JP7009961B2 - Abnormality diagnosis device and abnormality diagnosis method - Google Patents
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Description
本発明は、診断対象(機器・設備など)の動作時における振動・音響などの波形データ(時系列データ)を解析して異常の診断を行う技術に関する。 The present invention relates to a technique for diagnosing an abnormality by analyzing waveform data (time series data) such as vibration and sound during operation of a diagnosis target (equipment / equipment, etc.).
特許文献1の異常診断方法は、時系列の波形データを短い時間ごとに分割し、フーリエ変換して周波数成分の多変量データのサンプルを多数作り、機器が正常と考えられる期間に予め計測した多数の多変量サンプルを主成分分析して主成分得点を求めるための固有ベクトル(ローテーション行列ともいう)を用意する。
In the abnormality diagnosis method of
診断の際には、計測データを前記同様にフーリエ変換して周波数成分の多変量データ・サンプルを作り、これを用意しておいたローテーション行列で変換して主成分得点を求め、それを正常時の主成分得点と比較することで異常診断を行っている。換言すれば、診断毎に独立に主成分分析するのではなく、予め主成分分析しておいた結果を利用して、診断時には同じ基準で変換することにより比較を容易にする。 At the time of diagnosis, the measurement data is Fourier transformed in the same manner as described above to create a multivariate data sample of the frequency component, which is transformed by the prepared rotation matrix to obtain the principal component score, which is normally obtained. Abnormality diagnosis is performed by comparing with the principal component score of. In other words, instead of independently analyzing the principal components for each diagnosis, the results of the principal component analysis performed in advance are used, and conversion is performed based on the same criteria at the time of diagnosis to facilitate comparison.
ところが、フーリエ変換を基にした多変量サンプルで予め作成したローテーション行列によって長期にわたって診断しようとすると、事前の解析に多くのデータを必要とする。例えば回転機の診断においては、少なくとも低い周波数領域では1Hz程度の周波数解像度が必要とされる。 However, when trying to make a long-term diagnosis using a rotation matrix prepared in advance with a multivariate sample based on the Fourier transform, a lot of data is required for the preliminary analysis. For example, in the diagnosis of a rotating machine, a frequency resolution of about 1 Hz is required at least in a low frequency region.
このためには各サンプルは少なくとも1秒程度の測定が必要であり、時間を重複してサンプル数を増やしても本質的には類似サンプルとなって多様性が不足するため、それを基に診断すると、長期的には異常と単なる時間経過による変化の区別がつけられなくなる。 For this purpose, each sample needs to be measured for at least 1 second, and even if the number of samples is increased over time, the samples are essentially similar and lack diversity, so diagnosis is made based on that. Then, in the long run, it becomes impossible to distinguish between abnormalities and mere changes over time.
そこで、フーリエ変換ではなく、定Q変換を用いた特許文献2の異常診断方法が提案されている。この異常診断方法によれば、準備フェーズと診断フェーズとが実行される。この準備フェーズによれば、あらかじめ異常診断の診断対象から測定された時系列データを定Q変換して多変量のサンプルが作成され、作成された多変量サンプルを基に診断用パラメータが作成される。
Therefore, a method for diagnosing anomalies in
また、診断フェーズによれば、新たに異常診断の診断対象から測定された時系列データを定Q変換して多変量サンプルが作成され、作成された多変量サンプルについて前記診断用パラメータを用いて異常が診断される。なお、定Q変換の成分演算方法としては、例えば非特許文献1~4に記載された手法が用いられる。
In addition, according to the diagnosis phase, a multivariate sample is newly created by constant Q conversion of the time series data measured from the diagnosis target of the abnormality diagnosis, and the created multivariate sample is abnormal using the diagnostic parameters. Is diagnosed. As the component calculation method for the constant Q conversion, for example, the methods described in
特許文献2の異常診断方法は、準備フェーズの学習期間内において診断対象が運転しているすべての時系列データを同列に取り扱っている。確かに診断対象の運転が一様であれば、すべての時系列データを同列に扱っても問題はないが、実際はそのような診断対象は少ない。
The abnormality diagnosis method of
図1は、ある発電機を診断対象として1時間ごとの発電電力をプロットしたグラフを示し、該グラフによれば時刻によって倍以上の出力差が生じていることが分かる。 FIG. 1 shows a graph in which the generated power for each hour is plotted with a certain generator as a diagnosis target, and it can be seen from the graph that an output difference of more than double occurs depending on the time.
