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JP6918735B2 - Monitoring device, monitoring method and monitoring program - Google Patents
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Description

本発明は、監視装置、監視方法および監視プログラムに関する。 The present invention relates to a monitoring device, a monitoring method and a monitoring program.

ニューラルネットワークの一つである自己符号化器は、入力データを教師データとして自らを再現するように学習するモデルである。この自己符号化器は、入力層と出力層のノード数が同じであり、且つ、中間層のノード数が入出力層より少ないのが特徴である。自己符号化器の応用方法としては、いくつか存在する。例えば、学習後のモデルの中間層の出力から主成分分析のようにデータの特徴の抽出を行うことが挙げられる。また、工場の異常検知として、正常なセンサデータや画像を学習させたモデルに対して、入力データと出力データとの差を比べることで異常検知を行うことに使用される。 A self-encoder, which is one of neural networks, is a model that learns to reproduce itself by using input data as teacher data. This self-encoder is characterized in that the number of nodes in the input layer and the output layer is the same, and the number of nodes in the intermediate layer is smaller than that in the input / output layer. There are several ways to apply the self-encoder. For example, data features can be extracted from the output of the intermediate layer of the model after training, as in principal component analysis. Further, as an abnormality detection in a factory, it is used to detect an abnormality by comparing the difference between input data and output data with respect to a model in which normal sensor data or images are trained.

異常検知の利用例としては、まず、プラントのセンサ等のデータのうち正常であるものだけを学習させたモデルを作成する。このモデルは、学習したデータ、すなわち正常なデータに対してはデータを再現できるため、再現誤差が少なくなる。一方、学習されていない異常なデータに対しては再現が出来ないために再現誤差が大きくなる。このように、再現誤差を見ることで異常検知を行うことができる。 As an example of using anomaly detection, first, a model is created in which only normal data such as plant sensors are trained. Since this model can reproduce the learned data, that is, the normal data, the reproduction error is reduced. On the other hand, since it is not possible to reproduce abnormal data that has not been learned, the reproduction error becomes large. In this way, abnormality detection can be performed by observing the reproduction error.

また、ニューラルネットワークを用いずに、異常検知や状態推定等を行う方法として、クラスタリング等が存在する。これらの方法では、正常と異常との間のデータ距離などから異常を抽出する。 In addition, there is clustering and the like as a method of performing anomaly detection, state estimation, and the like without using a neural network. In these methods, anomalies are extracted from the data distance between normal and anomalous.

特開2017−142654号公報JP-A-2017-142654

上記したような従来の手法では、各入力データの出力データに対する重要度を動的かつ容易に確認することができないという課題があった。例えば、上記した正常と異常との間のデータ距離などから異常を抽出する方法では、正常と異常との間のデータ距離などから間接的に重要特徴を得ることはできるが、特徴間の関係等も考慮した詳細な特徴を得ることが難しい。また、ディープラーニング技術はブラックボックスと呼ばれる通り、そのモデルがどのように予測、判断を行ったかを抽出することが難しかった。自己符号化器もその例外ではなく、どの入力が出力に影響を及ぼしたのか確認することが難しい。 The conventional method as described above has a problem that the importance of each input data to the output data cannot be confirmed dynamically and easily. For example, in the above-mentioned method of extracting anomalies from the data distance between normal and abnormal, important features can be indirectly obtained from the data distance between normal and abnormal, but the relationship between features, etc. It is difficult to obtain detailed features that also take into consideration. Also, as deep learning technology is called a black box, it was difficult to extract how the model made predictions and judgments. The self-encoder is no exception, and it is difficult to see which input affected the output.

例えば、異常検知の例であれば異常なデータに対してどの入力が影響を及ぼして再現誤差を生じているかを特定することが困難なため、異常を防ぐためにどのセンサに関する項目を制御すればよいかなどのアクションに繋げることができなかった。 For example, in the case of anomaly detection, it is difficult to identify which input affects the abnormal data and causes a reproduction error, so it is sufficient to control the items related to which sensor to prevent the abnormality. I couldn't connect to actions such as Ka.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の監視装置は、監視対象に関する複数のデータを収集する収集手段と、前記収集手段によって収集された複数のデータを入力データとして、自己符号化器を用いて、前記監視対象の状態を検出する検出手段と、前記自己符号化器に入力された各入力データと、前記自己符号化器から出力された出力データとを用いて、前記自己符号化器に入力された各入力データの出力データに対する重要度を算出する算出手段とを有することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the monitoring device of the present invention uses a collecting means for collecting a plurality of data related to the monitored object and a plurality of data collected by the collecting means as input data. The detection means for detecting the state of the monitored object using the encoder, each input data input to the self-encoder, and output data output from the self-encoder are used to describe the above. It is characterized by having a calculation means for calculating the importance of each input data input to the self-encoder with respect to the output data.

また、本発明の監視方法は、監視装置によって実行される監視方法であって、監視対象に関する複数のデータを収集する収集工程と、前記収集工程によって収集された複数のデータを入力データとして、自己符号化器を用いて、前記監視対象の状態を検出する検出工程と、前記自己符号化器に入力された各入力データと、前記自己符号化器から出力された出力データとを用いて、前記自己符号化器に入力された各入力データの出力データに対する重要度を算出する算出工程とを含んだことを特徴とする。 Further, the monitoring method of the present invention is a monitoring method executed by a monitoring device, in which a collection step of collecting a plurality of data related to a monitoring target and a plurality of data collected by the collection step are used as input data, and the self-monitoring method is performed. The detection step of detecting the state of the monitored object using the encoder, each input data input to the self-encoder, and the output data output from the self-encoder are used to describe the above. It is characterized by including a calculation step of calculating the importance of each input data input to the self-encoder with respect to the output data.

また、本発明の監視プログラムは、監視対象設備で取得された複数のデータを収集する収集ステップと、監視対象に関する複数のデータを収集する収集ステップと、前記収集ステップによって収集された複数のデータを入力データとして、自己符号化器を用いて、前記監視対象の状態を検出する検出ステップと、前記自己符号化器に入力された各入力データと、前記自己符号化器から出力された出力データとを用いて、前記自己符号化器に入力された各入力データの出力データに対する重要度を算出する算出ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。 In addition, the monitoring program of the present invention collects a plurality of data acquired by the monitored equipment, a collection step of collecting a plurality of data related to the monitored target, and a plurality of data collected by the collection step. As input data, a detection step for detecting the state of the monitored object using a self-encoder, each input data input to the self-encoder, and output data output from the self-encoder. Is used to cause a computer to perform a calculation step of calculating the importance of each input data input to the self-encoder with respect to the output data.

本発明によれば、各入力データの出力データに対する重要度を動的かつ容易に確認することができるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to dynamically and easily confirm the importance of each input data with respect to the output data.

図1は、第1の実施形態に係る監視装置の構成例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of the monitoring device according to the first embodiment. 図2は、自己符号化器の学習について説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating learning of a self-encoder. 図3は、入力データと出力データの再現誤差から異常を判定する処理を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a process of determining an abnormality from a reproduction error of input data and output data. 図4は、入力データと出力データの再現誤差から異常を判定する処理を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a process of determining an abnormality from a reproduction error of input data and output data. 図5は、自己符号化器に対する重要度算出処理の一例を説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the importance calculation process for the self-encoder. 図6は、N×Nの重要度を計算する場合の例を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example in the case of calculating the importance of N × N. 図7は、再現誤差に応じて重要度計算対象を絞り込む処理の一例を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a process of narrowing down the importance calculation target according to the reproduction error. 図8は、ニューラルネットワークにおける中間層のノードを重要度計算対象として絞り込む処理の一例を説明する図である。FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a process of narrowing down the nodes in the middle layer as the importance calculation target in the neural network. 図9は、監視装置によって実行される全体の処理の概要を説明する図である。FIG. 9 is a diagram illustrating an outline of the entire process executed by the monitoring device. 図10は、第1の実施形態に係る監視装置における異常予測処理の流れの一例を示すフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart showing an example of the flow of abnormality prediction processing in the monitoring device according to the first embodiment. 図11は、第1の実施形態に係る監視装置における重要度算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart showing an example of the flow of the importance calculation process in the monitoring device according to the first embodiment. 図12は、第1の実施形態に係る監視装置におけるグラフ表示処理の流れの一例を示すフローチャートである。FIG. 12 is a flowchart showing an example of a flow of graph display processing in the monitoring device according to the first embodiment. 図13は、監視プログラムを実行するコンピュータを示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a computer that executes a monitoring program.

以下に、本願に係る監視装置、監視方法および監視プログラムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本願に係る監視装置、監視方法および監視プログラムが限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of a monitoring device, a monitoring method, and a monitoring program according to the present application will be described in detail with reference to the drawings. The monitoring device, monitoring method, and monitoring program according to the present application are not limited by this embodiment.

