JP7626866B2 - Additional learning data selection device and computer-readable recording medium - Google Patents
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Description
本発明は、追加学習データ選定装置及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。 The present invention relates to an additional learning data selection device and a computer-readable recording medium.
工場などの製造現場では、工作機械やロボットなどの産業機械を複数設置し、これらを稼働させることにより製品を製造している。産業機械の稼働状況は、センサ等で検知されたデータを解析することで管理される。これらのデータは、産業機械を制御する制御装置や、該制御装置に有線/無線のネットワークを介して接続されたホストコンピュータにおいて解析される。 At manufacturing sites such as factories, multiple industrial machines such as machine tools and robots are installed and operated to manufacture products. The operating status of the industrial machines is managed by analyzing data detected by sensors and the like. This data is analyzed by a control device that controls the industrial machines, or by a host computer connected to the control device via a wired or wireless network.
産業機械の稼働状況を機械学習の技術を用いて推定する場合がある。例えば、産業機械の稼働状況を推定するモデルを機械学習の技術により生成し、生成したモデルに産業機械で検知されたデータを適用することで産業機械の稼働状況を推定することができる。この推定は、例えば稼働状況の正常又は異常の推定、異常箇所の推定、産業機械の構成部品の状態の推定等がある。産業機械の構成部品の状態の推定の具体的な例として、熱変位量の推定が挙げられる。これは、産業機械の周辺温度の変化や産業機械の稼働による発熱等による産業機械の各部の熱変位量を推定するものである。産業機械の各部の温度と熱変位量との関係を機械学習でモデル化し、実際に稼働させている際の産業機械の温度データを検知し、検知したデータに基づいて産業機械の各部の熱変位量を推定する。推定した熱変位量に基づいて、ワークと工具の相対位置を補正することで加工の精度を向上させることができる(例えば、特許文献1など)。The operating status of industrial machinery may be estimated using machine learning technology. For example, a model for estimating the operating status of industrial machinery may be generated using machine learning technology, and the operating status of the industrial machinery may be estimated by applying data detected by the industrial machinery to the generated model. This estimation may include, for example, estimating whether the operating status is normal or abnormal, estimating the abnormal part, estimating the state of the components of the industrial machinery, etc. A specific example of estimating the state of the components of the industrial machinery is estimating the amount of thermal displacement. This is to estimate the amount of thermal displacement of each part of the industrial machinery due to changes in the ambient temperature of the industrial machinery and heat generated by the operation of the industrial machinery. The relationship between the temperature of each part of the industrial machinery and the amount of thermal displacement is modeled using machine learning, the temperature data of the industrial machinery when it is actually operating is detected, and the amount of thermal displacement of each part of the industrial machinery is estimated based on the detected data. The accuracy of machining can be improved by correcting the relative position of the workpiece and the tool based on the estimated amount of thermal displacement (for example,
機械学習の技術を用いてモデルを作成した際には、そのモデルの妥当性を検証する作業を行う。検証作業には、産業機械から検知されたデータ(説明変数。入力データ、状態データとも称する)と、推定したい事象を示すデータ(目的変数。出力データ、ラベルデータとも称する)との関係が把握できている複数の検証用データ(以下、検証用データ群とする)を用いる。検証用データ群をモデルに対して適用し、推定値を出力させる。そして、出力させた推定値がそれぞれ検証用データの目的変数と一致するかを検証し、その結果に基づいてモデルの性能を評価する。 When a model is created using machine learning technology, the validity of the model is verified. For the verification process, multiple validation data (hereafter referred to as a validation data group) are used, in which the relationship between data detected from industrial machinery (explanatory variables, also called input data or state data) and data indicating the phenomenon to be estimated (objective variables, also called output data or label data) is understood. The validation data group is applied to the model, and an estimated value is output. Then, it is verified whether the output estimated values each match the objective variables of the validation data, and the performance of the model is evaluated based on the results.
