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JP2019185422A - Failure prediction method, failure prediction device, and failure prediction program - Google Patents

Failure prediction method, failure prediction device, and failure prediction program Download PDF

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JP2019185422A
JP2019185422A JP2018076052A JP2018076052A JP2019185422A JP 2019185422 A JP2019185422 A JP 2019185422A JP 2018076052 A JP2018076052 A JP 2018076052A JP 2018076052 A JP2018076052 A JP 2018076052A JP 2019185422 A JP2019185422 A JP 2019185422A
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JP
Japan
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abnormality
normal
evaluation
abnormal
failure prediction
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JP2018076052A
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修司 千田
Shuji Senda
修司 千田
あや子 岡
Ayako Oka
あや子 岡
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YE Digital Co Ltd
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YE Digital Co Ltd
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Abstract

【課題】機械設備の故障予知精度を向上させる故障予知システムを提供する。【解決手段】抽出部11bは、機械機械100の複数のセンサSのセンサデータのうち、正常状態分、異常状態分、および、任意の評価時における評価分を抽出する。第1生成部11cは、正常状態分を用いた機械学習によってセンサ間の相関性をモデル化した正常モデルを生成する。第2生成部11dは、正常モデルを基に、異常状態分を用いた転移学習によって異常パターンをモデル化した異常分類モデルを生成する。評価部11eは、評価分を正常モデルへ入力することによって機械設備の正常状態からの乖離度を評価する。判定部11fは、乖離度に基づいて機械設備に故障予兆ありと判定される場合に、上記評価分を異常分類モデルへ入力することによって得られる出力値に基づいて異常パターンを判定する。報知部11gは、異常パターンを含む判定工程の判定結果を報知する。【選択図】図2A failure prediction system for improving failure prediction accuracy of mechanical equipment is provided. An extraction unit extracts a normal state, an abnormal state, and an evaluation at an arbitrary evaluation time from among sensor data of a plurality of sensors of a machine. The first generation unit 11c generates a normal model in which the correlation between sensors is modeled by machine learning using a normal state component. The second generation unit 11d generates, based on the normal model, an abnormal classification model in which an abnormal pattern is modeled by transfer learning using an abnormal state component. The evaluation unit 11e evaluates the degree of deviation from the normal state of the mechanical equipment by inputting the evaluation into the normal model. The determination unit 11f determines an abnormal pattern based on an output value obtained by inputting the above-described evaluation into the abnormality classification model when it is determined that the mechanical equipment has a failure sign based on the degree of deviation. The notification unit 11g notifies the determination result of the determination process including the abnormal pattern. [Selection] Figure 2

Description

開示の実施形態は、故障予知方法、故障予知装置および故障予知プログラムに関する。   Embodiments disclosed herein relate to a failure prediction method, a failure prediction device, and a failure prediction program.

従来、機械設備につき、機械設備に設けられたセンサのセンサ値を監視することで故障予兆を検出することにより、故障の発生を予知する技術が知られている(たとえば、特許文献1参照)。   Conventionally, a technique for predicting the occurrence of a failure by detecting a failure sign by monitoring the sensor value of a sensor provided in the machine facility is known (for example, see Patent Document 1).

また、従来、機械設備につき、過去の介入操作実績に基づく機械学習を実行することで介入操作を行う条件を含むルール情報を生成し、かかるルール情報と現在の機械設備の状況とに基づいて行うべき介入操作を決定して、指示する技術が知られている(たとえば、特許文献2参照)。前述のルール情報は、いわゆる予測モデルに対応する。   Conventionally, rule information including conditions for performing an intervention operation is generated by executing machine learning based on past intervention operation results for the machine equipment, and is performed based on the rule information and the current state of the machine equipment. A technique for determining and instructing an intervention operation to be performed is known (for example, see Patent Document 2). The aforementioned rule information corresponds to a so-called prediction model.

ここで、特許文献2に開示の技術を特許文献1に開示の技術に応用し、たとえば故障発生時においてセンサが示すセンサ値を機械学習することで、予測モデルによる故障予知が可能になると考えられる。   Here, by applying the technique disclosed in Patent Document 2 to the technique disclosed in Patent Document 1, for example, by performing machine learning on the sensor value indicated by the sensor when a failure occurs, it is considered that failure prediction using a prediction model becomes possible. .

特開2011−230634号公報JP 2011-230634 A 特開2017−049801号公報JP 2017-049801 A

しかしながら、上述した従来技術には、機械設備の故障予知精度を向上させるうえで、さらなる改善の余地がある。   However, the above-described prior art has room for further improvement in improving the accuracy of failure prediction of mechanical equipment.

具体的には、予測モデルを生成する最初の段階で、すべての故障の状況を示す機械学習用データを収集し、網羅することは事実上困難である。特に、機械設備が、たとえば大型冷凍機やプラントといった大型メカトロニクス機械である場合には、設けられているセンサの数は膨大であるため、より困難と言える。   Specifically, it is practically difficult to collect and cover machine learning data indicating the state of all failures at the initial stage of generating a prediction model. In particular, when the machine facility is a large mechatronics machine such as a large refrigerator or a plant, it can be said that the number of sensors provided is enormous, which makes it more difficult.

また、仮にデータが収集できて機械学習を実行し、予測モデルが生成できたとしても、実際の運用データにやはり未知のパターンが存在してしまえば、かかる未知のパターンにより誤検知が生じ、故障の真因に対しての対策を打てなくなるおそれがある。   Even if data can be collected, machine learning is performed, and a prediction model can be generated, if an unknown pattern still exists in the actual operation data, a false detection occurs due to the unknown pattern, and a failure occurs. There is a risk that it will not be possible to take measures against the true cause of

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、機械設備の故障予知精度を向上させることができる故障予知方法、故障予知装置および故障予知プログラムを提供することを目的とする。   One aspect of the embodiments has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a failure prediction method, a failure prediction device, and a failure prediction program capable of improving the failure prediction accuracy of mechanical equipment.

実施形態の一態様に係る故障予知方法は、抽出工程と、第1生成工程と、第2生成工程と、評価工程と、判定工程と、報知工程とを含む。前記抽出工程は、機械設備に設けられた複数のセンサのセンサデータのうち、前記機械設備の正常稼働時における正常状態分、異常発生時における異常状態分、および、任意の評価時における評価分を抽出する。前記第1生成工程は、前記正常状態分を用いた機械学習を実行することによって、前記正常稼働時における前記センサ間の相関性をモデル化した正常モデルを生成する。前記第2生成工程は、前記正常モデルを基に、前記異常状態分を用いた転移学習を実行することによって、前記異常発生時における異常パターンをモデル化した異常分類モデルを生成する。前記評価工程は、前記評価分を前記正常モデルへ入力することによって得られる該正常モデルの出力値に基づいて前記機械設備の正常状態からの乖離度を評価する。前記判定工程は、前記乖離度に基づいて前記機械設備に故障予兆ありと判定される場合に、前記評価分を前記異常分類モデルへ入力することによって得られる該異常分類モデルの出力値に基づいて前記異常パターンを判定する。前記報知工程は、前記異常パターンを含む前記判定工程の判定結果を報知する。   The failure prediction method according to an aspect of the embodiment includes an extraction process, a first generation process, a second generation process, an evaluation process, a determination process, and a notification process. The extraction step includes, among sensor data of a plurality of sensors provided in the mechanical equipment, a normal state portion during normal operation of the mechanical equipment, an abnormal state portion when an abnormality occurs, and an evaluation portion at an arbitrary evaluation time. Extract. The first generation step generates a normal model that models the correlation between the sensors during the normal operation by executing machine learning using the normal state. The second generation step generates an abnormality classification model that models an abnormal pattern when the abnormality occurs by executing transfer learning using the abnormal state based on the normal model. The evaluation step evaluates the degree of deviation from the normal state of the mechanical equipment based on the output value of the normal model obtained by inputting the evaluation portion to the normal model. The determination step is based on an output value of the abnormality classification model obtained by inputting the evaluation portion to the abnormality classification model when it is determined that there is a failure sign in the mechanical equipment based on the degree of deviation. The abnormal pattern is determined. The notification step notifies a determination result of the determination step including the abnormal pattern.

実施形態の一態様によれば、機械設備の故障予知精度を向上させることができる。   According to one aspect of the embodiment, it is possible to improve the failure prediction accuracy of mechanical equipment.