[第1の実施形態]
以下の実施の形態では、第1の実施形態に係る監視装置10の構成、監視装置10の処理の流れを順に説明し、最後に第1の実施形態による効果を説明する。なお、以下では、監視装置10が工場やプラントなどの監視対象設備からデータを収集し、自己符号化器を用いて、監視対象設備の異常度を算出する場合の例を説明する。
[First Embodiment]
In the following embodiments, the configuration of the monitoring device 10 and the processing flow of the monitoring device 10 according to the first embodiment will be described in order, and finally, the effects of the first embodiment will be described. In the following, an example will be described in which the monitoring device 10 collects data from the monitored equipment such as a factory or a plant and uses a self-encoder to calculate the degree of abnormality of the monitored equipment.

[監視装置の構成]
まず、図1を用いて、監視装置10の構成を説明する。図1は、第1の実施形態に係る監視装置の構成例を示すブロック図である。監視装置10は、例えば、工場やプラントなどの監視対象設備に設置されるセンサによって取得された複数のデータを収集し、収集した複数のデータを入力データとして、自己符号化器を用いて、各入力データを再現した出力データを出力し、該入力データと該出力データとを比較して、該入力データに対する該出力データの再現誤差を検出し、再現誤差に応じて、監視対象設備の異常度を算出する。
[Monitoring device configuration]
First, the configuration of the monitoring device 10 will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of the monitoring device according to the first embodiment. The monitoring device 10 collects a plurality of data acquired by sensors installed in monitored equipment such as a factory or a plant, and uses the collected data as input data by using a self-encoder. Output data that reproduces the input data is output, the input data is compared with the output data, the reproduction error of the output data with respect to the input data is detected, and the degree of abnormality of the monitored equipment is determined according to the reproduction error. Is calculated.

また、監視装置10は、自己符号化器に入力された各入力データと、自己符号化器から出力された出力データとを用いて、自己符号化器に入力された各入力データの出力データに対する重要度を算出する。ここで重要度とは、各入力が出力に対してどれだけ寄与したかを示すものであり、言い換えると、各入力が出力の再現にどれだけ重要であったか示すものであり、重要度の絶対値が大きいほど、その入力は出力に対する影響度が高かったことを意味する。 Further, the monitoring device 10 uses the input data input to the self-encoder and the output data output from the self-encoder to the output data of each input data input to the self-encoder. Calculate the importance. Here, the importance indicates how much each input contributed to the output, in other words, how important each input was to reproduce the output, and is an absolute value of importance. The larger the value, the greater the influence of the input on the output.

図1に示すように、この監視装置10は、収集部11、検出部12、出力可視化部13、算出部14、重要度可視化部15、プロセスデータバッファ16、分析フレームバッファ17、フレーム異常評価値バッファ18およびモデルバッファ19を有する。以下に監視装置10が有する各部の処理を説明する。 As shown in FIG. 1, the monitoring device 10 includes a collection unit 11, a detection unit 12, an output visualization unit 13, a calculation unit 14, an importance visualization unit 15, a process data buffer 16, an analysis frame buffer 17, and a frame abnormality evaluation value. It has a buffer 18 and a model buffer 19. The processing of each part of the monitoring device 10 will be described below.

収集部11、検出部12、出力可視化部13、算出部14および重要度可視化部15は、例えば、CPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro Processing Unit)、GPU(Graphical Processing Unit)などの電子回路やASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)などの集積回路である。また、プロセスデータバッファ16、分析フレームバッファ17、フレーム異常評価値バッファ18およびモデルバッファ19は、例えば、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ(Flash Memory)等の半導体メモリ素子等の記憶装置である。 The collection unit 11, the detection unit 12, the output visualization unit 13, the calculation unit 14, and the importance visualization unit 15 are, for example, electronic circuits such as a CPU (Central Processing Unit), an MPU (Micro Processing Unit), and a GPU (Graphical Processing Unit). It is an integrated circuit such as ASIC (Application Specific Integrated Circuit) and FPGA (Field Programmable Gate Array). Further, the process data buffer 16, the analysis frame buffer 17, the frame abnormality evaluation value buffer 18, and the model buffer 19 are storage devices such as semiconductor memory elements such as RAM (Random Access Memory) and flash memory (Flash Memory), for example. ..

収集部11は、監視対象設備で取得された監視対象に関する複数のデータを収集する。例えば、収集部11は、工場やプラントなどの監視対象設備に設置されるセンサからデータを定期的(例えば、1分ごと)に受信し、プロセスデータバッファ16に格納する。ここでセンサが取得するデータとは、例えば、監視対象設備である工場、プラント内の装置や反応炉についての温度や圧力、音、振動等の各種データである。なお、センサによって取得された時系列のデータを、以下では適宜プロセスデータと記載する。また、収集部11が収集するデータはセンサが取得したデータに限定されるものではなく、例えば、人的に入力された数値データや、材料の種類や銘柄などのラベルデータ等でもよい。 The collection unit 11 collects a plurality of data regarding the monitoring target acquired by the monitoring target equipment. For example, the collecting unit 11 receives data periodically (for example, every minute) from a sensor installed in a monitored facility such as a factory or a plant, and stores the data in the process data buffer 16. Here, the data acquired by the sensor is, for example, various data such as temperature, pressure, sound, and vibration of the equipment to be monitored, the equipment in the plant, and the reactor. The time series data acquired by the sensor will be referred to as process data as appropriate below. Further, the data collected by the collecting unit 11 is not limited to the data acquired by the sensor, and may be, for example, numerical data manually input, label data such as a material type or brand, or the like.

検出部12は、収集部11によって収集された複数のデータを入力データとして、自己符号化器を用いて、監視対象設備の状態を検出する。具体的には、検出部12は、各入力データを再現した出力データを出力し、該入力データと該出力データとを比較して、該入力データに対する該出力データの再現誤差を検出する。例えば、検出部12は、プロセスデータおよび自己符号化器を用いて、自己符号化器のニューラルネットワークに対して入力される入力データに対する出力データの再現誤差を検出し、該再現誤差に応じて、監視対象設備の異常度を算出する。なお、以下では、自己符号化器を用いて再現誤差を検出し、再現誤差に応じて監視対象設備の異常度を算出することで監視対象設備の状態を検出する場合を例に説明するが、これに限定されるものではなく、自己符号化器を用いてどのように監視対象設備の状態を検出するようにしてもよい。例えば、自己符号化器で学習した後に中間層を可視化することで、監視対象設備の状態を検出できるようにしてもよい。検出部12は、分析フレーム抽出部12aおよびフレーム異常評価値算出部12bを有する。なお、以下で説明する異常度算出処理は、一例であり、これに限定されるものではない。 The detection unit 12 detects the state of the equipment to be monitored by using a self-encoder using a plurality of data collected by the collection unit 11 as input data. Specifically, the detection unit 12 outputs output data that reproduces each input data, compares the input data with the output data, and detects a reproduction error of the output data with respect to the input data. For example, the detection unit 12 detects a reproduction error of the output data with respect to the input data input to the neural network of the self-encoder by using the process data and the self-encoder, and responds to the reproduction error. Calculate the degree of abnormality of the monitored equipment. In the following, a case where the reproduction error is detected by using a self-encoder and the state of the monitored equipment is detected by calculating the degree of abnormality of the monitored equipment according to the reproduction error will be described as an example. The condition of the monitored equipment is not limited to this, and the state of the monitored equipment may be detected by using a self-encoder. For example, the state of the monitored equipment may be detected by visualizing the intermediate layer after learning with a self-encoder. The detection unit 12 includes an analysis frame extraction unit 12a and a frame abnormality evaluation value calculation unit 12b. The abnormality degree calculation process described below is an example, and is not limited to this.

分析フレーム抽出部12aは、収集部11によって収集されたプロセスデータから、所定時点または所定の時間幅である分析フレームに含まれるプロセスデータを抽出する。具体的には、分析フレーム抽出部12aは、フレーム分のプロセスデータをプロセスデータバッファ16から抽出して読み出し、読み出したプロセスデータを分析フレームバッファ17に格納する。なお、所定の時点とは、現時点であってもよいし、現時点から10秒前等の予め設定された時点であってもよい。 The analysis frame extraction unit 12a extracts the process data included in the analysis frame having a predetermined time point or a predetermined time width from the process data collected by the collection unit 11. Specifically, the analysis frame extraction unit 12a extracts and reads the process data for the frame from the process data buffer 16, and stores the read process data in the analysis frame buffer 17. The predetermined time point may be the current time point or a preset time point such as 10 seconds before the present time point.

例えば、分析フレーム抽出部12aは、収集部11が1分毎にプロセスデータを収集し、現時刻tに取得されたプロセスデータをプロセスデータバッファ16から抽出して読み出す。また、例えば、分析フレーム抽出部12aは、時間幅が「5」である場合には、現時刻tに取得されたプロセスデータ、現時刻の1分前に取得されたプロセスデータ、現時刻の2分前に取得されたプロセスデータ、現時刻の3分前に取得されたプロセスデータ、現時刻の4分前に取得されたプロセスデータをプロセスデータバッファ16から抽出して読み出す。 For example, the analysis frame extraction unit 12a collects the process data every minute by the collection unit 11, extracts the process data acquired at the current time t from the process data buffer 16, and reads the process data. Further, for example, when the time width is "5", the analysis frame extraction unit 12a has the process data acquired at the current time t, the process data acquired one minute before the current time, and 2 of the current time. The process data acquired 3 minutes before the current time, the process data acquired 3 minutes before the current time, and the process data acquired 4 minutes before the current time are extracted from the process data buffer 16 and read out.

