JP7526852B2 - 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 anomaly detection device and an anomaly detection method.

電力会社では、ガスタービンの廃熱などを利用して地域暖房用温水を供給したり、工場向けに高圧蒸気や低圧蒸気を供給したりしている。石油化学会社では、ガスタービンなどを電源設備として運転している。このようにガスタービンなどを用いた各種プラントや設備において、設備の不具合またはその兆候を検知する異常検知は、社会へのダメージを最小限に抑えるためにも極めて重要である。 Electric power companies use waste heat from gas turbines to supply hot water for district heating and high-pressure and low-pressure steam to factories. Petrochemical companies operate gas turbines as power supply equipment. In various plants and facilities that use gas turbines, anomaly detection to detect malfunctions or signs of malfunction in the equipment is extremely important in order to minimize damage to society.

ガスタービンや蒸気タービンのみならず、水力発電所での水車、原子力発電所の原子炉、風力発電所の風車、航空機や重機のエンジン、鉄道車両や軌道、エスカレータ、エレベータ、機器及び部品レベルでも搭載電池の劣化及び寿命など、上記予防保全を必要とする設備は枚挙に暇がない。 The list of equipment that requires preventive maintenance is endless, including not only gas turbines and steam turbines, but also water wheels at hydroelectric power plants, nuclear reactors at nuclear power plants, wind turbines at wind power plants, engines for aircraft and heavy machinery, railway cars and tracks, escalators, elevators, and even deterioration and lifespan of on-board batteries at the equipment and component level.

このため、対象設備やプラントでは様々な物理情報を取得する複数のセンサを取り付け、センサ毎の監視基準に従って対象設備やプラントが正常か異常かを判定する。 For this reason, multiple sensors are installed in the target equipment or plant to obtain various physical information, and the target equipment or plant is judged to be normal or abnormal according to the monitoring criteria for each sensor.

特許文献1には、過去の正常データの学習に基づいて算出される異常測度をしきい値と比較することによって異常の有無を検知する異常検知方法が開示されている。さらに、異常検知感度を阻害するセンサを除外することを目的として、センサ信号の二次元の分布に基づいて算出した評価値に基づいてセンサを除外する方法が開示されている。ここに、異常測度とは、複数のセンサによる測定値を1つのベクトル値として表現し、正常状態のベクトル値からの偏移量のことである。 Patent Document 1 discloses an anomaly detection method that detects the presence or absence of anomalies by comparing an anomaly measure calculated based on learning of past normal data with a threshold value. Furthermore, a method is disclosed for excluding sensors based on an evaluation value calculated based on a two-dimensional distribution of sensor signals, with the aim of excluding sensors that impair anomaly detection sensitivity. Here, the anomaly measure is the amount of deviation from the vector value in a normal state, with the measured values from multiple sensors expressed as a single vector value.

特開2016-200949号公報JP 2016-200949 A

特許文献1では、感度を阻害するセンサを適切に除外することが可能であり、異常検知感度を向上させることができる。しかし、設備のセンサ数が多いとセンサ1個当たりの影響が小さくなって異常検知感度が低下してしまう。異常検知対象とするセンサを30個程度に減らせば対象とするセンサの異常検知感度は向上する。しかし、例えば、もとのセンサ数が100個であれば、70個程度が異常検知対象とはならず、それらのセンサに発生した異常は検知できなくなってしまい異常検知感度が低下する。 In Patent Document 1, it is possible to appropriately remove sensors that impair sensitivity, thereby improving anomaly detection sensitivity. However, if the equipment has a large number of sensors, the effect of each sensor becomes smaller, resulting in a decrease in anomaly detection sensitivity. Reducing the number of sensors targeted for anomaly detection to around 30 improves the anomaly detection sensitivity of the targeted sensors. However, for example, if the original number of sensors is 100, around 70 will not be targeted for anomaly detection, and any anomalies that occur in these sensors will not be detected, resulting in a decrease in anomaly detection sensitivity.

本発明の目的は、異常検知装置において、設備のセンサ数が多い場合においても異常検知感度を向上させることにある。 The object of the present invention is to improve the anomaly detection sensitivity of an anomaly detection device even when the equipment has a large number of sensors.

本発明の一態様の異常検知装置は、設備に装着された複数のセンサから出力される複数の時系列のセンサ信号が入力される第1のセンサ信号入力部と、前記第1のセンサ信号入力部に入力された複数の前記センサ信号の間の類似度を求め、前記類似度に基づいてセンサグループを設定するセンサグループ設定部と、前記複数のセンサから出力される複数の前記センサ信号が入力される第2のセンサ信号入力部と、前記センサグループ毎に、前記第2のセンサ信号入力部に入力された複数の前記センサ信号から時刻毎に特徴ベクトルを抽出する特徴ベクトル抽出部と、前記センサグループ毎に、指定された学習期間の前記特徴ベクトルを学習データとして、各時刻の異常測度を算出する異常測度算出部と、前記センサグループ毎に、前記異常測度を所定のしきい値と比較することにより各時刻の前記センサ信号が正常か異常かを判定する異常検出部とを有することを特徴とする。 The anomaly detection device according to one aspect of the present invention includes a first sensor signal input unit to which multiple time-series sensor signals output from multiple sensors attached to equipment are input; a sensor group setting unit that calculates a similarity between the multiple sensor signals input to the first sensor signal input unit and sets a sensor group based on the similarity; a second sensor signal input unit to which the multiple sensor signals output from the multiple sensors are input; a feature vector extraction unit that extracts a feature vector for each time from the multiple sensor signals input to the second sensor signal input unit for each sensor group; an anomaly measure calculation unit that calculates an anomaly measure for each time using the feature vector for a specified learning period as learning data for each sensor group; and an anomaly detection unit that determines whether the sensor signal at each time is normal or abnormal by comparing the anomaly measure with a predetermined threshold for each sensor group.

本発明の一態様の異常検知方法は、設備に装着された複数のセンサから出力される複数の時系列のセンサ信号を入力し、複数の前記センサ信号の間の類似度を求め、前記類似度に基づいてセンサグループを設定し、前記センサグループ毎に、複数の前記センサ信号から時刻毎に特徴ベクトルを抽出し、前記センサグループ毎に、指定された学習期間の前記特徴ベクトルを学習データとして、各時刻の異常測度を算出し、前記センサグループ毎に、前記異常測度を所定のしきい値と比較することにより各時刻の前記センサ信号が正常か異常かを判定することを特徴とする。 The anomaly detection method according to one aspect of the present invention is characterized in that it inputs multiple time-series sensor signals output from multiple sensors attached to equipment, calculates similarities between the multiple sensor signals, sets sensor groups based on the similarities, extracts feature vectors for each time from the multiple sensor signals for each sensor group, calculates an anomaly measure for each time using the feature vectors for a specified learning period as learning data for each sensor group, and determines whether the sensor signal at each time is normal or abnormal by comparing the anomaly measure with a predetermined threshold for each sensor group.

本発明に一態様によれば、設備のセンサ数が多い場合においても、全センサを対象として異常検知の感度を向上させてセンサに発生した異常を検知することができる。 According to one aspect of the present invention, even if the equipment has a large number of sensors, it is possible to improve the sensitivity of anomaly detection for all sensors and detect anomalies that occur in the sensors.

実施形態の異常検知装置の一構成例を示す図である。1 is a diagram illustrating an example of a configuration of an anomaly detection device according to an embodiment; 複数のセンサ信号をリスト化して表形式に表した例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example in which a plurality of sensor signals are listed in a table format. 実施形態の異常検知装置の行う全体の処理フローを示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an overall processing flow performed by the anomaly detection device according to the embodiment. 実施例1のセンサグループ設定処理のフローを示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a flow of a sensor group setting process according to the first embodiment. 二次元頻度分布算出処理のフローを示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a flow of a two-dimensional frequency distribution calculation process. 二次元頻度分布画像作成方法を説明する図である。1A to 1C are diagrams illustrating a method for creating a two-dimensional frequency distribution image. センサ間の類似度を算出する方法を説明する図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a method for calculating a similarity between sensors. 二次元頻度分布画像の例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a two-dimensional frequency distribution image. 二次元頻度分布画像の例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a two-dimensional frequency distribution image. 二次元頻度分布画像の例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a two-dimensional frequency distribution image. 実施例2のセンサグループ設定処理のフローを示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a flow of a sensor group setting process according to the second embodiment. 実施例3のセンサグループ設定処理のフローを示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a flow of a sensor group setting process according to the third embodiment. 学習時の異常測度算出処理のフローを示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a flow of an anomaly measure calculation process during learning. 局所部分空間法による異常測度算出処理を説明する図である。11A and 11B are diagrams illustrating an anomaly measure calculation process using a local subspace method; 異常検知処理のフローを示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a flow of an abnormality detection process. センサグループ設定条件を設定するGUIの例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a GUI for setting a sensor group setting condition. 分布画像表示画面の例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a distribution image display screen. センサ信号表示画面の例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a sensor signal display screen. オフライン解析条件を設定するGUIの例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a GUI for setting offline analysis conditions. オンライン解析結果の表示対象を指定するGUIの例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a GUI for specifying a display target of online analysis results. 解析結果全体表示画面の例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of an overall analysis result display screen. 解析結果拡大表示画面の例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of an enlarged analysis result display screen.

以下、図面を用いて実施形態について説明する。 The following describes the embodiment with reference to the drawings.

図1を参照して、実施形態の異常検知装置の一構成例について説明する。
異常検知装置100は、検知対象である設備101に装着された複数のセンサから出力されるセンサ信号102を、所定時間ごとに(周期的に)取得する。取得したセンサ信号102は、一旦センサ信号蓄積部103に蓄積される。信号入力部(第1のセンサ信号入力部)104は、センサ信号蓄積部103からセンサ信号102を入力し、センサグループ設定部105へ送る。センサグループ設定部105は、センサ信号間の類似性(類似度)に基づきセンサグループを設定し、結果をグループ情報蓄積部106に保存する。
An example of the configuration of an anomaly detection device according to an embodiment will be described with reference to FIG.
The anomaly detection device 100 acquires sensor signals 102 output from a plurality of sensors attached to equipment 101 that is the detection target at predetermined time intervals (periodically). The acquired sensor signals 102 are temporarily stored in a sensor signal storage unit 103. A signal input unit (first sensor signal input unit) 104 inputs the sensor signals 102 from the sensor signal storage unit 103 and sends them to a sensor group setting unit 105. The sensor group setting unit 105 sets sensor groups based on the similarity (similarity) between the sensor signals, and stores the results in a group information storage unit 106.

信号入力部(第2のセンサ信号入力部)107は、センサ信号蓄積部103から、あるいは設備101に装着されたセンサから直接にセンサ信号102を入力し、特徴ベクトル抽出部108へ送る。特徴ベクトル抽出部108は、グループ情報蓄積部106からセンサグループの情報を入力し、設定されたグループ毎に、センサ信号102をもとに特徴ベクトルを抽出し異常測度算出部109へ送る。異常測度算出部109は、予め指定された学習期間の特徴ベクトルを用いて、所定時間毎(以下、各時刻と表現する場合もある)の特徴ベクトル毎に異常測度を算出する。 The signal input unit (second sensor signal input unit) 107 inputs the sensor signal 102 from the sensor signal storage unit 103 or directly from a sensor attached to the equipment 101, and sends it to the feature vector extraction unit 108. The feature vector extraction unit 108 inputs the sensor group information from the group information storage unit 106, extracts a feature vector based on the sensor signal 102 for each set group, and sends it to the anomaly measure calculation unit 109. The anomaly measure calculation unit 109 calculates an anomaly measure for each feature vector at each predetermined time (hereinafter sometimes referred to as each time) using the feature vector for a pre-specified learning period.

