JP6885321B2 - Process status diagnosis method and status diagnosis device - Google Patents
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Description
本発明は、プロセスの状態診断方法及び状態診断装置に関する。 The present invention relates to a process state diagnosis method and a state diagnosis device.
製造プロセスの製造状態、特に異常状態を診断する方法としては、モデルベースアプローチとデータベースアプローチとがある。モデルベースアプローチは、製造プロセスにおける物理的又は化学的な現象を数式で表現したモデルを構築し、構築したモデルを用いて製造プロセスの製造状態を診断するアプローチである。一方、データベースアプローチは、製造プロセスで得られた操業データから統計解析的なモデルを構築し、構築したモデルを用いて製造プロセスの製造状態を診断するアプローチである。 There are a model-based approach and a database approach as methods for diagnosing the manufacturing state of the manufacturing process, especially the abnormal state. The model-based approach is an approach in which a model expressing a physical or chemical phenomenon in a manufacturing process is constructed by a mathematical formula, and the manufacturing state of the manufacturing process is diagnosed using the constructed model. On the other hand, the database approach is an approach in which a statistically analytical model is constructed from the operation data obtained in the manufacturing process, and the manufacturing state of the manufacturing process is diagnosed using the constructed model.
鉄鋼プロセスのような製造プロセスでは、1つの製造ラインで多品種、多サイズの製品が製造されるため、操業パターンが多数存在する。また、高炉のような製造設備では、鉄鉱石やコークス等のような自然物を原材料として用いるために、製造プロセスのばらつきが大きい。このため、鉄鋼プロセスのような製造プロセスの製造状態を診断する場合、モデルベースアプローチのみによるアプローチでは限界がある。 In a manufacturing process such as a steel process, many kinds and sizes of products are manufactured on one production line, so that there are many operation patterns. Further, in a manufacturing facility such as a blast furnace, natural objects such as iron ore and coke are used as raw materials, so that the manufacturing process varies widely. Therefore, when diagnosing the manufacturing state of a manufacturing process such as a steel process, there is a limit to the approach using only the model-based approach.
データベースアプローチとしては、過去の異常発生時の操業データをデータベース化して現在の操業データとの類似性を判定する診断方法や、逆に正常時の操業データをデータベース化して現在の操業データとの違いを判定する診断方法がある。ところが、鉄鋼プロセスのような製造プロセスでは、製造に用いられる設備点数が多い上に、特に日本のように老朽化が進んだ設備が多い場合、過去に前例のないトラブルが発生することが少なくない。このため、過去のトラブル事例をベースとする前者のような診断方法では異常状態の予知に限界がある。 As a database approach, there is a diagnostic method that creates a database of operation data at the time of past abnormalities to determine the similarity with the current operation data, and conversely, creates a database of normal operation data and differs from the current operation data. There is a diagnostic method to determine. However, in a manufacturing process such as a steel process, the number of equipment used for manufacturing is large, and especially when there are many aging equipment such as Japan, unprecedented troubles often occur in the past. .. Therefore, there is a limit to the prediction of an abnormal state by a diagnostic method such as the former based on past trouble cases.
一方、後者の診断方法としては、特許文献1〜4に記載されているものがある。具体的には、特許文献1,2には、正常時の操業データを用いて作成されたモデルによる予測に基づき製造プロセスの異常状態を予知又は検知する方法が記載されている。また、特許文献3,4には、正常時の操業データからパターンを抽出、ライブラリ化し、取得した操業データとライブラリ化されたパターンとの違いを判定することにより、いつもと違う状況を早期に検知する方法が記載されている。
On the other hand, as the latter diagnostic method, there are those described in Patent Documents 1 to 4. Specifically,
しかしながら、鉄鋼プロセスのような製造プロセスでは、多数の操業パターンや製造プロセスのばらつきを完全に網羅したモデルを構築することは困難であるために、モデルを利用して製造プロセスの製造状態を精度よく予測することは困難である。このため、特許文献1,2記載の方法では、製造プロセスの異常状態の予知又は検知の精度を向上させることが困難である。また、特許文献3,4記載の方法では、製造プロセスの操業パターンが多数存在する場合、操業の度毎にパターンの数やその分布状態が増大するために、取得した操業データとライブラリ化されたパターンとの違いを判定するために多くの労力が必要となり、診断を効率的に行うことが困難になる。このため、製造プロセスの製造状態を精度よく、且つ、効率的に診断可能な技術の提供が期待されていた。
However, in a manufacturing process such as a steel process, it is difficult to construct a model that completely covers a large number of operation patterns and variations in the manufacturing process. Therefore, the model is used to accurately determine the manufacturing state of the manufacturing process. It is difficult to predict. Therefore, it is difficult to improve the accuracy of predicting or detecting an abnormal state in the manufacturing process by the methods described in
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、プロセスの状態を精度よく、且つ、効率的に診断可能なプロセスの状態診断方法及び状態診断装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a process state diagnosis method and a state diagnosis device capable of accurately and efficiently diagnosing a process state. ..
