KR20210045205A - Computing system implementing and operating models describing subject system and subject system operation prediction method therewith - Google Patents

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KR20210045205A
KR20210045205A KR1020190128672A KR20190128672A KR20210045205A KR 20210045205 A KR20210045205 A KR 20210045205A KR 1020190128672 A KR1020190128672 A KR 1020190128672A KR 20190128672 A KR20190128672 A KR 20190128672A KR 20210045205 A KR20210045205 A KR 20210045205A
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Abstract

According to one embodiment of the present invention, a computing system for implementing and operating a model describing a target system includes: a communication interface for receiving or calling acquisition data obtained from the target system; a system model including a plurality of sub-models; and at least one processor. Input data and output data of each of the sub-models in the target system are defined based on structural information of the target system obtained by using knowledge of the target system. The structural information includes information on a data connection relation between a first sub-model and a second sub-model among the sub-models, and the data connection relation includes information on whether the output data of the first sub-model is able to be used as the input data of the second sub-model. Accordingly, a hybrid model that operates by combining advantages of a physically based model and a data-based model is provided.

Description

대상 시스템을 기술하는 모델을 구현하고 동작시키는 컴퓨팅 시스템 및 이를 이용한 대상 시스템의 동작 예측 방법 {COMPUTING SYSTEM IMPLEMENTING AND OPERATING MODELS DESCRIBING SUBJECT SYSTEM AND SUBJECT SYSTEM OPERATION PREDICTION METHOD THEREWITH}A computing system that implements and operates a model describing the target system, and a method of predicting the operation of the target system using the same {COMPUTING SYSTEM IMPLEMENTING AND OPERATING MODELS DESCRIBING SUBJECT SYSTEM AND SUBJECT SYSTEM OPERATION PREDICTION METHOD THEREWITH}

본 발명은 물리적인 복잡계를 모델링하고 시뮬레이션하는 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 컴퓨팅 시스템을 이용하여 대상 시스템을 기술하는 디지털 모델을 구현하고 동작시키는 기술에 관한 것이다. 또한 디지털 모델의 구현 및 동작 과정에서 종래의 이론 기반 모델과 데이터 분석에 기반한 데이터 기반 모델을 함께 이용함으로써 디지털 모델을 고도화하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technology for modeling and simulating a physical complex system, and more particularly, to a technology for implementing and operating a digital model describing a target system using a computing system. In addition, the present invention relates to a technology for advancing a digital model by using a conventional theory-based model and a data-based model based on data analysis together in the process of implementing and operating a digital model.

본 발명은 과학기술정보통신부 및 연구개발특구진흥재단의 기술이전사업화사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2019-DD-RD-0056-01-101, 과제명: 머신러닝 내장형 디지털트윈 모델링 시뮬레이션 플랫폼 개발].The present invention is derived from research conducted as part of the technology transfer commercialization project of the Ministry of Science and ICT and the Foundation for Promotion of Special Research and Development Zones [Project management number: 2019-DD-RD-0056-01-101, project name: machine learning Built-in digital twin modeling simulation platform development].

산업 현장에서 생산성, 경제성, 안전성 등을 향상시키고자 하는 요구가 확산되고 있다. 최근에는 사물인터넷(IoT), 빅데이터, 인공지능, 사이버 물리 시스템(CPS, Cyber Physical Systems) 등의 기술이 널리 이용되고 있으며, 이들 기술들이 집약된 기술 트렌드로서 디지털 트윈(Digital Twin) 기술이 주목받고 있다.The demand to improve productivity, economy, safety, etc. is spreading in industrial sites. In recent years, technologies such as Internet of Things (IoT), big data, artificial intelligence, and cyber physical systems (CPS) are widely used, and as a technology trend in which these technologies are concentrated, digital twin technology is paying attention. Are receiving.

디지털 트윈은 물리적 객체(자산, 프로세스 및 시스템 등)들에 대한 디지털 복제(쌍둥이)로서, 수명주기 전체에 걸쳐 대상 객체 요소들의 속성/상태를 유지하며 이들이 어떻게 작동하는 지에 대한 동적 성질을 묘사하는 가상의 모델이라 할 수 있다.A digital twin is a digital replica (twin) of physical objects (assets, processes and systems, etc.), which maintains the properties/states of target object elements throughout their lifecycle and describes the dynamic nature of how they behave. It can be said to be a model of.

컴퓨팅 시스템에서 구현된 디지털 트윈은 대상 객체(물리적 자산)와 연동하여 현실 상황을 반영하면서 현실에서 발생할 수 있는 상황을 예측하거나 운영을 최적화하는 조건을 알려주는 등 산업 현장에서 다양한 용도로 활용되면서 산업의 경쟁력을 강화하는 수단으로 인식되고 있다.The digital twin implemented in the computing system is interlocked with the target object (physical asset) to reflect the real situation and predict the situation that may occur in the real world or inform the conditions for optimizing the operation. It is recognized as a means to strengthen competitiveness.

사물인터넷(IoT) 기술과 디지털 트윈 기술은 밀접한 관련이 있다. 사물인터넷 플랫폼 기술의 고도화는 운용 중인 시스템의 센서 데이터를 실시간으로 수집한 후 기계학습/인공지능 기반의 예측, 고장 진단, 최적화, 예지 진단 등 스마트 서비스를 가능하게 한다. 디지털 트윈 기술은 산업 현장에서 이용되는 것을 전제로 시작되었으나, 최근에는 사이버 시티 등 그 적용되는 영역을 더욱 다양한 스마트 서비스로 확대하고자 하는 노력이 시도되고 있다. 다양한 스마트 서비스에 필요한 모든 데이터를 수집하기 위한 센서 모두를 운용 중인 시스템에 장착시키는 것은 물리적 제약(센서의 위치와 개수), 및/또는 경제적 제약(센서의 개수)으로 인하여 사실상 불가능하다.Internet of Things (IoT) technology and digital twin technology are closely related. The advancement of IoT platform technology enables smart services such as machine learning/artificial intelligence-based prediction, fault diagnosis, optimization, and predictive diagnosis after collecting sensor data of the operating system in real time. The digital twin technology started on the premise that it is used in industrial sites, but in recent years, efforts have been made to expand the area to which it is applied, such as cyber city, to more diverse smart services. It is virtually impossible to install all of the sensors for collecting all the data required for various smart services into an operating system due to physical constraints (location and number of sensors), and/or economic constraints (number of sensors).

이러한 문제점을 부분적으로 해결하기 위한 수단으로서, 미국공개특허 제2017/0286572호 "Digital twin of twinned physical system"에서, 실제 센서의 디지털 트윈을 이용하여 실제 센서의 동작을 시뮬레이션하고, 실세 센서가 작동하지 않게 되었을 때, 디지털 트윈 모델 내의 실제 센서에 대응하는 가상 센서로부터 데이터를 수집하여 실제 센서의 동작을 대체하는 기술이 제안되었다.As a means to partially solve this problem, in US Patent Publication No. 2017/0286572 "Digital twin of twinned physical system", the actual sensor operation is simulated using the digital twin of the actual sensor, and the actual sensor does not operate. When it turned out, a technology was proposed to replace the operation of the real sensor by collecting data from a virtual sensor corresponding to the real sensor in the digital twin model.

한국공개특허 제10-2019-0013610호 "기술 시스템의 동작을 제어하기 위한 시스템, 방법 및 제어 유닛"에서도 실제 센서의 디지털 트윈을 이용하여 가상 센서 데이터를 생성하고, 실제 센서의 이상이 검출되었을 때 가상 센서 데이터로 이상 센서를 대체하는 기술이 제안되었다.In Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2019-0013610 "System, method, and control unit for controlling the operation of a technical system", virtual sensor data is generated using a digital twin of an actual sensor, and when an abnormality of the actual sensor is detected. A technology has been proposed to replace the abnormal sensor with virtual sensor data.

일반적으로 실 세계의 시스템에 대한 동작/성능 분석이나 예측을 수행하기 위해 해당 시스템에 대한 추상화된 모델을 만들고 실행하여 동작/성능 등 관심 측면의 척도를 측정/관찰하게 된다. 이러한 모델을 통한 대상 시스템의 분석/ 예측 결과가 신뢰성을 확보하기 위해서는 해당 시스템을 얼마나 잘(정확하게) 모델링 하는지가 중요한 관건이 된다.In general, in order to perform motion/performance analysis or prediction for a real-world system, an abstracted model is created and executed to measure/observe measures of interest aspects such as motion/performance. In order to ensure the reliability of the analysis/prediction results of the target system through such a model, how well (accurately) the system is modeled becomes an important key.

모델링의 한 방법으로 대상 시스템이 포함하는 물리적인 법칙이나 동작 규칙 등의 지식을 활용하여 추상화 모델을 만드는 방법이 있는데, 이는 제어된 입력과 해당 출력 사이의 인과관계를 모델로 표현할 수 있는 모델링 및 시뮬레이션(M&S) 기반의 방법이다. 이 방법은 모델링 대상이 되는 시스템에 대한 자세한 정보들이 가용해야 한다는 제한사항이 있다. 또한 모델링 및 시뮬레이션(M&S) 기반의 방식으로 모델을 구축하는 경우에 그 모델의 유효성을 보장하기 위해서 실제 시스템을 얼마나 잘 반영하는지에 대한 모델을 실제 데이터로 검증하는 과정이 필수적이다. 실 세계 시스템으로부터 데이터 획득이 어려울 경우에 모델의 유효성을 확인할 수 없기 때문에 그 모델 기반의 분석/예측 결과에 대한 신뢰성을 보장할 수 없는 문제가 생길 수 있다.As a method of modeling, there is a method of creating an abstraction model using knowledge of the physical laws or rules of operation included in the target system. This is modeling and simulation that can express the causal relationship between the controlled input and the corresponding output as a model. It is a (M&S) based method. This method has the limitation that detailed information about the system to be modeled must be available. In addition, when a model is built in a modeling and simulation (M&S)-based method, it is essential to verify the model with real data on how well the actual system is reflected in order to ensure the validity of the model. When it is difficult to obtain data from a real-world system, since the validity of the model cannot be verified, there may be a problem that the reliability of the analysis/prediction results based on the model cannot be guaranteed.

시스템의 예측 및 분석을 위한 다른 모델링 방법으로 대상 시스템의 운용 및 관측을 통해 획득된 많은 데이터들을 분석함으로써 해당 시스템이 내포하고 있는 규칙/패턴/함수를 도출하는 형태의 데이터 모델링 방법이 있다. 데이터 모델링의 대표적인 방법이라 할 수 있는 기계학습 기반의 모델은 한 세트의 데이터와 다른 데이터 세트 간의 상관관계를 나타내는 방법으로, 빅 데이터 시대에 들어서며 수 많은 데이터를 활용하여 좀 더 효과적인 기계학습이 가능케 되었다. 그러나 기계학습을 통해 구축된 데이터 모델은 해당 시스템이 미래에도 아무런 변경이 없이 운용된다는 전제하에 예측이 가능할 수 있지만, 시스템의 구성 또는 운용 법칙 등이 변경되면 이전에 학습된 모델로 미래를 예측할 수 없다는 한계점이 있다.As another modeling method for predicting and analyzing a system, there is a data modeling method in which the rules/patterns/functions contained in the corresponding system are derived by analyzing a large number of data acquired through operation and observation of the target system. The machine learning-based model, which is a representative method of data modeling, is a method that represents the correlation between one set of data and another data set. In the era of big data, more effective machine learning has become possible by utilizing a large number of data. . However, the data model built through machine learning can be predicted under the premise that the system will operate without any change in the future, but if the composition or operating laws of the system change, the future cannot be predicted with the previously learned model. There are limitations.

다각화 된 사회를 예측하는 수단으로 '빅 데이터'라는 용어가 널리 보급되고 있다. 빅 데이터는 일반적인 소프트웨어 도구가 허용 가능한 경과 시간 내에 수집, 관리 및 처리 할 수 있는 능력을 뛰어 넘는 크기의 데이터 셋을 의미한다. 이러한 대용량 데이터는 기존의 제한된 데이터보다 더 많은 통찰력을 제공하기 때문에 과학, 공학, 국방, 경영, 의학, 정치 등 다양한 분야의 연구에서 많은 관심을 받고 있다. 이러한 이유로 빅 데이터를 활용한 모델링이 빅 데이터 시대에 필수적이고 중요한 이슈가 되고 있다. The term'big data' is widely spread as a means of predicting a diversified society. Big data refers to a set of data that exceeds the ability of common software tools to collect, manage, and process within acceptable elapsed time. Because such large amounts of data provide more insight than existing limited data, it is receiving a lot of interest in research in various fields such as science, engineering, defense, business, medicine, and politics. For this reason, modeling using big data is becoming an essential and important issue in the era of big data.

물리 법칙 또는 동작 규칙에 의하여 생성되는 모델을 물리 기반 모델(physics-driven model)이라 하며, 데이터를 분석하여 데이터 내에 숨어 있는 규칙을 도출하는 모델을 데이터 기반 모델(data-driven model)이라 한다. 물리 기반 모델은 실측 데이터에만 국한되지 않고 적용 범위를 확장할 수 있다는 장점이 있지만, 실측 데이터에 의한 검증이 필요하다는 단점이 있고, 데이터 기반 모델은 실측 데이터에 대한 검증이 분석 과정에서 먼저 이루어지지만, 실측 데이터를 벗어나는 범위에는 적용되지 못한다는 한계가 있다. 최근에는 인공 신경망, 딥 러닝 기법의 발전으로 인하여 데이터 기반 모델이 물리 기반 모델보다 우수한 성능을 가지는 사례가 보고되고 있으나, 데이터 기반 모델이 우수한 성능을 가지더라도 실측 데이터 범위를 벗어나는 범위에 적용되지 못하는 한계는 여전히 존재한다. 또한 데이터 기반 모델은 데이터 간의 연관성만을 분석할 수 있을 뿐, 어떤 데이터가 원인이고 어떤 데이터가 결과인지 인과 관계를 설명하지 못하는 한계도 가지고 있다.A model created by the laws of physics or motion rules is called a physics-driven model, and a model that analyzes data and derives rules hidden in the data is called a data-driven model. The physical-based model is not limited to the measured data and has the advantage of being able to expand the scope of application, but it has the disadvantage that it requires verification by the measured data, and the data-based model has the disadvantage that the verification of the measured data is performed first in the analysis process. There is a limit that it cannot be applied to a range outside the measured data. Recently, due to the development of artificial neural networks and deep learning techniques, cases in which data-based models have superior performance to physical-based models have been reported. However, even if data-based models have excellent performance, they cannot be applied to a range outside the range of measured data. Still exists. In addition, the data-based model can only analyze the correlation between data, and has a limitation in that it cannot explain the causal relationship which data is the cause and which data is the result.

이러한 데이터 기반 모델과 물리 기반 모델의 장점과 단점을 상호 보완하려는 시도가 존재한다. 예를 들어, 미국공개특허 US 2018/0357343 "OPTIMIZATION METHODS FOR PHSICAL MODELS"에서는 high fidelity를 가지는 physics-driven model과 low fidelity를 가지는 data-driven model의 장단점을 취합한 hybrid model을 제안한다. US 2018/0357343에서는 data-driven model의 계산된 competence 영역이 임계 영역을 벗어나면 physics-driven model을 실행하고, data-driven model과 physics-driven model 간의 discrepancy를 함수 형태로 표현하여 physics-driven model을 calibration 한 후, 이 관계를 결합한 hybrid model을 사용한다. 이때 data-driven model의 competence는 data-driven model의 sample data에 대한 accuracy에 기반하여 계산된다. There are attempts to complement the advantages and disadvantages of such a data-based model and a physical-based model. For example, US Patent Publication US 2018/0357343 "OPTIMIZATION METHODS FOR PHSICAL MODELS" proposes a hybrid model that combines the advantages and disadvantages of a physics-driven model having high fidelity and a data-driven model having low fidelity. In US 2018/0357343, the physics-driven model is executed when the calculated competence area of the data-driven model is out of the critical area, and the discrepancy between the data-driven model and the physics-driven model is expressed in the form of a function. After calibration, a hybrid model that combines this relationship is used. At this time, the competence of the data-driven model is calculated based on the accuracy of the sample data of the data-driven model.

대상 시스템의 입력 데이터와 출력 데이터가 명확하게 정의된 단일 시스템인 경우, 상기 US 2018/0357343의 적용에 의하여 data-driven model과 physics-driven model 의 장점을 결합한 hybrid model의 이용이 가능하다. 다만 대상 시스템이 복잡해지고 다루어야 하는 변수가 많은 경우에는 대상 시스템을 디지털화하고 디지털 트윈 모델로 구현하기 위해서는 보다 고도화된 데이터 적용이 필요하다.In the case of a single system in which the input data and output data of the target system are clearly defined, a hybrid model that combines the merits of a data-driven model and a physics-driven model can be used by applying the US 2018/0357343. However, if the target system is complicated and there are many variables to be dealt with, it is necessary to apply more advanced data to digitize the target system and implement it as a digital twin model.

미국공개특허 제2017/0286572호 "Digital twin of twinned physical system" (2017년 10월 5일)US Patent Publication No. 2017/0286572 "Digital twin of twinned physical system" (October 5, 2017) 한국공개특허 제10-2019-0013610호 "기술 시스템의 동작을 제어하기 위한 시스템, 방법 및 제어 유닛" (2019년 2월 11일)Korean Patent Laid-Open Patent No. 10-2019-0013610 "System, method and control unit for controlling the operation of a technical system" (February 11, 2019) 미국공개특허 제2019/0033850호 "Controlling operation of a technical system" (2019년 1월 31일)US Patent Publication No. 2019/0033850 "Controlling operation of a technical system" (January 31, 2019) 미국공개특허 제2019/0068618 "Using virtual sensors to accommodate industrial asset control systems during cyber attacks" (2019년 2월 28일)US Patent Publication No. 2019/0068618 "Using virtual sensors to accommodate industrial asset control systems during cyber attacks" (February 28, 2019) 미국공개특허 US 2018/0357343 "OPTIMIZATION METHODS FOR PHSICAL MODELS" (2018년 12월 13일)US Patent Publication US 2018/0357343 "OPTIMIZATION METHODS FOR PHSICAL MODELS" (December 13, 2018)

종래기술 및 상기의 선행기술에서는 실 세계의 동작 또는 상태를 단일 모델로 단순화하여 시뮬레이트한다. 이때 연역적 추론이 가능한 물리 기반 모델과, 데이터 학습에 기반한 데이터 기반 모델을 결합한 하이브리드 모델의 이용이 선행문헌인 US 2018/0357343 에 의하여 개시되었지만, 실 세계의 대상 시스템은 매우 복잡하여 단일 모델만으로 동작 또는 상태를 규명하기는 쉽지 않다.In the prior art and the above-described prior art, a real-world operation or state is simplified and simulated into a single model. At this time, the use of a hybrid model that combines a physics-based model capable of deductive inference and a data-based model based on data learning was initiated by the preceding document, US 2018/0357343, but the target system in the real world is very complex and operates with only a single model. It is not easy to determine the condition.

또한 취급하고자 하는 대상 시스템이 더욱 커지고 복잡해짐에 따라서 단일 모델에 의하여 대상 시스템을 기술하고자(describe) 하는 시도의 한계가 드러나고 있다. In addition, as the target system to be handled becomes larger and more complex, the limitations of attempts to describe the target system by a single model are revealed.

