division process shown in FIG. 7 is executed periodically, for example, at every predetermined time.

以降では、記憶部107にはN個のセンサ情報が記憶されているものとして、各センサ情報のインデックスをn(1≦n≦N)とする。 Hereinafter, it is assumed that N pieces of sensor information are stored in the storage unit 107, and the index of each piece of sensor information is n (1≦n≦N).

まず、プロセス分割部102は、記憶部107に記憶されているN個のセンサ情報を取得する(ステップS101)。 First, the process dividing unit 102 acquires N pieces of sensor information stored in the storage unit 107 (step S101).

次に、プロセス分割部102は、各センサ同士の相関係数を以下の式(1)により算出する(ステップS102)。 Next, the process division unit 102 calculates the correlation coefficient between each sensor using the following equation (1) (step S102).

Figure 0007408911000001
次に、プロセス分割部102は、相関係数rijが所定の閾値以上である場合にセンサiとセンサjとを同一プロセスとして、連続系プロセスを1以上のプロセスに分割する(ステップS103)。すなわち、プロセス分割部102は、相関係数rijが所定の閾値以上である場合にセンサiとセンサjとが同一プロセスとなるように、各センサiを分類する。これにより、連続系プロセスが複数のプロセスに分割される。ここで、プロセス分割部102によるプロセス分割結果(すなわち、分割後のどのプロセスにどのセンサiが属するかを示す情報)は、記憶部107に記憶される。
Figure 0007408911000001
Next, if the correlation coefficient r ij is greater than or equal to a predetermined threshold value, the process dividing unit 102 divides the continuous process into one or more processes, regarding sensor i and sensor j as the same process (step S103). That is, the process division unit 102 classifies each sensor i such that sensor i and sensor j belong to the same process when the correlation coefficient r ij is greater than or equal to a predetermined threshold. This divides the continuous process into multiple processes. Here, the process division result by the process division unit 102 (that is, information indicating which sensor i belongs to which process after division) is stored in the storage unit 107.

以上のように、本実施形態に係る異常検知装置10は、連続系プロセスを1以上のプロセスにプロセス分割することができる。このとき、相関係数が所定の閾値以上のセンサ同士(つまり、センサ値間の相関が高いセンサ同士)を同一プロセスとしてプロセス分割を行うことで、線形関係維持を考慮したプロセス分割を行うことができるようになる。これにより、プロセス分割後の各プロセスでは、当該プロセスに属するセンサ同士が線形関係を有するようになる。 As described above, the abnormality detection device 10 according to the present embodiment can divide a continuous process into one or more processes. At this time, by performing process division by treating sensors with correlation coefficients equal to or higher than a predetermined threshold (that is, sensors with high correlation between sensor values) as the same process, it is possible to perform process division in consideration of maintaining linear relationships. become able to. As a result, in each process after process division, the sensors belonging to the process have a linear relationship.

なお、上記の所定の閾値としては、例えば、プラント等の運用者が任意の値を設定すれば良い。また、上記では、センサ間の相関係数のみを用いてプロセス分割を行ったが、例えば、記憶部107に記憶されている設備情報に含まれるプロセス種別や設備(センサがセンシングする設備)の物理的な位置等も更に考慮して、プロセス分割を行っても良い。 Note that, as the above-mentioned predetermined threshold value, an arbitrary value may be set by, for example, an operator of the plant or the like. In addition, in the above, process division was performed using only the correlation coefficient between sensors, but for example, the process type included in the equipment information stored in the storage unit 107 or the physical The process may be divided by further considering the physical position and the like.

<異常検知処理>
以降では、上記のプロセス分割処理が実行済であることを前提として、連続系プロセスで異常が発生した場合に当該異常を検知するための異常検知処理について、図8を参照しながら説明する。図8は、本実施形態に係る異常検知処理の一例を示すフローチャートである。なお、以降では、上記のプロセス分割処理によって連続系プロセスが1以上のプロセスにプロセス分割されているものとする。
<Anomaly detection processing>
Hereinafter, on the premise that the process division process described above has been executed, an abnormality detection process for detecting an abnormality when an abnormality occurs in a continuous process will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of the abnormality detection process according to the present embodiment. In the following, it is assumed that the continuous process has been divided into one or more processes by the process division processing described above.