検証作業に用いる検証用データ群は、(1)機械の仕様などから想定される説明変数のパターンを網羅しており、(2)すべての検証用データに対して、モデルに適用して出力された推定値と検証用データの目的変数とが略一致すればモデルの性能が保証される、という要求を満たすものを予め用意しておく。例えば、上記した熱変位量を推定するためのモデルを検証する検証用データ群は、機械仕様の最低温度~最高温度まで変化させた温度パターンの検証用データを含み、ユーザの工場などの想定される使用環境で測定した温度パターンの検証用データを含んでいる必要がある。
このように用意した検証用データセットを用いて検証作業を行う。検証データをモデルに適用して出力された推定値が検証データの目的変数と略一致しなかった場合、作成したモデルの性能が不十分だということになり、追加学習を行いモデルを作り直すことになる。
The verification data group used in the verification work is prepared in advance to satisfy the following requirements: (1) it covers all the patterns of explanatory variables expected from the machine specifications, etc., and (2) for all verification data, if the estimated value output by applying the model and the objective variable of the verification data are approximately the same, the performance of the model is guaranteed. For example, the verification data group used to verify the model for estimating the amount of thermal displacement described above needs to include verification data of a temperature pattern that is changed from the minimum temperature to the maximum temperature of the machine specifications, and to include verification data of a temperature pattern measured in an expected usage environment such as a user's factory.
A validation process is carried out using the validation data set prepared in this way. If the validation data is applied to the model and the output estimate does not approximately match the validation data's objective variable, this means that the performance of the created model is insufficient, and additional learning is carried out to recreate the model.
追加学習する場合は、新しく説明変数の組と目的変数との組を追加学習データとして用意する。そして、この追加学習データを既存の学習に用いたデータに加えて学習することで、モデルを更新する。新たにモデルを作成した後は、再度同じ検証用データにかけて評価を行い、モデルの性能が保証されるまで繰り返す。 When performing additional learning, new pairs of explanatory variables and objective variables are prepared as additional learning data. The model is then updated by adding this additional learning data to the data used for the existing learning and learning it. After creating a new model, it is evaluated again using the same validation data, and this process is repeated until the performance of the model is guaranteed.
ここで、追加学習に用いる追加学習データが不適切だと、新たに作成したモデルは、追加学習前のモデルに対して性能が改善しないという課題がある。一方で、学習に用いるデータを取得する際に、説明変数の範囲を網羅的に実験するとモデルの性能は良くなるが、工数がかかり効率が悪い。
そこで、学習に用いたデータを補完する適切な説明変数の組を事前に把握し、効率的に追加学習に用いるデータを用意できる技術が望まれている。
Here, if the additional training data used for additional training is inappropriate, the newly created model will not improve in performance compared to the model before additional training. On the other hand, when acquiring data to be used for training, comprehensive experiments over the range of explanatory variables can improve the performance of the model, but this requires a lot of effort and is inefficient.
Therefore, there is a need for technology that can determine in advance an appropriate set of explanatory variables that complement the data used for learning and efficiently prepare data to be used for additional learning.
本開示による追加データ選定装置では、既存の学習に用いたデータで学習不足になっている範囲の説明変数を追加学習に用いるデータとして選定することで、上記課題を解決する。そのために、追加データ選定装置は、候補として挙げた複数の説明変数の組の中から、既存の学習に用いたデータにおける説明変数の組の分布との乖離度が大きい説明変数の組を持つものを、追加学習に用いるデータとして選定する。The additional data selection device disclosed herein solves the above problem by selecting explanatory variables in the range that are under-learned in the data used for existing learning as data to be used for additional learning. To this end, the additional data selection device selects, from among a plurality of sets of explanatory variables presented as candidates, those having sets of explanatory variables that deviate greatly from the distribution of sets of explanatory variables in the data used for existing learning, as data to be used for additional learning.
そして、本開示の一態様は、1つ以上の説明変数と目的変数との間の関係を機械学習したモデルを作成し、該モデルを用いて説明変数に対応する目的変数を推定する追加学習データ選定装置において、説明変数の組が取り得る値空間を略網羅する追加学習に用いる説明変数の組の候補である追加学習候補データ群を生成する追加学習候補生成部と、前記モデルを作成するために利用した学習用データにおける説明変数の組の集合と、前記追加学習候補データ群に含まれるそれぞれの追加学習候補データとの間の乖離度を求める乖離度計算部と、前記乖離度に基づいて前記追加学習候補データ群の中から追加学習に用いるデータを選定して表示する追加学習データ選定部と、前記選定されたデータと、該データを元に取得した該データに対応する目的変数とを用いて、前記モデルの追加学習を行う学習部と、を備えた追加学習データ選定装置である。 One aspect of the present disclosure is an additional learning data selection device that creates a model based on machine learning of the relationship between one or more explanatory variables and a dependent variable and estimates a dependent variable corresponding to the explanatory variables using the model, the additional learning data selection device including: an additional learning candidate generation unit that generates a group of additional learning candidate data that are candidates for a set of explanatory variables to be used for additional learning that substantially covers a value space that a set of explanatory variables can take; a deviation calculation unit that calculates a deviation between a set of explanatory variables in learning data used to create the model and each of the additional learning candidate data included in the additional learning candidate data group ; an additional learning data selection unit that selects and displays data to be used for additional learning from the additional learning candidate data group based on the deviation; and a learning unit that performs additional learning of the model using the selected data and a dependent variable corresponding to the data obtained based on the selected data.
