JP7464481B2 - Method, program, and device for predicting metal loss - Google Patents
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Description
本発明は、施設内に配される機器の部材の厚みの減肉量を予測するための方法、プログラム、及び装置に関する。 The present invention relates to a method, program, and device for predicting the amount of thinning in the thickness of components of equipment installed in a facility.
廃棄物発電プラントなどの施設内の機器の部材の厚み(以下、肉厚という。)は、高温・高圧の水流による摩耗や壊食、機械的な摺動による摩耗、化学的な腐食によって経年的に次第に薄くなることが知られている。このため、プラント内の機器の部材の保守管理を目的として、定期的に肉厚を検出し、薄くなりすぎていないかの確認を実施している。また、定期的に肉厚を計測して、過去の肉厚データの減肉傾向から将来の肉厚を線形的に予測し、修繕、交換が必要な箇所を特定していた。 It is known that the thickness (hereafter referred to as wall thickness) of the components of equipment in facilities such as waste-to-energy plants gradually thins over time due to abrasion and erosion caused by high-temperature, high-pressure water flow, wear caused by mechanical sliding, and chemical corrosion. For this reason, for the purpose of maintaining and managing the components of equipment in the plant, wall thickness is periodically detected to check whether it has become too thin. In addition, wall thickness is periodically measured and future wall thickness is linearly predicted from the thinning trend of past wall thickness data to identify areas that require repair or replacement.
しかしながら、部材の減肉傾向にはばらつきが生じることがある。例えば、部材の減肉傾向は、製造時における部材の肉厚のばらつきや、また測定器の測定誤差によってばらつきが生じることがある。また、それぞれの部材の使用環境における、温度や圧力、部材周囲の流体の流速や流体の化学成分、摩耗性物質や腐食性物質の部材への付着状況など、様々な環境要因の差異によっても減肉傾向にばらつきが生じる。そのため、従来のような減肉傾向を線形的に予測する方法では、これらの不確実な要因を考慮して部材の減肉傾向の予測をすることが難しかった。 However, there can be variation in the tendency for metal thinning to occur in components. For example, the tendency for metal thinning to occur in components can vary due to variations in the thickness of the components during manufacturing or measurement errors in measuring instruments. In addition, there can be variation in the tendency for metal thinning to occur due to differences in various environmental factors in the usage environment of each component, such as temperature and pressure, the flow rate of the fluid around the component, the chemical composition of the fluid, and the adhesion of abrasive and corrosive substances to the component. For this reason, with conventional methods of linearly predicting the tendency for metal thinning to occur, it was difficult to predict the tendency for metal thinning to occur in components while taking these uncertain factors into account.
また、過去の肉厚データの傾向から、経験則的に部材の肉厚は、ある時点で傾向が変わって、途中から急激に変化する場合があることが知られている。しかしながら、従来の減肉傾向を線形的に予測する方法では、減肉傾向がある時点で変化することを考慮した減肉の予測ができなかった。 In addition, based on past trends in thickness data, it is known empirically that the thickness of a component may change at a certain point, and may change suddenly midway. However, the conventional method of predicting thinning trends linearly was not able to predict thinning that takes into account the change at the point in time when the thinning trend exists.
本発明は上述の点によりなされたものであり、本開示の一態様は、施設内に配される部材の減肉の予測のために、前記部材の減肉傾向を表す物理量の経時的な変化を表現する減肉モデルを構築するための、プロセッサによって実行される方法であって、
前記減肉モデルに含まれるパラメータの確率分布を調整するために用いられるハイパーパラメータの事前分布を設定するステップと、
前記ハイパーパラメータの値と、前記部材の減肉傾向を表す物理量の測定値に基づいて、前記測定値の尤度を計算する尤度式を設定するステップと、
前記尤度式にベイズの定理を適用し、前記ハイパーパラメータの事前分布と、前記部材の減肉傾向を表す物理量の測定値とから、前記ハイパーパラメータの事後分布を計算するステップと、
計算された前記ハイパーパラメータの事後分布から前記減肉モデルを構築するステップと、を含む方法を提供する。
The present invention has been made in view of the above points, and one aspect of the present disclosure is a method executed by a processor for constructing a wall-thinning model that expresses a time-dependent change in a physical quantity that represents a wall-thinning tendency of a component arranged in a facility in order to predict wall-thinning of the component, the method comprising:
Setting a prior distribution of hyperparameters used to adjust the probability distribution of parameters included in the wall-thinning model;
A step of setting a likelihood equation for calculating the likelihood of the measurement value based on the value of the hyperparameter and the measurement value of a physical quantity representing a wall-thinning tendency of the component;
A step of applying Bayes' theorem to the likelihood equation to calculate a posterior distribution of the hyperparameter from a prior distribution of the hyperparameter and a measured value of a physical quantity representing a wall-thinning tendency of the component;
and constructing the metal loss model from a posterior distribution of the calculated hyper-parameters.
本発明は上述の点によりなされたものであり、本開示の他の一態様は、施設内に配される部材の減肉の予測のための減肉モデルを構築するための装置であって、
前記減肉モデルに含まれるパラメータの確率分布を調整するために用いられるハイパーパラメータの事前分布を設定する減肉モデル設定部と、
前記ハイパーパラメータの値と、前記部材の減肉傾向を表す物理量の測定値に基づいて、前記測定値の尤度を計算する尤度式を設定し、前記尤度式にベイズの定理を適用し、前
記ハイパーパラメータの事前分布と、前記部材の減肉傾向を表す物理量の測定値とから、前記ハイパーパラメータの事後分布を計算する、階層ベイズモデル設定部と、
計算された前記ハイパーパラメータの事後分布から前記減肉モデルを構築する減肉モデル構築部と、を含む装置を提供する。
The present invention has been made in view of the above points. Another aspect of the present disclosure is an apparatus for constructing a wall-thinning model for predicting wall-thinning of a component arranged in a facility, comprising:
a wall-reduction model setting unit that sets a prior distribution of a hyperparameter used to adjust a probability distribution of a parameter included in the wall-reduction model;
a hierarchical Bayesian model setting unit that sets a likelihood equation for calculating the likelihood of the measurement value based on the value of the hyperparameter and a measurement value of a physical quantity that represents a wall-thinning tendency of the component, applies Bayes' theorem to the likelihood equation, and calculates a posterior distribution of the hyperparameter from a prior distribution of the hyperparameter and the measurement value of the physical quantity that represents a wall-thinning tendency of the component;
and a metal-reduction model construction unit that constructs the metal-reduction model from the calculated posterior distribution of the hyper-parameters.
[本開示の実施形態の説明]
最初に、本開示の実施形態の内容を列記して説明する。本開示の一実施形態は、以下のような構成を備える。
(項目1) 施設内に配される部材の減肉の予測のために、前記部材の減肉傾向を表す物理量の経時的な変化を表現する減肉モデルを構築するための、プロセッサによって実行される方法であって、
前記減肉モデルに含まれるパラメータの確率分布を調整するために用いられるハイパーパラメータの事前分布を設定するステップと、
前記ハイパーパラメータの値と、前記部材の減肉傾向を表す物理量の測定値に基づいて、前記測定値の尤度を計算する尤度式を設定するステップと、
前記尤度式にベイズの定理を適用し、前記ハイパーパラメータの事前分布と、前記部材の減肉傾向を表す物理量の測定値とから、前記ハイパーパラメータの事後分布を計算するステップと、
計算された前記ハイパーパラメータの事後分布から前記減肉モデルを構築するステップと、を含む方法。
[Description of the embodiments of the present disclosure]
First, the contents of the embodiment of the present disclosure will be listed and described. One embodiment of the present disclosure has the following configuration.
(Item 1) A method executed by a processor for constructing a wall-thinning model that expresses a change over time in a physical quantity that represents a wall-thinning tendency of a component arranged in a facility in order to predict wall-thinning of the component, comprising:
Setting a prior distribution of hyperparameters used to adjust the probability distribution of parameters included in the wall-thinning model;
A step of setting a likelihood equation for calculating the likelihood of the measurement value based on the value of the hyperparameter and the measurement value of a physical quantity representing a wall-thinning tendency of the component;
A step of applying Bayes' theorem to the likelihood equation to calculate a posterior distribution of the hyperparameter from a prior distribution of the hyperparameter and a measured value of a physical quantity representing a wall-thinning tendency of the component;
and constructing the metal loss model from a posterior distribution of the calculated hyper-parameters.
(項目2) 項目1に記載の方法であって、前記パラメータは、前記部材の初期肉厚および肉厚の測定結果に生じる測定誤差のうち少なくとも1つを含む、方法。
(Item 2) The method according to
(項目3) 項目2に記載の方法であって、
前記初期肉厚の確率分布は正規分布であり、前記測定誤差の確率分布は正規分布であり、前記ハイパーパラメータは、前記初期肉厚の平均値と、前記初期肉厚の標準偏差と、前記測定誤差の平均値と、前記測定誤差の標準偏差を含む、方法。
(Item 3) The method according to item 2,
The method of
(項目4) 項目1から3のいずれかに記載の方法であって、前記減肉モデルは2以上のフェーズから構成され、前記パラメータは、前記フェーズが切り替わる経過時間を含む、方法。
(Item 4) A method according to any one of
(項目5) 項目4に記載の方法であって、前記経過時間の確率分布は、ポアソン分布であり、前記ハイパーパラメータは所与の区間内で発生する事象の期待発生回数を含む、方法。 (Item 5) The method according to item 4, wherein the probability distribution of the elapsed time is a Poisson distribution, and the hyperparameter includes an expected number of occurrences of an event occurring within a given interval.
(項目6) 項目5に記載の方法であって、前記フェーズのそれぞれにおいて、前記部材の減肉傾向は、時間に対し直線で近似され、前記パラメータは、第1フェーズの前記直線の傾きである第1減肉速度と、第2フェーズの前記直線の傾きである第2減肉速度とを含む、方法。 (Item 6) The method according to Item 5, wherein in each of the phases, the thinning trend of the component is approximated by a straight line with respect to time, and the parameters include a first thinning rate that is the slope of the straight line in the first phase, and a second thinning rate that is the slope of the straight line in the second phase.
(項目7) 項目6に記載の方法であって、
前記第1減肉速度の確率分布、及び前記第2減肉速度の確率分布はガンマ分布であり、前記ハイパーパラメータは、第1減肉速度の形状母数と、第1減肉速度の尺度母数と、第2減肉速度の形状母数と、第2減肉速度の尺度母数とを含む、方法。
(Item 7) The method according to item 6, comprising:
the probability distribution of the first wall-loss rate and the probability distribution of the second wall-loss rate are gamma distributions, and the hyperparameters include a shape parameter of the first wall-loss rate, a scale parameter of the first wall-loss rate, a shape parameter of the second wall-loss rate, and a scale parameter of the second wall-loss rate.