図1Aは、実施形態に係る故障予知方法の概要説明図(その1)である。FIG. 1A is a schematic explanatory diagram (part 1) of the failure prediction method according to the embodiment. 図1Bは、実施形態に係る故障予知方法の概要説明図(その2)である。FIG. 1B is a schematic explanatory diagram (part 2) of the failure prediction method according to the embodiment. 図1Cは、実施形態に係る故障予知方法の概要説明図(その3)である。FIG. 1C is a schematic explanatory diagram (part 3) of the failure prediction method according to the embodiment. 図1Dは、実施形態に係る故障予知方法の概要説明図(その4)である。FIG. 1D is a schematic explanatory diagram (part 4) of the failure prediction method according to the embodiment. 図1Eは、実施形態に係る故障予知方法の概要説明図(その5)である。FIG. 1E is a schematic explanatory diagram (part 5) of the failure prediction method according to the embodiment. 図2は、実施形態に係る故障予知システムのブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of the failure prediction system according to the embodiment. 図3Aは、相関スコアの説明図(その1)である。FIG. 3A is an explanatory diagram (part 1) of a correlation score. 図3Bは、相関スコアの説明図(その2)である。FIG. 3B is an explanatory diagram (part 2) of the correlation score. 図4Aは、実施形態に係る故障予知装置による異常判別結果の具体例を示す図(その1)である。FIG. 4A is a diagram (part 1) illustrating a specific example of an abnormality determination result by the failure prediction apparatus according to the embodiment. 図4Bは、実施形態に係る故障予知装置による異常判別結果の具体例を示す図(その2)である。FIG. 4B is a second diagram illustrating a specific example of the abnormality determination result by the failure prediction apparatus according to the embodiment. 図4Cは、実施形態に係る故障予知装置による異常判別結果の具体例を示す図(その3)である。FIG. 4C is a diagram (No. 3) illustrating a specific example of the abnormality determination result by the failure prediction apparatus according to the embodiment. 図4Dは、実施形態に係る故障予知装置による異常判別結果の具体例を示す図(その4)である。FIG. 4D is a diagram (part 4) illustrating a specific example of the abnormality determination result by the failure prediction apparatus according to the embodiment. 図4Eは、実施形態に係る故障予知装置による異常判別結果の具体例を示す図(その5)である。FIG. 4E is a diagram (No. 5) illustrating a specific example of the abnormality determination result by the failure prediction apparatus according to the embodiment. 図4Fは、実施形態に係る故障予知装置による異常判別結果の具体例を示す図(その6)である。FIG. 4F is a diagram (No. 6) illustrating a specific example of the abnormality determination result by the failure prediction apparatus according to the embodiment. 図5Aは、故障予知装置が実行する処理手順を示すフローチャート(その1)である。FIG. 5A is a flowchart (part 1) illustrating a processing procedure executed by the failure prediction apparatus. 図5Bは、故障予知装置が実行する処理手順を示すフローチャート(その2)である。FIG. 5B is a flowchart (part 2) illustrating a processing procedure executed by the failure prediction apparatus. 図6は、故障予知装置の機能を実現するコンピュータの一例を示すハードウェア構成図である。FIG. 6 is a hardware configuration diagram illustrating an example of a computer that realizes the function of the failure prediction apparatus.

以下、添付図面を参照して、本願の開示する故障予知方法、故障予知装置および故障予知プログラムの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of a failure prediction method, a failure prediction device, and a failure prediction program disclosed in the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by embodiment shown below.

また、以下では、故障予兆判定の対象となる機械設備を「対象機械100」と記載する。なお、対象機械100は、発電所プラントなどの大型メカトロニクス機械であるものとする。   In the following, the machine equipment that is the target of failure sign determination is referred to as “target machine 100”. The target machine 100 is assumed to be a large mechatronics machine such as a power plant.

まず、本実施形態に係る故障予知方法の概要について、図1A〜図1Eを参照して説明する。図1A〜図1Eは、実施形態に係る故障予知方法の概要説明図(その1)〜(その5)である。   First, an outline of the failure prediction method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1A to 1E. 1A to 1E are schematic explanatory views (No. 1) to (No. 5) of a failure prediction method according to an embodiment.

図1Aに示すように、対象機械100は、センサS−1〜S−nのセンサ群を備える。そして、本実施形態に係る故障予知方法は、かかるセンサ群からのセンサデータに基づき、センサS−1〜S−n間の相関性を把握し、かかる相関性の変化に基づいて対象機械100全体の挙動の変化を把握するものである。   As illustrated in FIG. 1A, the target machine 100 includes a sensor group of sensors S-1 to Sn. The failure prediction method according to the present embodiment grasps the correlation between the sensors S-1 to Sn based on the sensor data from the sensor group, and the entire target machine 100 based on the change in the correlation. It is to grasp the change of the behavior.

具体的には、図1Bに示すように、本実施形態に係る故障予知方法では、「正常状態分」の相関性を示す各センサS−1〜S−nのセンサデータを用いて機械学習を実行し(ステップS1)、正常モデル12dを生成する。なお、本実施形態では、図1Bに正常モデル12dをオートエンコーダとして図示するように、機械学習のアルゴリズムとしてディープラーニングを用いる。ディープラーニングについては公知のため、詳細な説明は省略する。   Specifically, as shown in FIG. 1B, in the failure prediction method according to the present embodiment, machine learning is performed using the sensor data of the sensors S-1 to Sn indicating the correlation of “normal state”. This is executed (step S1), and a normal model 12d is generated. In the present embodiment, deep learning is used as an algorithm for machine learning, as illustrated in FIG. 1B with the normal model 12d as an auto encoder. Since deep learning is publicly known, detailed description is omitted.

ここで、「正常状態分」とは、対象機械100が運用初期段階などにおいて正常状態にあった所定期間(以下、「正常期間」と言う場合がある)の各センサデータに基づく分を指す。かかる正常状態分のセンサデータ間の相関性に基づいて生成される正常モデル12dにより、言わば対象機械100の正常状態をモデル化することができる。   Here, the “normal state portion” refers to a portion based on each sensor data of a predetermined period (hereinafter sometimes referred to as “normal period”) in which the target machine 100 is in a normal state in the initial stage of operation or the like. The normal state of the target machine 100 can be modeled by the normal model 12d generated based on the correlation between the sensor data for the normal state.

そして、本実施形態に係る故障予知方法では、図1Bに示すように、かかる正常モデル12dに対し、「評価分」の相関性を示す各センサS−1〜S−nのセンサデータを入力し、その結果得られる正常モデル12dの出力値(回帰値)から相関のズレ量を算出する。そして、かかる相関のズレ量に基づき、正常状態からの乖離度を評価する(ステップS2)。   In the failure prediction method according to the present embodiment, as shown in FIG. 1B, sensor data of the sensors S-1 to Sn indicating the correlation of “evaluation” is input to the normal model 12d. Then, the amount of deviation of the correlation is calculated from the output value (regression value) of the normal model 12d obtained as a result. Then, the degree of deviation from the normal state is evaluated based on the amount of deviation of the correlation (step S2).

かかる正常状態からの乖離度が大きければ、故障予兆を示すとして、対象機械100の故障を予知することができる。なお、ここで「評価分」とは、たとえば対象機械100から出力されるリアルタイムデータに基づく分を指す。   If the degree of deviation from the normal state is large, a failure of the target machine 100 can be predicted by indicating a failure sign. Here, “evaluation portion” refers to, for example, a portion based on real-time data output from the target machine 100.

このように、本実施形態に係る故障予知方法では、対象機械100全体の挙動をセンサS−1〜S−n間の相関性によって把握し、その挙動の変化は、正常状態の相関性をモデル化した正常モデル12dの出力値により得ることができる。そして、かかる出力値に基づく正常状態からの乖離度の大きさにより、対象機械100の故障を予知する。たとえば、正常状態からの乖離度が故障予兆ありを示す所定の判定閾値以上であれば、管理者に対し異常を通知する。   As described above, in the failure prediction method according to the present embodiment, the behavior of the entire target machine 100 is grasped by the correlation between the sensors S-1 to Sn, and the change in the behavior models the correlation of the normal state. It can be obtained from the output value of the normalized normal model 12d. A failure of the target machine 100 is predicted based on the degree of deviation from the normal state based on the output value. For example, if the degree of deviation from the normal state is equal to or greater than a predetermined determination threshold indicating that there is a sign of failure, the administrator is notified of the abnormality.

したがって、本実施形態に係る故障予知方法によれば、たとえば故障発生時のセンサデータに基づく機械学習により生成される予測モデルを用いた故障予知方法であれば必要となってくる、すべての故障現象のモデル化の実施などといった煩雑な工程は不要となる。すなわち、本実施形態に係る故障予知方法によれば、対象機械100の故障予兆を簡便に捉えることが可能となる。   Therefore, according to the failure prediction method according to the present embodiment, for example, all failure phenomena that are necessary if the failure prediction method uses a prediction model generated by machine learning based on sensor data at the time of failure occurrence. A complicated process such as implementation of modeling is not required. That is, according to the failure prediction method according to the present embodiment, a failure sign of the target machine 100 can be easily grasped.

なお、本実施形態に係る故障予知方法では、図1Aに示すように、各センサデータの時間変動、すなわち時系列の相関性を特徴ベクトル(以下、単に「ベクトル」と言う)に含めた機械学習を行い、センサデータの時間変動に現れる故障の予兆を把握可能にしている。これにより、対象機械100の故障予兆を精度よく捉えることができる。   In the failure prediction method according to the present embodiment, as shown in FIG. 1A, machine learning including time variation of each sensor data, that is, time-series correlation, is included in a feature vector (hereinafter simply referred to as “vector”). This makes it possible to grasp a sign of a failure that appears in the time fluctuation of sensor data. Thereby, the failure sign of the target machine 100 can be accurately captured.

