KR20240063347A - System and method of prediction anomalous signs in smart factory using ensemble learning and kalman filter - Google Patents

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Abstract

본 발명은 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 스마트 공장의 설비 및 운영 상태에 대한 이상 징후 발생 시점을 보다 정확히 예측하고, 이에 대한 능동적인 대처를 수행할 수 있는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a smart factory anomaly prediction system and method using ensemble learning and Kalman filter, which more accurately predicts the occurrence of anomalies in the equipment and operation status of a smart factory and proactively responds thereto. It's about the skills that can be done.

Description

앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 시스템 및 그 방법 {System and method of prediction anomalous signs in smart factory using ensemble learning and kalman filter}System and method of predicting anomalous signs in smart factory using ensemble learning and Kalman filter {System and method of prediction anomalous signs in smart factory using ensemble learning and kalman filter}

본 발명은 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스마트 공장을 구축하여 공장을 원격으로 운영하고 모니터링하면서, 설비 및 공장 운영 상태에 대한 이상 징후 발생 시점을 예측하여, 능동적으로 대처할 수 있는 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and method for predicting abnormalities in a smart factory using ensemble learning and Kalman filter. More specifically, the present invention relates to a system and method for predicting abnormalities in a smart factory, remotely operating and monitoring the factory by building a smart factory, and detecting abnormalities in equipment and factory operation status. This study relates to a system and method for predicting abnormal symptoms in smart factories using ensemble learning and Kalman filters that can predict when symptoms occur and respond proactively.

스마트 제조란, 정보와 통신 기술을 현재 제조 과정에 적극 적용하는 기술을 의미하며, 전 세계 제조 산업 경제를 혁신적으로 변화시키고 있다.Smart manufacturing refers to a technology that actively applies information and communication technologies to the current manufacturing process, and is revolutionizing the global manufacturing industry economy.

오늘날 부각되고 있는 4차 산업혁명은 최첨단 정보통신기술을 기반으로, 스마트 제조 환경을 구축하는 시대를 의미하며, 정확한 정의는 없으나 미국 연방정부 주도로 설립된 범국가 차원의 R&D 컨소시엄인 SMLC(Smart Manufacturing Ladership Coalition)에서는 스마트 제조를 '신제품의 신속한 제조, 제품 수요의 적극적 대응, 생산 및 공급 사슬망의 실시간 최적화를 가능하데 하는 첨단 지능형 시스템의 심화 적용(Intensified Application)'이라고 말하고 있다.The Fourth Industrial Revolution, which is emerging today, refers to the era of building a smart manufacturing environment based on cutting-edge information and communication technology. Although there is no exact definition, SMLC (Smart Manufacturing) is a national R&D consortium established under the leadership of the U.S. federal government. The Ladership Coalition describes smart manufacturing as 'an intensified application of cutting-edge intelligent systems that enable rapid manufacturing of new products, active response to product demand, and real-time optimization of production and supply chain networks.'

이러한 스마트 제조의 최종 결과물은 스마트 공장일 것이다.The final result of this smart manufacturing will be a smart factory.

스마트 공장은 공장 설비 및 시설에 각종 센서 및 통신 기기 등을 구축하여, 원격으로 공장을 운영하고 이를 실시간 모니터링하는 운영 시스템을 의미한다.A smart factory refers to an operating system that operates the factory remotely and monitors it in real time by building various sensors and communication devices in factory equipment and facilities.

최근 비대면 서비스의 증가에 따라, 제조업에서도 각종 자동화 시설이 증가하고 있으며, 이에 발맞추어 무인화가 증가하는 환경에서 생산 라인을 보다 효율적으로 운영하기 위한 방법으로 스마트 공장이 급속하게 증가하고 있다.Recently, with the increase in non-face-to-face services, various automated facilities are increasing in the manufacturing industry, and in line with this, smart factories are rapidly increasing as a way to operate production lines more efficiently in an environment where unmanned technology is increasing.

이러한 스마트 공장은 기존의 폐쇄적이었던 공장 운영 시설에 통신을 접목하여 외부에 개방되는 것을 특징으로 하는데, 공장 운영의 효율성을 향상시킬 수 있는 장점은 있으나, 필연적으로 개방성에 따른 각종 보안 위협에 노출되어 있다.These smart factories are characterized by being open to the outside world by incorporating communications into existing closed factory operation facilities. Although they have the advantage of improving the efficiency of factory operation, they are inevitably exposed to various security threats due to openness. .

특히, 스마트 공장의 보안 위협 중 하나는 스마트 공장을 원격으로 모니터링 또는, 제어하는 단말 수단을 분실, 도난, 해킹 등에 의해 악의적인 사용자가 비정상 동작을 입력하거나, 내부 사용자가 악의적인 목적을 갖고 비정상 동작을 입력하는 것이 있다.In particular, one of the security threats to smart factories is that malicious users enter abnormal operations due to loss, theft, hacking, etc. of terminals that remotely monitor or control the smart factories, or internal users enter abnormal operations for malicious purposes. There is a way to input .

스마트 공장 등에서 발생하는 보안 위협으로 인해 피해가 발생할 경우, 단순히 운영 데이터가 유출되는 것에 그치지 않고, 악의적으로 생산 중단을 통한 매출 손실, 작업자의 인명 피해 사고 위험 등, 설비 시스템의 가용성과 작업자의 안전과 직접적으로 관련된 부분이기 때문에, 이상 행위가 발생하기 전에, '이상 징후'를 탐지하여 이상 행위에 대한 사전 방어/대응을 수행하는 것이 중요하다.When damage occurs due to security threats occurring in smart factories, etc., it does not stop at simply leaking of operational data, but also causes loss of sales through malicious interruption of production, risk of accidental casualties to workers, etc., as well as the availability of facility systems and the safety of workers. Because it is a directly related part, it is important to detect 'anomaly signs' and perform proactive defense/response to abnormal behavior before abnormal behavior occurs.

그렇지만, 실제 스마트 공장을 운영하는 과정에 이상 징후 탐지 기술을 적용한 결과, 이상이 발생할 이상 징후를 탐지하더라도, 생산 중단으로 인한 매출 손실, 설비 시스템의 가용성 등의 문제로 즉각적인 개선이 어려워 탐지 결과에 대한 적극적인 대처가 불가능하다는 점을 파악하였다.However, as a result of applying anomaly detection technology to the process of operating an actual smart factory, even if anomalies are detected, immediate improvement is difficult due to problems such as loss of sales due to production interruption and availability of equipment systems, so the detection results are difficult to improve. It was realized that active response was impossible.

이에 따라, 본 발명에서는 이상 행위가 발생할 가능성을 나타나는 이상 징후를 탐지하는 데에 부가하여, 이상 행위가 일어나는 시점을 보다 정확하게 예측함으로써, 좀 더 능동적으로 개선 업무를 수행할 수 있는 기술을 제안하고자 한다.Accordingly, in the present invention, in addition to detecting abnormal signs that indicate the possibility of abnormal behavior occurring, we propose a technology that can more actively perform improvement tasks by more accurately predicting the point in time when abnormal behavior occurs. .

국내등록특허 제10-2196287호("인공지능을 이용한 스마트공장 고장예지진단 장치 및 그것을 이용한 고장예지진단 방법")에서는 인공지능을 이용한 실시간으로 로봇 또는 설비의 이상 유무를 진단하는 기술을 개시하고 있다.Domestic registered patent No. 10-2196287 (“Smart factory failure diagnosis device using artificial intelligence and failure prediction diagnosis method using the same”) discloses a technology for diagnosing abnormalities in robots or equipment in real time using artificial intelligence. .

국내 등록 특허 제10-2196287호 (등록일자 2020.12.22.)Domestic registered patent No. 10-2196287 (registration date 2020.12.22.)

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 앙상블 러닝과 칼만 필터를 순차적으로 이용하여, 앙상블 러닝을 통해 산출한 위험도에 대한 추이 분석을 수행하여 스마트 공장의 설비 및 운영 상태에 대한 이상 징후 발생 시점을 보다 정확히 예측하고, 이에 대한 능동적인 대처를 수행할 수 있는 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.The present invention was created to solve the problems of the prior art as described above. The purpose of the present invention is to sequentially use ensemble learning and Kalman filter to perform trend analysis on the risk calculated through ensemble learning to create smart smart devices. The goal is to provide a smart factory anomaly prediction system and method using ensemble learning and Kalman filters that can more accurately predict the occurrence of anomalies in the factory's equipment and operating status and take active measures against them.

본 발명의 일 실시예에 따른 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 시스템에 있어서, 사전에, 이상 징후 예측을 원하는 스마트 공장으로부터 운영 데이터를 입력받는 데이터 입력부(100), 상기 데이터 입력부(100)에 의한 상기 운영 데이터에 대한 전처리를 수행하여, 인공지능 학습을 위한 학습 데이터로 생성하는 데이터 처리부(200), 다수의 인공지능 알고리즘을 적용한 앙상블 기법을 이용하여, 상기 학습 데이터에 대한 학습 처리를 수행하여, 다수의 학습 모델을 생성하는 학습 처리부(300), 실시간으로, 이상 징후 예측을 원하는 스마트 공장에서 발생하는 실시간 운영 데이터를 수집하는 데이터 수집부(400), 상기 데이터 수집부(400)에 의한 상기 실시간 운영 데이터를 상기 학습 처리부(300)에 의한 다수의 학습 모델에 각각 입력한 후, 생성된 다수의 분석 결과를 이용하여 상기 실시간 운영 데이터의 위험도를 산출하는 위험도 분석부(500), 상기 위험도 분석부(500)에서 산출한 위험도를 이용하여, 스마트 공장에서의 이상 행위 발생 시점을 예측하는 이상 예측부(600)를 포함하는 것이 바람직하다.In the smart factory anomaly prediction system using ensemble learning and Kalman filter according to an embodiment of the present invention, a data input unit 100 that receives operational data from a smart factory for which anomaly prediction is desired in advance, the data input unit A data processing unit 200 that performs preprocessing on the operational data by (100) to generate learning data for artificial intelligence learning, and learns the learning data using an ensemble technique applying a plurality of artificial intelligence algorithms. A learning processing unit 300 that performs processing to create a plurality of learning models, a data collection unit 400 that collects real-time operation data generated in a smart factory for which abnormal symptoms are desired to be predicted in real time, and the data collection unit 400 ) A risk analysis unit 500 that inputs the real-time operational data by each into a plurality of learning models by the learning processing unit 300 and then calculates the risk of the real-time operational data using the plurality of generated analysis results. , It is preferable to include an abnormality prediction unit 600 that predicts the timing of abnormal behavior in the smart factory using the risk calculated by the risk analysis unit 500.

더 나아가, 상기 데이터 처리부(200)는 입력받은 상기 운영 데이터에 대한 라벨링 수행하는 제1 처리부(210), 라벨링 수행한 상기 운영 데이터에 대한 특성치를 추출하는 제2 처리부(220), 추출한 특성치를 분석하여, 기설정된 위험 기준 범위에 해당되거나, 추출한 특성치를 이용한 기설정된 대푯값을 기준으로 이상치에 해당되는 특성치를 분류하는 제3 처리부(230) 및 분류한 특성치 정보를 이용하여, 학습 데이터로 처리하는 제4 처리부(240)를 포함하는 것이 바람직하다.Furthermore, the data processing unit 200 includes a first processing unit 210 for labeling the input operational data, a second processing unit 220 for extracting characteristic values for the labeled operational data, and analyzing the extracted characteristic values. Thus, a third processing unit 230 that classifies characteristic values that fall within a preset risk standard range or are outliers based on a preset representative value using extracted characteristic values, and a third processing unit 230 that uses the classified characteristic value information to process it as learning data. It is desirable to include 4 processing units 240.

더 나아가, 상기 데이터 수집부(400)는 지속적으로, 기설정된 소정 시간마다 또는, 이벤트 발생 시 마다 상기 실시간 운영 데이터를 수집하는 것이 바람직하다.Furthermore, it is preferable that the data collection unit 400 continuously collects the real-time operational data at predetermined times or whenever an event occurs.