これほど運転レベルが異なると、そのときに計測する時系列データ(振動・音響・電流など)の波形に大きな相違が生じる場合がある。したがって、それらの時系列データをまとめて学習してしまうと、正常な範囲が広くなりすぎて異常の早期検出が難しくなるおそれがある。 If the operation level is so different, the waveform of the time series data (vibration, sound, current, etc.) measured at that time may differ greatly. Therefore, if the time-series data are collectively learned, the normal range may become too wide and it may be difficult to detect an abnormality at an early stage.
図2(a)~(j)は、図1の発電電力を持つ発電機において、発電している時刻の1時間ごとの振動データ(時系列データ)中、最初の一週間分を学習期間Lとして定Q周波数成分を取って主成分分析を実施し、「第一主成分×第二主成分」の散布図(主成分分布:主成分得点の1つ目をX軸,2つ目をY軸に示す。)を示している。 2 (a) to 2 (j) show that in the generator having the generated power of FIG. 1, the learning period L is for the first week in the hourly vibration data (time series data) at the time of power generation. Principal component analysis was performed by taking a constant Q frequency component, and a scatter diagram of "first principal component x second principal component" (principal component distribution: the first principal component score is the X-axis, the second is the Y axis. (Shown on the axis) is shown.
図2(a)~(j)中の「P」は全体の主成分分布を示し、図2(b)~(j)中の「Q」は発電機のレベル別の主成分分布Qを示している。ここでは発電機のレベルは、発電電力「0.8」以上から「0.2」ごとに「Lv1,Lv2・・・」とレベル分けし、発電電力「2.4」以上を「Lv9」としている。このとき図2(a)~(j)によれば、全体の主成分分布Pはハート状を呈しているが、発電電力のレベル別の主成分分布Qはレベルが上がるごとに右から左に推移している。 “P” in FIGS. 2 (a) to 2 (j) indicates the overall main component distribution, and “Q” in FIGS. 2 (b) to (j) indicates the main component distribution Q for each level of the generator. ing. Here, the level of the generator is divided into "Lv1, Lv2 ..." for each "0.2" from the generated power "0.8" or more, and the generated power "2.4" or more is regarded as "Lv9". There is. At this time, according to FIGS. 2A to 2J, the overall principal component distribution P has a heart shape, but the principal component distribution Q for each level of generated power changes from right to left as the level increases. It is changing.
このような分布で発電電力のレベルが「Lv1」のときに図2(b)の左側に分布する時系列データを得ても、統計的異常診断の観点では明らかに異常と認識すべきものが、特許文献1の手法では運転状態がすべて同列に取り扱われるので正常と認識される問題があった。
Even if time-series data distributed on the left side of FIG. 2 (b) is obtained when the level of generated power is "Lv1" with such a distribution, what should be clearly recognized as an abnormality from the viewpoint of statistical abnormality diagnosis is In the method of
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされ、運転レベルが大きく変わる診断対象に対して、診断対象の運転レベルを示す指標を用いることでレベル分けして学習・診断することを解決課題としている。 The present invention has been made to solve such a conventional problem, and it is intended to learn and diagnose a diagnosis target whose driving level changes significantly by classifying the diagnosis target by using an index indicating the driving level of the diagnosis target. It is a solution issue.
(1)本発明の一態様は、
あらかじめ異常診断の診断対象から測定した時系列データに基づく学習サンプルの学習により診断用パラメータを作成する診断用パラメータ作成手段と、
新たに前記診断対象から測定した時系列データに対して、前記診断用パラメータを用いて前記診断対象の異常を診断する診断手段と、
を備えた異常診断装置であって、
前記診断用パラメータ作成手段は、前記時系列データに紐づけられた運転情報により前記学習サンプルをレベル分けし、該レベルごとに学習して診断用パラメータを作成し、
前記診断手段は、前記時系列データに紐づけられた運転情報に基づくレベルを算出し、該レベルに応じた前記診断用パラメータを用いて前記診断対象の異常を診断する。
(1) One aspect of the present invention is
A diagnostic parameter creation means that creates diagnostic parameters by learning a learning sample based on time-series data measured from the diagnosis target of abnormal diagnosis in advance.
A diagnostic means for diagnosing an abnormality in the diagnostic target using the diagnostic parameters for the time-series data newly measured from the diagnostic target.
It is an abnormality diagnostic device equipped with
The diagnostic parameter creating means divides the learning sample into levels according to the operation information associated with the time-series data, learns each level, and creates diagnostic parameters.
The diagnostic means calculates a level based on the operation information associated with the time-series data, and diagnoses the abnormality of the diagnosis target by using the diagnostic parameter corresponding to the level.