そしてさらに、本実施形態に係る故障予知方法では、正常状態の相関性をモデル化した正常モデル12dだけでなく、過去の異常発生時のセンサデータに基づいて、異常発生時における異常パターンをモデル化した異常分類モデル12eをあわせて用いることによって、異常の種類まで判別することとした。   Further, in the failure prediction method according to the present embodiment, not only the normal model 12d that models the correlation of the normal state, but also the abnormal pattern at the time of occurrence of the abnormality is modeled based on the sensor data at the time of the past occurrence of the abnormality. By using the abnormality classification model 12e that has been used together, it is possible to determine even the types of abnormality.

具体的には、図1Cに示すように、本実施形態に係る故障予知方法では、「異常状態分」の相関性を示す各センサS−1〜S−nのセンサデータに基づいて、異常分類モデル12eを生成する。   Specifically, as shown in FIG. 1C, in the failure prediction method according to the present embodiment, the abnormality classification is based on the sensor data of the sensors S-1 to Sn that indicate the correlation of “abnormal state”. A model 12e is generated.

ここで、「異常状態分」とは、過去の各種の異常発生時における各センサデータに基づく分を指し、図中に示すように、たとえば「○○の異常」や「○×の異常」といった過去の異常記録のパターンごとでラベル付けされ、分類クラスが設定されている(図中の「カテゴリID」参照)。かかる異常状態分のセンサデータに基づいて生成される異常分類モデル12eにより、言わば対象機械100の異常発生時における異常パターンをモデル化することができる。   Here, “abnormal condition” refers to the amount based on each sensor data when various abnormalities occurred in the past, and as shown in the figure, for example, “XX abnormal” or “XX abnormal” Each past abnormal record pattern is labeled and a classification class is set (see “Category ID” in the figure). With the abnormality classification model 12e generated based on the sensor data for the abnormal state, it is possible to model an abnormality pattern when the abnormality occurs in the target machine 100.

また、本実施形態に係る故障予知方法では、かかる異常分類モデル12eを、学習済みの正常モデル12dを用いた転移学習を実行することによって生成する(ステップS3)。転移学習、すなわち、正常モデル12dにおける隠れ層を転用した機械学習を実行することによって、異常分類モデル12eを高速かつ高精度に生成することが可能となる。   Further, in the failure prediction method according to the present embodiment, the abnormality classification model 12e is generated by performing transfer learning using the learned normal model 12d (step S3). By executing transfer learning, that is, machine learning using a hidden layer in the normal model 12d, the abnormal classification model 12e can be generated at high speed and with high accuracy.

そして、このように生成された異常分類モデル12eに対し、本実施形態に係る故障予知方法では、図1Dに示すように、たとえば正常モデル12dに基づいて故障予兆を示すとして判定された高乖離度の「評価分」のセンサデータを入力する。   For the abnormality classification model 12e generated in this way, in the failure prediction method according to the present embodiment, as shown in FIG. 1D, for example, a high divergence degree determined as indicating a failure sign based on the normal model 12d. Input the sensor data of “Evaluation”.

そして、その結果得られる異常分類モデル12eの出力値、たとえば図中に示す「カテゴリID」および「相関スコア」に基づいて、異常の種類を判別するとともに(ステップS4)、新たな事象を追加学習する(ステップS5)。   Then, based on the output value of the abnormality classification model 12e obtained as a result, for example, “category ID” and “correlation score” shown in the figure, the type of abnormality is determined (step S4), and a new event is additionally learned. (Step S5).

新たな事象は、たとえば相関スコアが低い、言い換えれば、学習済みの異常パターンに対する類似度が小さいものに対応し、かかる新たな事象に新たな異常の分類クラスを設定した追加学習を行うことによって、異常分類モデル12eの精度をより向上させることができる。   A new event corresponds to, for example, a low correlation score, in other words, a low degree of similarity to a learned abnormality pattern, and by performing additional learning in which a new abnormality classification class is set for the new event, The accuracy of the abnormality classification model 12e can be further improved.

なお、追加学習が必要か否かは、たとえば相関スコアなどに応じてシステムが自動的に判定してもよいし、対象機械100の管理者やオペレータなど、人の知見により判断されてもよい。ステップS4,S5に関する具体的な内容については、図3A〜図4Fを用いた説明で後述する。   Whether or not additional learning is necessary may be automatically determined by the system according to, for example, a correlation score, or may be determined based on knowledge of a person such as an administrator or an operator of the target machine 100. Specific contents regarding steps S4 and S5 will be described later with reference to FIGS. 3A to 4F.

これにより、本実施形態に係る故障予知方法によれば、単に正常か異常かだけでなく、異常、すなわち対象機械100に故障予兆があるとして判定される場合に、何が要因かまでを推定することができる。   Thereby, according to the failure prediction method according to the present embodiment, it is estimated not only whether it is normal or abnormal, but also what is the cause when it is determined that there is an abnormality, that is, the target machine 100 has a failure sign. be able to.

そして、本実施形態に係る故障予知方法では、かかる推定結果を含む内容を、図1Eに示すように、たとえば対象機械100の管理者に対するメールサービス等により通知する。かかる通知には、今回の異常に類似する「過去事例」や、「相関スコア」を含むことができる。   In the failure prediction method according to the present embodiment, the contents including the estimation result are notified, for example, by a mail service to the administrator of the target machine 100 as shown in FIG. 1E. Such notification can include a “past case” similar to the current abnormality and a “correlation score”.

対象機械100の管理者は、かかる通知の内容を確認することによって、対象機械100の故障予兆を事前に把握できるにとどまらず、必要となるメンテナンスの内容や、人員および部品の手配、修理、交換などを迅速に施すことが可能となり、対象機械100が突発的に故障したり、異常停止したりするのを防止することができる。すなわち、本実施形態に係る故障予知方法によれば、対象機械100の保守性ひいては信頼性を向上させることができる。   The administrator of the target machine 100 is not only able to grasp the failure signs of the target machine 100 in advance by checking the contents of the notification, but also the contents of necessary maintenance, arrangement, repair and replacement of personnel and parts. Thus, it is possible to prevent the target machine 100 from being suddenly broken or abnormally stopped. That is, according to the failure prediction method according to the present embodiment, it is possible to improve the maintainability of the target machine 100 and thus the reliability.

以下、上述した故障予知方法を適用した故障予知システム1の構成について、さらに具体的に説明する。   Hereinafter, the configuration of the failure prediction system 1 to which the above-described failure prediction method is applied will be described more specifically.

図2は、本実施形態に係る故障予知システム1のブロック図である。なお、図2では、本実施形態の特徴を説明するために必要な構成要素を機能ブロックで表しており、一般的な構成要素についての記載を省略している。   FIG. 2 is a block diagram of the failure prediction system 1 according to the present embodiment. In FIG. 2, constituent elements necessary for describing the features of the present embodiment are represented by functional blocks, and descriptions of general constituent elements are omitted.

換言すれば、図2に図示される各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。たとえば、各機能ブロックの分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することが可能である。   In other words, each component illustrated in FIG. 2 is functionally conceptual and does not necessarily need to be physically configured as illustrated. For example, the specific form of distribution / integration of each functional block is not limited to the one shown in the figure, and all or a part thereof is functionally or physically distributed in arbitrary units according to various loads or usage conditions・ It can be integrated and configured.

なお、図2を用いた説明では、これまでに既に述べた構成要素については、説明を簡略化するか、省略する場合がある。   In the description with reference to FIG. 2, the description of the components already described so far may be simplified or omitted.

図2に示すように、故障予知システム1は、故障予知装置10と、対象機械100とを備える。故障予知装置10と、対象機械100とは、ネットワーク接続されて通信可能に設けられ、故障予知装置10は、対象機械100からのセンサデータを適宜収集可能に設けられている。   As shown in FIG. 2, the failure prediction system 1 includes a failure prediction device 10 and a target machine 100. The failure prediction apparatus 10 and the target machine 100 are provided so as to be communicable via a network connection, and the failure prediction apparatus 10 is provided so that sensor data from the target machine 100 can be collected as appropriate.

故障予知装置10は、制御部11と、記憶部12とを備える。制御部11は、収集部11aと、抽出部11bと、第1生成部11cと、第2生成部11dと、評価部11eと、判定部11fと、報知部11gと、更新部11hとを備える。   The failure prediction apparatus 10 includes a control unit 11 and a storage unit 12. The control unit 11 includes a collection unit 11a, an extraction unit 11b, a first generation unit 11c, a second generation unit 11d, an evaluation unit 11e, a determination unit 11f, a notification unit 11g, and an update unit 11h. .

記憶部12は、ハードディスクドライブやデータフラッシュ、不揮発性メモリ、レジスタといった記憶デバイスであって、収集データ12aと、正常学習用データセット12bと、異常学習用データセット12cと、正常モデル12dと、異常分類モデル12eと、評価用データセット12fと、評価情報12gと、過去履歴データ12hと、追加学習用データセット12iとを記憶する。   The storage unit 12 is a storage device such as a hard disk drive, data flash, non-volatile memory, or register, and includes collected data 12a, a normal learning data set 12b, an abnormal learning data set 12c, a normal model 12d, The classification model 12e, the evaluation data set 12f, the evaluation information 12g, the past history data 12h, and the additional learning data set 12i are stored.