プロセスデータバッファ16は、収集部11によって収集されたプロセスデータを記憶する。プロセスデータバッファ16には、プロセスデータとして、少なくとも、所定時点または所定の時間幅のフレーム分の最新のプロセスデータが格納されている。分析フレームバッファ17は、分析フレーム抽出部12aによって抽出されたプロセスデータを記憶する。 The process data buffer 16 stores the process data collected by the collection unit 11. The process data buffer 16 stores at least the latest process data for a predetermined time point or a predetermined time width frame as process data. The analysis frame buffer 17 stores the process data extracted by the analysis frame extraction unit 12a.

フレーム異常評価値算出部12bは、分析フレーム抽出部12aによって抽出されたプロセスデータを入力として、自己符号化器を用いて、自己符号化器のニューラルネットワークに対して入力される入力データに対する出力データの再現誤差を検出し、該再現誤差に応じて、監視対象設備の異常度を算出する。 The frame abnormality evaluation value calculation unit 12b uses the process data extracted by the analysis frame extraction unit 12a as an input, and uses a self-encoder to output data for the input data input to the neural network of the self-encoder. The reproduction error of the above is detected, and the degree of abnormality of the monitored equipment is calculated according to the reproduction error.

例えば、フレーム異常評価値算出部12bは、分析フレーム抽出部12aから抽出された時刻tのプロセスデータとして、センサA、センサB、センサC、センサDおよびセンサEのデータを受信する。そして、フレーム異常評価値算出部12bは、時刻tにおけるセンサA、センサB、センサC、センサDおよびセンサEのデータをそれぞれ自己符号化器に入力し、入力データと出力データとの再現誤差を検出し、該再現誤差に応じて、時刻tにおける監視対象設備の異常度であるフレーム異常評価値を算出する。 For example, the frame abnormality evaluation value calculation unit 12b receives the data of the sensor A, the sensor B, the sensor C, the sensor D, and the sensor E as the process data of the time t extracted from the analysis frame extraction unit 12a. Then, the frame abnormality evaluation value calculation unit 12b inputs the data of the sensor A, the sensor B, the sensor C, the sensor D, and the sensor E at the time t into the self-encoder, and calculates the reproduction error between the input data and the output data. It is detected, and the frame abnormality evaluation value, which is the degree of abnormality of the monitored equipment at time t, is calculated according to the reproduction error.

また、フレーム異常評価値とは、例えば、監視対象設備の異常が発生している確率値であって、「0」〜「1」で表現される数値であってもよい。この場合には、例えば、ある時点において監視対象設備の異常が発生している確率が「40%」と予測された場合には、フレーム異常評価値が「0.4」となる。また、フレーム異常評価値はこれに限定されるものではなく、例えば、監視対象設備の異常が発生している可能性が一定以上存在するか否かを示す値として、「0」または「1」のいずれかで表現される数値であってもよい。 Further, the frame abnormality evaluation value is, for example, a probability value at which an abnormality has occurred in the monitored equipment, and may be a numerical value represented by “0” to “1”. In this case, for example, if the probability that an abnormality of the monitored equipment has occurred at a certain point in time is predicted to be "40%", the frame abnormality evaluation value will be "0.4". Further, the frame abnormality evaluation value is not limited to this, and for example, "0" or "1" is used as a value indicating whether or not there is a possibility that an abnormality has occurred in the monitored equipment. It may be a numerical value expressed by any of.

フレーム異常評価値バッファ18は、自己符号化器から出力された出力データと、フレーム異常評価値算出部12bによって検出された入力データに対する出力データの再現誤差と、算出されたフレーム異常評価値を記憶する。なお、フレーム異常評価値バッファ18には、フレーム異常評価値として、少なくとも、所定時点または所定の時間幅のフレーム分の最新のフレーム異常評価値が格納されている。モデルバッファ19は、前述のフレーム異常評価値算出部12bによって利用される自己符号化器、すなわち監視対象設備の異常を検出するための学習済モデルを記憶している。 The frame abnormality evaluation value buffer 18 stores the output data output from the self-encoder, the reproduction error of the output data with respect to the input data detected by the frame abnormality evaluation value calculation unit 12b, and the calculated frame abnormality evaluation value. do. The frame abnormality evaluation value buffer 18 stores at least the latest frame abnormality evaluation value for a frame at a predetermined time point or a predetermined time width as a frame abnormality evaluation value. The model buffer 19 stores a self-encoder used by the frame abnormality evaluation value calculation unit 12b described above, that is, a trained model for detecting an abnormality in the monitored equipment.

ここで、図2を用いて、自己符号化器の学習について説明する図である。図2に例示するように、自己符号化器のニューラルネットワークでは、入力層と出力層のノード数が同じであり、中間数のノード数が入出力層より少ない。そして、自己符号化器に対して入力データを入力すると、入力データを教師データとして自らを再現するように学習する。ここで、自己符号化器に学習させるデータは、監視対象設備が正常時におけるセンサが取得したデータ(以下、適宜「正常データ」と記載)のみとする。つまり、正常データのみを入力データとして学習させることで、入力データが正常データである場合だけうまく再現できるように学習させ、入力データが異常データである場合にはうまく再現できないようにする。 Here, it is a figure explaining the learning of a self-encoder using FIG. As illustrated in FIG. 2, in the self-encoder neural network, the number of nodes in the input layer and the output layer is the same, and the number of intermediate nodes is smaller than that in the input / output layer. Then, when the input data is input to the self-encoder, the input data is used as teacher data to learn to reproduce itself. Here, the data to be learned by the self-encoder is only the data acquired by the sensor when the monitored equipment is normal (hereinafter, appropriately referred to as "normal data"). That is, by training only the normal data as input data, it is trained so that it can be reproduced well only when the input data is normal data, and it cannot be reproduced well when the input data is abnormal data.

また、このように、正常データのみで学習を行うことで、監視対象設備が工場やプラント内の装置等のように通常時に異常が発生しにくいために正常データが異常データに比べて圧倒的に多く、異常データが少ないような場合でも、適切に学習させることが可能となる。なお、監視装置10では、学習済の自己符号化器がモデルバッファ19に予め記憶されている場合を例として説明するが、監視装置10が学習処理を行うようにしてもよい。 In addition, by learning only with normal data in this way, abnormal data is less likely to occur during normal times, such as equipment in factories and plants, so normal data is overwhelmingly compared to abnormal data. Even when there are many and few abnormal data, it is possible to train appropriately. In the monitoring device 10, the case where the learned self-encoder is stored in the model buffer 19 in advance will be described as an example, but the monitoring device 10 may perform the learning process.

次に、図3を用いて、入力データと出力データの再現誤差から異常を判定する処理を説明する。図3および図4は、入力データと出力データの再現誤差から異常を判定する処理を説明する図である。図3の例では、正常データが入力データとして入力され、図4の例では、異常データが入力データとして入力された場合を例示している。図3に例示するように、例えば、検出部12は、正常データを入力データとして自己符号化器に入力し、出力データを出力する。自己符号化器は、正常データだけを再現できるように学習しているので、入力データと出力データとの再現誤差が小さい。 Next, the process of determining an abnormality from the reproduction error of the input data and the output data will be described with reference to FIG. 3 and 4 are diagrams for explaining a process of determining an abnormality from a reproduction error of input data and output data. In the example of FIG. 3, normal data is input as input data, and in the example of FIG. 4, the case where abnormal data is input as input data is illustrated. As illustrated in FIG. 3, for example, the detection unit 12 inputs normal data as input data to the self-encoder and outputs output data. Since the self-encoder learns so that only normal data can be reproduced, the reproduction error between the input data and the output data is small.

一方、図4に例示するように、例えば、検出部12は、異常データを入力データとして自己符号化器に入力し、出力データを出力する。自己符号化器は、正常データだけを再現できるように学習しているので、入力データと出力データとの再現誤差が大きい。 On the other hand, as illustrated in FIG. 4, for example, the detection unit 12 inputs the abnormal data as input data to the self-encoder and outputs the output data. Since the self-encoder learns so that only normal data can be reproduced, the reproduction error between the input data and the output data is large.

つまり、検出部12は、入力データに対する出力データの再現誤差を検出し、該再現誤差が大きければ大きいほど監視対象設備の異常度が大きくなるように算出し、再現誤差が小さければ小さいほど監視対象設備の異常度が小さくなるように算出する。 That is, the detection unit 12 detects the reproduction error of the output data with respect to the input data, calculates so that the larger the reproduction error is, the larger the abnormality degree of the equipment to be monitored is, and the smaller the reproduction error is, the more the monitoring target is. Calculate so that the degree of abnormality of the equipment is small.