본 발명은 종래기술 및 상기 선행기술의 문제점을 해결하고자 하는 발명으로서, 대상 시스템을 기술하는 다수의 원인과 결과 간의 인과 관계를 모델링하고, 대상 시스템을 부분적으로 기술할 수 있는 하위 모델들의 결합에 의하여 전체 대상 시스템을 통합적으로 기술할 수 있는 시스템 모델을 제안한다. 이때 시스템 모델 내의 하위 모델들 간의 결합 관계, 및/또는 데이터 연결 관계는 구조적 정보에 기반하여 정의되며, 구조적 정보는 대상 시스템에 대한 지식을 이용하여 획득할 수 있다. The present invention is an invention to solve the problems of the prior art and the prior art, by modeling a causal relationship between a number of causes and effects describing a target system, and combining sub-models capable of partially describing the target system. We propose a system model that can describe the entire target system in an integrated manner. In this case, a coupling relationship and/or a data connection relationship between sub-models in the system model is defined based on structural information, and the structural information can be obtained using knowledge of the target system.

본 발명은 물리 기반 모델과 데이터 기반 모델의 장점을 취합하여 동작하는 하이브리드 모델을 제안하는 것을 목적으로 하며, 하이브리드 모델의 적용 범위를 확장하여 복합 모델에 의하여 기술되는 시스템 모델에도 하이브리드 모델을 적용할 수 있는 시스템 모델링 기법을 제안하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to propose a hybrid model that combines the merits of a physical-based model and a data-based model to operate, and extends the application range of the hybrid model to apply the hybrid model to the system model described by the composite model. The purpose of this study is to propose a system modeling technique.

본 발명은 강인한(robust) 분석/예측 지원이 가능하도록 물리 기반 모델과 데이터 기반 모델의 두 모델링 방식의 장점을 상호보완적으로 활용하여 각 접근방법의 한계점을 극복할 수 있는 상호협력적인 대안을 제시하는 것을 목적으로 한다. 이때 사안에 대해서 선택적으로 물리 기반 모델 또는 데이터 기반 모델이 적용되는 종래 기술들 또는 선행기술들과 달리, 물리 기반 모델과 데이터 기반 모델이 보다 강하게 결합되어 복합 모델을 구현할 수 있는 기법을 제안하는 것을 목적으로 한다.The present invention proposes a mutually collaborative alternative that can overcome the limitations of each approach by complementarily utilizing the advantages of the two modeling methods, a physical model and a data-based model to enable robust analysis/prediction support. It aims to do. At this time, the object is to propose a technique that can implement a complex model by combining a physically-based model and a data-based model more strongly than the prior art or prior art in which a physically-based model or a data-based model is selectively applied to the issue. It is done.

본 발명은 데이터 기반 모델의 정확도를 최대한 활용하되, 데이터 기반 모델이 가지는 한계인 데이터 범위 외의 데이터에 대해서도 추론이 가능한 시스템 모델을 제안하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to propose a system model that utilizes the accuracy of a data-based model to the fullest, but allows inference on data outside the data range, which is a limitation of the data-based model.

본 발명은 데이터 기반 모델을 이용하여 복합적인 원인에 의한 대상 시스템의 동작 또는 상태를 기술할 수 있는 시스템 모델을 제안하고, 데이터 기반 모델 내에서 데이터 간의 상호 연관성을 구조적 정보에 기반하여 설명할 수 있는 설명적 정보(descriptive information)를 생성하는 것을 목적으로 한다.The present invention proposes a system model capable of describing the operation or state of a target system due to a complex cause by using a data-based model, and the interrelationship between data in the data-based model can be explained based on structural information. It aims to generate descriptive information.

본 발명은 데이터 기반 모델을 이용하면서도 데이터 기반 모델이 구현하기 어려웠던 규범적 분석(Normative Analysis)을 적용할 수 있는 시스템 모델을 제안하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to propose a system model capable of applying a normative analysis, which was difficult to implement by a data-based model while using a data-based model.

본 발명은 데이터 기반 모델과 물리 기반 모델의 장점을 취합한 하이브리드 모델을 복합적인 시스템 모델로 구현하고, 매우 복잡한 대상 시스템을 기술하기 위한 디지털 트윈(Digital Twin)에 복합적인 시스템 모델을 적용하는 것을 목적으로 한다. The present invention aims to implement a hybrid model that combines the advantages of a data-based model and a physical-based model as a complex system model, and to apply the complex system model to a digital twin for describing a very complex target system. It is done.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 도출된 구성으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템은, 대상 시스템을 기술하는 모델을 구현하고 동작시키는 컴퓨팅 시스템으로서, 상기 대상 시스템으로부터 얻어지는 획득 데이터를 수신하거나 호출할 수 있는 통신 인터페이스; 복수 개의 하위 모델들을 포함하는 시스템 모델; 및 적어도 하나 이상의 프로세서;를 포함한다. 상기 복수 개의 하위 모델들 각각은 상기 획득 데이터 중 일부를 입력받고 나머지 중 적어도 일부를 출력으로 추론 또는 예측할 수 있는 모델이고, 상기 시스템 모델 내에서 상기 복수 개의 하위 모델들 각각의 입력 데이터, 및 출력 데이터는 상기 대상 시스템에 대한 지식을 이용하여 획득할 수 있는 상기 대상 시스템의 구조적 정보에 기반하여 정의되고, 상기 구조적 정보는 상기 복수 개의 하위 모델들 중 제1 하위 모델과 제2 하위 모델 간의 데이터 연결 관계에 대한 정보를 포함하고, 상기 데이터 연결 관계는 상기 제1 하위 모델의 출력 데이터가 상기 제2 하위 모델의 입력 데이터로 이용될 수 있는 지 여부에 대한 정보를 포함한다. The present invention is a configuration derived to achieve the above object, and a computing system according to an embodiment of the present invention is a computing system that implements and operates a model describing a target system. A communication interface capable of receiving or calling; A system model including a plurality of sub-models; And at least one or more processors. Each of the plurality of sub-models is a model capable of receiving part of the acquired data and inferring or predicting at least part of the remaining data as an output, and input data and output data of each of the plurality of sub-models in the system model Is defined based on structural information of the target system that can be obtained using knowledge of the target system, and the structural information is a data connection relationship between a first sub-model and a second sub-model among the plurality of sub-models. And the data connection relationship includes information on whether output data of the first sub-model can be used as input data of the second sub-model.

상기 적어도 하나 이상의 프로세서는 상기 대상 시스템에 대한 새로운 입력 데이터 중 상기 구조적 정보에 기반하여 상기 제1 데이터를 선택하여 상기 제1 하위 모델의 입력으로 제공하고, 상기 제1 하위 모델의 출력 데이터를 제2 데이터로서 상기 구조적 정보에 기반하여 상기 제2 하위 모델의 입력으로 제공하고, 상기 제2 하위 모델의 출력 데이터에 기반하여 생성되거나 상기 제2 하위 모델의 출력 데이터인 제3 데이터를 상기 시스템 모델의 출력으로 사용자에게 제공하고, 상기 제1 하위 모델이 상기 제1 데이터에 기반하여 상기 대상 시스템의 동작을 추론할 수 있도록 상기 제1 하위 모델을 제어하고, 상기 제2 하위 모델이 상기 제2 데이터에 기반하여 상기 대상 시스템의 동작을 추론할 수 있도록 상기 제2 하위 모델을 제어한다. The at least one processor selects the first data from among new input data for the target system based on the structural information and provides the first data as the input of the first sub-model, and provides the output data of the first sub-model to the second As data, the system model outputs third data that is generated based on the output data of the second sub-model or is generated based on the output data of the second sub-model, and is provided as an input of the second sub-model based on the structural information. Control the first sub-model so that the first sub-model can infer the operation of the target system based on the first data, and the second sub-model is based on the second data Thus, the second sub-model is controlled so that the operation of the target system can be inferred.

이때 상기 복수 개의 하위 모델들 각각은 상기 대상 시스템과 관련한 획득 가능한 도메인 지식, 경험, 및 이론에 기반하여 정의되며 연역적인 추론이 가능한 이론 기반 모델 또는 상기 획득 데이터에 기반하여 학습되는 데이터 기반 모델 중 어느 하나이거나, 상기 이론 기반 모델 및 상기 데이터 기반 모델이 상호 보완되도록 결합된 모델일 수 있다. 데이터 기반 모델은 인공 신경망(ANN, Artificial Neural Network)을 이용하는 모델일 수 있다.At this time, each of the plurality of sub-models is defined based on obtainable domain knowledge, experience, and theory related to the target system, and any of a theory-based model capable of deductive inference or a data-based model that is learned based on the acquired data It may be one, or a model in which the theory-based model and the data-based model are combined to complement each other. The data-based model may be a model using an artificial neural network (ANN).

이때 상기 구조적 정보는 상기 대상 시스템에 대한 지식을 이용하여 획득할 수 있는 이론 기반 원시 모델을 구성하는 상기 대상 시스템 내의 파라미터들 간의 데이터 연결 관계, 및 상기 파라미터들 각각이 상기 획득 데이터에 포함될 수 있는 지 여부에 기반하여 정의될 수 있다.At this time, the structural information is a data connection relationship between parameters in the target system constituting a theory-based primitive model that can be acquired using knowledge of the target system, and whether each of the parameters can be included in the acquired data. Can be defined based on whether or not.

이때 상기 구조적 정보는 상기 대상 시스템에 대한 지식을 이용하여 획득할 수 있는 이론 기반 원시 모델을 구성하는 상기 대상 시스템 내의 파라미터들 중 상기 복수 개의 하위 모델들 각각의 입력 데이터 또는 출력 데이터로 선택될 수 있는 관련 파라미터에 대한 정보를 포함하고, 상기 관련 파라미터 각각이 상기 이론 기반 원시 모델에 기반하여 상기 복수 개의 하위 모델들 각각의 입력 데이터 및 출력 데이터로 정의되는 하위 모델 데이터 구조 정보를 포함할 수 있다.At this time, the structural information may be selected as input data or output data of each of the plurality of sub-models among parameters in the target system constituting a theory-based original model that can be obtained using knowledge of the target system. Information on related parameters may be included, and each of the related parameters may include sub-model data structure information defined as input data and output data of each of the plurality of sub-models based on the theory-based original model.

상기 컴퓨팅 시스템은 상기 대상 시스템에 관한 사용자 질의를 수신하고 상기 적어도 하나 이상의 프로세서로 전달하는 사용자 인터페이스를 더 포함하고, 상기 적어도 하나 이상의 프로세서는 상기 사용자 질의를 해석하여 상기 컴퓨팅 시스템 내에서 실행될 수 있는 인스트럭션 명령으로 변환할 수 있다.The computing system further includes a user interface for receiving a user query regarding the target system and transmitting it to the at least one processor, and the at least one processor interprets the user query to execute instructions that can be executed in the computing system. Can be converted to an order.

상기 적어도 하나 이상의 프로세서는 상기 사용자 질의가 상기 제1 데이터, 상기 제2 데이터, 및 상기 제3 데이터 중 적어도 둘 이상의 연관성에 대한 질의를 포함하는 경우, 상기 구조적 정보 및 상기 데이터 연결 관계에 기반하여 상기 제1 데이터, 상기 제2 데이터, 및 상기 제3 데이터 중 적어도 둘 이상의 연관성에 대응하는 상기 대상 시스템의 조건 변수, 제어 변수, 또는 설계 변수 중 적어도 하나 이상을 탐색하여 대응 탐색 결과를 생성하고, 상기 대응 탐색 결과에 기반하여 상기 사용자 질의에 대한 응답을 생성하고, 상기 사용자 질의에 대한 응답을 상기 사용자 인터페이스로 전달할 수 있다.When the user query includes a query for at least two of the first data, the second data, and the third data, the at least one processor may perform the Generate a corresponding search result by searching for at least one of a condition variable, a control variable, or a design variable of the target system corresponding to at least two or more of the first data, the second data, and the third data, and the A response to the user query may be generated based on a corresponding search result, and the response to the user query may be delivered to the user interface.

상기 사용자 질의가, 상기 제1 데이터가 상기 획득 데이터에 의하여 커버되는 획득 데이터 도메인을 벗어나는 경우에 대한 상기 대상 시스템의 동작에 대한 예측을 포함하는 경우, 상기 적어도 하나 이상의 프로세서는 상기 제1 하위 모델에 상기 제1 데이터를 입력하여 상기 제1 하위 모델이 상기 제1 데이터에 응답하여 상기 대상 시스템의 동작을 예측하도록 제어할 수 있다. 상기 적어도 하나 이상의 프로세서는 상기 제1 하위 모델로서 연역적인 추론이 가능한 이론 기반 모델, 또는 상기 획득 데이터에 기반하여 학습되는 데이터 기반 모델 중 하나를 적용하거나, 또는 상기 이론 기반 모델 및 상기 데이터 기반 모델을 상호 보완하도록 결합하여 상기 제1 하위 모델에 적용할 수 있다.When the user query includes a prediction of the operation of the target system when the first data is out of the acquired data domain covered by the acquired data, the at least one processor By inputting the first data, the first sub-model may be controlled to predict the operation of the target system in response to the first data. The at least one processor applies one of a theory-based model capable of deductive inference as the first sub-model or a data-based model that is learned based on the acquired data, or the theory-based model and the data-based model They may be combined to complement each other and applied to the first sub-model.

상기 사용자 질의가, 상기 제3 데이터의 분포가 조정되는 조건을 포함하는 경우, 상기 적어도 하나 이상의 프로세서는 상기 구조적 정보 및 상기 시스템 모델에 기반하여 상기 획득 데이터 중에서 상기 제1 데이터에 적용 가능한 데이터의 제1 분포, 상기 제1 분포와 관련되는 제2 데이터의 제2 분포, 및 상기 제2 분포와 관련되는 상기 제3 데이터의 제3 분포를 생성할 수 있다. 상기 적어도 하나 이상의 프로세서는 상기 제1 분포, 상기 제2 분포, 상기 제3 분포, 및 상기 구조적 정보에 기반하여 상기 사용자 질의에 응답하여 상기 제1 분포의 범위의 제한 조건을 제공하거나, 상기 대상 시스템의 조건 변수, 제어 변수, 또는 설계 변수 중 적어도 하나 이상에 대한 변경 가능성을 상기 사용자에게 제공할 수 있다.When the user query includes a condition in which the distribution of the third data is adjusted, the at least one processor determines the first data applicable to the first data from among the acquired data based on the structural information and the system model. A first distribution, a second distribution of second data related to the first distribution, and a third distribution of the third data related to the second distribution may be generated. The at least one processor provides a condition for limiting the range of the first distribution in response to the user query based on the first distribution, the second distribution, the third distribution, and the structural information, or the target system It is possible to provide the user with the possibility of changing at least one or more of a condition variable, a control variable, or a design variable.

본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템은, 대상 시스템을 기술하는 모델을 구현하고 동작시키는 컴퓨팅 시스템으로서, 상기 대상 시스템으로부터 얻어지는 획득 데이터를 수신하거나 호출할 수 있는 통신 인터페이스; 복수 개의 하위 모델들을 포함하는 시스템 모델; 및 적어도 하나 이상의 프로세서를 포함한다. 상기 복수 개의 하위 모델들 각각은 상기 획득 데이터 중 일부를 입력받고 나머지 중 적어도 일부를 출력으로 추론 또는 예측할 수 있는 모델이고, 상기 시스템 모델 내에서 상기 복수 개의 하위 모델들 각각의 입력 데이터, 및 출력 데이터는 상기 대상 시스템에 대한 지식을 이용하여 획득할 수 있는 상기 대상 시스템의 구조적 정보에 기반하여 정의되고, 상기 구조적 정보는 상기 복수 개의 하위 모델들 중 제1 하위 모델과 제2 하위 모델 간의 데이터 연결 관계에 대한 정보를 포함하고, 상기 데이터 연결 관계는 상기 제1 하위 모델의 출력 데이터가 상기 제2 하위 모델의 입력 데이터로 이용될 수 있는 지 여부에 대한 정보를 포함한다. A computing system according to an embodiment of the present invention is a computing system that implements and operates a model describing a target system, comprising: a communication interface capable of receiving or calling acquisition data obtained from the target system; A system model including a plurality of sub-models; And at least one or more processors. Each of the plurality of sub-models is a model capable of receiving part of the acquired data and inferring or predicting at least part of the remaining data as an output, and input data and output data of each of the plurality of sub-models in the system model Is defined based on structural information of the target system that can be obtained using knowledge of the target system, and the structural information is a data connection relationship between a first sub-model and a second sub-model among the plurality of sub-models. And the data connection relationship includes information on whether output data of the first sub-model can be used as input data of the second sub-model.

이때 상기 적어도 하나 이상의 프로세서는 상기 획득 데이터 중 제1 데이터를 상기 제1 하위 모델의 입력으로 제공하고, 상기 구조적 정보에 기반하여 상기 제1 하위 모델의 출력으로 정의되는 제2 데이터를 상기 제2 하위 모델의 입력으로 제공하고, 상기 제1 하위 모델이 상기 제1 데이터 및 상기 제2 데이터 간의 관계를 학습할 수 있도록 상기 제1 하위 모델을 제어하거나, 상기 제2 하위 모델이 상기 제2 데이터 및 상기 구조적 정보에 기반하여 상기 제2 하위 모델의 출력으로 정의되는 제3 데이터 간의 관계를 학습할 수 있도록 상기 제2 하위 모델을 제어할 수 있다.In this case, the at least one processor provides first data of the acquired data as an input of the first sub-model, and provides second data defined as an output of the first sub-model based on the structural information. Provided as an input of a model, and control the first sub-model so that the first sub-model can learn the relationship between the first data and the second data, or the second sub-model is used as the second data and the second data The second sub-model may be controlled to learn a relationship between third data defined as an output of the second sub-model based on structural information.

본 발명의 일 실시예에 따른, 대상 시스템을 기술하는 모델을 구현하고 동작시키는 컴퓨팅 시스템에 의하여 실행되는 시스템 모델의 동작 방법은, 상기 통신 인터페이스가 상기 대상 시스템에 대한 새로운 입력 데이터를 수신하거나 호출하는 단계; 상기 적어도 하나 이상의 프로세서가, 상기 새로운 입력 데이터 중 상기 구조적 정보에 기반하여 상기 제1 데이터를 선택하여 상기 제1 하위 모델의 입력으로 제공하는 단계; 상기 적어도 하나 이상의 프로세서가, 상기 제1 하위 모델이 상기 제1 데이터에 기반하여 상기 대상 시스템의 동작을 추론할 수 있도록 상기 제1 하위 모델을 제어하는 단계; 상기 적어도 하나 이상의 프로세서가 상기 제1 하위 모델의 출력 데이터를 제2 데이터로서 상기 구조적 정보에 기반하여 상기 제2 하위 모델의 입력으로 제공하는 단계; 상기 적어도 하나 이상의 프로세서가, 상기 제2 하위 모델이 상기 제2 데이터에 기반하여 상기 대상 시스템의 동작을 추론할 수 있도록 상기 제2 하위 모델을 제어하는 단계; 및 상기 적어도 하나 이상의 프로세서가, 상기 제2 하위 모델의 출력 데이터에 기반하여 생성되거나 상기 제2 하위 모델의 출력 데이터인 제3 데이터를 상기 시스템 모델의 출력으로 사용자에게 제공하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a method of operating a system model executed by a computing system that implements and operates a model describing a target system, wherein the communication interface receives or calls new input data for the target system. step; Selecting, by the at least one processor, the first data based on the structural information among the new input data and providing the first data as an input of the first sub-model; Controlling, by the at least one processor, the first sub-model so that the first sub-model can infer an operation of the target system based on the first data; Providing, by the at least one processor, output data of the first sub-model as second data as an input of the second sub-model based on the structural information; Controlling, by the at least one processor, the second sub-model so that the second sub-model can infer an operation of the target system based on the second data; And providing, by the at least one processor, third data, which is generated based on the output data of the second sub-model or is output data of the second sub-model, as an output of the system model.