더 나아가, 상기 학습 처리부(300)는 다수의 인공지능 알고리즘을 적용한 앙상블 기법을 이용하여, 다수의 인공지능 알고리즘에 상기 데이터 처리부(200)에서 생성한 상기 학습 데이터를 각각 적용하여, 병렬적 학습을 수행하는 것이 바람직하다.Furthermore, the learning processing unit 300 uses an ensemble technique applying a plurality of artificial intelligence algorithms to apply the learning data generated by the data processing unit 200 to a plurality of artificial intelligence algorithms, thereby performing parallel learning. It is desirable to carry out

더 나아가, 상기 학습 처리부(300)는 상기 인공지능 알고리즘으로 학습 처리를 위한 각각의 특성 설정이 상이한 다수의 SVDD(Support Vector Data Description) 알고리즘, 딥러닝 알고리즘을 포함하는 것이 바람직하다.Furthermore, the learning processing unit 300 preferably includes a plurality of SVDD (Support Vector Data Description) algorithms and deep learning algorithms, each of which has different characteristic settings for learning processing with the artificial intelligence algorithm.

더 나아가, 상기 위험도 분석부(500)는 생성된 다수의 분석 결과에 대한 비교 판단을 수행하여, 상기 실시간 운영 데이터의 위험도를 산출하는 것이 바람직하다.Furthermore, it is desirable for the risk analysis unit 500 to calculate the risk of the real-time operational data by performing a comparative judgment on the multiple analysis results generated.

더 나아가, 상기 이상 예측부(600)는 칼만 필터 알고리즘을 이용하여, 상기 위험도 분석부(500)에서 산출한 위험도의 추이 분석을 수행하여, 기설정된 임계치를 기준으로, 추이 결과가 상기 임계치를 초과하는 시점을 이용하여, 스마트 공장에서의 이상 행위 발생 시점을 예측하는 것이 바람직하다.Furthermore, the abnormality prediction unit 600 uses the Kalman filter algorithm to perform trend analysis of the risk calculated by the risk analysis unit 500, and based on a preset threshold, the trend result exceeds the threshold. It is desirable to predict when abnormal behavior occurs in a smart factory by using the timing of the occurrence of abnormal behavior.

더 나아가, 상기 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 시스템은 상기 이상 예측부(600)에 의해 예측한 이상 행위 발생 시점을 기준으로, 사전 대응 조치 정보를 생성하여 외부로 전송하는 대응 처리부(700)를 더 포함하는 것이 바람직하다.Furthermore, the smart factory anomaly prediction system using the ensemble learning and Kalman filter generates proactive response information and transmits it to the outside based on the timing of abnormal behavior predicted by the anomaly prediction unit 600. It is desirable to further include a processing unit 700.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 연산 처리 수단에 의해 각 단계가 수행되는 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 시스템에 의한 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 방법으로서, 사전에, 이상 징후 예측을 원하는 스마트 공장으로부터 운영 데이터를 입력받는 데이터 입력 단계(S100), 상기 데이터 입력 단계(S100)에 의한 상기 운영 데이터에 대한 전처리를 수행하여, 인공지능 학습을 위한 학습 데이터로 생성하는 데이터 처리 단계(S200), 다수의 인공지능 알고리즘을 적용한 앙상블 기법을 이용하여, 상기 데이터 처리 단계(S200)에 의한 학습 데이터의 학습 처리를 수행하여, 다수의 학습 모델을 생성하는 학습 처리 단계(S300), 실시간으로, 이상 징후 예측을 원하는 스마트 공장에서 발생하는 실시간 운영 데이터를 수집하는 데이터 수집 단계(S400), 상기 데이터 수집 단계(S400)에 의한 상기 실시간 운영 데이터를 상기 학습 처리 단계(S300)에 의한 다수의 학습 모델에 각각 입력한 후, 생성된 다수의 분석 결과를 이용하여 상기 실시간 운영 데이터의 위험도를 산출하는 위험도 산출 단계(S500), 상기 위험도 산출 단계(S500)에 의해 산출한 위험도를 이용하여, 해당하는 스마트 공장에서의 이상 행위 발생 시점을 예측하는 이상 예측 단계(S600) 및 예측한 이상 행위 발생 시점을 기준으로, 사전 대응 조치 정보를 생성하여 외부로 전송하는 사전 대응 조치 단계(S700)를 포함하며, 상기 학습 처리 단계(S300)는 다수의 인공지능 알고리즘에 상기 데이터 처리 단계(S200)에 의한 학습 데이터를 각각 적용하여, 병렬적 학습을 수행하는 것이 바람직하다.A method for predicting abnormalities in a smart factory using ensemble learning and a Kalman filter in which each step is performed by an operation processing means according to another embodiment of the present invention. In advance, a data input step (S100) of receiving operation data from a smart factory that wants to predict abnormalities, preprocessing the operation data by the data input step (S100), and learning for artificial intelligence learning. A data processing step (S200) generated from data, using an ensemble technique applying a number of artificial intelligence algorithms, learning processing of the learning data by the data processing step (S200) is performed to generate a number of learning models. A processing step (S300), a data collection step (S400) that collects real-time operation data generated in a smart factory that wants to predict anomalies in real time, and a learning processing step of the real-time operation data by the data collection step (S400). After each input into a plurality of learning models by (S300), a risk calculation step (S500) of calculating the risk of the real-time operation data using the generated plurality of analysis results, calculated by the risk calculation step (S500) An abnormality prediction step (S600) that predicts when abnormal behavior will occur in the corresponding smart factory using the risk level, and proactive response measures that generate proactive response information and transmit it to the outside based on the predicted abnormal behavior occurrence time. It includes a step (S700), and the learning processing step (S300) preferably performs parallel learning by applying the learning data from the data processing step (S200) to a plurality of artificial intelligence algorithms.

더 나아가, 상기 데이터 처리 단계(S200)는 입력받은 상기 운영 데이터에 대한 라벨링 수행하는 제1 처리 단계(S210), 라벨링 수행한 상기 운영 데이터에 대한 특성치를 추출하는 제2 처리 단계(S220), 추출한 특성치를 분석하여, 기설정된 위험 기준 범위에 해당되거나, 추출한 특성치를 이용한 기설정된 대푯값을 기준으로 이상치에 해당되는 특성치를 분류하는 제3 처리 단계(S230) 및 분류한 특성치 정보를 이용하여, 학습 데이터로 처리하는 제4 처리 단계(S240)를 포함하는 것이 바람직하다.Furthermore, the data processing step (S200) includes a first processing step (S210) of performing labeling on the input operational data, a second processing step (S220) of extracting characteristic values for the labeled operational data, and the extracted A third processing step (S230) of analyzing characteristic values and classifying characteristic values that fall within a preset risk standard range or as outliers based on preset representative values using extracted characteristic values, and using the classified characteristic value information, learn data It is preferable to include a fourth processing step (S240) of processing.

더 나아가, 상기 데이터 수집 단계(S400)는 지속적으로, 기설정된 소정 시간마다 또는, 이벤트 발생 시 마다 상기 실시간 운영 데이터를 수집하는 것이 바람직하다.Furthermore, it is desirable that the data collection step (S400) continuously collects the real-time operational data at predetermined times or whenever an event occurs.

더 나아가, 상기 학습 처리 단계(S300)는 상기 인공지능 알고리즘으로 학습 처리를 위한 각각의 특성 설정이 상이한 다수의 SVDD(Support Vector Data Description) 알고리즘, 딥러닝 알고리즘을 포함하는 것이 바람직하다.Furthermore, the learning processing step (S300) preferably includes a plurality of SVDD (Support Vector Data Description) algorithms and deep learning algorithms, each of which has different characteristic settings for learning processing with the artificial intelligence algorithm.

더 나아가, 상기 위험도 산출 단계(S500)는 생성된 다수의 분석 결과에 대한 비교 판단을 수행하여, 상기 실시간 운영 데이터의 위험도를 산출하는 것이 바람직하다.Furthermore, in the risk calculation step (S500), it is desirable to calculate the risk of the real-time operational data by performing a comparative judgment on the multiple analysis results generated.

더 나아가, 상기 이상 예측 단계(S600)는 칼만 필터 알고리즘을 이용하여, 상기 위험도 산출 단계(S500)에 의해 산출한 위험도의 추이 분석을 수행하여, 기설정된 임계치를 기준으로, 추이 결과가 상기 임계치를 초과하는 시점을 이용하여, 스마트 공장에서의 이상 행위 발생 시점을 예측하는 것이 바람직하다.Furthermore, the abnormality prediction step (S600) performs a trend analysis of the risk calculated by the risk calculation step (S500) using the Kalman filter algorithm, and based on a preset threshold, the trend result exceeds the threshold. It is desirable to use the excess time to predict when abnormal behavior will occur in a smart factory.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 시스템 및 그 방법은 이상 행위가 발생할 가능성을 나타나는 이상 징후를 탐지하는 데에 부가하여, 이상 행위가 일어나는 시점을 보다 정확하게 예측함으로써, 좀 더 능동적으로 개선 업무를 수행할 수 있는 장점이 있다.The system and method for predicting abnormal signs in a smart factory using ensemble learning and Kalman filter of the present invention configured as described above, in addition to detecting abnormal signs indicating the possibility of abnormal behavior occurring, determine the point in time when abnormal behavior occurs. By predicting more accurately, there is the advantage of being able to perform improvement tasks more actively.

다시 말하자면, 이상 징후를 탐지해서 이상 행위 발생 시점을 예측함으로써, 예측 시점을 기준으로 구체적인 사전 방어 및 대처 계획을 수립함으로써, 생산 중단으로 인한 매출 손실을 최소화할 수 있으며, 설비 시스템의 가용성 등의 문제를 해소할 수 있는 장점이 있다.In other words, by detecting abnormal signs and predicting when abnormal behavior will occur, and establishing specific proactive defense and response plans based on the predicted time, sales losses due to production interruption can be minimized and problems such as availability of equipment systems can be minimized. It has the advantage of being able to resolve.

상세하게는, 스마트 공장을 운영하면서 발생하는 다양한 보안 위협 중 스마트 공장의 관리자가 소지하고 있는 단말 수단에 의한 이상 징후를 신속히 탐지하는 것으로, 이를 통해서, 스마트 공장의 운영 상태를 모니터링 및 제어할 수 있는 단말 수단에 의한 입력 정보가 평소와 상이하게 비정상적으로 입력되는 것을 실시간으로 탐지하여 이상 징후를 탐지하고, 탐지 결과에 대한 추이 분석을 통해 이상 행위가 일어나는 시점을 보다 정확하게 예측함으로써, 발생할 수 있는 각종 보안 사고를 보다 능동적으로 예방할 수 있는 장점이 있다.Specifically, among the various security threats that arise while operating a smart factory, abnormal signs are quickly detected using terminals possessed by the smart factory manager, and through this, the operation status of the smart factory can be monitored and controlled. Various types of security that may arise by detecting abnormal signs in real time by detecting abnormal input information by terminal means that are different from usual, and predicting more accurately when abnormal behavior occurs through trend analysis of the detection results. It has the advantage of being able to prevent accidents more actively.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 시스템을 나타낸 구성 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 방법을 나타낸 순서 예시도이다.
Figure 1 is an example configuration diagram showing an abnormality prediction system for a smart factory using ensemble learning and Kalman filter according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flowchart illustrating a method for predicting abnormalities in a smart factory using ensemble learning and Kalman filter according to an embodiment of the present invention.