図1の説明に戻って、出力可視化部13は、異常予測評価値に基づき警告サインを出力したり、異常予測評価値の時系列データをチャート画面として出力したりする。出力可視化部13は、異常判定部13aおよびチャート表示部13bを有する。 Returning to the description of FIG. 1, the output visualization unit 13 outputs a warning sign based on the abnormality prediction evaluation value, and outputs the time series data of the abnormality prediction evaluation value as a chart screen. The output visualization unit 13 includes an abnormality determination unit 13a and a chart display unit 13b.

異常判定部13aは、フレーム異常評価値算出部12bによって算出されたフレーム異常評価値が所定の閾値以上であるか否かを判定し、異常予測評価値が所定の閾値以上である場合には、異常発生に関する警告を出力する。例えば、異常判定部13aは、異常予測評価値が所定の閾値以上である場合には、警告サインとして、一定時間後に監視対象設備に異常が発生する可能性がある旨の警告メッセージを出力してもよいし、警告を報知する音を出力するようにしてもよい。 The abnormality determination unit 13a determines whether or not the frame abnormality evaluation value calculated by the frame abnormality evaluation value calculation unit 12b is equal to or more than a predetermined threshold value, and if the abnormality prediction evaluation value is equal to or more than a predetermined threshold value, Outputs a warning about the occurrence of an error. For example, when the abnormality prediction evaluation value is equal to or higher than a predetermined threshold value, the abnormality determination unit 13a outputs a warning message as a warning sign indicating that an abnormality may occur in the monitored equipment after a certain period of time. Alternatively, a sound for notifying a warning may be output.

チャート表示部13bは、フレーム異常評価値算出部12bによって算出されたフレーム異常評価値の時系列データをチャート画面として表示する。例えば、チャート表示部13bは、ユーザからの表示要求を受け付けると、異常予測評価値の時系列データをチャート画面として表示する。 The chart display unit 13b displays the time-series data of the frame abnormality evaluation value calculated by the frame abnormality evaluation value calculation unit 12b as a chart screen. For example, when the chart display unit 13b receives a display request from the user, the chart display unit 13b displays the time-series data of the abnormality prediction evaluation value as a chart screen.

算出部14は、自己符号化器に入力された各入力データと、自己符号化器から出力された出力データとを用いて、自己符号化器に入力された各入力データの出力データに対する重要度を算出する。例えば、算出部14は、Saliency Mapを始めとする重要度特徴手法を用いて、各入力データの出力データに対する重要度を算出する。算出部14は、重要度算出部14aおよび重要度ノイズ除去部14bを有する。 The calculation unit 14 uses the input data input to the self-encoder and the output data output from the self-encoder, and the importance of each input data input to the self-encoder to the output data. Is calculated. For example, the calculation unit 14 calculates the importance of each input data with respect to the output data by using an importance feature method such as Salience Map. The calculation unit 14 includes an importance calculation unit 14a and an importance noise removal unit 14b.

重要度算出部14aは、自己符号化器に入力された入力データ(プロセスデータ)を分析フレームバッファ17から読み出すとともに、自己符号化器から出力された出力データと、入力データに対する出力データの再現誤差と、フレーム異常評価値とをフレーム異常評価値バッファ18から読み出し、自己符号化器に入力された各入力データと、自己符号化器から出力された出力データとを用いて、自己符号化器に入力された各入力データの出力データに対する重要度を算出する。 The importance calculation unit 14a reads the input data (process data) input to the self-encoder from the analysis frame buffer 17, and at the same time, the output data output from the self-encoder and the reproduction error of the output data with respect to the input data. And the frame abnormality evaluation value are read from the frame abnormality evaluation value buffer 18, and each input data input to the self-encoder and the output data output from the self-encoder are used in the self-encoder. Calculate the importance of each input data to the output data.

ここで、重要度を計算する具体例について説明する。例えば、重要度算出部14aは、入力値から出力値を算出する学習済モデルにおいて、出力値の各入力値に関する偏微分値またはその概算値を用いて、各時刻におけるセンサごとに、重要度を算出する。一例としては、重要度算出部14aは、Saliency Mapを用いて、各時刻におけるセンサごとに、重要度を算出する。Saliency Mapは、ニューラルネットワークの画像分類において利用される技術であり、ニューラルネットワークの出力の各入力に関する偏微分値を出力に寄与する重要度として抽出する技術である。 Here, a specific example for calculating the importance will be described. For example, in the trained model that calculates the output value from the input value, the importance calculation unit 14a uses the partial differential value or its approximate value for each input value of the output value to determine the importance for each sensor at each time. calculate. As an example, the importance calculation unit 14a calculates the importance for each sensor at each time using the Saliency Map. Saliency Map is a technique used in image classification of a neural network, and is a technique for extracting a partial differential value for each input of an output of a neural network as an importance contributing to the output.

なお、Saliency Map以外の手法で重要度を算出してもよく、例えば、出力値をニューラルネットワークの各層に伝播させることで入力の重要度を求める手法(参考文献1参照)や、ニューラルネットワークを単純なモデル(決定木等)に近似してデータに対する入力の重要度を求める手法であってもよい(参考文献2参照)。
参考文献1:Bach, Sebastian, et al. "On pixel-wise explanations for non-linear classifier decisions by layer-wise relevance propagation." PloS one 10.7 (2015): e0130140.
参考文献2:Shrikumar, Avanti, Peyton Greenside, and Anshul Kundaje. "Learning important features through propagating activation differences." arXiv preprint arXiv:1704.02685 (2017).
The importance may be calculated by a method other than Saliency Map. For example, a method of obtaining the importance of the input by propagating the output value to each layer of the neural network (see Reference 1) or a simple neural network. It may be a method of finding the importance of input to data by approximating a model (decision tree, etc.) (see Reference 2).
Reference 1: Bach, Sebastian, et al. "On pixel-wise explanations for non-linear classifier decisions by layer-wise relevance propagation." PloS one 10.7 (2015): e0130140.
Reference 2: Shrikumar, Avanti, Peyton Greenside, and Anshul Kundaje. "Learning important features through propagating activation differences." ArXiv preprint arXiv: 1704.02685 (2017).

ここで、図5の例を用いて、自己符号化器に対する重要度算出処理の一例を説明する。図5は、自己符号化器に対する重要度算出処理の一例を説明する図である。図5に例示するように、重要度算出部14aは、x1〜xnまでの入力データを自己符号器に入力すると、y1〜ynまでの出力データを出力する。ここで、出力データのうちy2に着目すると、重要度算出部14aは、y2の再現に重要な各入力データx1〜xnの重要度をそれぞれ算出することになる。 Here, an example of the importance calculation process for the self-encoder will be described with reference to the example of FIG. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the importance calculation process for the self-encoder. As illustrated in FIG. 5, when the importance calculation unit 14a inputs the input data of x1 to xn into the self-encoder, the importance calculation unit 14a outputs the output data of y1 to yn. Here, focusing on y2 in the output data, the importance calculation unit 14a calculates the importance of each input data x1 to xn that is important for reproducing y2.

ここで、重要度算出部14aは、全ての出力データについて、各入力データx1〜xnの重要度をそれぞれ算出するようにしてもよい。この場合には、図6に例示するように、N個の入力データを入力した場合には、出力データもN個になるため、N×Nの重要度を算出することとなる。図6は、N×Nの重要度を計算する場合の例を説明する図である。このため、入力次元が大きな状況下では、監視装置10の処理負荷が重く、また、人間が見て分析や制御判断を行うには数が多すぎる場合がある。 Here, the importance calculation unit 14a may calculate the importance of each input data x1 to xn for all the output data. In this case, as illustrated in FIG. 6, when N input data are input, the output data is also N, so the importance of N × N is calculated. FIG. 6 is a diagram illustrating an example in the case of calculating the importance of N × N. Therefore, under a situation where the input dimension is large, the processing load of the monitoring device 10 is heavy, and the number may be too large for humans to visually perform analysis and control judgment.

そこで、重要度算出部14aは、検出部12によって検出された再現誤差が所定の閾値以上である出力データを抽出し、自己符号化器に入力された各入力データと抽出した出力データとを用いて、抽出した出力データに対する各入力データの重要度を算出するようにしてもよい。例えば、上記の図5の例を用いて説明すると、重要度算出部14aは、入力データx1と出力データy1との再現誤差、入力データx2と出力データy2との再現誤差、・・・入力データxnと出力データynとの再現誤差が所定の閾値以上であるか否かをそれぞれ判定する。この結果、重要度算出部14aは、再現誤差が所定の閾値以上であると判定された出力データのみを抽出し、抽出した出力データに対する各入力データの重要度を算出する。 Therefore, the importance calculation unit 14a extracts the output data whose reproduction error detected by the detection unit 12 is equal to or greater than a predetermined threshold value, and uses each input data input to the self-encoder and the extracted output data. Therefore, the importance of each input data with respect to the extracted output data may be calculated. For example, to explain using the example of FIG. 5 above, the importance calculation unit 14a has a reproduction error between the input data x1 and the output data y1, a reproduction error between the input data x2 and the output data y2, ... It is determined whether or not the reproduction error between xn and the output data yn is equal to or greater than a predetermined threshold value. As a result, the importance calculation unit 14a extracts only the output data for which the reproduction error is determined to be equal to or higher than a predetermined threshold value, and calculates the importance of each input data with respect to the extracted output data.