本開示の他の態様は、1つ以上の説明変数と目的変数との間の関係を機械学習したモデルを作成し、該モデルを用いて説明変数に対応する目的変数を推定する追加学習データ選定装置としてコンピュータを動作させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、説明変数の組が取り得る値空間を略網羅する追加学習に用いる説明変数の組の候補である追加学習候補データ群を生成する追加学習候補生成部と、前記モデルを作成するために利用した学習用データにおける説明変数の組の集合と、前記追加学習候補データ群に含まれるそれぞれの追加学習候補データとの間の乖離度を求める乖離度計算部と、前記乖離度に基づいて前記追加学習候補データ群の中から追加学習に用いるデータを選定して表示する追加学習データ選定部と、前記選定されたデータと、該データを元に取得した該データに対応する目的変数とを用いて、前記モデルの追加学習を行う学習部、としてコンピュータを機能させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。 Another aspect of the present disclosure is a computer-readable recording medium having recorded thereon a program for operating a computer as an additional learning data selection device that creates a model based on machine learning of the relationship between one or more explanatory variables and a dependent variable and estimates a dependent variable corresponding to the explanatory variables using the model, the computer-readable recording medium having recorded thereon a program for operating a computer as an additional learning data selection device that creates an additional learning candidate generation unit that generates an additional learning candidate data group that is a candidate for a set of explanatory variables to be used for additional learning that substantially covers a value space that a set of explanatory variables can take; a deviation calculation unit that calculates a deviation between a set of explanatory variables in learning data used to create the model and each of the additional learning candidate data included in the additional learning candidate data group ; an additional learning data selection unit that selects and displays data to be used for additional learning from the additional learning candidate data group based on the deviation; and a learning unit that performs additional learning of the model using the selected data and a dependent variable corresponding to the data obtained based on the selected data.
本開示の一態様により、モデルの性能を効率的に改善できると見込まれるデータを追加学習のために用意することができるため、効率的に追加学習を行うことが可能となる。One aspect of the present disclosure makes it possible to prepare data for additional learning that is expected to efficiently improve the performance of the model, thereby enabling additional learning to be performed efficiently.
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図1は本発明の一実施形態による追加学習データ選定装置の要部を示す概略的なハードウェア構成図である。本発明の追加学習データ選定装置1は、例えば制御用のプログラムに基づいて工作機械などの産業機械を制御する制御装置として実装することができる。また、本発明の追加学習データ選定装置1は、制御用プログラムに基づいて産業機械を制御する制御装置に併設されたパソコンや、有線/無線のネットワークを介して制御装置と接続されたパソコン、セルコンピュータ、フォグコンピュータ6、クラウドサーバ7などのコンピュータ上に実装することができる。本実施形態では、追加学習データ選定装置1を、ネットワーク介して産業機械を制御する制御装置と接続されたパソコンの上に実装した例を示す。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 is a schematic hardware configuration diagram showing the main parts of an additional learning data selection device according to an embodiment of the present invention. The additional learning