しきい値算出部110は、異常測度算出部109による学習データの異常測度に基づいてしきい値を算出する。特徴ベクトル抽出部108で抽出された学習期間の特徴ベクトル、しきい値算出部110で算出されたしきい値ほか、異常検知時に必要となるデータは学習結果として学習結果蓄積部111に保存される。異常検出部112は、異常測度算出部109から送られる各特徴ベクトルの異常測度と、しきい値算出部110で算出したしきい値とを比較することで、設備101の異常を検出する。異常検出部112で検出された検知結果は出力部113に出力される。 The threshold calculation unit 110 calculates a threshold based on the anomaly measure of the learning data calculated by the anomaly measure calculation unit 109. The feature vectors for the learning period extracted by the feature vector extraction unit 108, the threshold value calculated by the threshold calculation unit 110, and other data required for anomaly detection are stored as learning results in the learning result accumulation unit 111. The anomaly detection unit 112 detects anomalies in the equipment 101 by comparing the anomaly measures of each feature vector sent from the anomaly measure calculation unit 109 with the threshold value calculated by the threshold calculation unit 110. The detection results detected by the anomaly detection unit 112 are output to the output unit 113.

ここで、以下で用いる用語の簡単な説明を行う。特徴ベクトルとは、複数のセンサによる測定値を1つのベクトル値として表現したものである。異常測度とは、注目する特徴ベクトルの、指定された期間の特徴ベクトルからの偏移量のことである。つまり、異常測度とは、複数のセンサによる測定値を1つのベクトル値として表現し、正常状態のベクトル値からの偏移量のことである。 Here, we provide a brief explanation of the terms used below. A feature vector is a representation of measurement values from multiple sensors as a single vector value. An anomaly measure is the amount of deviation of a feature vector of interest from the feature vector for a specified period. In other words, an anomaly measure is the amount of deviation from the vector value in a normal state, when measurement values from multiple sensors are represented as a single vector value.

異常検知の対象とする設備101は、例えば、ガスタービンや蒸気タービンなどの設備やプラントである。設備101は、その状態を表すセンサ信号102を出力する。センサ信号102はセンサ信号蓄積部103に蓄積される。 The equipment 101 that is the subject of anomaly detection is, for example, equipment or a plant such as a gas turbine or a steam turbine. The equipment 101 outputs a sensor signal 102 that represents its state. The sensor signal 102 is accumulated in a sensor signal accumulation unit 103.

図2は、複数のセンサ信号102をリスト化して表形式に表した例である。
センサ信号102は、物理特性の異なる複数の物理情報が所定間隔毎に取得される多次元時系列信号である。図2に示す表の構成は、日時201の情報と、複数のセンサのセンサ値202を対応させて示している。センサは、数百から数千といった数になる場合もあり、それらの種類によって、例えば、シリンダ、オイル、冷却水などの温度、オイルや冷却水の圧力、軸の回転速度、室温、運転時間などをセンサ値として出力する。センサ値は、設備やプラントなどの出力や状態を表すのみならず、何かの状態をある値(たとえば目標値)に制御するための制御信号の場合もある。
FIG. 2 is an example in which a plurality of sensor signals 102 are listed and displayed in a table format.
The sensor signal 102 is a multidimensional time series signal in which multiple pieces of physical information with different physical properties are acquired at predetermined intervals. The table shown in Fig. 2 shows information on date and time 201 in correspondence with sensor values 202 of multiple sensors. The number of sensors may range from hundreds to thousands, and depending on the type of sensor, the sensor values output may include, for example, the temperature of cylinders, oil, cooling water, etc., the pressure of oil or cooling water, the rotation speed of a shaft, room temperature, and operation time. The sensor values may not only represent the output or state of equipment or a plant, but may also be control signals for controlling a state of something to a certain value (for example, a target value).

異常検知装置100の動作には、センサ信号蓄積部103に蓄積されたデータを用いてセンサグループを設定する「センサグループ設定」処理と、センサ信号蓄積部103に蓄積されたデータを用いて学習データの生成及び保存を行う「学習」処理と、入力信号に基づき異常を検知する「異常検知」処理のフェーズがある。基本的に「センサグループ設定」と「学習」はオフラインの処理、「異常検知」はオンラインの処理である。ただし、「異常検知」をオフラインの処理とすることも可能である。以下の説明では、それらを「センサグループ設定時」「学習時」、「異常検知時」という言葉で区別する。 The operation of the anomaly detection device 100 has the following phases: a "sensor group setting" process that sets a sensor group using data accumulated in the sensor signal accumulation unit 103, a "learning" process that generates and saves learning data using the data accumulated in the sensor signal accumulation unit 103, and an "anomaly detection" process that detects anomalies based on an input signal. Essentially, "sensor group setting" and "learning" are offline processes, while "anomaly detection" is online. However, it is also possible to treat "anomaly detection" as an offline process. In the following explanation, these are distinguished by the terms "when setting a sensor group," "when learning," and "when detecting anomalies."

図3の処理フローを参照して、実施形態の異常検知装置100の動作について説明する。
尚、図3では処理の概要を記載している。
The operation of the anomaly detection device 100 according to the embodiment will be described with reference to the process flow of FIG.
Incidentally, FIG. 3 shows an outline of the process.

(a)はセンサグループ設定処理で、指定期間のセンサ信号を入力し(S301)、センサ信号間の類似度を算出し(S302)、類似度に基づきセンサグループを設定する(S303)。 (a) is the sensor group setting process, in which sensor signals for a specified period are input (S301), the similarity between the sensor signals is calculated (S302), and a sensor group is set based on the similarity (S303).

(b)は学習時の異常測度算出処理で、学習期間のセンサ信号を入力し(S311)、特徴ベクトルの抽出(S312)と異常測度の算出(S313)としきい値の算出(S314)を行う。 (b) is the anomaly measure calculation process during learning, in which the sensor signal during the learning period is input (S311), and feature vectors are extracted (S312), the anomaly measure is calculated (S313), and a threshold value is calculated (S314).

(c)は異常検知時の異常判定処理で、検知対象のセンサ信号を入力し(S321)、特徴ベクトルの抽出(S322)と異常測度の算出(S323)を行う。そして、算出した異常測度をS314で求めたしきい値と比較することにより、設備の正常/異常を判定する(S324)。なお、(b)(c)は、センサグループ設定部105で設定されたグループ毎の処理である。 (c) is the anomaly judgment process when an anomaly is detected, in which the sensor signal of the detection target is input (S321), a feature vector is extracted (S322), and an anomaly measure is calculated (S323). Then, the calculated anomaly measure is compared with the threshold value obtained in S314 to judge whether the equipment is normal or abnormal (S324). Note that (b) and (c) are processes for each group set in the sensor group setting unit 105.

以下、(a)(b)(c)の順に説明するが、それぞれの詳細なフローは、図4、図5、図9A、図9B、図10A、図11にて説明する。 The following will explain steps (a), (b), and (c) in that order, with detailed flows for each step explained in Figures 4, 5, 9A, 9B, 10A, and 11.

図4のフローを参照して、実施例1のセンサグループ設定処理について説明する。
最初に、信号入力部(第1のセンサ信号入力部)104において、センサ信号蓄積部103に蓄積されたセンサ値のうち指定された期間のセンサ信号を入力する(S401)。次に、センサグループ設定部105において、センサ2個の総当りで二次元頻度分布画像を作成する(S402)。次に、二次元頻度分布画像をもとにセンサ信号間の類似度を算出する(S403)。
The sensor group setting process of the first embodiment will be described with reference to the flow of FIG.
First, the signal input unit (first sensor signal input unit) 104 inputs a sensor signal for a specified period among the sensor values stored in the sensor signal storage unit 103 (S401). Next, the sensor group setting unit 105 creates a two-dimensional frequency distribution image for every two sensors (S402). Next, the similarity between the sensor signals is calculated based on the two-dimensional frequency distribution image (S403).

次に、類似度に基づく階層的クラスタリングを行う(S404)。各クラスタには入力した全てのセンサ信号が重複なく割り当てられており、これがすなわちセンサグループとなる。最後に、グループ情報をグループ情報蓄積部106に保存する(S405)。出力部113に出力される出力形式は、センサグループ毎の使用センサのセンサ名または番号のリストあるいは不使用センサのセンサ名または番号である。 Next, hierarchical clustering based on similarity is performed (S404). All input sensor signals are assigned to each cluster without duplication, which in turn becomes a sensor group. Finally, the group information is stored in the group information storage unit 106 (S405). The output format output to the output unit 113 is a list of the sensor names or numbers of sensors in use for each sensor group, or the sensor names or numbers of sensors not in use.

ここで、図5を参照して、二次元頻度分布算出処理(S402)について説明する。図5は、二次元頻度分布算出処理のフローを示す図である。
始めに、指定された期間のセンサ信号を入力する(S501)。各センサ信号についてステップS503からS506までの処理を繰り返す(S502、ループ1)。まず、学習期間のデータの最大値(MAX)と最小値(MIN)を求める(S503)。次に、最小値から最大値までの範囲を指定された数Nで分割する際の刻み幅Sを算出する(S504)。なお、S=(MAX-MIN)/Nで計算できる。次に、二次元頻度分布算出の処理範囲を算出する(S505)が、ここではステップS503で算出されたMINからMAXをそのまま処理範囲とする。
The two-dimensional frequency distribution calculation process (S402) will now be described with reference to Fig. 5. Fig. 5 is a diagram showing the flow of the two-dimensional frequency distribution calculation process.
First, a sensor signal for a specified period is input (S501). The processes from steps S503 to S506 are repeated for each sensor signal (S502, loop 1). First, the maximum value (MAX) and minimum value (MIN) of the data for the learning period are found (S503). Next, the interval S for dividing the range from the minimum value to the maximum value by the specified number N is calculated (S504). Note that S can be calculated as S = (MAX - MIN) / N. Next, the processing range for calculating the two-dimensional frequency distribution is calculated (S505), but in this case, the MIN to MAX calculated in step S503 is used as the processing range as is.

次に学習期間の全データについて、次式によりセンサ信号値(F)からビン番号(BNO)を算出する(S506)。
BNO=INT(N*(F-MIN)/(MAX-MIN))
ただし関数INT(X)はXの整数部を表す。ビン番号(BNO)を用いることで、各信号値は最小値0~最大値Nの(N+1)段階の整数値に変換される。
Next, for all data in the learning period, the bin number (BNO) is calculated from the sensor signal value (F) using the following formula (S506).
BNO=INT(N*(F-MIN)/(MAX-MIN))
Here, the function INT(X) represents the integer part of X. By using the bin number (BNO), each signal value is converted into an integer value in (N+1) stages from a minimum value of 0 to a maximum value of N.

次に、複数のセンサの中から2個のセンサを取り出し、それぞれのセンサ信号の組合せに基づき二次元頻度分布を算出する。これを全てのセンサの組合せについて、ステップS508からS510までの処理を繰り返す(S507、ループ2)。ここで、2個のセンサの組合せの中には同一センサの組合せを含める。従ってセンサの組合せ数(繰り返し数)は、(センサ数)×(センサ数+1)/2となる。 Next, two sensors are selected from the multiple sensors, and a two-dimensional frequency distribution is calculated based on the combination of the sensor signals. This process is repeated from steps S508 to S510 for all sensor combinations (S507, loop 2). Here, the combinations of two sensors include combinations of the same sensor. Therefore, the number of sensor combinations (number of repetitions) is (number of sensors) x (number of sensors + 1) / 2.