図7の例を用いて、再現誤差に応じて重要度計算対象を絞り込む処理について説明する。図7は、再現誤差に応じて重要度計算対象を絞り込む処理の一例を説明する図である。図7に例示するように、N個の入力データを入力した場合には、出力データもN個になるが、各出力データのうち再現誤差が大きな出力データのみを重要度計算の対象とした結果、3つの出力データが重要度計算の対象となった場合には、3×N個の重要度を算出することとなり、N×Nの重要度を算出することと比べて、監視装置10の処理負荷が軽くなり、また、人間が分析や制御判断を行うことを容易にする。 The process of narrowing down the importance calculation target according to the reproduction error will be described with reference to the example of FIG. 7. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a process of narrowing down the importance calculation target according to the reproduction error. As illustrated in FIG. 7, when N input data are input, the output data is also N, but the result of calculating the importance of only the output data having a large reproduction error among the output data. When the three output data are the targets of the importance calculation, the importance of 3 × N is calculated, and the processing of the monitoring device 10 is compared with the calculation of the importance of N × N. It reduces the load and makes it easier for humans to make analysis and control decisions.

また、重要度算出部14aは、ニューラルネットワークにおける中間層ごとに、各入力データの重要度を算出するようにしてもよい。例えば、重要度算出部14aは、自己符号化器に入力された各入力データと自己符号化器のニューラルネットワークにおける中間層のノードの出力データとを用いて、該中間層の出力データに対する各入力データの重要度を算出する。 Further, the importance calculation unit 14a may calculate the importance of each input data for each intermediate layer in the neural network. For example, the importance calculation unit 14a uses each input data input to the self-encoder and the output data of the node of the intermediate layer in the neural network of the self-encoder, and each input to the output data of the intermediate layer. Calculate the importance of the data.

図8の例を用いて、ニューラルネットワークにおける中間層のノードを重要度計算対象として絞り込む処理の一例を説明する。図8は、ニューラルネットワークにおける中間層のノードを重要度計算対象として絞り込む処理の一例を説明する図である。図8に例示するように、N個の入力データを入力した場合には、出力データもN個になるが、入出力層よりもノード数が少ない中間層のノードを重要度計算の対象とした結果、3つの中間層のノードの出力データが重要度計算の対象となった場合には、3×N個の重要度を算出することとなり、N×Nの重要度を算出することと比べて、監視装置10の処理負荷が軽くなり、また、人間が分析や制御判断を行うことを容易にする。 An example of the process of narrowing down the nodes in the middle layer as the importance calculation target in the neural network will be described with reference to the example of FIG. FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a process of narrowing down the nodes in the middle layer as the importance calculation target in the neural network. As illustrated in FIG. 8, when N input data are input, the output data is also N, but the nodes in the intermediate layer, which has fewer nodes than the input / output layer, are the targets of the importance calculation. As a result, when the output data of the nodes of the three intermediate layers is the target of the importance calculation, the importance of 3 × N is calculated, which is compared with the calculation of the importance of N × N. The processing load of the monitoring device 10 is reduced, and it is easy for humans to perform analysis and control judgment.

重要度ノイズ除去部14bは、重要度算出部14aによって計算された重要度を所定の時間幅でスムージングしてノイズを除去する。例えば、重要度ノイズ除去部14bは、ノイズを除去する技術としてSmooth Gradの手法を用いて、重要度をスムージングしてもよい。Smooth Gradは、入力画像にランダムなガウシアンノイズをかけた複製を数十枚作成し、それぞれから抽出された重要度を平均することでノイズを取り除く手法である。なお、上述のノイズを除去する処理については、省略してもよく、その場合には、監視装置10は重要度ノイズ除去部14bの機能部を有していなくてもよい。 The importance noise removing unit 14b removes noise by smoothing the importance calculated by the importance calculating unit 14a within a predetermined time width. For example, the importance noise removing unit 14b may smooth the importance by using the technique of Smooth Grad as a technique for removing noise. Smooth Grad is a method of removing noise by creating dozens of duplicates in which random Gaussian noise is applied to an input image and averaging the importance extracted from each. The above-mentioned noise removing process may be omitted. In that case, the monitoring device 10 may not have the functional unit of the importance noise removing unit 14b.

重要度可視化部15は、各センサデータの重要度の推移を示すグラフを表示したり、異常判定部13aの判定結果と同期して重要なセンサを報知したりする。重要度可視化部15は、取得部15a、作成部15b、重要度表示部15cおよび報知部15dを有する。なお、重要度可視化部15の各機能を監視装置10とは別の表示装置に持たせるようにしてもよい。 The importance visualization unit 15 displays a graph showing the transition of the importance of each sensor data, and notifies important sensors in synchronization with the determination result of the abnormality determination unit 13a. The importance visualization unit 15 includes an acquisition unit 15a, a creation unit 15b, an importance display unit 15c, and a notification unit 15d. In addition, each function of the importance visualization unit 15 may be provided in a display device different from the monitoring device 10.

取得部15aは、自己符号化器に入力された各入力データの出力データに対する重要度を取得する。例えば、取得部15aは、重要度ノイズ除去部14bによってノイズが除去された各センサの重要度を取得する。 The acquisition unit 15a acquires the importance of each input data input to the self-encoder with respect to the output data. For example, the acquisition unit 15a acquires the importance of each sensor whose noise has been removed by the importance noise removal unit 14b.

作成部15bは、取得部15aによって取得された重要度を用いて、各入力項目の重要度の推移を示すグラフを作成する。重要度表示部15cは、作成部15bによって作成されたグラフを表示する。 The creation unit 15b creates a graph showing the transition of the importance of each input item by using the importance acquired by the acquisition unit 15a. The importance display unit 15c displays the graph created by the creation unit 15b.

報知部15dは、監視対象設備の異常が検知された場合に、取得部15aによって取得された各重要度のうち、重要度が所定の閾値以上である入力項目を報知する。例えば、報知部15dは、異常判定部13aによる判定結果を取得し、監視対象設備の異常が検知された場合、すなわち、異常予測評価値が所定の閾値以上であった場合には、異常が検知された時刻に対応する各センサの重要度のうち、重要度が所定の閾値以上であるセンサを報知する。これにより、異常が発生した際に、特に重要度の高いセンサ同士の関係を報知することが可能である。 When an abnormality in the monitored equipment is detected, the notification unit 15d notifies an input item whose importance is equal to or higher than a predetermined threshold value among the importance levels acquired by the acquisition unit 15a. For example, the notification unit 15d acquires the determination result by the abnormality determination unit 13a, and detects the abnormality when an abnormality of the monitored equipment is detected, that is, when the abnormality prediction evaluation value is equal to or more than a predetermined threshold value. Among the importance of each sensor corresponding to the set time, the sensor whose importance is equal to or higher than a predetermined threshold value is notified. As a result, when an abnormality occurs, it is possible to notify the relationship between the sensors having a particularly high importance.

ここで、図9を用いて、監視装置10によって実行される異常予測処理の概要を説明する図である。図9は、監視装置によって実行される異常予測処理の概要を説明する図である。 Here, FIG. 9 is a diagram illustrating an outline of an abnormality prediction process executed by the monitoring device 10. FIG. 9 is a diagram illustrating an outline of an abnormality prediction process executed by the monitoring device.

図9では、プラント内の反応炉や装置などにセンサや運転用の信号などを収集するデバイスが取り付けられ、一定時間毎にデータを収集していることを図示している。そして、図9では、収集部11が各センサA〜センサEから収集したプロセスデータの推移を示したものを図示しており(図9の(A)参照)、検出部12は、プロセスデータおよび自己符号化器を用いて、自己符号化器のニューラルネットワークに対して入力される入力データに対する出力データの再現誤差を検出し、該再現誤差に応じて、監視対象設備の異常予測評価値を算出する(図9の(B)参照)。そして、出力可視化部13は、算出された異常予測評価値の時系列データをチャート画面として出力する(図9の(C)参照)。 FIG. 9 shows that a sensor, a device for collecting operation signals, and the like are attached to a reactor, a device, and the like in the plant, and data is collected at regular intervals. Then, FIG. 9 shows a transition of the process data collected from each sensor A to E by the collecting unit 11 (see (A) of FIG. 9), and the detecting unit 12 shows the process data and the process data. Using the self-encoder, the reproduction error of the output data with respect to the input data input to the neural network of the self-encoder is detected, and the abnormality prediction evaluation value of the monitored equipment is calculated according to the reproduction error. (See (B) in FIG. 9). Then, the output visualization unit 13 outputs the time-series data of the calculated abnormality prediction evaluation value as a chart screen (see (C) of FIG. 9).