本発明に係るプロセスの状態診断方法は、プロセスの状態を予測する複数のサブモデルの予測誤差から該サブモデル毎に算出される前記プロセスの正常状態からの逸脱指標を用いて前記プロセスの状態を診断するプロセスの状態診断方法であって、前記サブモデル毎に算出された逸脱指標毎に変数の属性を示す変数属性ラベルを定義し、同じ変数属性ラベルを持つ逸脱指標について集約値を算出し、前記属性毎の前記逸脱指標の集約値を要素とするパターンを属性逸脱指標パターンとしてデータベースに格納する属性逸脱指標演算ステップと、新たに得られた変数の実績値から算出された属性逸脱指標パターンと類似する属性逸脱指標パターンを前記データベースから抽出し、該抽出された類似する属性逸脱指標パターンに関する過去の情報を提示する状態診断ステップと、を含むことを特徴とする。 In the process state diagnosis method according to the present invention, the state of the process is determined by using a deviation index from the normal state of the process calculated for each submodel from the prediction errors of a plurality of submodels that predict the state of the process. It is a state diagnosis method of the process of diagnosis, in which a variable attribute label indicating a variable attribute is defined for each deviation index calculated for each submodel, and an aggregate value is calculated for a deviation index having the same variable attribute label. An attribute deviation index calculation step in which a pattern having the aggregated value of the deviation index for each attribute as an element is stored in the database as an attribute deviation index pattern, and an attribute deviation index pattern calculated from the actual value of the newly obtained variable. It is characterized by including a state diagnosis step of extracting a similar attribute deviation index pattern from the database and presenting past information about the extracted similar attribute deviation index pattern.
本発明に係るプロセスの状態診断方法は、上記発明において、前記状態診断ステップは、前記属性逸脱指標パターンを構成する要素数をmとしたとき、各属性逸脱指標パターンをm次元空間上の点として捉え、新たに得られた変数の実績値から算出された属性逸脱指標パターンに対応する点と前記データベースに格納されている属性逸脱指標パターンに対応する点との間の距離に基づいて類似する属性逸脱指標パターンを抽出するステップを含むことを特徴とする。 In the state diagnosis method of the process according to the present invention, in the above invention, when the number of elements constituting the attribute deviation index pattern is m, each attribute deviation index pattern is set as a point on the m-dimensional space. Similar attributes based on the distance between the points corresponding to the attribute deviation index pattern calculated from the actual values of the newly obtained variables and the points corresponding to the attribute deviation index patterns stored in the database. It is characterized by including a step of extracting a deviation index pattern.
本発明に係るプロセスの状態診断方法は、上記発明において、前記状態診断ステップは、類似する属性逸脱指標パターンに関する過去の情報を類似度が高い順にランキング形式で提示するステップを含むことを特徴とする。 The state diagnosis method of the process according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the state diagnosis step includes a step of presenting past information regarding similar attribute deviation index patterns in a ranking format in descending order of similarity. ..
本発明に係るプロセスの状態診断方法は、上記発明において、前記逸脱指標の集約値は、同じ変数属性ラベルを持つ逸脱指標についての前記逸脱指標の平均値又は最大値を含む統計量であることを特徴とする。 According to the method for diagnosing the state of the process according to the present invention, in the above invention, the aggregated value of the deviation index is a statistic including the average value or the maximum value of the deviation index for the deviation index having the same variable attribute label. It is a feature.
