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JP2019016039A - Method for diagnosing abnormal state of process and abnormal state diagnosis apparatus - Google Patents

Method for diagnosing abnormal state of process and abnormal state diagnosis apparatus Download PDF

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JP2019016039A JP2017131049A JP2017131049A JP2019016039A JP 2019016039 A JP2019016039 A JP 2019016039A JP 2017131049 A JP2017131049 A JP 2017131049A JP 2017131049 A JP2017131049 A JP 2017131049A JP 2019016039 A JP2019016039 A JP 2019016039A
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Abstract

【課題】製造プロセス等のプロセスにおいて発生した異常状態の原因を推定可能なプロセスの異常状態診断方法および異常状態診断装置を提供すること。【解決手段】プロセスの異常状態診断方法は、プロセスの状態を予測する複数のサブモデルを用いて、プロセスの正常状態からの逸脱指標を算出し、サブモデルごとに算出した逸脱指標からなる逸脱指標パターンセットに基づいて、プロセスで発生した異常状態の原因を推定するものであり、逸脱指標パターンセットにおいて、サブモデルの説明変数として関係する変数について、それぞれに異常がある場合に示す異常のパターンを複数の基底パターンとして作成する基底パターン作成ステップと、基底パターンに基づいて、プロセスで発生した異常状態の原因を推定する異常原因推定ステップと、を含む。【選択図】図2PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a process abnormal state diagnosis method and an abnormal state diagnosis device capable of estimating the cause of an abnormal state generated in a process such as a manufacturing process. A method for diagnosing an abnormal state of a process uses a plurality of submodels for predicting the state of the process to calculate a deviation index from the normal state of the process, and a deviation index composed of the deviation index calculated for each submodel. Based on the pattern set, the cause of the abnormal state generated in the process is estimated, and in the deviation index pattern set, the pattern of the abnormality shown when there is an abnormality in each of the related variables as the explanatory variable of the submodel is shown. It includes a base pattern creation step of creating as a plurality of base patterns and an abnormality cause estimation step of estimating the cause of an abnormal state generated in a process based on the base pattern. [Selection diagram] Fig. 2

Description

本発明は、製造プロセス等のプロセスの異常状態診断方法および異常状態診断装置に関する。   The present invention relates to an abnormal state diagnosis method and an abnormal state diagnosis apparatus for a process such as a manufacturing process.

製造プロセス、発電プロセス、搬送プロセス等のプロセスの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、プロセスにおける物理的また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プロセスの異常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、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プロセスの異常状態を診断するアプローチである。   As a method for diagnosing an abnormal state of a process such as a manufacturing process, a power generation process, and a transfer process, there are a model-based approach and a database approach. The model-based approach is an approach for constructing a model that expresses a physical or chemical phenomenon in a process by a mathematical expression and diagnosing an abnormal state of the process using the constructed model. On the other hand, the database approach is an approach in which a statistical analysis model is constructed from operation data obtained in the process, and an abnormal state of the 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、一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、操業パターンが無数に存在する。また、高炉のような製造プロセスでは、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異常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, products of various types and sizes are manufactured on a single manufacturing line, and there are an infinite number of operation patterns. Also, in a manufacturing process such as a blast furnace, natural products such as iron ore and coke are used as raw materials, and thus the manufacturing process varies greatly. For this reason, when diagnosing an abnormal state of a manufacturing process such as a steel process, there is a limit to an approach based only on a 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, a diagnosis method for determining the similarity of the operation data at the time of the occurrence of past abnormalities to a database and judging the similarity with the current operation data, or conversely, normal operation data is converted to a database and the difference from the current operation data. There is a diagnostic method for determining the above. However, in manufacturing processes such as the steel process, there are many cases where unprecedented problems occur in the past, especially when there are many facilities used for manufacturing and there are many aging facilities, especially in Japan. . For this reason, in the former diagnostic method based on past trouble cases, there is a limit to the prediction of an abnormal state.

一方、後者の診断方法としては、特許文献1,2に記載されているものがある。特許文献1,2には、具体的には、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または検知する方法が記載されている。   On the other hand, the latter diagnostic methods are described in Patent Documents 1 and 2. Specifically, Patent Documents 1 and 2 describe a method for predicting or detecting an abnormal state of a manufacturing process based on a prediction based on a model created using normal operation data.

国際公開第2013/011745号International Publication No. 2013/011745 特許第4922265号公報Japanese Patent No. 4922265

しかしながら、特許文献1,2に記載の方法は、製造プロセスの異常状態を予知または検知することに留まっており、製造プロセスにおいて発生した異常状態の原因を推定することができない。このため、製造プロセスにおいて発生した異常状態の原因を推定可能な技術の提供が期待されていた。   However, the methods described in Patent Documents 1 and 2 are limited to predicting or detecting an abnormal state of the manufacturing process and cannot estimate the cause of the abnormal state occurring in the manufacturing process. For this reason, provision of the technique which can estimate the cause of the abnormal state which generate | occur | produced in the manufacturing process was anticipated.

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、製造プロセス等のプロセスにおいて発生した異常状態の原因を推定可能なプロセスの異常状態診断方法および異常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 thereof is to provide an abnormal state diagnosis method and an abnormal state diagnosis device for a process capable of estimating the cause of an abnormal state occurring in a process such as a manufacturing process. There is.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るプロセスの異常状態診断方法は、プロセスの状態を予測する複数のサブモデルを用いて、前記プロセスの正常状態からの逸脱指標を算出し、前記サブモデルごとに算出した逸脱指標からなる逸脱指標パターンセットに基づいて、前記プロセスで発生した異常状態の原因を推定するプロセスの異常状態診断方法であって、前記逸脱指標パターンセットにおいて、前記サブモデルの説明変数として関係する変数について、それぞれに異常がある場合に示す異常のパターンを複数の基底パターンとして作成する基底パターン作成ステップと、前記基底パターンに基づいて、前記プロセスで発生した異常状態の原因を推定する異常原因推定ステップと、を含むことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a process abnormal state diagnosis method according to the present invention uses a plurality of submodels for predicting a process state to obtain a deviation index from the normal state of the process. An abnormal condition diagnosis method for a process for estimating a cause of an abnormal condition that has occurred in the process based on a deviation index pattern set comprising deviation indices calculated for each of the submodels, wherein the deviation index pattern set includes: A base pattern creating step for creating a plurality of base patterns of abnormal patterns shown when there is an abnormality for each variable related as an explanatory variable of the sub model, and the process occurred based on the base pattern And an abnormal cause estimating step for estimating the cause of the abnormal state.

また、本発明に係るプロセスの異常状態診断方法は、上記発明において、前記基底パターン作成ステップで作成された前記基底パターンを複数種類組み合わせて人工逸脱指標パターンセットを複数作成し、前記人工逸脱指標パターンセットに含まれている前記基底パターンの種類を学習する基底パターン学習ステップと、前記基底パターン学習ステップにおける学習結果に基づいて、実際の操業時に得られた前記逸脱指標パターンセットに含まれる前記基底パターンの種類を推定する基底パターン推定ステップと、をさらに含み、前記異常原因推定ステップは、前記基底パターンの種類に基づいて、前記プロセスで発生した異常状態の原因を推定することを特徴とする。   Further, the process abnormal condition diagnosis method according to the present invention is the above-described invention, wherein a plurality of artificial departure index pattern sets are created by combining a plurality of types of the base patterns created in the base pattern creation step, and the artificial departure index pattern A base pattern learning step for learning the type of the base pattern included in the set, and the base pattern included in the deviation index pattern set obtained during actual operation based on a learning result in the base pattern learning step A base pattern estimating step for estimating the type of the abnormal pattern, and the step of estimating the abnormal cause estimates the cause of the abnormal state generated in the process based on the type of the base pattern.