이때 본 발명의 시스템 모델의 동작 방법은, 상기 적어도 하나 이상의 프로세서가, 대상 시스템에 관한 사용자 질의를 해석하여 상기 컴퓨팅 시스템 내에서 실행될 수 있는 인스트럭션 명령으로 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.In this case, the method of operating the system model of the present invention may further include converting, by the at least one processor, a user query regarding a target system into an instruction command that can be executed in the computing system.

본 발명의 일 실시예에 따른, 대상 시스템을 기술하는 모델을 구현하고 동작시키는 컴퓨팅 시스템에 의하여 실행되는 시스템 모델의 학습 방법은, 상기 통신 인터페이스가 상기 획득 데이터를 수신하거나 호출하는 단계; 상기 적어도 하나 이상의 프로세서가, 상기 획득 데이터 중 제1 데이터를 상기 제1 하위 모델의 입력으로 제공하는 단계; 상기 적어도 하나 이상의 프로세서가, 상기 구조적 정보에 기반하여 상기 제1 하위 모델의 출력으로 정의되는 제2 데이터를 상기 제2 하위 모델의 입력으로 제공하는 단계; 및 상기 적어도 하나 이상의 프로세서가, 상기 제1 하위 모델이 상기 제1 데이터 및 상기 제2 데이터 간의 관계를 학습할 수 있도록 상기 제1 하위 모델을 제어하거나, 상기 제2 하위 모델이 상기 제2 데이터 및 상기 구조적 정보에 기반하여 상기 제2 하위 모델의 출력으로 정의되는 제3 데이터 간의 관계를 학습할 수 있도록 상기 제2 하위 모델을 제어하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a method of learning a system model executed by a computing system that implements and operates a model describing a target system includes the steps of: receiving or calling the acquired data by the communication interface; Providing, by the at least one processor, first data of the acquired data as an input of the first sub-model; Providing, by the at least one processor, second data, which is defined as an output of the first sub-model based on the structural information, as an input of the second sub-model; And the at least one processor controlling the first sub-model so that the first sub-model can learn a relationship between the first data and the second data, or the second sub-model is the second data and And controlling the second sub-model to learn a relationship between third data defined as an output of the second sub-model based on the structural information.

본 발명에 따르면, 대상 시스템을 기술하는 다수의 원인과 결과 간의 인과 관계를 모델링하고, 대상 시스템을 부분적으로 기술할 수 있는 하위 모델들의 결합에 의하여 전체 대상 시스템을 통합적으로 기술할 수 있는 시스템 모델을 제공 할 수 있다. 이때 시스템 모델 내의 하위 모델들 간의 결합 관계, 및/또는 데이터 연결 관계는 구조적 정보에 기반하여 정의되며, 구조적 정보는 대상 시스템에 대한 지식을 이용하여 획득할 수 있다. According to the present invention, a system model capable of integrally describing the entire target system by modeling a causal relationship between a plurality of causes and effects describing a target system, and combining sub-models capable of partially describing the target system is provided. Can provide In this case, a coupling relationship and/or a data connection relationship between sub-models in the system model is defined based on structural information, and the structural information can be obtained using knowledge of the target system.

본 발명에 따르면 물리 기반 모델과 데이터 기반 모델의 장점을 취합하여 동작하는 하이브리드 모델을 제공할 수 있다. 이때 하이브리드 모델의 적용 범위를 확장하여 복합 모델에 의하여 기술되는 시스템 모델에도 하이브리드 모델을 적용할 수 있는 시스템 모델을 구현할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a hybrid model that operates by combining the advantages of a physical-based model and a data-based model. At this time, a system model that can apply the hybrid model to the system model described by the composite model can be implemented by expanding the application range of the hybrid model.

본 발명에 따르면 데이터 기반 모델의 정확도를 최대한 활용하되, 데이터 기반 모델이 가지는 한계인 데이터 범위 외의 데이터에 대해서도 추론이 가능한 시스템 모델을 구현할 수 있다.According to the present invention, it is possible to implement a system model that utilizes the accuracy of a data-based model to the maximum, but allows inference on data outside the data range, which is a limitation of the data-based model.

본 발명에 따르면 데이터 기반 모델을 이용하여 복합적인 원인에 의한 대상 시스템의 동작 또는 상태를 기술할 수 있는 시스템 모델을 제공할 수 있다. 또한 데이터 기반 모델 내에서 데이터 간의 상호 연관성을 구조적 정보에 기반하여 설명할 수 있는 설명적 정보(descriptive information)를 생성할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a system model capable of describing an operation or state of a target system due to a complex cause by using a data-based model. In addition, it is possible to generate descriptive information that can describe interrelationships between data in a data-based model based on structural information.

본 발명에 따르면 데이터 기반 모델을 이용하면서도 데이터 기반 모델이 구현하기 어려웠던 규범적 분석(Normative Analysis)을 적용할 수 있는 시스템 모델을 구현할 수 있다. According to the present invention, while using a data-based model, it is possible to implement a system model to which a normative analysis, which was difficult to implement by the data-based model, can be applied.

본 발명에 따르면 데이터 기반 모델과 물리 기반 모델의 장점을 취합한 하이브리드 모델을 복합적인 시스템 모델로 구현하고, 매우 복잡한 대상 시스템을 기술하기 위한 디지털 트윈(Digital Twin)에 복합적인 시스템 모델을 적용할 수 있다.According to the present invention, a hybrid model that combines the advantages of a data-based model and a physical-based model can be implemented as a complex system model, and a complex system model can be applied to a digital twin for describing a very complex target system. have.

본 발명에 따르면 데이터 기반 모델이 내장된 시스템 모델은 대상 시스템의 운영 및 관측을 통해 획득된 획득 데이터를 이용한 기계 학습 내용을 내장함으로써, 획득 데이터의 도메인 내에서는 모델 자체가 검증된 모델이 되며, 데이터 기반 모델만을 사용하거나 물리 기반 모델만을 사용하여 대상 시스템을 분석 또는 예측할 때 직면할 수 있는 한계점들을 극복할 수 있다.According to the present invention, a system model with a built-in data-based model embeds machine learning contents using acquired data acquired through operation and observation of a target system, so that the model itself becomes a verified model in the domain of the acquired data. You can overcome limitations that may be encountered when analyzing or predicting a target system using only the base model or only the physically based model.

기계 학습을 시스템 모델 내에 내장시킴으로써, 대상 시스템에 대해 요구되는 사전 지식의 정도를 경감시키고 모델 실증(실제 데이터로 검증)의 효과를 달성하는 한편, 기계 학습만으로 할 수 없었던 대상 시스템 내의 구조/규칙 변경에 따른 대상 시스템의 행위를 분석 및 예측할 수 있다.By embedding machine learning into the system model, it reduces the degree of prior knowledge required for the target system and achieves the effect of model verification (verification with real data), while changing the structure/rules within the target system that could not be done with machine learning alone. Can analyze and predict the behavior of the target system according to.

본 발명에 따르면, 기존의 데이터 기반 모델에 비해서 다음의 장점을 가질 수 있다. 일반적으로 데이터 기반 모델은 정적인 데이터에 대해서는 매우 높은 정확도를 나타내지만, 동작에 영향을 미치는 변인이 다양한 동적 분석에 적용하기는 쉽지 않은 것으로 알려지고 있다. 본 발명에 따르면 공간 변이(space variant), 시간 변이(time variant), 확률적인(stochastic) 특징을 가지는 대상 시스템에 대해서도 데이터 기반 모델을 적용할 수 있다. According to the present invention, it can have the following advantages over the existing data-based model. In general, a data-based model exhibits very high accuracy for static data, but it is known that it is not easy to apply variables that affect behavior to various dynamic analyses. According to the present invention, a data-based model can also be applied to a target system having a space variant, a time variant, and a stochastic feature.

또한 본 발명에 따르면 대상 시스템의 비선형(non-linear) 특징들을 반영할 수 있다. 실제 세계의 많은 시스템들은 입출력 사이에 중첩의 정리가 성립이 되지 않고 비선형적인 특징을 가지기 때문에 상태천이 함수가 비선형 특징을 고려할 수 있다는 것은 큰 이점이 된다. 또한 실제 시스템으로부터 얻어지는 데이터를 통해 기상 조건 등 추가적인 상황 정보를 표현할 수 있어 실 세계를 모방한 디지털 트윈 모델과 같이 복잡한 디지털 모델의 구현에도 강인한 모델링 기법으로 적용될 수 있다.In addition, according to the present invention, non-linear characteristics of the target system can be reflected. Since many systems in the real world have nonlinear features without the overlapping theorem between inputs and outputs, it is a great advantage that the state transition function can take into account nonlinear features. In addition, since additional situational information such as weather conditions can be expressed through data obtained from the actual system, it can be applied as a robust modeling technique to the realization of complex digital models such as digital twin models that mimic the real world.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템이 포함하는 시스템 모델의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템에서 이용되는 구조적 정보의 도출 과정의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템이 이용하는 획득 데이터의 도메인과, 이론 상 확장 가능한 데이터 도메인의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 모델이 포함하는 하위 모델의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 모델의 동작 과정의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 모델이 기반으로 하는 이론 기반 원시 모델의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 9는 도 8의 이론 기반 원시 모델에 기반하여 생성되는 시스템 모델의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템에 의하여 실행되는 시스템 모델의 학습 방법을 도시하는 동작 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템에 의하여 실행되며 시스템 모델이 대상 시스템을 추론하도록 시스템 모델을 동작하는 방법을 도시하는 동작 흐름도이다.
1 is a diagram illustrating a computing system according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating an embodiment of a system model included in a computing system according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating an example of a process of deriving structural information used in a computing system according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating an example of a domain of acquired data and a theoretically expandable data domain used by a computing system according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating an embodiment of a sub-model included in a system model according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a computing system according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating an example of an operation process of a system model according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating an embodiment of a theory-based primitive model on which a system model according to an embodiment of the present invention is based.
9 is a diagram illustrating an embodiment of a system model generated based on the theory-based primitive model of FIG. 8.
10 is a flowchart illustrating a method of learning a system model executed by a computing system according to an embodiment of the present invention.
11 is an operation flow diagram illustrating a method of operating a system model such that the system model is executed by the computing system according to an embodiment of the present invention and infers a target system.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.In addition to the above objects, other objects and features of the present invention will become apparent through the description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.A preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템(100)을 도시하는 도면이다.1 is a diagram illustrating a computing system 100 according to an embodiment of the present invention.

컴퓨팅 시스템(100)은, 대상 시스템을 기술하는 시스템 모델(120)을 포함하고, 시스템 모델(120)을 구현하고 동작할 수 있다. 구체적으로는 컴퓨팅 시스템(100)은 적어도 하나 이상의 프로세서(110), 및 대상 시스템으로부터 얻어지는 획득 데이터를 수신하거나 호출할 수 있는 통신 인터페이스(130)를 포함한다.The computing system 100 includes a system model 120 that describes a target system, and may implement and operate the system model 120. Specifically, the computing system 100 includes at least one processor 110 and a communication interface 130 capable of receiving or calling acquisition data obtained from a target system.

대상 시스템은 분석, 추론, 및 예측하고자 하는 실 세계의 시스템을 의미하며, 물리적 법칙에 의하여 동작하는 시스템일 수도 있고, 동작 규칙에 의하여 동작하는 시스템일 수도 있다. 대상 시스템이 의존하는 법칙은 물리적 법칙에 국한되는 것은 아니며, 실시예에 따라서는 사회적, 심리적, 경제적 규칙 또는 이론에 의하여 대상 시스템을 기술할(describe) 수도 있다. 대상 시스템은 해결하고자 하는 문제와 밀접한 연관이 있다. 산불의 확산 과정에 대하여 분석하고 예측하고자 하는 경우, 산불이 발생할 수 있는 삼림의 지형, 나무, 암석 등 객체의 분포가 대상 시스템을 구성할 수 있다. 교통 흐름에 대하여 분석하고 예측하고자 하는 경우, 도로망, 신호 체계, 각 도로의 수용 능력, 도로 상에 위치하는 차량 등이 대상 시스템을 구성할 수 있다. 이 과정에서 돌발 상황의 발생 시 교통 상황의 흐름 등을 분석하고자 하는 경우에는 인간의 심리적인 행동 패턴에 의한 행동 변화 등이 대상 시스템 상에서 규명해야 할 요소로서 추가될 수 있다. 질병의 발생, 확산, 또는 치유 과정에 대해서 분석하고 예측하고자 하는 경우, 세포, 혈관, 골격의 구성, 장기의 구성 또는 혈류 등이 대상 시스템을 구성할 수 있다. The target system refers to a real-world system to be analyzed, inferred, and predicted, and may be a system that operates according to physical laws or a system that operates according to an operation rule. The laws on which the target system depends are not limited to physical laws, and according to embodiments, the target system may be described by social, psychological, and economic rules or theories. The target system is closely related to the problem to be solved. In the case of analyzing and predicting the spreading process of forest fires, the distribution of objects such as forest topography, trees, rocks, etc., where forest fires may occur, can constitute the target system. In the case of analyzing and predicting traffic flow, the target system can be composed of road networks, signal systems, capacity of each road, and vehicles located on the road. In this process, in the case of analyzing the flow of traffic conditions when an unexpected situation occurs, behavior changes due to human psychological behavior patterns can be added as factors to be identified on the target system. In the case of analyzing and predicting the occurrence, spread, or healing process of a disease, the composition of cells, blood vessels, skeletons, organs, or blood flow can constitute the target system.

대상 시스템은 스마트 시티의 디지털 트윈과 같은 대규모이고 복잡한 시스템일 수도 있다. 대상 시스템에 영향을 미치는 변인이 매우 많은 경우에 이들을 조합하여 대상 시스템으로 구현하고, 분석 대상 요소를 추상화할 수 있다. 예를 들어, 스마트 시티의 경우라면 국가 공공 데이터(인구 통계, 지도 등)을 수집하거나 활용할 수 있으며, 도시 내의 IoT 인프라 등을 이용하여 수집된 데이터를 연계할 수 있다. 이러한 데이터를 이용하여 도시 내 정책의 변경에 따른 시민들의 행동 양식의 변화를 시뮬레이트할 수도 있고, 재해 또는 지리적 환경에 따른 경제 활동, 유동 인구 활동 등을 시뮬레이트할 수도 있다.The target system may be a large and complex system such as a digital twin of a smart city. When there are very many variables affecting the target system, they can be combined and implemented as a target system, and the elements to be analyzed can be abstracted. For example, in the case of a smart city, national public data (population statistics, maps, etc.) can be collected or utilized, and the collected data can be linked using IoT infrastructure in the city. Using such data, it is possible to simulate changes in the behavior of citizens due to changes in policies within the city, or simulate economic activities and floating population activities according to disasters or geographic environments.

프로세서(110)는 시스템 모델(120)의 구현을 위하여 대상 시스템으로부터 얻어지는 획득 데이터를 시스템 모델(120)이 학습할 수 있도록 시스템 모델(120)을 제어한다. 시스템 모델(120)의 학습이 종료된 이후 대상 시스템에 대한 새로운 입력이 주어지면 프로세서(110)는 새로운 입력에 응답하여 대상 시스템이 취할 동작을 예측하기 위하여 시스템 모델(120)이 새로운 입력에 기반하여 대상 시스템의 동작을 추론 또는 예측할 수 있도록 시스템 모델(120)을 제어할 수 있다.The processor 110 controls the system model 120 so that the system model 120 can learn acquired data obtained from a target system in order to implement the system model 120. When a new input for the target system is given after the learning of the system model 120 is finished, the processor 110 responds to the new input to predict the action to be taken by the target system, and the system model 120 is based on the new input. The system model 120 may be controlled to infer or predict the operation of the target system.

시스템 모델(120)은 이론 기반 모델(theory-driven model)과 데이터 기반 모델(data-driven model)을 포함할 수 있다. 데이터 기반 모델은 인공 신경망(ANN, Artificial Neural Network)을 포함할 수 있다. 시스템 모델(120)은 일반적으로 메모리 또는 스토리지에 저장되는 데이터의 집합체이며, 학습 대상이 된 획득 데이터 간의 연관성에 대한 분석된 파라미터들이 시스템 모델(120)을 구성한다. 프로세서(110)가 시스템 모델(120)을 제어하는 과정은, 시스템 모델(120)이 저장된 스토리지 또는 메모리에 프로세서(110)가 액세스하고, 프로세서(110)가 시스템 모델(120)을 읽어 다른 연산에 활용하거나, 연산의 결과를 시스템 모델(120)의 파라미터의 일부를 다시 쓰는 형태로 이루어질 수 있다.The system model 120 may include a theory-driven model and a data-driven model. The data-driven model may include an artificial neural network (ANN). The system model 120 is generally a collection of data stored in a memory or storage, and parameters analyzed for correlations between acquired data that have become a learning target constitute the system model 120. In the process of the processor 110 controlling the system model 120, the processor 110 accesses the storage or memory in which the system model 120 is stored, and the processor 110 reads the system model 120 to perform other operations. Alternatively, the result of the operation may be used in a form of rewriting some of the parameters of the system model 120.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템(100)이 포함하는 시스템 모델(120)의 일 실시예를 도시하는 도면이다.2 is a diagram illustrating an embodiment of a system model 120 included in the computing system 100 according to an embodiment of the present invention.

시스템 모델(120)은 제1 하위 모델(122a, 122b), 및 제2 하위 모델(124)을 포함한다. 제1 하위 모델(122a, 122b)은 제1 데이터(X1, X2, X3, X4)를 입력으로 하며, 제2 데이터(Y1, Y2)를 출력으로 할 수 있다. 제2 하위 모델(124)은 제2 데이터(Y1, Y2)를 입력으로 하며, 제3 데이터(Z)를 출력으로 할 수 있다. 시스템 모델(120)은 제3 데이터(Z)를 최종 출력으로 할 수 있지만, 본 발명의 사상이 도 2의 실시예에 국한되는 것은 아니다.The system model 120 includes first sub-models 122a and 122b, and a second sub-model 124. The first sub-models 122a and 122b may receive the first data X1, X2, X3, and X4 as inputs and may output the second data Y1 and Y2. The second sub-model 124 may receive second data Y1 and Y2 as inputs and may output third data Z as an output. The system model 120 may use the third data Z as a final output, but the spirit of the present invention is not limited to the embodiment of FIG. 2.