まず、入力部101は、評価時点データを入力する(ステップS201)。以降のステップS202~ステップS206は、入力部101が評価時点データを入力する度に繰り返し実行される。すなわち、例えば、入力部101が所定の時間毎に評価時点データを入力する場合、以降のステップS202~ステップS206は当該所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、入力部101は、入力した評価時点データをセンサ情報として記憶部107に保存する。 First, the input unit 101 inputs evaluation time data (step S201). Subsequent steps S202 to S206 are repeatedly executed each time the input unit 101 inputs evaluation time data. That is, for example, when the input unit 101 inputs evaluation time data at predetermined time intervals, subsequent steps S202 to S206 are repeatedly executed at the predetermined time intervals. Note that the input unit 101 stores the input evaluation time point data in the storage unit 107 as sensor information.

次に、近傍データ抽出部103は、プロセス分割部102によって分割されたプロセス毎に、記憶部107に記憶されているセンサ情報から、評価時点データの近傍となるデータ群を抽出する(ステップS202)。ここで、評価時点データの近傍となるデータ群の抽出方法の例として、「距離関数を用いた抽出」と「クラスタリングを用いた抽出」との2つの方法を以下に説明する。なお、距離関数を用いた抽出では、評価時点データが入力される度に、プロセス毎に、当該評価時点データのクエリの近傍となるデータ群が逐次的に抽出される。一方で、クラスタリングを用いた抽出では、評価時点データが入力された場合、プロセス毎に、予めクラスタリングしておいたデータ群のうち、当該評価時点データのクエリの近傍となるデータ群が選択される。以降で説明する本ステップでは、一例として、或るプロセスを1つ固定した上で、このプロセスに属するセンサを「センサk」(1≦k≦K)と表す。したがって、センサkのn番目のセンサ値は「x(n)」と表される。また、記憶部107に記憶されているセンサ情報に含まれる各センサ値のうち、センサk(1≦k≦K)それぞれのセンサ値(の組)を単に「データ」と表す(このことは、以降のステップS205~S206でも同様とする。)。つまり、n番目のデータは、(x(n),・・・,x(n))と表されるものである。 Next, the neighborhood data extraction unit 103 extracts a data group that is close to the evaluation point data from the sensor information stored in the storage unit 107 for each process divided by the process division unit 102 (step S202). . Here, two methods, "extraction using a distance function" and "extraction using clustering", will be described below as examples of methods for extracting data groups that are in the vicinity of evaluation point data. Note that in extraction using a distance function, each time evaluation time data is input, a data group that is close to the query of the evaluation time data is sequentially extracted for each process. On the other hand, in extraction using clustering, when evaluation point data is input, a data group that is close to the query of the evaluation point data is selected from among the data groups that have been clustered in advance for each process. . In this step described below, as an example, one certain process is fixed, and a sensor belonging to this process is expressed as "sensor k" (1≦k≦K). Therefore, the nth sensor value of sensor k is expressed as "x k (n)". Furthermore, among the sensor values included in the sensor information stored in the storage unit 107, the sensor value (set) of each sensor k (1≦k≦K) is simply referred to as “data” (this means that The same applies to subsequent steps S205 and S206.) That is, the n-th data is expressed as (x 1 (n), . . . , x K (n)).

(1)距離関数を用いた抽出
(1-1)まず、距離としてユークリッド距離を用いる場合について説明する。この場合、近傍データ抽出部103は、当該プロセスにおいて、評価時点データのクエリと、記憶部107に記憶されている各センサ情報に含まれるデータとのユークリッド距離を以下の式(2)により算出する。
(1) Extraction using a distance function (1-1) First, a case where Euclidean distance is used as the distance will be explained. In this case, in the process, the neighborhood data extraction unit 103 calculates the Euclidean distance between the query of the evaluation point data and the data included in each sensor information stored in the storage unit 107 using the following formula (2). .