(項目8) 項目7に記載の方法であって、前記尤度は、下記式(1)の数式モデルで表され、
σεは前記測定誤差εの標準偏差、
λは所与の区間内で発生する事象の期待発生回数、
α1は前記第1減肉速度の形状母数、
β1は前記第1減肉速度の尺度母数、
α2は前記第2減肉速度の形状母数、
β2は前記第2減肉速度の尺度母数、
μwoは前記初期肉厚woの平均値、
σwoは前記初期肉厚woの標準偏差、
Ltp(με,σε,λ,α1,β1,α2,β2, μw0,σw0)は各前記ハイパーパラメータ(με,σε,λ,α1,β1,α2,β2, μw0,σw0)が与えられたもとでの時刻tにおける測定点pにおける肉厚の測定値ytpの尤度、
wtpは真の肉厚値、
topは測定点pにおける経過時間、
v1pは測定点pにおける前記第1減肉速度、
v2pは測定点pにおける前記第2減肉速度、
Ppois(t0|λ)は経過時間t0の確率分布、
Pγ(v1p|α1,β1)は測定点pにおける第1減肉速度v1pの確率分布、
Pγ(v2|α2,β2)は測定点pにおける第2減肉速度v2pの確率分布、
PN(w0p|μw0,σw0)は測定点pにおける初期肉厚w0pの確率分布である方法。
(Item 8) In the method according to item 7, the likelihood is expressed by a mathematical model of the following formula (1):
σ ε is the standard deviation of the measurement error ε,
λ is the expected number of occurrences of an event in a given interval,
α 1 is a geometric parameter of the first thinning rate,
β 1 is a scale parameter of the first thinning rate,
α2 is a geometric parameter of the second thinning rate,
β 2 is a scale parameter of the second thinning rate,
μ wo is the average value of the initial thickness wo ,
σ wo is the standard deviation of the initial thickness wo ,
L tp (μ ε , σ ε , λ, α 1 , β 1 , α 2 , β 2 , μ w0 , σ w0 ) is the likelihood of the thickness measurement value y tp at the measurement point p at time t given the hyperparameters (μ ε , σ ε , λ, α 1 , β 1 , α 2 , β 2 , μ w0 , σ w0 );
w tp is the true wall thickness value,
t op is the elapsed time at measurement point p,
v 1p is the first thinning rate at the measurement point p,
v 2p is the second thinning rate at the measurement point p,
P pois (t 0 |λ) is the probability distribution of elapsed time t 0 ,
P γ (v 1p |α 1 , β 1 ) is the probability distribution of the first thinning rate v 1p at the measurement point p,
P γ (v 2 |α 2 , β 2 ) is the probability distribution of the second thinning rate v 2p at the measurement point p,
A method in which P N (w 0p |μ w0 ,σ w0 ) is the probability distribution of the initial thickness w 0p at the measurement point p.
(項目9) 項目1から8のいずれか1項に記載の方法であって、前記ハイパーパラメータの事後分布を計算するステップは、前記ハイパーパラメータの事前分布と、前記部材の
減肉傾向を表す物理量の測定値とにマルコフ連鎖モンテカルロ法を適用して、前記ハイパーパラメータの事後分布を計算するステップを含む、方法。
(Item 9) The method according to any one of
(項目10) 項目1から9のいずれか1項に記載方法であって、
構築された前記減肉モデルに対し予測時刻を指定し、予測時刻における前記部材の減肉傾向を表す物理量の確率分布を取得するステップ、をさらに含む方法。
(Item 10) The method according to any one of
The method further includes a step of specifying a prediction time for the constructed thinning model, and acquiring a probability distribution of a physical quantity representing a thinning tendency of the component at the prediction time.
(項目11) 項目1から10のいずれか1項に記載の方法を、前記施設内に備えられたプロセッサに実行させるためのプログラム。
(Item 11) A program for causing a processor installed in the facility to execute the method according to any one of
(項目12) 施設内に配される部材の減肉の予測のための減肉モデルを構築するための装置であって、
前記減肉モデルに含まれるパラメータの確率分布を調整するために用いられるハイパーパラメータの事前分布を設定する減肉モデル設定部と、
前記ハイパーパラメータの値と、前記部材の減肉傾向を表す物理量の測定値に基づいて、前記測定値の尤度を計算する尤度式を設定し、前記尤度式にベイズの定理を適用し、前記ハイパーパラメータの事前分布と、前記部材の減肉傾向を表す物理量の測定値とから、前記ハイパーパラメータの事後分布を計算する、階層ベイズモデル設定部と、
計算された前記ハイパーパラメータの事後分布から前記減肉モデルを構築する減肉モデル構築部と、を含む装置。
(Item 12) An apparatus for constructing a thinning model for predicting thinning of a component disposed within a facility, comprising:
a wall-reduction model setting unit that sets a prior distribution of a hyperparameter used to adjust a probability distribution of a parameter included in the wall-reduction model;
a hierarchical Bayesian model setting unit that sets a likelihood equation for calculating the likelihood of the measurement value based on the value of the hyperparameter and a measurement value of a physical quantity that represents a wall-thinning tendency of the component, applies Bayes' theorem to the likelihood equation, and calculates a posterior distribution of the hyperparameter from a prior distribution of the hyperparameter and the measurement value of the physical quantity that represents a wall-thinning tendency of the component;
and a metal-reduction model construction unit that constructs the metal-reduction model from the calculated posterior distribution of the hyperparameters.
[本開示の実施形態の詳細]
以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。図面において、同一または類似の要素には同一または類似の参照符号が付され、各実施形態の説明において同一または類似の要素に関する重複する説明は省略することがある。また、各実施形態で示される特徴は、互いに矛盾しない限り他の実施形態にも適用可能である。しかし、本開示の実施形態は、必ずしもこのような態様に限定されない。本開示の実施形態が、特許請求の範囲において規定される範囲に含まれる様々な態様を取り得ることは、当業者にとって明らかであろう。
[Details of the embodiment of the present disclosure]
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. In the drawings, identical or similar elements are given identical or similar reference symbols, and duplicate descriptions of identical or similar elements may be omitted in the description of each embodiment. In addition, the features shown in each embodiment can be applied to other embodiments as long as they are not mutually inconsistent. However, the embodiments of the present disclosure are not necessarily limited to such aspects. It will be apparent to those skilled in the art that the embodiments of the present disclosure can take various aspects within the scope defined in the claims.
本開示によると、廃棄物発電プラント等の施設内で使用する機器を構成する部材(例えばボイラ水管、過熱器管等のパイプや、コンベヤのスクレーパやレール、焼却炉内の耐火物等)の肉厚等の測定データから、この部材の将来の肉厚を示す統計的モデルを構築する。部材の材料は、金属、無機材料、有機材料、複合材料等の、機械材料全般である。廃棄物発電プラント等の施設で使用する機器(ボイラ、焼却炉、タービン、コンベヤ等)を構成する部材は腐食や摩耗等によって経年的に薄くなる。構築された統計的モデルに基づいて、部材の肉厚が次第に薄くなっていく減肉の傾向の予測を行う。以下、図を参照して本開示の一実施形態に係る施設内で使用する機器の部材の将来の減肉予測を行うための方法について説明する。なお、本開示に係る減肉量の予測が行われる部材は、廃棄物発電プラント内で使用される部材に限られず、腐食や摩耗等に起因する経年劣化により次第に薄くなっていき、このため点検や交換等が必要な部材であればよく、発電施設などの大規模施設、建築構造物で使用される部材(例えば、鉄骨などの構造材、配管)、車両内の部材(例えば、エンジンの排気系部材)であってもよい。以下では、部材は、廃棄物発電プラント等の施設内で使用する機器を構成する部材とする。 According to the present disclosure, a statistical model showing the future thickness of a component (e.g., pipes such as boiler water tubes and superheater tubes, scrapers and rails of conveyors, refractories in incinerators, etc.) constituting equipment used in facilities such as waste-to-energy plants is constructed from measurement data such as the thickness of the component. The material of the component is general mechanical material such as metal, inorganic material, organic material, composite material, etc. The components constituting equipment (boilers, incinerators, turbines, conveyors, etc.) used in facilities such as waste-to-energy plants become thinner over time due to corrosion, wear, etc. Based on the constructed statistical model, a prediction is made of the thinning tendency of the component, which is the gradual thinning of the thickness. Below, a method for predicting the future thinning of a component of equipment used in a facility according to one embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. Note that the components for which the amount of thinning is predicted according to the present disclosure are not limited to components used in waste-to-energy plants, but may be any components that gradually become thinner due to aging deterioration caused by corrosion, wear, etc., and therefore require inspection or replacement, etc., and may be components used in large-scale facilities such as power generation facilities, building structures (e.g., structural materials such as steel frames, piping), and components inside vehicles (e.g., engine exhaust system components). In the following, the components are defined as components that make up equipment used in facilities such as waste-to-energy plants.