本実施形態による追加学習データ選定装置1が備えるCPU11は、追加学習データ選定装置1を全体的に制御するプロセッサである。CPU11は、バス22を介してROM12に格納されたシステム・プログラムを読み出し、該システム・プログラムに従って追加学習データ選定装置1全体を制御する。RAM13には一時的な計算データや表示データ、及び外部から入力された各種データなどが一時的に格納される。The
不揮発性メモリ14は、例えば図示しないバッテリでバックアップされたメモリやSSD(Solid State Drive)などで構成され、追加学習データ選定装置1の電源がオフされても記憶状態が保持される。不揮発性メモリ14には、インタフェース15を介して外部機器72から読み込まれたデータ、入力装置71を介して入力されたデータ、産業機械3から取得されたデータ(センサ4により検出されたデータを含む)などが記憶される。不揮発性メモリ14に記憶されたデータは、実行時/利用時にはRAM13に展開されても良い。また、ROM12には、公知の解析プログラムなどの各種システム・プログラムがあらかじめ書き込まれている。The
産業機械3には、産業機械3の動作時において各部の電流、電圧、振動、温度などの物理量を検出するセンサ4が取り付けられている。産業機械3としては、マシニングセンタや旋盤、放電加工機などが例示される。産業機械3は追加学習データ選定装置1からの要求に応じて、稼働時の各軸の位置、速度、加速度、加加速度、モータの回転数、振動、各部の温度、周辺温度などのデータを、ネットワーク5を介し送信する。
インタフェース15は、追加学習データ選定装置1のCPU11とUSB装置などの外部機器72と接続するためのインタフェースである。外部機器72側からは、例えば予め記憶されている制御用プログラムや各産業機械3の動作に係るデータなどを読み込むことができる。また、追加学習データ選定装置1内で編集した制御用プログラムや設定データなどは、外部機器72を介して外部記憶手段に記憶させることができる。The
インタフェース20は、追加学習データ選定装置1のCPUと有線乃至無線のネットワーク5とを接続するためのインタフェースである。ネットワーク5には、産業機械3やフォグコンピュータ6、クラウドサーバ7などが接続され、追加学習データ選定装置1との間で相互にデータのやり取りを行っている。The
表示装置70には、メモリ上に読み込まれた各データ、プログラムなどが実行された結果として得られたデータ、後述する機械学習装置100から出力されたデータなどがインタフェース17を介して出力されて表示される。また、キーボードやポインティングデバイスなどから構成される入力装置71は、作業者による操作に基づく指令,データなどをインタフェース18を介してCPU11に渡す。The
インタフェース21は、CPU11と機械学習装置100とを接続するためのインタフェースである。機械学習装置100は、機械学習装置100全体を統御するプロセッサ101と、システム・プログラムなどを記憶したROM102、機械学習に係る各処理における一時的な記憶を行うためのRAM103、及びモデルなどの記憶に用いられる不揮発性メモリ104を備える。機械学習装置100は、インタフェース21を介して追加学習データ選定装置1で取得可能な各情報(例えば、産業機械3の稼働時に検出されたデータ)を観測することができる。また、追加学習データ選定装置1は、インタフェース21を介して機械学習装置100から出力される処理結果を取得し、取得した結果を記憶したり、表示したり、他の装置に対してネットワーク5などを介して送信する。The
図2は、本発明の第1実施形態による追加学習データ選定装置1が備える機能を概略的なブロック図として示したものである。本実施形態による追加学習データ選定装置1が備える各機能は、図1に示した追加学習データ選定装置1のCPU11と、機械学習装置100のプロセッサ101とがシステム・プログラムを実行し、追加学習データ選定装置1及び機械学習装置100の各部の動作を制御することにより実現される。
Figure 2 is a schematic block diagram showing the functions of the additional learning
本実施形態の追加学習データ選定装置1は、データ取得部110、データ選別部120、学習部130、推定部140、検証部150、追加学習候補生成部160、乖離度計算部170、追加学習データ選定部180を備える。また、追加学習データ選定装置1のRAM13乃至不揮発性メモリ14上には、データ取得部110が取得したデータを記憶するための領域であるデータ記憶部210、データ選別部120により選別された学習用データ及び検証用データをそれぞれ記憶するための領域である学習用データ記憶部220及び検証用データ記憶部230があらかじめ用意されている。更に、機械学習装置100のRAM103乃至不揮発性メモリ104上には、学習部130が機械学習することにより作成したモデルを記憶するための領域であるモデル記憶部240が予め用意されている。The additional learning