상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1 및 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다. 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 직접 연결되어 있다거나 또는 직접 접속되어 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 '∼사이에'와 '바로 ∼사이에' 또는 '∼에 인접하는'과 '∼에 직접 인접하는' 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다. 본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.The purpose, features and advantages of the present invention described above will become clearer through the following examples in conjunction with the attached drawings. The following specific structural and functional descriptions are merely illustrative for the purpose of explaining embodiments according to the concept of the present invention. Embodiments according to the concept of the present invention may be implemented in various forms and may be implemented in various forms and may be described in the present specification or application. It should not be construed as limited to the examples. Since the embodiments according to the concept of the present invention can make various changes and have various forms, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the specification or application. However, this is not intended to limit the embodiments according to the concept of the present invention to a specific disclosed form, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. Terms such as first and or second may be used to describe various components, but the components are not limited to the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components, for example, without departing from the scope of rights according to the concept of the present invention, a first component may be named a second component, and similar Likewise, the second component may also be called the first component. When it is mentioned that a component is connected or connected to another component, it should be understood that it may be directly connected or connected to the other component, but that other components may exist in between. On the other hand, when it is mentioned that a component is directly connected or directly connected to another component, it should be understood that there are no other components in the middle. Other expressions to explain the relationship between components, such as 'between' and 'immediately between' or 'adjacent to' and 'directly adjacent to', should be interpreted similarly. The terms used in this specification are merely used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as include or have are intended to designate the existence of a described feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof, but are intended to indicate the presence of one or more other features, numbers, steps, operations, It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of components, parts, or combinations thereof. Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Terms as defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having meanings consistent with the meanings they have in the context of the related technology, and unless clearly defined in this specification, should not be interpreted in an idealized or overly formal sense. No. Hereinafter, the present invention will be described in detail by explaining preferred embodiments of the present invention with reference to the attached drawings. The same reference numerals in each drawing indicate the same member.

더불어, 시스템은 필요한 기능을 수행하기 위하여 조직화되고 규칙적으로 상호 작용하는 장치, 기구 및 수단 등을 포함하는 구성 요소들의 집합을 의미한다.In addition, a system refers to a set of components including devices, mechanisms, and means that are organized and interact regularly to perform necessary functions.

본 발명의 일 실시예에 따른 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 시스템 및 그 방법은, 스마트 공장을 운영하면서 발생하는 다양한 보안 위협 중 스마트 공장의 관리자가 소지하고 있는 단말 수단에 의한 이상 징후를 신속히 탐지하고, 이상 행위가 일어나는 시점을 보다 정확히 예측함으로써, 좀 더 능동적으로 대응할 수 있는 기술에 관한 것이다.A system and method for predicting abnormal signs in a smart factory using ensemble learning and Kalman filter according to an embodiment of the present invention is a system for predicting abnormal signs in a smart factory using terminal means possessed by the manager of the smart factory among various security threats that occur while operating a smart factory. It is about technology that can respond more actively by quickly detecting abnormal signs and predicting more accurately when abnormal behavior occurs.

즉, 스마트 공장의 운영 상태를 모니터링 및 제어할 수 있는 단말 수단에 의한 입력 정보가 평소와 상이하게 비정상적으로 입력되는 것을 실시간으로 탐지하여, 보안 사고의 발생 시점을 예측한 후, 해당 시전을 기준으로 구체적인 사전 방어/대처 계획을 수립하여, 보안 사고를 미연에 방지하거나 발생하는 피해를 최소화할 수 있는 장점이 있다.In other words, by detecting in real time when input information by a terminal that can monitor and control the operating status of a smart factory is input abnormally different from usual, predicting the time of occurrence of a security incident, and then There is an advantage in being able to prevent security incidents or minimize damage by establishing a detailed defense/response plan in advance.

여기서, '이상 징후 탐지'란, 현재 시점에서는 정상적인 행위일지라도 비정상적인 결과로 이어질 수 있는 위험도가 높은 행위를 사전에 탐지하는 것이며, '이상 징후 예측'이란, 이상 징후로 인해 발생하는 이상 행위가 일어나는 시점을 사전에 예측하는 것이다.Here, 'anomaly detection' refers to detecting in advance high-risk behavior that may lead to abnormal results even if it is a normal behavior at the present time, and 'anomaly symptom prediction' refers to the point in time when an abnormal behavior caused by an abnormal symptom occurs. is to predict in advance.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 시스템 및 그 방법은, 이미 발생한 이상 행위를 탐지하는 것이 아니라, 이상 행위가 발생할 가능성이 있는 이상 징후를 탐지하고, 이상 징후의 추이 분석을 통해 이상 행위 발생 시점을 예측하는 것으로, 보다 능동적으로 이상 행위를 대비하여 방어할 수 있다.Accordingly, the system and method for predicting abnormal signs in a smart factory using ensemble learning and Kalman filter according to an embodiment of the present invention do not detect abnormal behavior that has already occurred, but rather detect abnormal signs that are likely to cause abnormal behavior. By detecting and predicting when abnormal behavior occurs through trend analysis of abnormal signs, you can more actively prepare for and defend against abnormal behavior.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 시스템을 나타낸 구성 예시도로서, 도 1을 참조로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 시스템을 상세히 설명한다.Figure 1 is an example configuration diagram showing an abnormality prediction system for a smart factory using ensemble learning and Kalman filter according to an embodiment of the present invention. With reference to Figure 1, ensemble learning and Kalman filter according to an embodiment of the present invention are shown. The abnormality prediction system for smart factories using filters is explained in detail.

본 발명의 일 실시예에 따른 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 데이터 입력부(100), 데이터 처리부(200), 학습 처리부(300), 데이터 수집부(400), 위험도 분석부(500), 이상 예측부(600) 및 대응 처리부(700)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 각 구성들은 상술한 바와 같이, 적어도 하나 이상의 연산처리수단에 각각 또는 통합 포함되어 동작을 수행하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 1, the smart factory abnormality prediction system using ensemble learning and Kalman filter according to an embodiment of the present invention includes a data input unit 100, a data processing unit 200, a learning processing unit 300, and data. It is preferably configured to include a collection unit 400, a risk analysis unit 500, an abnormality prediction unit 600, and a response processing unit 700. As described above, it is preferable that each component is individually or integratedly included in at least one calculation processing means to perform the operation.

본 발명의 일 실시예에 따른 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 시스템을 크게 보자면, 상기 데이터 입력부(100), 데이터 처리부(200), 학습 처리부(300)는 이상 징후를 탐지하기 위해 사전에 학습 모델을 생성하는 기술이며, 상기 데이터 수집부(400), 위험도 분석부(500), 이상 예측부(600)는 실시간 운영 데이터를 통해 실시간 이상 징후를 탐지하고, 탐지 결과를 통해 이상 행위 발생 시점을 예측하는 기술이며, 대응 처리부(700)는 예측한 이상 행위 발생 시점을 토대로 이상 행위에 대비하는 기술이다.Broadly speaking, the anomaly prediction system of a smart factory using ensemble learning and Kalman filter according to an embodiment of the present invention, the data input unit 100, data processing unit 200, and learning processor 300 are used to detect abnormalities. This is a technology that creates a learning model in advance, and the data collection unit 400, risk analysis unit 500, and anomaly prediction unit 600 detect real-time abnormalities through real-time operation data, and detect abnormalities through detection results. It is a technology that predicts when an action occurs, and the response processing unit 700 prepares for abnormal behavior based on the predicted time when an abnormal behavior occurs.

각 구성에 대해서 자세히 알아보자면,To learn more about each configuration,

상기 데이터 입력부(100)는 이상 징후 예측을 원하는 스마트 공장으로부터 운영 데이터를 입력받는 것이 바람직하다.The data input unit 100 preferably receives operational data from a smart factory that wishes to predict abnormalities.

이 때, 상기 데이터 입력부(100)는 이상 행위 발생 시점을 예측하기 앞서서, 이상 행위 탐지를 위한 학습 모델을 생성하기 위한 운영 데이터를 사전에, 입력받는 것으로, 이상 징후 예측을 원하는 스마트 공장으로부터 과거 수집한 운영 데이터 또는, 미리 설정된 기간 동안 수집되는 운영 데이터를 입력받는 것이 바람직하다.At this time, the data input unit 100 receives operational data in advance to create a learning model for detecting abnormal behavior prior to predicting the time of occurrence of abnormal behavior, and collects past data from a smart factory for which abnormality symptoms are desired to be predicted. It is desirable to receive input of operational data or operational data collected over a preset period of time.

통상적으로 스마트 공장은 각각의 고유 데이터를 갖고 있기 때문에, 각 스마트 공장 별로 운영 데이터를 각각 입력받아 관리하는 것이 바람직하다. 그렇지만, 스마트 공장의 유형에 따라 운영 데이터에 특색이 도드라지지 않을 경우, 보다 많은 데이터를 활용하기 위해 다른 스마트 공장의 운영 데이터를 수집하여 활용할 수도 있다. 그렇기 때문에, 상기 데이터 입력부(100)에서 스마트 공장의 범위에 대해서는 한정하는 것은 아니다.Since smart factories typically have their own unique data, it is desirable to receive and manage operational data for each smart factory. However, if the operational data does not have any special features depending on the type of smart factory, operational data from other smart factories can be collected and utilized to utilize more data. Therefore, the scope of the smart factory in the data input unit 100 is not limited.

다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 시스템은 스마트 공장의 관리자가 소지하고 있는 단말 수단에 의한 이상 행위 발생 시점을 예측하는 것을 가장 큰 목적으로 하고 있는 바, 상기 데이터 입력부(100)는 원격으로 상기 스마트 공장을 모니터링 또는, 제어하기 위한 단말 수단으로부터 입력되는 정보(제어를 위한 입력 정보 등)를 포함하는 외부 입력 정보를 상기 운영 데이터로 입력받는 것이 바람직하다.However, the main purpose of the smart factory anomaly prediction system using ensemble learning and Kalman filter according to an embodiment of the present invention is to predict the timing of abnormal behavior by terminals possessed by the smart factory manager. As such, the data input unit 100 receives external input information including information (input information for control, etc.) input from a terminal means for remotely monitoring or controlling the smart factory as the operation data. desirable.

상기 데이터 처리부(200)는 상기 데이터 입력부(100)에 의한 상기 운영 데이터에 대한 전처리를 수행하여, 인공지능 학습을 위한 학습 데이터로 생성하는 것이 바람직하다.The data processing unit 200 preferably performs preprocessing on the operational data by the data input unit 100 to generate learning data for artificial intelligence learning.

이를 위해, 상기 데이터 처리부(200)는 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 처리부(210), 제2 처리부(220), 제3 처리부(230) 및 제4 처리부(240)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.To this end, the data processing unit 200 is comprised of a first processing unit 210, a second processing unit 220, a third processing unit 230, and a fourth processing unit 240, as shown in FIG. It is desirable.

상기 제1 처리부(210)는 상기 데이터 입력부(100)를 통해 입력받은 상기 운영 데이터에 대한 라벨링을 수행하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 데이터 입력부(100)는 실시간이 아닌, 과거 발생한 상기 운영 데이터를 입력받는 것이기 때문에, 상기 제1 처리부(210)는 상기 운영 데이터에 의한 행위가 결과론적으로 정상적인 행위였는지, 비정상적인 행위였는지 판단하여, 라벨링을 수행하는 것이 바람직하다.The first processing unit 210 preferably performs labeling on the operational data input through the data input unit 100. In other words, because the data input unit 100 receives the operational data that occurred in the past rather than in real time, the first processing unit 210 determines whether the action based on the operational data was ultimately a normal act or an abnormal act. Therefore, it is desirable to perform labeling.

이를 통해서, 짧은 시점의 운영 데이터일 경우, 동일 또는, 유사한 행위일지라도, 결과론적인 행위 결과가 상이하게 나타날 수 있기 때문에, 상기 데이터 입력부(100)는 발생한 행위에 대한 결과론적 결과가 충분히 나타날 수 있을 만한 소정 기간의 운영 데이터를 입력받는 것이 바람직하다. 이 때, 소정 기간은 상기 스마트 공장의 운영 형태에 따라서 상이해질 수 있기 때문에, 한정하는 것은 아니다.Through this, in the case of operational data from a short period of time, the consequential action results may appear different even for the same or similar actions, so the data input unit 100 provides enough information to show the consequential results for the actions that occurred. It is desirable to receive operational data for a certain period of time. At this time, the predetermined period may vary depending on the operation type of the smart factory, so it is not limited.