制御部11は、故障予知装置10の全体制御を行う。収集部11aは、対象機械100のセンサ群からのセンサデータを所定の周期で収集して、収集データ12aへ格納する。収集する所定の周期は、経年変化等による故障予兆を示す緩やかな挙動の変化を検知するうえでは、15分〜1時間程度であってもよい。   The control unit 11 performs overall control of the failure prediction apparatus 10. The collection unit 11a collects sensor data from the sensor group of the target machine 100 at a predetermined period, and stores it in the collection data 12a. The predetermined period to be collected may be about 15 minutes to 1 hour in order to detect a gradual change in behavior indicating a failure sign due to secular change or the like.

抽出部11bは、運用初回時に設定される正常期間に基づき、収集データ12aから正常状態分のデータセットを抽出し、正常学習用データセット12bへ格納する。また、抽出部11bは、収集データ12aから過去の異常状態分のデータセットを抽出し、異常学習用データセット12cへ格納する。   The extraction unit 11b extracts a data set for the normal state from the collected data 12a based on the normal period set at the first operation, and stores the data set in the normal learning data set 12b. Further, the extraction unit 11b extracts a data set for the past abnormal state from the collected data 12a and stores the data set in the abnormality learning data set 12c.

また、抽出部11bは、収集データ12aから評価分のデータセットを抽出し、評価用データセット12fへ格納する。   Further, the extraction unit 11b extracts a data set for evaluation from the collected data 12a and stores it in the evaluation data set 12f.

第1生成部11cは、正常学習用データセット12bを用いた機械学習を実行して、正常モデル12dを生成する。第2生成部11dは、正常モデル12dおよび異常学習用データセット12cを用いた転移学習を実行して、異常分類モデル12eを生成する。   The first generation unit 11c executes machine learning using the normal learning data set 12b to generate a normal model 12d. The second generation unit 11d performs transfer learning using the normal model 12d and the abnormality learning data set 12c to generate the abnormality classification model 12e.

評価部11eは、抽出部11bによって抽出された評価用データセット12fを正常モデル12dへ入力し、正常モデル12dによる出力結果を受け取る。そして、評価部11eは、受け取った出力結果に基づいて故障予兆を判定するための各種評価値を算出し、評価情報12gへ格納する。評価値は、正常状態からの乖離度や、寄与率を含む。   The evaluation unit 11e inputs the evaluation data set 12f extracted by the extraction unit 11b to the normal model 12d and receives an output result from the normal model 12d. And the evaluation part 11e calculates the various evaluation values for determining a failure sign based on the received output result, and stores it in the evaluation information 12g. The evaluation value includes the degree of deviation from the normal state and the contribution rate.

具体的には、評価部11eは、評価用データセット12fを正常モデル12dへ入力したときの入力と出力の誤差、すなわち相関のズレ量に基づいて正常状態からの乖離度を算出し、評価情報12gへ格納する。   Specifically, the evaluation unit 11e calculates the degree of deviation from the normal state based on the input and output error when the evaluation data set 12f is input to the normal model 12d, that is, the amount of correlation shift, and the evaluation information Store to 12g.

また、評価部11eは、正常モデル12dから各センサS−1〜S−nの寄与度を取得し、たとえば、式「寄与率i=寄与度i/Σ寄与度i」によって各センサS−1〜S−nごとの寄与率を算出する。また、評価部11eは、算出した寄与率を評価情報12gへ格納する。   In addition, the evaluation unit 11e acquires the contributions of the sensors S-1 to Sn from the normal model 12d. For example, each sensor S-1 is expressed by an expression “contribution rate i = contribution i / Σcontribution i”. ~ Contribution rate for each Sn is calculated. The evaluation unit 11e stores the calculated contribution rate in the evaluation information 12g.

判定部11fは、評価情報12gを参照して、正常状態からの乖離度が所定の判定閾値以上である場合に、故障予兆ありと判定し、かかる判定結果を評価部11eへ通知する。評価部11eは、判定部11fから故障予兆ありとの判定結果を受け取った場合に、故障予兆ありの該当データを異常分類モデル12eへ入力して、異常分類モデル12eによる出力結果、すなわち前述のカテゴリIDおよび相関スコアを受け取り、評価情報12gへ格納する。   The determination unit 11f refers to the evaluation information 12g, determines that there is a failure sign when the deviation from the normal state is equal to or greater than a predetermined determination threshold, and notifies the evaluation unit 11e of the determination result. When the evaluation unit 11e receives the determination result that there is a failure sign from the determination unit 11f, the evaluation unit 11e inputs the corresponding data with the failure sign to the abnormality classification model 12e, and outputs the result of the abnormality classification model 12e, that is, the category described above. The ID and the correlation score are received and stored in the evaluation information 12g.

そして、判定部11fは、評価情報12gを参照し、該当データの乖離度、寄与率、カテゴリIDおよび相関スコアを報知部11gへ通知して、報知部11gに報知させる。また、判定部11fは、かかる該当データに関する履歴情報を過去履歴データ12hへ格納する。   Then, the determination unit 11f refers to the evaluation information 12g, notifies the notification unit 11g of the divergence degree, the contribution rate, the category ID, and the correlation score of the corresponding data, and notifies the notification unit 11g. Further, the determination unit 11f stores the history information regarding the corresponding data in the past history data 12h.

また、判定部11fは、該当データの相関スコアに基づいて、前述の追加学習の要否を判定し、追加学習が必要であると判定される場合に、該当データにラベル付けして新たな分類クラスを設定し、追加学習用データセット12iへ格納する。   In addition, the determination unit 11f determines whether or not the above-described additional learning is necessary based on the correlation score of the corresponding data, and when it is determined that additional learning is necessary, the determination unit 11f labels the corresponding data and performs a new classification. A class is set and stored in the additional learning data set 12i.

ここで、図3Aおよび図3Bを用いて、追加学習の要否の判定の指標となる相関スコアについて説明する。図3Aおよび図3Bは、相関スコアの説明図(その1)および(その2)である。   Here, using FIG. 3A and FIG. 3B, a correlation score serving as an index for determining whether or not additional learning is necessary will be described. 3A and 3B are explanatory diagrams (part 1) and (part 2) of the correlation score.

図3Aに示すように、過去の異常記録から、事象#1,#2が機械学習され、異常分類モデル12eが生成されたものとする。かかる場合、異常分類モデル12eは、特徴量A,Bに基づく2次元の特徴量のベクトル空間において、事象#1,#2を識別することとなるが、ここに未知の事象#3が入力された場合、同図に示すように、かかる「未学習の事象#3について、異常分類モデル12eは、事象#1か事象#2かを出力する」こととなる。仮に、事象#3は、事象#1に識別されるものとする。   As shown in FIG. 3A, it is assumed that events # 1 and # 2 are machine-learned from an abnormal record in the past, and an abnormal classification model 12e is generated. In such a case, the abnormal classification model 12e identifies the events # 1 and # 2 in the vector space of the two-dimensional feature quantity based on the feature quantities A and B, but the unknown event # 3 is input here. In this case, as shown in the figure, such “for the unlearned event # 3, the abnormal classification model 12e outputs event # 1 or event # 2”. Assume that event # 3 is identified as event # 1.

このとき、図3Bに示すように、異常分類モデル12eが、事象#1の標本点群と事象#3の標本点との距離に相当する相関スコアを出力することによって、事象#3の事象#1との類似度を推し量ることができる。相関スコアは、0〜1の値をとり、値が小さいほど類似度は低く、値が大きいほど類似度は高い。   At this time, as shown in FIG. 3B, the abnormality classification model 12e outputs a correlation score corresponding to the distance between the sample point group of the event # 1 and the sample point of the event # 3, whereby the event # 3 of the event # 3 The degree of similarity with 1 can be estimated. The correlation score takes a value of 0 to 1. The smaller the value, the lower the similarity, and the larger the value, the higher the similarity.

したがって、たとえば未知の事象#3について、異常分類モデル12eにより、事象#1に対応するカテゴリID「001」が出力されたものの、その相関スコアがきわめて低い(たとえば0である)場合、判定部11fは、新たな異常を示す新しい事象であるとして、追加学習要と判定することができる。一方、相関スコアが高い(たとえば0.8以上である)場合、判定部11fは、既知の事象であるとして、追加学習不要と判定することができる。   Therefore, for example, for the unknown event # 3, when the category ID “001” corresponding to the event # 1 is output by the abnormality classification model 12e, but the correlation score is extremely low (for example, 0), the determination unit 11f It can be determined that additional learning is required as a new event indicating a new abnormality. On the other hand, when the correlation score is high (for example, 0.8 or more), the determination unit 11f can determine that the additional learning is unnecessary because it is a known event.