(2)本発明の他の態様は、
コンピュータが実行する異常診断方法であって、
あらかじめ異常診断の診断対象から測定した時系列データに基づく学習サンプルの学習により診断用パラメータを作成する診断用パラメータ作成ステップと、
新たに前記診断対象から測定した時系列データに対して、前記診断用パラメータを用いて前記診断対象の異常を診断する診断ステップと、を有し、
前記診断用パラメータ作成において、前記時系列データに紐づけられた運転情報により前記学習サンプルをレベル分けし、該レベルごとに学習して診断用パラメータを作成し、
前記診断ステップにおいて、前記時系列データに紐づけられた運転情報に基づくレベルを算出し、該レベルに応じた前記診断用パラメータを用いて前記診断対象の異常を診断する。
(2) Another aspect of the present invention is
It is a method of diagnosing abnormalities performed by a computer.
A diagnostic parameter creation step that creates diagnostic parameters by learning a learning sample based on time-series data measured from the diagnosis target of abnormal diagnosis in advance, and
It has a diagnostic step of diagnosing an abnormality of the diagnostic target using the diagnostic parameters for the time-series data newly measured from the diagnostic target.
In the diagnostic parameter creation, the learning sample is divided into levels according to the operation information associated with the time-series data, and learning is performed for each level to create diagnostic parameters.
In the diagnosis step, a level based on the operation information associated with the time series data is calculated, and the abnormality of the diagnosis target is diagnosed by using the diagnostic parameter corresponding to the level.
本発明によれば、運転レベルが大きく変わる診断対象に対して、診断対象の運転レベルを示す指標を用いてレベル分けして学習・診断することができる。 According to the present invention, it is possible to learn and diagnose a diagnosis target whose driving level changes significantly by classifying the diagnosis target using an index indicating the driving level of the diagnosis target.
以下、本発明の実施形態に係る異常診断装置を説明する。この異常診断装置は、異常診断の診断対象(例えば発電機など)の時系列データから周波数成分の多変量サンプルを生成する際に特許文献1と同様に定Q変換を使用する。
Hereinafter, the abnormality diagnostic apparatus according to the embodiment of the present invention will be described. This abnormality diagnosis device uses constant Q conversion as in
この定Q変換(Constant Q transform)は、フーリエ変換のように全ての周波数帯域で同じ期間のデータを解析するのではなく、全ての周波数帯域で同じ周期数になるように、周波数毎に参照するデータ数を変えて解析する。 This constant Q transform does not analyze data for the same period in all frequency bands as in the Fourier transform, but refers to each frequency so that the number of cycles is the same in all frequency bands. Analyze by changing the number of data.
この方法では、高周波帯域ほど短い期間のデータで解析するため、低周波帯域での周波数解像度を高く(例えば1Hz程度)するために長い期間(1秒以上)の測定を必要とする際に、期間を重複させ多数のサンプルをとっても高周波帯域では期間が重複しないため、多変量サンプルとしては多様性が確保される。なお、定Q変換の成分演算方法としては、特許文献2と同じく、非特許文献1~4に記載された手法を用いることができる。
In this method, the higher the frequency band, the shorter the period of data is analyzed. Therefore, when a long period (1 second or more) of measurement is required to increase the frequency resolution in the low frequency band (for example, about 1 Hz), the period is long. Since the periods do not overlap in the high frequency band even if a large number of samples are taken by overlapping, diversity is ensured as a multivariate sample. As the component calculation method for the constant Q conversion, the methods described in
≪実施例1≫
図3に基づき前記異常診断装置の実施例1を説明する。この異常診断装置1は、コンピュータにより構成され、通常のコンピュータのハードウェアリソース(例えばCPUやROM,RAMなどの主記憶装置、HDDやSSDなどの補助記憶装置など)を備えている。このハードウェアリソースとソフトウェアリソース(OS、アプリケーションなど)との協働の結果、準備フェーズを実行するパラメータ作成手段100と診断フェーズを実行する診断手段200とを実装する。
<< Example 1 >>
The first embodiment of the abnormality diagnosis apparatus will be described with reference to FIG. The
このパラメータ作成手段100と診断手段200とは、基本的に特許文献2と同様に構成され、かつ特許文献2と同様な処理動作を実行する。すなわち、パラメータ作成手段100は、あらかじめ異常診断の診断対象から測定(計測)して収集した時系列データD1を定Q変換して学習の対象となる多変量サンプル(学習サンプル)を作成する定Q変換部101と、作成された多変量サンプルを主成分分析して変換行列を得るとともに各多変量サンプルの主成分得点を計算する主成分分析部102と、前記主成分得点を基に多変量サンプルの指標となる統計量を得る統計値計算部103と、前記統計量を正規化して異常度とする正規化部104と、を備えている。