상기 제2 처리부(220)는 상기 제1 처리부(210)에 의해 라벨링 수행한 상기 운영 데이터에 대한 특성치를 추출하는 것이 바람직하다.The second processing unit 220 preferably extracts characteristic values for the operational data labeled by the first processing unit 210.

즉, 상기 제2 처리부(220)는 학습 데이터 생성을 위한 상기 운영 데이터 별 특성치 정보를 추출하게 된다. 이러한 특성치 추출은 광범위한 수집 데이터들의 특성치를 분석하여 학습 데이터로 전처리하는 과정에서 활용되는 추출 기법으로서, 이에 대해서 한정하는 것은 아니다.That is, the second processing unit 220 extracts characteristic value information for each operating data for generating learning data. This characteristic value extraction is an extraction technique used in the process of analyzing characteristic values of a wide range of collected data and preprocessing them into learning data, and is not limited to this.

상기 제3 처리부(230)는 추출한 특성치를 분석하여, 미리 설정된 위험 기준 범위에 해당되거나, 추출한 특성치를 이용한 미리 설정된 대푯값을 기준으로 이상치에 해당되는 특성치를 분류하는 것이 바람직하다.The third processing unit 230 preferably analyzes the extracted characteristic values and classifies characteristic values that fall within a preset risk standard range or correspond to outliers based on a preset representative value using the extracted characteristic values.

상세하게는, 상기 제3 처리부(230)는 학습 데이터로 비정상적인 행위, 다시 말하자면, 이상 행위의 전조 증상에 해당하는 행위 만을 분류하여 생성하기 위하여, 상기 제1 처리부(210)에 의한 라벨링 결과가 비정상적인 행위에 해당하는 특성치를 분류하게 된다.In detail, the third processing unit 230 uses learning data to classify and generate abnormal behavior, that is, only behavior corresponding to precursor symptoms of abnormal behavior, so that the labeling result by the first processing unit 210 is abnormal. Characteristic values corresponding to the behavior are classified.

또는, 상기 제2 처리부(220)에 의해 추출한 특성치를 이용하여, 평균, 중앙값, 최빈값, 사분위수, 분산, 표준편차와 같은 대푯값을 설정하고, 이를 기준으로 이상치에 해당되는 특성치를 분류하게 된다.Alternatively, using the characteristic values extracted by the second processing unit 220, representative values such as mean, median, mode, quartile, variance, and standard deviation are set, and characteristic values corresponding to outliers are classified based on these.

상기 제4 처리부(240)는 상기 제3 처리부(230)에 의해 분류한 특성치 정보, 다시 말하자면, 이상 행위의 전조 증상에 해당하는 행위(비정상적인 행위)를 포함하는 특성치 정보를 이용하여, 미리 저장된 인공지능 알고리즘의 학습 처리를 위한 학습 데이터를 생성하는 것이 바람직하다.The fourth processing unit 240 uses the characteristic value information classified by the third processing unit 230, that is, characteristic value information including behavior corresponding to a precursor symptom of abnormal behavior (abnormal behavior), to pre-store artificial intelligence. It is desirable to generate learning data for learning processing of an intelligent algorithm.

상기 학습 처리부(300)는 다수의 인공지능 알고리즘을 적용한 앙상블 기법을 이용하여, 상기 데이터 처리부(200)에서 생성한 상기 학습 데이터의 학습 처리를 수행하는 것이 바람직하다.The learning processing unit 300 preferably performs learning processing of the learning data generated by the data processing unit 200 using an ensemble technique applying a plurality of artificial intelligence algorithms.

앙상블 기법이란, 다수의 인공지능 모델을 이용하여 병렬적 학습을 수행하고 학습 결과에 의한 분석 값들을 비교 판단함으로써, 하나의 가장 나은 분석 값을 결과로 산출할 수 있는 학습 기법이다.The ensemble technique is a learning technique that performs parallel learning using multiple artificial intelligence models and compares and judges the analysis values based on the learning results to produce a single, best analysis value.

이러한 앙상블 기법을 적용할 경우, 단일 인공지능 모델을 적용하는 것 보다 성능을 분산시킬 수 있어 과적합(overfitting)을 감소시킬 수 있으며, 각각의 기계학습 모델의 성능이 좋지 않을 경우, 일반적으로 그 성능을 향상시킬 수 있다.When applying this ensemble technique, performance can be distributed rather than applying a single artificial intelligence model, thereby reducing overfitting. If the performance of each machine learning model is poor, its performance is generally reduced. can be improved.

이를 통해서, 상기 학습 처리부(300)는 앙상블 기법을 이용함으로써, 여러 개의 인공지능 알고리즘에 대해 병렬적 학습을 수행함으로써, 가장 정확한 분석 값을 산출할 수 있는 장점이 있다.Through this, the learning processing unit 300 has the advantage of being able to calculate the most accurate analysis value by performing parallel learning on multiple artificial intelligence algorithms by using the ensemble technique.

이러한 앙상블 기법으로는, 대표적으로 다수결/투표기반(voting), 배깅(bagging)과 페이스팅(pasting) 등의 방법이 있다.Representative examples of such ensemble techniques include majority voting/voting, bagging, and pasting.

상세하게는, 다수결/투표기반 앙상블 기법은, 학습 과정에서, 여러 개의 인공지능 모델을 이용하여 동일한 학습 데이터에 대한 학습을 수행하고, 각각의 학습 모델들의 결과 값을 가지고 다수결 투표를 진행하여 최종 결과 값을 산출하는 방법을 의미한다. 이러한 다수결/투표기반 앙상블 인공지능 기법은, 이용된 인공지능 기법들 중 가장 성능이 좋은 인공지능 기법보다 정확도가 높은 것으로 알려져 있다.In detail, the majority vote/voting based ensemble technique performs learning on the same learning data using multiple artificial intelligence models during the learning process, and conducts a majority vote with the result values of each learning model to obtain the final result. It refers to the method of calculating the value. This majority/voting based ensemble artificial intelligence technique is known to be more accurate than the best performing artificial intelligence technique among the used artificial intelligence techniques.

이렇게 다수결/투표기반 앙상블 기법과 같이, 다양한 여러 개의 인공지능 모델을 이용하여 동일한 학습 데이터에 대한 학습을 수행하는 방법과는 다르게, 배깅과 페이스팅의 앙상블 기법의 경우, 동일한 인공지능 모델을 여러 개를 이용하지만, 학습 데이터를 랜덤하게 입력함으로써, 기계학습 모델 자체를 각기 다르게 학습을 수행하고, 새로운 데이터에 대해서 각각의 학습 모델들의 결과 값을 모아서 새로운 결과 값을 예측하는 방법을 의미한다.Unlike methods such as majority voting/voting-based ensemble techniques that perform learning on the same learning data using multiple different artificial intelligence models, in the case of ensemble techniques of bagging and pasting, the same artificial intelligence model is used multiple times. However, by randomly inputting the learning data, the machine learning model itself is trained differently, and the result values of each learning model are collected for new data to predict a new result value.

여러 개의 인공지능 모델(동일한 알고리즘을 갖는)에 학습 데이터를 랜덤하게 입력하는 과정에서, 중복을 허용하여 샘플링하는 방식을 배깅이라 하고, 중복을 허용하지 않고 샘플링하는 방식을 페이스팅이라고 한다.In the process of randomly inputting learning data to multiple artificial intelligence models (with the same algorithm), the method of sampling while allowing overlap is called bagging, and the method of sampling without allowing overlap is called pasting.

상기 학습 처리부(300)는 상기 앙상블 기법들의 세부 방법을 한정하지 않고, 다수의 인공지능 알고리즘들을 이용하여 병렬적 학습을 수행하는 것이 바람직하다.The learning processing unit 300 preferably performs parallel learning using multiple artificial intelligence algorithms without limiting the detailed methods of the ensemble techniques.

이 때, 미리 저장된 인공지능 알고리즘으로는, 비교적 적은 학습 데이터를 적용하더라도 최적의 성능을 보장하는 다수의 SVDD(Support Vector Data Description) 알고리즘과 충분한 학습 데이터가 확보될 경우 최적의 성능을 보장하는 다수의 딥러닝 알고리즘을 포함하여 상기 데이터 처리부(200)에서 생성한 상기 학습 데이터의 학습 처리를 각각 수행하는 것이 바람직하다.At this time, the pre-stored artificial intelligence algorithms include a number of SVDD (Support Vector Data Description) algorithms that guarantee optimal performance even when relatively small learning data is applied, and a number of SVDD (Support Vector Data Description) algorithms that guarantee optimal performance when sufficient learning data is secured. It is desirable to perform learning processing on each of the learning data generated by the data processing unit 200, including a deep learning algorithm.

동일한 알고리즘을 다수 개 이용하는 만큼, 각 인공지능 알고리즘에 대한 학습 처리를 위한 특성 설정을 상이하도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 학습 처리의 특성(feature, 트래픽, 파라미터 등을 학습하는 가중치 값 등) 설정이 서로 상이한 다수 개의 인공지능 알고리즘을 이용하여, 상기 데이터 처리부(200)에서 생성한 상기 학습 데이터의 학습 처리를 수행하게 된다.As multiple identical algorithms are used, it is desirable to set different characteristics for learning processing for each artificial intelligence algorithm. That is, the learning processing of the learning data generated by the data processing unit 200 is performed using a plurality of artificial intelligence algorithms with different settings for learning processing characteristics (features, traffic, weight values for learning parameters, etc.). I do it.

상기 데이터 수집부(400)는 실시간으로, 이상 징후 예측을 원하는 스마트 공장에서 발생하는 실시간 운영 데이터를 수집하는 것이 바람직하다.The data collection unit 400 preferably collects real-time operational data generated in a smart factory for which abnormal symptoms are desired to be predicted in real time.

상기 데이터 수집부(400)는 상기 데이터 입력부(100)에 의한 과거의 운영 데이터가 아닌, 실시간으로 발생하는 운영 데이터를 수집하게 된다.The data collection unit 400 collects operational data generated in real time, rather than past operational data generated by the data input unit 100.

더불어, 본 발명의 일 실시예에 따른앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 시스템은 특정 시점에 대한 이상 징후 예측을 수행하는 것이 아니기 때문에, 상기 데이터 수집부(400)를 통해서, 지속적으로, 미리 설정된 소정 시간마다 또는, 이벤트 발생 시 마다 상기 실시간 운영 데이터를 수집하는 것이 바람직하다.In addition, since the anomaly prediction system of a smart factory using ensemble learning and Kalman filter according to an embodiment of the present invention does not perform anomaly prediction for a specific point in time, it continuously performs anomaly prediction through the data collection unit 400. Therefore, it is desirable to collect the real-time operational data at predetermined times or whenever an event occurs.

이 때, 이벤트란, 단말 수단으로부터 입력되는 정보가 발생하는 시점을 의미한다.At this time, an event refers to a point in time when information input from a terminal occurs.

상기 위험도 분석부(500)는 상기 데이터 수집부(400)에 의한 상기 실시간 운영 데이터를 상기 학습 처리부(300)에 의한 다수의 학습 모델에 각각 입력한 후, 생성된 다수의 분석 결과를 이용하여 상기 실시간 운영 데이터의 위험도를 산출하는 것이 바람직하다.The risk analysis unit 500 inputs the real-time operation data from the data collection unit 400 into a plurality of learning models by the learning processing unit 300, and then uses the plurality of generated analysis results to It is desirable to calculate the risk level of real-time operational data.