まず、二次元分布算出用の二次元配列を確保し、全ての要素に0をセットする(S508)。配列のサイズはNである。学習期間の全データについて、2個のセンサ信号のビン番号BNOに対応する配列の要素に1を加算する(S509)。すなわち、一方のセンサ信号のビン番号は列の要素に対応させ、他方のセンサ信号のビン番号は行の要素に対応させる。この処理により、センサ2個による信号の二次元の頻度分布(ヒストグラム)が算出される。この頻度分布を画像に変換して保存する(S510)。変換方法については後述する。図6は、時系列センサ信号と二次元頻度分布画像の関係を表す図である。 First, a two-dimensional array for calculating the two-dimensional distribution is secured, and all elements are set to 0 (S508). The size of the array is N. For all data in the learning period, 1 is added to the elements of the array that correspond to the bin numbers BNO of the two sensor signals (S509). That is, the bin number of one sensor signal corresponds to the column elements, and the bin number of the other sensor signal corresponds to the row elements. This process calculates a two-dimensional frequency distribution (histogram) of the signals from the two sensors. This frequency distribution is converted into an image and saved (S510). The conversion method will be described later. Figure 6 is a diagram showing the relationship between the time series sensor signals and the two-dimensional frequency distribution image.

ステップS510における、画像変換方法の例を説明する。
始めに配列要素の最大値すなわち最大頻度を求める。画像サイズは配列サイズと同じとし、各要素の値から対応する座標の画素値を例えば、255×配列の要素値/最大頻度とする。数値255は画素値を8ビットで表す場合の最大値であり、この値を用いれば、そのままビットマップ形式で保存できる。あるいは、画素値を255×LOG(配列の要素値+1)/LOG(最大頻度+1)とする。ただし関数LOG(X)はXの対数を表す。このような変換式を用いれば、最大頻度が大きい場合も、非ゼロの頻度に非ゼロの画素値を対応させることが可能になる。
An example of the image conversion method in step S510 will be described.
First, the maximum value of the array elements, i.e., the maximum frequency, is found. The image size is the same as the array size, and the pixel value of the coordinate corresponding to the value of each element is, for example, 255 x array element value/maximum frequency. The number 255 is the maximum value when the pixel value is expressed in 8 bits, and if this value is used, it can be saved as is in bitmap format. Alternatively, the pixel value is set to 255 x LOG (array element value + 1)/LOG (maximum frequency + 1), where the function LOG(X) represents the logarithm of X. By using such a conversion formula, it becomes possible to associate a non-zero pixel value with a non-zero frequency even when the maximum frequency is large.

頻度分布画像の作り方は、上記方法に限定されない。例えば単純な頻度分布ではなく、1個のデータにガウス分布や他の重みつきフィルタを割り当て、それを重畳するようにしてもよい。あるいは、上記方法で得られた画像に所定サイズの最大値フィルタをかけたり、平均フィルタ、その他の重みつきフィルタをかけたりしてもよい。また、8ビットではなく、16ビットに変換してもよい。また、必ずしも画像形式で保存する必要はなく二次元配列を変換せずにバイナリあるいはテキスト形式で保存してもよい。 The method for creating a frequency distribution image is not limited to the above method. For example, instead of a simple frequency distribution, a Gaussian distribution or other weighted filter may be assigned to one piece of data and then superimposed. Alternatively, the image obtained by the above method may be subjected to a maximum value filter of a specified size, an average filter, or other weighted filter. Also, the image may be converted to 16 bits instead of 8 bits. Also, it is not necessarily necessary to save in image format, and the two-dimensional array may be saved in binary or text format without conversion.

次に、センサ信号間の類似度算出処理(S403)について説明する。
ここで、センサ信号間の類似度とは、信号値がお互いに影響を及ぼしているかどうかを定量化したものを表す。そこで、ステップS402で算出した二次元頻度分布画像を利用して類似度を算出する。
Next, the process of calculating the similarity between sensor signals (S403) will be described.
Here, the similarity between the sensor signals represents a quantification of whether the signal values affect each other. Therefore, the similarity is calculated using the two-dimensional frequency distribution image calculated in step S402.

図7は、センサaとセンサbの類似度算出を説明する図である。左から、センサa同士、センサb同士、センサaとセンサbの二次元頻度分布画像である。 Figure 7 is a diagram explaining the calculation of the similarity between sensors a and b. From the left, these are two-dimensional frequency distribution images of sensors a and b, sensors b and a and b.

図5の処理により得られるこれらの画像は、二次元の特徴空間上で密度が高いところが高い画素値で表されている。ここでは、通常の濃淡画像とは異なり、画素値の0を白、255を黒で表したグレイスケールの画像である。これらの画像から、まずゼロでない画素をカウントしそれぞれCount(a, a)、Count(b, b)、Count(a, b)とする。類似度Similarity(a, b) を(数1)により算出する。ただし,Count(b, b) > Count(a, a)の場合は,次式のaとbを入れ替えて計算する。 These images obtained by the processing in Figure 5 are represented by high pixel values where the density is high in a two-dimensional feature space. Unlike normal grayscale images, these are grayscale images in which a pixel value of 0 is represented as white and 255 as black. First, the number of non-zero pixels in these images are counted and designated Count(a, a), Count(b, b), and Count(a, b), respectively. Similarity (a, b) is calculated using (Equation 1). However, if Count(b, b) > Count(a, a), a and b in the following equation are swapped for calculation.

Figure 0007526852000001
Figure 0007526852000001

状態数が多い方のセンサの値を決めたときにもう一方のセンサの値の範囲が小さいほど類似度が高いという考えに基づいて設計した式であり、対角線のみのときは類似度が1、全面塗りつぶされたときは類似度が0になる。 This formula was designed based on the idea that when the value of the sensor with the greater number of states is determined, the smaller the range of the other sensor's value is, the higher the similarity; when there is only a diagonal line, the similarity is 1, and when the entire surface is filled in, the similarity is 0.

図8A~図8Cは、二次元頻度分布画像のいくつかの例を示す図である。横軸にセンサaの信号値(ビン番号)を、縦軸にセンサbの信号値(ビン番号)を示す。 Figures 8A to 8C are diagrams showing some examples of two-dimensional frequency distribution images. The horizontal axis shows the signal value (bin number) of sensor a, and the vertical axis shows the signal value (bin number) of sensor b.

二次元頻度分布画像は2つのセンサの相関の強さに応じて、画像のパターンが変化する。図8Aと図8Bは相関が強い場合で、特に図8Aは状態遷移に時間的なずれが存在する場合である。図8Cは、相関が弱い場合である。ここで、図8Aの二次元頻度分布画像における類似度は0.893であり、図8Bの二次元頻度分布画像における類似度は0.838であり、図8Cの二次元頻度分布画像における類似度は0.084である。 The image pattern of the two-dimensional frequency distribution image changes depending on the strength of the correlation between the two sensors. Figures 8A and 8B show cases where the correlation is strong, and in particular Figure 8A shows a case where there is a time lag in the state transition. Figure 8C shows a case where the correlation is weak. Here, the similarity in the two-dimensional frequency distribution image of Figure 8A is 0.893, the similarity in the two-dimensional frequency distribution image of Figure 8B is 0.838, and the similarity in the two-dimensional frequency distribution image of Figure 8C is 0.084.

なお、データ間の関係を表す数値として相関係数が知られているが、これは線形性を表す尺度であり、お互いに影響がある場合の全てをカバーすることができない。図8Aは、センサ相互の影響は強いが相関係数は低い例である。 The correlation coefficient is known as a numerical value that indicates the relationship between data, but it is a measure of linearity and cannot cover all cases where there is mutual influence. Figure 8A shows an example where the sensors have a strong mutual influence but a low correlation coefficient.

次に、階層的クラスタリング処理(S404)について説明する。
階層的クラスタリングは、個々のデータを1個ずつのクラスタに割り当てるところから開始し、類似したクラスタを再帰的に結合していくものである。結合するクラスタを選択する基準によって、最短距離法、最長距離法、群平均法などの手法がある。それぞれの方法において、クラスタ間の類似度は、クラスタをまたがるデータ間の類似度の最大値、最小値、平均値で定義される。クラスタ間の類似度が大きい組から順次結合して1個のクラスタとしていき、全てのクラスタ間の類似度が予め定めた類似度基準値を下回ったとき、結合を停止する。ただし、着目する2個のクラスタに含まれるデータ数の合計が予め定めた最大センサ数より大きい場合は類似度を0とみなすことにより、1個のクラスタに含まれるデータ数が最大数を超えないようにする。類似度基準値はパラメータであり0から1の間の実数を指定する。また、最大センサ数もパラメータである。
Next, the hierarchical clustering process (S404) will be described.
Hierarchical clustering starts by assigning each data to one cluster, and then recursively combines similar clusters. Depending on the criteria for selecting clusters to be combined, there are methods such as the shortest distance method, the longest distance method, and the group average method. In each method, the similarity between clusters is defined by the maximum, minimum, and average value of the similarity between data across clusters. Clusters are combined in order starting from the pair with the greatest similarity to form one cluster, and when the similarity between all clusters falls below a predetermined similarity reference value, the combination is stopped. However, if the total number of data included in two clusters of interest is greater than a predetermined maximum number of sensors, the similarity is considered to be 0, so that the number of data included in one cluster does not exceed the maximum number. The similarity reference value is a parameter and is specified as a real number between 0 and 1. The maximum number of sensors is also a parameter.

図9Aのフローを参照して、実施例2センサグループ設定処理について説明する。実施例2は同じグループとしたいセンサを予め指定しておく処理である。 The sensor group setting process of the second embodiment will be described with reference to the flow in FIG. 9A. The second embodiment is a process in which sensors to be grouped together are designated in advance.

最初に、信号入力部(第1のセンサ信号入力部)104において、センサ信号蓄積部103に蓄積されたセンサ値のうち指定された期間のセンサ信号を入力する(S901)。次に、センサグループ設定部105において、センサ2個の総当りで二次元頻度分布画像を作成する(S902)。次に、二次元頻度分布画像をもとにセンサ信号間の類似度を算出する(S903)。次に、センサグループ設定に関する指示を入力する(S904)。GUIから入力、ファイルの読み込みなど方法は問わないが、同じセンサグループとしたいセンサが指定されるものとする。指定される組合せは複数あってもよい。 First, the signal input unit (first sensor signal input unit) 104 inputs a sensor signal for a specified period from among the sensor values stored in the sensor signal storage unit 103 (S901). Next, the sensor group setting unit 105 creates a two-dimensional frequency distribution image for every two sensors (S902). Next, the similarity between the sensor signals is calculated based on the two-dimensional frequency distribution image (S903). Next, instructions regarding sensor group setting are input (S904). The method can be anything, such as input from a GUI or reading a file, but it is assumed that sensors to be in the same sensor group are specified. Multiple combinations may be specified.

次に、同じセンサグループと指定されたセンサ間の類似度をステップS903で算出された値によらず1とする(S905)。次に、類似度に基づく階層的クラスタリングを行う(S906)。同じセンサグループと指定されたセンサは類似度が1なので階層的クラスタリングの初めの段階で結合され、指定されていないセンサは類似度に応じて結合される。ステップS404と同様、予め最大センサ数と類似度基準値を指定しておき、最大センサ数を超える場合は結合せず、全てのクラスタ間の距離が類似度基準値を下回った場合は結合を停止する。最後に、グループ情報をグループ情報蓄積部106に保存する(S907)。 Next, the similarity between sensors designated as being in the same sensor group is set to 1 regardless of the value calculated in step S903 (S905). Next, hierarchical clustering based on similarity is performed (S906). Sensors designated as being in the same sensor group have a similarity of 1 and are therefore combined at the beginning of the hierarchical clustering process, while undesignated sensors are combined according to their similarity. As in step S404, a maximum number of sensors and a similarity reference value are designated in advance, and if the maximum number of sensors is exceeded, no combination is performed, and if the distance between all clusters falls below the similarity reference value, combination is stopped. Finally, the group information is stored in the group information storage unit 106 (S907).

図9Bのフローを参照して、実施例3のセンサグループ設定処理について説明する。実施例3はグループの核として予め指定されたセンサに類似したセンサを同じグループとする処理である。 The sensor group setting process of the third embodiment will be described with reference to the flow in FIG. 9B. The third embodiment is a process for grouping sensors similar to a sensor that has been designated in advance as the core of a group.