시스템 모델(120) 내에 포함되는 복수 개의 하위 모델들(122a, 122b, 124) 각각은 획득 데이터 중 일부를 입력받고 나머지 중 적어도 일부를 출력으로 추론 또는 예측할 수 있는 모델이다. 시스템 모델(120) 내에서 복수 개의 하위 모델들(122a, 122b, 124) 각각의 입력 데이터, 및 출력 데이터는 대상 시스템에 대한 지식을 이용하여 획득할 수 있는 대상 시스템의 구조적 정보에 기반하여 정의될 수 있다. 구조적 정보는 복수 개의 하위 모델들(122a, 122b, 124) 중 제1 하위 모델(122a, 122b)과 제2 하위 모델(124) 간의 데이터 연결 관계에 대한 정보를 포함하고, 데이터 연결 관계는 제1 하위 모델(122a, 122b)의 출력 데이터가 제2 하위 모델(124)의 입력 데이터로 이용될 수 있는 지 여부에 대한 정보를 포함할 수 있다. Each of the plurality of sub-models 122a, 122b, and 124 included in the system model 120 is a model capable of receiving some of the acquired data and inferring or predicting at least some of the remaining data as an output. In the system model 120, the input data and output data of each of the plurality of sub-models 122a, 122b, 124 may be defined based on structural information of the target system that can be obtained using knowledge of the target system. I can. The structural information includes information on a data connection relationship between the first sub-models 122a and 122b and the second sub-model 124 among the plurality of sub-models 122a, 122b, and 124, and the data connection relationship is first Information on whether output data of the lower models 122a and 122b can be used as input data of the second lower model 124 may be included.

제1 데이터(X1, X2, X3, X4), 제2 데이터(Y1, Y2), 및 제3 데이터(Z)는 대상 시스템으로부터 실제로 측정, 또는 관측되어 얻어질 수 있는 데이터이다. 프로세서(110)는 대상 시스템의 실제 획득 데이터 중에서 구조적 정보에 기반하여 제1 하위 모델(122a, 122b), 및 제2 하위 모델(124)에 적합한 제1 데이터(X1, X2, X3, X4), 제2 데이터(Y1, Y2), 및 제3 데이터(Z)를 선택할 수 있다. The first data (X1, X2, X3, X4), the second data (Y1, Y2), and the third data (Z) are data that can be actually measured or observed and obtained from a target system. The processor 110 includes first data (X1, X2, X3, X4) suitable for the first sub-models 122a and 122b, and the second sub-model 124 based on structural information among actual acquired data of the target system, The second data Y1 and Y2, and the third data Z may be selected.

프로세서(110)는 획득 데이터 중 구조적 정보에 기반하여 제1 데이터(X1, X2, X3, X4)를 제1 하위 모델(122a, 122b)의 입력으로 제공하고, 구조적 정보에 기반하여 획득 데이터 중 제2 데이터(Y1, Y2)를 제1 하위 모델(122a, 122b)의 학습을 위한 제1 하위 모델(Y1, Y2)의 출력으로 제공할 수 있다. 프로세서(110)는 구조적 정보에 기반하여 제2 데이터(Y1, Y2)를 제2 하위 모델(124)의 입력으로 제공할 수 있다. 프로세서(110)는 제1 하위 모델(122a, 122b)이 제1 데이터(X1, X2, X3, X4) 및 제2 데이터(Y1, Y2) 간의 관계를 학습할 수 있도록 제1 하위 모델을 제어할 수 있다. The processor 110 provides the first data (X1, X2, X3, X4) as input of the first sub-models 122a and 122b based on structural information among the acquired data, and provides the first data among the acquired data based on the structural information. 2 The data Y1 and Y2 may be provided as outputs of the first sub-models Y1 and Y2 for learning the first sub-models 122a and 122b. The processor 110 may provide the second data Y1 and Y2 as an input of the second sub-model 124 based on the structural information. The processor 110 controls the first sub-model so that the first sub-models 122a and 122b can learn the relationship between the first data (X1, X2, X3, X4) and the second data (Y1, Y2). I can.

또한 프로세서(110)는 구조적 정보에 기반하여 획득 데이터 중 제3 데이터(Z)를 제2 하위 모델(124)의 학습을 위하여 제2 하위 모델(124)의 출력으로 제공할 수 있다. 프로세서(110)는 제2 하위 모델(124)이 제2 데이터(Y1, Y2) 및 제3 데이터(Z) 간의 관계를 학습할 수 있도록 제2 하위 모델(124)을 제어할 수 있다.In addition, the processor 110 may provide the third data Z among acquired data as an output of the second sub-model 124 for learning of the second sub-model 124 based on the structural information. The processor 110 may control the second sub-model 124 so that the second sub-model 124 can learn a relationship between the second data Y1 and Y2 and the third data Z.

제1 하위 모델(122a, 122b) 및/또는 제2 하위 모델(124)이 학습된 상태에서 새로운 입력 데이터에 기반하여 제1 하위 모델(122a, 122b) 및/또는 제2 하위 모델(124)이 대상 시스템의 동작을 추론 또는 예측할 수 있다.In a state in which the first sub-models 122a and 122b and/or the second sub-model 124 are trained, the first sub-models 122a and 122b and/or the second sub-model 124 are It can infer or predict the behavior of the target system.

이때 프로세서(110)는 실측 데이터가 아닌 새로운 입력 데이터를 제1 데이터(X1, X2, X3, X4)로 선택하여 제1 하위 모델(122a, 122b)의 입력으로 제공할 수 있다. 이때에는 제1 하위 모델(122a, 122b)의 추론 또는 예측에 의하여 출력되는 데이터를 제2 데이터(Y1, Y2)로 지정하고, 제2 데이터(Y1, Y2)를 제2 하위 모델(124)의 입력으로 제공할 수 있다. 프로세서(110)에 의하여 제1 하위 모델(122a, 122b)의 추론 또는 예측에 의하여 출력되는 제2 데이터(Y1, Y2)가 제2 하위 모델(124)의 입력으로 제공되는 과정은 구조적 정보에 기반하여 실행될 수 있다. 또한 프로세서(110)에 의하여 새로운 입력 데이터 중에서 제1 데이터(X1, X2, X3, X4)가 선택되는 과정도 구조적 정보에 기반하여 실행될 수 있다.In this case, the processor 110 may select new input data other than the measured data as the first data X1, X2, X3, X4, and provide the first data as inputs to the first sub-models 122a and 122b. In this case, data output by inference or prediction of the first sub-models 122a and 122b is designated as the second data Y1 and Y2, and the second data Y1 and Y2 are designated as the second sub-model 124. Can be provided as input. The process of providing the second data (Y1, Y2) output by inference or prediction of the first sub-models 122a and 122b by the processor 110 as input to the second sub-model 124 is based on structural information. It can be done by doing. In addition, a process of selecting the first data X1, X2, X3, and X4 among new input data by the processor 110 may be performed based on structural information.

프로세서(110)는 제1 하위 모델(122a, 122b)이 제1 데이터(X1, X2, X3, X4)에 기반하여 대상 시스템의 동작, 상태, 또는 상태 변화를 추론 또는 예측할 수 있도록 제1 하위 모델(122a, 122b)을 제어하고, 제2 하위 모델(124)이 제2 데이터(Y1, Y2)에 기반하여 대상 시스템의 동작, 상태, 또는 상태 변화를 추론 또는 예측할 수 있도록 제2 하위 모델(124)을 제어할 수 있다. 이때 도 2에는 제2 하위 모델(124)의 출력 데이터가 제3 데이터(Z)로서 시스템 모델(120)의 최종 출력으로 사용자에게 제공되는 실시예가 도시되었으나, 본 발명의 실시예에 따라서는 제2 하위 모델(124)의 출력 데이터에 기반하여 추가적인 연산이 실행될 수 있고, 따라서 제2 하위 모델(124)의 출력 데이터에 기반하여 생성되는 데이터가 시스템 모델(120)의 최종 출력으로 사용자에게 제공될 수도 있다. The processor 110 is a first sub-model so that the first sub-models 122a and 122b can infer or predict the operation, state, or state change of the target system based on the first data (X1, X2, X3, X4). The second sub-model 124 controls (122a, 122b) and allows the second sub-model 124 to infer or predict the behavior, state, or state change of the target system based on the second data (Y1, Y2). ) Can be controlled. In this case, FIG. 2 shows an embodiment in which the output data of the second lower model 124 is provided to the user as the final output of the system model 120 as the third data Z, but according to the embodiment of the present invention, the second Additional operations may be performed based on the output data of the lower model 124, and thus data generated based on the output data of the second submodel 124 may be provided to the user as a final output of the system model 120. have.

이때 복수 개의 하위 모델들(122a, 122b, 124) 각각은 대상 시스템과 관련한 획득 가능한 도메인 지식, 경험, 및 이론에 기반하여 정의되며 연역적인 추론이 가능한 이론 기반 모델 또는 획득 데이터에 기반하여 학습되는 데이터 기반 모델 중 어느 하나이거나, 상기 이론 기반 모델 및 상기 데이터 기반 모델이 상호 보완되도록 결합된 모델일 수 있다. 이때 데이터 기반 모델은 인공 신경망(ANN, Artificial Neural Network)을 이용하는 모델일 수 있다. 이론 기반 모델은 물리적 법칙, 동작 규칙 등에 의하여 정의될 수 있고, 획득 가능한 도메인 지식, 경험, 및 이론은 물리학, 심리학, 경제학, 사회학에 기반한 이론을 모두 포함할 수 있다. At this time, each of the plurality of sub-models 122a, 122b, 124 is defined based on obtainable domain knowledge, experience, and theory related to the target system, and is a theory-based model capable of deductive inference or data learned based on acquired data. It may be any one of the base models, or a model in which the theory-based model and the data-based model are complementary to each other. In this case, the data-based model may be a model using an artificial neural network (ANN). The theory-based model may be defined by physical laws, rules of operation, and the like, and the obtainable domain knowledge, experience, and theory may include all theories based on physics, psychology, economics, and sociology.

일반적인 데이터 기반 모델은 최근 급속한 발전을 통하여 데이터 분석 및 예측의 정확도를 높였지만, 그 내부가 블랙 박스(black box)로 취급되어 내부의 동작을 인간이 이해하기 어려운 문제점이 있다. 따라서 실제로 얻어진 데이터 도메인 내에서만 정확한 예측이 가능할 뿐, 데이터 도메인을 벗어나는 입력에 대해서는 정확한 예측이 어렵다. 한편, 일반적인 이론 기반 모델은 설명적/연역적 추론이 가능하고, 정해진 도메인을 벗어나는 입력에 대해서도 추론이 가능하지만, 실제 데이터를 적용하여 실제 시스템에서 일어나는 일을 예측하는 지 검증이 필요하다.A general data-based model has recently improved the accuracy of data analysis and prediction through rapid development, but there is a problem in that it is difficult for humans to understand the internal operation because the interior thereof is treated as a black box. Therefore, accurate prediction is possible only within the actually obtained data domain, and it is difficult to accurately predict inputs outside the data domain. On the other hand, a general theory-based model is capable of descriptive/deductive reasoning, and it is possible to reason about inputs outside the specified domain, but it is necessary to verify whether it predicts what is happening in the actual system by applying actual data.

본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 모델(120)은 데이터 기반 모델과 이론 기반 모델을 상호 보완적으로 결합할 수 있을 뿐더러, 구조적 정보를 이용하여 큰 프레임은 이론 기반 모델처럼 구성하고, 각 하위 모델들(122a, 122b, 124)은 데이터 기반 모델로 구성할 수도 있다. 이 경우, 시스템 모델(120)의 전체 구조는 지식, 이론, 또는 경험에 의하여 얻어지므로, 설명적/연역적 추론이 가능하고, 정해진 도메인을 벗어나는 입력에 대해서도 추론이 가능하다. 한편, 각 하위 모델(122a, 122b, 124)이 데이터 기반 모델인 경우 획득 데이터 도메인 내에서는 이미 데이터에 기반하여 얻어진 모델이므로, 실측 데이터에 의한 검증이 추가적으로 필요하지 않다.The system model 120 according to an embodiment of the present invention can complementaryly combine a data-based model and a theory-based model, and a large frame is configured like a theory-based model using structural information, and each sub-model They 122a, 122b, and 124 may be configured as a data-based model. In this case, since the entire structure of the system model 120 is obtained by knowledge, theory, or experience, explanatory/deductive inference is possible, and inference can be made about inputs outside a predetermined domain. On the other hand, when each of the sub-models 122a, 122b, and 124 is a data-based model, since it is a model already obtained based on data in the acquired data domain, additional verification by actual measurement data is not required.

또한 본 발명의 실시예에서는 모든 하위 모델(122a, 122b, 124)이 이론 기반 모델로 구성될 수도 있고, 하위 모델(122a, 122b, 124) 중 일부는 이론 기반 모델이고, 나머지는 데이터 기반 모델로 구성될 수도 있다. 모든 하위 모델(122a, 122b, 124)이 이론 기반 모델로 구성되는 경우는 각 하위 모델(122a, 122b, 124)이 실측 데이터에 의한 검증을 거치고, 데이터 기반 모델과 동등한 정확도를 나타내는 경우를 생각해 볼 수 있을 것이다.In addition, in the embodiment of the present invention, all of the sub-models 122a, 122b, 124 may be composed of a theory-based model, some of the sub-models 122a, 122b, and 124 are theory-based models, and the others are data-based models. It can also be configured. When all the sub-models 122a, 122b, 124 are composed of a theory-based model, consider a case in which each sub-models 122a, 122b, 124 undergo verification by actual data and exhibit the same accuracy as the data-based model. I will be able to.

예를 들어, 도 2의 시스템 모델(120)에서 특정한 하위 모델(122a)만이 데이터 기반 모델이고, 다른 하위 모델(122b, 124)은 이론 기반 모델이 데이터 기반 모델 못지 않은 정확도로 실제 대상 시스템을 예측할 수 있다고 가정할 수 있다. 이때 특정한 하위 모델(122a)은 주어진 획득 데이터의 도메인 내에서만 유효하지만, 다른 하위 모델들(122b, 124)은 획득 데이터의 도메인을 벗어나는 확장된 범위에서도 동작 가능하다. 이러한 시스템 모델(120)에서는 사용자가 입력 데이터 중 X3, X4를 기존 범위를 벗어나도록 입력하는 경우에 대상 시스템의 동작을 예측하기를 원할 때 충분히 사용자의 요구를 충족하는 솔루션을 제공할 수 있다.For example, in the system model 120 of FIG. 2, only a specific sub-model 122a is a data-based model, and the other sub-models 122b and 124 predict the actual target system with an accuracy comparable to that of the data-based model. Can be assumed. At this time, the specific sub-model 122a is valid only within the domain of the given acquisition data, but the other sub-models 122b and 124 can operate in an extended range outside the domain of the acquired data. In this system model 120, when the user inputs X3 and X4 out of the existing range, it is possible to provide a solution that satisfies the user's needs when he/she wants to predict the operation of the target system.

즉, 대상 시스템을 이론 기반 모델로 상당 부분 모델링 가능한 경우에 특정한 하위 모델(122a)에 대해서만 데이터 기반 모델의 성능이 이론 기반 모델의 성능보다 우수한 경우, 특정한 하위 모델(122a)로 데이터 기반 모델을 이용하고, 시스템 모델(120)의 나머지 부분은 이론 기반 모델을 이용할 수도 있다. That is, when a large part of the target system can be modeled as a theory-based model, when the performance of the data-based model is superior to that of the theory-based model only for a specific sub-model 122a, the data-based model is used as a specific sub-model 122a In addition, the rest of the system model 120 may use a theory-based model.

일반적으로 데이터 기반 모델은 "무엇이 발생했는가?"를 분석하는 서술적 분석에 기반하여 "무엇이 발생할 것인가?"를 분석하는 예측적 분석에 강점을 가지는 것으로 알려져 있지만, "어떻게 그 이벤트가 발생했는가?" 또는 "원하는 결과를 얻으려면 어떻게 해야 하나?" 등을 분석하는 규범적 분석(Normative Analysis)을 지원하기 어려운 것으로 알려져 있다. In general, data-driven models are known to have strength in predictive analysis that analyzes "what will happen?" based on descriptive analysis that analyzes "what happened?", but "how did that event occur?" Or "How do I get the results I want?" It is known that it is difficult to support the normative analysis that analyzes the back.

본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 모델(120)은 데이터 기반 모델과 이론 기반 모델을 상호 보완적으로 결합함으로써, 데이터 기반 모델을 이용하면서도 이론에 기반한 구조적 정보를 이용하여 규범적 분석을 지원할 수 있다.The system model 120 according to an embodiment of the present invention complementarily combines a data-based model and a theory-based model to support a normative analysis using a data-based model and structural information based on theory. .

위의 예에서 특정한 하위 모델(122a)은 블랙 박스이므로 특정한 하위 모델(122a)의 동작 규칙을 변경할 수는 없으나, 다른 하위 모델들(122b, 124)의 동작 규칙은 변경할 수 있다. 또한 특정한 하위 모델(122a)의 내부의 동작 규칙을 변경할 수는 없으나, 특정한 하위 모델(122a)과 연결되는 주변의 다른 하위 모델들(122b, 124)의 동작 규칙을 변경함으로써, 전체 시스템 모델(120) 내에서 특정한 하위 모델(122a)의 상대적인 동작 규칙이 변경되는 것처럼 취급될 수 있다. 이 같은 시스템 모델(120) 내의 상대적인 동작 규칙을 변경할 수 있으므로, 시스템 모델(120)은 예측적 분석으로부터 규범적 분석(제어 정책 등을 포함함)을 수행할 수 있고, 규범적 분석으로부터 인지적 분석(계획 수립 등을 포함함)을 수행할 수 있다.In the above example, since the specific sub-model 122a is a black box, the operation rules of the specific sub-model 122a cannot be changed, but the operation rules of the other sub-models 122b and 124 may be changed. In addition, it is not possible to change the internal operation rule of the specific sub-model 122a, but by changing the operation rules of the other sub-models 122b and 124 in the vicinity connected to the specific sub-model 122a, the overall system model 120 ) May be treated as if a relative operation rule of a specific sub-model 122a is changed. Since the relative operation rules in the system model 120 can be changed, the system model 120 can perform a normative analysis (including a control policy, etc.) from a predictive analysis, and a cognitive analysis from the normative analysis. (Including planning, etc.) can be carried out.

단일한 데이터 기반 모델을 블랙 박스로 취급한다면, 이론 기반 모델은 화이트 박스(White Box)로, 데이터 기반 모델과 이론 기반 모델이 결합된 모델은 그레이 박스(Gray Box)로 생각할 수 있을 것이다. 이때 데이터 기반 모델의 입력과 출력만을 연계하여 관찰하는 경우 해당 하위 모델 블록은 블랙 박스로 생각될 수 있으나, 전체 시스템 모델(120)의 관점에서 보면, 데이터 도메인 내에서는 해당 데이터 기반 모델의 입력과 출력 데이터를 포함하여 주변의 다른 이론 기반 모델에 의하여 시스템 동작이 완전히 재현될 수 있으므로, 전체 시스템 모델(120)의 관점에서는 내부에 데이터 기반 모델을 하위 블록으로 포함하는 경우에도, 그레이 박스를 넘어서 화이트 박스로 인식해도 무방할 것이다.If a single data-based model is treated as a black box, the theory-based model can be thought of as a white box, and a model that combines the data-based model and theory-based model can be thought of as a gray box. At this time, if only the input and output of the data-based model is observed in conjunction, the sub-model block may be considered a black box, but from the perspective of the entire system model 120, the input and output of the data-based model within the data domain Since the system operation can be completely reproduced by other theory-based models in the vicinity, including data, from the perspective of the entire system model 120, even when the data-based model is included as a sub-block, the white box goes beyond the gray box. It would be okay to recognize it as.