また、算出部14は、自己符号化器に入力された各入力データと、自己符号化器から出力された出力データとを用いて、自己符号化器に入力された各入力データの出力データに対する重要度を算出する(図9の(D)参照)。そして、重要度可視化部15は、各センサデータの重要度の推移を示すグラフを表示する(図9の(E)参照)。図9の例では、センサAについての出力データに対する各センサA〜センサEについての入力データの重要度の推移を示すグラフを表示している。 Further, the calculation unit 14 uses the input data input to the self-encoder and the output data output from the self-encoder to the output data of each input data input to the self-encoder. Calculate the importance (see (D) in FIG. 9). Then, the importance visualization unit 15 displays a graph showing the transition of the importance of each sensor data (see (E) of FIG. 9). In the example of FIG. 9, a graph showing the transition of the importance of the input data for each of the sensors A to E with respect to the output data for the sensor A is displayed.

[監視装置の処理手順]
次に、図10〜図12を用いて、第1の実施形態に係る監視装置10による処理手順の例を説明する。図10は、第1の実施形態に係る監視装置における異常予測処理の流れの一例を示すフローチャートである。図11は、第1の実施形態に係る監視装置における重要度算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。図12は、第1の実施形態に係る監視装置におけるグラフ表示処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、図11に例示する処理は、再現誤差が大きい入力項目(センサ)のみを重要度計算の対象として絞り込む場合の処理である。
[Processing procedure of monitoring device]
Next, an example of the processing procedure by the monitoring device 10 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 10 to 12. FIG. 10 is a flowchart showing an example of the flow of abnormality prediction processing in the monitoring device according to the first embodiment. FIG. 11 is a flowchart showing an example of the flow of the importance calculation process in the monitoring device according to the first embodiment. FIG. 12 is a flowchart showing an example of a flow of graph display processing in the monitoring device according to the first embodiment. The process illustrated in FIG. 11 is a process in which only the input item (sensor) having a large reproduction error is narrowed down as the target of the importance calculation.

まず、図10を用いて、監視装置10による異常予測処理の流れを説明する。図10に例示するように、収集部11が、プロセスデータを収集すると(ステップS101肯定)、収集部11によって収集されたプロセスデータから、所定時点または所定の時間幅である分析フレームにおけるプロセスデータを抽出する(ステップS102)。 First, the flow of the abnormality prediction process by the monitoring device 10 will be described with reference to FIG. As illustrated in FIG. 10, when the collecting unit 11 collects the process data (affirmation in step S101), the process data in the analysis frame having a predetermined time point or a predetermined time width is obtained from the process data collected by the collecting unit 11. Extract (step S102).

そして、フレーム異常評価値算出部12bは、オートエンコーダ(自己符号化器)を用いて、入力データを再現し(ステップS103)、オートエンコーダのニューラルネットワークに対して入力される入力データに対する出力データの再現誤差を検出し、該再現誤差に応じて、監視対象設備の異常度であるフレーム異常評価値を算出する(ステップS104)。 Then, the frame abnormality evaluation value calculation unit 12b reproduces the input data by using the autoencoder (self-encoder) (step S103), and outputs the output data for the input data input to the neural network of the autoencoder. The reproduction error is detected, and the frame abnormality evaluation value, which is the degree of abnormality of the monitored equipment, is calculated according to the reproduction error (step S104).

その後、出力可視化部13の異常判定部13aは、フレーム異常評価値算出部12bによって算出されたフレーム異常評価値が所定の閾値以上であるか否かを判定する(ステップS105)。この結果、異常判定部13aは、異常予測評価値が所定の閾値未満である場合には(ステップS105否定)、そのまま処理を終了する。また、異常判定部13aは、異常予測評価値が所定の閾値以上である場合には(ステップS105肯定)、警告サインを出力する(ステップS106)。 After that, the abnormality determination unit 13a of the output visualization unit 13 determines whether or not the frame abnormality evaluation value calculated by the frame abnormality evaluation value calculation unit 12b is equal to or greater than a predetermined threshold value (step S105). As a result, if the abnormality prediction evaluation value is less than a predetermined threshold value (step S105 negative), the abnormality determination unit 13a ends the process as it is. Further, when the abnormality prediction evaluation value is equal to or higher than a predetermined threshold value (step S105 affirmative), the abnormality determination unit 13a outputs a warning sign (step S106).

次に、図11を用いて、監視装置10による重要度算出処理の流れを説明する。図11に例示するように、重要度算出部14aは、学習済モデルに入力されたプロセスデータを分析フレームバッファ17から取得するとともに、学習済モデルから出力されたフレーム異常評価値をフレーム異常評価値バッファ18から取得すると(ステップS201肯定)、再現誤差が大きい入力項目(センサ)を重要度計算の対象として抽出する(ステップS202)。 Next, the flow of the importance calculation process by the monitoring device 10 will be described with reference to FIG. As illustrated in FIG. 11, the importance calculation unit 14a acquires the process data input to the trained model from the analysis frame buffer 17, and obtains the frame abnormality evaluation value output from the trained model as the frame abnormality evaluation value. When it is acquired from the buffer 18 (affirmation in step S201), the input item (sensor) having a large reproduction error is extracted as the target of the importance calculation (step S202).

そして、重要度算出部14aは、重要度計算の対象として抽出した項目の出力データに対する各入力データの重要度を算出する(ステップS203)。そして、重要度ノイズ除去部14bは、重要度算出部14aによって計算された重要度を所定の時間幅でスムージングしてノイズを除去する(ステップS204)。例えば、重要度ノイズ除去部14bは、ノイズを除去する技術としてSmooth Gradの手法を用いて、重要度をスムージングする。 Then, the importance calculation unit 14a calculates the importance of each input data with respect to the output data of the items extracted as the target of the importance calculation (step S203). Then, the importance noise removing unit 14b smoothes the importance calculated by the importance calculating unit 14a within a predetermined time width to remove noise (step S204). For example, the importance noise removing unit 14b smoothes the importance by using the technique of Smooth Grad as a technique for removing noise.

次に、図12を用いて、監視装置10によるグラフ表示処理の流れを説明する。図12に例示するように、取得部15aが、自己符号化器に入力された各入力データの出力データに対する重要度を取得すると(ステップS301肯定)、作成部15bは、取得部15aによって取得された重要度を用いて、各センサの重要度の推移を示すグラフを作成する(ステップS302)。そして、重要度表示部15cは、作成部15bによって作成されたグラフを表示する(ステップS303)。 Next, the flow of the graph display process by the monitoring device 10 will be described with reference to FIG. As illustrated in FIG. 12, when the acquisition unit 15a acquires the importance of each input data input to the self-encoder with respect to the output data (step S301 affirmative), the creation unit 15b is acquired by the acquisition unit 15a. A graph showing the transition of the importance of each sensor is created by using the importance (step S302). Then, the importance display unit 15c displays the graph created by the creation unit 15b (step S303).

(第1の実施形態の効果)
第1の実施形態に係る監視装置10は、監視対象設備に関する複数のデータを収集し、収集された複数のデータを入力データとして、自己符号化器を用いて、各入力データを再現した出力データを出力し、該入力データと該出力データとを比較して、該入力データに対する該出力データの再現誤差を検出する。そして、監視装置10は、自己符号化器に入力された各入力データと、自己符号化器から出力された出力データとを用いて、自己符号化器に入力された各入力データの出力データに対する重要度を算出する。このため、監視装置10では、各入力データの出力データに対する重要度を動的かつ容易に確認することが可能となる。
(Effect of the first embodiment)
The monitoring device 10 according to the first embodiment collects a plurality of data related to the equipment to be monitored, uses the collected data as input data, and uses a self-encoder to reproduce each input data. Is output, the input data is compared with the output data, and a reproduction error of the output data with respect to the input data is detected. Then, the monitoring device 10 uses the input data input to the self-encoder and the output data output from the self-encoder to the output data of each input data input to the self-encoder. Calculate the importance. Therefore, the monitoring device 10 can dynamically and easily confirm the importance of each input data with respect to the output data.

つまり、第1の実施形態に係る監視装置10では、センサ等の入力値から自己符号化器の学習済モデルを通すことで通常の異常検知や状態判定などを行い、その状態において出力に対してどの入力値が重要であるかを動的に確認することができる。その結果、出力値に応じてどの入力値を操作すればよいか判別し易くなる。 That is, in the monitoring device 10 according to the first embodiment, normal abnormality detection, state determination, etc. are performed by passing the trained model of the self-encoder from the input value of the sensor or the like, and the output is in that state. You can dynamically check which input value is important. As a result, it becomes easy to determine which input value should be operated according to the output value.

例えば、第1の実施形態に係る監視装置10では、各時刻、各サンプルの入力に対して、自己符号化器の出力に重要な入力をその重要度とともに逐一抽出して提示することができる。これにより、その時々の状態に対して重要なセンサを提示することができるようになり、状態の変化する系に対しても対応できるようになった。また、状態を熟知している専門家でなくとも、その状態に対してどの項目に対して操作を行うかといった特定も行いやすくなった。 For example, in the monitoring device 10 according to the first embodiment, for each time and each sample input, inputs important for the output of the self-encoder can be extracted and presented one by one together with their importance. As a result, it has become possible to present an important sensor for the state at that time, and it has become possible to respond to a system in which the state changes. In addition, even if you are not an expert who is familiar with the state, it is easier to specify which item to operate for that state.