最初に、センサ信号入力(S911)と二次元頻度分布画像作成(S912)とセンサ信号間類似度算出(S913)は、実施例2と同様である。 First, the sensor signal input (S911), the two-dimensional frequency distribution image creation (S912), and the calculation of the similarity between the sensor signals (S913) are the same as in Example 2.

次に、センサグループ設定に関する指示を入力する(S914)。ここでは、センサグループの核としたい1個ないし複数個のセンサからなるセンサ群が指定されるものとする。指示の数は複数でもよく、以下の処理は指示毎に独立して行う(S915)。 Next, an instruction for setting a sensor group is input (S914). Here, a sensor group consisting of one or more sensors that are to be the core of the sensor group is specified. Multiple instructions may be input, and the following process is carried out independently for each instruction (S915).

まず、新しい1個のクラスタを作成し指定されたセンサ群をそのクラスタに入れる(S916)。次に、指定されていないセンサとセンサ群の間の類似度を算出する(S917)。センサとクラスタの類似度は、例えば注目センサとセンサ群のセンサの類似度の平均とする。あるいは、最小値または最大値とする。 First, a new cluster is created and the specified sensor group is placed in that cluster (S916). Next, the similarity between the unspecified sensor and the sensor group is calculated (S917). The similarity between the sensor and the cluster is set to, for example, the average similarity between the sensor of interest and the sensor group. Alternatively, it is set to the minimum or maximum value.

次に、算出した類似度が高い順にセンサを同じクラスタに入れていく(S918)。ただし、予め指定した最大センサ数以内かつ予め指定した類似度基準値以上の場合とする。指示の個数分ステップS916~S918の処理が終了したら、次に、新しい1個のクラスタを作成し、どのクラスタにも入れられていないセンサを入れる(S919)。最後に、グループ情報をグループ情報蓄積部106に保存する(S920)。 Next, the sensors are placed in the same cluster in descending order of calculated similarity (S918). However, this applies only if the number of sensors is within a pre-specified maximum number and is equal to or greater than a pre-specified reference value for similarity. Once the processing of steps S916 to S918 has been completed for the specified number of sensors, a new cluster is created and sensors that have not yet been placed in any cluster are placed therein (S919). Finally, the group information is saved in the group information storage unit 106 (S920).

図4および図9A、図9Bで説明したセンサグループ設定処理における、更なる変形例について述べる。 We will now describe further variations in the sensor group setting process described in Figures 4, 9A, and 9B.

第一の例では、予め全てのグループに含めるセンサを指定しておき、上記いずれかの方法でグループ設定された後に、指定されたセンサを前グループに入れる処理を加える。第二の例では、センサ信号入力後(S401)、センサ信号に基づくデータクレンジング処理を行う。これは、解析に悪影響を及ぼす欠損値、エラー値などのノイズデータを除去する処理である。具体的には、センサ毎のヒストグラムをもとに主要な分布から外れていてかつ発生比率が低いデータを削除する。データクレンジング処理により、センサ間の類似度の算出精度を向上させることができる。 In the first example, the sensors to be included in all groups are specified in advance, and after the groups are set using one of the methods described above, a process is added in which the specified sensors are placed in the previous group. In the second example, after the sensor signal is input (S401), a data cleansing process is performed based on the sensor signal. This is a process to remove noise data such as missing values and error values that have a negative effect on the analysis. Specifically, data that falls outside the main distribution and has a low occurrence rate is deleted based on the histogram for each sensor. The data cleansing process can improve the accuracy of calculating the similarity between sensors.

次に、図10Aのフローを参照して、図3(b)の学習時の異常測度算出処理について説明する。これは、S303で設定されたセンサグループ毎の処理とする。 Next, the anomaly measure calculation process during learning in FIG. 3(b) will be described with reference to the flow in FIG. 10A. This process is performed for each sensor group set in S303.

最初に、信号入力部(第2のセンサ信号入力部)107において、センサ信号蓄積部103に蓄積されたセンサ値のうち指定された期間(学習期間)のセンサ信号を入力する(S1001)。学習期間として、設備が正常な状態であった期間を指定するものとする。次に、特徴ベクトル抽出部108において、入力されたセンサ信号を正準化する(S1002)。特徴ベクトル抽出部108は、グループ情報蓄積部106から、着目グループに含まれるセンサの情報を取得し、正準化および後述する特徴ベクトル抽出はグループに含まれるセンサを対象とするものとする。 First, the signal input unit (second sensor signal input unit) 107 inputs sensor signals for a specified period (learning period) from the sensor values stored in the sensor signal storage unit 103 (S1001). The learning period is specified as the period during which the equipment was in a normal state. Next, the feature vector extraction unit 108 canonicalizes the input sensor signals (S1002). The feature vector extraction unit 108 obtains information on the sensors included in the group of interest from the group information storage unit 106, and the canonicalization and feature vector extraction described below are performed on the sensors included in the group.

センサ信号の正準化は、単位及びスケールの異なる複数のセンサ信号を同様に扱うために行う。具体的には、各センサ信号の、学習期間の平均と標準偏差を用いて、平均が0、分散が1となるように各センサ信号を変換する。異常検知時に同じ変換ができるように、各センサ信号の平均と標準偏差を記憶しておく。または、各センサ信号の、学習期間の最大値と最小値を用いて、最大が1、最小が0となるように各センサ信号を変換する。または、最大値と最小値の代わりに予め設定した上限値と下限値を用いてもよい。この場合は、異常検知時に同様の変換ができるように、各センサ信号の最大値と最小値または上限値と下限値を学習結果蓄積部109に記憶しておく。 Sensor signals are canonicalized to treat multiple sensor signals with different units and scales in the same way. Specifically, each sensor signal is converted using the average and standard deviation of the learning period so that the average is 0 and the variance is 1. The average and standard deviation of each sensor signal are stored so that the same conversion can be performed when an abnormality is detected. Alternatively, each sensor signal is converted using the maximum and minimum values of the learning period so that the maximum is 1 and the minimum is 0. Alternatively, preset upper and lower limit values may be used instead of the maximum and minimum values. In this case, the maximum and minimum values or upper and lower limit values of each sensor signal are stored in the learning result accumulation unit 109 so that the same conversion can be performed when an abnormality is detected.

次に、特徴ベクトル抽出部108において、各時刻の特徴ベクトルを抽出する(S1003)。特徴ベクトルは、センサ信号を正準化したものをそのまま要素として並べたものである。あるいは、ある時刻に対して±1,±2,・・・のウィンドウを設け、ウィンドウ幅(3,5,・・・)×センサ数の特徴ベクトルとすることで、センサ信号の時間変化を表す特徴を抽出することもできる。また、離散ウェーブレット変換(DWT:Discrete Wavelet Transform)を施して、周波数成分に分解してもよい。 Next, the feature vector extraction unit 108 extracts a feature vector for each time (S1003). The feature vector is the canonicalized sensor signal arranged as is as elements. Alternatively, a window of ±1, ±2, ... can be set for a certain time, and a feature vector of window width (3, 5, ...) x number of sensors can be used to extract features that represent changes in the sensor signal over time. Alternatively, a discrete wavelet transform (DWT) can be applied to break down the signal into frequency components.

次に、異常測度算出部109において、学習期間の異常測度を算出する。まず学習期間を複数の区間に分け(S1004)、抽出した全特徴ベクトルについて、以下の処理を繰り返す(S1005)。複数区間に対応して順次選んだ特徴ベクトルである注目ベクトルと、注目ベクトルと同じ区間を除く学習期間のデータを学習データとする(S1006)。注目ベクトルと学習データを用いて異常測度を算出する(S1007)。ステップS1004における区間の分割は例えば1日毎とする。あるいは、化学プラントのようなバッチ処理の場合はバッチ毎、加工装置の場合は加工対象個体毎、MRIのような医療装置の場合は検査対象者毎としてもよい。ステップS1007の異常測度算出処理には、局所部分空間法(LSC:Local Sub-space Classifier)や投影距離法(PDM:Projection Distance Method)を用いることができる。 Next, the anomaly measure calculation unit 109 calculates the anomaly measure for the learning period. First, the learning period is divided into multiple intervals (S1004), and the following process is repeated for all extracted feature vectors (S1005). A vector of interest, which is a feature vector selected sequentially corresponding to multiple intervals, and data for the learning period excluding the same interval as the vector of interest, are used as learning data (S1006). The anomaly measure is calculated using the vector of interest and the learning data (S1007). The intervals in step S1004 may be divided, for example, by day. Alternatively, the division may be by batch in the case of batch processing such as a chemical plant, by individual processed objects in the case of processing equipment, or by test subjects in the case of medical equipment such as MRI. The local subspace classifier (LSC) or the projection distance method (PDM) may be used for the anomaly measure calculation process in step S1007.

図10Bは、局所部分空間法による異常測度算出処理を説明する図である。
局所部分空間法は、注目ベクトルqに対するk個の近傍ベクトルを選択し、選択したk個の近傍ベクトルが張るk-1次元のアフィン部分空間へ注目ベクトルqを投影したときの投影距離を測る方法である。図10Bでは、k=3個の近傍ベクトルx1~x3でアフィン部分空間を形成した場合である。そして、注目ベクトルqに最も近いアフィン部分空間上の点Xbが投影点(基準ベクトル)となり、注目ベクトルqから基準ベクトルXbまでの距離が異常測度である。
FIG. 10B is a diagram illustrating an anomaly measure calculation process using the local subspace method.
The local subspace method is a method of measuring the projection distance when k neighboring vectors for a vector of interest q are selected and the vector of interest q is projected onto a k-1-dimensional affine subspace spanned by the selected k neighboring vectors. In FIG. 10B, an affine subspace is formed with k=3 neighboring vectors x1 to x3. Then, the point Xb on the affine subspace closest to the vector of interest q becomes the projection point (reference vector), and the distance from the vector of interest q to the reference vector Xb is the anomaly measure.

具体的な算出法を説明する。評価データqとそのk個の近傍ベクトルxi(i=1,・・・,k)から、qをk個並べた行列Qとxiを並べた行列Xを作成し、(数2)から両者の相関行列Cを求める。次に、(数3)から近傍ベクトルxiの重み付けを表す係数ベクトルbを計算する。異常測度dは、ベクトル(q-Xb)のノルムまたはその2乗により算出される。 The specific calculation method will be explained. From the evaluation data q and its k neighboring vectors xi (i = 1, ..., k), a matrix Q with k qs arranged and a matrix X with xis arranged are created, and the correlation matrix C between the two is found from (Equation 2). Next, a coefficient vector b representing the weighting of the neighboring vector xi is calculated from (Equation 3). The anomaly measure d is calculated from the norm of the vector (q-Xb) or its square.

Figure 0007526852000002
Figure 0007526852000002

Figure 0007526852000003
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なお、図10Bではk=3の場合を説明したが、特徴ベクトルの次元数より十分小さければいくつでもよい。k=1の場合は、最近傍法と等価の処理になる。 Note that while Figure 10B illustrates the case where k = 3, any number is acceptable as long as it is sufficiently smaller than the number of dimensions of the feature vector. When k = 1, the process is equivalent to the nearest neighbor method.

投影距離法は、選択された特徴ベクトルに対し独自の原点をもつ部分空間すなわちアフィン部分空間(分散最大の空間)を作成する方法である。何らかの方法で注目ベクトルに対応する複数の特徴ベクトルを選択し、以下の方法でアフィン部分空間を算出する。 The projected distance method is a method of creating a subspace with its own origin for the selected feature vector, i.e., an affine subspace (a space with maximum variance). Select multiple feature vectors that correspond to the vector of interest in some way, and calculate the affine subspace using the following method.