まず、図1を参照して本開示の一実施形態に係る処理の概要について説明する。図1は部材の減肉予測を行う予測装置200において実行される処理のフロー100の概要を示す。予測装置200は、図2で後述の周知の構成の情報処理装置によって実現され得る。
First, an overview of the processing according to one embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIG. 1. FIG. 1 shows an overview of a
まず、予測装置200は、ステップ102において、部材の肉厚や重量を測定する測定
器から得られた、部材の減肉傾向を表す物理量の測定データ、例えば部材の肉厚や重量の測定データを取得する。
First, in
次に、予測装置200は、ステップ104において、部材の使用開始時点からの経過時間や使用時間に対する、部材の減肉傾向を表す前記物理量(部材の肉厚や重量)の経時的な変化を表現する減肉モデル244(図3)の選択を受け付ける。減肉モデル244は、過去の部材の減肉傾向を表す前記物理量の測定データの経時的な傾向から選択された、その傾向へのあてはまりのよいモデルである。予測装置200は、予め設計者等により選択された減肉モデル244を受け付ける。
Next, in
さらに、予測装置200は、ステップ104において、取得された減肉モデル244に含まれる各パラメータと、各パラメータが従う確率分布、およびその各パラメータが従う確率分布を調整するためのハイパーパラメータをそれぞれ設定する。減肉モデル244毎に、モデルを表すために使用される各パラメータは予め定められており、減肉モデル244が選択されると、選択された減肉モデル244に対応する各パラメータが設定される。また、減肉モデル244を表す各パラメータが従う確率分布と、その確率分布を調整するためのハイパーパラメータが予め設計者等により定められている。
Furthermore, in
先に述べたように、対象とする部材の減肉傾向には、それぞれの部材の使用環境における温度、圧力、水分量及び、腐食性ガスの濃度、並びに部材に対する腐食性物質の付着状況など、様々な環境要因の差異によってばらつきが生じる。そのため、減肉モデル244に含まれるパラメータを確定的に取り扱うことは好ましくない。本発明における予測装置200は、減肉モデル244に含まれるパラメータを確率モデルで表現し、その確率モデルを推定する問題に帰着させることで、減肉傾向の予測を行うように構成する。
As mentioned above, the tendency for metal thinning of the target components varies due to differences in various environmental factors, such as the temperature, pressure, moisture content, and corrosive gas concentration in the usage environment of each component, as well as the state of adhesion of corrosive substances to the components. For this reason, it is not preferable to treat the parameters included in the
また、減肉モデル244に含まれるパラメータを表現する確率モデルを構築するために用いる、減肉傾向を表す物理量(部材の肉厚や重量)の計測データの量や質が限られている場合がある。このような場合にも、減肉モデル244に含まれるパラメータの推定を効率的に行うことができるよう、予測装置200は、各パラメータが従う確率モデルとして、パラメトリックな確率モデルを採用する。これにより、パラメータの確率モデルに含まれるパラメータ(ハイパーパラメータ)の値を変化させ、各パラメータが従う確率分布を的確に調整できるように構成できる。
In addition, there may be cases where the amount and quality of measurement data of physical quantities (thickness and weight of components) that indicate metal thinning trends, which is used to construct a probabilistic model that expresses the parameters included in the
例えば、減肉モデル244に含まれるパラメータとして、部材の製造時の肉厚である初期肉厚w0の値が含まれる場合、部材の初期肉厚w0が従うパラメトリックな確率分布(統計的な分布)として正規分布を設定することができる。この場合、その正規分布を解析的に表現した関数に含まれるパラメータである平均μw0と標準偏差σw0が、減肉モデル244に含まれるパラメータw0に対応するハイパーパラメータである。予測装置200はこれらのハイパーパラメータを取得する。平均μw0と標準偏差σw0の値を変化させることで、正規分布の分布形状を、初期肉厚w0の値の実際の確率分布と合うように調整することができる。なお、減肉モデル244の取得時(ステップ104)において、減肉モデル244に含まれる各パラメータの値、及びそれらの確率分布を調整するためのハイパーパラメータの値は未知である。
For example, when the parameter included in the metal-thinning
次に、ステップ106において、ステップ104において設定された各パラメータと、それらに対応するハイパーパラメータに基づいて、階層ベイズモデル式を設定する。階層ベイズモデル式は、減肉モデル244に含まれるパラメータと、それらのパラメータの確率分布を調整するためのハイパーパラメータに基づいて階層的に設定される尤度式である。本開示においては、各パラメータの確率分布と、それらの分布を調整するためのハイパーパラメータとの階層的な関係に基づいて尤度式を設定する。これにより、減肉モデル2
44に含まれる各パラメータが従う確率分布がパラメータごとに異なる場合や、あるパラメータ(例えば初期肉厚w0や測定誤差ε)の値が部材の部位や設置環境、測定方法等の影響等によって異なる場合であっても、それら影響等を反映した的確な尤度式を構築することができる。
Next, in
Even if the probability distribution that each parameter included in 44 follows differs for each parameter, or the value of a certain parameter (e.g., the initial thickness w0 or the measurement error ε) differs depending on the location of the component, the installation environment, the measurement method, etc., it is possible to construct an accurate likelihood equation that reflects these influences, etc.
次に、ベイズの定理を用いた処理を実行する。ベイズの定理(結果から原因とその確率を求める)を用いる処理には、事前分布の設定と、新しいデータの値に基づく事前分布の修正(ベイズ更新)と、事後分布の導出とが含まれる。ベイズの定理を用いることにより、各パラメータおよび/またはハイパーパラメータに関して事前に得られている情報や知見(先験情報)と、実際に得られたデータに含まれている情報とに基づいて、各パラメータおよび/またはハイパーパラメータの値を的確に推定することができる。 Next, processing is performed using Bayes' theorem. Processing using Bayes' theorem (finding causes and their probabilities from results) includes setting a prior distribution, modifying the prior distribution based on the values of new data (Bayesian update), and deriving a posterior distribution. By using Bayes' theorem, it is possible to accurately estimate the values of each parameter and/or hyperparameter based on information and knowledge obtained in advance (a priori information) about each parameter and/or hyperparameter and information contained in the data actually obtained.
ステップ104において取得された減肉モデルに含まれる、ハイパーパラメータの値(統計的分布)は未知である。ステップ108において、予測装置200は、これらのハイパーパラメータの確率分布を推定対象とし、推定対象のハイパーパラメータに対し、事前分布を設定する。
The values (statistical distribution) of the hyperparameters included in the metal-reduction model obtained in
次に、ステップ110において、ベイズの定理に基づいて、ステップ108において設定されたハイパーパラメータの事前分布に対し、MCMC法(マルコフ連鎖モンテカルロ法)を適用する。なお、MCMC法に限られず、確率密度関数を解析的な関数で近似表現して事後分布を求める他の手法、例えば逐次モンテカルロ法、最尤推定法を適用してもよい。最尤推定法を用いる場合、勾配法やシンプレックス法などの様々な最適化手法により最尤点を決めることができる。また、焼きなまし法、ジェネティックアルゴリズム、進化的最適化法、粒子群最適化(Particle Swarm Optimization:PSO)法などの適用により、最尤点を決めてもよい。さらに、推定対象の事後確率密度関数をたとえば混合正規分布などのパラメトリックな確率モデルでフィッティングするアプローチにより解くことも可能である。この場合は、確率密度関数のパラメータを最小二乗法などの手法で同定するのがよい。
Next, in
MCMC法とは、パラメータの事後分布を数値的にシミュレートして、その推定量の分布を調べるものである。MCMC法を適用することによって、ステップ112において、値が不明なハイパーパラメータの事後分布を数値的に導出する。
The MCMC method numerically simulates the posterior distribution of parameters to examine the distribution of their estimates. By applying the MCMC method, in
値が不明なハイパーパラメータの事後分布が求められると、推定対象の全てのパラメータについて確率分布が求められる。予測装置200は、ステップ114において、ハイパーパラメータの事後分布、およびそれらに基づいて求められる減肉モデルに含まれる全てのパラメータの確率分布に基づいて、減肉モデル244を構築する。さらに、ステップ114において、構築された減肉モデル244に基づいて、予測時刻における施設内の部材の減肉傾向の確率分布を取得する。減肉傾向を予測することで、部材の減肉傾向を表す物理量(例えば肉厚や重量)の変化を予測することができる。
Once the posterior distribution of the hyperparameters whose values are unknown is obtained, a probability distribution is obtained for all parameters to be estimated. In
さらに、ステップ116において、ステップ112において予測されたハイパーパラメータの事後分布を、他の施設におけるハイパーパラメータの事前分布として与えることで、ベイズの定理に基づいて、他の施設におけるハイパーパラメータの事後分布を導出することができる。これにより、過去の部材の肉厚測定データが得られていない、あるいは過去に測定された部材の肉厚データの量が十分ではない、他の施設においても、構築された減肉モデル244を使用して部材の肉厚の将来の予測を行うことができる。
Furthermore, in
図2は、図1に示す部材の減肉予測を行う処理フロー100を実施する情報処理装置としての予測装置200のハードウェア構成の一例を示す。予測装置200は、例えばパー
ソナルコンピュータ、ワークステーション、タブレット端末、またはその他の任意の情報処理装置で構成される。
Fig. 2 shows an example of the hardware configuration of a
予測装置200は、2以上の端末で構成されてもよく、例えば減肉モデル244の構築を行う端末と、減肉モデル244を使用して将来の肉厚の予測値の算出を行う端末とが別個に構成されてもよいし、クラウド上で構成されてもよい。図示するように、予測装置200は主たるハードウェア要素として、プロセッサ202と、メモリ204と、ユーザ入力インターフェイス(IF)206と、ディスプレイ208とを備える。これら各要素は、バス(不図示)を介して相互に通信可能に接続されている。
The
メモリ204は、プログラムおよびデータを一時的、永続的に保存する。メモリ204に格納されるプログラムは、オペレーティングシステムプログラム、減肉モデル構築プログラムなどである。オペレーティングシステムは、予測装置200の全体的な動作を制御するためのコンピュータプログラムである。減肉モデル構築プログラムは、予測装置200が後述するモデル構築のための各処理を実現するためのコンピュータプログラムである。メモリ204はまた、予測装置200の動作によって生成されるデータを一時的または永続的に記憶することもできる。メモリ204の具体例は、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、ハードディスク、フラッシュメモリ、光ディスク、その他の任意の記憶装置である。メモリ204は、その一部が予測装置200の本体の外部に別体として備えられてもよい。この場合、別体の外部メモリ(不図示)にプログラムおよびデータを格納する。
The
プロセッサ202は、メモリ204に格納されているプログラムを読み出して、それに従った処理を実行するように構成される。例えば、プロセッサ202がメモリ204に格納された減肉モデル構築プログラムを実行することによって、後述する各種モデル構築の各処理が実現される。プロセッサ202は、CPU(Central Processing Unit)およびGPU(Graphics Processing Unit)を含む。
The
ユーザ入力インターフェイス206は、ユーザから予測装置200を操作するための入力を受け取るように構成される。ユーザ入力インターフェイス206の具体例は、キーボード、マウス、タッチパッド等である。
The
ディスプレイ208は、予測装置200のユーザに対して視覚的な情報を提供するように構成される。例えば、ディスプレイ208は、メモリ204に格納されたオペレーティングシステムのホーム画面やデスクトップ画面に、様々なアプリケーションを起動するための複数のアイコンを表示する。一例として、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイをディスプレイ208に用いることが可能である。
The
図3は、図2に示す予測装置200の機能的な構成を示すブロック図である。予測装置200は、処理部220と記憶部240を備える。処理部220は、図2に示したプロセッサ202に対応する。記憶部240は、図2に示したメモリ204に対応する。各部222から232は、図2に示すプロセッサ202がメモリ204内のプログラムを読み出して実行することによって実現される機能を表す。
Figure 3 is a block diagram showing the functional configuration of the