또한 본 발명의 실시예에 따라서는 하나의 하위 모델에 이론 기반 모델과 데이터 기반 모델이 병용될 수 있다. 예를 들어 이론 기반 모델이 수학적 관계식을 제시하지만, 관계식의 계수나 차수는 정확히 알려주지 못하는 경우가 있을 수 있다. 이런 경우에 데이터 기반 학습에 의하여 이론 기반 모델의 계수나 차수를 구할 수도 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, a theory-based model and a data-based model may be used together in one sub-model. For example, there may be cases where a theory-based model presents a mathematical relationship, but does not accurately inform the coefficient or order of the relationship. In this case, coefficients or orders of the theory-based model can be obtained by data-based learning.

설명의 편의를 위하여 간단한 예로 제1 하위 모델(122a, 122b)은 데이터 기반 모델이고, 제2 하위 모델(124)은 이론 기반 모델인 경우를 가정해 보자. 이론 기반 모델인 제2 하위 모델(124)은 Z = mY1 + nY2 라는 간단한 선형 관계식으로 기술될 수 있다고 알려줄 수 있다. 다만 계수 m과 n이 어떤 값인 지는 이론만으로는 알 수 없는 경우라고 가정한다. 이때 m과 n을 구하기 위하여 Y1, Y2, Z 간의 데이터 기반 학습에 의하여 계수 m과 n을 구할 수 있다.For convenience of explanation, as a simple example, it is assumed that the first sub-models 122a and 122b are data-based models, and the second sub-model 124 is a theory-based model. It may be noted that the second sub-model 124, which is a theory-based model, can be described by a simple linear relation Z = mY1 + nY2. However, it is assumed that the values of the coefficients m and n are not known only by theory. In this case, in order to obtain m and n, coefficients m and n may be obtained through data-based learning between Y1, Y2, and Z.

즉, 하나의 하위 모델은 데이터 기반 모델로 모델링될 수도 있고, 이론 기반 모델이지만 그 계수 또는 차수를 데이터 기반 학습에 의하여 특정할 수도 있다. 또한 이론적 기반이 명백한 경우에는 이론 기반 모델은 매우 확정적인 수학적 모델로 구현될 수도 있다.That is, one sub-model may be modeled as a data-based model, or although it is a theory-based model, its coefficient or order may be specified by data-based learning. Also, if the theoretical basis is clear, the theory-based model can be implemented as a very definitive mathematical model.

이 같은 다양한 하위 모델의 형태가 있을 수 있는데, 본 발명의 시스템 모델(120)은 구조적 정보에 기반하여 전체 시스템 모델(120)의 구조가 결정되는 점이 종래 기술들과 차별화되는 특징이고, 이러한 구조적 정보에 기반하여 각 하위 모델들이 연결되며, 하나하나의 하위 모델은 블랙 박스에 해당하더라도, 그 하위 모델과 연결되는 다른 하위 모델들은 그 블랙 박스의 입력과 출력을 이용하여 시스템 동작을 완전히 재현할 수 있으므로 시스템 모델(120)은 구조적 정보에 기반하여 화이트 박스와 같은 결과를 사용자에게 제공할 수 있다. 시스템 모델(120)의 화이트 박스처럼 동작하는 특성은, 데이터 기반 모델을 하위 모델로 활용하는 경우에도 사용자에게 시스템 모델(120)의 내부의 데이터 간의 연관성에 대하여 설명적 정보(descriptive information)를 제공할 수 있는 플랫폼을 제공한다.There may be various types of sub-models, and the system model 120 of the present invention is a feature that differentiates from the prior art in that the structure of the entire system model 120 is determined based on structural information. Each sub-model is connected based on, and although each sub-model corresponds to a black box, other sub-models connected to the sub-model can fully reproduce the system operation using the input and output of the black box. The system model 120 may provide a result such as a white box to a user based on structural information. The characteristic that operates like a white box of the system model 120 provides descriptive information about the association between data inside the system model 120 to the user even when the data-based model is used as a lower model. It provides a platform that can be used.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템에서 이용되는 구조적 정보의 도출 과정의 일 예를 도시하는 도면이다.3 is a diagram illustrating an example of a process of deriving structural information used in a computing system according to an embodiment of the present invention.

시스템 모델(120)의 내부 구조를 정의하는 구조적 정보는 대상 시스템에 대한 지식을 이용하여 획득할 수 있는 이론 기반 원시 모델(primitive model)에 기반하여 얻어질 수 있다. 이론 기반 원시 모델은 대상 시스템 내의 파라미터들 간의 데이터 연결 관계, 인과 관계에 기반하여 도출될 수 있다. 이론 기반 원시 모델이 포함하는 다양한 파라미터들 각각이 획득 데이터에 포함될 수 있는지, 즉, 대상 시스템에 대하여 실제로 측정 또는 관측되는 파라미터인 지가 식별되고, 각 파라미터들이 식별된 정보가 대상 시스템에 대한 구조적 정보로서 도출된다.Structural information defining the internal structure of the system model 120 may be obtained based on a theory-based primitive model that can be obtained using knowledge of a target system. The theory-based primitive model can be derived based on the data connection relationship and causal relationship between parameters in the target system. Whether each of the various parameters included in the theory-based primitive model can be included in the acquired data, that is, is it a parameter actually measured or observed for the target system, is identified, and the information identified for each parameter is the structural information for the target system. Is derived.

지식, 경험, 실험, 관측, 이론 등으로부터 이론 기반 원시 모델을 도출하고, 여기에 대상 시스템으로부터 얻을 수 있는 데이터를 식별하는 과정을 거쳐서 구조적 정보가 도출될 수 있다. 이 과정은 컴퓨팅 시스템(100) 또는 별도의 컴퓨팅 시스템에 의하여 실행될 수도 있고, 일부 과정에 인간이 개입하여 컴퓨팅 시스템(100)과 상호 작용함으로써 실행할 수도 있다. Structural information can be derived through the process of deriving a theory-based primitive model from knowledge, experience, experiments, observations, and theories, and identifying data that can be obtained from the target system. This process may be executed by the computing system 100 or a separate computing system, or may be executed by interacting with the computing system 100 by human intervention in some processes.

예를 들어, 이론 기반 원시 모델을 설정하는 것은 인간의 행위에 의하여 실행된 상태에서, 이론 기반 원시 모델의 각 노드를 구성하는 파라미터들 각각이 대상 시스템으로부터 실제로 얻어질 수 있는 데이터에 해당하는 지 여부는 컴퓨팅 시스템에 의하여 식별될 수도 있다.For example, setting the theory-based primitive model is whether each of the parameters constituting each node of the theory-based primitive model corresponds to data that can be actually obtained from the target system in a state executed by human actions. May be identified by a computing system.

이때 상기 구조적 정보는 상기 대상 시스템에 대한 지식을 이용하여 획득할 수 있는 이론 기반 원시 모델을 구성하는 상기 대상 시스템 내의 파라미터들 중 상기 복수 개의 하위 모델들 각각의 입력 데이터 또는 출력 데이터로 선택될 수 있는 관련 파라미터에 대한 정보를 포함하고, 상기 관련 파라미터 각각이 상기 이론 기반 원시 모델에 기반하여 상기 복수 개의 하위 모델들 각각의 입력 데이터 및 출력 데이터로 정의되는 하위 모델 데이터 구조 정보를 포함할 수 있다.At this time, the structural information may be selected as input data or output data of each of the plurality of sub-models among parameters in the target system constituting a theory-based original model that can be obtained using knowledge of the target system. Information on related parameters may be included, and each of the related parameters may include sub-model data structure information defined as input data and output data of each of the plurality of sub-models based on the theory-based original model.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템이 이용하는 획득 데이터의 도메인과, 이론 상 확장 가능한 데이터 도메인의 일 예를 도시하는 도면이다.4 is a diagram illustrating an example of a domain of acquired data used by a computing system according to an embodiment of the present invention and a theoretically expandable data domain.

제1 데이터(X1, X2, X3, X4)가 실제 획득 데이터로부터 얻어지는 경우, 제1 데이터(X1, X2, X3, X4)와 동일한 시간 변이, 또는 공간 변이에서 나타나는 제2 데이터(Y1, Y2)의 분포는 획득 데이터 도메인(410)으로 도시된다. 한편, 실제 획득 데이터로부터 얻어지는 제2 데이터(Y1, Y2)와 동일한 시간 변이, 또는 공간 변이에서 나타나는 제3 데이터(Z)의 분포 또한 획득 데이터 도메인(430)으로 도시된다.When the first data (X1, X2, X3, X4) is obtained from the actual acquired data, the same temporal variation as the first data (X1, X2, X3, X4), or the second data (Y1, Y2) appearing in the spatial variation The distribution of is shown in the acquisition data domain 410. Meanwhile, the distribution of the third data Z appearing in the same temporal variation or spatial variation as the second data Y1 and Y2 obtained from the actual acquired data is also shown by the acquired data domain 430.

시스템 모델(120)의 설계 또는 계획을 수립할 목적으로 획득 데이터 도메인(410, 430)을 넘어서는 데이터를 시스템 모델(120)에 입력으로 제공할 수 있다. 예를 들어 제1 데이터(X1, X2, X3, X4)가 획득 데이터 도메인(410)을 벗어나는 경우, 시스템 모델(120)은 획득 데이터 도메인(410)을 벗어나는 제1 데이터(X1, X2, X3, X4)에 기반하여 대상 시스템의 동작을 추론하고, 이때 나타나는 제2 데이터(Y1, Y2)의 분포는 확장된 데이터 도메인(420)을 구성할 수 있다.Data beyond the acquired data domains 410 and 430 may be provided as input to the system model 120 for the purpose of establishing a design or plan of the system model 120. For example, when the first data (X1, X2, X3, X4) is out of the acquisition data domain 410, the system model 120 is the first data (X1, X2, X3, The operation of the target system is inferred based on X4), and the distribution of the second data Y1 and Y2 appearing at this time may constitute the extended data domain 420.

마찬가지로 획득 데이터 도메인(430)을 벗어나는 제2 데이터(Y1, Y2)에 기반하여 시스템 모델(120)은 대상 시스템의 동작을 추론하고, 이때 나타나는 제3 데이터(Z)의 분포는 확장된 데이터 도메인(440)을 구성할 수 있다.Likewise, the system model 120 infers the operation of the target system based on the second data Y1 and Y2 out of the acquired data domain 430, and the distribution of the third data Z that appears at this time is the extended data domain ( 440).

본 발명의 시스템 모델(120)은 데이터 기반 모델의 정확도를 최대한 활용하되, 데이터 기반 모델이 가지는 한계인 획득 데이터 도메인(410, 430)을 벗어나는 데이터에 대해서도 대상 시스템의 동작을 추론 또는 예측할 수 있다.The system model 120 of the present invention makes full use of the accuracy of the data-based model, but can infer or predict the operation of the target system even for data that deviates from the acquired data domains 410 and 430, which is a limitation of the data-based model.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 모델(120)이 포함하는 하위 모델(122a)의 일 실시예를 도시하는 도면이다.5 is a diagram illustrating an embodiment of a sub-model 122a included in the system model 120 according to an embodiment of the present invention.

도 5의 하위 모델(122a)은 내부에서 데이터 기반 모델(510)과 이론 기반 모델(520)을 포함하고, 논리 모듈(530)이 데이터 기반 모델(510)과 이론 기반 모델(520) 사이에서 어느 하나의 출력을 선택하거나, 데이터 기반 모델(510)과 이론 기반 모델(520)의 출력을 결합하여 하위 모델(122a)의 출력을 생성한다.The sub-model 122a of FIG. 5 includes a data-based model 510 and a theory-based model 520 therein, and the logic module 530 is any one between the data-based model 510 and the theory-based model 520. One output is selected, or the output of the lower model 122a is generated by combining the outputs of the data-based model 510 and the theory-based model 520.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 데이터 기반 모델(510)과 이론 기반 모델(520)은 경합적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 실제 획득 데이터 범위 내의 입력 데이터가 주어질 때, 데이터 기반 모델(510)과 이론 기반 모델(520) 각각의 예측 정확도에 기반하여 논리 모듈(530)이 데이터 기반 모델(510)과 이론 기반 모델(520) 간의 어느 하나를 선택하도록 설계될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the data-based model 510 and the theory-based model 520 may be competitively combined. For example, when input data within the range of the actual acquired data is given, the logic module 530 is based on the prediction accuracy of each of the data-based model 510 and the theory-based model 520 It can be designed to select any one between models 520.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 데이터 기반 모델(510)과 이론 기반 모델(520)은 상호 보완적으로 결합될 수 있다. 도 5에서 주어지는 입력 데이터(X1, X2)가 획득 데이터 도메인(410)을 벗어나는지 여부에 기반하여 논리 모듈(530)은 데이터 기반 모델(510)과 이론 기반 모델(520) 중 어느 쪽을 적용할 지 선택할 수 있다. 예를 들어, 획득 데이터 도메인(410) 내에서는 데이터 기반 모델(510)이, 획득 데이터 도메인(410)을 벗어나는 입력 데이터에 대해서는 이론 기반 모델(520)이 적용될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the data-based model 510 and the theory-based model 520 may be complementarily combined with each other. Based on whether the input data (X1, X2) given in FIG. 5 deviates from the acquisition data domain 410, the logic module 530 may apply either of the data-based model 510 and the theory-based model 520. You can choose. For example, the data-based model 510 within the acquired data domain 410 may be applied, and the theory-based model 520 may be applied to input data outside the acquired data domain 410.

확장 데이터 도메인(420)에서 이론 기반 모델(520)이 적용되기 위해서는, 획득 데이터 도메인(410) 내에서 이론 기반 모델(520)과 데이터 기반 모델(510) 간의 연관성/정합성을 높이기 위한 과정이 필요할 수 있다. 이러한 과정은, 예를 들면 이론 기반 모델(520)의 계수 또는 차수에 대한 커브 피팅(curve fitting) 등의 형태로 이루어질 수 있다. 이론 기반 모델(520)과 데이터 기반 모델(510) 간의 정합성을 개선하기 위하여, 도 2의 시스템 모델(120)과 유사한 형태를 가지는 별도의 하이브리드 모델이 적용될 수 있다.In order to apply the theory-based model 520 in the extended data domain 420, a process for increasing the association/consistency between the theory-based model 520 and the data-based model 510 in the acquired data domain 410 may be required. have. This process may be performed in the form of, for example, a curve fitting for coefficients or orders of the theory-based model 520. In order to improve the consistency between the theory-based model 520 and the data-based model 510, a separate hybrid model having a form similar to that of the system model 120 of FIG. 2 may be applied.

도 4 및 도 5를 함께 참조하면, 확장 데이터 도메인(420, 440)까지 데이터를 확장하려는 시도는, 예를 들면, 획득 데이터 도메인(410, 430) 내의 데이터의 분포가 정성적으로 비대칭일 때 특히 의미가 있다. 공장의 설비를 대상 시스템으로 하여 구현된 시스템 모델의 경우, 정상 동작 데이터가 비정상 동작 데이터보다 현저하게 많을 것이다. 따라서 비대칭인 상태의 데이터를 이용하여 학습하는 경우, 시스템 모델은 정상 동작 데이터에 오버핏(overfit)된 채로 학습될 가능성이 있다. 또한 실제 상황에서는 비정상 동작 데이터를 취득하는 것이 용이하지 않으므로, 가상의 상황을 가정하여 데이터를 확장함으로써 비대칭적인 데이터의 분포를 조금이나마 보상할 수 있다.Referring to FIGS. 4 and 5 together, an attempt to extend data to the extended data domains 420 and 440 is, for example, particularly when the distribution of data in the acquired data domains 410 and 430 is qualitatively asymmetric. It makes sense. In the case of a system model implemented using factory facilities as a target system, normal operation data will be significantly greater than abnormal operation data. Therefore, in the case of learning using data in an asymmetric state, there is a possibility that the system model is trained while being overfitted with the normal operation data. In addition, since it is not easy to acquire abnormal motion data in an actual situation, the distribution of asymmetric data can be compensated for a little by expanding the data assuming a virtual situation.

이러한 데이터의 확장은, 대상 시스템의 현재 동작으로부터 미래 동작을 예측하는 경우에 데이터의 균형적인 분포를 확보하기 위하여 필요하다. 또한 정상 동작/비정상 동작 뿐만이 아니라, 대상 시스템의 신뢰성, 안정성, 품질, 또는 성능의 개선을 위한 설계 변경, 계획의 수립의 경우에도 확장된 데이터 도메인(420, 440)에 대한 시스템 모델의 분석 및 예측은 필요하다.This expansion of data is necessary to ensure a balanced distribution of data when predicting a future operation from a current operation of a target system. In addition, not only normal/abnormal operation, but also in the case of design changes and planning to improve the reliability, stability, quality, or performance of the target system, analysis and prediction of the system model for the extended data domains (420, 440) Is necessary.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템(100)을 도시하는 도면이다. 도 6을 참조하면, 컴퓨팅 시스템(100)은 사용자 인터페이스(140)를 더 포함함으로써, 사용자와 상호 작용하는 서비스 모델을 용이하게 구현할 수 있다. 6 is a diagram illustrating a computing system 100 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, the computing system 100 may further include a user interface 140 to easily implement a service model for interacting with a user.

컴퓨팅 시스템(100)은 대상 시스템에 관한 사용자 질의를 수신하고 적어도 하나 이상의 프로세서(110)로 전달하는 사용자 인터페이스(140)를 더 포함하고, 적어도 하나 이상의 프로세서(110)는 사용자 질의를 해석하여 컴퓨팅 시스템(1000 내에서 실행될 수 있는 인스트럭션 명령으로 변환할 수 있다.The computing system 100 further includes a user interface 140 for receiving a user query regarding a target system and transmitting it to the at least one processor 110, and the at least one processor 110 interprets the user query to provide a computing system. (It can be converted into an instruction instruction that can be executed within 1000.

사용자 질의에 응답하여, 프로세서(110)는 구조적 정보에 기반하여 대상 시스템의 동작 및 상태를 사용자가 이해하기 용이하도록 해석하여 표현할 수 있다. In response to a user query, the processor 110 may interpret and express the operation and state of the target system based on structural information so that the user can easily understand it.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 모델(120)의 동작 과정의 일 예를 도시하는 도면이다.7 is a diagram illustrating an example of an operation process of the system model 120 according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 하위 모델(122a)은 조건 변수인 C1을 가지고, 하위 모델(122b)은 조건 변수인 C2를 가지고, 하위 모델(124)은 조건 변수인 C3을 가진다. C1, C2, C3은 조건 변수, 제어 변수, 또는 설계 변수일 수 있다. 하위 모델들(122a, 122b, 124) 각각이 데이터 기반 모델이라 하더라도, 하위 모델들(122a, 122b, 124)이 시스템 모델(120) 내에서 다른 하위 모델들과 결합하는 과정에서 반영되는 조건 변수가 구조적 정보에 기반하여 결정될 수 있다.Referring to FIG. 7, the lower model 122a has a condition variable C1, the lower model 122b has a condition variable C2, and the lower model 124 has a condition variable C3. C1, C2, and C3 may be condition variables, control variables, or design variables. Even if each of the sub-models 122a, 122b, 124 is a data-based model, the condition variable reflected in the process of combining the sub-models 122a, 122b, 124 with other sub-models in the system model 120 It can be determined based on structural information.