즉, 상기 위험도 분석부(500)는 상기 학습 처리부(300)에서의 학습이 완료되면, 그 이후 시점에서 상기 데이터 수집부(400)를 통해서 수집되는 운영 데이터를 각각의 학습 결과 모델(학습 모델)에 적용함으로써, 비정상적인 행위 결과를 나타낼 수 있는 이상 징후를 탐지하게 된다.That is, when the learning in the learning processing unit 300 is completed, the risk analysis unit 500 converts the operational data collected through the data collection unit 400 at a later point into each learning result model (learning model). By applying it, abnormal signs that may indicate abnormal behavior results are detected.

이 때, 상기 실시간 운영 데이터의 위험도는 상술한 바와 같이, 다수의 인공지능 알고리즘을 적용한 앙상블 기법을 이용하여 생성된 다수의 학습 모델들에 상기 운영 데이터가 입력됨으로써, 다수의 결과 값이 나올 수 있으며, 다수의 결과 값에 대한 비교 판단(다수결/투표, 배깅/페이스팅 등) 과정을 통해서 최종 결과 값을 산출하고, 상기 실시간 운영 데이터의 위험도(이상 징후 탐지)를 산출하게 된다.At this time, as described above, the risk of the real-time operational data can be determined by inputting the operational data into a plurality of learning models created using an ensemble technique applying a plurality of artificial intelligence algorithms, resulting in multiple result values. , the final result value is calculated through a process of comparative judgment (majority voting/voting, bagging/pasting, etc.) on multiple result values, and the risk level (anomaly detection) of the real-time operational data is calculated.

상술한 바와 같이, 스마트 공장의 경우, 이상 징후를 탐지하더라도, 이상 행위가 발생하는 시점을 특정할 수 없는 한, 생산 중단으로 인한 매출 손실, 설비 시스템의 가용성 등의 문제로 인해, 탐지 결과에 대한 즉각적인 대응이 현실적으로 불가능하다.As mentioned above, in the case of a smart factory, even if an abnormality is detected, unless the point in time when the abnormal behavior occurs cannot be specified, problems such as loss of sales due to production interruption and availability of equipment systems may affect the detection results. An immediate response is realistically impossible.

그렇기 때문에, 본 발명의 일 실시예에 따른 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 시스템은 상기 이상 예측부(600)를 통해서, 상기 위험도 분석부(500)를 통해서 탐지된 이상 징후에 의한 이상 행위 발생 시점을 예측하여, 구체적인 사전 방어/대처 계획 수립이 가능하도록 하는 장점이 있다.Therefore, the anomaly prediction system of a smart factory using ensemble learning and Kalman filter according to an embodiment of the present invention is based on the abnormality symptoms detected through the anomaly prediction unit 600 and the risk analysis unit 500. It has the advantage of predicting the timing of occurrence of abnormal behavior and making it possible to establish a specific defense/response plan in advance.

상기 이상 예측부(600)는 상기 위험도 분석부(500)에서 산출한 위험도를 이용하여, 스마트 공장에서의 이상 행위 발생 시점을 예측하는 것이 바람직하다.It is preferable that the abnormality prediction unit 600 predicts when an abnormal behavior occurs in a smart factory using the risk calculated by the risk analysis unit 500.

상세하게는, 상기 이상 예측부(600)는 칼만 필터 알고리즘을 이용하여, 상기 위험도 분석부(500)에서 산출한 위험도의 추이 분석을 수행하여, 미리 설정된 임계치를 기준으로, 추이 결과가 상기 임계치를 초과하는 시점을 이용하여, 스마트 공장에서의 이상 행위 발생 시점을 예측하게 된다.In detail, the anomaly prediction unit 600 performs a trend analysis of the risk calculated by the risk analysis unit 500 using the Kalman filter algorithm, and based on a preset threshold, the trend result exceeds the threshold. Using the excess time, the timing of abnormal behavior in the smart factory is predicted.

칼만 필터(Kalman Filter) 알고리즘은 최소 자승법(최소 제곱법, LSM, Least Square Method)을 사용하여, 과거와 현재의 값을 기준으로 재귀적 연산을 통하여 최적의 값을 추적하는 것이다. 즉, 연속적으로 측정하는 값들을 칼만 필터를 이용하여 다음 측정될 값을 추정할 수 있다.The Kalman Filter algorithm uses the least square method (LSM) to track the optimal value through recursive calculation based on past and present values. In other words, the next measured value can be estimated using the Kalman filter for continuously measured values.

칼만 필터의 이러한 특징을 이용하여, 상기 이상 예측부(600)는 상기 위험도 분석부(500)에서 산출한 위험도의 추이 분석을 수행하고, 위험 수준이 높아지는 형태로 추이가 흘러가면서, 추정 위험도가 미리 설정된 임계치를 초과하는 시점을 예측하여, 해당 시점을 스마트 공장에서의 이상 행위 발생 시점으로 예측하는 것이 바람직하다.Using these characteristics of the Kalman filter, the abnormality prediction unit 600 performs a trend analysis of the risk calculated by the risk analysis unit 500, and as the trend flows in the form of increasing risk level, the estimated risk is calculated in advance. It is desirable to predict the point in time when a set threshold is exceeded and predict that point as the point in time when abnormal behavior occurs in a smart factory.

이 때, 임계치의 설정에 있어서, 스마트 공장의 특성 상, 이상 행위가 발생할 경우, 이를 해결하기 위한 위험 비용이 이상 징후 탐지로 인한 사전 조치 비용보다 클 가능성이 높기 때문에, 상기 임계치를 비교적 낮은 기준으로 적용하는 것이 바람직하다. 물론, 임계치는 스마트 공장의 특성을 고려하여 각 스마트 공장 별로 상이하게 설정되게 된다.At this time, in setting the threshold, due to the nature of the smart factory, if an abnormal behavior occurs, the risk cost of resolving it is likely to be greater than the cost of proactive measures due to detection of abnormalities, so the threshold is set to a relatively low standard. It is desirable to apply it. Of course, the threshold is set differently for each smart factory, taking into account the characteristics of the smart factory.

상기 대응 처리부(700)는 상기 이상 예측부(600)에 의해 예측한 이상 행위 발생 시점을 기준으로, 사전 대응 조치 정보를 생성하여 외부로 전송하는 것이 바람직하다.It is preferable that the response processing unit 700 generates proactive response action information based on the time of abnormal behavior predicted by the abnormality prediction unit 600 and transmits it to the outside.

상기 대응 처리부(700)는 상기 이상 예측부(600)는 통해서, 이상 행위가 발생하기 앞서서, 예측한 이상 행위 발생 시점을 기준으로, 보다 능동적으로 이상 행위를 개선하기 위한 방어/대처 계획을 수립하여, 외부 연계 수단으로 전송하는 것이 바람직하다.The response processing unit 700, through the abnormality prediction unit 600, establishes a defense/countermeasure plan to more actively improve the abnormal behavior, based on the predicted abnormal behavior occurrence time, before the abnormal behavior occurs. , it is desirable to transmit it through an external linkage means.

상기 사전 대응 조치 정보는 각각의 스마트 공장의 성향에 따라 상이할 수 있어, 각각의 스마트 공장을 관리하는 관리자(운영자 등)로부터 사전에 입력받아 설정 및 저장하는 것이 바람직하다.The proactive action information may differ depending on the tendencies of each smart factory, so it is desirable to receive input in advance from the manager (operator, etc.) who manages each smart factory, set and store it.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 방법을 나타낸 순서 예시도로서, 도 2를 참조로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 방법을 상세히 설명한다.Figure 2 is a sequence diagram showing a method for predicting abnormalities in a smart factory using ensemble learning and Kalman filter according to an embodiment of the present invention. With reference to Figure 2, ensemble learning and Kalman filter according to an embodiment of the present invention are shown. We explain in detail how to predict abnormalities in a smart factory using filters.

본 발명의 일 실시예에 따른 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 방법은 도 2에 도시된 바와 같이, 데이터 입력 단계(S100), 데이터 처리 단계(S200), 학습 처리 단계(S300), 데이터 수집 단계(S400), 위험도 산출 단계(S500), 이상 예측 단계(S600) 및 사전 대응 조치 단계(S700)를 포함하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 2, the method for predicting abnormalities in a smart factory using ensemble learning and Kalman filter according to an embodiment of the present invention includes a data input step (S100), a data processing step (S200), and a learning processing step (S300). ), a data collection step (S400), a risk calculation step (S500), an abnormality prediction step (S600), and a proactive action step (S700).

각 단계는 연산 처리 수단에 의해 구현되는 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 시스템에 의해 수행되게 된다.Each step is performed by a smart factory anomaly prediction system using ensemble learning and Kalman filter implemented by computational processing means.

각 단계에 대해서 자세히 알아보자면,To learn more about each step,

상기 데이터 입력 단계(S100)는 상기 데이터 입력부(100)에서, 사전에, 이상 징후 예측을 원하는 스마트 공장으로부터 운영 데이터를 입력받게 된다.In the data input step (S100), the data input unit 100 receives operational data from a smart factory for which abnormality symptoms are desired to be predicted in advance.

상기 데이터 입력 단계(S100)는 이상 행위 발생 시점을 예측하기 앞서서, 사전에, 이상 행위 탐지를 위한 학습 모델을 생성하기 위한 운영 데이터를 입력받는 것으로, 이상 징후 예측을 원하는 스마트 공장으로부터 과거 수집한 운영 데이터 또는, 미리 설정된 기간 동안 수집되는 운영 데이터를 입력받게 된다.The data input step (S100) is to input operational data to create a learning model for detecting abnormal behavior in advance, prior to predicting the time of occurrence of abnormal behavior, and to receive operational data collected in the past from a smart factory for which abnormality symptoms are desired to be predicted. You will receive input data or operational data collected over a preset period of time.

통상적으로 스마트 공장은 각각의 고유 데이터를 갖고 있기 때문에, 각 스마트 공장 별로 운영 데이터를 각각 입력받아 관리하는 것이 바람직하다. 그렇지만, 스마트 공장의 유형에 따라 운영 데이터에 특색이 도드라지지 않을 경우, 보다 많은 데이터를 활용하기 위해 다른 스마트 공장의 운영 데이터를 수집하여 활용할 수도 있다. 그렇기 때문에, 상기 데이터 입력 단계(S100)에 의해 입력받는 스마트 공장의 범위에 대해서는 한정하는 것은 아니다.Since smart factories typically have their own unique data, it is desirable to receive and manage operational data for each smart factory. However, if the operational data does not have any special features depending on the type of smart factory, operational data from other smart factories can be collected and utilized to utilize more data. Therefore, the scope of the smart factory input through the data input step (S100) is not limited.

다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 방법은 스마트 공장의 관리자가 소지하고 있는 단말 수단에 의한 이상 행위 발생 시점을 예측하는 것을 가장 큰 목적으로 하고 있는 바, 상기 데이터 입력 단계(S100)는 원격으로 상기 스마트 공장을 모니터링 또는, 제어하기 위한 단말 수단으로부터 입력되는 정보(제어를 위한 입력 정보 등)를 포함하는 외부 입력 정보를 상기 운영 데이터로 입력받게 된다.However, the main purpose of the method for predicting abnormal signs in a smart factory using ensemble learning and Kalman filter according to an embodiment of the present invention is to predict the timing of abnormal behavior by terminals possessed by the manager of the smart factory. As such, the data input step (S100) receives external input information including information (input information for control, etc.) input from a terminal means for remotely monitoring or controlling the smart factory as the operating data. do.

상기 데이터 처리 단계(S200)는 상기 데이터 처리부(200)에서, 상기 데이터 입력 단계(S100)에 의한 상기 운영 데이터에 대한 전처리를 수행하여, 인공지능 학습을 위한 학습 데이터로 생성하게 된다.In the data processing step (S200), the data processing unit 200 performs preprocessing on the operational data by the data input step (S100) to generate learning data for artificial intelligence learning.