本発明に係るプロセスの状態診断装置は、プロセスの状態を予測する複数のサブモデルの予測誤差から該サブモデル毎に算出される前記プロセスの正常状態からの逸脱指標を用いて前記プロセスの状態を診断するプロセスの状態診断装置であって、前記サブモデル毎に算出された逸脱指標毎に変数の属性を示す変数属性ラベルを定義し、同じ変数属性ラベルを持つ逸脱指標について集約値を算出し、前記属性毎の前記逸脱指標の集約値を要素とするパターンを属性逸脱指標パターンとしてデータベースに格納する属性逸脱指標演算部と、新たに得られた変数の実績値から算出された属性逸脱指標パターンと類似する属性逸脱指標パターンを前記データベースから抽出し、該抽出された類似する属性逸脱指標パターンに関する過去の情報を提示する状態診断部と、を備えることを特徴とする。 The process state diagnostic apparatus according to the present invention determines the state of the process by using a deviation index from the normal state of the process calculated for each submodel from the prediction errors of a plurality of submodels that predict the state of the process. It is a state diagnostic device for the process of diagnosing, and a variable attribute label indicating the variable attribute is defined for each deviation index calculated for each submodel, and an aggregate value is calculated for the deviation index having the same variable attribute label. An attribute deviation index calculation unit that stores a pattern having the aggregated value of the deviation index for each attribute as an element in the database, and an attribute deviation index pattern calculated from the actual value of the newly obtained variable. It is characterized by including a state diagnosis unit that extracts a similar attribute deviation index pattern from the database and presents past information on the extracted similar attribute deviation index pattern.
本発明に係るプロセスの状態診断方法及び状態診断装置によれば、プロセスの状態を精度よく、且つ、効率的に診断することができる。 According to the process state diagnosis method and the state diagnosis device according to the present invention, the process state can be diagnosed accurately and efficiently.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態であるプロセスの状態診断装置について説明する。なお、本実施形態は、鉄鋼設備等の製造設備の製造プロセスの製造状態を診断する処理に本発明を適用したものであるが、本発明は、発電設備の発電プロセス、搬送設備の搬送プロセス、及び廃液処理設備の廃液処理プロセス等のその他のプロセスの状態を診断する処理にも同様にして適用することができる。 Hereinafter, a process state diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, the present invention is applied to a process of diagnosing a manufacturing state of a manufacturing process of a manufacturing facility such as steel equipment, but the present invention relates to a power generation process of a power generation facility, a transport process of a transport facility, and the like. And the same can be applied to the process of diagnosing the state of other processes such as the waste liquid treatment process of the waste liquid treatment equipment.
〔装置構成〕
まず、図1を参照して、本発明の一実施形態であるプロセスの状態診断装置について説明する。
〔Device configuration〕
First, a process state diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図1は、本発明の一実施形態であるプロセスの状態診断装置の構成を示すブロック図である。図1に示すように、本発明の一実施形態であるプロセスの状態診断装置1は、鉄鋼設備等の製造設備の製造プロセスの製造状態を診断する装置であり、入力部11、出力部12、外部装置13、記憶部14、及び制御部15を主な構成要素として備えている。なお、診断する“製造プロセスの製造状態”には、製造プロセスにおいて製造中の製品の状態も含まれる。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a process state diagnosis device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the process state diagnosis device 1 according to the embodiment of the present invention is a device for diagnosing the manufacturing state of the manufacturing process of manufacturing equipment such as steel equipment, and is an input unit 11, an
入力部11は、後述するサブモデルによる予測や原因推定を行う診断対象の実操業データを情報・制御系ネットワークを介して受信する装置である。入力部11は、受信した診断対象の実操業データを制御部15に入力する。
The input unit 11 is a device that receives actual operation data of a diagnosis target for prediction and cause estimation by a submodel described later via an information / control system network. The input unit 11 inputs the received actual operation data of the diagnosis target to the
出力部12は、表示装置や印刷装置等の出力装置によって構成され、制御部15の各種処理情報を出力する。
The
外部装置13は、電気通信回線を介して情報通信可能な形態で制御部15に接続されている。外部装置13は、操業データベース(操業DB)13aを備えている。操業DB13aには、製造プロセスの過去の操業時に取得された複数種類の変数の時系列データのうち、正常操業時に取得された複数種類の変数の時系列データが電気通信回線を介して読み取り可能な形態で格納されている。また、操業DB13aには、過去の操業時における製造プロセスの製造条件に関する情報も複数種類の変数の時系列データと関連付けして記憶されている。
The external device 13 is connected to the
記憶部14は、ハードディスク装置等の記憶装置によって構成され、制御部15に接続されている。記憶部14には、サブモデルデータベース(サブモデルDB)14a及び属性逸脱指標パターンデータベース(属性逸脱指標パターンDB)14bが記憶されている。サブモデルDB14は、製造プロセス及び/又は製造プロセスにおいて製造中の製品の状態を示す時系列の予測値を算出する数式をサブモデルとして格納している。属性逸脱指標パターンDB14bは、各サブモデルの属性逸脱指標を要素とする属性逸脱指標パターンを格納している。サブモデル、逸脱指標、及び属性逸脱指標パターンの詳細については後述する。
The
制御部15は、CPU(Central Processing Unit)等の演算処理装置によって構成され、プロセスの状態診断装置1全体の動作を制御する。制御部15は、演算処理装置がコンピュータプログラムを実行することによって、属性逸脱指標算出部15a及び状態診断部15bとして機能する。これら各部の機能については後述する。
The
〔サブモデルの構成〕
次に、サブモデルDB14aに格納されているサブモデルの構成について説明する。
[Submodel configuration]
Next, the configuration of the submodel stored in the submodel DB 14a will be described.