The parameter creating means 100 and the diagnostic means 200 are basically configured in the same manner as in
また、診断手段200も、新たに測定された時系列データD2を定Q変換して多変量サンプルを作成する定Q変換部201と、作成された多変量サンプルから前記主成分分析部102で得られた変換行列を使って主成分得点を得る主成分計算部202と、前記主成分得点を基に統計量を得る第2の統計値計算部203と、前記統計量を正規化部104で使用した正規化係数によって正規化して異常度を計算する正規化部204と、を備え、前記異常度に基づいて異常診断対象の異常を診断する。
Further, the
ただし、前記異常診断装置1は、時系列データD1,D2ごとに運転レベルを判断するための運転情報が付加されている。ここでは準備フェーズと診断フェーズのそれぞれを運転情報に基づき分類される運転レベルにレベル分けして実施する点で特許文献2と相違する。
However, the
(1)準備フェーズ
前記異常診断装置1の準備フェーズでは、定Q変換部101により時系列データD1を定Q変換して多変量サンプルを作成するが、その多変量サンプルに運転情報でタグ付け(紐付け)し、その後の処理を運転情報に基づく運転レベルごとに分けて実施して学習する。
(1) Preparation phase In the preparation phase of the
このレベル分けは、時系列データD1とタグ付けられた運転情報の値を基準に行うものとする。この運転情報としては、例えば発電機を軸受で計測した振動の時系列データD2を診断手段200で診断する場合には、同じタイミングで計測した発電電力を用いることができる。また、レベル分けの一例としては、図1の「Lv01~Lv18」が発電機の発電電力によるレベル分けを示している。 This leveling shall be performed based on the value of the operation information tagged with the time series data D1. As the operation information, for example, when the time-series data D2 of the vibration measured by the bearing of the generator is diagnosed by the diagnostic means 200, the generated power measured at the same timing can be used. Further, as an example of leveling, "Lv01 to Lv18" in FIG. 1 show leveling according to the generated power of the generator.
さらに排水ポンプなら排水量,送風機なら送風量などその時刻における運転レベルを判別できる計測量があれば、その計測量を運転情報として用いることができる。なお、計測した振動波形の時系列データから診断する際の運転情報として、その計測した振動波形の時系列データの実効値など時系列データ自体から算出した数値を使う方法でもよい。 Furthermore, if there is a measured amount that can determine the operation level at that time, such as the amount of drainage for a drainage pump and the amount of air blown for a blower, the measured amount can be used as operation information. As the operation information when diagnosing from the time-series data of the measured vibration waveform, a method may be used in which a numerical value calculated from the time-series data itself such as an effective value of the time-series data of the measured vibration waveform is used.
そして、運転レベルごとに分けられた多変量サンプルに対して特許文献2と同様な手法により診断用パラメータを作成する。すなわち、主成分分析部102において、多変量サンプルを運転レベルごとに主成分分析して変換行列を得て各多変量サンプルの主成分得点を計算する。また、統計値計算部103においては、運転レベルごとに計算された主成分得点を基にホテリングT2/Q統計量のような指標となる統計量を取得し、該統計量を正規化部104において正規化して異常度とする。
Then, diagnostic parameters are created for the multivariate samples divided according to the operation level by the same method as in
その結果、前記異常診断装置1の準備フェーズによれば、診断用パラメータ(変換行列と正規化係数)は、運転レベルごとに作成される。ここで作成された各診断用パラメータは前記記憶装置などに記憶される。
As a result, according to the preparation phase of the
(2)診断フェーズ
前記異常診断装置1の診断フェーズでは、まず定Q変換部201において時系列データD2を定Q変換して多変量サンプルを作成する。つぎに時系列データD2にタグ付けられた運転情報の値に基づき運転レベルを算出する。
(2) Diagnosis phase In the diagnosis phase of the
この運転レベルに応じた診断用パラメータ(変換行列と正規化係数)を前記記憶装置から取得し、取得した診断用パラメータを用いて時系列データD2に対する診断が実施される。この診断方法としては、例えば特許文献2の手法を用いることができる。
Diagnostic parameters (transformation matrix and normalization coefficient) corresponding to the operation level are acquired from the storage device, and diagnosis is performed on the time series data D2 using the acquired diagnostic parameters. As this diagnostic method, for example, the method of
概略を説明すれば、主成分計算部202にて運転レベルに対応する変換行列を使って主成分得点を計算し、これを基に統計値計算部203が準備フェーズと同様の計算で統計値を取得する。最後に正規化部204が、運転レベルに対応する正規化係数を使って異常度を計算し、計算結果の値により診断対象が異常か否かを診断する。
To explain the outline, the principal
≪実施例2≫
図4に基づき前記異常診断装置の実施例2を説明する。ここで実施例2の装置構成は、実施例1と同様とする。
<< Example 2 >>
The second embodiment of the abnormality diagnosis apparatus will be described with reference to FIG. Here, the device configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment.