まず、選択された特徴ベクトルの平均μと共分散行列Σを求め、次にΣの固有値問題を解いて、値の大きい方から予め指定したr個の固有値に対応する固有ベクトルを並べた行列Uをアフィン部分空間の正規直交基底とする。rは特徴ベクトルの次元より小さくかつ選択データ数より小さい数とする。またはrを固定した数とせず、固有値の大きい方から累積した寄与率が予め指定した割合を超えたときの値としてもよい。注目ベクトルから最も近いアフィン部分空間上の点が基準ベクトルとなる。また、注目ベクトルから基準ベクトルを引いたものが残差ベクトルとなり、残差ベクトルのノルムまたはノルムの2乗が異常測度となる。 First, the mean μ and covariance matrix Σ of the selected feature vector are found, then the eigenvalue problem of Σ is solved, and the matrix U in which the eigenvectors corresponding to the r pre-specified eigenvalues starting from the largest value are arranged is defined as the orthonormal basis of the affine subspace. r is a number smaller than the dimension of the feature vector and smaller than the number of selected data. Alternatively, r may not be a fixed number, but may be the value when the cumulative contribution rate starting from the largest eigenvalue exceeds a pre-specified ratio. The point in the affine subspace closest to the vector of interest becomes the reference vector. Furthermore, the residual vector is obtained by subtracting the reference vector from the vector of interest, and the norm of the residual vector or the square of the norm becomes the anomaly measure.

ここで、複数の特徴ベクトルの選択方法としては、予め指定した数十から数百の数の特徴ベクトルを注目ベクトルから近い順に選択する方法がある。また、学習対象の特徴ベクトルを予めクラスタリングしておき、注目ベクトルに最も近いクラスタに含まれる特徴ベクトルを選択するようにしてもよい。また、注目ベクトルqのk-近傍ベクトルの平均ベクトルまでの距離を異常測度とする局所平均距離法や、ガウシアンプロセスなどを用いてもよい。 Here, the method of selecting multiple feature vectors includes a method of selecting a predetermined number of tens to hundreds of feature vectors in order of proximity to the vector of interest. Alternatively, the feature vectors to be learned may be clustered in advance, and a feature vector included in the cluster closest to the vector of interest may be selected. Alternatively, a local average distance method in which the distance to the average vector of the k-nearest vectors of the vector of interest q is used as an anomaly measure, or a Gaussian process may be used.

全特徴ベクトルについて異常測度算出処理後、しきい値算出部110において、しきい値を算出する(S1008)。このしきい値は、異常検出部113に入力する異常測度と比較され、設備の正常/異常を判定するために用いられるものである。しきい値算出部107は、正常な学習データを異常と判定しないしきい値を算出する。言い換えれば、正常な学習データから得られる異常測度の最大値をしきい値として算出する。 After the anomaly measure calculation process for all feature vectors, the threshold calculation unit 110 calculates a threshold (S1008). This threshold is compared with the anomaly measure input to the anomaly detection unit 113 and is used to determine whether the equipment is normal or abnormal. The threshold calculation unit 107 calculates a threshold value that does not determine normal learning data as abnormal. In other words, the maximum value of the anomaly measure obtained from normal learning data is calculated as the threshold value.

あるいは、正常な学習データを予め定めた割合より多く正常と判定するしきい値を算出することにしてもよい。この場合は、正常な学習データから得られる異常測度をソートし、異常測度が低い方から前述の予め定めた割合に到達するところの異常測度をしきい値として採用する。 Alternatively, a threshold value may be calculated that determines that more than a predetermined percentage of normal learning data is normal. In this case, the anomaly measures obtained from normal learning data are sorted, and the anomaly measure that reaches the aforementioned predetermined percentage from the lowest anomaly measure is used as the threshold value.

図10Aの学習処理においては、学習結果蓄積部111に学習結果を保存しておく。学習結果として保存されるデータには、少なくとも特徴ベクトル抽出のためのパラメータ、異常測度算出のためのパラメータ、センサ正準化のためのパラメータ、抽出した全特徴ベクトルデータ、異常判定しきい値、特徴ベクトル抽出のためのパラメータ及び異常測度算出のためのパラメータは、学習時に指定されたものと共通である。センサ正準化のためのパラメータは、センサ信号入力部107がステップS1002の処理で算出した各センサ信号の平均、標準偏差、最大値、最小値などである。 In the learning process of FIG. 10A, the learning results are stored in the learning result storage unit 111. The data stored as the learning results includes at least the parameters for extracting feature vectors, the parameters for calculating anomaly measures, the parameters for sensor canonicalization, all extracted feature vector data, the anomaly determination threshold, the parameters for extracting feature vectors, and the parameters for calculating anomaly measures, which are the same as those specified during learning. The parameters for sensor canonicalization are the average, standard deviation, maximum value, minimum value, etc. of each sensor signal calculated by the sensor signal input unit 107 in the process of step S1002.

次に、図11を参照して、図3(c)の異常検知時の異常判定処理について説明する。 図11は、異常検出部112による異常検知処理(S321~S324)のフローを示す図である。ここでは、センサ信号蓄積部103に蓄積されたデータのうち指定された期間のデータ、または新たに観測されたデータについて、特徴ベクトルの抽出(特徴ベクトル抽出部108)、異常測度の算出(異常測度算出部109)を行い、これをしきい値(しきい値算出部111)と比較して、異常検出部112にて正常か異常かの判定を行う。 Next, referring to FIG. 11, the anomaly determination process when an anomaly is detected in FIG. 3(c) will be described. FIG. 11 is a diagram showing the flow of anomaly detection process (S321 to S324) by the anomaly detection unit 112. Here, for data stored in the sensor signal storage unit 103 for a specified period or newly observed data, feature vectors are extracted (feature vector extraction unit 108) and anomaly measure is calculated (anomaly measure calculation unit 109), which are then compared with a threshold value (threshold calculation unit 111) to determine whether the data is normal or abnormal in the anomaly detection unit 112.

異常検出部110は、データベースから学習時に保存した学習結果を読み出す(S1101)。その際、学習時の異常測度やしきい値に基づいて、ユーザが適切な処理番号を選択し、処理番号に対応付けられた学習結果を用いる。信号入力部(第2のセンサ信号入力部)107は、センサ信号蓄積部103または設備101からセンサ信号102を入力し(S1102)、センサ信号毎に正準化する(S1103)。このとき、ステップS1002の正準化の処理に用いたパラメータを用いる。次に、特徴ベクトル抽出部108は、選択したセンサ信号から、ステップS1003の処理と同じ方法で特徴ベクトルの抽出を行う(S1104)。 The anomaly detection unit 110 reads out the learning results saved during learning from the database (S1101). At that time, the user selects an appropriate processing number based on the anomaly measure and threshold value used during learning, and the learning result associated with the processing number is used. The signal input unit (second sensor signal input unit) 107 inputs the sensor signal 102 from the sensor signal storage unit 103 or the equipment 101 (S1102), and performs canonicalization for each sensor signal (S1103). At this time, the parameters used in the canonicalization process in step S1002 are used. Next, the feature vector extraction unit 108 extracts feature vectors from the selected sensor signal in the same manner as in the process in step S1003 (S1104).

次に、全特徴ベクトルについてステップS1106およびS1107の処理を行う(S1105、ループ)。異常測度算出部109は、注目ベクトルと学習データを用いて、異常測度を算出する(S1106)。この処理は、図10AのステップS1007と同じ方法で行うが、学習データを全て用いることとする。異常検出部112は、ステップS1101で読み出したしきい値とステップS1106で算出した異常測度とを比較する。異常測度がしきい値以下であれば設備は「正常」と判定し、異常測度がしきい値より大きければ「異常」と判定する(S1107)。 Next, steps S1106 and S1107 are performed for all feature vectors (S1105, loop). The anomaly measure calculation unit 109 calculates the anomaly measure using the vector of interest and the learning data (S1106). This process is performed in the same manner as step S1007 in FIG. 10A, but all the learning data is used. The anomaly detection unit 112 compares the threshold value read in step S1101 with the anomaly measure calculated in step S1106. If the anomaly measure is equal to or less than the threshold value, the equipment is judged to be "normal," and if the anomaly measure is greater than the threshold value, the equipment is judged to be "abnormal" (S1107).

次に、以上の動作を実現するための異常検知装置100のユーザインタフェース(GUI)の例を説明する。 Next, we will explain an example of a user interface (GUI) of the anomaly detection device 100 to realize the above operations.

図12は、センサグループ設定実施のための対象期間及び処理パラメータ含む解析条件を設定するGUIの例である。過去のセンサ信号102は、設備ID及び時刻と対応付けられてセンサ信号蓄積部103に保存されているものとする。 Figure 12 shows an example of a GUI for setting analysis conditions including a target period and processing parameters for implementing sensor group setting. It is assumed that past sensor signals 102 are stored in the sensor signal storage unit 103 in association with a facility ID and time.

センサグループ設定画面1201では、対象設備、対象期間、データクレンジングパラメータ、センサグループ設定パラメータ、センサグループ設定方法、グループ指示ファイル名、レシピ名を入力する。設備ID入力ウィンドウ1202には、対象とする設備のIDを入力する。設備リスト表示ボタン1203の押下により、センサ信号蓄積部103に保存されているデータの装置IDのリストが表示されるので、リストから選択入力する。異常検知装置100につながる設備101が1台のみの場合は、設備ID入力ウィンドウ1202は表示されない。ここで、センサグループ設定画面1201は、例えば、図1の出力部113に表示される。 In the sensor group setting screen 1201, the target equipment, target period, data cleansing parameters, sensor group setting parameters, sensor group setting method, group instruction file name, and recipe name are input. In the equipment ID input window 1202, the ID of the target equipment is input. Pressing the equipment list display button 1203 displays a list of device IDs of the data stored in the sensor signal accumulation unit 103, and inputs a selection from the list. If there is only one piece of equipment 101 connected to the anomaly detection device 100, the equipment ID input window 1202 is not displayed. Here, the sensor group setting screen 1201 is displayed, for example, on the output unit 113 in FIG. 1.

対象期間入力ウィンドウ1204には、処理対象期間の開始日と終了日を入力する。データクレンジングチェックボックス1205には、センサグループ設定処理の前にデータクレンジング処理を行いたい場合、チェックを入れる。その場合、クレンジング比率入力ウィンドウ1206にクレンジング比率を入力する。センサ信号値が主要な分布から離れていてかつ発生比率が入力された数値より低い場合データ削除の対象とする。 In the target period input window 1204, enter the start date and end date of the processing target period. If you want to perform data cleansing processing before the sensor group setting process, check the data cleansing checkbox 1205. In that case, enter a cleansing ratio in the cleansing ratio input window 1206. If the sensor signal value is far from the main distribution and the occurrence ratio is lower than the entered value, the data will be subject to deletion.

最大センサ数入力ウィンドウ1207および類似度基準値入力ウィンドウ1208には、図4のステップS404、図9AのステップS906、図9BのS918で参照されるセンサグループ設定パラメータを入力する。センサグループ設定方法選択ボタン1209で、いずれかの方法を1個選択する。この図の例ではそれぞれ、図4、図9A、図9Bの処理フローに従う方法が対応する。「同グループ指示」または「核センサ指示」を選択した場合は、指示ファイル入力ウィンドウ1210に、指示ファイル名を入力する。指示ファイルには、例えば、同じグループとするセンサ名の組、またはグループの核とする1個以上のセンサ名が記載されている。 In the maximum sensor number input window 1207 and the similarity reference value input window 1208, the sensor group setting parameters referenced in step S404 in FIG. 4, step S906 in FIG. 9A, and S918 in FIG. 9B are input. One of the methods is selected with the sensor group setting method selection button 1209. In the example in this figure, the methods correspond to the processing flows in FIG. 4, FIG. 9A, and FIG. 9B. If "Same group instruction" or "Core sensor instruction" is selected, an instruction file name is input in the instruction file input window 1210. The instruction file contains, for example, a set of sensor names to be grouped together, or one or more sensor names to be the core of a group.