データ取得部110は、産業機械3の動作時にセンサ4等で検知された産業機械3の動作状況を示すデータを取得する。データ取得部110が取得するデータは、例えば産業機械3の動作状況を示す各軸の位置、速度、加速度、加加速度、モータの回転数、振動、各部の温度、周辺温度などを含む。データ取得部110は、ネットワーク5を介して産業機械3から直接データを取得してもよいし、外部機器72や、フォグコンピュータ6、クラウドサーバ7等を介してデータを取得してもよい。これらのデータは、主としてモデルの学習作業及び検証作業における説明変数の組として用いられる。The
また、データ取得部110は、産業機械3の正常/異常の状態を示すデータや、異常箇所に係るデータ、産業機械の構成部品の状態を示すデータを取得してもよい。これらのデータは、産業機械3の動作状況を示す各軸の位置、速度、加速度、加加速度、モータの回転数、振動、各部の温度、周辺温度などを含む。データ取得部110は、ネットワーク5を介して産業機械3から直接データを取得してもよいし、外部機器72や、フォグコンピュータ6、クラウドサーバ7等を介してデータを取得してもよい。また、所定の説明変数の組に対してラベルを付けることを目的として、オペレータが入力装置71から入力したデータを取得してもよい。これらのデータは、主としてモデルの学習作業及び検証作業における目的変数として用いられる。The
データ取得部110は、説明変数の組として用いるために取得したデータと、これに対応する目的変数として取得したデータとを関連付けて、データ記憶部210に記憶する。The
データ選別部120は、データ記憶部210に記憶された説明変数の組と目的変数とがセットになったデータをモデルの学習に用いるデータと、モデルの検証に用いるデータとに選別する。データ選別部120は、例えば予め定めた所定の数のデータを学習用のデータへと選別し、残ったデータの中から、予め定めた所定の数のデータを評価用のデータのグループへと選別するようにしてもよい。または、予め所定の選別ルールを定めておき、その選別ルールに従って学習用のデータと検証用のデータとを選別してもよい。選別ルールの例としては、乱数などを用いてそれぞれのデータの選別を決定するものであってもよいし、学習用及び検証用に選別されるデータの偏りをある程度防ぐことを目的として、それぞれの説明変数の取る値がまんべんなく分布するように選別するルールを用いてよい。データ選別部120は、学習用に選別したデータを学習用データ記憶部220に、検証用に選別したデータを検証用データ記憶部230に、それぞれ記憶する。The
学習部130は、学習用データ記憶部220に記憶されている学習用のデータを用いた機械学習を行う。学習部130は、公知の機械学習の手法により、学習用データで示される説明変数の組と目的変数との相関性を学習したモデルを作成し、作成したモデルをモデル記憶部240に記憶する。学習部130が行う機械学習の手法としては、例えば線形回帰、ニューラルネットワーク、多層パーセプトロン、サポートベクタマシンなどの公知の手法であってよい。The
推定部140は、学習部130が作成したモデルに対して推定対象として入力された説明変数の組を適用して目的変数の推定値を出力する。The
検証部150は、検証用データ記憶部230に記憶される検証用のデータを用いて学習部130が作成したモデルの性能を検証する。検証部150は、推定部140に検証用データ記憶部230に記憶される検証用のデータの説明変数の組を出力して目的変数の推定値を取得する。そして、取得した目的変数の推定値が、検証用データの目的変数と一致するかを検証する。検証部150は、検証用データ記憶部230に記憶された検証用のデータのすべてについて、推定部140が推定した目的変数の推定値と検証用データの目的変数との誤差が予め定めた所定の閾値の範囲内である場合には、学習部130が作成したモデルの性能が優良であると評価する。また、1以上の検証用データについて、推定部140が推定した目的変数の推定値と検証用データの目的変数とが予め定めた所定の閾値を超える誤差がある場合には、学習部130が作成したモデルの性能が不良であると評価する。追加学習データ選定装置1は、検証部150により学習部130が作成したモデルの性能が不良であると評価された場合、追加学習を行うと決定する。The
追加学習候補生成部160は、追加学習を行うと決定された場合に、追加学習の候補となるデータを作成する。追加学習の候補となるデータは、少なくとも説明変数の組が規定されたデータである。追加学習候補生成部160は、例えばそれぞれの説明変数がとり得る値を組み合わせることで、追加学習の候補となるデータを生成する。The additional learning
図3~6を用いて、産業機械3としての工作機械における熱変位補正量の推定を例として、追加学習候補生成部160による追加学習候補データの生成について説明する。
図3は、工作機械の側面図である。この例では、工作機械の台座にセンサ4a、コラムにセンサ4b、主軸にセンサ4cがそれぞれ取り付けられており、各部の温度を検知している。各センサで検知した温度は、工作機械の制御装置により追加学習データ選定装置1に送信される。このデータは説明変数の組として用いられる。また、オペレータは工作機械における熱変位量を計測し、これを追加学習データ選定装置1に入力する。このデータは目的変数として用いられる。このような実験を繰り返し、追加学習データ選定装置1のデータ記憶部210には、モデルの生成と検証をするのに十分な数のデータ(説明変数の組と目的変数のセット)が記憶される。このデータは、データ選別部120により、学習用のデータと検証用のデータとに選別される。そして、学習部130が学習用のデータに基づいた機械学習を行い、工作機械の各部の温度と、熱変位量と、の相関性を学習したモデルが作成され、モデル記憶部240に記憶される。そして、検証部150が、検証用データを用いたモデルの検証を行い、モデルの性能が不良であると評価した時、追加学習を行うことが決定される。