処理部220は、部材の肉厚を測定した測定データを取得するデータ取得部222と、部材の肉厚の測定や肉厚の予測のための初期条件を設定する初期条件設定部224と、過去の部材の肉厚の測定データの減肉傾向から、選択された減肉モデル244を取得し、減肉モデル244を規定する各種パラメータおよびそれらの確率分布を調整するためのハイパーパラメータを設定する減肉モデル設定部226と、減肉モデル244を構成する各パラメータおよびそれらのハイパーパラメータで階層的に構成される階層ベイズモデルを設
定する階層ベイズモデル設定部228と、ハイパーパラメータの事前分布を設定して、この事前分布にベイズの定理を適用して事後分布を導出し、導出した事後分布から減肉モデル244を構築する減肉モデル構築部230と、構築された減肉モデル244に基づいて肉厚を予測する肉厚予測部232を含むことができる。各部222から232が行う処理の詳細な説明は、図4を参照して後述する。
The
なお、図3において処理部220内に含まれる各種コンポーネントは、プロセッサ202が実行する機能をモジュールとして表現する1つの例にすぎない。複数のコンポーネントの機能が単一のコンポーネントによって実現されてもよい。プロセッサ202がすべてのコンポーネントの機能を実行するように構成されてもよい。
Note that the various components included in the
記憶部240は様々な情報を格納するように構成され得る。一例では、記憶部240は、測定器によって測定された部材の肉厚測定データの履歴で構成される肉厚測定データ242を格納する。肉厚測定データ242は、ある場所における部材の肉厚測定結果の過去の履歴データである。肉厚測定データ242は、検査担当者等によって、予め異なる時間に複数回にわたり断続的に測定された肉厚測定結果を含んでもよいし、ある期間にわたって連続的に測定された肉厚測定値から異なる時間で複数回にわたり取得された肉厚測定結果を含んでもよい。肉厚測定データ242は、施設内の異なる複数の場所の部材の肉厚測定結果の履歴データ、測定点の位置、測定点数を含んでもよい。他の例では、記憶部240は減肉モデル244を格納してもよい。減肉モデル244は、最初は値(統計的分布)が未知のパラメータで構成されており、このため図3では点線で示される。図5は値が未知のパラメータおよびハイパーパラメータで構成された減肉モデル244を例示する。本開示のモデル構築フローを実施することによって、パラメータおよびハイパーパラメータの値(統計的分布)が求められ最終的な減肉モデル244が構築される(図7)。
The
次に、図4を参照して、本開示の一実施形態による図3に示す処理部220において実行される方法の処理フロー400を説明する。図4に示す処理のフロー400は、図1に示す処理のフロー100を詳細に説明したものである。
Next, referring to FIG. 4, a
先ず、ステップ402(図1のステップ102)において、予測装置200(データ取得部222)は、肉厚予測の対象となる対象施設において過去に測定された、部材の肉厚測定データ242を取得し、記憶部240に格納する。部材の肉厚の測定点は同じ場所であってもよいし、異なる場所でもよい。同じ場所で測定することによって、その測定点での経時的な減肉傾向を表す減肉モデル244を構築することができる。異なる場所で測定することによって、施設内の機器の部材の減肉傾向を広範囲で表す減肉モデル244を構築することができる。
First, in step 402 (
次にステップ404において、予測装置200(初期条件設定部224)は、ユーザ入力IF206を介して、設計者等により入力された部材の肉厚の測定や肉厚の予測のための初期条件を取得し、設定する。一例として、予測装置200は、測定点数Np1と、単位時間当たりの測定回数Nt1(例えば1年に1度)と、予測回数Nt2とを含む。測定点数Np1と、単位時間当たりの測定回数Nt1と、予測回数Nt2とは任意の値を設定することができる。
Next, in
次に、ステップ406(図1のステップ104)において、予測装置200(減肉モデル設定部226)は、設計者等により選択された減肉モデル244を、ユーザ入力IF206を介して受け付ける。減肉モデル244は、過去の部材の肉厚測定データ242の減肉傾向から推定される、その肉厚測定データ242へのあてはまりのよいモデルである。具体的には、減肉モデル244は、部材の使用開始時点からの経過時間や使用時間に対する、部材の減肉傾向を表す前記物理量(部材の肉厚や重量)の経時的な変化を表現する数
式として表現される。予測装置200(減肉モデル設定部226)には、様々な減肉モデル244が予め用意されており、このうち1つの選択を受け付ける。
Next, in step 406 (
本実施形態においては、この選択された減肉モデル244をある経過時間t0で減肉速度の増大が生じる2つのフェーズで構成される折れ線モデルとする。折れ線モデルの場合、この減肉モデル244を表すために必要なパラメータは、少なくとも測定開始してから減肉速度の増大が生じるまでの経過時間t0と、減肉速度の増大前の減肉速度v1と、減肉速度の増大後の減肉速度v2とを含む。このような折れ線モデルとすることにより、経過時間t0を境として、減肉傾向が急激に変化するような場合であっても、減肉傾向を的確に予測することが可能となる。また、減肉モデル244を表すために必要なパラメータとして、製造時の部材の肉厚である初期肉厚w0と、測定結果に生じる肉厚の測定誤差εとを含んでもよい。初期肉厚w0と、肉厚の測定誤差εとを含めることにより、部材の初期肉厚のばらつきや、測定器の測定誤差の影響を考慮して、減肉傾向を的確に予測することが可能となる。図5は減肉モデル244を例示する。図5に示すように、減肉モデル244は、経過時間t0前の第1フェーズと、経過時間t0後の第2フェーズから構成される。各フェーズにおいて、部材の減肉傾向は時間に対し直線で近似されている。減肉モデル244の詳細については後述する。ステップ406において、減肉モデル244を表すために必要な各パラメータの値は未知である。
In this embodiment, the selected thinning
なお、減肉モデル244は減肉速度の変化が1回の折れ線モデルに限られない。減肉モデル244は、過去の部材の肉厚の履歴を含む肉厚測定データ242から推定される、肉厚の減肉傾向を最もよく表すモデルであればよい。減肉モデル244は、各フェーズが切り替わる経過時間t0が複数回ある3以上のフェーズから構成されてもよい。また、減肉モデル244は、例えば、減肉速度が一定の一次曲線モデル、減肉速度が時間とともに増加する二次曲線モデル、減肉速度が時間とともに減少する放物線則(1/2乗)モデル、減肉速度が初期段階で大きく増加するが、最終的に収束するロジスティック曲線モデル、減肉速度が時間の経過により減少し、その後一定となる期間を経て、再び増加するバスタブ曲線モデルであってもよい。また、減肉モデル244は、ある経過時間の後に減肉速度が減少するモデルでもよいし、ある経過時間の前後で異なる近似モデルを有するモデル、例えば経過時間前に一次曲線モデル、経過時間経過後に二次曲線モデルを有するモデルでもよい。以下、減肉モデル244を折れ線モデルとして説明する。
The thinning
次に、ステップ408(図1のステップ104)において、予測装置200(減肉モデル設定部226)は、減肉モデル244に含まれる各パラメータが従う確率分布をそれぞれ設定する。設計者は、減肉モデル244に含まれる各パラメータが従う、もっともあてはまりのよい分布を、パラメータ毎に予め定めておく。予測装置200は設計者により予め設定されたパラメータ毎の確率分布を設定する。
Next, in step 408 (
減肉モデル244に含まれる各パラメータが取り得る値は、施設の構成や部材のおかれる環境、測定場所、部材を構成する材料等によって異なる。すなわち、各パラメータの取り得る値にはばらつきがある。例えば、製造時の部材の初期肉厚w0、測定器の測定精度(測定誤差ε)にはばらつきがある。また、減肉速度増大までの経過時間t0は施設毎に異なり、また同じ施設であっても測定場所によって異なる。従って、図5に示す折れ線モデルを表す5つのパラメータ(初期肉厚w0、測定器の測定誤差ε、減肉速度増大までの経過時間t0、減肉速度v1、減肉速度v2)について、これらパラメータが従う統計的な確率分布がそれぞれ予め定められている。
The values that each parameter included in the wall-thinning
減肉モデル244に含まれる各パラメータの確率分布は、各種パラメータの取りうる値の分布に応じて、最もあてはまりの良いものを選択する。各種パラメータが取りうる値の分布は、各種パラメータの値の過去のデータの経時的な傾向や、各種パラメータの性質等
を考慮して選択することができる。例えば、初期肉厚w0、測定誤差εが従う分布として、正規分布を選択する。これは、正規分布は左右対称であることから、誤差の分布として用いられることが多いためである。また、経過時間t0には、ポアソン分布を選択する。これは、ポアソン分布は、滅多に発生しない現象に対して使われることが多いためである。また、減肉速度v1、v2にはガンマ分布を選択する。これは、ガンマ分布が負にならない分布であるからである。
The probability distribution of each parameter included in the wall-thinning
なお、各種パラメータが従う分布として選択される確率分布は上述のものに限られない。例えば、初期肉厚w0が従う分布は連続単変量で正の数直線全体に台を持つ分布であればよく、例えばコーシー分布やホルツマークなどの安定分布、ラプラス分布、ロジスティック分布でもよい。また、測定誤差εが従う分布は、連続単変量で実数直線全体に台を持つ分布であればよく、例えばコーシー分布やホルツマークなどの安定分布、ラプラス分布、ロジスティック分布でもよい。また、減肉速度v1、減肉速度v2が従う分布は、0未満になることは現象上あり得ないため、連続単変量で半無限期内に台を持つ、非負の確率分布であればよく、例えば非負の条件を与えた正規分布、半コーシー分布、カイ二乗分布、逆ガウス分布、レヴィ分布などでもよい。経過時間t0が従う分布は、連続単変量で半無限期内に台を持つ非負の確率分布や、単位時間あたりに発生する確率を表現する確率分布であればよく、非負の条件を与えた正規分布、ガンマ分布や半コーシー分布、カテゴリ分布などでもよい。 The probability distributions selected as the distributions that various parameters follow are not limited to those described above. For example, the distribution that the initial wall thickness w 0 follows may be a continuous univariate distribution that is supported on the entire positive number line, and may be, for example, a stable distribution such as a Cauchy distribution or a Holzmark distribution, a Laplace distribution, or a logistic distribution. The distribution that the measurement error ε follows may be a continuous univariate distribution that is supported on the entire real number line, and may be, for example, a stable distribution such as a Cauchy distribution or a Holzmark distribution, a Laplace distribution, or a logistic distribution. The distributions that the wall-thinning rate v 1 and the wall-thinning rate v 2 follow are not likely to be less than 0 in terms of the phenomenon, so they may be continuous univariate distributions that are supported within a semi-infinite period, and may be, for example, a normal distribution with a non-negative condition, a semi-Cauchy distribution, a chi-square distribution, an inverse Gaussian distribution, or a Levy distribution. The distribution that the elapsed time t follows may be a continuous univariate non-negative probability distribution supported within a semi-infinite period, or a probability distribution that expresses the probability of occurrence per unit time, and may be a normal distribution with non-negativity conditions, a gamma distribution, a semi-Cauchy distribution, a categorical distribution, or the like.
図5は、x軸を経過年数、y軸を肉厚としt0時間経過後に減肉速度が大きくなる折れ線モデルを例示する。図5は、折れ線モデルを表す各パラメータが取り得る統計的な分布を概念的に表す。各パラメータの確率分布を式で表すと以下のとおりとなる。 Figure 5 illustrates a broken line model in which the x-axis represents the number of years elapsed and the y-axis represents the wall thickness, and the wall thinning rate increases after t0 hours has elapsed. Figure 5 conceptually illustrates the statistical distribution that each parameter representing the broken line model can take. The probability distribution of each parameter is expressed by the following formula.
初期肉厚w0を正規分布で表したときの確率分布はPN(w0|μw0,σw0)で表す。ここで、PN(w0|μw0,σw0)との表記は、初期肉厚w0が、平均値μw0、標準偏差σw0の正規分布に従うことを指す。μw0は初期肉厚の平均値、σw0は初期肉厚の標準偏差である。すなわち、μw0およびσw0は、パラメータw0に対応するハイパーパラメータである。 The probability distribution of the initial thickness w0 expressed as a normal distribution is represented as P N ( w0 | μw0 , σw0 ). Here, the notation P N ( w0 | μw0 , σw0 ) indicates that the initial thickness w0 follows a normal distribution with a mean value μw0 and a standard deviation σw0 . μw0 is the mean value of the initial thickness, and σw0 is the standard deviation of the initial thickness. In other words, μw0 and σw0 are hyperparameters corresponding to the parameter w0 .