사용자 질의가 있는 경우, 프로세서(110)는 사용자 질의에 대해서 구조적 정보, 및 조건 변수/제어 변수/설계 변수인 C1, C2, C3을 이용하여 대상 시스템에 대한 규범적 분석, 계획 수립 및 설계 최적화의 제안을 생성할 수 있다.When there is a user query, the processor 110 uses structural information for the user query and conditional variable/control variable/design variable C1, C2, C3 to conduct a normative analysis, plan establishment, and design optimization for the target system. You can create an offer.

적어도 하나 이상의 프로세서(110)는 사용자 질의가 제1 데이터(X1, X2, X3, X4), 제2 데이터(Y1, Y2), 및 제3 데이터(Z) 중 적어도 둘 이상의 연관성에 대한 질의를 포함하는 경우, 구조적 정보 및 하위 모델들(122a, 122b, 124)의 데이터 연결 관계에 기반하여 제1 데이터(X1, X2, X3, X4), 제2 데이터(Y1, Y2), 및 제3 데이터(Z) 중 적어도 둘 이상의 연관성에 대응하는 대상 시스템의 조건 변수, 제어 변수, 또는 설계 변수 중 적어도 하나 이상을 탐색하여 대응 탐색 결과를 생성하고, 상기 대응 탐색 결과에 기반하여 사용자 질의에 대한 응답을 생성하고, 사용자 질의에 대한 응답을 사용자 인터페이스(140)로 전달할 수 있다.The at least one processor 110 includes a query for the association of at least two of the first data (X1, X2, X3, X4), the second data (Y1, Y2), and the third data (Z). In this case, the first data (X1, X2, X3, X4), the second data (Y1, Y2), and the third data ( Z) generates a response search result by searching for at least one of a condition variable, a control variable, or a design variable of a target system corresponding to at least two of the associations, and generates a response to a user query based on the corresponding search result. And, a response to a user query may be delivered to the user interface 140.

예를 들어, 하위 모델들(122a, 122b, 124)이 모두 데이터 기반 모델인 경우, 제1 데이터(X1, X2, X3, X4)로부터 시스템 모델(120)이 제3 데이터(Z)를 예측한 결과의 도출 과정을 사용자 질의가 포함하는 경우, 프로세서(110)는 시스템 모델(120)에서 직접 드러나지 않는 중간 결과물인 제2 데이터(Y1, Y2) 및 하위 모델들(122a, 122b, 124) 간의 연결 관계에 기반하여 대상 시스템을 기술하는 시스템 모델(120)에 대한 설명적 정보(descriptive information)를 제공할 수 있다. 또한 프로세서(110)는 설명적 정보의 유효성, 신뢰성, 안정성을 중간 결과물인 제2 데이터(Y1, Y2)의 실측 데이터에 기반하여 검증할 수 있다.For example, if all of the sub-models 122a, 122b, 124 are data-based models, the system model 120 predicts the third data Z from the first data X1, X2, X3, X4. When a user query includes the process of deriving a result, the processor 110 connects the second data (Y1, Y2) and sub-models (122a, 122b, 124), which are intermediate results that are not directly revealed in the system model 120. Descriptive information on the system model 120 describing the target system based on the relationship may be provided. In addition, the processor 110 may verify the validity, reliability, and stability of the explanatory information based on actual measured data of the second data Y1 and Y2 as intermediate results.

사용자 질의가, 제1 데이터(X1, X2, X3, X4)가 획득 데이터에 의하여 커버되는 획득 데이터 도메인(410)을 벗어나는 경우(의도된 가혹한 환경 또는 미지의 동작 조건)에 대한 대상 시스템의 동작에 대한 예측을 포함하는 경우, 적어도 하나 이상의 프로세서(110)는 제1 하위 모델(122a, 122b)에 제1 데이터(X1, X2, X3, X4)를 입력하여 제1 하위 모델(122a, 122b)이 제1 데이터(X1, X2, X3, X4)에 응답하여 대상 시스템의 동작을 예측하도록 제어할 수 있다. 적어도 하나 이상의 프로세서(110)는 제1 하위 모델(122a, 122b)로서 연역적인 추론이 가능한 이론 기반 모델, 또는 획득 데이터에 기반하여 학습되는 데이터 기반 모델 중 하나를 적용하거나, 또는 이론 기반 모델 및 데이터 기반 모델을 상호 보완하도록 결합하여 제1 하위 모델(122a, 122b)에 적용할 수 있다.User query, when the first data (X1, X2, X3, X4) out of the acquisition data domain 410 covered by the acquired data (intentional harsh environment or unknown operating conditions) to the operation of the target system In the case of including prediction, the at least one processor 110 inputs the first data (X1, X2, X3, X4) to the first sub-models 122a and 122b so that the first sub-models 122a and 122b In response to the first data (X1, X2, X3, X4), the operation of the target system may be predicted. The at least one processor 110 applies one of a theory-based model capable of deductive inference as the first sub-models 122a and 122b or a data-based model that is learned based on acquired data, or a theory-based model and data The base models may be combined to complement each other and applied to the first sub-models 122a and 122b.

사용자 질의가, 제3 데이터(Z)의 분포가 조정되는 조건을 포함하는 경우(대상 시스템의 신뢰성, 안정성, 성능, 품질을 개선하고자 하는 의도를 포함할 수 있음), 적어도 하나 이상의 프로세서(110)는 구조적 정보 및 시스템 모델(120)에 기반하여 획득 데이터 중에서 제1 데이터(X1, X2, X3, X4)에 적용 가능한 데이터의 제1 분포, 상기 제1 분포와 관련되는 제2 데이터(Y1, Y2)의 제2 분포, 및 상기 제2 분포와 관련되는 상기 제3 데이터(Z)의 제3 분포를 생성할 수 있다. 이때 제3 데이터(Z)가 획득 데이터 도메인(430) 내에서 가지는 분포가 나타내는 특성 정보를 대상 시스템의 안정성, 신뢰성, 품질, 성능 등의 지표로 평가할 수 있다고 가정한다. 이 과정은 예를 들면, 조건 변수의 집합 {C1, C2, C3}를 가변하며 반복적으로 추론/예측을 반복하여 다양한 조건 변수의 집합 {C1, C2, C3}에 대응하는 시뮬레이션 결과를 확보하는 것으로 이해될 수 있다. 또는 프로세서(110)는 획득 데이터 내에서 각 데이터의 현실 분포와, 원하는 품질 또는 성능을 나타내는 데이터의 타겟 분포 간의 관련성을 분석하고, 현실 분포에서 타겟 분포를 도출하기 위한 조건 변수의 집합 {C1, C2, C3}의 변경에 관한 제안을 생성할 수 있다. 이처럼 적어도 하나 이상의 프로세서(110)는 상기 제1 분포, 상기 제2 분포, 상기 제3 분포, 및 상기 구조적 정보에 기반하여 사용자 질의에 응답하여 상기 제1 분포의 범위의 제한 조건을 제공하거나, 상기 대상 시스템의 조건 변수, 제어 변수, 또는 설계 변수 중 적어도 하나 이상에 대한 변경 가능성을 상기 사용자에게 제공할 수 있다.When the user query includes a condition in which the distribution of the third data Z is adjusted (may include an intention to improve reliability, stability, performance, and quality of the target system), at least one processor 110 Is a first distribution of data applicable to the first data (X1, X2, X3, X4) among acquired data based on the structural information and the system model 120, and the second data related to the first distribution (Y1, Y2). A second distribution of) and a third distribution of the third data Z related to the second distribution may be generated. At this time, it is assumed that the characteristic information indicated by the distribution of the third data Z in the acquired data domain 430 can be evaluated as an indicator such as stability, reliability, quality, and performance of the target system. This process is, for example, by varying the set of condition variables {C1, C2, C3} and repeating inference/prediction repeatedly to obtain simulation results corresponding to the set of various condition variables {C1, C2, C3}. Can be understood. Alternatively, the processor 110 analyzes the relationship between the real distribution of each data in the acquired data and the target distribution of data representing the desired quality or performance, and a set of condition variables (C1, C2) for deriving the target distribution from the real distribution. , C3} can generate a proposal for a change. As such, the at least one processor 110 provides a limiting condition of the range of the first distribution in response to a user query based on the first distribution, the second distribution, the third distribution, and the structural information, or the The possibility of changing at least one or more of a condition variable, a control variable, or a design variable of the target system may be provided to the user.

예를 들어, 도 4에서 획득 데이터 도메인(410, 430)에서 현실 분포는 데이터가 균일하게 분포되어 있는데, 대상 시스템의 안정성, 신뢰성을 높이거나 최종 출력물의 품질, 성능을 개선하기 위해서는 획득 데이터 도메인(410, 430)의 중심으로 데이터가 더욱 집중되기를 원한다면, 이러한 니즈에 따라서 타겟 분포가 설정될 수 있을 것이다. 이때 사용자 질의는 복합적인 니즈를 포함할 수 있는데, 예를 들어 대상 시스템의 안정성 및 신뢰성을 저하시키지 않으면서 최종 출력물의 품질, 성능을 개선하는 복합적인 니즈를 타겟 분포로 변환하여 설정할 수 있다. 프로세서(110)는 주어진 현실 분포에서 타겟 분포를 얻기 위하여 시스템 모델(120) 내의 구조적 정보 및 조건 변수 C1, C2, C3를 조정하거나, 입력 데이터의 범위를 제한할 것을 제안으로 생성할 수 있다.For example, in FIG. 4, the data is uniformly distributed in the acquired data domains 410 and 430. In order to increase the stability and reliability of the target system, or to improve the quality and performance of the final output, the acquired data domain ( If the data is more concentrated in the center of 410 and 430, the target distribution may be set according to these needs. At this time, the user query may include complex needs. For example, the complex needs of improving the quality and performance of the final output without deteriorating the stability and reliability of the target system can be converted into target distribution and set. The processor 110 may generate a proposal to adjust the structural information and condition variables C1, C2, and C3 in the system model 120 or limit the range of input data in order to obtain a target distribution from a given real distribution.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 모델이 기반으로 하는 이론 기반 원시 모델(800)의 일 실시예를 도시하는 도면이다.8 is a diagram illustrating an embodiment of a theory-based primitive model 800 on which a system model is based according to an embodiment of the present invention.

도 9는 도 8의 이론 기반 원시 모델(800)에 기반하여 생성되는 시스템 모델(900)의 일 실시예를 도시하는 도면이다.9 is a diagram illustrating an embodiment of a system model 900 generated based on the theory-based primitive model 800 of FIG. 8.

시스템 모델링을 위하여 먼저 대상 시스템과 관련한 획득 가능한 도메인 지식/경험 및 이론 등을 파악하여 대상 시스템에 대한 가설적 모델을 Gray Box 형태로 정의할 수 있다. 가설적 모델 자체로는 시뮬레이션이 어렵기 때문에 모델 완성에 필요한 동작 함수, 파라미터 등의 정보를 확보하여 완전한 모델을 구성하는 과정이 필요하게 된다. 모델 완성에 필요한 정보들은 대상 시스템을 실제로 운용/관측함으로써 빅데이터를 획득하고, 획득된 빅데이터에 대해 기계학습을 통해 가설적 모델을 이용하여 이론 기반 원시 모델(800)을 생성하기 위해 필요한 정보를 획득한다. 대상 시스템의 실제 운용 및 관측을 통해서 획득된 빅데이터를 인공신경망 등의 기계학습 알고리즘을 이용하여 학습함으로써, 이론 기반 원시 모델(800)에 필요한 정보들을 학습할 수 있다. 실제 데이터에 기반하여 학습 및 검증된 정보들을 가설적 모델에 적용하여 대상 시스템에 대한 이론 기반 원시 모델(800)이 생성된다. For system modeling, a hypothetical model for the target system can be defined in the form of a gray box by first grasping the domain knowledge/experience and theories that can be acquired related to the target system. Since simulation is difficult with a hypothetical model itself, a process of constructing a complete model by securing information such as motion functions and parameters necessary for model completion is required. The information necessary for model completion is necessary to obtain big data by actually operating/observing the target system, and to generate the theory-based primitive model 800 by using a hypothetical model through machine learning for the acquired big data. Acquire. By learning big data acquired through actual operation and observation of the target system using a machine learning algorithm such as an artificial neural network, information necessary for the theory-based primitive model 800 can be learned. A theory-based primitive model 800 for a target system is generated by applying the learned and verified information based on actual data to a hypothetical model.

이론 기반 원시 모델(800)은 대상 시스템에서 나타낼 수 있는 다수의 파라미터들에 의하여 구조적 정보를 가지도록 구현된다. 이때 각 파라미터들이 모두 확보되는 것을 전제로, 이론 기반 원시 모델(800)은 화이트 박스에 해당한다. 그러나 실제로는 모든 파라미터들이 대상 시스템으로부터 실제로 측정 또는 관찰될 수 있는 것이 아니므로, 이를 시스템 모델(900)로 구현하기 위해서는 편집이 필요하다.The theory-based primitive model 800 is implemented to have structural information by a number of parameters that can be represented in the target system. At this time, assuming that all parameters are secured, the theory-based primitive model 800 corresponds to a white box. However, in practice, not all parameters can be measured or observed from the target system, and thus editing is required to implement this as the system model 900.

도 8에서 파라미터들 중 y1' 은 실제로 측정 또는 관찰될 수 없는 파라미터라고 가정한다. 파라미터 y1' 과 관련된 하위 모델들(810, 820)은 그대로 시스템 모델(900)에 적용될 수는 없고, 시스템 모델(900)에 적용하기 위해서는 변형이 필요하다.In FIG. 8, it is assumed that y1' is a parameter that cannot be measured or observed. The sub-models 810 and 820 related to the parameter y1' cannot be applied to the system model 900 as they are, and modifications are required in order to be applied to the system model 900.

도 9에 도시된 것처럼, 파라미터 y1' 에 관련된 하위 모델들(810, 820)은 하나의 하위 모델(910)로 병합되어 시스템 모델(900) 내에 포함될 수 있다. 이때, x1', x2', w1' 는 모두 대상 시스템으로부터 실제로 측정 또는 관찰될 수 있다고 가정한다.As shown in FIG. 9, the submodels 810 and 820 related to the parameter y1' may be merged into one submodel 910 and included in the system model 900. In this case, it is assumed that all of x1', x2', and w1' can be actually measured or observed from the target system.

대상 시스템으로부터 실제로 측정 또는 관찰될 수 있는 파라미터들만 시스템 모델(900)의 주요 노드로 설정되므로, 시스템 모델(900)의 하위 모델들은 데이터 기반 모델로 구현될 수도 있고, 이론 기반 모델로 구현될 수도 있다. 이때 구조적 정보는 시스템 모델(900) 내의 하위 모델들 간의 연결 관계, 결합 관계에 대한 정보를 포함하므로, 시스템 모델(900)의 Semantics로서 각 하위 모델들의 동작에 관여할 수 있다. Since only parameters that can be actually measured or observed from the target system are set as main nodes of the system model 900, sub-models of the system model 900 may be implemented as a data-based model or a theory-based model. . At this time, since the structural information includes information on a connection relationship and a coupling relationship between sub-models in the system model 900, it is possible to participate in the operation of each sub-model as Semantics of the system model 900.

본 발명의 일 실시예에서는 하위 모델들이 부분적으로 데이터 기반 모델일 수도 있고, 모든 하위 모델들을 데이터 기반 모델로 구성할 수도 있다. 그러나 구조적 정보에 의하여 각 하위 모델들의 연결 관계, 즉, 시스템 모델(900)의 내부 구조가 주어지므로, 시스템 모델(900)은 데이터 기반 모델을 이용하면서도 규범적 분석이 가능하고, 설명적 정보를 제공할 수 있으며, 설계의 변경, 계획 수립을 지원할 수 있다. 만일 도 9에서 내부에 표시된 파라미터들이 모두 대상 시스템에서 실제로 얻어질 수 없는 데이터라면, 도 9의 시스템 모델(900)이 하나의 블랙박스로 취급될 것이므로, 이 경우에는 본 발명이 적용되지 않는다고 해석해야 할 것이다. In an embodiment of the present invention, sub-models may be partially data-based models, or all sub-models may be configured as a data-based model. However, since the connection relationship of each sub-model, that is, the internal structure of the system model 900 is given by structural information, the system model 900 can perform a normative analysis while using a data-based model and provides explanatory information. You can do it, and you can support design change and planning. If all of the parameters displayed in FIG. 9 are data that cannot be actually obtained in the target system, the system model 900 of FIG. 9 will be treated as one black box, so it should be interpreted that the present invention is not applied in this case. something to do.

본 발명의 구조적 정보는 시스템 모델(900) 내부의 하위 모델들의 행위를 블랙 박스로 취급하여 각각의 하위 모델들이 학습하는 데에 필요한 관측 데이터에 기반하여 설정된다. 시스템 모델(900) 내부의 파라미터들의 관측 데이터가 없을 경우 학습이 불가능하고, 학습 데이터가 없는 경우 시스템 모델(900)의 내부 행위를 알아낼 수 없을 것이다. Structural information of the present invention is set based on observation data required for each of the sub-models to learn by treating the behavior of sub-models inside the system model 900 as a black box. If there is no observation data of the parameters inside the system model 900, it is impossible to learn, and if there is no learning data, the internal behavior of the system model 900 cannot be determined.

수집된 데이터(x1', x2', x3', x4', x5', x6', y2', y3', w1', w2', z')는 입력 변수 값이든, 출력 변수 값이든, 또는 상태 변수 값이든 문제되지 않고, 단지 센서 등으로 실제로 측정 또는 관찰할 수 있는 값인지가 중요한 의미를 가진다.Collected data (x1', x2', x3', x4', x5', x6', y2', y3', w1', w2', z') are input variable values, output variable values, or state It does not matter whether the value of a variable is a value, and whether it is a value that can be actually measured or observed with a sensor or the like is important.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템(100)에 의하여 실행되는 시스템 모델(120)의 학습 방법을 도시하는 동작 흐름도이다.10 is an operation flowchart illustrating a method of learning a system model 120 executed by the computing system 100 according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템(100)에서 실행되는 시스템 모델(120)의 동작 방법, 및 시스템 모델(120)의 학습 방법은, 복수 개의 하위 모델들(122a, 122b, 124)을 포함하는 시스템 모델(120), 및 적어도 하나 이상의 프로세서(110)를 포함하는 컴퓨팅 시스템(100)에서 실행된다. The operating method of the system model 120 and the learning method of the system model 120 executed in the computing system 100 according to an embodiment of the present invention include a plurality of sub-models 122a, 122b, 124 The system model 120 is executed on the computing system 100 including at least one or more processors 110.