本実施形態において、サブモデルとは、製造プロセス及び/又は製造プロセスにおいて製造中の製品の状態を示す時系列の予測値を算出する数式のことを意味する。複数種類のサブモデルを構築することにより、製造プロセス全体で1つのモデルを構築するよりも異常状態の早期検知及び原因推定が容易になる。ここで、時系列の予測値を求める既知の数式が存在する製造プロセス及び/又は製造プロセスにおいて製造中の製品の状態については、その既知の数式をサブモデルとして用いることができる。 In the present embodiment, the submodel means a mathematical formula for calculating a time-series predicted value indicating the state of a product being manufactured in the manufacturing process and / or the manufacturing process. By constructing a plurality of types of submodels, it is easier to detect an abnormal state at an early stage and estimate the cause than to construct one model in the entire manufacturing process. Here, the known mathematical formula can be used as a submodel for the state of the product being manufactured in the manufacturing process and / or the manufacturing process in which a known mathematical formula for obtaining the predicted value of the time series exists.
一方、時系列の予測値を求める数式が存在しない製造プロセス及び/又は製造プロセスにおいて製造中の製品の状態については、製造プロセスの正常操業時に取得した自身以外の複数の変数を用いて統計解析的な処理によって求められた回帰式をサブモデルとして用いる。また、各サブモデルには、所定の評価期間におけるサブモデルの予測誤差(予測値と実績値との差分値)に応じて信頼度(予測誤差が小さくなるのに応じて大きくなる値)が付与されている。なお、算出された信頼度が低い場合には、サブモデルの構成を見直すことが望ましい。 On the other hand, for the manufacturing process and / or the state of the product being manufactured in the manufacturing process for which there is no mathematical formula for obtaining the predicted value of the time series, statistical analysis is performed using a plurality of variables other than itself acquired during normal operation of the manufacturing process. The regression equation obtained by the above processing is used as a submodel. In addition, each submodel is given a reliability (a value that increases as the prediction error decreases) according to the prediction error (difference value between the predicted value and the actual value) of the submodel in a predetermined evaluation period. Has been done. If the calculated reliability is low, it is desirable to review the submodel configuration.
〔属性逸脱指標パターンの構成〕
次に、図2、図3、及び表1を参照して、属性逸脱指標パターンの構成について説明する。
[Structure of attribute deviation index pattern]
Next, the configuration of the attribute deviation index pattern will be described with reference to FIGS. 2, 3, and 1.
本実施形態において、逸脱指標とは、正常操業時に取得した変数の実績値と対応するサブモデルから算出された変数の予測値との差分値(予測誤差)のことを意味し、逸脱指標パターンとは、各サブモデルから求められた逸脱指標を要素として含むパターンのことを意味する。図2(a)〜(g)は、7個の逸脱指標パターンを示す。図2において、横軸はサブモデルの番号(1〜140)を示し、縦軸は逸脱指標の値を示している。以下に示す表1は、鉄鋼プロセスにおける仕上げ圧延機に適応する場合のサブモデルの例を示している。 In the present embodiment, the deviation index means a difference value (prediction error) between the actual value of the variable acquired during normal operation and the predicted value of the variable calculated from the corresponding submodel, and is referred to as the deviation index pattern. Means a pattern that includes the deviation index obtained from each submodel as an element. 2 (a) to 2 (g) show seven deviation index patterns. In FIG. 2, the horizontal axis represents the submodel number (1 to 140), and the vertical axis represents the value of the deviation index. Table 1 below shows an example of a submodel when applied to a finish rolling mill in a steel process.