測定誤差εを正規分布で表したときの確率分布はPN(ε|με,σε)で表す。ここで、μεは測定誤差の平均値であり、σεは測定誤差の標準偏差である。すなわち、μεおよびσεは、パラメータεに対応するハイパーパラメータである。 When the measurement error ε is expressed as a normal distribution, its probability distribution is represented as P N (ε|μ ε , σ ε ), where μ ε is the mean value of the measurement error, and σ ε is the standard deviation of the measurement error. In other words, μ ε and σ ε are hyperparameters corresponding to the parameter ε.
減肉速度v1をガンマ分布で表したときの確率分布はPγ(v1|α1,β1)で表す。ここでα1は減肉速度v1の形状母数(α1>0)、β1は尺度母数(β1>0)である。すなわち、α1およびβ1は、パラメータv1に対応するハイパーパラメータである。 The probability distribution of the wall-thinning rate v1 expressed by the gamma distribution is expressed as Pγ ( v1 | α1 , β1 ), where α1 is the shape parameter ( α1 >0) of the wall-thinning rate v1 , and β1 is the scale parameter ( β1 >0). In other words, α1 and β1 are hyperparameters corresponding to the parameter v1 .
減肉速度v2をガンマ分布で表したときの確率分布はPγ(v2|α2,β2)で表す。ここでα2は減肉速度v2の形状母数(α2>0)、β2は尺度母数(β2>0)である。すなわち、α2およびβ2は、パラメータv2に対応するハイパーパラメータである。 The probability distribution of the wall-thinning rate v2 expressed by the gamma distribution is expressed as Pγ ( v2 | α2 , β2 ), where α2 is the shape parameter ( α2 >0) of the wall-thinning rate v2 , and β2 is the scale parameter ( β2 >0). In other words, α2 and β2 are hyperparameters corresponding to the parameter v2 .
減肉速度増大までの経過時間t0をポアソン分布で表したときの確率分布はPpois(t0|λ)で表す。ここで、λはポアソン分布の母数である。すなわち、λは、パラメータt0に対応するハイパーパラメータである。 When the elapsed time t0 until the rate of wall thinning increases is expressed by a Poisson distribution, the probability distribution is represented as P pois ( t0 |λ), where λ is the parameter of the Poisson distribution. In other words, λ is a hyperparameter corresponding to the parameter t0 .
図5に示す減肉モデル244(折れ線モデル)を、上記パラメータを用いて式で表すと、以下のとおりとなる。なお、肉厚の測定誤差εが正規分布PN(ε|με,σε)に従
うとすると、肉厚の測定値Y1も正規分布PN(μw+με、σε)に従う。肉厚の測定値Y1は以下の式(1)で表される。
The wall-thickness reduction model 244 (broken line model) shown in Fig. 5 can be expressed by the following equation using the above parameters: If the wall-thickness measurement error ε follows a normal distribution P N (ε|μ ε , σ ε ), the wall-thickness measurement value Y1 also follows a normal distribution P N (μ w +μ ε , σ ε ). The wall-thickness measurement value Y1 is expressed by the following equation (1).
肉厚の測定値Y1~PN(μw+με,σε) ただし
測定時刻T1が0≦T1≦t0のとき、μw=w0-v1×T1
測定時刻T1がt0<T1のとき、μw=w0-v1×t0-v2×(T1-t0)・・・(1)
Measured wall thickness values Y1 to P N (μ w + μ ε , σ ε ) where μ w = w 0 - v 1 × T1 when the measurement time T1 is 0≦T1≦t 0
When the measurement time T1 is t0 <T1, μw = w0 - v1 ×t0 - v2 ×(T1- t0 ) (1)
ここで、μwは測定時刻T1における真の肉厚の平均値、μεは測定誤差の平均値、w0は真の初期肉厚、v1は時刻t0までの減肉速度、v2は時刻t0以降の減肉速度である。真の肉厚値とは、測定誤差を含む実測値ではなく、実際の肉厚値のことである。ここでは真の肉厚値は推定値であり、これに測定誤差εを加えたものが、肉厚の測定値Y1となる。測定値Y1は時刻T1における肉厚の測定値であり、時刻T1、及び測定値Y1は、いずれも肉厚測定データ242から得られた既知の値である。
Here, μ w is the average value of the true wall thickness at the measurement time T1, μ ε is the average value of the measurement error, w 0 is the true initial wall thickness, v 1 is the wall thinning rate up to time t 0 , and v 2 is the wall thinning rate after time t 0. The true wall thickness value is not an actual measurement value including a measurement error, but an actual wall thickness value. Here, the true wall thickness value is an estimated value, and the measurement error ε is added to this to obtain the measured wall thickness value Y1. The measured value Y1 is the measured wall thickness value at time T1, and both time T1 and the measured value Y1 are known values obtained from the wall
肉厚の予測値Y2も、肉厚の測定値Y1と同様に正規分布PN(μw+με、σε)に従うとすると、以下の式(2)で表される。肉厚の予測値Y2は、真の肉厚値に測定誤差εを加えたものである。 If the predicted value Y2 of the wall thickness also follows a normal distribution P N (μ w + μ ε , σ ε ) like the measured value Y1 of the wall thickness, it can be expressed by the following formula (2). The predicted value Y2 of the wall thickness is the true wall thickness value plus the measurement error ε.
肉厚の予測値Y2~PN(μw+με,σε) ただし
予測時刻T2が0≦T2≦t0のとき、μw=w0-v1×T2+με
予測時刻T2がt0<T2のとき、μw=w0-v1×T2-v2×(T2-t0)+με・・・(2)
Predicted wall thickness Y2 to P N (μ w + μ ε , σ ε ) where, when the predicted time T2 is 0≦T2≦t 0 , μ w = w 0 - v 1 × T2 + μ ε
When the predicted time T2 is t0 <T2, μw = w0 - v1 ×T2- v2 ×(T2- t0 )+ με (2)
ここで、予測値Y2は予測時刻T2における肉厚の予測値であり、未知である。予測時刻T2は、ステップ404において設定される単位時間当たりの測定回数Nt1、及び予測回数Nt2から取得され、例えば、Nt1が1年に一度、Nt2が20であれば、0年目から1年おきに20年後まで設定される。
Here, the predicted value Y2 is a predicted value of the wall thickness at the predicted time T2, and is unknown. The predicted time T2 is obtained from the number of measurements Nt1 per unit time and the predicted number Nt2 , which are set in
本開示によると、上記した測定時刻T1と肉厚の測定値Y1の関係から、ベイズ推定によって求めた各パラメータの事後分布を使って、ステップ404において任意に設定された予測時刻T2における、肉厚の予測値Y2を得ることができる。
According to the present disclosure, from the relationship between the measurement time T1 and the measured thickness value Y1 described above, a predicted thickness value Y2 at the predicted time T2 arbitrarily set in
次に、ステップ410(図1のステップ106)において、予測装置200(階層ベイズモデル設定部228)は、折れ線モデルに含まれる5つのパラメータ(ε、t0、v1、v2、w0)が従う各確率分布を調整するためのハイパーパラメータ、すなわち、上述の9つのハイパーパラメータ(με、σε、λ、α1、β1、α2、β2、μw0、σw0)に基づいて、階層ベイズモデル式を設定する。階層ベイズモデル式は、ある前提条件に従って結果が出現する場合に、逆に測定結果からみて前提条件が「何々であった」と推測する尤もらしさを表す数値(尤度)を、関数として表す式である。階層ベイズモデル式は以下の式(3)のとおり表される。
Next, in step 410 (
ここで、Ltp(με,σε,λ,α1,β1,α2,β2, μw0,σw0)は推定対象とな
る各ハイパーパラメータが与えられたもとでの時刻tにおける測定点pにおける肉厚の測定値ytpの尤度、ytpは肉厚の測定値
また、Ppois(t0p|λ)は測定点pにおける減肉速度増大までの経過時間t0pの確率分布、
Pγ(v1p|α1,β1)は測定点pにおける第1フェーズの減肉速度v1pの確率分布、
Pγ(v2p|α2,β2)は測定点pにおける第2フェーズの減肉速度v2pの確率分布、
PN(w0p|μw0,σw0)は測定点pにおける初期肉厚w0pの確率分布である。添え字pは測定点pにおける値を指す。
Here, L tp (μ ε , σ ε , λ, α 1 , β 1 , α 2 , β 2 , μ w0 , σ w0 ) is the likelihood of the measured thickness y tp at the measurement point p at time t given each hyperparameter to be estimated, and y tp is the measured thickness
P pois (t 0p |λ) is the probability distribution of the elapsed time t 0p until the thinning rate increases at the measurement point p,
P γ (v 1p |α 1 , β 1 ) is the probability distribution of the first phase thinning rate v 1p at the measurement point p,
P γ (v 2p |α 2 , β 2 ) is the probability distribution of the second phase thinning rate v 2p at the measurement point p,
P N (w 0p |μ w0 , σ w0 ) is the probability distribution of the initial thickness w 0p at the measurement point p, where the subscript p refers to the value at the measurement point p.