以上の条件の情報が確定したら、実行ボタン1211の押下により、センサグループ設定処理を実行する。まず、データクレンジングチェックボックス1205がチェックされている場合は対象期間のセンサ信号を対象にデータクレンジング処理を行う。次に、センサグループ設定方法選択ボタン1209での選択に従い、図4、図9A、図9Bのいずれかの処理フローによってセンサグループを設定し、グループ情報を保存する。 Once the above condition information has been finalized, the execute button 1211 is pressed to execute the sensor group setting process. First, if the data cleansing checkbox 1205 is checked, data cleansing processing is performed on the sensor signals for the target period. Next, in accordance with the selection made with the sensor group setting method selection button 1209, a sensor group is set using one of the processing flows shown in FIG. 4, FIG. 9A, or FIG. 9B, and the group information is saved.

処理終了後、後述する結果表示画面が表示される。ユーザによる確認が終了すると、センサグループ設定画面1201に戻ってくる。再表示ボタン1212ボタン押下により、結果表示画面をサイド表示することもできる。登録名入力ウィンドウ1213に登録名を入力し、登録ボタン1214を押下することにより、設備ID及び登録名と対応付けてセンサグループ情報を保存し、終了する。終了ボタン1215が押下された場合は、何もしないで終了する。この場合、一旦保存されていたセンサグループ情報は、削除される。 After processing is complete, the results display screen, described below, is displayed. Once the user has finished checking, the screen returns to the sensor group setting screen 1201. The results display screen can also be displayed on the side by pressing the redisplay button 1212. By entering a registration name in the registration name input window 1213 and pressing the registration button 1214, the sensor group information is saved in association with the facility ID and registration name, and the process ends. If the exit button 1215 is pressed, the process ends without doing anything. In this case, the sensor group information that was once saved is deleted.

図13Aおよび図13Bは、センサグループ結果をユーザに示すためのGUIの例である。ユーザが各画面の上部に表示されたタブを選択することにより、分布画像表示画面1301およびセンサ信号表示画面1302のいずれかに切り換わる。ここで、分布画像表示画面1301およびセンサ信号表示画面1302は、例えば、図1の出力部113に表示される。 Figures 13A and 13B are examples of GUIs for showing sensor group results to a user. When a user selects a tab displayed at the top of each screen, the screen switches to either a distribution image display screen 1301 or a sensor signal display screen 1302. Here, the distribution image display screen 1301 and the sensor signal display screen 1302 are displayed, for example, on the output unit 113 in Figure 1.

図13Aは、分布画像表示画面の例である。分布画像表示画面1301には、グループ選択ウィンドウ1303で選択されたグループについて、表示順選択ウィンドウ1304で選択された表示順に従って、グループに属するセンサ間の分布画像が表示される。 Figure 13A is an example of a distribution image display screen. In the distribution image display screen 1301, for a group selected in the group selection window 1303, a distribution image between sensors belonging to the group is displayed according to the display order selected in the display order selection window 1304.

グループ選択ウィンドウ1303では、リスト表示ボタンの押下により設定されたセンサグループ番号と「その他」からなるリストが表示され、いずれかを選択することに表示対象のグループが指定される。ユーザによる選択の前はグループ1が選択されている。表示順選択ウィンドウ1304では、リスト表示ボタンの押下により、「センサ番号」と「類似度」のいずれかを選択可能である。「センサ番号」が選択されている場合は、センサ番号の小さいものから順に、「類似度」が選択されている場合は、平均類似度が大きいものから順に表示される。平均類似度とは、あるセンサとグループ内の別のセンサの類似度の平均値のことである。 In the group selection window 1303, a list consisting of the sensor group number set by pressing the list display button and "Other" is displayed, and selecting either one specifies the group to be displayed. Before the user makes a selection, group 1 is selected. In the display order selection window 1304, either "Sensor number" or "Similarity" can be selected by pressing the list display button. If "Sensor number" is selected, the sensors are displayed in order from the smallest sensor number, and if "Similarity" is selected, the sensors are displayed in order from the largest average similarity. The average similarity is the average value of the similarity between a sensor and another sensor in the group.

センサ番号欄1305、センサ名欄1306にはそれぞれセンサ番号とそれに対応するセンサ名が表示される。移動先選択ウィンドウ1307と移動ボタン1308は、各行に表示される。作用は後述する。分布画像表示ウィンドウ1309には、行に対応するセンサと列に対応するセンサの二次元頻度分布画像と類似度がマトリクス状に表示される。センサ番号の縦軸と横軸を入れ替えても分布画像は対称的に変化するのみであり、類似度は同じ値になるため、本実施例ではマトリクスの左下側に分布画像、右上側に類似度を表示している。表示順選択ウィンドウ1304で表示順が切り替えられた場合、行と列の両方を入れ替えた上で、左下側に類似度が来た場合は、逆側にある分布画像と入れ替える。その画像から縦軸と横軸を入れ替えた画像を作成して、差し替える。 The sensor number column 1305 and the sensor name column 1306 display the sensor number and the corresponding sensor name. A destination selection window 1307 and a move button 1308 are displayed in each row. The operation will be described later. A distribution image display window 1309 displays a matrix of two-dimensional frequency distribution images and similarities of the sensors corresponding to the rows and the sensors corresponding to the columns. Even if the vertical and horizontal axes of the sensor numbers are swapped, the distribution image only changes symmetrically and the similarity will have the same value. Therefore, in this embodiment, the distribution image is displayed on the lower left side of the matrix and the similarity on the upper right side. When the display order is switched in the display order selection window 1304, if the similarity is on the lower left side after swapping both the rows and columns, it is swapped with the distribution image on the opposite side. An image with the vertical and horizontal axes swapped is created from that image and replaced.

この画面では、グループの編集も可能である。移動先選択ウィンドウ1307で移動先を選択し移動ボタン1308押下により、対応する行のセンサを他のグループに移動させることができる。移動先は現在のグループ以外のグループと「その他」のいずれかから選択する。対応するセンサは表示中のグループから削除され、対応する行、列とも削除されて上および左に詰めて表示される。平均類似度は算出しなおされる。 Groups can also be edited on this screen. By selecting a destination in the destination selection window 1307 and pressing the move button 1308, the sensor in the corresponding row can be moved to another group. The destination can be selected from a group other than the current group or "Other." The corresponding sensor is deleted from the group being displayed, and the corresponding row and column are also deleted and displayed shifted up and to the left. The average similarity is recalculated.

操作選択ウィンドウ1310では、そのグループを登録するか廃棄するかを選択しておく。全てのグループについて選択を行った後、OKボタン1311押下により、登録が選択されているグループのグループ情報を保存して、センサグループ設定画面1201に戻る。キャンセルボタン1311が押下された場合は、センサグループを編集前の状態に戻してセンサグループ設定画面1201に戻る。OKボタン1311が一度も押されていない間は、センサグループ設定画面1201で登録ボタン1214が押下できない状態になっている。 In the operation selection window 1310, select whether to register or discard the group. After making selections for all groups, pressing the OK button 1311 saves the group information for the group selected for registration and returns to the sensor group setting screen 1201. If the Cancel button 1311 is pressed, the sensor group is returned to its state before editing and the screen returns to the sensor group setting screen 1201. As long as the OK button 1311 has not been pressed even once, the Register button 1214 cannot be pressed on the sensor group setting screen 1201.

なお、分布画像表示画面1301で操作された、グループ選択、表示順選択、センサのグループ移動、操作選択の結果は、全てセンサ信号表示画面1302に反映される。また、センサのグループ移動の結果は、他のグループを選択した際の表示画面にも反映される。 The results of group selection, display order selection, sensor group movement, and operation selection performed on the distribution image display screen 1301 are all reflected on the sensor signal display screen 1302. In addition, the results of moving a sensor group are also reflected on the display screen when another group is selected.

図13Bは、センサ信号表示画面1302の例である。センサ信号表示画面1302には、グループ選択ウィンドウ1303で選択されたグループについて、表示順選択ウィンドウ1304で選択された表示順に従って、グループに属するセンサの時系列センサ信号グラフが表示される。期間入力ウィンドウ1312への入力により、表示期間を変更することが可能である。この変更は全センサ一度に行う。センサ信号表示ウィンドウ1313には、各行に対応するセンサ信号の時系列グラフが表示される。 Figure 13B is an example of a sensor signal display screen 1302. For a group selected in a group selection window 1303, the sensor signal display screen 1302 displays a time series sensor signal graph of sensors belonging to the group according to the display order selected in a display order selection window 1304. The display period can be changed by inputting into a period input window 1312. This change is made for all sensors at once. The sensor signal display window 1313 displays a time series graph of the sensor signal corresponding to each row.

センサ信号表示画面1302では、分布画像表示画面1301と同様のグループ選択、表示順選択、センサのグループ移動、操作選択を行うことができ、その結果は、分布画像表示画面1301に反映される。また、OKボタン1311およびキャンセルボタン1311の押下も可能である。 On the sensor signal display screen 1302, you can select a group, select the display order, move the sensor group, and select an operation in the same way as on the distribution image display screen 1301, and the results are reflected on the distribution image display screen 1301. You can also press the OK button 1311 and the cancel button 1311.

図14Aは、オフライン解析実施のための学習期間、及び処理パラメータ含む解析条件を設定するGUIの例である。この画面では、算出された学習結果をレシピとして登録することも可能である。また、過去のセンサ信号102は、設備ID及び時刻と対応付けられてデータベースに保存されているものとする。 Figure 14A shows an example of a GUI for setting the learning period for performing offline analysis and analysis conditions including processing parameters. On this screen, it is also possible to register the calculated learning results as a recipe. In addition, past sensor signals 102 are stored in a database in association with the equipment ID and time.

オフライン解析条件設定画面1401では、対象設備、学習期間、テスト期間、異常測度算出パラメータを入力する。設備ID入力ウィンドウ1402には、対象とする設備のIDを入力する。設備リスト表示ボタン1403の押下により、センサ信号蓄積部103に保存されているデータの装置IDのリストが表示されるので、リストから選択入力する。異常検知装置100につながる設備101が1台のみの場合は、設備ID入力ウィンドウ1402は表示されない。ここで、オフライン解析条件設定画面1401は、例えば、図1の出力部113に表示される。 In the offline analysis condition setting screen 1401, the target equipment, learning period, test period, and anomaly measure calculation parameters are input. In the equipment ID input window 1402, the ID of the target equipment is input. Pressing the equipment list display button 1403 displays a list of device IDs of the data stored in the sensor signal accumulation unit 103, and inputs a selection from the list. If there is only one piece of equipment 101 connected to the anomaly detection device 100, the equipment ID input window 1402 is not displayed. Here, the offline analysis condition setting screen 1401 is displayed, for example, on the output unit 113 in Figure 1.

学習期間入力ウィンドウ1404には、学習データを抽出したい期間の開始日と終了日を入力する。テスト期間入力ウィンドウ1405には、解析対象としたい期間の開始日と終了日を入力する。 In the learning period input window 1404, enter the start date and end date of the period for which you want to extract learning data.In the test period input window 1405, enter the start date and end date of the period for which you want to analyze.

異常測度算出パラメータ入力ウィンドウ1406には、異常測度算出において使用するパラメータを入力する。図は手法として局所部分空間を採用した場合の例であり、近傍ベクトル数と正則化パラメータを入力する。正則化パラメータは、(2)式において相関行列Cの逆行列が求められないことを防ぐため、対角成分に加算する小さい数である。 In the anomaly measure calculation parameter input window 1406, input the parameters used in anomaly measure calculation. The figure shows an example in which a local subspace method is used, and the number of nearby vectors and a regularization parameter are input. The regularization parameter is a small number added to the diagonal components to prevent the inverse matrix of the correlation matrix C from being unable to be found in equation (2).