また、本発明に係るプロセスの異常状態診断方法は、上記発明において、前記基底パターン作成ステップは、前記サブモデルの計算に必要な前記プロセスの正常状態のデータからなる基準データセットに対して、前記サブモデルの説明変数として関係する変数について、それぞれに微小異常を一つずつ付加することにより、摂動データセットを作成し、前記摂動データセットを前記サブモデルの入力として与えることにより、前記基底パターンを作成することを特徴とする。   In the process abnormal state diagnosis method according to the present invention, in the above invention, the base pattern generation step may be performed on a reference data set including normal state data of the process necessary for the calculation of the submodel. A perturbation data set is created by adding one minute anomaly to each of the variables related as explanatory variables of the submodel, and the basis pattern is obtained by giving the perturbation data set as an input of the submodel. It is characterized by creating.

また、本発明に係るプロセスの異常状態診断方法は、上記発明において、前記基底パターン学習ステップは、前記基底パターン作成ステップで作成された前記基底パターンを複数選択し、選択した前記基底パターンごとに適当な重みを付加して加算することにより前記人工逸脱指標パターンセットを複数作成し、前記人工逸脱指標パターンセットを入力とし、かつ選択した前記基底パターンの種類または重みを出力として、機械学習を行うことを特徴とする。   In the method for diagnosing an abnormal state of a process according to the present invention, in the above invention, the base pattern learning step selects a plurality of the base patterns created in the base pattern creation step, and appropriately selects each base pattern selected. Creating a plurality of artificial departure index pattern sets by adding and adding various weights, using the artificial departure index pattern set as an input, and performing the machine learning using the type or weight of the selected base pattern as an output It is characterized by.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るプロセスの異常状態診断装置は、プロセスの状態を予測する複数のサブモデルを用いて、前記プロセスの正常状態からの逸脱指標を算出し、前記サブモデルごとに算出した逸脱指標からなる逸脱指標パターンセットに基づいて、前記プロセスで発生した異常状態の原因を推定するプロセスの異常状態診断装置であって、前記逸脱指標パターンセットにおいて、前記サブモデルの説明変数として関係する変数について、それぞれに異常がある場合に示す異常のパターンを複数の基底パターンとして作成する基底パターン作成手段と、前記基底パターンに基づいて、前記プロセスで発生した異常状態の原因を推定する異常原因推定手段と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, an abnormal state diagnosis apparatus for a process according to the present invention uses a plurality of submodels for predicting the state of a process to provide a deviation index from the normal state of the process. An abnormal condition diagnosis apparatus for a process for estimating a cause of an abnormal condition that has occurred in the process based on a deviation index pattern set comprising deviation indices calculated for each of the submodels, wherein the deviation index pattern set includes: The base pattern creating means for creating an abnormality pattern as a plurality of base patterns for each of the variables related as the explanatory variables of the sub-model, and generated in the process based on the base pattern An abnormality cause estimating means for estimating the cause of the abnormal condition.

また、本発明に係るプロセスの異常状態診断装置は、上記発明において、前記基底パターン作成手段で作成された前記基底パターンを複数種類組み合わせて人工逸脱指標パターンセットを複数作成し、前記人工逸脱指標パターンセットに含まれている前記基底パターンの種類を学習する基底パターン学習手段と、前記基底パターン学習手段における学習結果に基づいて、実際の操業時に得られた前記逸脱指標パターンセットに含まれる前記基底パターンの種類を推定する基底パターン推定手段と、をさらに備え、前記異常原因推定手段は、前記基底パターンの種類に基づいて、前記プロセスで発生した異常状態の原因を推定することを特徴とする。   Further, the process abnormal condition diagnosis apparatus according to the present invention, in the above invention, creates a plurality of artificial departure index pattern sets by combining a plurality of types of the base patterns created by the base pattern creation means, and the artificial departure index pattern A base pattern learning means for learning the type of the base pattern included in the set; and the base pattern included in the deviation index pattern set obtained during actual operation based on a learning result in the base pattern learning means. Base pattern estimation means for estimating the type of the abnormal pattern, and the abnormality cause estimation means estimates the cause of the abnormal state generated in the process based on the type of the base pattern.

また、本発明に係るプロセスの異常状態診断装置は、上記発明において、前記基底パターン作成手段は、前記サブモデルの計算に必要な前記プロセスの正常状態のデータからなる基準データセットに対して、前記サブモデルの説明変数として関係する変数について、それぞれに微小異常を一つずつ付加することにより、摂動データセットを作成し、前記摂動データセットを前記サブモデルの入力として与えることにより、前記基底パターンを作成することを特徴とする。   The process abnormal condition diagnosis apparatus according to the present invention is the above-described invention, wherein the base pattern generation unit is configured to perform a reference data set including normal state data of the process necessary for the calculation of the submodel. A perturbation data set is created by adding one minute anomaly to each of the variables related as explanatory variables of the submodel, and the basis pattern is obtained by giving the perturbation data set as an input of the submodel. It is characterized by creating.

本発明によれば、過去に同一のトラブルが発生していない場合でも、製造プロセス等のプロセスにおいて発生した異常状態の原因を速やかに特定し、対処することが可能となる。   According to the present invention, even when the same trouble has not occurred in the past, it is possible to quickly identify and deal with the cause of an abnormal state that has occurred in a process such as a manufacturing process.

図1は、本発明の実施形態に係るプロセスの異常状態診断装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a process abnormal state diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の実施形態に係るプロセスの異常状態診断装置による異常状態診断方法の全体の流れを示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing an overall flow of the abnormal state diagnosis method by the process abnormal state diagnosis apparatus according to the embodiment of the present invention. 図3は、本発明の実施形態に係るプロセスの異常状態診断装置によって作成される逸脱指標パターンセットの一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a deviation index pattern set created by the process abnormal state diagnosis device according to the embodiment of the present invention. 図4は、本発明の実施形態に係るプロセスの異常状態診断装置によって作成される基底パターンの一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a base pattern created by the process abnormal state diagnosis apparatus according to the embodiment of the present invention. 図5は、本発明の実施形態に係るプロセスの異常状態診断装置において、逸脱指標パターンセットから基底パターンを逆推定した結果の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a result of back-estimating a base pattern from a deviation index pattern set in the process abnormal state diagnosis device according to the embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施形態に係るプロセスの異常状態診断方法および異常状態診断装置について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、以下の説明において、「Aおよび/またはB」とは、「AおよびBの少なくとも一方」のことを意味している。   Hereinafter, an abnormal state diagnosis method and an abnormal state diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily replaced by those skilled in the art or those that are substantially the same. In the following description, “A and / or B” means “at least one of A and B”.