Figure 0007408911000002
次に、近傍データ抽出部103は、上記の式(2)により算出した距離dEuclid(n)の昇順に各データをソートする。そして、近傍データ抽出部103は、昇順にソート後のデータの中から、予め設定された個数のデータを距離が小さい順に取得する。これにより、当該プロセスにおいて、評価時点データのクエリの近傍となるデータ群が抽出される。
Figure 0007408911000002
Next, the neighborhood data extraction unit 103 sorts each piece of data in ascending order of the distance d Euclid (n) calculated using the above equation (2). Then, the neighborhood data extraction unit 103 acquires a preset number of data from the data sorted in ascending order in descending order of distance. As a result, in this process, a data group that is close to the query of the evaluation point-of-time data is extracted.

なお、単純にユークリッド距離が小さい順にデータを取得すると線形関係が保てなくなり、異常検知の精度が低下する場合があるため、例えば、設備情報に含まれるイベント情報(例えば、操業日、操業周期、設備点検日、設備点検周期等)を参照して、抽出されたデータ群を構成する各データの中から、更に同一操業日(又は同一操業時刻等)のデータのみを抽出して、この抽出したデータを改めてデータ群として抽出しても良い。これにより、仮にクエリと距離が近いデータであっても、例えば操業日が異なる場合には除外することができるため、線形関係を有するデータ群が得られる。 Note that if you simply acquire data in order of decreasing Euclidean distance, a linear relationship may not be maintained and the accuracy of abnormality detection may decrease. From each data that constitutes the extracted data group, only data on the same operation day (or same operation time, etc.) is extracted, and this extracted data is The data may be extracted again as a data group. As a result, even if the data is close to the query, it can be excluded if the operating days are different, so a data group having a linear relationship can be obtained.

(1-2)
次に、距離としてマハラノビス距離を用いる場合について説明する。なお、マハラノビス距離では、クエリと或るデータの集合との距離を算出するため、一例として、当該プロセスに含まれる各センサのセンサ値を同一操業日でグループ化するものとする。記憶部107に記憶されている各センサ情報に含まれるデータを同一操業日でグループ化した場合に、同一のグループ(すなわち、同一操業日)のデータの集合を「同一操業日データ群」と表し、それぞれに番号を付与し、そのインデックスをjとする。
(1-2)
Next, a case where Mahalanobis distance is used as the distance will be explained. Note that in the Mahalanobis distance, in order to calculate the distance between a query and a certain data set, as an example, the sensor values of each sensor included in the process are grouped by the same operation date. When the data included in each sensor information stored in the storage unit 107 is grouped by the same operating day, a set of data from the same group (that is, the same operating day) is expressed as a "same operating day data group". , assign a number to each, and let the index be j.

近傍データ抽出部103は、当該プロセスにおいて、評価時点データのクエリと、各同一操業日データ群とのマハラノビスを以下の式(3)により算出する。 In this process, the neighborhood data extraction unit 103 calculates the Mahalanobis of the evaluation point data query and each same operation day data group using the following equation (3).

Figure 0007408911000003
次に、近傍データ抽出部103は、上記の式(3)により算出した距離dMahalanobis(j)の昇順に各同一操業日データ群をソートする。そして、近傍データ抽出部103は、昇順にソート後の同一操業日データ群の中から、予め設定された個数の同一操業日データ群を距離が小さい順に取得(又は、最も距離が小さい同一操業日データ群を取得)する。これにより、当該プロセスにおいて、評価時点データのクエリの近傍となるデータ群(つまり、同一操業日データ群)が抽出される。
Figure 0007408911000003
Next, the neighborhood data extraction unit 103 sorts each same operation day data group in ascending order of the distance d Mahalanobis (j) calculated by the above equation (3). Then, the neighborhood data extraction unit 103 acquires a preset number of same-operation-day data groups from the same-operation-day data groups sorted in ascending order in order of decreasing distance (or the same-operation-day data group with the smallest distance). (obtain data group). As a result, in this process, a data group (that is, a data group on the same operating day) that is close to the query of the evaluation point-of-time data is extracted.

なお、各データを同一操業日でグループ化することは一例であって、他の基準(例えば、センサがセンシングする設備の物理的な計測周期や当該設備で処理等を行う材料の種別等)でグループ化しても良い。 Note that grouping each piece of data by the same operating date is just an example, and other criteria (for example, the physical measurement cycle of the equipment that the sensor senses, the type of material processed by the equipment, etc.) You can also group them.