センサグループ登録名入力ウィンドウ1407とグループ番号入力ウィンドウには、図13Aおよび図13Bの画面で設定、登録されたセンサグループの登録名およびグループ番号を入力する。以上の解析条件の情報が確定したら、実行ボタン1409の押下により、オフライン解析を実行する。 In the sensor group registration name input window 1407 and group number input window, enter the registration name and group number of the sensor group that was set and registered on the screens of Figures 13A and 13B. Once the above analysis condition information has been confirmed, press the execute button 1409 to execute the offline analysis.

まず、学習期間のセンサ信号を用い、図10Aの処理フローに従って学習を実行する。学習結果として、ステップS1002で算出されたセンサ信号毎の平均と標準偏差、ステップS1003で抽出された学習期間の全特徴ベクトルデータ、ステップS1008で算出されたしきい値を保存しておく。 First, learning is performed according to the process flow of FIG. 10A using the sensor signals from the learning period. As the learning results, the average and standard deviation for each sensor signal calculated in step S1002, all feature vector data for the learning period extracted in step S1003, and the threshold value calculated in step S1008 are saved.

さらに、学習期間およびテスト期間のセンサ信号を用い、図11の処理フローに従って異常測度を算出し、正常か異常かの判定を行い、判定結果を異常測度およびしきい値と併せて保存しておく。ただし、学習期間のデータについては、ステップS1007で算出した異常測度を用いて、正常か異常かの判定を行う。 Furthermore, using the sensor signals from the learning period and the test period, an anomaly measure is calculated according to the processing flow of FIG. 11, a normality/abnormality determination is made, and the determination result is stored together with the anomaly measure and a threshold value. However, for data from the learning period, a normality/abnormality determination is made using the anomaly measure calculated in step S1007.

解析終了後、後述する結果表示画面が表示される。ユーザによる確認が終了すると、オフライン解析条件設定画面1401に戻ってくる。レシピ名入力ウィンドウ1410にレシピ名を入力し、登録ボタン1411を押下することにより、設備ID及びレシピ名と対応付けて学習結果および解析結果を保存し、終了する。ここで、学習結果には、学習の実行により作成保存されたデータのほか、入力ウィンドウ1406~1408で入力された異常測度算出パラメータ、センサグループ登録名およびグループ番号が含まれる。終了ボタン1412が押下された場合は、何もしないで終了する。この場合、学習により作成保存された学習結果および、続く異常検知処理により作成保存された解析結果は、削除されるか次に実行される解析によって上書きされる。 After the analysis is completed, a results display screen, which will be described later, is displayed. After the user has finished checking, the screen returns to the offline analysis condition setting screen 1401. By inputting a recipe name in the recipe name input window 1410 and pressing the register button 1411, the learning results and analysis results are saved in association with the equipment ID and recipe name, and the process ends. Here, the learning results include the data created and saved by executing the learning, as well as the anomaly measure calculation parameters, sensor group registration name, and group number entered in the input windows 1406 to 1408. If the end button 1412 is pressed, the process ends without doing anything. In this case, the learning results created and saved by the learning and the analysis results created and saved by the subsequent anomaly detection process are deleted or overwritten by the analysis to be executed next.

登録された学習結果は、活性か不活性かのラベルをつけて管理され、以降オンラインの解析が実行される。オンライン解析では、新しく入力されたデータに対し、装置IDが一致する活性な学習結果の情報を用いて、図11に示す処理を行い、結果をレシピ名および処理日時と対応付けて保存しておく。これらの処理は定期的、例えば1日毎に実行する。サンプリング間隔が短い設備やリアルタイム性を求められる設備については、実行の間隔をもっと短くする。 The registered learning results are managed with a label indicating whether they are active or inactive, and online analysis is then performed. In online analysis, the process shown in FIG. 11 is performed on newly entered data using information on active learning results with matching equipment IDs, and the results are stored in association with the recipe name and processing date and time. These processes are performed periodically, for example once a day. For equipment with short sampling intervals or equipment that requires real-time performance, the execution intervals are made shorter.

図14Bは、オンライン解析結果の表示対象を指定するためのGUIの例である。
ユーザは、表示対象指定画面1421から表示対象の設備、レシピ及び期間を指定する。始めに、装置ID選択ウィンドウ1422により設備IDを選択する。次に、レシピ名選択ウィンドウ1423により、設備ID1422を対象としたレシピのリストから表示対象のレシピを選択する。データ記録期間表示部1424には、入力されたレシピを用いて処理され、記録が残されている期間の開始日と終了日が表示される。結果表示期間指定ウィンドウ1425には、結果を表示したい期間の開始日と終了日を入力する。表示ボタン1426を押下すると、異常検知処理の結果が表示される。終了ボタン1427を押下すると、表示対象を指定する処理を終了する。ここで、表示対象指定画面1421は、例えば、図1の出力部113に表示される。
FIG. 14B is an example of a GUI for specifying the display target of the online analysis results.
The user specifies the equipment, recipe, and period to be displayed from the display target specification screen 1421. First, the equipment ID is selected from the equipment ID selection window 1422. Next, the recipe to be displayed is selected from the list of recipes targeted for the equipment ID 1422 from the recipe name selection window 1423. The data recording period display section 1424 displays the start date and end date of the period during which the input recipe is used for processing and records are left. The result display period specification window 1425 is used to input the start date and end date of the period for which the results are to be displayed. When the display button 1426 is pressed, the result of the anomaly detection process is displayed. When the end button 1427 is pressed, the process of specifying the display target is terminated. Here, the display target specification screen 1421 is displayed, for example, on the output unit 113 in FIG. 1.

図15Aおよび図15Bは、解析結果をユーザに示すためのGUIの例である。ユーザが各画面の上部に表示されたタブを選択することにより、解析結果全体表示画面1501および解析結果拡大表示画面1502のいずれかに切り換わる。ここで、解析結果全体表示画面1501および解析結果拡大表示画面1502は、例えば、図1の出力部113に表示される。 Figures 15A and 15B are examples of GUIs for showing the analysis results to the user. When the user selects a tab displayed at the top of each screen, the screen switches to either the full analysis result display screen 1501 or the enlarged analysis result display screen 1502. Here, the full analysis result display screen 1501 and the enlarged analysis result display screen 1502 are displayed, for example, on the output unit 113 in Figure 1.

図15Aは、解析結果全体表示画面1501の例である。解析結果全体表示画面1501には、指定された期間の、異常測度、しきい値、及び判定結果、並びにセンサ信号の時系列グラフが表示される。期間表示ウィンドウ1503には、オフライン解析の結果を表示する場合は図14Aで指定された学習期間及びテスト期間が表示される。オンライン解析の結果を表示する場合は、図示していないが、図14Bで指定された結果表示期間が表示される。 Figure 15A is an example of an overall analysis result display screen 1501. The overall analysis result display screen 1501 displays the anomaly measures, thresholds, and judgment results for a specified period, as well as a time series graph of the sensor signal. When displaying the results of an offline analysis, the period display window 1503 displays the learning period and test period specified in Figure 14A. When displaying the results of an online analysis, the result display period specified in Figure 14B is displayed, although not shown.

異常測度表示ウィンドウ1504には、指定された学習期間・テスト期間あるいは結果表示期間での異常測度1504a、しきい値1504b(破線)、及び判定結果1504cが表示される。また、学習に使用した区間に丸印1504dが表示される。センサ信号表示ウィンドウ1505には、指定された学習期間・テスト期間あるいは結果表示期間での指定されたセンサについて、時系列センサ信号1505aが表示される。 The anomaly measure display window 1504 displays the anomaly measure 1504a, threshold value 1504b (dashed line), and judgment result 1504c for the specified learning period, test period, or result display period. A circle 1504d is also displayed on the section used for learning. The sensor signal display window 1505 displays a time series sensor signal 1505a for the specified sensor for the specified learning period, test period, or result display period.

センサ選択ウィンドウ1506では、ユーザの入力によってセンサを指定する。ただし、ユーザが指定する前は、先頭の使用センサが選択されている。カーソル1507は、拡大表示の時の起点を表し、ユーザのマウス操作により移動できる。表示日数指定ウィンドウ508には、解析結果拡大表示画面1502での拡大表示の起点から終点までの日数が表示され、この画面で入力することもできる。日付表示ウィンドウ1509には、カーソル位置の日付が表示される。終了ボタン1510の押下により、解析結果全体表示画面1501、解析結果拡大表示画面1502のいずれもが消去され、解析結果の表示が終了する。 In the sensor selection window 1506, the user specifies a sensor by input. However, before the user specifies a sensor, the first sensor in use is selected. The cursor 1507 indicates the starting point for the enlarged display, and can be moved by the user using the mouse. The number of days to display specification window 508 displays the number of days from the starting point to the end point of the enlarged display on the enlarged analysis result display screen 1502, and can also be entered on this screen. The date display window 1509 displays the date at the cursor position. Pressing the end button 1510 clears both the full analysis result display screen 1501 and the enlarged analysis result display screen 1502, and ends the display of the analysis results.

図15Bは、解析結果拡大表示画面1502の例である。解析結果拡大表示画面1502には、解析結果全体表示画面1501においてカーソル1507で示された日付を起点とし、表示日数指定ウィンドウ1509で指定された日数の期間内の、異常測度、しきい値、判定結果、及びセンサ信号の時系列グラフが表示される。すなわち、異常測度表示ウィンドウ1504及びセンサ信号表示ウィンドウ1505には、解析結果全体表示画面1501と同様の情報が、拡大して表示される。 FIG. 15B is an example of an enlarged analysis result display screen 1502. The enlarged analysis result display screen 1502 displays time series graphs of anomaly measures, thresholds, judgment results, and sensor signals for a period of days specified in a display number of days specification window 1509, starting from the date indicated by cursor 1507 on the entire analysis result display screen 1501. That is, the anomaly measure display window 1504 and the sensor signal display window 1505 display the same information as that on the entire analysis result display screen 1501, but in an enlarged form.

なお、解析結果拡大表示画面1502では、スクロールバー1511とスクロールバー領域1512を追加表示している。スクロールバー1511の長さは表示日数指定ウィンドウ1508で指定された日数に、スクロールバー領域1511の全体の長さは解析結果全体表示画面1501に表示されている期間に相当する。また、スクロールバー1511の左端部が拡大表示の起点に対応する。ユーザはスクロールバー1511を操作することで、表示の起点を変更することも可能であり、この変更は解析結果全体表示画面1501のカーソル1507の位置と日付表示ウィンドウ1509の表示に反映される。 In addition, the enlarged analysis result display screen 1502 additionally displays a scroll bar 1511 and scroll bar area 1512. The length of the scroll bar 1511 corresponds to the number of days specified in the display days specification window 1508, and the overall length of the scroll bar area 1511 corresponds to the period displayed on the entire analysis result display screen 1501. The left end of the scroll bar 1511 corresponds to the starting point of the enlarged display. The user can also change the starting point of the display by operating the scroll bar 1511, and this change is reflected in the position of the cursor 1507 on the entire analysis result display screen 1501 and the display of the date display window 1509.

上記実施例では、複数の時系列センサ信号に基づく異常検知において、全センサを対象として感度向上するよう適切なセンサグループに分け、センサグループ毎に異常検知する。上記実施例によれば、全センサを対象としてセンサ信号間の類似性(類似度)に基づいて適切な数からなるセンサグループに分けるため、異常検知感度を向上させることができ、かつどのセンサに発生した異常も検知可能となる。 In the above embodiment, in anomaly detection based on multiple time-series sensor signals, all sensors are divided into appropriate sensor groups to improve sensitivity, and anomalies are detected for each sensor group. According to the above embodiment, all sensors are divided into an appropriate number of sensor groups based on the similarity (similarity) between the sensor signals, so that anomaly detection sensitivity can be improved and anomalies occurring in any sensor can be detected.