상기 데이터 처리 단계(S200)는 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 처리 단계(S210), 제2 처리 단계(S220), 제3 처리 단계(S230) 및 제4 처리 단계(S240)를 포함하게 된다.As shown in FIG. 2, the data processing step (S200) includes a first processing step (S210), a second processing step (S220), a third processing step (S230), and a fourth processing step (S240). do.

상기 제1 처리 단계(S210)는 상기 데이터 입력 단계(S100)에 의한 상기 운영 데이터에 대한 라벨링을 수행하게 된다.The first processing step (S210) performs labeling of the operational data by the data input step (S100).

상기 데이터 입력 단계(S100)에 의한 상기 운영 데이터는 실시간이 아닌, 과거 발생한 상기 운영 데이터를 입력받는 것이기 때문에, 상기 제1 처리 단계(S210)는 상기 운영 데이터에 의한 행위가 결과론적으로 정상적인 행위였는지, 비정상적인 행위였는지 판단하여, 라벨링을 수행하게 된다.Since the operational data in the data input step (S100) is not real-time, but rather inputs the operational data that occurred in the past, the first processing step (S210) determines whether the action by the operational data was ultimately a normal action. , it is determined whether it was an abnormal behavior, and labeling is performed.

이를 통해서, 짧은 시점의 운영 데이터일 경우, 동일 또는, 유사한 행위일지라도, 결과론적인 행위 결과가 상이하게 나타날 수 있기 때문에, 상기 데이터 입력 단계(S100)는 발생한 행위에 대한 결과론적 결과가 충분히 나타날 수 있을 만한 소정 기간의 운영 데이터를 입력받게 된다. 이 때, 소정 기간은 상기 스마트 공장의 운영 형태에 따라서 상이해질 수 있기 때문에, 한정하는 것은 아니다.Through this, in the case of short-term operational data, the consequential action results may appear different even for the same or similar actions, so the data input step (S100) can sufficiently show the consequential results for the actions that occurred. You will receive operational data for a certain period of time. At this time, the predetermined period may vary depending on the operation type of the smart factory, so it is not limited.

상기 제2 처리 단계(S220)는 상기 제1 처리 단계(S210)에 의해 라벨링 수행한 상기 운영 데이터에 대한 특성치를 추출하게 된다.The second processing step (S220) extracts characteristic values for the operational data labeled by the first processing step (S210).

상기 제2 처리 단계(S220)는 학습 데이터 생성을 위한 상기 운영 데이터 별 특성치 정보를 추출하게 된다. 이러한 특성치 추출은 광범위한 수집 데이터들의 특성치를 분석하여 학습 데이터로 전처리하는 과정에서 활용되는 추출 기법으로서, 이에 대해서 한정하는 것은 아니다.The second processing step (S220) extracts characteristic value information for each operational data for generating learning data. This characteristic value extraction is an extraction technique used in the process of analyzing characteristic values of a wide range of collected data and preprocessing them into learning data, and is not limited to this.

상기 제3 처리 단계(S230)는 상기 제2 처리 단계(S220)를 통해서 추출한 특성치를 분석하여, 미설정된 위험 기준 범위에 해당되거나, 추출한 특성치를 이용한 미리 설정된 대푯값을 기준으로 이상치에 해당되는 특성치를 분류하게 된다.The third processing step (S230) analyzes the characteristic values extracted through the second processing step (S220), and determines characteristic values that fall within an unset risk standard range or are outliers based on a preset representative value using the extracted characteristic values. classified.

상세하게는, 상기 제3 처리 단계(S230)는 학습 데이터로 비정상적인 행위, 다시 말하자면, 이상 행위의 전조 증상에 해당하는 행위 만을 분류하여 생성하기 위하여, 상기 제1 처리 단계(S210)에 의한 라벨링 결과가 비정상적인 행위에 해당하는 특성치를 분류하게 된다.In detail, the third processing step (S230) uses the learning data to classify and generate only abnormal behavior, that is, only actions corresponding to precursor symptoms of abnormal behavior, and the labeling result by the first processing step (S210). The characteristic values corresponding to abnormal behavior are classified.

또는, 상기 제2 처리 단계(S220)에 의해 추출한 특성치를 이용하여, 평균, 중앙값, 최빈값, 사분위수, 분산, 표준편차와 같은 대푯값을 설정하고, 이를 기준으로 이상치에 해당되는 특성치를 분류하게 된다.Alternatively, using the characteristic values extracted in the second processing step (S220), representative values such as mean, median, mode, quartile, variance, and standard deviation are set, and characteristic values corresponding to outliers are classified based on these. .

상기 제4 처리 단계(S240)는 상기 제3 처리 단계(S230)에 의해 분류한 특성치 정보를 이용하여, 학습 데이터로 처리하게 된다.The fourth processing step (S240) uses the characteristic value information classified by the third processing step (S230) to process it as learning data.

다시 말하자면, 이상 행위의 전조 증상에 해당하는 행위(비정상적인 행위)를 포함하는 특성치 정보를 이용하여, 미리 저장된 인공지능 알고리즘의 학습 처리를 위한 학습 데이터를 생성하게 된다.In other words, learning data for learning processing of a pre-stored artificial intelligence algorithm is generated using characteristic value information including actions corresponding to precursor symptoms of abnormal actions (abnormal actions).

상기 학습 처리 단계(S300)는 상기 학습 처리부(300)에서, 다수의 인공지능 알고리즘을 적용한 앙상블 기법을 이용하여, 상기 데이터 처리 단계(S200)에 의한 학습 데이터의 학습 처리를 수행하여, 다수의 학습 모델을 생성하게 된다.In the learning processing step (S300), the learning processing unit 300 performs learning processing of the learning data by the data processing step (S200) using an ensemble technique applying a plurality of artificial intelligence algorithms, thereby performing a plurality of learning processes. A model is created.

앙상블 기법이란, 다수의 인공지능 모델을 이용하여 병렬적 학습을 수행하고 학습 결과에 의한 분석 값들을 비교 판단함으로써, 하나의 가장 나은 분석 값을 결과로 산출할 수 있는 학습 기법이다.The ensemble technique is a learning technique that performs parallel learning using multiple artificial intelligence models and compares and judges the analysis values based on the learning results to produce a single, best analysis value.

이러한 앙상블 기법을 적용할 경우, 단일 인공지능 모델을 적용하는 것 보다 성능을 분산시킬 수 있어 과적합(overfitting)을 감소시킬 수 있으며, 각각의 기계학습 모델의 성능이 좋지 않을 경우, 일반적으로 그 성능을 향상시킬 수 있다.When applying this ensemble technique, performance can be distributed rather than applying a single artificial intelligence model, thereby reducing overfitting. If the performance of each machine learning model is poor, its performance is generally reduced. can be improved.

이를 통해서, 상기 학습 처리 단계(S300)는 앙상블 기법을 이용함으로써, 여러 개의 인공지능 알고리즘에 대해 병렬적 학습을 수행함으로써, 가장 정확한 분석 값을 산출할 수 있는 장점이 있다.Through this, the learning processing step (S300) has the advantage of being able to calculate the most accurate analysis value by performing parallel learning on multiple artificial intelligence algorithms by using the ensemble technique.

이러한 앙상블 기법으로는, 대표적으로 다수결/투표기반(voting), 배깅(bagging)과 페이스팅(pasting) 등의 방법이 있다.Representative examples of such ensemble techniques include majority voting/voting, bagging, and pasting.

상세하게는, 다수결/투표기반 앙상블 기법은, 학습 과정에서, 여러 개의 인공지능 모델을 이용하여 동일한 학습 데이터에 대한 학습을 수행하고, 각각의 학습 모델들의 결과 값을 가지고 다수결 투표를 진행하여 최종 결과 값을 산출하는 방법을 의미한다. 이러한 다수결/투표기반 앙상블 인공지능 기법은, 이용된 인공지능 기법들 중 가장 성능이 좋은 인공지능 기법보다 정확도가 높은 것으로 알려져 있다.In detail, the majority vote/voting based ensemble technique performs learning on the same learning data using multiple artificial intelligence models during the learning process, and conducts a majority vote with the result values of each learning model to obtain the final result. It refers to the method of calculating the value. This majority/voting based ensemble artificial intelligence technique is known to be more accurate than the best performing artificial intelligence technique among the used artificial intelligence techniques.

이렇게 다수결/투표기반 앙상블 기법과 같이, 다양한 여러 개의 인공지능 모델을 이용하여 동일한 학습 데이터에 대한 학습을 수행하는 방법과는 다르게, 배깅과 페이스팅의 앙상블 기법의 경우, 동일한 인공지능 모델을 여러 개를 이용하지만, 학습 데이터를 랜덤하게 입력함으로써, 기계학습 모델 자체를 각기 다르게 학습을 수행하고, 새로운 데이터에 대해서 각각의 학습 모델들의 결과 값을 모아서 새로운 결과 값을 예측하는 방법을 의미한다.Unlike methods such as majority voting/voting-based ensemble techniques that perform learning on the same learning data using multiple different artificial intelligence models, in the case of ensemble techniques of bagging and pasting, the same artificial intelligence model is used multiple times. However, by randomly inputting the learning data, the machine learning model itself is trained differently, and the result values of each learning model are collected for new data to predict a new result value.

여러 개의 인공지능 모델(동일한 알고리즘을 갖는)에 학습 데이터를 랜덤하게 입력하는 과정에서, 중복을 허용하여 샘플링하는 방식을 배깅이라 하고, 중복을 허용하지 않고 샘플링하는 방식을 페이스팅이라고 한다.In the process of randomly inputting learning data to multiple artificial intelligence models (with the same algorithm), the method of sampling while allowing overlap is called bagging, and the method of sampling without allowing overlap is called pasting.

상기 학습 처리 단계(S300)는 상기 앙상블 기법들의 세부 방법을 한정하지 않고, 다수의 인공지능 알고리즘들을 이용하여 병렬적 학습을 수행하게 된다.The learning processing step (S300) does not limit the detailed methods of the ensemble techniques and performs parallel learning using multiple artificial intelligence algorithms.

이 때, 미리 저장된 인공지능 알고리즘으로는, 비교적 적은 학습 데이터를 적용하더라도 최적의 성능을 보장하는 다수의 SVDD(Support Vector Data Description) 알고리즘과 충분한 학습 데이터가 확보될 경우 최적의 성능을 보장하는 다수의 딥러닝 알고리즘을 포함하여 상기 데이터 처리부(200)에서 생성한 상기 학습 데이터의 학습 처리를 각각 수행하는 것이 바람직하다.At this time, the pre-stored artificial intelligence algorithms include a number of SVDD (Support Vector Data Description) algorithms that guarantee optimal performance even when relatively small learning data is applied, and a number of SVDD (Support Vector Data Description) algorithms that guarantee optimal performance when sufficient learning data is secured. It is desirable to perform learning processing on each of the learning data generated by the data processing unit 200, including a deep learning algorithm.

동일한 알고리즘을 다수 개 이용하는 만큼, 각 인공지능 알고리즘에 대한 학습 처리를 위한 특성 설정을 상이하도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 학습 처리의 특성(feature, 트래픽, 파라미터 등을 학습하는 가중치 값 등) 설정이 서로 상이한 다수 개의 인공지능 알고리즘을 이용하여, 상기 데이터 처리부(200)에서 생성한 상기 학습 데이터의 학습 처리를 수행하게 된다.As multiple identical algorithms are used, it is desirable to set different characteristics for learning processing for each artificial intelligence algorithm. That is, the learning processing of the learning data generated by the data processing unit 200 is performed using a plurality of artificial intelligence algorithms with different settings for learning processing characteristics (features, traffic, weight values for learning parameters, etc.). I do it.

상기 데이터 수집 단계(S400)는 상기 데이터 수집부(400)에서, 실시간으로, 이상 징후 예측을 원하는 스마트 공장에서 발생하는 실시간 운영 데이터를 수집하게 된다.In the data collection step (S400), the data collection unit 400 collects real-time operational data generated from a smart factory for which abnormality symptoms are desired to be predicted in real time.