鉄鋼プロセスのような製造プロセスでは、多数の操業パターンや製造プロセス、複数の設備、多数のセンサ測定値を取り扱うため、図2(a)〜(g)に示す通り、逸脱指標パターンはばらつきが大きくなる。このため、算出される逸脱指標パターンが必ずしも過去に算出されたパターンと類似するわけではなく、この場合、設備状態や異常原因のような情報を提示することはできなくなる。 Since a manufacturing process such as a steel process handles a large number of operation patterns, manufacturing processes, multiple facilities, and a large number of sensor measurements, the deviation index patterns vary widely as shown in FIGS. 2 (a) to 2 (g). Become. Therefore, the calculated deviation index pattern is not necessarily similar to the pattern calculated in the past, and in this case, it is not possible to present information such as the equipment state and the cause of the abnormality.
そこで、本実施形態では、サブモデルで予測する変数毎に測定項目や対象設備等の変数の属性を示す変数属性ラベルを定義し、同じ変数属性ラベルを持つ変数について逸脱指標の平均値又は最大値等の集約値を算出し、変数属性ラベル毎の逸脱指標の集約値を要素とする属性逸脱指標パターンを算出する。鉄鋼プロセスにおける仕上げ圧延機の場合では表1に示したような変数属性ラベルを定義できる。この場合、属性1には個別の仕上げ圧延機を識別する属性を定義し、属性2にはサブモデルが予測する測定項目を表す属性を付与した。表1の属性3に示す通り、測定項目をさらに大別した属性を付与することもできる。ここで、集約値は平均値、最大値に限定されるものではなく、メジアン、モード値、加重平均、最小値、絶対値の最大値、最小値等の統計量を適宜に選択して用いることができる。
Therefore, in the present embodiment, a variable attribute label indicating the attributes of variables such as measurement items and target equipment is defined for each variable predicted by the submodel, and the average value or the maximum value of the deviation index is defined for the variables having the same variable attribute label. Etc. are calculated, and the attribute deviation index pattern with the aggregated value of the deviation index for each variable attribute label as an element is calculated. In the case of a finish rolling mill in a steel process, variable attribute labels as shown in Table 1 can be defined. In this case, the attribute 1 is defined as an attribute for identifying each finishing rolling mill, and the
図3に変数属性による集約の効果を示す。図3の左側には7個の逸脱指標パターン(a)〜(g)を示しており、それぞれ図2に示したものと同じものである。逸脱指標パターン(a)〜(g)それぞれについて、表1で示す属性2(測定項目を表す属性)による集約で得られる属性逸脱指標パターンを図3の右側に示す。属性逸脱指標パターンの横軸は属性2で定義した変数属性ラベルに付与した識別番号(1〜20)を示し、縦軸は変数の属性毎に最大値で集約した逸脱指標の値を示している。測定項目で集約された属性逸脱指標パターンが類似することから、事象(a)〜(c)は、異なる仕上げ圧延機で検知されてはいるが、同じ要因によって引き起こされていると考えることができる。事象(d),(e)及び事象(f),(g)についても同様である。
Figure 3 shows the effect of aggregation by variable attributes. Seven deviation index patterns (a) to (g) are shown on the left side of FIG. 3, which are the same as those shown in FIG. For each of the deviation index patterns (a) to (g), the attribute deviation index pattern obtained by aggregation by the attribute 2 (attribute representing the measurement item) shown in Table 1 is shown on the right side of FIG. The horizontal axis of the attribute deviation index pattern indicates the identification number (1 to 20) assigned to the variable attribute label defined in
本実施形態では、属性逸脱指標パターンDB14bに格納されている属性逸脱指標パターンと新たに取得した変数の実績値から求められた属性逸脱指標パターンとを比較することによって、製造プロセスの製造状態を診断する。図2(a)〜(c)は異なる仕上げ圧延機についての同じ異常状態を例としており、例えば事象(a)が過去に計測した異常事象として属性逸脱指標パターンDB14bに格納されている場合、新たに取得した事象(b)及び事象(c)についても類似事象として識別することが可能となる。 In the present embodiment, the manufacturing state of the manufacturing process is diagnosed by comparing the attribute deviation index pattern stored in the attribute deviation index pattern DB 14b with the attribute deviation index pattern obtained from the actual value of the newly acquired variable. To do. FIGS. 2 (a) to 2 (c) take the same abnormal state for different finishing rolling mills as an example. For example, when the event (a) is stored in the attribute deviation index pattern DB 14b as an abnormal event measured in the past, it is new. It is possible to identify the event (b) and the event (c) acquired in the above as similar events.