なお、相関スコアが、きわめて低くもなく高くもないグレーゾーンにある場合、追加学習の要否を人の知見による判断に委ねてもよい。かかる場合、判定部11fは、報知部11gを介して、管理者やオペレータ等が携帯する携帯情報端末などの外部装置へ、故障予兆ありである旨と、その異常分類結果および相関スコアを報知させ、その応答操作に基づいて追加学習の要否を判定してもよい。応答操作は、外部装置の表示部に、たとえば「未知の事象の可能性があります(相関スコア:0.5)。追加学習しますか?」とのガイダンスを表示させ、それに対する「はい」または「いいえ」を入力させるものであってもよい。   If the correlation score is in a gray zone that is neither extremely low nor high, the necessity of additional learning may be left to judgment based on human knowledge. In such a case, the determination unit 11f informs an external device such as a portable information terminal carried by an administrator, an operator, or the like via the notification unit 11g that there is a failure sign, the abnormality classification result, and the correlation score. The necessity of additional learning may be determined based on the response operation. For the response operation, for example, the guidance of “There is a possibility of an unknown event (correlation score: 0.5). Do you want to learn further?” Is displayed on the display unit of the external device, and “Yes” or “ “No” may be input.

また、相関スコアがグレーゾーンにある場合であっても、かかるグレーゾーンに予め細かく閾値を設定しておき、かかる閾値に基づいて自動的に、判定部11fが追加学習の要否を判定してもよい。   Even if the correlation score is in the gray zone, a threshold value is set in advance in the gray zone, and the determination unit 11f automatically determines whether additional learning is necessary based on the threshold value. Also good.

図2の説明に戻り、つづいて報知部11gについて説明する。報知部11gは、判定部11fから該当データの乖離度、寄与率、カテゴリIDおよび相関スコアの通知を受け付けた場合に、かかる通知および過去履歴データ12hに基づき、たとえば図1Eに示したような報知情報を生成し、外部装置へ報知する。   Returning to the description of FIG. 2, the notification unit 11g will be described. When the notification unit 11g receives a notification of the divergence degree, the contribution rate, the category ID, and the correlation score of the corresponding data from the determination unit 11f, based on the notification and the past history data 12h, for example, the notification as illustrated in FIG. 1E Information is generated and notified to an external device.

更新部11hは、追加学習用データセット12iを用いて異常分類モデル12eを更新する。   The update unit 11h updates the abnormality classification model 12e using the additional learning data set 12i.

次に、本実施形態に係る故障予知装置10による異常判別結果の具体例について、図4A〜図4Fを用いて説明する。図4A〜図4Fは、本実施形態に係る故障予知装置10による異常判別結果の具体例を示す図(その1)〜(その6)である。   Next, a specific example of the abnormality determination result by the failure prediction apparatus 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4A to 4F. 4A to 4F are diagrams (No. 1) to (No. 6) illustrating specific examples of the abnormality determination result by the failure prediction apparatus 10 according to the present embodiment.

まず、図4Aに示すように、故障予知装置10の過去の運用期間中において、正常状態からの乖離度が所定の判定閾値Th1を超える、「事象#1」〜「事象#5」が発生していたものとする。そして、かかる「事象#1」〜「事象#5」それぞれの異常が順にカテゴリID「001」〜「005」で分類されたうえで、異常状態分として機械学習が実行され、異常分類モデル12eが生成されたものとする。   First, as shown in FIG. 4A, during the past operation period of the failure prediction apparatus 10, “event # 1” to “event # 5” in which the deviation from the normal state exceeds a predetermined determination threshold Th1 occur. It shall have been. Then, after the abnormalities of the “event # 1” to “event # 5” are sequentially classified by the category IDs “001” to “005”, machine learning is executed as an abnormal state, and the abnormal classification model 12e is obtained. Suppose that it was generated.

このような異常分類モデル12eに対し、「事象#1」〜「事象#5」それぞれの異常データを評価分として入力した場合、異常分類モデル12eが出力する「カテゴリID」および「相関スコア」は、図4Bに示すようなものになる。   For such an abnormal classification model 12e, when the abnormal data of “event # 1” to “event # 5” are input as evaluations, the “category ID” and “correlation score” output by the abnormal classification model 12e are As shown in FIG. 4B.

すなわち、図4Bに示すように、異常分類モデル12eは、「事象#1」にはカテゴリID「001」を、「事象#2」にはカテゴリID「002」を、「事象#3」にはカテゴリID「003」を、「事象#4」にはカテゴリID「004」を、「事象#5」にはカテゴリID「005」を、それぞれ出力する。   That is, as shown in FIG. 4B, the abnormality classification model 12e has a category ID “001” for “event # 1,” a category ID “002” for “event # 2,” and a “event # 3”. The category ID “003” is output, the “event # 4” is output with the category ID “004”, and the “event # 5” is output with the category ID “005”.

また、異常分類モデル12eは、「相関スコア」については、「事象#1」〜「事象#5」のいずれにおいても概ね「0.8」以上の高い値を出力することとなる。   In addition, the abnormality classification model 12e outputs a high value of approximately “0.8” or more for any of “event # 1” to “event # 5” for “correlation score”.

ここで、図4Cに示すように、図4Aよりも時系列的に後である運用期間中において、正常状態からの乖離度が判定閾値Th1を超える、「事象#6」〜「事象#10」が発生したものとする。なお、これら「事象#6」〜「事象#10」は、正常状態からの乖離度から見ればそれぞれ異なる態様で観察されるが、すべて同じ分類クラス(たとえば、カテゴリID「003」)に分類される異常であったものとする。このように、実際の運用上では、同じ異常が、同じような正常状態からの解離度で観察されるとは限らないことがよくある。   Here, as shown in FIG. 4C, during the operation period later in time series than FIG. 4A, the degree of deviation from the normal state exceeds the determination threshold Th1, “event # 6” to “event # 10” Is assumed to occur. In addition, these “event # 6” to “event # 10” are observed in different modes as seen from the degree of deviation from the normal state, but are all classified into the same classification class (for example, category ID “003”). It was assumed that it was abnormal. Thus, in actual operation, the same abnormality is not always observed with the same degree of dissociation from the normal state.

かかる「事象#6」〜「事象#10」それぞれの異常データを、図4Aの異常分類モデル12eに対して評価分として入力し、異常分類モデル12eが、図4Dに示す「カテゴリID」および「相関スコア」を出力したものとする。   Abnormal data of each of such “event # 6” to “event # 10” is input as an evaluation portion to the abnormality classification model 12e of FIG. 4A, and the abnormality classification model 12e displays “category ID” and “ Assume that "correlation score" is output.

すなわち、図4Dに示すように、異常分類モデル12eは、「事象#6」〜「事象#10」のそれぞれにつき、カテゴリID「003」を出力し、かかる内容が報知されることによって、管理者やオペレータは、これらがいずれもカテゴリID「003」で分類される異常であることを確認することができる。   That is, as shown in FIG. 4D, the abnormality classification model 12e outputs the category ID “003” for each of “event # 6” to “event # 10”, and the administrator is notified of this content. The operator can confirm that these are abnormalities classified by the category ID “003”.

ただし、「相関スコア」は、「事象#6」および「事象#10」については、概ね「0.8」以上の高い値であるが、「事象#7」〜「事象#9」については、「0.6」〜「0.8」の間の値であり、「事象#6」および「事象#10」に比べて相対的にやや低い。   However, “correlation score” is a high value of “0.8” or more for “event # 6” and “event # 10”, but for “event # 7” to “event # 9”, It is a value between “0.6” and “0.8”, which is relatively low compared to “event # 6” and “event # 10”.

したがって、このような場合、前述したように同じ異常が同じような正常状態からの解離度で観察されるとは限らない、といった点を踏まえれば、異なる異常が似たような振る舞いの相関スコアで観察される可能性もあることから、人の知見により追加学習の要否を判断させてもよい。   Therefore, in such a case, as described above, the same abnormality is not always observed with the same degree of dissociation from the normal state, so that different anomalies have similar behavioral correlation scores. Since it may be observed, the necessity of additional learning may be determined based on human knowledge.

すなわち、図4Dに示す例の場合、「事象#7」〜「事象#9」についての報知時には、前述したように、外部装置の表示部に「未知の事象の可能性があります(相関スコア:0.6〜0.8)。追加学習しますか?」とのガイダンスを表示させ、その内容を確認した管理者やオペレータからの応答操作に基づいて、判定部11fが追加学習の要否を判定してもよい。   That is, in the case of the example shown in FIG. 4D, at the time of notification about “event # 7” to “event # 9”, as described above, there is a possibility of an “unknown event (correlation score: 0.6 to 0.8) “Do you want to learn additional?” Is displayed, and based on the response operation from the administrator or operator who confirmed the content, the determination unit 11f determines whether additional learning is necessary or not. You may judge.

次に、図4Eに示すように、図4Aの「事象#1」〜「事象#5」に基づいて、まず「事象#1を学習」した異常分類モデル12eで「事象#1,#2を評価」し、つづいて「事象#2を追加学習」した異常分類モデル12eで「事象#3を評価」し、…の順で事象#4まで追加学習を繰り返し、「事象#5を評価」まで行ったものとする。   Next, as shown in FIG. 4E, on the basis of “event # 1” to “event # 5” in FIG. 4A, first, “event # 1 and # 2 are identified by the abnormality classification model 12e that“ learned event # 1 ”. "Evaluate", then "Evaluate event # 3" with the abnormal classification model 12e that "learned additional event # 2", repeat additional learning until event # 4 in the order of ..., until "evaluate event # 5" Suppose you have gone.