100 異常検知装置
101 設備
102 センサ信号
103 センサ信号蓄積部
104 信号入力部(第1のセンサ信号入力部)
105 センサグループ設定部
106 グループ情報蓄積部、
107 信号入力部(第2のセンサ信号入力部)
108 特徴ベクトル抽出部
109 異常測度算出部
110 しきい値算出部
111 学習結果蓄積部
112 異常検出部
113 出力部
100 Anomaly detection device 101 Equipment 102 Sensor signal 103 Sensor signal storage unit 104 Signal input unit (first sensor signal input unit)
105 Sensor group setting unit 106 Group information storage unit
107 signal input unit (second sensor signal input unit)
108 Feature vector extraction unit 109 Anomaly measure calculation unit 110 Threshold calculation unit 111 Learning result storage unit 112 Anomaly detection unit 113 Output unit

Claims (9)

センサグループ設定処理と学習処理と異常判定処理とを行う異常検知装置であって、
設備に装着された複数のセンサから出力される複数の時系列のセンサ信号が入力される第1のセンサ信号入力部と、
前記センサグループ設定処理において用いられ、センサグループ設定条件の入力操作のための画面を出力部に表示し、前記第1のセンサ信号入力部に入力された複数の前記センサ信号の間の類似度を求め、前記類似度と前記画面を介して入力された前記センサグループ設定条件とに基づいてセンサグループを設定するセンサグループ設定部と、
前記複数のセンサから出力される複数の前記センサ信号が入力される第2のセンサ信号入力部と、
前記異常判定処理及び前記学習処理において用いられ、前記センサグループ毎に、前記第2のセンサ信号入力部に入力された複数の前記センサ信号から時刻毎に特徴ベクトルを抽出する特徴ベクトル抽出部と、
前記異常判定処理及び前記学習処理において用いられ、前記センサグループ毎に、前記特徴ベクトルを用いて、各時刻の異常測度を算出する異常測度算出部と、
前記学習処理において用いられ、前記異常測度に基づいて所定のしきい値を算出するしきい値算出部と、
前記異常判定処理において用いられ、前記センサグループ毎に、各時刻の前記センサ信号が正常か異常かを判定する異常検出部と、
を有し、
前記学習処理においては、
前記異常測度算出部は、
前記センサグループ毎に、指定された学習期間の前記特徴ベクトルを学習データとして用いて、学習時の異常測度を算出し、
前記しきい値算出部は、
前記学習時の異常測度に基づいて前記所定のしきい値を算出し、
前記異常判定処理においては、
前記異常測度算出部は、
前記センサグループ毎に、前記特徴ベクトルを用いて、異常検知時の異常測度を算出し、
前記異常検出部は、
前記センサグループ毎に、前記異常検知時の異常測度を前記所定のしきい値と比較することにより前記センサ信号が正常か異常かを判定し、
前記特徴ベクトル抽出部は、以下のいずれかの処理を行うことで、前記特徴ベクトルの要素となる値を取得し、
前記センサ信号を正準化する、
離散ウェーブレット変換を前記センサ信号に施す、
前記異常測度は、
前記学習データとしての特徴ベクトルから得られた基準ベクトルと、算出対象の前記特徴ベクトルと、の距離であり、
前記所定のしきい値は、
正常な前記学習データから得られる前記異常測度の最大値、
正常な前記学習データを、予め定めた割合より多く正常と判定するように調整された値、
のいずれかである異常検知装置。
An anomaly detection device that performs a sensor group setting process, a learning process, and an anomaly determination process,
a first sensor signal input unit to which a plurality of time-series sensor signals output from a plurality of sensors attached to the facility are input;
a sensor group setting unit that is used in the sensor group setting process, and that displays on an output unit a screen for inputting sensor group setting conditions, obtains a similarity between the plurality of sensor signals inputted to the first sensor signal input unit, and sets a sensor group based on the similarity and the sensor group setting conditions inputted via the screen;
a second sensor signal input unit to which a plurality of the sensor signals output from the plurality of sensors are input;
a feature vector extraction unit that is used in the abnormality determination process and the learning process and that extracts, for each sensor group, a feature vector at each time from the plurality of sensor signals input to the second sensor signal input unit;
an anomaly measure calculation unit that is used in the anomaly determination process and the learning process and that calculates an anomaly measure at each time for each of the sensor groups by using the feature vector;
a threshold calculation unit used in the learning process and calculating a predetermined threshold based on the anomaly measure;
an abnormality detection unit that is used in the abnormality determination process and determines whether the sensor signal at each time point is normal or abnormal for each sensor group ;
having
In the learning process,
The anomaly measure calculation unit is
Calculating an anomaly measure during learning for each of the sensor groups using the feature vectors for a designated learning period as learning data;
The threshold calculation unit
Calculating the predetermined threshold value based on the anomaly measure during the learning process;
In the abnormality determination process,
The anomaly measure calculation unit is
Calculating an anomaly measure when an anomaly is detected, for each of the sensor groups, using the feature vector;
The abnormality detection unit
determining whether the sensor signal is normal or abnormal by comparing the anomaly measure at the time of detecting the anomaly with the predetermined threshold value for each of the sensor groups;
The feature vector extraction unit performs any one of the following processes to obtain values that are elements of the feature vector:
normalizing the sensor signal;
applying a discrete wavelet transform to the sensor signals;
The anomaly measure is
is a distance between a reference vector obtained from the feature vector as the learning data and the feature vector to be calculated,
The predetermined threshold value is
the maximum value of the anomaly measure obtained from the normal training data;
A value adjusted so that a predetermined proportion of normal learning data is determined to be normal;
An anomaly detection device that is either
前記センサグループ設定条件は、前記センサグループ当たりの最大センサ数、を少なくとも含むことを特徴とする請求項1に記載の異常検知装置。 The anomaly detection device according to claim 1, characterized in that the sensor group setting conditions include at least the maximum number of sensors per sensor group. 前記センサグループ設定部による前記センサグループの設定は、1以上のセンサを含むクラスタを一時的に複数作成することを伴う階層的クラスタリング処理を用いて行われ、
前記センサグループ設定条件は、第1クラスタと第2クラスタとの結合要否を判断するための類似度基準値を少なくとも含むことを特徴とする請求項1に記載の異常検知装置。
the sensor group setting unit sets the sensor group using a hierarchical clustering process involving temporarily creating a plurality of clusters each including one or more sensors;
2 . The anomaly detection device according to claim 1 , wherein the sensor group setting conditions include at least a similarity reference value for determining whether or not the first cluster and the second cluster need to be combined.
前記センサグループ設定条件は、前記センサグループの核となるセンサの指定、を少なくとも含み、
前記センサグループ設定条件を用いて設定された前記センサグループは、前記核となるセンサと、前記核となるセンサとの類似度に基づいて選択されたセンサと、を少なくとも含むことを特徴とする請求項1に記載の異常検知装置。
The sensor group setting conditions include at least a designation of a core sensor of the sensor group,
2. The anomaly detection device according to claim 1, wherein the sensor group set using the sensor group setting conditions includes at least the core sensor and a sensor selected based on a similarity with the core sensor.
前記センサグループ設定条件は、全ての前記センサグループに含めるセンサの指定、を少なくとも含むことを特徴とする請求項1に記載の異常検知装置。 The anomaly detection device according to claim 1, characterized in that the sensor group setting conditions include at least the specification of sensors to be included in all of the sensor groups. 前記センサグループ設定条件は、前記センサ信号のヒストグラムの分布から外れているはずれ値を削除するデータクレンジング処理の条件、を少なくとも含むことを特徴とする請求項1に記載の異常検知装置。 The anomaly detection device according to claim 1, characterized in that the sensor group setting conditions include at least conditions for a data cleansing process that removes outliers that are outside the distribution of the histogram of the sensor signals. 前記異常検出部は、前記出力部に、前記センサグループに含まれる前記センサ毎の前記類似度を表示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 anomaly detection device according to claim 1, characterized in that the anomaly detection unit displays the similarity for each of the sensors included in the sensor group on the output unit. 前記異常検出部は、前記出力部に、前記センサグループに含まれる前記センサ毎の前記センサ信号の分布画像を表示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 anomaly detection device according to claim 1, characterized in that the anomaly detection unit displays, on the output unit, a distribution image of the sensor signal for each of the sensors included in the sensor group. センサグループ設定処理と学習処理と異常判定処理とを行う異常検知方法であって、
設備に装着された複数のセンサから出力される複数の時系列のセンサ信号を入力し、
前記センサグループ設定処理において、複数の前記センサ信号の間の類似度を求め、前記類似度に基づいてセンサグループを設定し、
前記異常判定処理及び前記学習処理において、前記センサグループ毎に、複数の前記センサ信号から時刻毎に特徴ベクトルを抽出し、
前記異常判定処理及び前記学習処理において、前記センサグループ毎に、前記特徴ベクトルを用いて、各時刻の異常測度を算出し、
前記学習処理において、前記異常測度に基づいて所定のしきい値を算出し、
前記異常判定処理において、前記センサグループ毎に、各時刻の前記センサ信号が正常か異常かを判定し、
前記学習処理においては、
前記センサグループ毎に、指定された学習期間の前記特徴ベクトルを学習データとして用いて、学習時の異常測度を算出し、
前記学習時の異常測度に基づいて前記所定のしきい値を算出し、
前記異常判定処理においては、
前記センサグループ毎に、前記特徴ベクトルを用いて、異常検知時の異常測度を算出し、
前記センサグループ毎に、前記異常検知時の異常測度を前記所定のしきい値と比較することにより前記センサ信号が正常か異常かを判定し、
前記特徴ベクトルの抽出は、以下のいずれかの処理を行うことで、前記特徴ベクトルの要素となる値を取得し、
前記センサ信号を正準化する、
離散ウェーブレット変換を前記センサ信号に施す、
前記異常測度は、
前記学習データとしての特徴ベクトルから得られた基準ベクトルと、算出対象の前記特
徴ベクトルと、の距離であり、
前記所定のしきい値は、
正常な前記学習データから得られる異常測度の最大値、
正常な前記学習データを、予め定めた割合より多く正常と判定するように調整された値、
のいずれかである異常検知方法。
An anomaly detection method that performs a sensor group setting process, a learning process, and an anomaly determination process,
Inputting multiple time series sensor signals output from multiple sensors attached to the equipment,
In the sensor group setting process, a similarity between a plurality of the sensor signals is calculated, and a sensor group is set based on the similarity.
In the abnormality determination process and the learning process, a feature vector is extracted for each sensor group at each time from the plurality of sensor signals;
In the abnormality determination process and the learning process, an abnormality measure is calculated for each sensor group at each time using the feature vector;
In the learning process, a predetermined threshold value is calculated based on the anomaly measure;
In the abnormality determination process, it is determined whether the sensor signal at each time is normal or abnormal for each sensor group;
In the learning process,
Calculating an anomaly measure during learning for each of the sensor groups using the feature vectors for a designated learning period as learning data;
Calculating the predetermined threshold value based on the anomaly measure during the learning process;
In the abnormality determination process,
Calculating an anomaly measure when an anomaly is detected, for each of the sensor groups, using the feature vector;
determining whether the sensor signal is normal or abnormal by comparing the anomaly measure at the time of detecting the anomaly with the predetermined threshold value for each of the sensor groups;
The extraction of the feature vector involves performing any one of the following processes to obtain values that are elements of the feature vector:
normalizing the sensor signal;
applying a discrete wavelet transform to the sensor signals;
The anomaly measure is
is a distance between a reference vector obtained from the feature vector as the learning data and the feature vector to be calculated,
The predetermined threshold value is
The maximum value of the anomaly measure obtained from the normal learning data,
A value adjusted so that a predetermined proportion of normal learning data is determined to be normal;
An anomaly detection method that is either
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