表1に示す鉄鋼プロセスの仕上げ圧延機への適用例を考える場合、属性1で集約する属性逸脱指標パターンを過去の事例と比較することにより、異常が発生した仕上げ圧延機の識別が可能となり、属性2で集約する属性逸脱指標パターンを用いることにより、より具体的に異常に関連する測定項目をキーとして過去の事例と比べることが可能となる。属性2による属性逸脱指標パターンで過去の類似事象を識別できない場合は、属性3で集約する属性逸脱指標パターンを比較することにより、同じ系統の過去の異常事象を調べることが可能となる。属性1〜3の全ての属性逸脱指標パターンにおいて過去の類似事象が識別されることが最も具体的な異常情報を得られる場合となるが、一方で一部の属性においてでも過去の異常事象との類似情報が提示されれば設備の安定化に効果をもたらすことができる。
When considering the application example of the steel process shown in Table 1 to the finish rolling mill, it is possible to identify the finish rolling mill in which the abnormality has occurred by comparing the attribute deviation index pattern aggregated by attribute 1 with the past cases. By using the attribute deviation index pattern aggregated by
〔状態診断処理〕
次に、図4を参照して、本発明の一実施形態であるプロセスの状態診断装置1によるプロセスの状態診断方法について説明する。
[Status diagnosis processing]
Next, with reference to FIG. 4, a process state diagnosis method by the process state diagnosis device 1 according to the embodiment of the present invention will be described.
図4は、本発明の一実施形態であるプロセスの状態診断処理の流れを示すフローチャートである。図4に示すフローチャートは、入力部11が制御部15に実操業データを入力したタイミングで開始となり、状態診断処理はステップS1の処理に進む。
FIG. 4 is a flowchart showing a flow of a process state diagnosis process according to an embodiment of the present invention. The flowchart shown in FIG. 4 starts at the timing when the input unit 11 inputs the actual operation data to the
ステップS1の処理では、属性逸脱指標算出部15aが、操業DB13aから処理対象時刻において製造プロセスから取得された複数種類の変数の実績値のデータを読み込む。これにより、ステップS1の処理は完了し、状態診断処理はステップS2の処理に進む。
In the process of step S1, the attribute deviation
ステップS2の処理では、属性逸脱指標算出部15aが、ステップS1の処理において読み込まれた複数種類の変数の実績値のデータを用いて、処理対象時刻における製造プロセスの状態が正常操業時における製造プロセスの状態とどの程度異なるかを示す値を逸脱指標としてサブモデル毎に算出する。具体的には、まず、属性逸脱指標算出部15aは、サブモデルDB14aからサブモデルのデータを読み出し、変数の実績値のデータを対応するサブモデルに代入することによって変数毎に処理対象時刻における予測値を算出する。次に、属性逸脱指標算出部15aは、変数間の絶対量や単位の違いを規格化するために複数種類の変数の実績値及び予測値のデータを正規化する。そして、属性逸脱指標算出部15aは、処理対象時刻における変数の正規化された予測値と正規化された実績値との差分値を逸脱指標としてサブモデル毎に算出する。なお、サブモデル毎に信頼度が異なる場合には、逸脱指標はサブモデルの信頼度を考慮した値とすることが望ましい。具体的には、変数の予測値を算出する度毎に予測誤差の値を更新し、信頼度(例えば1/(直近区間の正規化予測誤差+1)。なお、現時点の正規化予測誤差(逸脱指標)=(現時点の予測誤差−モデル作成時の予測誤差平均値)/モデル作成時の予測誤差標準偏差))に比例した重みを逸脱指標に乗算することが望ましい。ここで、予測誤差に1を加算した理由は、予測誤差がゼロに近い場合に重みが非常に大きな値になることを防ぐためである。また、信頼度の計算式は一例であって、シナリオの内容や計算式は製造プロセスに応じて適宜変更してもよい。これにより、ステップS2の処理は完了し、状態診断処理はステップS3の処理に進む。
In the process of step S2, the attribute deviation
ステップS3の処理では、属性逸脱指標算出部15aが、ステップS2の処置において算出された逸脱指標毎に、予め定義された測定項目や対象設備等の変数の属性を示す変数属性ラベルに基づいて同じ変数属性ラベルを持つ変数について逸脱指標の平均値又は最大値等の集約値を算出し、逸脱指標の集約値を要素とする属性逸脱指標パターンを算出する。これにより、ステップS3の処理は完了し、状態診断処理はステップS4の処理に進む。
In the process of step S3, the attribute deviation
ステップS4の処理では、状態診断部15bが、ステップS3の処理において算出された変数属性ラベルによる逸脱指標の集約値を要素とする属性逸脱指標パターンに類似する属性逸脱指標パターンが属性逸脱指標パターンDB14b内に格納されているか否かを判別する。具体的には、属性逸脱指標パターンの要素数(=変数属性ラベル数)がm個ある場合、状態診断部15bは、各属性逸脱指標パターンをm次元空間上の1点として捉え、ステップS3の処理において算出された属性逸脱指標パターンに対応する点と属性逸脱指標パターンDB14b内に格納されている属性逸脱指標パターンに対応する点との間の距離を算出する。そして、状態診断部15bは、算出された距離が所定値以下である属性逸脱指標パターンが属性逸脱指標パターンDB14b内に格納されている場合、類似する属性逸脱指標パターンが属性逸脱指標パターンDB14b内に格納されていると判別する。 In the process of step S4, the state diagnosis unit 15b has the attribute deviation index pattern DB 14b similar to the attribute deviation index pattern having the aggregated value of the deviation index based on the variable attribute label calculated in the process of step S3 as an element. Determine if it is stored in. Specifically, when the number of elements (= number of variable attribute labels) of the attribute deviation index pattern is m, the state diagnosis unit 15b regards each attribute deviation index pattern as one point in the m-dimensional space, and in step S3. The distance between the point corresponding to the attribute deviation index pattern calculated in the process and the point corresponding to the attribute deviation index pattern stored in the attribute deviation index pattern DB 14b is calculated. Then, when the attribute deviation index pattern whose calculated distance is equal to or less than a predetermined value is stored in the attribute deviation index pattern DB 14b, the state diagnosis unit 15b stores a similar attribute deviation index pattern in the attribute deviation index pattern DB 14b. Determine that it is stored.