また、第1の実施形態に係る監視装置10では、例えば、再現誤差が大きな出力データの項目のみを重要度計算の対象とした場合には、処理負荷を軽減するとともに処理を高速化し、重要な入力を効率的に特定することが出来る。 Further, in the monitoring device 10 according to the first embodiment, for example, when only the item of the output data having a large reproduction error is targeted for the importance calculation, the processing load is reduced and the processing is speeded up, which is important. The input can be specified efficiently.

(システム構成等)
また、図示した各装置の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。すなわち、各装置の分散・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などに応じて、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できる。さらに、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部または任意の一部が、CPUやGPUおよび当該CPUやGPUにて解析実行されるプログラムにて実現され、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。
(System configuration, etc.)
Further, each component of each of the illustrated devices is a functional concept, and does not necessarily have to be physically configured as shown in the figure. That is, the specific form of distribution / integration of each device is not limited to the one shown in the figure, and all or part of the device is functionally or physically distributed / physically in arbitrary units according to various loads and usage conditions. Can be integrated and configured. Further, each processing function performed by each device is realized by a CPU or GPU and a program that is analyzed and executed by the CPU or GPU, or as hardware by wired logic. It can be realized.

また、本実施の形態において説明した各処理のうち、自動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を手動的におこなうこともでき、あるいは、手動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的におこなうこともできる。この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。 Further, among the processes described in the present embodiment, all or part of the processes described as being automatically performed can be manually performed, or the processes described as being manually performed. It is also possible to automatically perform all or part of the above by a known method. In addition, the processing procedure, control procedure, specific name, and information including various data and parameters shown in the above document and drawings can be arbitrarily changed unless otherwise specified.

(プログラム)
また、上記実施形態において説明した監視装置が実行する処理をコンピュータが実行可能な言語で記述したプログラムを作成することもできる。例えば、実施形態に係る監視装置10が実行する処理をコンピュータが実行可能な言語で記述した監視プログラムを作成することもできる。この場合、コンピュータが監視プログラムを実行することにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、かかる監視プログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録された監視プログラムをコンピュータに読み込ませて実行することにより上記実施形態と同様の処理を実現してもよい。
(program)
It is also possible to create a program in which the processing executed by the monitoring device described in the above embodiment is described in a language that can be executed by a computer. For example, it is possible to create a monitoring program in which the processing executed by the monitoring device 10 according to the embodiment is described in a language that can be executed by a computer. In this case, the same effect as that of the above embodiment can be obtained by executing the monitoring program by the computer. Further, the same processing as that of the above-described embodiment may be realized by recording the monitoring program on a computer-readable recording medium, reading the monitoring program recorded on the recording medium into the computer, and executing the monitoring program.

図13は、監視プログラムを実行するコンピュータを示す図である。図13に例示するように、コンピュータ1000は、例えば、メモリ1010と、CPU1020と、ハードディスクドライブインタフェース1030と、ディスクドライブインタフェース1040と、シリアルポートインタフェース1050と、ビデオアダプタ1060と、ネットワークインタフェース1070とを有し、これらの各部はバス1080によって接続される。 FIG. 13 is a diagram showing a computer that executes a monitoring program. As illustrated in FIG. 13, the computer 1000 has, for example, a memory 1010, a CPU 1020, a hard disk drive interface 1030, a disk drive interface 1040, a serial port interface 1050, a video adapter 1060, and a network interface 1070. However, each of these parts is connected by a bus 1080.

メモリ1010は、図13に例示するように、ROM(Read Only Memory)1011及びRAM1012を含む。ROM1011は、例えば、BIOS(Basic Input Output System)等のブートプログラムを記憶する。ハードディスクドライブインタフェース1030は、図13に例示するように、ハードディスクドライブ1090に接続される。ディスクドライブインタフェース1040は、図13に例示するように、ディスクドライブ1100に接続される。例えば磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能な記憶媒体が、ディスクドライブ1100に挿入される。シリアルポートインタフェース1050は、図13に例示するように、例えばマウス1110、キーボード1120に接続される。ビデオアダプタ1060は、図13に例示するように、例えばディスプレイ1130に接続される。 The memory 1010 includes a ROM (Read Only Memory) 1011 and a RAM 1012, as illustrated in FIG. The ROM 1011 stores, for example, a boot program such as a BIOS (Basic Input Output System). The hard disk drive interface 1030 is connected to the hard disk drive 1090, as illustrated in FIG. The disk drive interface 1040 is connected to the disk drive 1100 as illustrated in FIG. For example, a removable storage medium such as a magnetic disk or an optical disk is inserted into the disk drive 1100. The serial port interface 1050 is connected to, for example, a mouse 1110 and a keyboard 1120, as illustrated in FIG. The video adapter 1060 is connected, for example, to the display 1130, as illustrated in FIG.

ここで、図13に例示するように、ハードディスクドライブ1090は、例えば、OS1091、アプリケーションプログラム1092、プログラムモジュール1093、プログラムデータ1094を記憶する。すなわち、上記の、監視プログラムは、コンピュータ1000によって実行される指令が記述されたプログラムモジュールとして、例えばハードディスクドライブ1090に記憶される。 Here, as illustrated in FIG. 13, the hard disk drive 1090 stores, for example, the OS 1091, the application program 1092, the program module 1093, and the program data 1094. That is, the above-mentioned monitoring program is stored in, for example, the hard disk drive 1090 as a program module in which instructions executed by the computer 1000 are described.

また、上記実施形態で説明した各種データは、プログラムデータとして、例えばメモリ1010やハードディスクドライブ1090に記憶される。そして、CPU1020が、メモリ1010やハードディスクドライブ1090に記憶されたプログラムモジュール1093やプログラムデータ1094を必要に応じてRAM1012に読み出し、各種処理手順を実行する。 Further, the various data described in the above embodiment are stored as program data in, for example, a memory 1010 or a hard disk drive 1090. Then, the CPU 1020 reads the program module 1093 and the program data 1094 stored in the memory 1010 and the hard disk drive 1090 into the RAM 1012 as needed, and executes various processing procedures.

なお、監視プログラムに係るプログラムモジュール1093やプログラムデータ1094は、ハードディスクドライブ1090に記憶される場合に限られず、例えば着脱可能な記憶媒体に記憶され、ディスクドライブ等を介してCPU1020によって読み出されてもよい。あるいは、監視プログラムに係るプログラムモジュール1093やプログラムデータ1094は、ネットワーク(LAN(Local Area Network)、WAN(Wide Area Network)等)を介して接続された他のコンピュータに記憶され、ネットワークインタフェース1070を介してCPU1020によって読み出されてもよい。 The program module 1093 and program data 1094 related to the monitoring program are not limited to the case where they are stored in the hard disk drive 1090, and may be stored in, for example, a removable storage medium and read by the CPU 1020 via a disk drive or the like. good. Alternatively, the program module 1093 and the program data 1094 related to the monitoring program are stored in another computer connected via a network (LAN (Local Area Network), WAN (Wide Area Network), etc.), and are stored via the network interface 1070. It may be read by the CPU 1020.

上記の実施形態やその変形は、本願が開示する技術に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 The above-described embodiments and modifications thereof are included in the inventions described in the claims and the equivalent scope thereof, as are included in the technology disclosed in the present application.

10 監視装置
11 収集部
12 検出部
12a 分析フレーム抽出部
12b フレーム異常評価値算出部
13 出力可視化部
13a 異常判定部
13b チャート表示部
14 算出部
14a 重要度算出部
14b 重要度ノイズ除去部
15 重要度可視化部
15a 取得部
15b 作成部
15c 重要度表示部
15d 報知部
16 プロセスデータバッファ
17 分析フレームバッファ
18 フレーム異常評価値バッファ
10 Monitoring device 11 Collection unit 12 Detection unit 12a Analysis frame extraction unit 12b Frame abnormality evaluation value calculation unit 13 Output visualization unit 13a Abnormality judgment unit 13b Chart display unit 14 Calculation unit 14a Importance calculation unit 14b Importance Noise removal unit 15 Importance Visualization unit 15a Acquisition unit 15b Creation unit 15c Importance display unit 15d Notification unit 16 Process data buffer 17 Analysis frame buffer 18 Frame abnormality evaluation value buffer

Claims (8)