상기 데이터 수집 단계(S400)는 과거의 운영 데이터가 아닌, 실시간으로 발생하는 운영 데이터를 수집하는 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 시스템은 특정 시점에 대한 이상 징후 예측을 수행하는 것이 아니기 때문에, 상기 데이터 수집 단계(S400)는 지속적으로, 미리 설정된 소정 시간마다 또는, 이벤트 발생 시 마다 상기 실시간 운영 데이터를 수집하게 된다.The data collection step (S400) collects operational data that occurs in real time, rather than past operational data. The abnormal symptom prediction system for a smart factory using ensemble learning and Kalman filter according to an embodiment of the present invention is a specific Since the prediction of anomalies is not performed at a certain point in time, the data collection step (S400) continuously collects the real-time operational data at predetermined times or whenever an event occurs.

이 때, 이벤트란, 단말 수단으로부터 입력되는 정보가 발생하는 시점을 의미한다.At this time, an event refers to a point in time when information input from a terminal occurs.

상기 위험도 산출 단계(S500)는 상기 위험도 분석부(500)에서, 상기 데이터 수집 단계(S400)에 의한 상기 실시간 운영 데이터를 상기 학습 처리 단계(S300)에 의한 다수의 학습 모델에 각각 입력한 후, 생성된 다수의 분석 결과를 이용하여 상기 실시간 운영 데이터의 위험도를 산출하게 된다.In the risk calculation step (S500), the risk analysis unit 500 inputs the real-time operational data from the data collection step (S400) into a plurality of learning models through the learning processing step (S300), The risk of the real-time operational data is calculated using the multiple analysis results generated.

상기 위험도 산출 단계(S500)는 상기 학습 처리 단계(S300)에 의한 학습이 완료되면, 그 이후 시점에서 상기 데이터 수집 단계(S400)를 통해서 수집되는 운영 데이터를 각각의 학습 결과 모델(학습 모델)에 적용함으로써, 비정상적인 행위 결과를 나타낼 수 있는 이상 징후를 탐지하게 된다.In the risk calculation step (S500), when the learning by the learning processing step (S300) is completed, the operational data collected through the data collection step (S400) is converted to each learning result model (learning model). By applying it, abnormal signs that may indicate abnormal behavior results are detected.

이 때, 상기 실시간 운영 데이터의 위험도는 상술한 바와 같이, 다수의 인공지능 알고리즘을 적용한 앙상블 기법을 이용하여 생성된 다수의 학습 모델들에 상기 운영 데이터가 입력됨으로써, 다수의 결과 값이 나올 수 있으며, 다수의 결과 값에 대한 비교 판단(다수결/투표, 배깅/페이스팅 등) 과정을 통해서 최종 결과 값을 산출하고, 상기 실시간 운영 데이터의 위험도(이상 징후 탐지)를 산출하게 된다.At this time, as described above, the risk of the real-time operational data can be determined by inputting the operational data into a plurality of learning models created using an ensemble technique applying a plurality of artificial intelligence algorithms, resulting in multiple result values. , the final result value is calculated through a process of comparative judgment (majority voting/voting, bagging/pasting, etc.) on multiple result values, and the risk level (anomaly detection) of the real-time operational data is calculated.

상술한 바와 같이, 스마트 공장의 경우, 이상 징후를 탐지하더라도, 이상 행위가 발생하는 시점을 특정할 수 없는 한, 생산 중단으로 인한 매출 손실, 설비 시스템의 가용성 등의 문제로 인해, 탐지 결과에 대한 즉각적인 대응이 현실적으로 불가능하다.As mentioned above, in the case of a smart factory, even if an abnormality is detected, unless the point in time when the abnormal behavior occurs cannot be specified, problems such as loss of sales due to production interruption and availability of equipment systems may affect the detection results. An immediate response is realistically impossible.

그렇기 때문에, 본 발명의 일 실시예에 따른 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 방법은 상기 위험도 산출 단계(S500)에 의한 이상 징후 탐지에 그치는 것이 아니라, 더 나아가, 상기 이상 예측 단계(S600)를 통해서 상기 위험도 산출 단계(S500)에 의해 탐지된 이상 징후에 의한 이상 행위 발생 시점을 예측하여, 구체적인 사전 방어/대처 계획 수립이 가능하도록 하는 장점이 있다.Therefore, the method for predicting abnormalities in a smart factory using ensemble learning and Kalman filter according to an embodiment of the present invention does not stop at detecting abnormalities by the risk calculation step (S500), but furthermore goes beyond the abnormality prediction step. It has the advantage of predicting the timing of occurrence of abnormal behavior due to abnormal signs detected in the risk calculation step (S500) through (S600), making it possible to establish a specific proactive defense/response plan.

상기 이상 예측 단계(S600)는 상기 이상 예측부(600)에서, 상기 위험도 산출 단계(S500)에 의해 산출한 위험도를 이용하여, 해당하는 스마트 공장에서의 이상 행위 발생 시점을 예측하게 된다.In the abnormality prediction step (S600), the abnormality prediction unit 600 uses the risk calculated in the risk calculation step (S500) to predict the timing of occurrence of abnormal behavior in the corresponding smart factory.

상기 이상 예측 단계(S600)는 칼만 필터 알고리즘을 이용하여, 상기 위험도 산출 단계(S500)에 의해 산출한 위험도의 추이 분석을 수행하여, 미리 설정된 임계치를 기준으로, 추이 결과가 상기 임계치를 초과하는 시점을 이용하여, 스마트 공장에서의 이상 행위 발생 시점을 예측하게 된다.The abnormality prediction step (S600) uses the Kalman filter algorithm to perform a trend analysis of the risk calculated by the risk calculation step (S500), and based on a preset threshold, the point at which the trend result exceeds the threshold. is used to predict when abnormal behavior will occur in a smart factory.

칼만 필터(Kalman Filter) 알고리즘은 최소 자승법(최소 제곱법, LSM, Least Square Method)을 사용하여, 과거와 현재의 값을 기준으로 재귀적 연산을 통하여 최적의 값을 추적하는 것이다. 즉, 연속적으로 측정하는 값들을 칼만 필터를 이용하여 다음 측정될 값을 추정할 수 있다.The Kalman Filter algorithm uses the least square method (LSM) to track the optimal value through recursive calculation based on past and present values. In other words, the next measured value can be estimated using the Kalman filter for continuously measured values.

칼만 필터의 이러한 특징을 이용하여, 상기 이상 예측 단계(S600)는 상기 위험도 산출 단계(S500)에 의해 산출한 위험도의 추이 분석을 수행하고, 위험 수준이 높아지는 형태로 추이가 흘러가면서, 추정 위험도가 미리 설정된 임계치를 초과하는 시점을 예측하여, 해당 시점을 스마트 공장에서의 이상 행위 발생 시점으로 예측하게 된다.Using these characteristics of the Kalman filter, the abnormality prediction step (S600) performs a trend analysis of the risk calculated by the risk calculation step (S500), and as the trend flows in the form of increasing risk level, the estimated risk increases. By predicting the point in time when a preset threshold is exceeded, that point is predicted to be the point in time when abnormal behavior occurs in the smart factory.

이 때, 임계치의 설정에 있어서, 스마트 공장의 특성 상, 이상 행위가 발생할 경우, 이를 해결하기 위한 위험 비용이 이상 징후 탐지로 인한 사전 조치 비용보다 클 가능성이 높기 때문에, 상기 임계치를 비교적 낮은 기준으로 적용하는 것이 바람직하다. 물론, 임계치는 스마트 공장의 특성을 고려하여 각 스마트 공장 별로 상이하게 설정되게 된다.At this time, in setting the threshold, due to the nature of the smart factory, if an abnormal behavior occurs, the risk cost of resolving it is likely to be greater than the cost of proactive measures due to detection of abnormalities, so the threshold is set to a relatively low standard. It is desirable to apply it. Of course, the threshold is set differently for each smart factory, taking into account the characteristics of the smart factory.

상기 사전 대응 조치 단계(S700)는 상기 대응 처리부(700)에서, 상기 이상 예측 단계(S600)에 의해 예측한 이상 행위 발생 시점에 기준으로, 사전 대응 조치 정보를 생성하여 외부로 전송하게 된다.In the proactive action step (S700), the response processing unit 700 generates proactive action information based on the time of occurrence of the abnormal behavior predicted by the abnormality prediction step (S600) and transmits it to the outside.

상세하게는, 상기 사전 대응 조치 단계(S700)는 상기 이상 예측 단계(S600)에 의해 예측한 이상 행위 발생 시점을 기준으로, 이상 행위가 발생하기 앞서서, 보다 능동적으로 이상 행위를 개선하기 위한 방어/대처 계획을 수립하여, 외부 연계 수단으로 전송하게 된다.In detail, the proactive response step (S700) is based on the time of occurrence of abnormal behavior predicted by the abnormality prediction step (S600), and is a defense / defense method to more actively improve abnormal behavior before the abnormal behavior occurs. A response plan is established and transmitted to an external link.

상기 사전 대응 조치 정보는 각각의 스마트 공장의 성향에 따라 상이할 수 있어, 각각의 스마트 공장을 관리하는 관리자(운영자 등)로부터 사전에 입력받아 설정 및 저장하는 것이 바람직하다.The proactive action information may differ depending on the tendencies of each smart factory, so it is desirable to receive input in advance from the manager (operator, etc.) who manages each smart factory, set and store it.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것 일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described with reference to specific details such as specific components and drawings of limited embodiments, but this is only provided to facilitate a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment. No, those skilled in the art can make various modifications and variations from this description.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and all matters that are equivalent or equivalent to the claims of this patent as well as the claims described below shall fall within the scope of the spirit of the present invention. .

100 : 데이터 입력부
200 : 데이터 처리부
210 : 제1 처리부 220 : 제2 처리부
230 : 제3 처리부 240 : 제4 처리부
300 : 학습 처리부
400 : 데이터 수집부
500 : 위험도 분석부
600 : 이상 예측부
700 : 대응 처리부
100: data input unit
200: data processing unit
210: first processing unit 220: second processing unit
230: third processing unit 240: fourth processing unit
300: Learning processing unit
400: data collection unit
500: Risk analysis department
600: Abnormality prediction unit
700: Response processing unit

Claims (14)