この場合に、「事象#1」〜「事象#5」それぞれの異常データを順に評価分として入力した際に、異常分類モデル12eがそれぞれ出力する「カテゴリID」および「相関スコア」は、図4Fに示すようなものになる。   In this case, when the abnormal data of “event # 1” to “event # 5” are sequentially input as evaluations, the “category ID” and “correlation score” output by the abnormal classification model 12e are shown in FIG. It will be as shown in

すなわち、図4Fに示すように、「事象#1」については、学習済みの既知のデータであるため、異常分類モデル12eは、カテゴリID「001」および「0.8」以上の高い「相関スコア」を出力する。   That is, as shown in FIG. 4F, since “event # 1” is already learned data, the abnormal classification model 12e has a high “correlation score” of category IDs “001” and “0.8” or higher. Is output.

これに対し、「事象#2」〜「事象#5」それぞれの評価時には、「事象#2」〜「事象#5」はそれぞれ未知のデータであるため、異常分類モデル12eは、それぞれ既知のカテゴリIDを出力する。   On the other hand, at the time of evaluation of each of “event # 2” to “event # 5”, since “event # 2” to “event # 5” are unknown data, respectively, the abnormal classification model 12e has a known category. Output the ID.

このとき、「事象#2」〜「事象#4」の場合のように、相関スコアが明らかに低ければ、判定部11fは、それぞれ「事象#2」〜「事象#4」を追加学習要と判定することができる。一方、「事象#5」の場合のように、相関スコアがほぼ「0.6」〜「0.8」と、既知のデータ(ここでは、カテゴリID「004」)とある程度の類似性を示しているようであれば、前述のようにガイダンス等を表示させることによって、人の知見に判断を委ねることが好ましい。   At this time, if the correlation score is clearly low as in the case of “event # 2” to “event # 4”, the determination unit 11f adds “event # 2” to “event # 4” as additional learning points, respectively. Can be determined. On the other hand, as in the case of “event # 5”, the correlation score is approximately “0.6” to “0.8”, which shows a certain degree of similarity with known data (here, category ID “004”). If so, it is preferable to leave the judgment to human knowledge by displaying guidance or the like as described above.

次に、故障予知装置10が実行する処理手順について、図5Aおよび図5Bを用いて説明する。図5Aおよび図5Bは、故障予知装置10が実行する処理手順を示すフローチャート(その1)および(その2)である。   Next, a processing procedure executed by the failure prediction apparatus 10 will be described with reference to FIGS. 5A and 5B. FIG. 5A and FIG. 5B are flowcharts (part 1) and (part 2) showing the processing procedure executed by the failure prediction apparatus 10.

図5Aに示すように、まず制御部11が、運用初回であるか否かを判定する(ステップS101)。ここで、運用初回である場合(ステップS101,Yes)、つづいて制御部11は、正常期間を設定する(ステップS102)。正常期間は、たとえば「○月×日から30日間」などがシステム上設定される。   As shown in FIG. 5A, first, the control unit 11 determines whether or not it is the first operation (step S101). Here, when it is the first operation (step S101, Yes), the control unit 11 sets a normal period (step S102). As the normal period, for example, “○ month × day to 30 days” is set on the system.

つづいて、第1生成部11cが、抽出部11bによって抽出された正常学習用データセット12b、すなわち正常期間分の正常データから機械学習により正常モデル12dを生成する(ステップS103)。   Subsequently, the first generation unit 11c generates a normal model 12d by machine learning from the normal learning data set 12b extracted by the extraction unit 11b, that is, normal data for a normal period (step S103).

つづいて、第2生成部11dが、抽出部11bによって抽出された異常学習用データセット12c、すなわち過去の異常データにラベルを付け、分類クラスを設定する(ステップS104)。そして、第2生成部11dは、分類クラスを設定した過去の異常データから、正常モデル12dを基にした転移学習により、異常分類モデル12eを生成する(ステップS105)。   Subsequently, the second generation unit 11d labels the abnormality learning data set 12c extracted by the extraction unit 11b, that is, past abnormality data, and sets a classification class (step S104). Then, the second generation unit 11d generates the abnormal classification model 12e from the past abnormal data in which the classification class is set by transfer learning based on the normal model 12d (step S105).

なお、ステップS101で運用初回でない場合(ステップS101,No)、ステップS106へ制御を移す。   If it is not the first operation in step S101 (step S101, No), control is transferred to step S106.

つづいて、図5Bに示すように、評価部11eが、抽出部11bによって抽出された評価用データセット12f、すなわち評価データを入力とした正常モデル12dの出力値に基づいて正常状態からの乖離度を算出する(ステップS106)。   Subsequently, as shown in FIG. 5B, the evaluation unit 11e determines the degree of divergence from the normal state based on the output value of the normal model 12d to which the evaluation data set 12f extracted by the extraction unit 11b, that is, the evaluation data is input. Is calculated (step S106).

そして、判定部11fが、評価部11eにより算出された乖離度が所定の判定閾値Th1以上であるか否かを判定する(ステップS107)。ここで、乖離度が判定閾値Th1以上である場合(ステップS107,Yes)、報知部11gが、故障予兆ありを報知する(ステップS108)。   Then, the determination unit 11f determines whether or not the divergence calculated by the evaluation unit 11e is greater than or equal to a predetermined determination threshold value Th1 (step S107). Here, when the divergence degree is equal to or greater than the determination threshold Th1 (Yes at Step S107), the notification unit 11g notifies that there is a failure sign (Step S108).

一方、乖離度が判定閾値Th1未満である場合(ステップS107,No)、判定部11fが、故障予兆なしと判定し(ステップS109)、処理を終了する。   On the other hand, when the divergence degree is less than the determination threshold Th1 (step S107, No), the determination unit 11f determines that there is no failure sign (step S109) and ends the process.

また、ステップS108につづいては、評価部11eが、該当データを異常分類モデル12eへ入力し、異常分類結果および相関スコアを導出する(ステップS110)。そして、判定部11fが、評価部11eにより導出された相関スコアが所定の判定閾値以上であるか否かを判定する(ステップS111)。   Further, following step S108, the evaluation unit 11e inputs the corresponding data to the abnormality classification model 12e, and derives an abnormality classification result and a correlation score (step S110). Then, the determination unit 11f determines whether or not the correlation score derived by the evaluation unit 11e is greater than or equal to a predetermined determination threshold (step S111).

ここで、相関スコアが判定閾値以上である場合(ステップS111,Yes)、報知部11gが、異常分類結果および相関スコアを報知して(ステップS112)、処理を終了する。   Here, when the correlation score is equal to or greater than the determination threshold value (step S111, Yes), the notification unit 11g notifies the abnormality classification result and the correlation score (step S112), and the process is terminated.

一方、相関スコアが判定閾値未満である場合(ステップS111,No)、判定部11fが、追加学習の要否を判定する(ステップS113)。ここで、追加学習要と判定される場合(ステップS113,Yes)、判定部11fは、該当データにラベル付けして新たな分類クラスを追加する(ステップS114)。   On the other hand, when the correlation score is less than the determination threshold (No at Step S111), the determination unit 11f determines whether additional learning is necessary (Step S113). Here, when it is determined that additional learning is necessary (step S113, Yes), the determination unit 11f labels the corresponding data and adds a new classification class (step S114).

そして、更新部11hが、判定部11fによって追加学習用データセット12iへ格納された該当データから異常分類モデル12eを更新して(ステップS115)、処理を終了する。なお、追加学習不要と判定される場合は(ステップS113,No)、そのまま処理を終了する。   Then, the update unit 11h updates the abnormal classification model 12e from the corresponding data stored in the additional learning data set 12i by the determination unit 11f (step S115), and the process ends. If it is determined that no additional learning is required (No at step S113), the process is terminated.

ところで、上述してきた実施形態に係る故障予知装置10は、たとえば図6に示すような構成のコンピュータ60によって実現される。図6は、故障予知装置10の機能を実現するコンピュータの一例を示すハードウェア構成図である。コンピュータ60は、CPU(Central Processing Unit)61、RAM(Random Access Memory)62、ROM(Read Only Memory)63、HDD(Hard Disk Drive)64、通信インタフェース(I/F)65、入出力インタフェース(I/F)66、およびメディアインタフェース(I/F)67を備える。   By the way, the failure prediction apparatus 10 according to the embodiment described above is realized by a computer 60 having a configuration as shown in FIG. 6, for example. FIG. 6 is a hardware configuration diagram illustrating an example of a computer that realizes the functions of the failure prediction apparatus 10. The computer 60 includes a central processing unit (CPU) 61, a random access memory (RAM) 62, a read only memory (ROM) 63, a hard disk drive (HDD) 64, a communication interface (I / F) 65, an input / output interface (I). / F) 66 and a media interface (I / F) 67.