(2)クラスタリングを用いた抽出
クラスタリングを用いた抽出では、近傍データ抽出部103は、当該プロセスにおいて、予めクラスタリングしておいたデータ群(クラスタ)のうち、当該評価時点データのクエリの近傍となるクラスタを任意の基準(例えば、クエリとクラスタとの距離の近さ等)で選択する。これにより、当該プロセスにおいて、評価時点データのクエリの近傍となるデータ群が抽出される。
(2) Extraction using clustering In extraction using clustering, in the process, the neighborhood data extraction unit 103 selects the data that is close to the query of the evaluation point data among the data groups (clusters) that have been clustered in advance. Clusters are selected based on arbitrary criteria (for example, the closeness of the distance between the query and the cluster). As a result, in this process, a data group that is close to the query of the evaluation point-of-time data is extracted.

ここで、クラスタリングを用いた抽出を行うためには、例えば、記憶部107に記憶されているセンサ情報を用いて、所定の時間毎に定期的に実施し、その結果を当該記憶部107等に保存しておく必要がある。クラスタリングの手法としては、任意の手法(例えば、EM(Expectation-Maximization)アルゴリズム、マハラノビス距離に基づいたk-means法等)を用いることができる。なお、クラスタ数は、プラント等の運用者が任意に設定しても良いし、AIC(Akaike's Information Criterion)等の情報基準量を用いて自動的に決定されても良い。 Here, in order to perform extraction using clustering, for example, the sensor information stored in the storage unit 107 is used to periodically perform the extraction at predetermined time intervals, and the results are stored in the storage unit 107 or the like. It needs to be saved. As the clustering method, any method (eg, EM (Expectation-Maximization) algorithm, k-means method based on Mahalanobis distance, etc.) can be used. Note that the number of clusters may be arbitrarily set by an operator of a plant or the like, or may be automatically determined using an information standard amount such as AIC (Akaike's Information Criterion).

ステップS202に続いて、モデル構築部104は、プロセス分割部102によって分割されたプロセス毎に、近傍データ抽出部103によって抽出されたデータ群を学習データ(より正確には、学習データ群)としてPCAモデルを作成する。そして、モデル構築部104は、作成したPCAモデルと、当該データ群に含まれる各データとを用いて、所定の統計量(Q統計量及びT統計量の少なくとも一方)を算出する(ステップS203)。以降では、所定の統計量としてQ統計量及びT統計量の両方を算出するものとする。 Following step S202, the model construction unit 104 uses the data group extracted by the neighborhood data extraction unit 103 as learning data (more precisely, a learning data group) for each process divided by the process division unit 102 to perform PCA. Create a model. Then, the model construction unit 104 calculates a predetermined statistic (at least one of the Q statistic and the T2 statistic) using the created PCA model and each data included in the data group (step S203 ). Hereinafter, it is assumed that both the Q statistic and the T2 statistic are calculated as predetermined statistics.

Q統計量及びT統計量は、以下の式(4)及び式(5)により算出することができる。 The Q statistic and the T 2 statistic can be calculated using the following equations (4) and (5).

Figure 0007408911000004
このとき、モデル構築部104は、当該PCAモデルと、当該データ群に含まれる各データとを用いて、当該データ毎に、上記の式(4)及び式(5)によりモデル構築時のQ統計量及びモデル構築時のT統計量を算出する。これにより、例えば、当該データ群に含まれるデータ数がL個である場合、L個のモデル構築時のQ統計量と、L個のモデル構築時のT統計量とが算出される。
Figure 0007408911000004
At this time, the model construction unit 104 uses the PCA model and each data included in the data group to calculate the Q statistics at the time of model construction using the above equations (4) and (5) for each data. Calculate the amount and the T2 statistic during model construction. As a result, for example, when the number of data included in the data group is L, the Q statistic when constructing L models and the T 2 statistic when constructing L models are calculated.

なお、Q統計量におけるセンサk(のセンサ値)の寄与度Qは以下の式(6)で表される。 Note that the contribution Q k of (sensor value of) sensor k in the Q statistic is expressed by the following equation (6).