3 to 6, the generation of additional learning candidate data by the additional
FIG. 3 is a side view of a machine tool. In this example, a
図4は、追加学習候補生成部160が生成する追加学習候補データの例を示している。図4の例では、温度Aはセンサ4aが検知する温度、温度Bはセンサ4bが検知する温度、温度Cはセンサ4cが検知する温度をそれぞれ示している。図4の例示するように、追加学習候補生成部160は、説明変数となる1以上の温度A、温度B、温度Cの組を生成する。各説明変数の値は、その説明変数が取り得る最小値から最大値の間で乱数を生成し、その値を用いるようにしてもよい。例えば温度Aの最小値がTAmin、最大値がTAmaxである場合には、TAmin~TAmaxの範囲で乱数を生成し、これを温度Aの説明変数の値とする。図5は、乱数を用いて生成した追加学習候補データをプロットした例を示している。
FIG. 4 shows an example of additional learning candidate data generated by the additional learning
また、追加学習候補生成部160は、説明変数の組が取り得る値空間に略均一に分布するように追加学習の候補となるデータを生成するようにしてもよい。図6は、説明変数の組が取り得る値空間に略均一に分布するように生成した追加学習候補データをプロットした例を示している。このようにする場合には、例えば温度AについてTAmin~TAmaxの間に所定の増分TAdiv刻みで値を生成する。また、温度B、温度Cについても同様に値を生成する。そして、生成した値を組み合わせて説明変数の組を生成すればよい。
Furthermore, the additional learning
乖離度計算部170は、モデルの生成に用いた学習用データにおける説明変数の組の集合と、追加学習候補生成部160が生成したそれぞれの追加学習候補データとの間の乖離度を計算する。乖離度の計算には、クラスタ分析や、MT法(Mahalanobis Taguchi Method)等の公知の手法を用いてもよい。例えばMT法を用いる場合、以下の数1式を用いて学習用データにおける説明変数の組の集合と、追加学習候補データとの乖離度dを計算することができる。なお、数1式において、xは追加学習候補データの説明変数を並べたベクトル、μは学習用データにおける各説明変数の平均値を並べたベクトル、Σは学習用データにおける説明変数に対する分散共分散行列を示している。The
追加学習データ選定部180は、乖離度計算部170が計算したそれぞれの追加学習候補データの乖離度に基づいて、追加学習候補データの中から追加学習に利用するデータを選定する。追加学習データ選定部180は、追加学習候補データの乖離度が最も大きい追加学習候補データを追加学習に利用するデータとして選定してもよい。また、追加学習候補データの乖離度が大きいものから予め定めた所定数の追加学習候補データを追加学習に利用するデータとして選定してもよい。更に、追加学習候補データの乖離度が予め定めた所定の閾値以上の追加学習候補データを追加学習に利用するデータとして選定してもよい。The additional learning
図7は、学習用データにおける説明変数の組をプロットした例を示している。図7において、白丸が学習用データにおける説明変数の組をプロットしたものである。また、黒三角、黒丸は、それぞれ追加学習候補データをプロットしたものである。図7からみて明らかなように、黒三角の追加学習候補データは、学習用データにおける説明変数の組の集合との乖離が小さい。このようなデータは既存の学習用データで学習できた範囲を超える情報を与える可能性が小さいため、追加学習に利用したとしても学習効果が低いと考えられる。これに対して、黒丸の追加学習候補データは、学習用データにおける説明変数の組の集合との乖離が大きい。このようなデータは既存の学習用データでは学習できなかった範囲の情報を与える可能性が高いため、追加学習に利用することで学習効果が高くなる可能性がある。このような考え方に基づいて、本実施形態による追加学習データ選定装置1では、乖離度が高い追加学習候補データを追加学習に用いている。
Figure 7 shows an example of plotting sets of explanatory variables in learning data. In Figure 7, the white circles are plots of sets of explanatory variables in learning data. The black triangles and black circles are plots of additional learning candidate data. As is clear from Figure 7, the additional learning candidate data of the black triangles has a small deviation from the set of explanatory variable sets in the learning data. Since such data is unlikely to provide information beyond the range that could be learned with the existing learning data, it is considered that the learning effect is low even if it is used for additional learning. In contrast, the additional learning candidate data of the black circles has a large deviation from the set of explanatory variable sets in the learning data. Since such data is likely to provide information in a range that could not be learned with the existing learning data, the learning effect may be increased by using it for additional learning. Based on this idea, in the additional learning