(1)実施例1の準備フェーズでは、運転レベルの学習に使用する多変量サンプルは、該運転レベルに属する時系列データD1から得られたものに限られるため、各運転レベルが排他的に独立している。これに対して実施例2の準備フェーズでは、運転情報の値を利用して学習に使う多変量サンプルの範囲を拡張する点で相違する。 (1) In the preparation phase of Example 1, since the multivariate sample used for learning the operation level is limited to the one obtained from the time series data D1 belonging to the operation level, each operation level is exclusively independent. is doing. On the other hand, in the preparation phase of the second embodiment, the difference is that the range of the multivariate sample used for learning is expanded by using the value of the operation information.
すなわち、実施例1の前記異常診断装置1は、診断対象の時系列データの多変量サンプルを運転レベル情報でレベル分けして診断しているものの、そのレベル分けは、排他的であり、一つの多変量サンプルが複数のレベルに属することはできない。
That is, although the
そのため、同じ多変量サンプルのサンプルセットを学習に使用する場合、レベルを細分化するほど各レベルに属する多変量サンプルの個数が少なくなり、細分化が過ぎると適切な学習が困難となるため、レベルの細分化には限界がある。 Therefore, when the same set of multivariate samples is used for learning, the more subdivided the levels, the smaller the number of multivariate samples belonging to each level, and if the subdivision is too much, proper learning becomes difficult. There is a limit to the subdivision of.
例えば図1に示すように、発電電力を「0.8」から「0.1」刻みで「Lv01~Lv18」にレベル分けすると、学習期間において一つ二つの多変量サンプルだけのレベルが幾つか出てきてしまう。そこで、実施例2では、このように細分化したレベル分けにおいて、各運転レベルの学習サンプル(多変量サンプル)の範囲を拡張して学習サンプルの個数を確保する。 For example, as shown in FIG. 1, when the generated power is divided into levels from "0.8" to "Lv01 to Lv18" in increments of "0.1", there are several levels of only one or two multivariate samples during the learning period. It will come out. Therefore, in the second embodiment, in the level division subdivided in this way, the range of the learning samples (multivariate samples) of each operation level is expanded to secure the number of learning samples.
(2)ここでは運転情報は一つの数値情報であるから、レベル分けは各運転レベルの閾値を設けて運転情報の数値の大小で各運転レベルが決定される。このレベル分けは、診断フェーズ時に一意にレベルを決定するために排他的でなければならない。 (2) Since the operation information is one numerical information here, each operation level is determined by setting a threshold value for each operation level and determining the magnitude of the numerical value of the operation information. This leveling must be exclusive to uniquely determine the level during the diagnostic phase.
ただし、実施例2では、図4に示すように、各運転レベルにおける学習の対象(多変量サンプル)の範囲について、運転情報の値が各運転レベルの範囲よりも少し広くなるように決定する。例えば運転レベル3(Lv3)の学習対象を、運転情報から定める運転レベル3(Lv3)範囲だけではなく、該運転レベル3と連続する運転レベル2(Lv2),4(Lv4)の範囲まで拡張する。
However, in the second embodiment, as shown in FIG. 4, it is determined that the value of the driving information is slightly wider than the range of each driving level for the range of the learning target (multivariate sample) at each driving level. For example, the learning target of the driving level 3 (Lv3) is expanded not only to the driving level 3 (Lv3) range determined from the driving information but also to the driving levels 2 (Lv2) and 4 (Lv4) continuous with the
これにより学習対象の範囲が各運転レベルで重複するものの、非運転の範囲との境界は学習対象には含まれないものとする。なお、図4では、同じ多変量サンプルが隣接しないレベル(例えばLv1とLv3)の学習対象に含まれないように範囲が示しされているが、そのような制限を必ずしも設ける必要はない。 As a result, the range of the learning target overlaps at each driving level, but the boundary with the non-driving range is not included in the learning target. In FIG. 4, the range is shown so that the same multivariate sample is not included in the learning target of the non-adjacent level (for example, Lv1 and Lv3), but such a limitation does not necessarily have to be provided.