본 발명의 일 실시예에 따른, 대상 시스템을 기술하는 시스템 모델(120)을 구현하고 동작시키는 컴퓨팅 시스템(100)에 의하여 실행되는 시스템 모델(120)의 학습 방법은, 통신 인터페이스(140)가 획득 데이터를 수신하거나 호출하는 단계(S1010); 적어도 하나 이상의 프로세서(110)가, 획득 데이터 중 제1 데이터(X1, X2, X3, X4)를 제1 하위 모델(122a, 122b)의 입력으로 제공하는 단계(S1020); 적어도 하나 이상의 프로세서(110)가, 구조적 정보에 기반하여 제1 하위 모델(122a, 122b)의 출력으로 정의되는 제2 데이터(Y1, Y2)를 제2 하위 모델(124)의 입력으로 제공하는 단계(S1040); 및 적어도 하나 이상의 프로세서(110)가, 제1 하위 모델(122a, 122b)이 제1 데이터(X1, X2, X3, X4) 및 제2 데이터(Y1, Y2) 간의 관계를 학습할 수 있도록 제1 하위 모델(122a, 122b)을 제어하거나(S1030), 제2 하위 모델(124)이 제2 데이터(Y1, Y2) 및 구조적 정보에 기반하여 제2 하위 모델(124)의 출력으로 정의되는 제3 데이터(Z) 간의 관계를 학습할 수 있도록 제2 하위 모델(124)을 제어하는 단계(S1050)를 포함한다. 제1 하위 모델(122a, 122b)이 이론 기반 모델로서 학습이 필요하지 않은 경우에는 단계(S1030)가 생략될 수 있고, 제2 하위 모델(124)이 이론 기반 모델로서 학습이 필요하지 않은 경우에는 단계(S1050)가 생략될 수 있다. 다만 제1 하위 모델(122a, 122b), 및 제2 하위 모델(1224) 중 적어도 어느 하나는 데이터 기반 모델이며, 이로 인하여 단계(S1030) 및 단계(S1050) 중 적어도 하나 이상은 프로세서(110)에 의하여 실행된다.The learning method of the system model 120 executed by the computing system 100 that implements and operates the system model 120 describing a target system according to an embodiment of the present invention is obtained by the communication interface 140 Receiving or calling data (S1010); Providing, by the at least one processor 110, first data (X1, X2, X3, X4) of the acquired data as an input of the first sub-models 122a and 122b (S1020); Providing, by at least one processor 110, second data (Y1, Y2) defined as outputs of the first sub-models 122a and 122b as input to the second sub-model 124 based on structural information (S1040); And at least one processor 110, the first sub-models (122a, 122b) to learn the relationship between the first data (X1, X2, X3, X4) and the second data (Y1, Y2) The third sub-models 122a and 122b are controlled (S1030), or the second sub-model 124 is defined as an output of the second sub-model 124 based on the second data Y1 and Y2 and structural information. And controlling the second sub-model 124 to learn the relationship between the data Z (S1050). When the first sub-models 122a and 122b are theory-based models and do not require training, step S1030 may be omitted, and when the second sub-model 124 is a theory-based model and does not require training, Step S1050 may be omitted. However, at least one of the first sub-models 122a and 122b and the second sub-model 1224 is a data-based model, and thus at least one of the steps S1030 and S1050 is Executed by

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템(100)에 의하여 실행되며 시스템 모델(120)이 대상 시스템을 추론하도록 시스템 모델(120)을 동작하는 방법을 도시하는 동작 흐름도이다.11 is an operational flow diagram illustrating a method of operating the system model 120 such that the system model 120 is executed by the computing system 100 and infers a target system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른, 대상 시스템을 기술하는 시스템 모델(120)을 구현하고 동작시키는 컴퓨팅 시스템(100)에 의하여 실행되는 시스템 모델(120)의 동작 방법은, 통신 인터페이스(140)가 대상 시스템에 대한 새로운 입력 데이터를 수신하거나 호출하는 단계; 적어도 하나 이상의 프로세서(110)가, 새로운 입력 데이터 중 구조적 정보에 기반하여 제1 데이터(X1, X2, X3, X4)를 선택하여 제1 하위 모델(122a, 122b)의 입력으로 제공하는 단계; 적어도 하나 이상의 프로세서(110)가, 제1 하위 모델(122a, 122b)이 제1 데이터(X1, X2, X3, X4)에 기반하여 대상 시스템의 동작을 추론할 수 있도록 제1 하위 모델(122a, 122b)을 제어하는 단계; 적어도 하나 이상의 프로세서(110)가 제1 하위 모델(122a, 122b)의 출력 데이터를 제2 데이터(Y1, Y2)로서 구조적 정보에 기반하여 제2 하위 모델(124)의 입력으로 제공하는 단계; 적어도 하나 이상의 프로세서(110)가, 제2 하위 모델(124)이 제2 데이터(Y1, Y2)에 기반하여 대상 시스템의 동작을 추론할 수 있도록 제2 하위 모델(124)을 제어하는 단계; 및 적어도 하나 이상의 프로세서(110)가, 제2 하위 모델(124)의 출력 데이터에 기반하여 생성되거나 제2 하위 모델(124)의 출력 데이터인 제3 데이터(Z)를 시스템 모델(120)의 출력으로 사용자에게 제공하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the operation method of the system model 120 executed by the computing system 100 that implements and operates the system model 120 describing a target system, the communication interface 140 Receiving or calling new input data for the system; Selecting, by at least one or more processors 110, first data (X1, X2, X3, X4) based on structural information among new input data and providing the first data as inputs of the first sub-models 122a and 122b; The first sub-model 122a, so that the at least one processor 110 can infer the operation of the target system based on the first data (X1, X2, X3, X4) of the first sub-models 122a and 122b. Controlling 122b); At least one processor 110 providing output data of the first sub-models 122a and 122b as second data Y1 and Y2 as an input of the second sub-model 124 based on structural information; Controlling, by at least one processor 110, the second sub-model 124 so that the second sub-model 124 can infer the operation of the target system based on the second data Y1 and Y2; And at least one processor 110 outputs the third data Z, which is generated based on the output data of the second sub-model 124 or is output data of the second sub-model 124, to the system model 120. And providing it to the user.

이때 본 발명의 시스템 모델(120)의 동작 방법은, 적어도 하나 이상의 프로세서(110)가, 대상 시스템에 관한 사용자 질의를 해석하여 컴퓨팅 시스템(100) 내에서 실행될 수 있는 인스트럭션 명령으로 변환하는 단계(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다.In this case, in the operating method of the system model 120 of the present invention, the at least one processor 110 interprets a user query regarding a target system and converts it into an instruction command that can be executed in the computing system 100 (shown Not) may be further included.

본 발명에 따르면, 기존의 데이터 기반 모델에 비해서 다음의 장점을 가질 수 있다. 일반적으로 데이터 기반 모델은 정적인 데이터에 대해서는 매우 높은 정확도를 나타내지만, 동작에 영향을 미치는 변인이 다양한 동적 분석에 적용하기는 쉽지 않은 것으로 알려지고 있다. 본 발명에 따르면 공간 변이(space variant), 시간 변이(time variant), 확률적인(stochastic) 특징을 가지는 대상 시스템에 대해서도 데이터 기반 모델을 적용할 수 있다. According to the present invention, it can have the following advantages over the existing data-based model. In general, a data-based model exhibits very high accuracy for static data, but it is known that it is not easy to apply variables that affect behavior to various dynamic analyses. According to the present invention, a data-based model can also be applied to a target system having a space variant, a time variant, and a stochastic feature.

공간 변이의 예로는, 전체 시스템 모델을 셀(cell) 기반으로 표현할 때 상태 천이 함수가 전체 셀에 대해서 일괄적으로 표현되는 것이 아니고 개별 셀에 따라 다르게 표현될 수 있다. 따라서 위치에 따라 달라지는 지형의 특징이 셀 별로 반영될 수 있다. 시간 변이의 예로는, 시스템 모델이 기술하기 위하여 사용하는 상태 천이 함수가 오전, 오후 등의 시간에 따라 상이하도록 설정될 수 있다. 예를 들어 교통 흐름에서 오전, 오후, 주말, 휴일, 평일, 또한 특정한 이벤트가 있는 경우, 계절적 요인들을 반영하여 시스템 모델을 구현할 수 있다. 이 같은 변이가 데이터 기반 모델의 학습을 통하여 더욱 구체화되고 최적화될 수 있다.As an example of the spatial transition, when the entire system model is expressed on a cell basis, the state transition function is not collectively expressed for all cells, but may be expressed differently according to individual cells. Therefore, the features of the terrain that vary depending on the location can be reflected for each cell. As an example of the time shift, the state transition function used to describe the system model may be set to be different according to the time of the morning, afternoon, or the like. For example, when there are mornings, afternoons, weekends, holidays, weekdays, and specific events in the traffic flow, a system model can be implemented by reflecting seasonal factors. Such variations can be further specified and optimized through learning of data-based models.

확률적 특징의 예로는, 교통 시뮬레이션의 경우 운전자의 행위가 항상 결정되어 있는 것이 아니라 확률적으로 나타날 수 있는 점을 반영할 수 있다. 데이터 기반 모델에서는 획득 데이터만을 반영하여 학습하므로, 데이터 기반 모델이 학습한 조건 하에서는 특정한 확률로 사건이 발생할 수 있다. 이때 도로망의 상황이 변경되거나 재해 등이 발생한 경우, 순수한 데이터 기반 모델에서는 확률의 변경 등을 시뮬레이트할 수 없지만, 본 발명의 시스템 모델에서는 모델 내의 데이터 연결 관계, 및 모델 간의 구조적 정보에 기반하여 확률적 특성을 조정 또는 변경하여 시뮬레이트할 수 있다.As an example of a probabilistic characteristic, in the case of a traffic simulation, a driver's behavior is not always determined, but may reflect a point that may appear probabilistically. Since the data-based model reflects only acquired data and learns, an event may occur with a specific probability under the condition learned by the data-based model. At this time, when the situation of the road network changes or a disaster occurs, the change of probability cannot be simulated in a pure data-based model, but in the system model of the present invention, the probabilistic system is based on the data connection relationship in the model and the structural information between the models. It can be simulated by adjusting or changing properties.

또한 본 발명에 따르면 대상 시스템의 비선형(non-linear) 특징들을 반영할 수 있다. 실제 세계의 많은 시스템들은 입출력 사이에 중첩의 정리가 성립이 되지 않고 비선형적인 특징을 가지기 때문에 상태천이 함수가 비선형 특징을 고려할 수 있다는 것은 큰 이점이 된다. 또한 실제 시스템으로부터 얻어지는 데이터를 통해 기상 조건 등 추가적인 상황 정보를 표현할 수 있어 실 세계를 모방한 디지털 트윈 모델과 같이 복잡한 디지털 모델의 구현에도 강인하다.In addition, according to the present invention, non-linear characteristics of the target system can be reflected. Since many systems in the real world have nonlinear features without the overlapping theorem between inputs and outputs, it is a great advantage that the state transition function can take into account nonlinear features. In addition, additional situational information such as weather conditions can be expressed through data obtained from the actual system, making it robust to the realization of complex digital models such as digital twin models that mimic the real world.

본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템에 의하여 실행되는 시스템 모델의 동작 방법, 및 시스템 모델의 학습 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The operating method of the system model and the learning method of the system model executed by the computing system according to an embodiment of the present invention are implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. have. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -A hardware device specially configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those produced by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operation of the present invention, and vice versa.

그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다. 본 발명의 실시예와 도면에 소개된 길이, 높이, 크기, 폭 등은 이해를 돕기 위해 과장된 것일 수 있다.However, the present invention is not limited or limited by the embodiments. The same reference numerals shown in each drawing indicate the same members. The length, height, size, width, etc. introduced in the embodiments and drawings of the present invention may be exaggerated to aid understanding.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, in the present invention, specific matters such as specific components, etc., and limited embodiments and drawings have been described, but this is provided only to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments. , If a person of ordinary skill in the field to which the present invention belongs, various modifications and variations are possible from these descriptions.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention is limited to the described embodiments and should not be defined, and all things that have equivalent or equivalent modifications to the claims as well as the claims to be described later belong to the scope of the spirit of the present invention. .

100: 컴퓨팅 시스템
110: 프로세서
120: 시스템 모델
130: 통신 인터페이스
140: 사용자 인터페이스
122a, 122b: 제1 하위 모델
124: 제2 하위 모델
100: computing system
110: processor
120: system model
130: communication interface
140: user interface
122a, 122b: first sub-model
124: second sub-model

Claims (16)