判別の結果、類似する属性逸脱指標パターンが属性逸脱指標パターンDB14b内に格納されている場合(ステップS4:Yes)、状態診断部15bは、状態診断処理をステップS5の処理に進める。一方、類似する属性逸脱指標パターンが属性逸脱指標パターンDB14b内に格納されていない場合には(ステップS4:No)、状態診断部15bは、一連の状態診断処理を終了する。 As a result of the determination, when a similar attribute deviation index pattern is stored in the attribute deviation index pattern DB 14b (step S4: Yes), the state diagnosis unit 15b advances the state diagnosis process to the process of step S5. On the other hand, when a similar attribute deviation index pattern is not stored in the attribute deviation index pattern DB 14b (step S4: No), the state diagnosis unit 15b ends a series of state diagnosis processes.
ステップS5の処理では、状態診断部15bが、ステップS4の処理において算出された距離が所定値以下である場合、属性逸脱指標パターンDB14b内に属性逸脱指標パターンに付与されて格納されている異常についての原因等の情報を表す異常属性ラベルを読み出し、読み出した情報を出力部12に出力する。異常属性ラベルは変数属性ラベル(表1に示す例の場合、属性1〜3)に対応する形式で定義すると得られる過去のトラブル情報の整理が容易となる。なお、この際、状態診断部15bは、類似度が高い(=距離が短い)属性逸脱指標パターンの順にランキング形式で異常属性ラベルに基づく情報を出力してもよい。オペレータは、出力部12に出力された過去の情報に基づいて、評価対象の製造プロセスの製造状態を判定する。これにより、ステップS5の処理は完了し、一連の状態診断処理は終了する。
In the process of step S5, when the distance calculated in the process of step S4 is equal to or less than a predetermined value, the state diagnosis unit 15b adds and stores the abnormality in the attribute deviation index pattern DB 14b to the attribute deviation index pattern. The abnormal attribute label representing the information such as the cause of the above is read, and the read information is output to the
以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である状態診断処理では、状態診断部15bが、新たに得られた変数の実績値から算出された属性逸脱指標パターンと類似する属性逸脱指標パターンが属性逸脱指標パターンDB14bに格納されている場合、類似する属性逸脱指標パターンに過去の関する情報を提示する。すなわち、正常時に作成した複数のモデルからの逸脱指標を一旦求めた上で、複数の逸脱指標を属性逸脱指標パターンとしてライブラリ化し、ライブラリ化した属性逸脱指標パターンに基づき製造プロセスの製造状態を判定するので、製造プロセスの製造状態を精度よく診断できる。また、多数の操業パターンや設備に存在するような製造プロセスであっても、ライブラリに蓄積された属性逸脱指標パターンを効率的に解析しやすくなるので、製造プロセスの製造状態を効率的に診断することができる。 As is clear from the above description, in the state diagnosis process according to the embodiment of the present invention, the state diagnosis unit 15b has an attribute deviation similar to the attribute deviation index pattern calculated from the actual value of the newly obtained variable. When the index pattern is stored in the attribute deviation index pattern DB 14b, information related to the past is presented for a similar attribute deviation index pattern. That is, after once obtaining the deviation index from the plurality of models created at the normal time, the plurality of deviation indexes are made into a library as the attribute deviation index pattern, and the manufacturing state of the manufacturing process is determined based on the libraryized attribute deviation index pattern. Therefore, the manufacturing state of the manufacturing process can be accurately diagnosed. In addition, even in a manufacturing process that exists in a large number of operation patterns and equipment, it becomes easy to efficiently analyze the attribute deviation index pattern accumulated in the library, so that the manufacturing state of the manufacturing process can be efficiently diagnosed. be able to.