≪実施例3≫
図5に基づき前記異常診断装置の実施例3を説明する。ここでは学習対象の範囲を実施例2と同様に拡張するものの、その範囲を隣接する運転レベルの範囲に固定する。
<< Example 3 >>
The third embodiment of the abnormality diagnosis apparatus will be described with reference to FIG. Here, the range of the learning target is expanded in the same manner as in the second embodiment, but the range is fixed to the range of the adjacent operation level.
すなわち、実施例2では、診断には排他的な運転レベルを用いる一方、学習範囲の抽出には運転レベルの重複を許容している。ところが、実施例2によれば、運転レベルごとのレベル分けだけでなく、学習に使う多変量サンプルの抽出時に運転情報の値が各レベルの範囲よりも少し広くなるように再構成する必要が生じ、処理が煩雑化するおそれがある。 That is, in the second embodiment, the exclusive operation level is used for the diagnosis, while the overlap of the operation level is allowed for the extraction of the learning range. However, according to the second embodiment, it is necessary not only to divide the level for each operation level but also to reconstruct the value of the operation information to be slightly wider than the range of each level when extracting the multivariate sample used for learning. , Processing may be complicated.
そこで、実施例3では、学習対象の範囲の抽出を簡略するため、該学習対象の範囲を隣接する運転レベルの範囲に固定する。例えば運転レベル「Lv1」の学習対象は「Lv1」および「Lv2」の多変量サンプル,運転レベル「Lv2」の学習対象は、「Lv1」~「Lv3」の多変量サンプル,運転レベル「Lv3」の学習対象は「Lv2」~「Lv4」の多変量サンプルのように進め、最後の運転レベル「Lvn」の学習対象は「Lv(n-1)」および「Lvn」とする。 Therefore, in the third embodiment, in order to simplify the extraction of the range of the learning target, the range of the learning target is fixed to the range of the adjacent driving level. For example, the learning target of the driving level "Lv1" is a multivariate sample of "Lv1" and "Lv2", the learning target of the driving level "Lv2" is a multivariate sample of "Lv1" to "Lv3", and the learning target of the driving level "Lv3". The learning target is advanced like a multivariate sample of "Lv2" to "Lv4", and the learning target of the final operation level "Lvn" is "Lv (n-1)" and "Lvn".
これにより多変量サンプルへのタグ付けを運転情報ではなく、図5に示すように、運転情報から算出した運転レベルによるタグ付けですませることができ、多変量サンプルを運転レベルごとにまとめておくように実装することができる。したがって、準備フェーズの学習の際には隣接する2つないし3つの運転レベルの多変量サンプル群を合併し、主成分分析部102・統計値計算部103・正規化部104の処理を実行すればよい。
As a result, tagging of multivariate samples can be done not by operation information but by operation level calculated from operation information as shown in Fig. 5, and multivariate samples should be summarized by operation level. Can be implemented in. Therefore, when learning the preparation phase, if two or three adjacent multivariate sample groups of operation levels are merged and the processing of the principal
≪作用効果≫
実施例1~3によれば、準備フェーズの学習と診断フェーズの診断とを運転レベルごとに分割して実行することにより、準備フェーズの主成分分布の広がりが運転レベルごとに分割されてコンパクトにまとまり、異常検知の感度を向上させることができる。この点を図6~図8に基づき説明する。
≪Action effect≫
According to Examples 1 to 3, by executing the learning of the preparation phase and the diagnosis of the diagnosis phase separately for each operation level, the spread of the principal component distribution of the preparation phase is divided for each operation level and becomes compact. It is possible to improve the sensitivity of abnormality detection. This point will be described with reference to FIGS. 6 to 8.
図6は、図1に示す発電電力の発電機において、発電している時刻の1時間ごとの振動データ(時系列データ)中の最初の一週間分を学習期間Lとした診断結果を示している。ここでは図1中、発電電力(Y軸)「0.8」以上を運転としてレベル分けせずに学習・診断した結果、即ち特許文献2で学習・診断した結果が示されている。なお、図1の振動データを取得した発電機は、運転開始の21日目(X軸参照)から暫く発電を停止し、25日目に発電を再開した後2時間ほどで故障により緊急停止している。
FIG. 6 shows the diagnosis result in which the first week of the hourly vibration data (time series data) of the power generation time in the generator of the generated power shown in FIG. 1 is set as the learning period L. There is. Here, in FIG. 1, the result of learning / diagnosing the generated power (Y-axis) “0.8” or more as operation without classifying the level, that is, the result of learning / diagnosing in
図7は、前記振動データを前記学習期間Lにおいて発電電力でレベル分けし、かつレベルを重複させず学習した診断結果、即ち実施例1の診断結果を示している。ここでは図6と同じく、発電電力「0.8」以上を運転として「0.2」刻みで学習・診断した結果が示されている。 FIG. 7 shows a diagnostic result in which the vibration data is divided into levels according to the generated power in the learning period L and learned without overlapping the levels, that is, the diagnostic result of Example 1. Here, as in FIG. 6, the results of learning and diagnosis in increments of "0.2" are shown with the generated power of "0.8" or more as the operation.