Figure 0007408911000005
すなわち、Q統計量とは、各センサkの寄与度Qの和で表される。
Figure 0007408911000005
That is, the Q statistic is expressed as the sum of the contribution Q k of each sensor k.

なお、モデル構築時のQ統計量及びモデル構築時のT統計量は、記憶部107に保存される。 Note that the Q statistic at the time of model construction and the T2 statistic at the time of model construction are stored in the storage unit 107.

次に、評価部105は、プロセス毎に、当該プロセスのPCAモデルと、評価時点データのクエリとを用いて、評価時のQ統計量及び評価時のT統計量を算出する。当該プロセスにおける評価時点データのクエリも(x,・・・,x)と表されるため、評価時のQ統計量及び評価時のT統計量は、上記の式(4)及び式(5)により算出される。 Next, the evaluation unit 105 calculates, for each process, the Q statistic at the time of evaluation and the T 2 statistic at the time of evaluation, using the PCA model of the process and the query of the evaluation time data. Since the query for evaluation point data in the process is also expressed as (x 1 , ..., x K ), the Q statistic at the time of evaluation and the T 2 statistic at the time of evaluation are calculated using the above formula (4) and formula Calculated using (5).

そして、評価部105は、評価時のQ統計量及び評価時のT統計量と、モデル構築時のQ統計量及びモデル構築時のT統計量とを用いて、所定の基準により評価時点において連続系プロセスで異常が発生したか否かを評価する(ステップS204)。 Then, the evaluation unit 105 uses the Q statistic at the time of evaluation, the T 2 statistic at the time of evaluation, the Q statistic at the time of model construction, and the T 2 statistic at the time of model construction, and determines the evaluation time point according to a predetermined standard. In step S204, it is evaluated whether an abnormality has occurred in the continuous process.

ここで、所定の基準としては、プラント等の運用者が任意に設定することができる。例えば、評価時のQ統計量がモデル構築時のQ統計量の最大値を超えている場合に異常が発生していると評価したり、評価時のQ統計量がモデル構築時のQ統計量の3σの範囲内に入っていない場合に異常が発生していると評価したりすること等が挙げられる。同様に、評価時のT統計量がモデル構築時のT統計量の最大値を超えている場合に異常が発生していると評価したり、評価時のT統計量がモデル構築時のT統計量の3σの範囲内に入っていない場合に異常が発生していると評価したりすること等が挙げられる。 Here, the predetermined standard can be arbitrarily set by the operator of the plant or the like. For example, if the Q statistic at the time of evaluation exceeds the maximum value of the Q statistic at the time of model construction, it is evaluated that an abnormality has occurred, or the Q statistic at the time of evaluation is the same as the Q statistic at the time of model construction. For example, if the value does not fall within the 3σ range, it is determined that an abnormality has occurred. Similarly, if the T2 statistic at the time of evaluation exceeds the maximum value of the T2 statistic at the time of model construction, it is evaluated that an abnormality has occurred, or if the T2 statistic at the time of evaluation exceeds the maximum value of the T2 statistic at the time of model construction, An example of this is to evaluate that an abnormality has occurred when the T2 statistic is not within the 3σ range.

また、異常が発生したと評価された場合、評価部105は、更に、異常原因の分析を行っても良い。異常分析としては、例えば、評価時のQ統計量を寄与度Qに分解した上で、寄与度Qが高いセンサkを異常原因と評価すること等が挙げられる。同様に、評価時のT統計量を寄与度に分解した上で、寄与度が高いセンサkを異常原因と評価すること等が挙げられる。 Furthermore, when it is determined that an abnormality has occurred, the evaluation unit 105 may further analyze the cause of the abnormality. An example of the abnormality analysis is to decompose the Q statistic at the time of evaluation into contributions Qk , and then evaluate sensor k with a high contribution Qk as the cause of the abnormality. Similarly, after decomposing the T2 statistic at the time of evaluation into contribution degrees, sensor k having a high contribution degree may be evaluated as the cause of the abnormality.

次に、出力部106は、評価部105による評価結果や異常原因の分析結果を所定の出力先に出力する(ステップS205)。 Next, the output unit 106 outputs the evaluation result and the analysis result of the cause of the abnormality by the evaluation unit 105 to a predetermined output destination (step S205).