図6は上述した階層ベイズモデル式を概念的に示したものである。階層ベイズモデルでは、折れ線モデルを表す5つのパラメータ(ε、t0、v1、v2、w0)の確率分布と、これら5つのパラメータの確率分布を調整するための9つのハイパーパラメータ(με、σε、λ、α1、β1、α2、β2、μw0、σw0)とが、階層的に表されている。図6に示す階層ベイズモデルが表現できれば、過去の肉厚測定データ242からベイズの定理に従って各ハイパーパラメータの事後分布が求められ、この事後分布に従って減肉モデル244を構築し、構築された減肉モデル244から所望の予測区間における部材の肉厚を予測することができる。
Fig. 6 conceptually illustrates the above-mentioned hierarchical Bayes model formula. In the hierarchical Bayes model, the probability distribution of five parameters (ε, t 0 , v 1 , v 2 , w 0 ) representing the broken line model and nine hyperparameters (μ ε , σ ε , λ, α 1 , β 1 , α 2 , β 2 , μ w0 , σ w0 ) for adjusting the probability distribution of these five parameters are hierarchically represented. If the hierarchical Bayes model shown in Fig. 6 can be expressed, the posterior distribution of each hyperparameter can be obtained from the past
<ベイズの定理の適用>
予測装置200は、階層ベイズモデル式に基づいて、ベイズの定理を用いた処理を実行する。ベイズの定理(結果から原因とその確率を求める)を用いた処理には、事前分布の設定と、新しいデータの値に基づく事前分布の修正(ベイズ更新)と、事後分布の導出とが含まれる。従って、まず、9つのパラメータ全てについてどれくらいがもっともらしいかの予想(事前分布)をそれぞれ設定する。
<Application of Bayes'Theorem>
The
そこで、ステップ412(図1のステップ108)において、予測装置200(階層ベイズモデル設定部228)は、推定対象となる減肉モデル244の各ハイパーパラメータ(με、σε、λ、α1、β1、α2、β2、μw0、σw0)について、ベイズ統計モデルにおける事前分布を設定する。事前分布には、設計者等により予め定められている事前分布を適用する。事前分布は、事前に有する頻度分布の情報などから設定することができる。しかしながら、推定対象となる各ハイパーパラメータの平均値、標準偏差等の情報が事前にない場合、無情報事前分布を採用することができる。無情報事前分布には一様分布、非正則な分布が知られている。
Therefore, in step 412 (
一例では、無情報事前分布として、平均値の確率分布(初期肉厚の平均値μw0、測定誤差の平均値με、ポアソン分布の母数λ)に対しては、一定区間の一様分布として与える。なお、一様分布として与える場合、想定しうる値の範囲を合わせて設定する。例えば、初期肉厚の平均値μw0に対しては、推定対象となる部材の公差を考慮して、適切な範囲を設定する。すなわち、公称肉厚が5mm、公差が±1mmの部材であれば、初期肉厚の事前分布として、少なくとも4mmから6mmの区間を含む、十分に広い区間で均等な確率を取る一様分布を与える。また例えば、測定誤差の平均値μεは、使用する測定器の測定精度を考慮して、適切な範囲を設定する。すなわち、測定器の測定精度が±0.1m
mであれば、測定精度の事前分布は、少なくとも-0.1mmから+0.1mmの区間を含む、十分に広い区間で均等な確率を取る一様分布を与える。なお、肉厚の測定器の測定誤差の平均値が略ゼロの場合、測定誤差の平均値に対応するハイパーパラメータμεは0で与えることができるため、推定対象となるハイパーパラメータから除くことができる。
In one example, as the non-informative prior distribution, the probability distribution of the mean value (the mean value of the initial wall thickness μ w0 , the mean value of the measurement error μ ε , and the parameter λ of the Poisson distribution) is given as a uniform distribution in a certain interval. When giving as a uniform distribution, the range of the possible values is also set. For example, for the mean value of the initial wall thickness μ w0 , an appropriate range is set in consideration of the tolerance of the component to be estimated. That is, for a component with a nominal wall thickness of 5 mm and a tolerance of ±1 mm, a uniform distribution with equal probability in a sufficiently wide interval including at least an interval from 4 mm to 6 mm is given as the prior distribution of the initial wall thickness. Also, for example, the mean value of the measurement error μ ε is set in an appropriate range in consideration of the measurement accuracy of the measuring device used. That is, if the measurement accuracy of the measuring device is ±0.1 mm,
m, the prior distribution of the measurement accuracy is a uniform distribution with equal probability in a sufficiently wide interval including at least the interval from -0.1 mm to +0.1 mm. If the average value of the measurement error of the thickness measuring device is approximately zero, the hyperparameter μ ε corresponding to the average value of the measurement error can be set to 0, and therefore can be excluded from the hyperparameters to be estimated.
また、他の例として、標準偏差は必ず正の値を取ることから、無情報事前分布として、標準偏差の確率分布(初期肉厚の標準偏差σw0、測定誤差の標準偏差σε)に対しては、非負の確率分布、例えばガンマ分布、半コーシー分布を与える。 As another example, since the standard deviation always takes a positive value, a non-negative probability distribution, such as a gamma distribution or a semi-Cauchy distribution, is given to the probability distribution of the standard deviation (the standard deviation of the initial thickness σ w0 and the standard deviation of the measurement error σ ε ) as a non-informative prior distribution.
<MCMC(マルコフ連鎖モンテカルロ)法に基づくパラメータ推定>
MCMC法は、サンプリングを繰り返し行うことで、最適解を求める方法である。推定対象となるハイパーパラメータやパラメータの数が多くなると、一般的に事後分布の計算は容易ではないが、MCMC法はこれを可能とする方法である。本開示によると、予測装置200は、ステップ412において定義した事前分布と既知の肉厚測定データ242とを用いてMCMC法により、事後分布を導出する。従って、推定対象となるハイパーパラメータやパラメータの数が多い問題に対しても、ベイズ推定法の適用が可能となる。
<Parameter estimation based on the MCMC (Markov Chain Monte Carlo) method>
The MCMC method is a method for obtaining an optimal solution by repeatedly performing sampling. When the number of hyperparameters or parameters to be estimated increases, it is generally not easy to calculate the posterior distribution, but the MCMC method is a method that makes this possible. According to the present disclosure, the
まず、ステップ414において、予測装置200(階層ベイズモデル設定部228)は、MCMC法を適用して、上述の事前分布から事後分布を数値的に求める。MCMC法は、予め何らかのモデルを決めておき、実際のデータが最もうまくあてはまるパラメータの分布を数学的に逆算する方法である。MCMC法により、推定対象となる9つのハイパーパラメータ(με、σε、λ、α1、β1、α2、β2、μw0、σw0)全てについて、事前分布から、事後分布を求める。MCMC法により、施設内の予測の対象となる機器の部材の過去の肉厚測定データ242から、これら過去の肉厚測定データが最もなじむ推定対象となる各ハイパーパラメータの確率分布(事後分布)が数値的に導出される。
First, in
具体的には、まず、推定対象となる9つのハイパーパラメータ(με、σε、λ、α1、β1、α2、β2、μw0、σw0)の初期値を設定する。初期値は、MCMC方による計算上必要となる値であり、任意の値を設定することが可能である。計算の収束を早めるために、初期値は、実際の値と整合性のある値、例えば、実際の値に近い値を設定することが好ましい。 Specifically, first, the initial values of the nine hyperparameters to be estimated ( με , σε , λ, α1 , β1 , α2 , β2 , μw0 , σw0 ) are set. The initial values are values required for calculations using the MCMC method, and any value can be set. In order to speed up the convergence of the calculations, it is preferable to set the initial values to values that are consistent with the actual values, for example, values close to the actual values.
次に、推定対象となる9つの各ハイパーパラメータ(με、σε、λ、α1、β1、α2、β2、μw0、σw0)について、事後確率密度関数からのサンプリングを繰り返すことにより同時事後確率密度関数を算出する。十分な回数のサンプリングを繰り返すことにより、各ハイパーパラメータ(με、σε、λ、α1、β1、α2、β2、μw0、σw0)はマルコフ連鎖の定常状態に達すると共に、定常状態に達したサンプリング数以降の標本θは、同時事後確率密度関数からの標本と等しくなる。 Next, for each of the nine hyperparameters ( με , σε , λ, α1 , β1 , α2 , β2 , μw0 , σw0 ) to be estimated, a joint posterior probability density function is calculated by repeating sampling from the posterior probability density function. By repeating sampling a sufficient number of times, each hyperparameter ( με , σε , λ, α1 , β1 , α2 , β2 , μw0 , σw0 ) reaches a stationary state of the Markov chain, and the sample θ after the number of samples that reach the stationary state becomes equal to the sample from the joint posterior probability density function.
次に、ステップ416(図1のステップ114)において、予測装置200(減肉モデル構築部230)は、求められた9つのハイパーパラメータの事後分布から部材の減肉傾向を表す折れ線モデルの統計的な特性を表す減肉モデル244を構築する。減肉モデル244は、前記9つのハイパーパラメータを用いて任意の時点T2での肉厚の推定値Y2の確率分布を算出する数式(2)と、前記9つのハイパーパラメータの事後分布に相当するMCMC法によるサンプリング結果のデータセットによって構成される。
Next, in step 416 (
次に、ステップ418(図1のステップ114)において、予測装置200(肉厚予測部232)は、構築された減肉モデル244(図7に例示する)を用いて、任意に指定した予測区間における肉厚予測値Y2を算出する。具体的には、ステップ404において設定された、測定点数Np1と、単位時間当たりの測定回数Nt1と、予測回数Nt2によ
り、予測区間における予測時刻T2を特定する。次に、数式(2)により表される減肉モデル244から、特定された予測時刻T2における肉厚予測値Y2を求める。肉厚予測値Y2の確率分布から、パーセンタイル値を基準に、肉厚予測値Y2の上限値、下限値、中央値を求めてもよい。例えば95%予測区間とするとき、97.5パーセンタイルを上限値、2.5パーセンタイルを下限値とする。図7に本ステップで得られた対象機器の部材の減肉傾向を統計的に表す折れ線モデルに基づいた肉厚予測値の予測結果を例示する。図7に例示するように、折れ線モデルは帯状の分布となり、肉厚予測値は、ある時間において下限値から上限値までの幅をもつ。このように本開示によると、構築された統計的モデルに基づいて、施設にある対象機器の部材の将来の減肉傾向を数学的に予測することができる。
Next, in step 418 (
本開示によると、部材の肉厚の減肉傾向を表現する減肉モデル244を数学的に表すことができる。特に、初期肉厚woや測定誤差εのばらつきを考慮した減肉モデル244を構築することができる。このため初期肉厚woや測定誤差εのばらつきといった不確定な要素を考慮した、部材の肉厚の将来予測をすることができる。
According to the present disclosure, it is possible to mathematically express a wall-thinning
さらに、本開示によると、部材の減肉速度が途中で増大する場合であっても、減肉速度が増大するまでの経過時間や、増大前および増大後の減肉速度を、統計的な分布で表すことができる。このため、減肉速度が途中で増大するような部材についても、高い精度で肉厚の将来予測を予測することができる。その結果、短期、中期、長期的な部材の肉厚の管理を行うことができる。 Furthermore, according to the present disclosure, even if the thinning rate of a component increases midway, the time elapsed until the thinning rate increases and the thinning rate before and after the increase can be expressed as a statistical distribution. Therefore, even for components whose thinning rate increases midway, future predictions of the wall thickness can be made with high accuracy. As a result, it is possible to manage the wall thickness of components in the short, medium, and long term.