図8は、前記振動データを前記学習期間Lにおいて発電電力でレベル分けし、かつ実施例3の方法で学習した診断結果を示している。ここでは発電電力「0.8」以上を運転として「0.1」刻みでレベル分けし、実施例3の隣接レベルまで学習の対象に拡張して重複させて学習・診断した結果が示されている。 FIG. 8 shows the diagnostic results obtained by classifying the vibration data into levels according to the generated power in the learning period L and learning by the method of Example 3. Here, the results of learning / diagnosis are shown in which the generated power of "0.8" or more is divided into levels in increments of "0.1", expanded to the adjacent level of Example 3, and duplicated. There is.
このような図6~図8の診断結果によれば、図6のレベル分けをしない場合には、前記学習期間Lのバラつきが大きいことなどから、故障当日(運転開始の25日目)まで注意ラインを越えることは無かった。 According to the diagnosis results of FIGS. 6 to 8, if the levels of FIG. 6 are not divided, the learning period L varies widely, so caution is taken until the day of failure (25th day of the start of operation). I never crossed the line.
一方、図7および図8のレベル分けした場合には、前記学習期間Lのバラつきが図6よりも抑制され、運転開始の9日目に注意ラインを越えている。したがって、実施例1,3のレベル分けによれば、故障の二週間以上前から異常兆侯を検出することができる。特に実施例3によれば、注意ラインを越えた時刻を除いて全体的にレベルを細分化しない場合(図6)よりもバラつきが抑制される。 On the other hand, when the levels of FIGS. 7 and 8 are divided, the variation in the learning period L is suppressed as compared with FIG. 6, and the caution line is crossed on the 9th day of the start of operation. Therefore, according to the level classification of Examples 1 and 3, the abnormality sign can be detected from two weeks or more before the failure. In particular, according to Example 3, the variation is suppressed as compared with the case where the level is not subdivided as a whole except for the time when the caution line is crossed (FIG. 6).
したがって、実施例1~3のレベル分けした学習によれば、正常状態の範囲を限定できるため、異常検知の感度が向上し、さらに実施例3の学習対象の重複によりレベル分けを細分化すればさらに効果が高まっている。 Therefore, according to the level-divided learning of Examples 1 to 3, the range of the normal state can be limited, so that the sensitivity of abnormality detection is improved, and further, the level division can be subdivided by duplication of the learning objects of Example 3. The effect is further increasing.
≪その他・他例≫
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載された範囲で変形して実施することができる。以下に一例を説明する。
≪Other / Other examples≫
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified and implemented within the scope described in each claim. An example will be described below.
(1)実施例1~3において運転情報は、一つの数値情報であり、その大小でレベル分けを行っている。しかしながら、レベル分けは学習対象の多変量サンプルを適切に分類できればよいので、必ずしも一つの数値だけからレベル分けする必要はない。例えば診断対象が風車発電機であれば、発電電力のほかにそのときの風速を使ってそれらを組み合わせた二次元のレベル分けをしてもよい。 (1) In Examples 1 to 3, the operation information is one numerical information, and the level is divided according to the size. However, it is not always necessary to classify the levels from only one numerical value, as long as the multivariate samples to be learned can be appropriately classified. For example, if the diagnosis target is a wind turbine generator, two-dimensional leveling may be performed by combining them using the wind speed at that time in addition to the generated power.
このような複数数値の運転情報によるレベル分けでは、図4と同様な学習対象の範囲の拡大を運転情報の数値ごとに行って多変量サンプルを作成する。ここで実施例3と同様な隣接レベルを利用する場合には、合併する隣接レベルの多変量サンプル群は2つないし3つではなく、図9に示す二次元レベル分けであれば、4つ(隅の場合),6つ(端の場合),9つ(隅と端を除く。)になる。 In such leveling based on the operation information of a plurality of numerical values, the range of the learning target is expanded for each numerical value of the operation information as in FIG. 4, and a multivariate sample is created. Here, when the same adjacent level as in Example 3 is used, the number of the multivariate sample groups of the adjacent level to be merged is not two or three, but four if the two-dimensional leveling shown in FIG. 9 is used. (For corners), 6 (for edges), 9 (excluding corners and edges).