[異常状態診断装置]
異常状態診断装置1は、鉄鋼設備等の製造設備の製造プロセス、発電設備の発電プロセス、搬送設備の搬送プロセス等の、種々のプロセスの異常状態を診断する装置であり、図1に示すように、入力部10と、出力部20と、外部装置30と、記憶部40と、モデル定義部50と、学習部60と、制御部70と、を主な構成要素として備えている。なお、以下の説明では、鉄鋼プロセスのような製造プロセスに異常状態診断装置1を適用した例について、説明する。
[Abnormal condition diagnosis device]
The abnormal state diagnosis apparatus 1 is an apparatus for diagnosing abnormal states of various processes such as a manufacturing process of a manufacturing facility such as a steel facility, a power generation process of a power generation facility, a transfer process of a transfer facility, and the like, as shown in FIG. The input unit 10, the output unit 20, the external device 30, the storage unit 40, the model definition unit 50, the learning unit 60, and the control unit 70 are provided as main components. In the following description, an example in which the abnormal state diagnosis apparatus 1 is applied to a manufacturing process such as a steel process will be described.

入力部10は、後記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10は、例えば図示しないプロセスコンピュータ等から受信した診断対象の実操業データを制御部70に入力する。   The input unit 10 is a device that receives actual operation data to be diagnosed for performing prediction and cause estimation based on a sub model, which will be described later, via an information / control network. The input unit 10 inputs actual operation data to be diagnosed received from, for example, a process computer (not shown) to the control unit 70.

出力部20は、表示装置や印刷装置等の出力装置によって構成されており、制御部70の各種処理情報を出力する。   The output unit 20 is configured by an output device such as a display device or a printing device, and outputs various processing information of the control unit 70.

外部装置30は、電気通信回線を介して情報通信可能な形態で、モデル定義部50および制御部70に接続されている。外部装置30は、操業データベース(以下、「操業DB」という)31を備えている。この操業DB31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実績値、すなわち複数種類の変数の時系列データ(以下、「変数データ」という)のうち、正常操業時に得られた複数種類の変数データが、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。   The external device 30 is connected to the model definition unit 50 and the control unit 70 in a form capable of information communication via an electric communication line. The external device 30 includes an operation database (hereinafter referred to as “operation DB”) 31. In the operation DB 31, actual values of a plurality of types of variables acquired during the past operation of the manufacturing process, that is, time series data of a plurality of types of variables (hereinafter referred to as “variable data”), are obtained during normal operation. A plurality of types of variable data are stored in a form that can be read through the telecommunication line.

記憶部40は、ハードディスク装置等の記憶装置によって構成されており、モデル定義部50、学習部60および制御部70に接続されている。記憶部40には、サブモデルデータベース(以下、「サブモデルDB」という)41、基底パターンデータベース(以下、「基底パターンDB」という)42および学習結果データベース(以下、「学習結果DB」という)43が記憶されている。   The storage unit 40 is configured by a storage device such as a hard disk device, and is connected to the model definition unit 50, the learning unit 60, and the control unit 70. The storage unit 40 includes a sub model database (hereinafter referred to as “sub model DB”) 41, a base pattern database (hereinafter referred to as “base pattern DB”) 42, and a learning result database (hereinafter referred to as “learning result DB”) 43. Is remembered.

サブモデルDB41は、製造プロセスおよび/また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。また、基底パターンDB42は、サブモデルごとの基底パターンを格納している。そして、学習結果DB43は、基底パターンの学習結果を格納している。   The sub model DB 41 stores, as a sub model, a mathematical formula for calculating a time series predicted value indicating a manufacturing process and / or a state of a product being manufactured in the manufacturing process. The base pattern DB 42 stores a base pattern for each submodel. The learning result DB 43 stores the learning result of the base pattern.

モデル定義部50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、サブモデル作成部51および基底パターン作成部52として機能する。これら各部の機能については後記する。   The model definition unit 50 functions as a submodel creation unit 51 and a base pattern creation unit 52 when the arithmetic processing unit executes a computer program. The functions of these parts will be described later.

学習部60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、基底パターン学習部61として機能する。この基底パターン学習部61の機能については後記する。   The learning unit 60 functions as the base pattern learning unit 61 when the arithmetic processing unit executes a computer program. The function of the base pattern learning unit 61 will be described later.

制御部70は、CPU(Central Processing Unit)等の演算処理装置によって構成されており、異常状態診断装置1全体の動作を制御する。制御部70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、逸脱指標算出部71、異常検知部72、基底パターン推定部73および異常原因推定部74として機能する。これら各部の機能については後記する。   The control unit 70 is configured by an arithmetic processing device such as a CPU (Central Processing Unit) and controls the operation of the entire abnormal state diagnosis device 1. The control unit 70 functions as a deviation index calculation unit 71, an abnormality detection unit 72, a base pattern estimation unit 73, and an abnormality cause estimation unit 74 when the arithmetic processing unit executes a computer program. The functions of these parts will be described later.

(サブモデル)
本実施形態において、サブモデルとは、例えば製造前の材料の状態、製造前の設備の設定、製造中の設備の状態、製造中および/または製造後の製品の状態等の間の関係を示した数式のことを意味する。サブモデルとしては、例えば、製造前の材料の状態、製造前の設備の設定状態、製造中の設備の状態等から、製造中および/または製造後の製品の状態を予測する順モデルとしての数式の他に、製造前の材料の状態、製造中の設備の状態、製造中および/または製造後の製品の状態等から、製造前の設備の設定は妥当だったのかを逆推定する逆モデルとしての数式といったように、相互に推定し合う様々な数式モデルが存在する。また、製造プロセスに含まれる発電設備や搬送設備の状態量を各種センサーや他の状態量、設定値から推定するモデルであっても構わない。このように、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一つのモデルを構築するよりも異常状態の早期検知および原因推定が容易になる。
(Sub model)
In the present embodiment, the sub-model indicates, for example, the relationship between the state of the material before manufacturing, the setting of equipment before manufacturing, the state of equipment during manufacturing, the state of products during and / or after manufacturing. Means a mathematical expression. As the sub model, for example, a mathematical expression as a forward model for predicting the state of a product during and / or after manufacture from the state of the material before manufacture, the setting state of the equipment before manufacture, the state of the equipment under manufacture, etc. In addition, as an inverse model that reversely estimates whether the setting of equipment before production was appropriate from the state of materials before production, the state of equipment during production, the state of products during and / or after production, etc. There are various mathematical models that can be estimated with each other. Moreover, the model which estimates the state quantity of the electric power generation equipment and conveyance equipment contained in a manufacturing process from various sensors, another state quantity, and a setting value may be sufficient. In this way, by constructing a plurality of types of submodels, it is easier to detect an abnormal state early and to estimate the cause than to construct a single model for the entire manufacturing process.

製造プロセスでは、目標通りの品質や寸法で製品を作り込むため、様々なモデルが構築されており、製造プロセスの状態や製造中の製品の状態を予測することがなされているが、このような既存のモデルをサブモデルとして用いてもよい。また、サブモデルが不足している場合は、統計的な処理によって新たなサブモデルを追加することもできる。例えば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回帰式を求め、サブモデルとして用いることができる。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が、いつでも自由に見直すことはできないため、例えばある期間内は、低い信頼度でも見直さずに利用しなければならないこともある。   In the manufacturing process, various models have been built in order to create products with the quality and dimensions as intended, and the state of the manufacturing process and the state of the product being manufactured are predicted. An existing model may be used as a sub model. Further, when there are a shortage of submodels, a new submodel can be added by statistical processing. For example, a regression equation can be obtained using a plurality of variables other than itself acquired during normal operation of the manufacturing process and used as a sub model. Each submodel is given a reliability (a value that increases as the prediction error decreases) according to the prediction error of the submodel during a predetermined evaluation period. If the calculated reliability is low, it is desirable to review the configuration of the submodel. However, since it is not possible to review it freely at any time, for example, within a certain period, it must be used without reviewing even with low reliability. Sometimes it doesn't happen.