さらに、本開示によると、減肉モデル244は、実測された部材の肉厚傾向に基づいて構築されるものの、実測された部材以外の部材においても構築された減肉モデル244を適用して、減肉傾向を予測することができる。従って、例えば、同じ施設内における他の同一機器の部材について、その肉厚を測定することなく、あるいは少ない測定回数で、減肉傾向を予測することができる。
Furthermore, according to the present disclosure, although the thinning
図4に戻り、さらに、ステップ420において、ステップ414で得られた各ハイパーパラメータの事後分布を、他の施設に対する事前分布や、同じ施設内における同一設計の他の機器の部材に対する事前分布として与えてもよい。すなわち、事前分布として無情報事前分布を与える代わりに、ステップ414で得られたパラメータの事後分布を、他の施設における事前分布の初期値として与えてもよい。具体的には、ステップ414で算出された9つのハイパーパラメータの事後分布の中央値を、それぞれ、他の施設に関して設定された9つのハイパーパラメータの事前分布の初期値として設定する。例えば他の施設における部材の初期肉厚w0が正規分布に従う場合、ステップ414で得られた初期肉厚w0の事後分布(サンプリング結果)の平均値μw0と標準偏差σw0を求めて、その平均値μw0と標準偏差σw0で表現される正規分布を、他の施設における推定対象となるハイパーパラメータ(平均値μw0’と標準偏差σw0’)の事前分布として用いる。次に、設定された他の施設における推定対象となるハイパーパラメータの事前分布からMCMC法を適用して事後分布を数値的に求め、他の施設に関してステップ414に対応する処理を行う。同様にして、他の施設に関してステップ416及び418に対応する処理を行うことにより、他の施設における肉厚の予測値等を得ることができる。このように本開示によると、対象機器の部材の肉厚に関する情報が全くない、あるいは肉厚に関する情報が少ない他の施設内における対象機器の部材の肉厚の予測を数学的に行うことができる。
Returning to FIG. 4, further, in
なお、事後分布を求める際に使用する過去の肉厚測定データ242を予め部材の種類や、部材が配置されている場所等によって分類しておいてもよい。これにより、種類毎、部材が配置されている場所毎に減肉傾向を表す減肉モデル244を構築することができる。
The past
さらに、本開示によると、予測装置200は、ステップ418において取得された肉厚予測値から、施設の運営や保守、施設の設計にかかわる評価を行うことができる。
Furthermore, according to the present disclosure, the
一例として、肉厚予測値に基づいて対象機器の部材の補修の要否判定を行うことができる。例えば、予測装置200は、肉厚予測区間において予測された肉厚の下限値が、所望の肉厚値を下回る時期がある場合に補修要と判定する。また、予測装置200は、下回る時期がある場合に、この時期をディスプレイ208に表示させる。
As an example, it is possible to determine whether or not repairs are required for components of the target equipment based on the wall thickness prediction value. For example, the
他の例として、次回の肉厚測定実施の要否判断を行うことができる。例えば、予測装置200は、2回先の測定機会において予測された肉厚値が、所望の肉厚値よりも低い場合に、次回(1回先)の肉厚測定実施が必要であると判定する。また、予測装置200は、次回の肉厚測定実施が必要であることを示す通知を、ディスプレイ208に表示させることができる。
As another example, it is possible to determine whether or not the next thickness measurement needs to be performed. For example, the
また、他の例として、減肉傾向の把握により、ライフサイクルコスト最小化の観点から、最適な初期肉厚値や補修頻度を決定し、施設や部材の設計へと反映させることもできる。具体的には、予測された減肉傾向から、竣工から施設の使用終了までの期間中における部材の減肉量を算出し、施設の使用期間中に補修の必要性が生じないよう十分な初期肉厚を設定することができる。また、初期肉厚を厚くしすぎると部材の重量が大きくなりすぎる場合は、重量増大によるコスト上昇分と部材の補修頻度の最小化によるコスト減少分を勘案して、最適な初期肉厚および補修頻度を設定することができる。 As another example, by understanding the thinning trend, it is possible to determine optimal initial wall thickness values and repair frequencies from the perspective of minimizing life cycle costs, and to reflect these in the design of facilities and components. Specifically, the amount of thinning of components from completion to the end of use of the facility can be calculated from the predicted thinning trend, and a sufficient initial wall thickness can be set so that repairs will not be necessary during the use of the facility. Furthermore, if making the initial wall thickness too thick would make the component too heavy, the optimal initial wall thickness and repair frequency can be set by taking into account the increased cost due to the increased weight and the reduced cost due to minimizing the repair frequency of the component.
本開示の第2の実施形態では、ステップ406において選択される減肉モデル244Aは一次曲線モデルである。一次曲線モデルを表すために必要な各パラメータは、3つ(初期肉厚w0、測定器の測定誤差ε、減肉速度v1)である。これらパラメータが従う統計的な確率分布は、例えば、初期肉厚w0については正規分布PN(w0|μw0,σw0)、測定誤差εについては正規分布PN(ε|με,σε)、減肉速度v1についてはガンマ分布Pγ(v1|α1,β1)である。既に説明した減肉モデル244が折れ線モデルである場合の処理と同様の処理で、一次曲線モデルを構築することができる。このため、既に説明した処理と同じ処理については以下説明を省略する。図8Aは、本開示によるモデル構築処理によって構築された一次曲線モデル244Aを例示する。
In the second embodiment of the present disclosure, the thinning model 244A selected in
減肉モデル244A(一次曲線モデル)を、上記パラメータを用いて式で表すと、以下の式(4)のとおりとなる。
肉厚の測定値Y1~PN(μw+με,σε) ただし
測定時刻T1のとき、μw=w0-v1×T1 ・・・(4)
When the thinning model 244A (linear curve model) is expressed by an equation using the above parameters, it becomes as shown in the following equation (4).
Measured wall thickness values Y1 to P N (μ w + μ ε , σ ε ), where μ w = w 0 - v 1 × T1 (4)
ここで、μwは測定時刻T1における真の肉厚の平均値、μεは測定誤差の平均値、w0は真の初期肉厚、v1は減肉速度である。同様にして肉厚の予測値Y2も、以下の式(5)で表すことができる。 Here, μ w is the average value of the true thickness at the measurement time T1, μ ε is the average value of the measurement error, w 0 is the true initial thickness, and v 1 is the thinning rate. Similarly, the predicted value Y2 of the thickness can be expressed by the following equation (5).
肉厚の予測値Y2~PN(μw+με,σε) ただし
予測時刻T2のとき、μw=w0-v1×T2 ・・・(5)
Predicted wall thickness values Y2 to P N (μ w + μ ε , σ ε ), where μ w = w 0 - v 1 × T2 (5) at the predicted time T2
また、減肉モデル244Aが一次曲線モデルである場合の、尤度式は、以下の式(6)で表される。
本開示によると、上記した測定時刻T1と肉厚の測定値Y1の関係から、ベイズ推定によって求めた各パラメータの事後分布を使って、ステップ404において任意に設定された予測時刻T2における、肉厚の予測値Y2を得ることができる。
According to the present disclosure, from the relationship between the measurement time T1 and the measured thickness value Y1 described above, a predicted thickness value Y2 at the predicted time T2 arbitrarily set in
本開示の第3の実施形態では、ステップ406において選択される減肉モデル244Bは二次曲線モデルである。二次曲線モデルを表すために必要な各パラメータは、初期肉厚w0、測定器の測定誤差ε、減肉速度係数a1、減肉速度係数a2の4つである。これらパラメータが従う統計的な確率分布は、例えば、初期肉厚w0については正規分布PN(w0|μw0,σw0)、測定誤差εについては正規分布PN(ε|με,σε)、減肉速度係数a1についてはガンマ分布Pγ(a1|α1,β1)、減肉速度係数a2についてはガンマ分布Pγ(a2|α2,β2)である。減肉速度係数a1、減肉速度係数a2は、正規分布など他の分布を採用してもよい。二次曲線についても、減肉モデル244、244Aと同様の処理で構築することができる。このため、既に説明した処理と同じ処理については以下説明を省略する。図8Bは、本開示によるモデル構築処理によって構築された二次曲線モデル244Bを例示する。
In the third embodiment of the present disclosure, the thinning model 244B selected in
減肉モデル244B(二次曲線モデル)を、上記パラメータを用いて式で表すと、以下の式(7)のとおりとなる。
肉厚の測定値Y1~PN(μw+με,σε) ただし
測定時刻T1のとき、μw=w0-a1×T1-a2×T12 ・・・(7)
When the thinning model 244B (quadratic curve model) is expressed by an equation using the above parameters, it becomes as shown in the following equation (7).
Measured wall thickness values Y1 to P N (μ w + μ ε , σ ε ), where μ w = w 0 - a 1 × T1 - a 2 × T1 2 (7)
ここで、μw は測定時刻T1における真の肉厚の平均値、μεは測定誤差の平均値、w0は真の初期肉厚、a1およびa2は減肉速度に対応するパラメータである。同様にして肉厚の予測値Y2も、以下の式(8)で表すことができる。 Here, μ w is the average value of the true thickness at the measurement time T1, μ ε is the average value of the measurement error, w 0 is the true initial thickness, and a 1 and a 2 are parameters corresponding to the thinning rate. Similarly, the predicted value Y2 of the thickness can be expressed by the following equation (8).
肉厚の予測値Y2~PN(μw+με,σε) ただし
予測時刻T2のとき、μw=w0-a1×T2-a2×T22 ・・・(8)
Predicted wall thickness values Y2 to P N (μ w + μ ε , σ ε ) where μ w = w 0 - a 1 × T2 - a 2 × T2 2 (8)
また、減肉モデル244Bが二次曲線モデルである場合、尤度式は、以下の式(9)で表される。
本開示によると、廃棄物発電プラント等の施設内で使用する機器を構成する部材の肉厚等の測定データから、部材の将来の肉厚を示す統計的モデルを構築することができる。部材の減肉傾向に応じて適宜選択された統計的モデルを構築することで、部材の減肉傾向を精度高く予測することができる。 According to the present disclosure, a statistical model indicating the future thickness of components can be constructed from measurement data such as the thickness of components constituting equipment used in facilities such as waste-to-energy plants. By constructing a statistical model appropriately selected according to the thinning tendency of the component, the thinning tendency of the component can be predicted with high accuracy.
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、実施形態および変形例の任意の組み合わせが可能であり、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments are intended to facilitate understanding of the present invention and do not limit the present invention. The present invention may be modified or improved without departing from its spirit, and the present invention naturally includes equivalents. Furthermore, any combination of the embodiments and modifications is possible within the scope of solving at least part of the above-mentioned problems or achieving at least part of the effects, and any combination or omission of each component described in the claims and specification is possible.
200…予測装置
202…プロセッサ
204…メモリ
206…ユーザ入力インターフェイス
208…ディスプレイ
220…処理部
222…データ取得部
224…初期条件設定部
226…減肉モデル取得部
228…階層ベイズモデル設定部
230…減肉モデル構築部
232…肉厚予測部
240…記憶部
242…肉厚測定データ
Claims (13)
前記減肉モデルに含まれるパラメータの確率分布を調整するために用いられるハイパーパラメータの事前分布を設定するステップと、
前記ハイパーパラメータの値と、前記部材の減肉傾向を表す物理量の測定値に基づいて、前記測定値の尤度を計算する尤度式を設定するステップと、
前記尤度式にベイズの定理を適用し、前記ハイパーパラメータの事前分布と、前記部材の減肉傾向を表す物理量の測定値とから、前記ハイパーパラメータの事後分布を計算するステップと、
計算された前記ハイパーパラメータの事後分布から前記減肉モデルを構築するステップと
を含み、
前記パラメータは、前記部材の初期肉厚および肉厚の測定結果に生じる測定誤差のうち少なくとも1つを含む方法。 A method executed by a processor for constructing a wall-thinning model that represents a time-dependent change in a physical quantity that represents a wall-thinning tendency of a component arranged in a facility in order to predict wall-thinning of the component, the method comprising:
Setting a prior distribution of hyperparameters used to adjust the probability distribution of parameters included in the wall-thinning model;
A step of setting a likelihood equation for calculating the likelihood of the measurement value based on the value of the hyperparameter and the measurement value of a physical quantity representing a wall-thinning tendency of the component;
A step of applying Bayes' theorem to the likelihood equation to calculate a posterior distribution of the hyperparameter from a prior distribution of the hyperparameter and a measured value of a physical quantity representing a wall-thinning tendency of the component;
and constructing the metal loss model from the posterior distribution of the calculated hyperparameters ;
The method , wherein the parameters include at least one of an initial thickness of the component and a measurement error occurring in a measurement result of the thickness .