(2)また、本発明は、学習対象の多変量サンプルを運転レベルごとに分けて学習して診断すればよく、学習対象は定Q変換により作成された多変量サンプルには限定されず、フーリエ変換などによる多変量サンプルであってもよい。 (2) Further, in the present invention, the multivariate sample to be learned may be separately learned and diagnosed for each operation level, and the learning target is not limited to the multivariate sample created by the constant Q transformation, and Fourier. It may be a multivariate sample by conversion or the like.
(3)さらに本発明の学習方法も、主成分分析には限定されず、「One Class SVM」などの各種の機械学習アルゴリズムを適用することができる。 (3) Further, the learning method of the present invention is not limited to the principal component analysis, and various machine learning algorithms such as "One Class SVM" can be applied.
1…異常診断装置
100…準備フェーズ
101,201…定Q変換部
102,202…主成分分析部
103,203…統計値計算部
104,204…正規化部
200…診断フェーズ
1 ...
Claims (2)
新たに前記診断対象から測定した時系列データに対して、前記診断用パラメータを用いて前記診断対象の異常を診断する診断手段と、
を備えた異常診断装置であって、
前記診断用パラメータ作成手段は、前記時系列データに紐づけられた運転情報により前記学習サンプルをレベル分けし、該レベルごとに学習して診断用パラメータを作成し、
前記診断手段は、前記時系列データに紐づけられた運転情報に基づくレベルを算出し、該レベルに応じた前記診断用パラメータを用いて前記診断対象の異常を診断し、
前記診断用パラメータを作成する際、前記学習の対象を前記レベルの隣接範囲まで拡張し、
前記学習の対象を重複させたことを特徴とすることを特徴とする異常診断装置。 A diagnostic parameter creation means that creates diagnostic parameters by learning a learning sample based on time-series data measured from the diagnosis target of abnormal diagnosis in advance.
A diagnostic means for diagnosing an abnormality in the diagnostic target using the diagnostic parameters for the time-series data newly measured from the diagnostic target.
It is an abnormality diagnostic device equipped with
The diagnostic parameter creating means divides the learning sample into levels according to the operation information associated with the time-series data, learns each level, and creates diagnostic parameters.
The diagnostic means calculates a level based on the operation information associated with the time-series data, diagnoses the abnormality of the diagnosis target by using the diagnostic parameter corresponding to the level, and diagnoses the abnormality.
When creating the diagnostic parameters, the learning target is extended to the adjacent range of the level.
An abnormality diagnostic device characterized in that the learning targets are duplicated .
あらかじめ異常診断の診断対象から測定した時系列データに基づく学習サンプルの学習により診断用パラメータを作成する診断用パラメータ作成ステップと、
新たに前記診断対象から測定した時系列データに対して、前記診断用パラメータを用いて前記診断対象の異常を診断する診断ステップと、を有し、
前記診断用パラメータ作成ステップにおいて、前記時系列データに紐づけられた運転情報により前記学習サンプルをレベル分けし、該レベルごとに学習して診断用パラメータを作成し、
前記診断ステップにおいて、前記時系列データに紐づけられた運転情報に基づくレベルを算出し、該レベルに応じた前記診断用パラメータを用いて前記診断対象の異常を診断し、
前記診断用パラメータを作成する際、前記学習の対象を前記レベルの隣接範囲まで拡張し、
前記学習の対象を重複させたことを特徴とすることを特徴とする異常診断方法。 It is a method of diagnosing abnormalities performed by a computer.
A diagnostic parameter creation step that creates diagnostic parameters by learning a learning sample based on time-series data measured from the diagnosis target of abnormal diagnosis in advance, and
It has a diagnostic step of diagnosing an abnormality of the diagnostic target using the diagnostic parameters for the time-series data newly measured from the diagnostic target.
In the diagnostic parameter creation step, the learning sample is divided into levels according to the operation information associated with the time-series data, and learning is performed for each level to create diagnostic parameters.
In the diagnosis step, a level based on the operation information associated with the time series data is calculated, and the abnormality of the diagnosis target is diagnosed using the diagnostic parameter corresponding to the level.
When creating the diagnostic parameters, the learning target is extended to the adjacent range of the level.
An abnormality diagnosis method characterized in that the learning targets are duplicated .
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