(逸脱指標)
本実施形態において、逸脱指標とは、例えばサブモデルから算出された予測値と、これに対応する製造プロセスの実績値の差分値または比率、もしくはこれらを元に算出される値のことを意味している。逸脱指標は、前記した信頼度を組み合わせて算出される値であると、より好ましい。この場合の組み合わせ方法は、例えば「信頼度考慮ありの逸脱指標」=「信頼度考慮なしの逸脱指標×信頼度」等が考えられる。なお、逸脱指標は監視したいタイミングの値であるのに対して、信頼度は監視したいタイミングよりも以前の期間で評価された値であり、両者のタイミングは異なる。
(Deviation index)
In the present embodiment, the deviation index means, for example, a difference value or a ratio between a predicted value calculated from a sub model and an actual value of a manufacturing process corresponding to the predicted value, or a value calculated based on these values. ing. The departure index is more preferably a value calculated by combining the above-described reliability. As a combination method in this case, for example, “deviation index with reliability taken into account” = “deviation index without taking reliability into consideration × reliability” can be considered. The deviation index is a value at the timing to be monitored, whereas the reliability is a value evaluated in a period before the timing to be monitored, and the timings of both are different.

[異常状態診断方法]
以下、前記した異常状態診断装置1による異常状態診断方法について、図2〜図5を参照しながら説明する。本実施形態に係る異常状態診断方法は、正常操業時に得られた複数種類の変数の実績値からプロセスの状態を予測するサブモデルをM個作成し、当該サブモデルの予測誤差に基づいて、プロセスの正常状態からの逸脱指標を算出し、サブモデルごとに算出したM個の逸脱指標からなる逸脱指標パターンセットに基づいて、プロセスで発生した異常状態の原因を推定する。ここで、サブモデルは必ずしも新たに作成する必要はなく、既存のモデルがあれば、既存のモデルを利用することも可能である。
[Abnormal condition diagnosis method]
Hereinafter, an abnormal state diagnosis method using the above-described abnormal state diagnosis apparatus 1 will be described with reference to FIGS. The abnormal state diagnosis method according to the present embodiment creates M submodels that predict the state of a process from actual values of a plurality of types of variables obtained during normal operation, and processes the process based on the prediction error of the submodel. The deviation index from the normal state is calculated, and the cause of the abnormal state generated in the process is estimated based on the deviation index pattern set composed of the M deviation indices calculated for each sub model. Here, it is not always necessary to create a new submodel. If there is an existing model, the existing model can be used.

異常状態診断方法は、具体的には図2に示すように、読み込みステップと、逸脱指標算出ステップと、異常検知ステップと、基底パターン推定ステップと、異常原因推定ステップと、を行う。また、異常状態診断方法では、必要に応じて、サブモデル作成ステップと、基底パターン作成ステップと、基底パターン学習ステップと、を行う。なお、以下の説明では、鉄鋼プロセスのような製造プロセスに異常状態診断方法を適用した例について、説明する。   Specifically, as shown in FIG. 2, the abnormal state diagnosis method performs a reading step, a deviation index calculating step, an abnormality detecting step, a base pattern estimating step, and an abnormality cause estimating step. In the abnormal state diagnosis method, a sub-model creation step, a base pattern creation step, and a base pattern learning step are performed as necessary. In the following description, an example in which the abnormal state diagnosis method is applied to a manufacturing process such as a steel process will be described.

<読み込みステップ>
読み込みステップでは、逸脱指標算出部71が、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データを、操業DB31から読み込む(ステップS1)。
<Reading step>
In the reading step, the deviation index calculating unit 71 reads a plurality of types of variable data acquired from the manufacturing process at the processing target time from the operation DB 31 (step S1).

<逸脱指標算出ステップ>
続いて、逸脱指標算出ステップでは、逸脱指標算出部71が、読み込みステップで読み込んだ複数種類の変数データを用いて、処理対象時刻における製造プロセスの製造状態が正常操業時における製造プロセスの製造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ごとに算出する(ステップS2)。
<Deviation index calculation step>
Subsequently, in the deviation index calculation step, the deviation index calculation unit 71 uses the plurality of types of variable data read in the reading step to change the manufacturing state of the manufacturing process at the processing target time to the manufacturing state of the manufacturing process at the time of normal operation. A value indicating how much is different is calculated for each sub-model as a deviation index (step S2).

逸脱指標算出部71は、具体的には、まずサブモデルDB41からサブモデルのデータを取得し、操業DB31から読み込んだ変数データを、対応するサブモデルに代入することにより、変数ごとに処理対象時刻における予測値を算出する。次に、逸脱指標算出部71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および予測値のデータを正規化する。次に、逸脱指標算出部71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、製造プロセスの正常状態からの逸脱指標として、サブモデルごとに算出する。   Specifically, the deviation index calculation unit 71 first acquires the data of the submodel from the submodel DB 41, and substitutes the variable data read from the operation DB 31 into the corresponding submodel, thereby processing time for each variable. The predicted value at is calculated. Next, the deviation index calculation unit 71 normalizes the data of the actual values and the predicted values of a plurality of types of variables in order to normalize differences in absolute quantities and units between variables. Next, the deviation index calculation unit 71 sets the difference value between the normalized predicted value of the variable at the processing target time and the normalized actual value as a deviation index from the normal state of the manufacturing process for each sub model. calculate.

図3は、製造プロセスで異常状態が発生した際におけるサブモデルごとの逸脱指標の大きさを示しており、グラフの縦軸は逸脱指標の大きさを、横軸はサブモデルの番号を示している。なお、同図では、No.1からNo.56までの56個のサブモデルを用いる例を示している。また、本実施形態では、同図のように、複数のサブモデルごとの逸脱指標の大きさのことをまとめて、「逸脱指標パターンセット」と定義する。   FIG. 3 shows the size of the deviation index for each sub model when an abnormal condition occurs in the manufacturing process. The vertical axis of the graph indicates the size of the deviation index, and the horizontal axis indicates the number of the sub model. Yes. In FIG. 1 to No. An example using 56 submodels up to 56 is shown. Further, in the present embodiment, as shown in the figure, the size of the deviation index for each of the plurality of submodels is collectively defined as a “deviation index pattern set”.

<サブモデル作成ステップ>
ここで、本実施形態では、逸脱指標算出ステップを実施するタイミング以前に、サブモデル作成ステップを実施する。サブモデル作成ステップでは、サブモデル作成部51が、正常操業時に得られた複数種類の変数データを操業DB31から取得し、当該変数データから製造プロセスの製造状態を予測するサブモデルをM個(本実施形態では56個)作成する。そして、サブモデル作成部51は、作成したM個のサブモデルをサブモデルDB41に格納する。また、前述したように、サブモデルは必ずしもモデル作成部51で作成する必要はなく、既存のモデルがあれば、モデル作成部51を機能させることなく、あらかじめサブモデルDB41に格納しておくことも可能である。
<Sub model creation step>
Here, in the present embodiment, the submodel creation step is performed before the timing at which the deviation index calculation step is performed. In the sub-model creation step, the sub-model creation unit 51 acquires a plurality of types of variable data obtained during normal operation from the operation DB 31, and M sub-models for predicting the manufacturing state of the manufacturing process from the variable data (this 56 in the embodiment). Then, the sub model creation unit 51 stores the created M sub models in the sub model DB 41. Further, as described above, the sub model is not necessarily created by the model creation unit 51. If there is an existing model, the model creation unit 51 may be stored in advance in the sub model DB 41 without causing the model creation unit 51 to function. Is possible.