追加学習データ選定部180が選定したデータは、例えば表示装置70に表示される。または、ネットワーク5を介して産業機械3に送信され、該産業機械3が備える図示しない表示装置に表示される。オペレータは、表示された選定されたデータに基づいて産業機械3において実験を行い、表示されたデータに対応する目的変数を取得する。そして、取得した目的変数が追加学習データ選定装置1に入力され、追加学習に利用するデータと関連付けて追加学習用の学習用データが作成され、学習用データ記憶部220に記憶される。そして、学習部130は、このデータを用いた追加学習を行い、モデルを更新した上でモデル記憶部240に記憶する。The data selected by the additional learning
上記構成を備えた追加学習データ選定装置1は、モデルの性能を効率的に改善できると見込まれるデータを追加学習のために用意することができるようになる。オペレータは、追加学習データ選定装置1により提示されたデータについてのみ追加の実験を行うことで、効率よく追加学習用のためのデータを集めることが可能となる。無駄な実験をする労力を削減できる。本実施形態では、温度センサが検知した工作機械の各部の温度を説明変数、そのような温度分布の状態における工作機械の熱変位量を目的変数とし、これらの相関関係を学習したモデルを作成している。作成したモデルによる熱変位量の推定値に基づいて、工作機械において熱変位の補正が行われる。このようなモデルの学習には、様々な温度分布において熱変位量を計測したデータが必要とされ、実験回数も必然的に多くなる。また、モデルを作成する際には、優良なモデルが作成できるまで、何度も追加実験が必要となる場合もある。本実施形態による追加学習データ選定装置1は、適切な追加学習用のデータを選定することで、追加実験の回数を大幅に削減することができる。The additional learning
本実施形態による追加学習データ選定装置1の一変形例として、追加学習候補生成部160は、データ記憶部210に学習用データや検証用データとして選別されなかったデータが残っている場合には、そのデータの説明変数の組を追加学習候補データとして用いてもよい。または、検証用データ記憶部230に記憶される検証用データの内で、モデルを不良と判定する原因となった検証用データ(推定値の誤差が予め定めた閾値を超える検証用データ)の説明変数の組を追加学習候補データとして用いてもよい。そして、このようにして生成された追加学習候補データが追加学習データ選定部180により追加学習に用いるデータとして選定された場合、目的変数を含む元のデータを学習用データに追加するようにしてよい。このように構成することで、追加学習に適したデータが既に目的変数も含めて存在する場合に、そのデータについては改めて追加の実験をすることなく追加学習を行うことが可能となり、やはり無駄な実験をする労力を削減できる。As a modified example of the additional learning
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例のみに限定されることなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。
例えば、上記した実施形態では、説明変数として工作機械の3か所で検知された温度の値を用いて目的変数として熱変位量を推定するモデルを学習する例を示した。しかしながら、説明変数の数は3つに限らない。例えば2つの説明変数を用いて目的変数を推定する場合や、4つ以上の説明変数を用いて目的変数を推定する場合にも、本願発明は適用することができる。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described examples of the embodiments, and can be embodied in various forms by making appropriate modifications.
For example, in the above embodiment, an example is shown in which a model is learned to estimate a thermal displacement amount as a response variable using temperature values detected at three locations on a machine tool as explanatory variables. However, the number of explanatory variables is not limited to three. For example, the present invention can be applied to cases in which a response variable is estimated using two explanatory variables or four or more explanatory variables.