以上のように、本実施形態に係る異常検知装置10は、評価時点データが入力される度に動的にPCAモデルを構築し、連続系プラントでの異常の発生有無を評価することができる。しかも、このとき、本実施形態に係る異常検知装置10は、プロセス分割部102により分割されたプロセス毎に、PCAモデルの作成と異常の発生有無の評価とを行うことができる。このため、本実施形態に係る異常検知装置10によれば、例えばプロセス分割に伴うエンジニアリングコストを抑えつつ、特性変動や線形関係維持を考慮した異常検知を高い精度で実現することができるようになる。 As described above, the abnormality detection device 10 according to the present embodiment dynamically constructs a PCA model every time evaluation point data is input, and can evaluate whether an abnormality has occurred in a continuous plant. Furthermore, at this time, the abnormality detection device 10 according to the present embodiment can create a PCA model and evaluate whether an abnormality has occurred for each process divided by the process division unit 102. Therefore, according to the abnormality detection device 10 according to the present embodiment, it is possible to realize highly accurate abnormality detection that takes into account characteristic fluctuations and linear relationship maintenance, while suppressing engineering costs associated with process division, for example. .

本発明は、具体的に開示された上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。 The present invention is not limited to the above-described specifically disclosed embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the claims.

10 異常検知装置
20 センシング機器
101 入力部
102 プロセス分割部
103 近傍データ抽出部
104 モデル構築部
105 評価部
106 出力部
107 記憶部
10 Anomaly detection device 20 Sensing device 101 Input section 102 Process division section 103 Neighborhood data extraction section 104 Model construction section 105 Evaluation section 106 Output section 107 Storage section

Claims (6)