なお、本実施の形態では、例えば下記式(1)に示すように、56個の変数間の相関をモデル化した回帰モデルによってサブモデルを構成することを想定している。下記式(1)において、「X○○」は、サブモデルに対応する変数であり、「a○○」は、各変数の重みである。   In the present embodiment, for example, as shown in the following formula (1), it is assumed that a sub model is configured by a regression model obtained by modeling the correlation between 56 variables. In the following formula (1), “XOO” is a variable corresponding to the sub model, and “AOO” is a weight of each variable.

Figure 2019016039
Figure 2019016039

<異常検知ステップ>
続いて、異常検知ステップでは、異常検知部72が、逸脱指標算出ステップで算出された逸脱指標に基づいて、製造プロセスの異常状態を検知する(ステップS3)。異常検知部72は、例えば逸脱指標算出ステップで算出された逸脱指標が、予め定めた閾値を超えた場合に、製造プロセスが異常状態にあることを検知する。
<Abnormality detection step>
Subsequently, in the abnormality detection step, the abnormality detection unit 72 detects an abnormal state of the manufacturing process based on the deviation index calculated in the deviation index calculation step (step S3). The abnormality detection unit 72 detects that the manufacturing process is in an abnormal state when, for example, the deviation index calculated in the deviation index calculation step exceeds a predetermined threshold.

なお、異常検知部72は、例えば逸脱指標についてサブモデルの信頼度を考慮する場合は、サブモデルの信頼度の大きさに応じてそれぞれの逸脱指標に重みを付け、さらに重み付与後の逸脱指標を合計し、その合計値が予め定めた閾値を超えた場合に、製造プロセスが異常状態にあることを検知してもよい。   For example, when considering the reliability of the submodel for the deviation index, the abnormality detection unit 72 weights each deviation index according to the magnitude of the reliability of the submodel, and further, the deviation index after weighting. When the total value exceeds a predetermined threshold value, it may be detected that the manufacturing process is in an abnormal state.

<基底パターン推定ステップ>
続いて、基底パターン推定ステップでは、基底パターン推定部73が、逸脱指標算出ステップで算出された逸脱指標パターンセットから基底パターンを推定する(ステップS4)。
<Base pattern estimation step>
Subsequently, in the base pattern estimation step, the base pattern estimation unit 73 estimates a base pattern from the departure index pattern set calculated in the departure index calculation step (step S4).

ここで、本実施形態では、基底パターン推定ステップを実施するタイミング以前に、基底パターン作成ステップと、基底パターン学習ステップと、を実施する。以下では、まずこれらのステップの内容について説明する。   Here, in the present embodiment, the base pattern creation step and the base pattern learning step are performed before the base pattern estimation step is performed. Below, the content of these steps is demonstrated first.

<基底パターン作成ステップ>
基底パターン作成ステップでは、基底パターン作成部52が基底パターンを作成する。図4は、基底パターンの一例を示しており、グラフの縦軸は逸脱指標の大きさを、横軸はサブモデルの番号を示している。なお、同図では、一番下の「基底パターンNo.56」にのみ、グラフの横軸におけるサブモデルの具体的な番号を図示し、それより上の基底パターンNo.01,No.02,No.27,No.28では図示を省略している(後記する図5でも同様)。基底パターンは、サブモデルの説明変数として関係する変数について、それぞれに異常がある場合に示す異常のパターンである。基底パターン作成部52は、このような基底パターンを、入力信号となる説明変数ごとにM個作成する。
<Base pattern creation step>
In the base pattern creation step, the base pattern creation unit 52 creates a base pattern. FIG. 4 shows an example of the base pattern, in which the vertical axis of the graph indicates the size of the departure index, and the horizontal axis indicates the submodel number. In the figure, only the base pattern No. 56 on the horizontal axis of the graph is shown only in the bottom “base pattern No. 56”. 01, No. 02, no. 27, no. In FIG. 28, illustration is omitted (the same applies to FIG. 5 described later). The base pattern is an abnormality pattern indicated when there is an abnormality in each of the variables related as the explanatory variables of the submodel. The base pattern creation unit 52 creates M base patterns for each explanatory variable serving as an input signal.

基底パターン作成部52は、具体的には、M個(本実施形態では56個)のサブモデルの計算に必要な製造プロセスの正常状態のデータを操業DB31から取得し、これを基準データセットとする。次に、基底パターン作成部52は、基準データセットに対して、サブモデルの説明変数として関係する変数について、それぞれに微小異常を一つずつ付加することにより、摂動データセットをM個作成する。   Specifically, the base pattern creation unit 52 acquires normal state data of the manufacturing process necessary for calculation of M (56 in the present embodiment) submodels from the operation DB 31 and uses this as a reference data set. To do. Next, the base pattern creation unit 52 creates M perturbation data sets by adding one minute abnormality to each of the variables related as sub-model explanatory variables to the reference data set.

例えば基底パターン作成部52は、サブモデルNo.01の予測対象(上記式(1)の「X1」)に相当する基準データセットの項目に対して、説明変数「X1」以外の説明変数に1つずつ微小異常を人工的に付加することにより、サブモデルNo.01に対する摂動データセットを作成する。また、基底パターン作成部52は、サブモデルNo.02の予測対象(上記式(1)の「X2」)に相当する基準データセットの項目に対して、説明変数「X2」以外の説明変数に1つずつ微小異常を人工的に付加することにより、サブモデルNo.02に対する摂動データセットを作成する。以下同様に、基底パターン作成部52は、合計M×(M−1)個(本実施形態では56×55個)の摂動データセットを作成する。   For example, the base pattern creation unit 52 uses the sub model No. By adding minute abnormalities one by one to the explanatory variables other than the explanatory variable “X1” for the items of the reference data set corresponding to the 01 prediction target (“X1” in the above formula (1)) Sub model No. Create a perturbation data set for 01. In addition, the base pattern creation unit 52 includes a sub model No. By adding minute abnormalities one by one to the explanatory variables other than the explanatory variable “X2” for the items in the reference data set corresponding to the prediction target 02 (“X2” in the above formula (1)) Sub model No. Create a perturbation data set for 02. Similarly, the base pattern creation unit 52 creates a total of M × (M−1) perturbation data sets (56 × 55 in this embodiment).

次に、基底パターン作成部52は、作成した摂動データセットをサブモデルの入力として与えることにより、合計M個(本実施形態では56個)の逸脱指標パターンセットを作成する。上記で作成した摂動データセットを説明変数ごとに微小異常を入れたデータのM種類に分類し、M個のデータセットとすることができる。   Next, the base pattern creation unit 52 creates a total of M (56 in this embodiment) departure index pattern sets by giving the created perturbation data sets as submodel inputs. The perturbation data set created above can be classified into M types of data including minute anomalies for each explanatory variable to obtain M data sets.