사전에, 이상 징후 예측을 원하는 스마트 공장으로부터 운영 데이터를 입력받는 데이터 입력부(100);
상기 데이터 입력부(100)에 의한 상기 운영 데이터에 대한 전처리를 수행하여, 인공지능 학습을 위한 학습 데이터로 생성하는 데이터 처리부(200);
다수의 인공지능 알고리즘을 적용한 앙상블 기법을 이용하여, 상기 학습 데이터에 대한 학습 처리를 수행하여, 다수의 학습 모델을 생성하는 학습 처리부(300);
실시간으로, 이상 징후 예측을 원하는 스마트 공장에서 발생하는 실시간 운영 데이터를 수집하는 데이터 수집부(400);
상기 데이터 수집부(400)에 의한 상기 실시간 운영 데이터를 상기 학습 처리부(300)에 의한 다수의 학습 모델에 각각 입력한 후, 생성된 다수의 분석 결과를 이용하여 상기 실시간 운영 데이터의 위험도를 산출하는 위험도 분석부(500);
상기 위험도 분석부(500)에서 산출한 위험도를 이용하여, 스마트 공장에서의 이상 행위 발생 시점을 예측하는 이상 예측부(600);
를 포함하는, 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 시스템.
A data input unit 100 that receives operational data from a smart factory that wants to predict abnormalities in advance;
a data processing unit 200 that performs pre-processing on the operational data by the data input unit 100 and generates learning data for artificial intelligence learning;
A learning processing unit 300 that performs learning processing on the learning data using an ensemble technique applying a plurality of artificial intelligence algorithms to generate a plurality of learning models;
A data collection unit 400 that collects real-time operational data generated from a smart factory for which abnormal symptoms are desired to be predicted in real time;
After inputting the real-time operational data by the data collection unit 400 into a plurality of learning models by the learning processing unit 300, calculating the risk of the real-time operational data using the generated plurality of analysis results. Risk Analysis Department (500);
An abnormality prediction unit 600 that predicts when an abnormal behavior will occur in a smart factory using the risk calculated by the risk analysis unit 500;
An abnormality prediction system for smart factories using ensemble learning and Kalman filter, including.
제 1항에 있어서,
상기 데이터 처리부(200)는
입력받은 상기 운영 데이터에 대한 라벨링 수행하는 제1 처리부(210);
라벨링 수행한 상기 운영 데이터에 대한 특성치를 추출하는 제2 처리부(220);
추출한 특성치를 분석하여, 기설정된 위험 기준 범위에 해당되거나, 추출한 특성치를 이용한 기설정된 대푯값을 기준으로 이상치에 해당되는 특성치를 분류하는 제3 처리부(230); 및
분류한 특성치 정보를 이용하여, 학습 데이터로 처리하는 제4 처리부(240);
를 포함하는, 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 시스템.
According to clause 1,
The data processing unit 200 is
A first processing unit 210 that performs labeling on the received operational data;
a second processing unit 220 that extracts characteristic values for the labeled operational data;
a third processing unit 230 that analyzes the extracted characteristic values and classifies characteristic values that fall within a preset risk standard range or correspond to outliers based on a preset representative value using the extracted characteristic values; and
A fourth processing unit 240 that processes the classified characteristic value information into learning data;
An abnormality prediction system for smart factories using ensemble learning and Kalman filter, including.
제 1항에 있어서,
상기 데이터 수집부(400)는
지속적으로, 기설정된 소정 시간마다 또는, 이벤트 발생 시 마다 상기 실시간 운영 데이터를 수집하는, 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 시스템.
According to clause 1,
The data collection unit 400 is
A smart factory abnormality prediction system using ensemble learning and Kalman filter that continuously collects the real-time operation data at predetermined times or whenever an event occurs.
제 2항에 있어서,
상기 학습 처리부(300)는
다수의 인공지능 알고리즘을 적용한 앙상블 기법을 이용하여, 다수의 인공지능 알고리즘에 상기 데이터 처리부(200)에서 생성한 상기 학습 데이터를 각각 적용하여, 병렬적 학습을 수행하는, 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 시스템.
According to clause 2,
The learning processing unit 300
Using an ensemble technique that applies multiple artificial intelligence algorithms, the learning data generated by the data processing unit 200 is applied to multiple artificial intelligence algorithms to perform parallel learning, using ensemble learning and a Kalman filter. An abnormality prediction system for smart factories.
제 4항에 있어서,
상기 학습 처리부(300)는
상기 인공지능 알고리즘으로 학습 처리를 위한 각각의 특성 설정이 상이한 다수의 SVDD(Support Vector Data Description) 알고리즘, 딥러닝 알고리즘을 포함하는, 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 시스템.
According to clause 4,
The learning processing unit 300
An abnormality prediction system for a smart factory using ensemble learning and Kalman filter, including a plurality of SVDD (Support Vector Data Description) algorithms and deep learning algorithms with different characteristic settings for learning processing with the artificial intelligence algorithm.
제 4항에 있어서,
상기 위험도 분석부(500)는
생성된 다수의 분석 결과에 대한 비교 판단을 수행하여, 상기 실시간 운영 데이터의 위험도를 산출하는, 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 시스템.
According to clause 4,
The risk analysis unit 500
An abnormality prediction system for smart factories using ensemble learning and Kalman filters that calculates the risk of the real-time operation data by making comparative judgments on the multiple analysis results generated.
제 1항에 있어서,
상기 이상 예측부(600)는
칼만 필터 알고리즘을 이용하여, 상기 위험도 분석부(500)에서 산출한 위험도의 추이 분석을 수행하여, 기설정된 임계치를 기준으로, 추이 결과가 상기 임계치를 초과하는 시점을 이용하여, 스마트 공장에서의 이상 행위 발생 시점을 예측하는, 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 시스템.
According to clause 1,
The abnormality prediction unit 600
Using the Kalman filter algorithm, trend analysis of the risk calculated by the risk analysis unit 500 is performed, and based on a preset threshold, the point in time when the trend result exceeds the threshold is used to identify abnormalities in the smart factory. Anomaly prediction system for smart factories using ensemble learning and Kalman filter to predict when an action will occur.
제 7항에 있어서,
상기 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 시스템은
상기 이상 예측부(600)에 의해 예측한 이상 행위 발생 시점을 기준으로, 사전 대응 조치 정보를 생성하여 외부로 전송하는 대응 처리부(700);
를 더 포함하는, 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 시스템.
According to clause 7,
The smart factory abnormality prediction system using ensemble learning and Kalman filter is
A response processing unit 700 that generates proactive response information and transmits it to the outside based on the abnormal behavior occurrence point predicted by the abnormality prediction unit 600;
Anomaly prediction system for smart factory using ensemble learning and Kalman filter, further comprising:
연산 처리 수단에 의해 각 단계가 수행되는 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 시스템에 의한 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 방법으로서,
사전에, 이상 징후 예측을 원하는 스마트 공장으로부터 운영 데이터를 입력받는 데이터 입력 단계(S100);
상기 데이터 입력 단계(S100)에 의한 상기 운영 데이터에 대한 전처리를 수행하여, 인공지능 학습을 위한 학습 데이터로 생성하는 데이터 처리 단계(S200);
다수의 인공지능 알고리즘을 적용한 앙상블 기법을 이용하여, 상기 데이터 처리 단계(S200)에 의한 학습 데이터의 학습 처리를 수행하여, 다수의 학습 모델을 생성하는 학습 처리 단계(S300);
실시간으로, 이상 징후 예측을 원하는 스마트 공장에서 발생하는 실시간 운영 데이터를 수집하는 데이터 수집 단계(S400);
상기 데이터 수집 단계(S400)에 의한 상기 실시간 운영 데이터를 상기 학습 처리 단계(S300)에 의한 다수의 학습 모델에 각각 입력한 후, 생성된 다수의 분석 결과를 이용하여 상기 실시간 운영 데이터의 위험도를 산출하는 위험도 산출 단계(S500);
상기 위험도 산출 단계(S500)에 의해 산출한 위험도를 이용하여, 해당하는 스마트 공장에서의 이상 행위 발생 시점을 예측하는 이상 예측 단계(S600); 및
예측한 이상 행위 발생 시점을 기준으로, 사전 대응 조치 정보를 생성하여 외부로 전송하는 사전 대응 조치 단계(S700);
를 포함하며,
상기 학습 처리 단계(S300)는
다수의 인공지능 알고리즘에 상기 데이터 처리 단계(S200)에 의한 학습 데이터를 각각 적용하여, 병렬적 학습을 수행하는, 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 방법.
A method for predicting abnormalities in a smart factory using ensemble learning and a Kalman filter in which each step is performed by computational processing means and an abnormality prediction system in a smart factory using a Kalman filter,
In advance, a data input step (S100) of receiving operational data from a smart factory that wants to predict abnormalities;
A data processing step (S200) of performing preprocessing on the operational data in the data input step (S100) and generating learning data for artificial intelligence learning;
A learning processing step (S300) of generating a plurality of learning models by performing learning processing of the learning data in the data processing step (S200) using an ensemble technique applying a plurality of artificial intelligence algorithms;
A data collection step (S400) that collects real-time operational data generated from a smart factory for which abnormal symptoms are desired to be predicted in real time;
After inputting the real-time operational data in the data collection step (S400) into a plurality of learning models in the learning processing step (S300), the risk of the real-time operational data is calculated using the plurality of generated analysis results. Risk calculation step (S500);
An abnormality prediction step (S600) that predicts when abnormal behavior will occur in the corresponding smart factory using the risk calculated in the risk calculation step (S500); and
A proactive response step (S700) in which proactive response information is generated and transmitted to the outside based on the predicted abnormal behavior occurrence time point;
Includes,
The learning processing step (S300) is
A method for predicting abnormalities in a smart factory using ensemble learning and Kalman filter, which performs parallel learning by applying the learning data from the data processing step (S200) to multiple artificial intelligence algorithms.
제 9항에 있어서,
상기 데이터 처리 단계(S200)는
입력받은 상기 운영 데이터에 대한 라벨링 수행하는 제1 처리 단계(S210);
라벨링 수행한 상기 운영 데이터에 대한 특성치를 추출하는 제2 처리 단계(S220);
추출한 특성치를 분석하여, 기설정된 위험 기준 범위에 해당되거나, 추출한 특성치를 이용한 기설정된 대푯값을 기준으로 이상치에 해당되는 특성치를 분류하는 제3 처리 단계(S230); 및
분류한 특성치 정보를 이용하여, 학습 데이터로 처리하는 제4 처리 단계(S240);
를 포함하는, 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 방법.
According to clause 9,
The data processing step (S200) is
A first processing step (S210) of labeling the input operational data;
A second processing step (S220) of extracting characteristic values for the labeled operational data;
A third processing step (S230) of analyzing the extracted characteristic values and classifying the characteristic values as falling within a preset risk standard range or as outliers based on a preset representative value using the extracted characteristic values; and
A fourth processing step (S240) of processing the classified characteristic value information into learning data;
A method for predicting abnormalities in smart factories using ensemble learning and Kalman filter, including.
제 9항에 있어서,
상기 데이터 수집 단계(S400)는
지속적으로, 기설정된 소정 시간마다 또는, 이벤트 발생 시 마다 상기 실시간 운영 데이터를 수집하는, 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 방법.
According to clause 9,
The data collection step (S400) is
A method for predicting abnormalities in a smart factory using ensemble learning and Kalman filter, which continuously collects the real-time operation data at predetermined times or whenever an event occurs.
제 9항에 있어서,
상기 학습 처리 단계(S300)는
상기 인공지능 알고리즘으로 학습 처리를 위한 각각의 특성 설정이 상이한 다수의 SVDD(Support Vector Data Description) 알고리즘, 딥러닝 알고리즘을 포함하는, 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 방법.
According to clause 9,
The learning processing step (S300) is
A method for predicting abnormalities in a smart factory using ensemble learning and Kalman filter, including a plurality of SVDD (Support Vector Data Description) algorithms and deep learning algorithms with different characteristic settings for learning processing with the artificial intelligence algorithm.
제 9항에 있어서,
상기 위험도 산출 단계(S500)는
생성된 다수의 분석 결과에 대한 비교 판단을 수행하여, 상기 실시간 운영 데이터의 위험도를 산출하는, 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 방법.
According to clause 9,
The risk calculation step (S500) is
A method for predicting abnormalities in a smart factory using ensemble learning and Kalman filter, which calculates the risk of the real-time operation data by making comparative judgments on the multiple analysis results generated.
제 9항에 있어서,
상기 이상 예측 단계(S600)는
칼만 필터 알고리즘을 이용하여, 상기 위험도 산출 단계(S500)에 의해 산출한 위험도의 추이 분석을 수행하여, 기설정된 임계치를 기준으로, 추이 결과가 상기 임계치를 초과하는 시점을 이용하여, 스마트 공장에서의 이상 행위 발생 시점을 예측하는, 앙상블 러닝과 칼만 필터를 이용한 스마트 공장의 이상 징후 예측 방법.
According to clause 9,
The abnormality prediction step (S600) is
Using the Kalman filter algorithm, trend analysis of the risk calculated in the risk calculation step (S500) is performed, and based on a preset threshold, the time when the trend result exceeds the threshold is used to determine the risk in the smart factory. Anomaly prediction method for smart factories using ensemble learning and Kalman filter to predict when abnormal behavior will occur.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102196287B1 (en) 2019-04-08 2020-12-29 재단법인 경북아이티융합 산업기술원 System for smart plant broken diagnosis using artificial intelligence and vroken diagnosis using the method

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