監視対象に関する複数のデータを収集する収集手段と、
前記収集手段によって収集された複数のデータを入力データとして、自己符号化器を用いて、前記監視対象の状態を検出する検出手段と、
前記自己符号化器に入力された各入力データと、前記自己符号化器から出力された出力データとを用いて、前記自己符号化器に入力された各入力データの出力データに対する重要度を算出する算出手段と
を有し、
前記検出手段は、前記収集手段によって収集された複数のデータを入力データとして、前記自己符号化器を用いて、各入力データを再現した出力データを出力し、該入力データと該出力データとを比較して、該入力データに対する該出力データの再現誤差を検出し、
前記算出手段は、前記検出手段によって検出された再現誤差が所定の閾値以上である出力データを抽出し、前記自己符号化器に入力された各入力データと抽出した出力データとを用いて、抽出した出力データに対する前記各入力データの重要度を算出することを特徴とする監視装置。
A collection method that collects multiple data about the monitoring target,
A detection means for detecting the state of the monitoring target by using a self-encoder using a plurality of data collected by the collection means as input data, and a detection means.
Using each input data input to the self-encoder and output data output from the self-encoder, the importance of each input data input to the self-encoder to the output data is calculated. and a calculation means to possess,
The detection means uses a plurality of data collected by the collection means as input data, and uses the self-encoder to output output data that reproduces each input data, and outputs the input data and the output data. By comparison, the reproduction error of the output data with respect to the input data is detected.
The calculation means extracts output data in which the reproduction error detected by the detection means is equal to or greater than a predetermined threshold value, and extracts using each input data input to the self-encoder and the extracted output data. A monitoring device characterized by calculating the importance of each of the input data with respect to the output data.
監視対象に関する複数のデータを収集する収集手段と、
前記収集手段によって収集された複数のデータを入力データとして、自己符号化器を用いて、前記監視対象の状態を検出する検出手段と、
前記自己符号化器に入力された各入力データと、前記自己符号化器から出力された出力データとを用いて、前記自己符号化器に入力された各入力データの出力データに対する重要度を算出する算出手段と
を有し、
前記算出手段は、前記自己符号化器に入力された各入力データと前記自己符号化器のニューラルネットワークにおける中間層のノードの出力データとを用いて、該中間層の出力データに対する前記各入力データの重要度を算出することを特徴とする監視装置。
A collection method that collects multiple data about the monitoring target,
A detection means for detecting the state of the monitoring target using a self-encoder using a plurality of data collected by the collection means as input data, and a detection means.
Using each input data input to the self-encoder and output data output from the self-encoder, the importance of each input data input to the self-encoder to the output data is calculated. With the calculation method
Have,
The calculation means uses the input data input to the self-encoder and the output data of the nodes of the intermediate layer in the neural network of the self-encoder, and the input data with respect to the output data of the intermediate layer. monitoring apparatus you and calculates the importance of.
前記検出手段は、前記入力データに対する前記出力データの再現誤差を検出し、該再現誤差に応じて、前記監視対象の異常度を算出することを特徴とする請求項に記載の監視装置。 The monitoring device according to claim 1 , wherein the detection means detects a reproduction error of the output data with respect to the input data, and calculates an abnormality degree of the monitoring target according to the reproduction error. 前記算出手段によって算出された重要度を用いて、前記各入力データの出力データに対する重要度の推移を示すグラフを作成する作成手段と、
前記作成手段によって作成されたグラフを表示する表示手段と
をさらに有することを特徴とする請求項1または2に記載の監視装置。
Using the importance calculated by the calculation means, a creating means for creating a graph showing the transition of the importance of each input data with respect to the output data, and
The monitoring device according to claim 1 or 2 , further comprising a display means for displaying a graph created by the creation means.
監視装置によって実行される監視方法であって、
監視対象に関する複数のデータを収集する収集工程と、
前記収集工程によって収集された複数のデータを入力データとして、自己符号化器を用いて、前記監視対象の状態を検出する検出工程と、
前記自己符号化器に入力された各入力データと、前記自己符号化器から出力された出力データとを用いて、前記自己符号化器に入力された各入力データの出力データに対する重要度を算出する算出工程と
を含み、
前記検出工程は、前記収集工程によって収集された複数のデータを入力データとして、前記自己符号化器を用いて、各入力データを再現した出力データを出力し、該入力データと該出力データとを比較して、該入力データに対する該出力データの再現誤差を検出し、
前記算出工程は、前記検出工程によって検出された再現誤差が所定の閾値以上である出力データを抽出し、前記自己符号化器に入力された各入力データと抽出した出力データとを用いて、抽出した出力データに対する前記各入力データの重要度を算出することを特徴とする監視方法。
A monitoring method performed by a monitoring device,
A collection process that collects multiple data about what is being monitored,
A detection step of detecting the state of the monitored object using a self-encoder using a plurality of data collected by the collection step as input data, and a detection step.
Using each input data input to the self-encoder and output data output from the self-encoder, the importance of each input data input to the self-encoder to the output data is calculated. and a calculation step of viewing including,
In the detection step, a plurality of data collected by the collection step are used as input data, and the self-encoder is used to output output data that reproduces each input data, and the input data and the output data are combined. By comparison, the reproduction error of the output data with respect to the input data is detected.
In the calculation step, output data having a reproduction error detected by the detection step of a predetermined threshold value or more is extracted, and each input data input to the self-encoder and the extracted output data are used for extraction. A monitoring method characterized in that the importance of each of the input data with respect to the output data is calculated.
監視装置によって実行される監視方法であって、 A monitoring method performed by a monitoring device,
監視対象に関する複数のデータを収集する収集工程と、 A collection process that collects multiple data about what is being monitored,
前記収集工程によって収集された複数のデータを入力データとして、自己符号化器を用いて、前記監視対象の状態を検出する検出工程と、 A detection step of detecting the state of the monitored object using a self-encoder using a plurality of data collected by the collection step as input data, and a detection step.
前記自己符号化器に入力された各入力データと、前記自己符号化器から出力された出力データとを用いて、前記自己符号化器に入力された各入力データの出力データに対する重要度を算出する算出工程と Using each input data input to the self-encoder and output data output from the self-encoder, the importance of each input data input to the self-encoder to the output data is calculated. With the calculation process
を含み、 Including
前記算出工程は、前記自己符号化器に入力された各入力データと前記自己符号化器のニューラルネットワークにおける中間層のノードの出力データとを用いて、該中間層の出力データに対する前記各入力データの重要度を算出することを特徴とする監視方法。 In the calculation step, the input data input to the self-encoder and the output data of the nodes of the intermediate layer in the neural network of the self-encoder are used, and the input data for the output data of the intermediate layer is used. A monitoring method characterized by calculating the importance of.
監視対象設備で取得された複数のデータを収集する収集ステップと、
監視対象に関する複数のデータを収集する収集ステップと、
前記収集ステップによって収集された複数のデータを入力データとして、自己符号化器を用いて、前記監視対象の状態を検出する検出ステップと、
前記自己符号化器に入力された各入力データと、前記自己符号化器から出力された出力データとを用いて、前記自己符号化器に入力された各入力データの出力データに対する重要度を算出する算出ステップと
をコンピュータに実行させ
前記検出ステップは、前記収集ステップによって収集された複数のデータを入力データとして、前記自己符号化器を用いて、各入力データを再現した出力データを出力し、該入力データと該出力データとを比較して、該入力データに対する該出力データの再現誤差を検出し、
前記算出ステップは、前記検出ステップによって検出された再現誤差が所定の閾値以上である出力データを抽出し、前記自己符号化器に入力された各入力データと抽出した出力データとを用いて、抽出した出力データに対する前記各入力データの重要度を算出することを特徴とする監視プログラム。
A collection step that collects multiple data acquired by the monitored equipment,
A collection step that collects multiple data about what is being monitored,
A detection step of detecting the state of the monitoring target using a self-encoder using a plurality of data collected by the collection step as input data, and a detection step.
Using each input data input to the self-encoder and output data output from the self-encoder, the importance of each input data input to the self-encoder to the output data is calculated. Let the computer perform the calculation steps and
In the detection step, a plurality of data collected by the collection step are used as input data, and the self-encoder is used to output output data that reproduces each input data, and the input data and the output data are combined. By comparison, the reproduction error of the output data with respect to the input data is detected.
In the calculation step, output data whose reproduction error detected by the detection step is equal to or greater than a predetermined threshold is extracted, and each input data input to the self-encoder and the extracted output data are used for extraction. A monitoring program characterized by calculating the importance of each of the input data with respect to the output data.
監視対象設備で取得された複数のデータを収集する収集ステップと、 A collection step that collects multiple data acquired by the monitored equipment,
監視対象に関する複数のデータを収集する収集ステップと、 A collection step that collects multiple data about what is being monitored,
前記収集ステップによって収集された複数のデータを入力データとして、自己符号化器を用いて、前記監視対象の状態を検出する検出ステップと、 A detection step of detecting the state of the monitoring target using a self-encoder using a plurality of data collected by the collection step as input data, and a detection step.
前記自己符号化器に入力された各入力データと、前記自己符号化器から出力された出力データとを用いて、前記自己符号化器に入力された各入力データの出力データに対する重要度を算出する算出ステップと Using each input data input to the self-encoder and output data output from the self-encoder, the importance of each input data input to the self-encoder to the output data is calculated. With the calculation steps to be done
をコンピュータに実行させ、 Let the computer run
前記算出ステップは、前記自己符号化器に入力された各入力データと前記自己符号化器のニューラルネットワークにおける中間層のノードの出力データとを用いて、該中間層の出力データに対する前記各入力データの重要度を算出することを特徴とする監視プログラム。 In the calculation step, each input data input to the self-encoder and the output data of the node of the intermediate layer in the neural network of the self-encoder are used, and each input data with respect to the output data of the intermediate layer is used. A monitoring program characterized by calculating the importance of.
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