CPU61は、ROM63またはHDD64に格納されたプログラムに基づいて動作し、各部の制御を行う。ROM63は、コンピュータ60の起動時にCPU61によって実行されるブートプログラムや、コンピュータ60のハードウェアに依存するプログラム等を格納する。   The CPU 61 operates based on a program stored in the ROM 63 or the HDD 64 and controls each unit. The ROM 63 stores a boot program executed by the CPU 61 when the computer 60 is activated, a program depending on the hardware of the computer 60, and the like.

HDD64は、CPU61によって実行されるプログラムおよび当該プログラムによって使用されるデータ等を格納する。通信インタフェース65は、通信ネットワークを介して他の機器からデータを受信してCPU61へ送り、CPU61が生成したデータを、通信ネットワークを介して他の機器へ送信する。   The HDD 64 stores a program executed by the CPU 61, data used by the program, and the like. The communication interface 65 receives data from other devices via the communication network and sends the data to the CPU 61, and transmits the data generated by the CPU 61 to other devices via the communication network.

CPU61は、入出力インタフェース66を介して、ディスプレイやプリンタ等の出力装置、および、キーボードやマウス等の入力装置を制御する。CPU61は、入出力インタフェース66を介して、入力装置からデータを取得する。また、CPU61は、生成したデータを、入出力インタフェース66を介して出力装置へ出力する。   The CPU 61 controls an output device such as a display and a printer and an input device such as a keyboard and a mouse via the input / output interface 66. The CPU 61 acquires data from the input device via the input / output interface 66. Further, the CPU 61 outputs the generated data to the output device via the input / output interface 66.

メディアインタフェース67は、記録媒体68に格納されたプログラムまたはデータを読み取り、RAM62を介してCPU61に提供する。CPU61は、当該プログラムを、メディアインタフェース67を介して記録媒体68からRAM62上にロードし、ロードしたプログラムを実行する。記録媒体68は、たとえばDVD(Digital Versatile Disc)、PD(Phase change rewritable Disk)等の光学記録媒体、MO(Magneto-Optical disk)等の光磁気記録媒体、テープ媒体、磁気記録媒体、または半導体メモリ等である。   The media interface 67 reads a program or data stored in the recording medium 68 and provides it to the CPU 61 via the RAM 62. The CPU 61 loads the program from the recording medium 68 onto the RAM 62 via the media interface 67 and executes the loaded program. The recording medium 68 is, for example, an optical recording medium such as a DVD (Digital Versatile Disc) or PD (Phase change rewritable disk), a magneto-optical recording medium such as an MO (Magneto-Optical disk), a tape medium, a magnetic recording medium, or a semiconductor memory. Etc.

たとえば、コンピュータ60が実施形態に係る故障予知装置10として機能する場合、コンピュータ60のCPU61は、RAM62上にロードされたプログラムを実行することにより、制御部11の各機能を実現する。また、HDD64には、記憶部12内のデータが記憶される。コンピュータ60のCPU61は、これらのプログラムを、記録媒体68から読み取って実行するが、他の例として、他の装置から、通信ネットワークを介してこれらのプログラムを取得してもよい。   For example, when the computer 60 functions as the failure prediction apparatus 10 according to the embodiment, the CPU 61 of the computer 60 implements each function of the control unit 11 by executing a program loaded on the RAM 62. The HDD 64 stores data in the storage unit 12. The CPU 61 of the computer 60 reads these programs from the recording medium 68 and executes them, but as another example, these programs may be acquired from other devices via a communication network.

上述してきたように、実施形態に係る故障予知装置10は、抽出部11bと、第1生成部11cと、第2生成部11dと、評価部11eと、判定部11fと、報知部11gとを備える。   As described above, the failure prediction apparatus 10 according to the embodiment includes the extraction unit 11b, the first generation unit 11c, the second generation unit 11d, the evaluation unit 11e, the determination unit 11f, and the notification unit 11g. Prepare.

抽出部11bは、対象機械100(「機械設備」の一例に相当)に設けられた複数のセンサS−1〜S−nのセンサデータのうち、対象機械100の正常稼働時における正常状態分、異常発生時における異常状態分、および、任意の評価時における評価分を抽出する。   The extraction unit 11b includes, for sensor data of a plurality of sensors S-1 to Sn provided in the target machine 100 (corresponding to an example of “mechanical equipment”), a normal state during normal operation of the target machine 100, An abnormal state component at the time of occurrence of an abnormality and an evaluation component at an arbitrary evaluation time are extracted.

第1生成部11cは、正常状態分を用いた機械学習を実行することによって、正常稼働時におけるセンサS−1〜S−n間の相関性をモデル化した正常モデル12dを生成する。第2生成部11dは、正常モデル12dを基に、異常状態分を用いた転移学習を実行することによって、異常発生時における異常パターンをモデル化した異常分類モデル12eを生成する。   The 1st production | generation part 11c produces | generates the normal model 12d which modeled the correlation between the sensors S-1 to Sn at the time of normal operation by performing the machine learning using the part for a normal state. The second generation unit 11d generates an abnormal classification model 12e that models an abnormal pattern when an abnormality occurs by executing transfer learning using an abnormal state based on the normal model 12d.

評価部11eは、評価分を正常モデル12dへ入力することによって得られる正常モデル12dの出力値に基づいて対象機械100の正常状態からの乖離度を評価する。   The evaluation unit 11e evaluates the degree of deviation from the normal state of the target machine 100 based on the output value of the normal model 12d obtained by inputting the evaluation amount to the normal model 12d.

判定部11fは、上記乖離度に基づいて対象機械100に故障予兆ありと判定される場合に、評価分を異常分類モデル12eへ入力することによって得られる異常分類モデル12eの出力値に基づいて異常パターンを判定する。報知部11gは、異常パターンを含む判定部11fの判定結果を報知する。   If the determination unit 11f determines that there is a failure sign in the target machine 100 based on the degree of deviation, the determination unit 11f performs an abnormality based on the output value of the abnormality classification model 12e obtained by inputting the evaluation amount to the abnormality classification model 12e. Determine the pattern. The notification unit 11g notifies the determination result of the determination unit 11f including the abnormal pattern.

したがって、本実施形態に係る故障予知装置10によれば、対象機械100の故障予知精度を向上させることができる。   Therefore, according to the failure prediction apparatus 10 according to the present embodiment, the failure prediction accuracy of the target machine 100 can be improved.

ところで、上述した実施形態では、故障予兆ありと判定された場合に、少なくとも外部装置へ報知する場合を例に挙げたが、これに限らなくともよい。たとえば、判定部11fが、故障予兆ありと判定されたもののうち、重要であるか否かによって報知の要否を判定することとしてもよい。重要であるか否かは、たとえば異常パターンを示すカテゴリIDによって区別されてもよい。また、予め重要でない異常パターンを判別する判別モデルを機械学習によって生成しておき、故障予兆ありと判定された評価分をかかる判別モデルへ入力することによって、出力値として、報知が必要な重要な異常パターンであるか/報知が不要な重要でない異常パターンであるかを得ることとしてもよい。   By the way, in the above-described embodiment, the case where at least an external device is notified when it is determined that there is a failure sign is taken as an example, but the present invention is not limited thereto. For example, the determination unit 11f may determine whether or not notification is necessary depending on whether or not it is important among those determined to have a failure sign. Whether or not it is important may be distinguished by, for example, a category ID indicating an abnormal pattern. In addition, a discriminant model for discriminating insignificant abnormal patterns is generated by machine learning in advance, and an evaluation portion determined to have a sign of failure is input to the discriminant model. It may be obtained whether the pattern is an abnormal pattern / unimportant abnormal pattern that does not require notification.

また、上述した実施形態では、機械学習のアルゴリズムとしてディープラーニングを用いるものとしたが、用いるアルゴリズムを限定するものではない。したがって、SVM(Support Vector Machine)のようなパターン識別器を用いたサポートベクタ回帰等の回帰分析手法により機械学習を実行し、正常モデル12dや異常分類モデル12eを生成してもよい。また、ここで、パターン識別器はSVMに限らず、たとえばアダブースト(AdaBoost)などであってもよい。また、ランダムフォレストなどを用いてもよい。   In the above-described embodiment, deep learning is used as a machine learning algorithm, but the algorithm to be used is not limited. Therefore, machine learning may be executed by a regression analysis method such as support vector regression using a pattern classifier such as SVM (Support Vector Machine) to generate the normal model 12d and the abnormal classification model 12e. Here, the pattern discriminator is not limited to SVM, and may be, for example, AdaBoost. A random forest or the like may be used.

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。   Further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Thus, the broader aspects of the present invention are not limited to the specific details and representative embodiments shown and described above. Accordingly, various modifications can be made without departing from the spirit or scope of the general inventive concept as defined by the appended claims and their equivalents.