前記初期肉厚の確率分布は正規分布であり、前記測定誤差の確率分布は正規分布であり、前記ハイパーパラメータは、前記初期肉厚の平均値と、前記初期肉厚の標準偏差と、前記測定誤差の平均値と、前記測定誤差の標準偏差を含む、方法。 2. The method of claim 1 ,
The method of claim 1, wherein the probability distribution of the initial wall thickness is a normal distribution, the probability distribution of the measurement error is a normal distribution, and the hyperparameters include a mean value of the initial wall thickness, a standard deviation of the initial wall thickness, a mean value of the measurement error, and a standard deviation of the measurement error.
的な変化を表現する減肉モデルを構築するための、プロセッサによって実行される方法であって、
前記減肉モデルに含まれるパラメータの確率分布を調整するために用いられるハイパーパラメータの事前分布を設定するステップと、
前記ハイパーパラメータの値と、前記部材の減肉傾向を表す物理量の測定値に基づいて、前記測定値の尤度を計算する尤度式を設定するステップと、
前記尤度式にベイズの定理を適用し、前記ハイパーパラメータの事前分布と、前記部材の減肉傾向を表す物理量の測定値とから、前記ハイパーパラメータの事後分布を計算するステップと、
計算された前記ハイパーパラメータの事後分布から前記減肉モデルを構築するステップと
を含み、
前記減肉モデルは2以上のフェーズから構成され、前記パラメータは、前記フェーズが切り替わる経過時間を含み、
前記フェーズのそれぞれにおいて、前記部材の減肉傾向は、時間に対し直線で近似され、前記パラメータは、第1フェーズの前記直線の傾きである第1減肉速度と、第2フェーズの前記直線の傾きである第2減肉速度とを含む、方法。 In order to predict thinning of components installed in a facility, the time course of physical quantities that indicate the thinning tendency of the components is
1. A processor-implemented method for constructing a metal loss model that represents a time-dependent change in a metal loss profile, comprising:
Setting a prior distribution of hyperparameters used to adjust the probability distribution of parameters included in the wall-thinning model;
A step of setting a likelihood equation for calculating the likelihood of the measurement value based on the value of the hyperparameter and the measurement value of a physical quantity representing a wall-thinning tendency of the component;
A step of applying Bayes' theorem to the likelihood equation to calculate a posterior distribution of the hyperparameter from a prior distribution of the hyperparameter and a measured value of a physical quantity representing a wall-thinning tendency of the component;
constructing the wall-thinning model from the calculated posterior distribution of the hyperparameters;
Including,
The wall-thinning model is composed of two or more phases, and the parameters include an elapsed time at which the phase switches,
a metal loss trend of the component in each of the phases is approximated by a straight line versus time, and the parameters include a first metal loss rate that is a slope of the straight line in a first phase, and a second metal loss rate that is a slope of the straight line in a second phase.
前記初期肉厚の確率分布は正規分布であり、前記測定誤差の確率分布は正規分布であり、前記ハイパーパラメータは、前記初期肉厚の平均値と、前記初期肉厚の標準偏差と、前記測定誤差の平均値と、前記測定誤差の標準偏差を含む、方法。The method of claim 1, wherein the probability distribution of the initial wall thickness is a normal distribution, the probability distribution of the measurement error is a normal distribution, and the hyperparameters include a mean value of the initial wall thickness, a standard deviation of the initial wall thickness, a mean value of the measurement error, and a standard deviation of the measurement error.
前記第1減肉速度の確率分布、及び前記第2減肉速度の確率分布はガンマ分布であり、前記ハイパーパラメータは、第1減肉速度の形状母数と、第1減肉速度の尺度母数と、第2減肉速度の形状母数と、第2減肉速度の尺度母数とを含む、方法。 4. The method of claim 3 ,
the probability distribution of the first wall-loss rate and the probability distribution of the second wall-loss rate are gamma distributions, and the hyperparameters include a shape parameter of the first wall-loss rate, a scale parameter of the first wall-loss rate, a shape parameter of the second wall-loss rate, and a scale parameter of the second wall-loss rate.
前記初期肉厚の確率分布は正規分布であり、前記測定誤差の確率分布は正規分布であり、前記ハイパーパラメータは、前記初期肉厚の平均値と、前記初期肉厚の標準偏差と、前記測定誤差の平均値と、前記測定誤差の標準偏差とを含み、The probability distribution of the initial wall thickness is a normal distribution, the probability distribution of the measurement error is a normal distribution, and the hyperparameters include a mean value of the initial wall thickness, a standard deviation of the initial wall thickness, a mean value of the measurement error, and a standard deviation of the measurement error;
前記経過時間の確率分布は、ポアソン分布であり、前記ハイパーパラメータは所与の区間内で発生する事象の期待発生回数を含み、the probability distribution of the elapsed time is a Poisson distribution, and the hyperparameters include an expected number of occurrences of an event occurring within a given interval;
第1減肉速度の確率分布、及び前記第2減肉速度の確率分布はガンマ分布であり、前記ハイパーパラメータは、第1減肉速度の形状母数と、第1減肉速度の尺度母数と、第2減肉速度の形状母数と、第2減肉速度の尺度母数とを含む、方法。the probability distribution of the first wall-loss rate and the probability distribution of the second wall-loss rate are gamma distributions, and the hyperparameters include a shape parameter of the first wall-loss rate, a scale parameter of the first wall-loss rate, a shape parameter of the second wall-loss rate, and a scale parameter of the second wall-loss rate.
σεは前記測定誤差εの標準偏差、
λは所与の区間内で発生する事象の期待発生回数、
α1は前記第1減肉速度の形状母数、
β1は前記第1減肉速度の尺度母数、
α2は前記第2減肉速度の形状母数、
β2は前記第2減肉速度の尺度母数、
μwoは前記初期肉厚woの平均値、
σwoは前記初期肉厚woの標準偏差、
Ltp(με,σε,λ,α1,β1,α2,β2, μw0,σw0)は各前記ハイパーパラメータ(με,σε,λ,α1,β1,α2,β2, μw0,σw0)が与えられたもとでの時刻tにおける測定点pにおける肉厚の測定値ytpの尤度、
wtpは真の肉厚値、
topは測定点pにおける経過時間、
v1pは測定点pにおける前記第1減肉速度、
v2pは測定点pにおける前記第2減肉速度、
Ppois(t0|λ)は経過時間t0の確率分布、
Pγ(v1p|α1,β1)は測定点pにおける第1減肉速度v1pの確率分布、
Pγ(v2|α2,β2)は測定点pにおける第2減肉速度v2pの確率分布、
PN(w0p|μw0,σw0)は測定点pにおける初期肉厚w0pの確率分布
である方法。 9. The method according to claim 8 , wherein the likelihood is expressed by a mathematical model of the following formula (1):
σ ε is the standard deviation of the measurement error ε,
λ is the expected number of occurrences of an event in a given interval,
α 1 is a geometric parameter of the first thinning rate,
β 1 is a scale parameter of the first thinning rate,
α2 is a geometric parameter of the second thinning rate,
β 2 is a scale parameter of the second thinning rate,
μ wo is the average value of the initial thickness wo ,
σ wo is the standard deviation of the initial thickness wo ,
L tp (μ ε , σ ε , λ, α 1 , β 1 , α 2 , β 2 , μ w0 , σ w0 ) is the likelihood of the thickness measurement value y tp at the measurement point p at time t given the hyperparameters (μ ε , σ ε , λ, α 1 , β 1 , α 2 , β 2 , μ w0 , σ w0 );
w tp is the true wall thickness value,
t op is the elapsed time at measurement point p,
v 1p is the first thinning rate at the measurement point p,
v 2p is the second thinning rate at the measurement point p,
P pois (t 0 |λ) is the probability distribution of elapsed time t 0 ,
P γ (v 1p |α 1 , β 1 ) is the probability distribution of the first thinning rate v 1p at the measurement point p,
P γ (v 2 |α 2 , β 2 ) is the probability distribution of the second thinning rate v 2p at the measurement point p,
A method in which P N (w 0p |μ w0 ,σ w0 ) is the probability distribution of the initial thickness w 0p at the measurement point p.
構築された前記減肉モデルに対し予測時刻を指定し、予測時刻における前記部材の減肉傾向を表す物理量の確率分布を取得するステップ、をさらに含む方法。 11. The method according to any one of claims 1 to 10 ,
The method further includes a step of specifying a prediction time for the constructed thinning model, and acquiring a probability distribution of a physical quantity representing a thinning tendency of the component at the prediction time.
前記減肉モデルに含まれるパラメータの確率分布を調整するために用いられるハイパーパラメータの事前分布を設定する減肉モデル設定部と、
前記ハイパーパラメータの値と、前記部材の減肉傾向を表す物理量の測定値に基づいて、前記測定値の尤度を計算する尤度式を設定し、前記尤度式にベイズの定理を適用し、前記ハイパーパラメータの事前分布と、前記部材の減肉傾向を表す物理量の測定値とから、前記ハイパーパラメータの事後分布を計算する、階層ベイズモデル設定部と、
計算された前記ハイパーパラメータの事後分布から前記減肉モデルを構築する減肉モデル構築部と
を含み、
前記パラメータは、前記部材の初期肉厚および肉厚の測定結果に生じる測定誤差のうち少なくとも1つを含む、もしくは、
前記減肉モデルは2以上のフェーズから構成され、前記パラメータは、前記フェーズが切り替わる経過時間を含み、前記フェーズのそれぞれにおいて、前記部材の減肉傾向は、時間に対し直線で近似され、前記パラメータは、第1フェーズの前記直線の傾きである第1減肉速度と、第2フェーズの前記直線の傾きである第2減肉速度とを含む
装置。 An apparatus for constructing a thinning model for predicting thinning of components arranged in a facility, comprising:
a wall-reduction model setting unit that sets a prior distribution of a hyperparameter used to adjust a probability distribution of a parameter included in the wall-reduction model;
a hierarchical Bayesian model setting unit that sets a likelihood equation for calculating the likelihood of the measurement value based on the value of the hyperparameter and a measurement value of a physical quantity that represents a wall-thinning tendency of the component, applies Bayes' theorem to the likelihood equation, and calculates a posterior distribution of the hyperparameter from a prior distribution of the hyperparameter and the measurement value of the physical quantity that represents a wall-thinning tendency of the component;
and a metal-reduction model construction unit that constructs the metal-reduction model from the calculated posterior distribution of the hyperparameters,
The parameters include at least one of an initial thickness of the member and a measurement error occurring in a measurement result of the thickness, or
The metal-thinning model is composed of two or more phases, the parameters include an elapsed time at which the phases are switched, and in each of the phases, a metal-thinning tendency of the component is approximated by a straight line with respect to time, and the parameters include a first metal-thinning rate which is a slope of the straight line in a first phase, and a second metal-thinning rate which is a slope of the straight line in a second phase.
Device.
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