特性変動が存在する連続系プロセスで発生した異常を検知する異常検知装置であって、
前記連続系プロセスがセンサによりセンシングされる毎に、前記センシングによって生成されたセンサ情報を入力する入力部と、
過去のセンサ情報を用いて、前記連続系プロセスを、各センサ間のセンサ情報が線形関係を維持した1以上のプロセスとして分割する分割部と、
前記入力部によってセンサ情報が入力される毎に、前記プロセス毎に、前記プロセスとして分割された前記過去のセンサ情報の中から前記入力部によって入力されたセンサ情報との距離に基づいて決定される過去のセンサ情報であって、かつ、所定の基準を満たす過去のセンサ情報を抽出する抽出部と、
前記抽出部によって過去のセンサ情報が抽出される毎に、前記プロセス毎に、前記抽出部によって抽出された過去のセンサ情報を学習データとして主成分分析によりモデルを構築するモデル構築部と、
前記モデル構築部によってモデルが構築される毎に、前記プロセス毎に、前記モデルと、前記入力部によって入力されたセンサ情報とを用いて、前記連続系プロセスでの異常の発生有無を評価する評価部と、
を有し、
前記基準は、前記入力部によって入力されたセンサ情報とセンシング対象の設備が処理する材料の種別が同一であること、を特徴とする異常検知装置。
An anomaly detection device that detects anomalies occurring in a continuous process in which characteristic fluctuations exist,
an input unit that inputs sensor information generated by the sensing each time the continuous process is sensed by a sensor;
A dividing unit that uses past sensor information to divide the continuous process into one or more processes in which sensor information between each sensor maintains a linear relationship;
Each time sensor information is input by the input unit, the sensor information is determined for each process from among the past sensor information divided as the process based on the distance to the sensor information input by the input unit. an extraction unit that extracts past sensor information that satisfies a predetermined standard;
a model construction unit that constructs a model by principal component analysis using the past sensor information extracted by the extraction unit as learning data for each process, each time past sensor information is extracted by the extraction unit;
Evaluation of evaluating whether an abnormality occurs in the continuous process using the model and sensor information input by the input unit for each process, each time a model is constructed by the model construction unit. Department and
has
The abnormality detection device is characterized in that the criterion is that the sensor information input by the input unit and the type of material processed by the equipment to be sensed are the same.
前記分割部は、
前記センサ間におけるセンシング値の相関係数を用いて、前記連続系プロセスを、各センサ間のセンサ情報が線形関係を維持した1以上のプロセスとして分割する、ことを特徴とする請求項1に記載の異常検知装置。
The dividing part is
2. The continuous process is divided into one or more processes in which sensor information between each sensor maintains a linear relationship using a correlation coefficient of sensing values between the sensors. Anomaly detection device.
前記抽出部は、
前記入力部によって入力されたセンサ情報の近傍となる前記過去のセンサ情報を、距離関数を用いて抽出する、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の異常検知装置。
The extraction section is
The abnormality detection device according to claim 1 or 2, wherein the past sensor information that is close to the sensor information input by the input unit is extracted using a distance function.
前記評価部は、
前記モデルを用いて、前記入力部によって入力されたセンサ情報のQ統計量又は/及びT統計量を算出することで、前記連続系プロセスでの異常の発生の有無を評価する、ことを特徴とする請求項1乃至の何れか一項に記載の異常検知装置。
The evaluation department is
The method is characterized in that the presence or absence of an abnormality in the continuous process is evaluated by using the model to calculate a Q statistic and/or a T 2 statistic of the sensor information input by the input unit. The abnormality detection device according to any one of claims 1 to 3 .
前記評価部は、
前記連続系プロセスで異常が発生したと評価された場合、前記異常の原因分析として、前記連続系プロセスをセンシングする各センサの前記Q統計量又は/及びT統計量に対する寄与度を算出する、ことを特徴とする請求項に記載の異常検知装置。
The evaluation department is
When it is evaluated that an abnormality has occurred in the continuous process, as a cause analysis of the abnormality, the degree of contribution of each sensor sensing the continuous process to the Q statistic and/or T 2 statistic is calculated; The abnormality detection device according to claim 4 , characterized in that:
特性変動が存在する連続系プロセスで発生した異常を検知する異常検知装置が、
前記連続系プロセスがセンサによりセンシングされる毎に、前記センシングによって生成されたセンサ情報を入力する入力手順と、
過去のセンサ情報を用いて、前記連続系プロセスを、各センサ間のセンサ情報が線形関係を維持した1以上のプロセスとして分割する分割手順と、
前記入力手順によってセンサ情報が入力される毎に、前記プロセス毎に、前記プロセスとして分割された前記過去のセンサ情報の中から前記入力手順によって入力されたセンサ情報との距離に基づいて決定される過去のセンサ情報であって、かつ、所定の基準を満たす過去のセンサ情報を抽出する抽出手順と、
前記抽出手順によって過去のセンサ情報が抽出される毎に、前記プロセス毎に、前記抽出手順によって抽出された過去のセンサ情報を学習データとして主成分分析によりモデルを構築するモデル構築手順と、
前記モデル構築手順によってモデルが構築される毎に、前記プロセス毎に、前記モデルと、前記入力手順によって入力されたセンサ情報とを用いて、前記連続系プロセスでの異常の発生有無を評価する評価手順と、
を実行し、
前記基準は、前記入力手順によって入力されたセンサ情報とセンシング対象の設備が処理する材料の種別が同一であること、を特徴とする異常検知方法。
Anomaly detection equipment that detects anomalies that occur in continuous processes with characteristic fluctuations.
an input procedure of inputting sensor information generated by the sensing each time the continuous process is sensed by a sensor;
A dividing procedure of dividing the continuous process into one or more processes in which sensor information between each sensor maintains a linear relationship using past sensor information;
Each time sensor information is input by the input procedure, the sensor information is determined for each process from among the past sensor information divided as the process based on the distance to the sensor information input by the input procedure. an extraction procedure for extracting past sensor information that satisfies predetermined criteria;
a model construction procedure of constructing a model by principal component analysis using the past sensor information extracted by the extraction procedure as learning data for each process, each time past sensor information is extracted by the extraction procedure;
Every time a model is constructed by the model construction procedure, for each process, the model and the sensor information input by the input procedure are used to evaluate whether or not an abnormality occurs in the continuous process. steps and
Run
The abnormality detection method is characterized in that the criterion is that the sensor information input in the input procedure and the type of material processed by the equipment to be sensed are the same.
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