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。 Although the embodiment to which the invention made by the present inventor is applied has been described above, the present invention is not limited by the description and the drawings which form a part of the disclosure of the present invention according to the present embodiment. That is, other embodiments, examples, operational techniques, and the like made by those skilled in the art based on the present embodiment are all included in the scope of the present invention.
1 プロセスの状態診断装置
11 入力部
12 出力部
13 外部装置
13a 操業データベース(操業DB)
14 記憶部
14a サブモデルデータベース(サブモデルDB)
14b 属性逸脱指標パターンデータベース(属性逸脱指標パターンDB)
15 制御部
15a 属性逸脱指標演算部
15b 状態診断部
1 Process status diagnostic device 11
14 Storage unit 14a Submodel database (submodel DB)
14b Attribute deviation index pattern database (attribute deviation index pattern DB)
15
Claims (5)
前記サブモデル毎に算出された逸脱指標毎に当該サブモデルで予測する変数の属性を示す変数属性ラベルを定義し、同じ変数属性ラベルを持つ異なる複数の前記逸脱指標について一つの集約値を算出し、前記属性毎の前記逸脱指標の集約値を要素とするパターンを属性逸脱指標パターンとしてデータベースに格納する属性逸脱指標演算ステップと、
新たに得られた前記変数の実績値から算出された属性逸脱指標パターンと類似する属性逸脱指標パターンを前記データベースから抽出し、該抽出された類似する属性逸脱指標パターンに関する過去の情報を提示する状態診断ステップと、
を含むことを特徴とするプロセスの状態診断方法。 A process state diagnosis method for diagnosing the state of the process using a deviation index from the normal state of the process calculated for each submodel from prediction errors of a plurality of submodels for predicting the state of the process.
For each deviation index calculated for each submodel, a variable attribute label indicating the attribute of the variable predicted by the submodel is defined, and one aggregate value is calculated for a plurality of different deviation indexes having the same variable attribute label. , An attribute deviation index calculation step for storing a pattern having the aggregated value of the deviation index for each attribute as an element in the database as an attribute deviation index pattern.
A state in which an attribute deviation index pattern similar to the newly obtained attribute deviation index pattern calculated from the actual value of the variable is extracted from the database, and past information on the extracted similar attribute deviation index pattern is presented. Diagnostic steps and
A method for diagnosing the state of a process, which comprises.
前記サブモデル毎に算出された逸脱指標毎に当該サブモデルで予測する変数の属性を示す変数属性ラベルを定義し、同じ変数属性ラベルを持つ異なる複数の前記逸脱指標について一つの集約値を算出し、前記属性毎の前記逸脱指標の集約値を要素とするパターンを属性逸脱指標パターンとしてデータベースに格納する属性逸脱指標演算部と、
新たに得られた前記変数の実績値から算出された属性逸脱指標パターンと類似する属性逸脱指標パターンを前記データベースから抽出し、該抽出された類似する属性逸脱指標パターンに関する過去の情報を提示する状態診断部と、
を備えることを特徴とするプロセスの状態診断装置。 A process state diagnostic device that diagnoses the process state using a deviation index from the normal state of the process calculated for each submodel from prediction errors of a plurality of submodels that predict the process state.
For each deviation index calculated for each submodel, a variable attribute label indicating the attribute of the variable predicted by the submodel is defined, and one aggregate value is calculated for a plurality of different deviation indexes having the same variable attribute label. , An attribute deviation index calculation unit that stores a pattern having the aggregated value of the deviation index for each attribute as an element in the database as an attribute deviation index pattern.
A state in which an attribute deviation index pattern similar to the newly obtained attribute deviation index pattern calculated from the actual value of the variable is extracted from the database, and past information on the extracted similar attribute deviation index pattern is presented. Diagnosis department and
A process state diagnostic device comprising.
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