1 故障予知システム
10 故障予知装置
11 制御部
11a 収集部
11b 抽出部
11c 第1生成部
11d 第2生成部
11e 評価部
11f 判定部
11g 報知部
11h 更新部
12 記憶部
12a 収集データ
12b 正常学習用データセット
12c 異常学習用データセット
12d 正常モデル
12e 異常分類モデル
12f 評価用データセット
12g 評価情報
12h 過去履歴データ
12i 追加学習用データセット
100 対象機械
S−1〜S−n センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Failure prediction system 10 Failure prediction apparatus 11 Control part 11a Collection part 11b Extraction part 11c 1st generation part 11d 2nd generation part 11e Evaluation part 11f Determination part 11g Notification part 11h Update part 12 Storage part 12a Collected data 12b Normal learning data Set 12c Abnormal learning data set 12d Normal model 12e Abnormal classification model 12f Evaluation data set 12g Evaluation information 12h Past history data 12i Additional learning data set 100 Target machine S-1 to Sn sensor

Claims (8)

機械設備に設けられた複数のセンサのセンサデータのうち、前記機械設備の正常稼働時における正常状態分、異常発生時における異常状態分、および、任意の評価時における評価分を抽出する抽出工程と、
前記正常状態分を用いた機械学習を実行することによって、前記正常稼働時における前記センサ間の相関性をモデル化した正常モデルを生成する第1生成工程と、
前記正常モデルを基に、前記異常状態分を用いた転移学習を実行することによって、前記異常発生時における異常パターンをモデル化した異常分類モデルを生成する第2生成工程と、
前記評価分を前記正常モデルへ入力することによって得られる該正常モデルの出力値に基づいて前記機械設備の正常状態からの乖離度を評価する評価工程と、
前記乖離度に基づいて前記機械設備に故障予兆ありと判定される場合に、前記評価分を前記異常分類モデルへ入力することによって得られる該異常分類モデルの出力値に基づいて前記異常パターンを判定する判定工程と、
前記異常パターンを含む前記判定工程の判定結果を報知する報知工程と
を含むことを特徴とする故障予知方法。
An extraction step for extracting a normal state component during normal operation of the mechanical facility, an abnormal state component at the occurrence of an abnormality, and an evaluation component at an arbitrary evaluation time from sensor data of a plurality of sensors provided in the mechanical facility; ,
A first generation step of generating a normal model that models the correlation between the sensors during the normal operation by performing machine learning using the normal state; and
A second generation step of generating an abnormal classification model that models an abnormal pattern at the time of occurrence of the abnormality by executing transfer learning using the abnormal state component based on the normal model;
An evaluation step for evaluating the degree of deviation from the normal state of the mechanical equipment based on the output value of the normal model obtained by inputting the evaluation portion to the normal model;
When it is determined that there is a failure sign in the mechanical equipment based on the degree of deviation, the abnormality pattern is determined based on an output value of the abnormality classification model obtained by inputting the evaluation portion to the abnormality classification model A determination step to
A failure prediction method comprising: a notification step of notifying a determination result of the determination step including the abnormal pattern.
前記異常分類モデルの出力値に基づいて新たな前記異常パターンを示すと推定される前記評価分を追加学習分とした機械学習を実行することによって、前記異常分類モデルを更新する更新工程
をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の故障予知方法。
An update step of updating the abnormality classification model by executing machine learning using the evaluation portion estimated to indicate a new abnormality pattern based on an output value of the abnormality classification model as an additional learning portion The failure prediction method according to claim 1.
前記第2生成工程は、
前記評価分が入力された場合に、前記異常パターンの識別子および該異常パターンに対する前記評価分の類似度が出力されるように前記異常分類モデルを生成し、
前記判定工程は、
前記報知工程に、前記類似度を含む前記判定結果を報知させる
ことを特徴とする請求項2に記載の故障予知方法。
The second generation step includes
When the evaluation portion is input, the abnormality classification model is generated so that an identifier of the abnormal pattern and a similarity degree of the evaluation portion with respect to the abnormal pattern are output,
The determination step includes
The failure prediction method according to claim 2, wherein the notifying step notifies the determination result including the similarity.
前記判定工程は、
前記類似度が所定の判定閾値未満である場合に、当該類似度に対応する前記評価分を前記追加学習分として、前記更新工程に前記異常分類モデルを更新させる
ことを特徴とする請求項3に記載の故障予知方法。
The determination step includes
4. The abnormality classification model is updated in the update step, when the similarity is less than a predetermined determination threshold, with the evaluation corresponding to the similarity as the additional learning. The failure prediction method described.
前記判定工程は、
前記追加学習分により前記更新工程に前記異常分類モデルを更新させる前に、該更新させるか否かの応答操作を外部から受け付け可能となるように前記報知工程に報知させる
ことを特徴とする請求項4に記載の故障予知方法。
The determination step includes
The update process is configured to notify the notification process so that a response operation as to whether or not to update can be accepted from the outside before the update process updates the abnormality classification model by the additional learning. 4. The failure prediction method according to 4.
前記判定工程は、
前記異常パターンに応じて前記報知工程による報知の要否を判定する
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の故障予知方法。
The determination step includes
The failure prediction method according to claim 1, wherein the necessity of notification by the notification step is determined according to the abnormality pattern.
機械設備に設けられた複数のセンサのセンサデータのうち、前記機械設備の正常稼働時における正常状態分、異常発生時における異常状態分、および、任意の評価時における評価分を抽出する抽出部と、
前記正常状態分を用いた機械学習を実行することによって、前記正常稼働時における前記センサ間の相関性をモデル化した正常モデルを生成する第1生成部と、
前記正常モデルを基に、前記異常状態分を用いた転移学習を実行することによって、前記異常発生時における異常パターンをモデル化した異常分類モデルを生成する第2生成部と、
前記評価分を前記正常モデルへ入力することによって得られる該正常モデルの出力値に基づいて前記機械設備の正常状態からの乖離度を評価する評価部と、
前記乖離度に基づいて前記機械設備に故障予兆ありと判定される場合に、前記評価分を前記異常分類モデルへ入力することによって得られる該異常分類モデルの出力値に基づいて前記異常パターンを判定する判定部と、
前記異常パターンを含む前記判定部の判定結果を報知する報知部と
を備えることを特徴とする故障予知装置。
An extraction unit that extracts, from sensor data of a plurality of sensors provided in a mechanical facility, a normal state portion during normal operation of the mechanical facility, an abnormal state portion when an abnormality occurs, and an evaluation portion at an arbitrary evaluation time ,
A first generation unit that generates a normal model that models the correlation between the sensors during the normal operation by executing machine learning using the normal state;
A second generation unit that generates an abnormality classification model that models an abnormal pattern at the time of occurrence of the abnormality by performing transfer learning using the abnormal state component based on the normal model;
An evaluation unit that evaluates the degree of deviation from the normal state of the mechanical equipment based on the output value of the normal model obtained by inputting the evaluation part to the normal model;
When it is determined that there is a failure sign in the mechanical equipment based on the degree of deviation, the abnormality pattern is determined based on an output value of the abnormality classification model obtained by inputting the evaluation portion to the abnormality classification model A determination unit to perform,
A failure prediction device comprising: a notification unit that notifies a determination result of the determination unit including the abnormal pattern.
機械設備に設けられた複数のセンサのセンサデータのうち、前記機械設備の正常稼働時における正常状態分、異常発生時における異常状態分、および、任意の評価時における評価分を抽出する抽出手順と、
前記正常状態分を用いた機械学習を実行することによって、前記正常稼働時における前記センサ間の相関性をモデル化した正常モデルを生成する第1生成手順と、
前記正常モデルを基に、前記異常状態分を用いた転移学習を実行することによって、前記異常発生時における異常パターンをモデル化した異常分類モデルを生成する第2生成手順と、
前記評価分を前記正常モデルへ入力することによって得られる該正常モデルの出力値に基づいて前記機械設備の正常状態からの乖離度を評価する評価手順と、
前記乖離度に基づいて前記機械設備に故障予兆ありと判定される場合に、前記評価分を前記異常分類モデルへ入力することによって得られる該異常分類モデルの出力値に基づいて前記異常パターンを判定する判定手順と、
前記異常パターンを含む前記判定手順の判定結果を報知する報知手順と
をコンピュータに実行させることを特徴とする故障予知プログラム。
An extraction procedure for extracting a normal state component during normal operation of the mechanical facility, an abnormal state component at the time of occurrence of an abnormality, and an evaluation component at an arbitrary evaluation time from sensor data of a plurality of sensors provided in the mechanical facility; ,
A first generation procedure for generating a normal model that models the correlation between the sensors during the normal operation by performing machine learning using the normal state;
A second generation procedure for generating an abnormal classification model that models an abnormal pattern at the time of occurrence of the abnormality by performing transfer learning using the abnormal state component based on the normal model;
An evaluation procedure for evaluating the degree of deviation from the normal state of the mechanical equipment based on the output value of the normal model obtained by inputting the evaluation portion to the normal model;
When it is determined that there is a failure sign in the mechanical equipment based on the degree of deviation, the abnormality pattern is determined based on an output value of the abnormality classification model obtained by inputting the evaluation portion to the abnormality classification model Judgment procedure to
A failure prediction program that causes a computer to execute a notification procedure for reporting a determination result of the determination procedure including the abnormal pattern.
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