具体的には、説明変数「X1」のみに微小異常を加えた「X1」以外を予測するモデルのデータを一つに集約して、X1以外のモデルに与える。次に、説明変数「X2」のみに微小異常を加えた「X2」以外を予測するモデルのデータを一つに集約して、X2以外のモデルに与える。これを繰り返すことで基底パターンが得られる。なお、特定の説明変数については、その値を予測するサブモデルがない場合も想定され、その場合には、当該サブモデルはなく、基底パターンの対象からは除外する(他のサブモデルの説明変数としてのみ使用する)。これらが、図4で示した基底パターンとなる。そして、基底パターン作成部52は、作成した基底パターンを基底パターンDB42に格納する。   Specifically, data of a model that predicts other than “X1” obtained by adding a minute abnormality to only the explanatory variable “X1” is aggregated into one and given to models other than X1. Next, the data of the model that predicts other than “X2” in which the minute abnormality is added only to the explanatory variable “X2” is collected into one and given to the models other than X2. By repeating this, a base pattern can be obtained. Note that it is assumed that there is no submodel that predicts the value of a specific explanatory variable. In that case, there is no submodel, and it is excluded from the target of the base pattern (explanatory variables of other submodels). Only used as). These are the base patterns shown in FIG. Then, the base pattern creation unit 52 stores the created base pattern in the base pattern DB 42.

なお、前記した基準データセットに微小異常を人工的に付加する際は、サブモデルの予測対象に相当する項目ごとに、一定の値の微小異常を付加してもよいが、例えば作成される各々の基底パターンにおいて、逸脱指標の最大値が正常時の10倍となるように、すなわち各々の基底パターンにおける逸脱指標の最大値がある程度正規化された状態となるように、微小異常を付加してもよい。   When artificially adding a minute abnormality to the above-described reference data set, a certain value of a minute abnormality may be added to each item corresponding to the prediction target of the submodel. In the base pattern, a minute abnormality is added so that the maximum value of the deviation index is 10 times the normal value, that is, the maximum value of the deviation index in each base pattern is normalized to some extent. Also good.

<基底パターン学習ステップ>
ここで、図4に示すように、例えば基底パターンNo.28では、サブモデルNo.28に微小異常が与えられているため、サブモデルNo.28の逸脱指数は当然高い値を示しているが、それ以外のサブモデルNo.13,No.42の逸脱指数もある程度高い値を示している。すなわち、実際にはサブモデルNo.28が真の異常を示していたとしても、他のサブモデルにおいても見かけ上高い逸脱指標を示すものがある。そのため、実操業データから算出される逸脱指標パターンセットでは、逸脱指標の高いものを全て異常ありと判断することはできない。
<Base pattern learning step>
Here, as shown in FIG. 28, the sub model no. 28 is given a minor abnormality, sub model no. Of course, the deviation index of 28 shows a high value. 13, no. The deviation index of 42 also shows a somewhat high value. That is, the sub model No. Even if 28 indicates a true abnormality, some other sub-models may show an apparently high deviation index. For this reason, in the deviation index pattern set calculated from the actual operation data, it is not possible to determine that all the deviation indices are high.

一方、実操業データから算出される逸脱指標パターンセットは、下記式(2)に示すように、基底パターンの線形結合であると考えることができる。   On the other hand, the deviation index pattern set calculated from the actual operation data can be considered as a linear combination of the base patterns as shown in the following equation (2).

Figure 2019016039
Figure 2019016039

従って、実操業データから算出される逸脱指標パターンから、その逸脱指標パターンに含まれる基底パターンを逆推定することができれば、真の異常を特定することが可能となる。しかし、逆推定するにあたり、上記の基底パターンを一意に決めることは、通常は困難である。   Therefore, if the base pattern included in the deviation index pattern can be back-estimated from the deviation index pattern calculated from the actual operation data, it is possible to identify a true abnormality. However, in reverse estimation, it is usually difficult to uniquely determine the above base pattern.

そこで、基底パターン学習ステップでは、基底パターン学習部61が、基底パターン作成ステップで作成された基底パターンを複数種類組み合わせて人工逸脱指標パターンセットを複数作成し、当該人工逸脱指標パターンセットに含まれている基底パターンの種類を、機械学習によって学習する。   Therefore, in the base pattern learning step, the base pattern learning unit 61 creates a plurality of artificial departure index pattern sets by combining a plurality of types of base patterns created in the base pattern creation step, and is included in the artificial departure index pattern set. The type of base pattern is learned by machine learning.

基底パターン学習部61は、具体的には、基底パターン作成ステップで作成された基底パターンを、基底パターンDB42から複数選択して取得する。次に、基底パターン学習部61は、選択した基底パターンごとに適当な重みを付加して加算することにより、人工的な逸脱指標パターンセット(以下、「人工逸脱指標パターンセット」という)を複数作成する。次に、基底パターン学習部61は、人工逸脱指標パターンセットを入力とし、かつ選択した基底パターンの種類または重みを出力として機械学習を行う。そして、基底パターン学習部61は、基底パターンの学習結果を学習結果DB43に格納する。   Specifically, the base pattern learning unit 61 selects and acquires a plurality of base patterns created in the base pattern creation step from the base pattern DB 42. Next, the base pattern learning unit 61 creates a plurality of artificial departure index pattern sets (hereinafter referred to as “artificial departure index pattern sets”) by adding and adding appropriate weights to each selected base pattern. To do. Next, the base pattern learning unit 61 performs machine learning with the artificial departure index pattern set as an input and the type or weight of the selected base pattern as an output. Then, the base pattern learning unit 61 stores the base pattern learning result in the learning result DB 43.

なお、基底パターン学習ステップで行う機械学習としては、深層学習(ディープラーニング)が有効である。深層学習は、多層のネット構造を要する学習方法であり、層ごとに学習する点が特徴である。また、深層学習は、囲碁における人工知能や、画像認識等で高い成果を上げている。このような学習方法を利用することにより、逸脱指標パターンセットの中に、確率的にどの基底パターンが含まれるかを推定することが可能となる。   As machine learning performed in the base pattern learning step, deep learning is effective. Deep learning is a learning method that requires a multi-layered net structure, and is characterized by learning for each layer. Moreover, deep learning has achieved high results in artificial intelligence and image recognition in Go. By using such a learning method, it is possible to estimate which base pattern is included probabilistically in the deviation index pattern set.

ここで、基底パターンの学習結果としては、例えば、ある逸脱指標パターンセットに対して、M個(本実施形態では56個)の基底パターンがそれぞれ含まれている確率に関する情報が挙げられる。この場合、基底パターンの学習結果には、ある逸脱指標パターンセットに対して、「基底パターンNo.01が含まれる確率が○○%」、「基底パターンNo.02が含まれる確率が○○%」、…、「基底パターンNo.56が含まれる確率が○○%」といった情報が含まれている。   Here, as the learning result of the base pattern, for example, information on the probability that M (56 in the present embodiment) base patterns are included for a certain deviation index pattern set. In this case, the learning result of the base pattern indicates that “probability of including base pattern No. 01 is XX%” and “probability of including base pattern No. 02 is XX%” for a certain deviation index pattern set. ,..., “The probability that base pattern No. 56 is included is OO%” is included.