대상 시스템을 기술하는 모델을 구현하고 동작시키는 컴퓨팅 시스템에 있어서,
상기 컴퓨팅 시스템은
상기 대상 시스템으로부터 얻어지는 획득 데이터를 수신하거나 호출할 수 있는 통신 인터페이스;
복수 개의 하위 모델들을 포함하는 시스템 모델; 및
적어도 하나 이상의 프로세서;를 포함하고,
상기 복수 개의 하위 모델들 각각은 상기 획득 데이터 중 일부를 입력받고 나머지 중 적어도 일부를 출력으로 추론 또는 예측할 수 있는 모델이고,
상기 시스템 모델 내에서 상기 복수 개의 하위 모델들 각각의 입력 데이터, 및 출력 데이터는 상기 대상 시스템에 대한 지식을 이용하여 획득할 수 있는 상기 대상 시스템의 구조적 정보에 기반하여 정의되고,
상기 구조적 정보는 상기 복수 개의 하위 모델들 중 제1 하위 모델과 제2 하위 모델 간의 데이터 연결 관계에 대한 정보를 포함하고, 상기 데이터 연결 관계는 상기 제1 하위 모델의 출력 데이터가 상기 제2 하위 모델의 입력 데이터로 이용될 수 있는 지 여부에 대한 정보를 포함하고,
상기 적어도 하나 이상의 프로세서는
상기 대상 시스템에 대한 새로운 입력 데이터 중 상기 구조적 정보에 기반하여 상기 제1 데이터를 선택하여 상기 제1 하위 모델의 입력으로 제공하고, 상기 제1 하위 모델의 출력 데이터를 제2 데이터로서 상기 구조적 정보에 기반하여 상기 제2 하위 모델의 입력으로 제공하고, 상기 제2 하위 모델의 출력 데이터에 기반하여 생성되거나 상기 제2 하위 모델의 출력 데이터인 제3 데이터를 상기 시스템 모델의 출력으로 사용자에게 제공하고,
상기 제1 하위 모델이 상기 제1 데이터에 기반하여 상기 대상 시스템의 동작을 추론할 수 있도록 상기 제1 하위 모델을 제어하고, 상기 제2 하위 모델이 상기 제2 데이터에 기반하여 상기 대상 시스템의 동작을 추론할 수 있도록 상기 제2 하위 모델을 제어하는 컴퓨팅 시스템.
In a computing system that implements and operates a model describing a target system,
The computing system
A communication interface capable of receiving or calling acquisition data obtained from the target system;
A system model including a plurality of sub-models; And
At least one processor; Including,
Each of the plurality of sub-models is a model capable of receiving part of the acquired data and inferring or predicting at least part of the remaining data as an output,
Input data and output data of each of the plurality of sub-models in the system model are defined based on structural information of the target system that can be obtained using knowledge of the target system,
The structural information includes information on a data connection relationship between a first sub-model and a second sub-model among the plurality of sub-models, and the data connection relationship includes output data of the first sub-model and the second sub-model. Contains information on whether it can be used as input data of,
The at least one or more processors
Among new input data for the target system, the first data is selected based on the structural information and provided as an input of the first sub-model, and output data of the first sub-model is provided as second data to the structural information. Based on the input of the second sub-model, and providing third data that is generated based on the output data of the second sub-model or that is the output data of the second sub-model as an output of the system model,
The first sub-model is controlled so that the first sub-model can infer the operation of the target system based on the first data, and the second sub-model operates the target system based on the second data. The computing system for controlling the second sub-model so that it can be inferred.
제1항에 있어서,
상기 복수 개의 하위 모델들 각각은 상기 대상 시스템과 관련한 획득 가능한 도메인 지식, 경험, 및 이론에 기반하여 정의되며 연역적인 추론이 가능한 이론 기반 모델 또는 상기 획득 데이터에 기반하여 학습되는 데이터 기반 모델 중 어느 하나이거나, 상기 이론 기반 모델 및 상기 데이터 기반 모델이 상호 보완되도록 결합된 컴퓨팅 시스템.
The method of claim 1,
Each of the plurality of sub-models is defined based on obtainable domain knowledge, experience, and theory related to the target system, and any one of a theory-based model capable of deductive inference or a data-based model that is learned based on the acquired data Or, the theory-based model and the data-based model are combined to complement each other.
제1항에 있어서,
상기 구조적 정보는
상기 대상 시스템에 대한 지식을 이용하여 획득할 수 있는 이론 기반 원시 모델을 구성하는 상기 대상 시스템 내의 파라미터들 간의 데이터 연결 관계, 및 상기 파라미터들 각각이 상기 획득 데이터에 포함될 수 있는 지 여부에 기반하여 정의되는 컴퓨팅 시스템.
The method of claim 1,
The above structural information is
Defined based on a data connection relationship between parameters in the target system constituting a theory-based primitive model that can be acquired using knowledge of the target system, and whether each of the parameters can be included in the acquired data Computing system.
제1항에 있어서,
상기 구조적 정보는
상기 대상 시스템에 대한 지식을 이용하여 획득할 수 있는 이론 기반 원시 모델을 구성하는 상기 대상 시스템 내의 파라미터들 중 상기 복수 개의 하위 모델들 각각의 입력 데이터 또는 출력 데이터로 선택될 수 있는 관련 파라미터에 대한 정보를 포함하고, 상기 관련 파라미터 각각이 상기 이론 기반 원시 모델에 기반하여 상기 복수 개의 하위 모델들 각각의 입력 데이터 및 출력 데이터로 정의되는 하위 모델 데이터 구조 정보를 포함하는 컴퓨팅 시스템.
The method of claim 1,
The above structural information is
Information on a related parameter that can be selected as input data or output data of each of the plurality of sub-models among parameters in the target system constituting a theory-based original model that can be obtained using knowledge of the target system And wherein each of the related parameters includes sub-model data structure information defined as input data and output data of each of the plurality of sub-models based on the theory-based original model.
제1항에 있어서,
상기 컴퓨팅 시스템은
상기 대상 시스템에 관한 사용자 질의를 수신하고 상기 적어도 하나 이상의 프로세서로 전달하는 사용자 인터페이스;
를 더 포함하고,
상기 적어도 하나 이상의 프로세서는
상기 사용자 질의를 해석하여 상기 컴퓨팅 시스템 내에서 실행될 수 있는 인스트럭션 명령으로 변환하는 컴퓨팅 시스템.
The method of claim 1,
The computing system
A user interface for receiving a user query regarding the target system and transmitting it to the at least one processor;
Including more,
The at least one or more processors
A computing system that interprets the user query and converts it into instruction instructions that can be executed in the computing system.
제5항에 있어서,
상기 적어도 하나 이상의 프로세서는
상기 사용자 질의가 상기 제1 데이터, 상기 제2 데이터, 및 상기 제3 데이터 중 적어도 둘 이상의 연관성에 대한 질의를 포함하는 경우, 상기 구조적 정보 및 상기 데이터 연결 관계에 기반하여 상기 제1 데이터, 상기 제2 데이터, 및 상기 제3 데이터 중 적어도 둘 이상의 연관성에 대응하는 상기 대상 시스템의 조건 변수, 제어 변수, 또는 설계 변수 중 적어도 하나 이상을 탐색하여 대응 탐색 결과를 생성하고,
상기 대응 탐색 결과에 기반하여 상기 사용자 질의에 대한 응답을 생성하고, 상기 사용자 질의에 대한 응답을 상기 사용자 인터페이스로 전달하는 컴퓨팅 시스템.
The method of claim 5,
The at least one or more processors
When the user query includes a query for at least two of the first data, the second data, and the third data, the first data and the first data are 2 data and at least one of a condition variable, a control variable, or a design variable of the target system corresponding to the association of at least two of the data and the third data,
A computing system for generating a response to the user query based on the corresponding search result and delivering the response to the user query to the user interface.
제5항에 있어서,
상기 사용자 질의가, 상기 제1 데이터가 상기 획득 데이터에 의하여 커버되는 획득 데이터 도메인을 벗어나는 경우에 대한 상기 대상 시스템의 동작에 대한 예측을 포함하는 경우, 상기 적어도 하나 이상의 프로세서는 상기 제1 하위 모델에 상기 제1 데이터를 입력하여 상기 제1 하위 모델이 상기 제1 데이터에 응답하여 상기 대상 시스템의 동작을 예측하도록 제어하고,
상기 적어도 하나 이상의 프로세서는 상기 제1 하위 모델로서 연역적인 추론이 가능한 이론 기반 모델, 또는 상기 획득 데이터에 기반하여 학습되는 데이터 기반 모델 중 하나를 적용하거나, 또는 상기 이론 기반 모델 및 상기 데이터 기반 모델을 상호 보완하도록 결합하여 상기 제1 하위 모델에 적용하는 컴퓨팅 시스템.
The method of claim 5,
When the user query includes a prediction of the operation of the target system when the first data is out of the acquired data domain covered by the acquired data, the at least one processor Inputting the first data to control the first sub-model to predict the operation of the target system in response to the first data,
The at least one processor applies one of a theory-based model capable of deductive inference as the first sub-model or a data-based model that is learned based on the acquired data, or the theory-based model and the data-based model Computing systems that are combined to complement each other and applied to the first sub-model.
제5항에 있어서,
상기 사용자 질의가, 상기 제3 데이터의 분포가 조정되는 조건을 포함하는 경우, 상기 적어도 하나 이상의 프로세서는
상기 구조적 정보 및 상기 시스템 모델에 기반하여 상기 획득 데이터 중에서 상기 제1 데이터에 적용 가능한 데이터의 제1 분포, 상기 제1 분포와 관련되는 제2 데이터의 제2 분포, 및 상기 제2 분포와 관련되는 상기 제3 데이터의 제3 분포를 생성하고,
상기 제1 분포, 상기 제2 분포, 상기 제3 분포, 및 상기 구조적 정보에 기반하여 상기 사용자 질의에 응답하여 상기 제1 분포의 범위의 제한 조건을 제공하거나, 상기 대상 시스템의 조건 변수, 제어 변수, 또는 설계 변수 중 적어도 하나 이상에 대한 변경 가능성을 상기 사용자에게 제공하는 컴퓨팅 시스템.
The method of claim 5,
When the user query includes a condition in which the distribution of the third data is adjusted, the at least one processor
A first distribution of data applicable to the first data among the acquired data based on the structural information and the system model, a second distribution of second data related to the first distribution, and a second distribution related to the second distribution Generate a third distribution of the third data,
Based on the first distribution, the second distribution, the third distribution, and the structural information, a limiting condition of the range of the first distribution is provided in response to the user query, or a condition variable or a control variable of the target system Or, a computing system that provides the user with the possibility of changing at least one or more of the design variables.
대상 시스템을 기술하는 모델을 구현하고 동작시키는 컴퓨팅 시스템에 있어서,
상기 컴퓨팅 시스템은
상기 대상 시스템으로부터 얻어지는 획득 데이터를 수신하거나 호출할 수 있는 통신 인터페이스;
복수 개의 하위 모델들을 포함하는 시스템 모델; 및
적어도 하나 이상의 프로세서;를 포함하고,
상기 복수 개의 하위 모델들 각각은 상기 획득 데이터 중 일부를 입력받고 나머지 중 적어도 일부를 출력으로 추론 또는 예측할 수 있는 모델이고,
상기 시스템 모델 내에서 상기 복수 개의 하위 모델들 각각의 입력 데이터, 및 출력 데이터는 상기 대상 시스템에 대한 지식을 이용하여 획득할 수 있는 상기 대상 시스템의 구조적 정보에 기반하여 정의되고,
상기 구조적 정보는 상기 복수 개의 하위 모델들 중 제1 하위 모델과 제2 하위 모델 간의 데이터 연결 관계에 대한 정보를 포함하고, 상기 데이터 연결 관계는 상기 제1 하위 모델의 출력 데이터가 상기 제2 하위 모델의 입력 데이터로 이용될 수 있는 지 여부에 대한 정보를 포함하고,
상기 적어도 하나 이상의 프로세서는
상기 획득 데이터 중 제1 데이터를 상기 제1 하위 모델의 입력으로 제공하고, 상기 구조적 정보에 기반하여 상기 제1 하위 모델의 출력으로 정의되는 제2 데이터를 상기 제2 하위 모델의 입력으로 제공하고,
상기 제1 하위 모델이 상기 제1 데이터 및 상기 제2 데이터 간의 관계를 학습할 수 있도록 상기 제1 하위 모델을 제어하거나, 상기 제2 하위 모델이 상기 제2 데이터 및 상기 구조적 정보에 기반하여 상기 제2 하위 모델의 출력으로 정의되는 제3 데이터 간의 관계를 학습할 수 있도록 상기 제2 하위 모델을 제어하는 컴퓨팅 시스템.
In a computing system that implements and operates a model describing a target system,
The computing system
A communication interface capable of receiving or calling acquisition data obtained from the target system;
A system model including a plurality of sub-models; And
At least one processor; Including,
Each of the plurality of sub-models is a model capable of receiving part of the acquired data and inferring or predicting at least part of the remaining data as an output,
Input data and output data of each of the plurality of sub-models in the system model are defined based on structural information of the target system that can be obtained using knowledge of the target system,
The structural information includes information on a data connection relationship between a first sub-model and a second sub-model among the plurality of sub-models, and the data connection relationship includes output data of the first sub-model and the second sub-model. Contains information on whether it can be used as input data of,
The at least one or more processors
Providing first data of the acquired data as an input of the first sub-model, and providing second data defined as an output of the first sub-model based on the structural information as an input of the second sub-model,
The first sub-model is controlled so that the first sub-model can learn a relationship between the first data and the second data, or the second sub-model is based on the second data and the structural information. 2 Computing system for controlling the second sub-model to learn a relationship between third data defined as an output of the sub-model.
제9항에 있어서,
상기 복수 개의 하위 모델들 각각은 상기 대상 시스템과 관련한 획득 가능한 도메인 지식, 경험, 및 이론에 기반하여 정의되며 연역적인 추론이 가능한 이론 기반 모델 또는 상기 획득 데이터에 기반하여 학습되는 데이터 기반 모델 중 어느 하나이거나, 상기 이론 기반 모델 및 상기 데이터 기반 모델이 상호 보완되도록 결합된 컴퓨팅 시스템.
The method of claim 9,
Each of the plurality of sub-models is defined based on obtainable domain knowledge, experience, and theory related to the target system, and any one of a theory-based model capable of deductive inference or a data-based model that is learned based on the acquired data Or, the theory-based model and the data-based model are combined to complement each other.
대상 시스템을 기술하는 모델을 구현하고 동작시키는 컴퓨팅 시스템에 의하여 실행되는 시스템 모델의 동작 방법에 있어서,
상기 컴퓨팅 시스템은
상기 대상 시스템으로부터 얻어지는 획득 데이터를 수신하거나 호출할 수 있는 통신 인터페이스;
복수 개의 하위 모델들을 포함하는 시스템 모델; 및
적어도 하나 이상의 프로세서;를 포함하고,
상기 복수 개의 하위 모델들 각각은 상기 획득 데이터 중 일부를 입력받고 나머지 중 적어도 일부를 출력으로 추론 또는 예측할 수 있는 모델이고,
상기 시스템 모델 내에서 상기 복수 개의 하위 모델들 각각의 입력 데이터, 및 출력 데이터는 상기 대상 시스템에 대한 지식을 이용하여 획득할 수 있는 상기 대상 시스템의 구조적 정보에 기반하여 정의되고,
상기 구조적 정보는 상기 복수 개의 하위 모델들 중 제1 하위 모델과 제2 하위 모델 간의 데이터 연결 관계에 대한 정보를 포함하고, 상기 데이터 연결 관계는 상기 제1 하위 모델의 출력 데이터가 상기 제2 하위 모델의 입력 데이터로 이용될 수 있는 지 여부에 대한 정보를 포함하고,
상기 통신 인터페이스가 상기 대상 시스템에 대한 새로운 입력 데이터를 수신하거나 호출하는 단계;
상기 적어도 하나 이상의 프로세서가, 상기 새로운 입력 데이터 중 상기 구조적 정보에 기반하여 상기 제1 데이터를 선택하여 상기 제1 하위 모델의 입력으로 제공하는 단계;
상기 적어도 하나 이상의 프로세서가, 상기 제1 하위 모델이 상기 제1 데이터에 기반하여 상기 대상 시스템의 동작을 추론할 수 있도록 상기 제1 하위 모델을 제어하는 단계;
상기 적어도 하나 이상의 프로세서가 상기 제1 하위 모델의 출력 데이터를 제2 데이터로서 상기 구조적 정보에 기반하여 상기 제2 하위 모델의 입력으로 제공하는 단계;
상기 적어도 하나 이상의 프로세서가, 상기 제2 하위 모델이 상기 제2 데이터에 기반하여 상기 대상 시스템의 동작을 추론할 수 있도록 상기 제2 하위 모델을 제어하는 단계; 및
상기 적어도 하나 이상의 프로세서가, 상기 제2 하위 모델의 출력 데이터에 기반하여 생성되거나 상기 제2 하위 모델의 출력 데이터인 제3 데이터를 상기 시스템 모델의 출력으로 사용자에게 제공하는 단계;
를 포함하는 시스템 모델의 동작 방법.
In the operating method of a system model executed by a computing system that implements and operates a model describing a target system,
The computing system
A communication interface capable of receiving or calling acquisition data obtained from the target system;
A system model including a plurality of sub-models; And
At least one processor; Including,
Each of the plurality of sub-models is a model capable of receiving part of the acquired data and inferring or predicting at least part of the remaining data as an output,
Input data and output data of each of the plurality of sub-models in the system model are defined based on structural information of the target system that can be obtained using knowledge of the target system,
The structural information includes information on a data connection relationship between a first sub-model and a second sub-model among the plurality of sub-models, and the data connection relationship includes output data of the first sub-model and the second sub-model. Contains information on whether it can be used as input data of,
The communication interface receiving or calling new input data for the target system;
Selecting, by the at least one processor, the first data based on the structural information among the new input data and providing the first data as an input of the first sub-model;
Controlling, by the at least one processor, the first sub-model so that the first sub-model can infer an operation of the target system based on the first data;
Providing, by the at least one processor, output data of the first sub-model as second data as an input of the second sub-model based on the structural information;
Controlling, by the at least one processor, the second sub-model so that the second sub-model can infer an operation of the target system based on the second data; And
Providing, by the at least one processor, third data generated based on output data of the second sub-model or output data of the second sub-model to a user as an output of the system model;
Operating method of the system model comprising a.
제11항에 있어서,
상기 컴퓨팅 시스템은
상기 대상 시스템에 관한 사용자 질의를 수신하고 상기 적어도 하나 이상의 프로세서로 전달하는 사용자 인터페이스;
를 더 포함하고,
상기 적어도 하나 이상의 프로세서가, 상기 사용자 질의를 해석하여 상기 컴퓨팅 시스템 내에서 실행될 수 있는 인스트럭션 명령으로 변환하는 단계;
를 더 포함하는 시스템 모델의 동작 방법.
The method of claim 11,
The computing system
A user interface for receiving a user query regarding the target system and transmitting it to the at least one processor;
Including more,
Converting, by the at least one processor, the user query into an instruction command that can be executed in the computing system;
The operating method of the system model further comprising.
제12항에 있어서,
상기 사용자 질의가 상기 제1 데이터, 상기 제2 데이터, 및 상기 제3 데이터 중 적어도 둘 이상의 연관성에 대한 질의를 포함하는 경우, 상기 적어도 하나 이상의 프로세서가, 상기 구조적 정보 및 상기 데이터 연결 관계에 기반하여 상기 제1 데이터, 상기 제2 데이터, 및 상기 제3 데이터 중 적어도 둘 이상의 연관성에 대응하는 상기 대상 시스템의 조건 변수, 제어 변수, 또는 설계 변수 중 적어도 하나 이상을 탐색하여 대응 탐색 결과를 생성하는 단계;
상기 적어도 하나 이상의 프로세서가, 상기 대응 탐색 결과에 기반하여 상기 사용자 질의에 대한 응답을 생성하는 단계; 및
상기 적어도 하나 이상의 프로세서가, 상기 사용자 질의에 대한 응답을 상기 사용자 인터페이스로 전달하는 단계;
를 더 포함하는 시스템 모델의 동작 방법.
The method of claim 12,
When the user query includes a query for at least two relationships among the first data, the second data, and the third data, the at least one processor, based on the structural information and the data connection relationship, Generating a corresponding search result by searching for at least one or more of a condition variable, a control variable, or a design variable of the target system corresponding to at least two of the first data, the second data, and the third data. ;
Generating, by the at least one processor, a response to the user query based on the corresponding search result; And
Transmitting, by the at least one processor, a response to the user query to the user interface;
The method of operating a system model further comprising
제12항에 있어서,
상기 사용자 질의가, 상기 제1 데이터가 상기 획득 데이터에 의하여 커버되는 획득 데이터 도메인을 벗어나는 경우에 대한 상기 대상 시스템의 동작에 대한 예측을 포함하는 경우, 상기 적어도 하나 이상의 프로세서가 상기 제1 하위 모델에 상기 제1 데이터를 입력하여 상기 제1 하위 모델이 상기 제1 데이터에 응답하여 상기 대상 시스템의 동작을 예측하도록 제어하는 단계; 및
상기 적어도 하나 이상의 프로세서가 상기 제1 하위 모델로서 연역적인 추론이 가능한 이론 기반 모델, 또는 상기 획득 데이터에 기반하여 학습되는 데이터 기반 모델 중 하나를 적용하거나, 또는 상기 이론 기반 모델 및 상기 데이터 기반 모델을 상호 보완하도록 결합하여 상기 제1 하위 모델에 적용하는 단계;
를 더 포함하는 시스템 모델의 동작 방법.
The method of claim 12,
When the user query includes a prediction of the operation of the target system when the first data is out of the acquired data domain covered by the acquired data, the at least one processor Controlling the first sub-model to predict the operation of the target system in response to the first data by inputting the first data; And
The at least one processor applies one of a theory-based model capable of deductive inference as the first sub-model, or a data-based model that is learned based on the acquired data, or the theory-based model and the data-based model Combining them to complement each other and applying them to the first sub-model;
The operating method of the system model further comprising.
제12항에 있어서,
상기 사용자 질의가, 상기 제3 데이터의 분포가 조정되는 조건을 포함하는 경우, 상기 적어도 하나 이상의 프로세서가 상기 구조적 정보 및 상기 시스템 모델에 기반하여 상기 획득 데이터 중에서 상기 제1 데이터에 적용 가능한 데이터의 제1 분포, 상기 제1 분포와 관련되는 제2 데이터의 제2 분포, 및 상기 제2 분포와 관련되는 상기 제3 데이터의 제3 분포를 생성하는 단계; 및
상기 적어도 하나 이상의 프로세서가 상기 제1 분포, 상기 제2 분포, 상기 제3 분포, 및 상기 구조적 정보에 기반하여 상기 사용자 질의에 응답하여 상기 제1 분포의 범위의 제한 조건을 제공하거나, 상기 대상 시스템의 조건 변수, 제어 변수, 또는 설계 변수 중 적어도 하나 이상에 대한 변경 가능성을 상기 사용자에게 제공하는 단계;
를 더 포함하는 시스템 모델의 동작 방법.
The method of claim 12,
When the user query includes a condition in which the distribution of the third data is adjusted, the at least one processor selects the data applicable to the first data from among the acquired data based on the structural information and the system model. Generating a first distribution, a second distribution of second data related to the first distribution, and a third distribution of the third data related to the second distribution; And
The at least one processor provides a limit condition of the range of the first distribution in response to the user query based on the first distribution, the second distribution, the third distribution, and the structural information, or the target system Providing the user with a possibility of changing at least one or more of a condition variable, a control variable, or a design variable;
The operating method of the system model further comprising.
대상 시스템을 기술하는 모델을 구현하고 동작시키는 컴퓨팅 시스템에 의하여 실행되는 시스템 모델의 학습 방법에 있어서,
상기 컴퓨팅 시스템은
상기 대상 시스템으로부터 얻어지는 획득 데이터를 수신하거나 호출할 수 있는 통신 인터페이스;
복수 개의 하위 모델들을 포함하는 시스템 모델; 및
적어도 하나 이상의 프로세서;를 포함하고,
상기 복수 개의 하위 모델들 각각은 상기 획득 데이터 중 일부를 입력받고 나머지 중 적어도 일부를 출력으로 추론 또는 예측할 수 있는 모델이고,
상기 시스템 모델 내에서 상기 복수 개의 하위 모델들 각각의 입력 데이터, 및 출력 데이터는 상기 대상 시스템에 대한 지식을 이용하여 획득할 수 있는 상기 대상 시스템의 구조적 정보에 기반하여 정의되고,
상기 구조적 정보는 상기 복수 개의 하위 모델들 중 제1 하위 모델과 제2 하위 모델 간의 데이터 연결 관계에 대한 정보를 포함하고, 상기 데이터 연결 관계는 상기 제1 하위 모델의 출력 데이터가 상기 제2 하위 모델의 입력 데이터로 이용될 수 있는 지 여부에 대한 정보를 포함하고,
상기 통신 인터페이스가 상기 획득 데이터를 수신하거나 호출하는 단계;
상기 적어도 하나 이상의 프로세서가, 상기 획득 데이터 중 제1 데이터를 상기 제1 하위 모델의 입력으로 제공하는 단계;
상기 적어도 하나 이상의 프로세서가, 상기 구조적 정보에 기반하여 상기 제1 하위 모델의 출력으로 정의되는 제2 데이터를 상기 제2 하위 모델의 입력으로 제공하는 단계; 및
상기 적어도 하나 이상의 프로세서가, 상기 제1 하위 모델이 상기 제1 데이터 및 상기 제2 데이터 간의 관계를 학습할 수 있도록 상기 제1 하위 모델을 제어하거나, 상기 제2 하위 모델이 상기 제2 데이터 및 상기 구조적 정보에 기반하여 상기 제2 하위 모델의 출력으로 정의되는 제3 데이터 간의 관계를 학습할 수 있도록 상기 제2 하위 모델을 제어하는 단계;
를 포함하는 시스템 모델의 학습 방법.
In the learning method of a system model executed by a computing system that implements and operates a model describing a target system,
The computing system
A communication interface capable of receiving or calling acquisition data obtained from the target system;
A system model including a plurality of sub-models; And
At least one processor; Including,
Each of the plurality of sub-models is a model capable of receiving part of the acquired data and inferring or predicting at least part of the remaining data as an output,
Input data and output data of each of the plurality of sub-models in the system model are defined based on structural information of the target system that can be obtained using knowledge of the target system,
The structural information includes information on a data connection relationship between a first sub-model and a second sub-model among the plurality of sub-models, and the data connection relationship includes output data of the first sub-model and the second sub-model. Contains information on whether it can be used as input data of,
Receiving or calling the acquisition data by the communication interface;
Providing, by the at least one processor, first data of the acquired data as an input of the first sub-model;
Providing, by the at least one processor, second data, which is defined as an output of the first sub-model based on the structural information, as an input of the second sub-model; And
The at least one processor controls the first sub-model so that the first sub-model can learn a relationship between the first data and the second data, or the second sub-model is the second data and the second data. Controlling the second sub-model to learn a relationship between third data defined as an output of the second sub-model based on structural information;
Learning method of a system model comprising a.
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