以下、基底パターン推定ステップの具体的説明に戻る。基底パターン推定ステップでは、前記した基底パターン学習ステップにおける基底パターンの学習結果を踏まえて、逸脱指標パターンセットに含まれる基底パターンの推定を行う。基底パターン推定部73は、具体的には、基底パターンの学習結果を学習結果DB43から取得し、当該学習結果に基づいて、実操業時に得られた逸脱指標パターンセット、すなわち逸脱指標算出ステップで算出された逸脱指標パターンセットに含まれる基底パターンの種類を推定する。   Hereinafter, the specific description of the base pattern estimation step will be returned. In the base pattern estimation step, a base pattern included in the deviation index pattern set is estimated based on the base pattern learning result in the base pattern learning step. Specifically, the base pattern estimation unit 73 acquires a base pattern learning result from the learning result DB 43, and calculates based on the learning result in a deviation index pattern set obtained during actual operation, that is, a deviation index calculation step. The type of base pattern included in the set deviation index pattern set is estimated.

図5は、基底パターン推定ステップにおいて、逸脱指標パターンセットに含まれる基底パターンの種類を推定した結果の一例を示している。同図に示すように、基底パターン推定部73は、逸脱指標算出ステップで算出された逸脱指標パターンセットの中に、例えば二つの基底パターン(同図では基底パターンNo.30,No.24)が含まれていると推定する。なお、基底パターン推定部73は、例えばM個の基底パターンのうち、逸脱指標パターンセットに含まれる可能性が80%以上のものを、予め定めた数(同図では2つ)だけ、推定結果として列挙する。   FIG. 5 shows an example of the result of estimating the types of base patterns included in the deviation index pattern set in the base pattern estimation step. As shown in the figure, the base pattern estimation unit 73 includes, for example, two base patterns (base patterns No. 30 and No. 24 in the figure) in the deviation index pattern set calculated in the deviation index calculation step. Presumed to be included. Note that the base pattern estimation unit 73 estimates, for example, a predetermined number (two in the figure) of M base patterns that have a possibility of being included in the deviation index pattern set of 80% or more. Enumerate as

<異常原因推定ステップ>
最後に、異常原因推定ステップでは、異常原因推定部74が、基底パターンから異常状態の原因を推定する(ステップS5)。異常原因推定部74は、具体的には、基底パターン推定ステップで推定された基底パターンの種類や、基底パターンの組み合わせに基づいて、製造プロセスで発生した異常状態の原因を推定する。
<Abnormality cause estimation step>
Finally, in the abnormality cause estimation step, the abnormality cause estimation unit 74 estimates the cause of the abnormal state from the base pattern (step S5). Specifically, the abnormality cause estimation unit 74 estimates the cause of the abnormal state that has occurred in the manufacturing process, based on the type of the base pattern estimated in the base pattern estimation step and the combination of the base patterns.

異常原因推定部74は、例えば図5に示すように、基底パターン推定ステップにおいて、逸脱指標パターンセットに基底パターンNo.30,No.24が含まれていると推定された場合、当該基底パターンNo.30,No.24の組み合わせに対応する異常状態の原因(例えばある設備の機械精度の劣化等)を推定する。   For example, as shown in FIG. 5, the abnormality cause estimation unit 74 includes a base pattern No. in the deviation index pattern set in the base pattern estimation step. 30, no. 24 is estimated to be included, the base pattern No. 30, no. The cause of the abnormal state corresponding to the combination of 24 (for example, deterioration of machine accuracy of a certain facility, etc.) is estimated.

なお、基底パターンの種類または複数の基底パターンの組み合わせと、異常状態の原因との対応関係は、例えば予め実験的に求めておき、テーブルとして保持しておく。そして、異常原因推定部74は、このテーブルを参照することにより、基底パターンの種類または基底パターンの組み合わせに対応する異常状態の原因を推定する。   Note that the correspondence relationship between the type of base pattern or a combination of a plurality of base patterns and the cause of the abnormal state is obtained, for example, experimentally in advance and stored as a table. Then, the abnormality cause estimation unit 74 estimates the cause of the abnormal state corresponding to the type of the base pattern or the combination of the base patterns by referring to this table.

以上のような処理を行う本実施形態に係る異常状態診断方法によれば、過去に同一のトラブルが発生していない場合でも、製造プロセス等のプロセスにおいて発生した異常状態の原因を速やかに特定し、対処することが可能となる。   According to the abnormal condition diagnosis method according to the present embodiment that performs the processing as described above, even if the same trouble has not occurred in the past, the cause of the abnormal condition that occurred in the process such as the manufacturing process can be quickly identified. Can be dealt with.

以上、本発明に係るプロセスの異常状態診断方法および異常状態診断装置について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。   As mentioned above, although the abnormal state diagnosis method and the abnormal state diagnosis device of the process according to the present invention have been specifically described in the form for carrying out the invention, the gist of the present invention is not limited to these descriptions. It should be construed broadly based on the claims. Needless to say, various changes and modifications based on these descriptions are also included in the spirit of the present invention.

例えば異常状態診断装置1は、予め作成され、かつ記憶部40の各DBに格納されたサブモデル、基底パターンおよび基底パターンの学習結果を用いて異常状態診断方法を実施することもできる。この場合、異常状態診断装置1は、図1に示すサブモデル作成部51、基底パターン作成部52および基底パターン学習部61を備えていなくてもよい。   For example, the abnormal state diagnosis apparatus 1 can also execute the abnormal state diagnosis method using the submodel, the base pattern, and the learning result of the base pattern that are created in advance and stored in each DB of the storage unit 40. In this case, the abnormal condition diagnosis apparatus 1 may not include the submodel creation unit 51, the base pattern creation unit 52, and the base pattern learning unit 61 illustrated in FIG.

また、異常状態診断装置1では、上記式(1)に示すように、サブモデルを回帰モデルによって構成した例を示したが、サブモデルの具体的構成は特に限定されず、例えば物理モデルによって構成してもよい。   Moreover, in the abnormal condition diagnosis apparatus 1, the example in which the submodel is configured by the regression model as shown in the above formula (1) has been shown, but the specific configuration of the submodel is not particularly limited, and is configured by, for example, the physical model May be.

また、前記した実施形態では、鉄鋼プロセスのような製造プロセスに異常状態診断装置1および異常状態診断方法を適用した例を説明したが、発電プロセスや搬送プロセス等に異常状態診断装置1および異常状態診断方法を適用することも可能である。   In the above-described embodiment, an example in which the abnormal state diagnosis device 1 and the abnormal state diagnosis method are applied to a manufacturing process such as a steel process has been described. However, the abnormal state diagnosis device 1 and the abnormal state are applied to a power generation process, a transfer process, and the like. It is also possible to apply a diagnostic method.

1 異常状態診断装置
10 入力部
20 出力部
30 外部装置
31 操業データベース(操業DB)
40 記憶部
41 サブモデルデータベース(サブモデルDB)
42 基底パターンデータベース(基底パターンDB)
43 学習結果データベース(学習結果DB)
50 モデル定義部
51 サブモデル作成部
52 基底パターン作成部
60 学習部
61 基底パターン学習部
70 制御部
71 逸脱指標算出部
72 異常検知部
73 基底パターン推定部
74 異常原因推定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Abnormal state diagnostic apparatus 10 Input part 20 Output part 30 External apparatus 31 Operation database (operation DB)
40 storage unit 41 submodel database (submodel DB)
42 Base pattern database (Base pattern DB)
43 Learning result database (Learning result DB)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 50 Model definition part 51 Sub model creation part 52 Base pattern creation part 60 Learning part 61 Base pattern learning part 70 Control part 71 Deviation index calculation part 72 Abnormality detection part 73 Base pattern estimation part 74 Abnormal cause estimation part

Claims (7)

プロセスの状態を予測する複数のサブモデルを用いて、前記プロセスの正常状態からの逸脱指標を算出し、前記サブモデルごとに算出した逸脱指標からなる逸脱指標パターンセットに基づいて、前記プロセスで発生した異常状態の原因を推定するプロセスの異常状態診断方法であって、
前記逸脱指標パターンセットにおいて、前記サブモデルの説明変数として関係する変数について、それぞれに異常がある場合に示す異常のパターンを複数の基底パターンとして作成する基底パターン作成ステップと、
前記基底パターンに基づいて、前記プロセスで発生した異常状態の原因を推定する異常原因推定ステップと、
を含むことを特徴とするプロセスの異常状態診断方法。
A deviation index from the normal state of the process is calculated using a plurality of submodels for predicting the state of the process, and is generated in the process based on a deviation index pattern set composed of the deviation indices calculated for each submodel. An abnormal condition diagnosis method for a process for estimating the cause of an abnormal condition,
In the deviation index pattern set, for a variable related as an explanatory variable of the submodel, a base pattern creating step for creating a plurality of base patterns as abnormal patterns that are respectively shown when there is an abnormality,
An abnormal cause estimation step for estimating a cause of an abnormal state that has occurred in the process based on the base pattern;
A method for diagnosing an abnormal state of a process, comprising:
前記基底パターン作成ステップで作成された前記基底パターンを複数種類組み合わせて人工逸脱指標パターンセットを複数作成し、前記人工逸脱指標パターンセットに含まれている前記基底パターンの種類を学習する基底パターン学習ステップと、
前記基底パターン学習ステップにおける学習結果に基づいて、実際の操業時に得られた前記逸脱指標パターンセットに含まれる前記基底パターンの種類を推定する基底パターン推定ステップと、
をさらに含み、
前記異常原因推定ステップは、前記基底パターンの種類に基づいて、前記プロセスで発生した異常状態の原因を推定することを特徴とする請求項1記載のプロセスの異常状態診断方法。
A base pattern learning step of creating a plurality of artificial departure index pattern sets by combining a plurality of types of the base patterns created in the base pattern creation step, and learning the types of the base patterns included in the artificial departure index pattern set When,
Based on the learning result in the base pattern learning step, a base pattern estimation step for estimating the type of the base pattern included in the deviation index pattern set obtained during actual operation;
Further including
2. The process abnormal state diagnosis method according to claim 1, wherein the abnormality cause estimation step estimates a cause of an abnormal state generated in the process based on a type of the base pattern.
前記基底パターン作成ステップは、前記サブモデルの計算に必要な前記プロセスの正常状態のデータからなる基準データセットに対して、前記サブモデルの説明変数として関係する変数について、それぞれに微小異常を一つずつ付加することにより、摂動データセットを作成し、前記摂動データセットを前記サブモデルの入力として与えることにより、前記基底パターンを作成することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のプロセスの異常状態診断方法。   The base pattern creation step includes one minute abnormality for each variable related as an explanatory variable of the sub model with respect to a reference data set including normal state data of the process necessary for the calculation of the sub model. The process according to claim 1 or 2, wherein the base pattern is created by adding a perturbation data set by adding the perturbation data set as input of the submodel. Abnormal state diagnosis method. 前記基底パターン学習ステップは、前記基底パターン作成ステップで作成された前記基底パターンを複数選択し、選択した前記基底パターンごとに適当な重みを付加して加算することにより前記人工逸脱指標パターンセットを複数作成し、前記人工逸脱指標パターンセットを入力とし、かつ選択した前記基底パターンの種類または重みを出力として、機械学習を行うことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のプロセスの異常状態診断方法。   The base pattern learning step selects a plurality of the base patterns created in the base pattern creation step, and adds a plurality of the artificial deviation index pattern sets by adding and adding appropriate weights to the selected base patterns. 4. The machine learning is performed according to claim 1, wherein machine learning is performed using the artificial deviation index pattern set as an input and the type or weight of the selected base pattern as an output. 5. Process abnormal condition diagnosis method. プロセスの状態を予測する複数のサブモデルを用いて、前記プロセスの正常状態からの逸脱指標を算出し、前記サブモデルごとに算出した逸脱指標からなる逸脱指標パターンセットに基づいて、前記プロセスで発生した異常状態の原因を推定するプロセスの異常状態診断装置であって、
前記逸脱指標パターンセットにおいて、前記サブモデルの説明変数として関係する変数について、それぞれに異常がある場合に示す異常のパターンを複数の基底パターンとして作成する基底パターン作成手段と、
前記基底パターンに基づいて、前記プロセスで発生した異常状態の原因を推定する異常原因推定手段と、
を備えることを特徴とするプロセスの異常状態診断装置。
A deviation index from the normal state of the process is calculated using a plurality of submodels for predicting the state of the process, and is generated in the process based on a deviation index pattern set composed of the deviation indices calculated for each submodel. An abnormal condition diagnosis device for a process for estimating the cause of an abnormal condition,
In the deviation index pattern set, for a variable related as an explanatory variable of the submodel, a base pattern creating unit that creates a plurality of base patterns as an abnormality pattern when there is an abnormality respectively;
An abnormal cause estimating means for estimating a cause of an abnormal state generated in the process based on the base pattern;
An apparatus for diagnosing an abnormal state of a process, comprising:
前記基底パターン作成手段で作成された前記基底パターンを複数種類組み合わせて人工逸脱指標パターンセットを複数作成し、前記人工逸脱指標パターンセットに含まれている前記基底パターンの種類を学習する基底パターン学習手段と、
前記基底パターン学習手段における学習結果に基づいて、実際の操業時に得られた前記逸脱指標パターンセットに含まれる前記基底パターンの種類を推定する基底パターン推定手段と、
をさらに備え、
前記異常原因推定手段は、前記基底パターンの種類に基づいて、前記プロセスで発生した異常状態の原因を推定することを特徴とする請求項5記載のプロセスの異常状態診断装置。
A base pattern learning unit that creates a plurality of artificial departure index pattern sets by combining a plurality of types of the base patterns created by the base pattern creation unit, and learns the types of the base patterns included in the artificial departure index pattern set When,
Based on the learning result in the base pattern learning means, a base pattern estimation means for estimating the type of the base pattern included in the deviation index pattern set obtained during actual operation;
Further comprising
6. The process abnormal condition diagnosis device according to claim 5, wherein the abnormality cause estimation means estimates a cause of an abnormal condition generated in the process based on a type of the base pattern.
前記基底パターン作成手段は、前記サブモデルの計算に必要な前記プロセスの正常状態のデータからなる基準データセットに対して、前記サブモデルの説明変数として関係する変数について、それぞれに微小異常を一つずつ付加することにより、摂動データセットを作成し、前記摂動データセットを前記サブモデルの入力として与えることにより、前記基底パターンを作成することを特徴とする請求項5または請求項6に記載のプロセスの異常状態診断装置。   The base pattern creation means has one micro-abnormality for each of the variables related as explanatory variables of the submodel with respect to a reference data set consisting of normal state data of the process necessary for the calculation of the submodel. 7. The process according to claim 5, wherein the base pattern is created by adding a perturbation data set by adding each of them and providing the perturbation data set as an input of the submodel. Abnormal state diagnosis device.
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