また、熱変位量を推定するモデルの学習を対象とする場合、温度センサで取得した温度値を用いる以外にも、熱変位に影響を及ぼす状態を示すデータであれば説明変数として用いることができる。例えば、工作機械の発熱はモータの回転速度や連続回転時間などに影響を受けることが知られている。そのため、主軸モータの動作パターンや送り軸モータの動作パターンなどをデータとして取得し、熱変位量を推定するための説明変数として用いることも可能である。 Furthermore, when training a model to estimate the amount of thermal displacement, in addition to using the temperature values obtained by a temperature sensor, any data indicating conditions that affect the thermal displacement can be used as an explanatory variable. For example, it is known that heat generation in machine tools is affected by the motor's rotation speed and continuous rotation time. Therefore, it is possible to obtain data such as the operation patterns of the spindle motor and the feed axis motor and use them as explanatory variables to estimate the amount of thermal displacement.
熱変位量を推定するモデルの学習を対象とする場合、現在の温度以外にも、過去の所定の時刻における温度値を説明変数として用いてもよい。この時、現在時刻の温度と、過去の時刻における温度を組み合わせて説明変数として用いてもよい。 When learning a model that estimates thermal displacement, in addition to the current temperature, the temperature value at a specified time in the past may be used as an explanatory variable. In this case, the temperature at the current time and the temperature at a past time may be combined and used as an explanatory variable.
上記した実施形態では、工作機械の熱変位量を推定するモデルを対象とした例を示した。しかしながら、稼働状況の正常又は異常の推定、異常箇所の推定、産業機械の構成部品の状態の推定等、その他の推定モデルの学習を対象とした場合にも、本発明の追加学習データ選定装置1は好適に動作する。例えば、モータの故障診断をするモデルの学習等にも適用可能である。このようなモデルは、モータに取り付けられたセンサの測定値から、モータが故障しているかどうかを示す異常度を推定する。説明変数としては、モータの電流値、モータの回転数、トルク指令値、モータの温度、部屋の気温、モータが発生させる音をセンサが検出した値を用いることが可能である。In the above embodiment, an example was shown in which a model for estimating the amount of thermal displacement of a machine tool was used. However, the additional learning
1 追加学習データ選定装置
3 産業機械
4 センサ
5 ネットワーク
6 フォグコンピュータ
7 クラウドサーバ
11 CPU
12 ROM
13 RAM
14 不揮発性メモリ
15 インタフェース
17,18,20,21 インタフェース
22 バス
70 表示装置
71 入力装置
72 外部機器
100 機械学習装置
101 プロセッサ
102 ROM
103 RAM
104 不揮発性メモリ
110 データ取得部
120 データ選別部
130 学習部
140 推定部
150 検証部
160 追加学習候補生成部
170 乖離度計算部
180 追加学習データ選定部
210 データ記憶部
220 学習用データ記憶部
230 検証用データ記憶部
240 モデル記憶部
REFERENCE SIGNS
12 ROM
13 RAM
14
103 RAM
Claims (5)
説明変数の組が取り得る値空間を略網羅する追加学習に用いる説明変数の組の候補である追加学習候補データ群を生成する追加学習候補生成部と、
前記モデルを作成するために利用した学習用データにおける説明変数の組の集合と、前記追加学習候補データ群に含まれるそれぞれの追加学習候補データとの間の乖離度を求める乖離度計算部と、
前記乖離度に基づいて前記追加学習候補データ群の中から追加学習に用いるデータを選定して表示する追加学習データ選定部と、
前記選定されたデータと、該データを元に取得した該データに対応する目的変数とを用いて、前記モデルの追加学習を行う学習部と、
を備えた追加学習データ選定装置。 1. An additional learning data selection device that creates a model based on machine learning of a relationship between one or more explanatory variables and a dependent variable, and estimates a dependent variable corresponding to the explanatory variable using the model,
an additional learning candidate generation unit that generates an additional learning candidate data group that is a candidate for a set of explanatory variables used in additional learning that substantially covers a value space that the set of explanatory variables can take ;
a deviation calculation unit that calculates a deviation between a set of explanatory variables in the learning data used to create the model and each of the additional learning candidate data included in the additional learning candidate data group ;
an additional learning data selection unit that selects and displays data to be used for additional learning from the additional learning candidate data group based on the deviation degree;
a learning unit that performs additional learning of the model by using the selected data and a corresponding objective variable obtained based on the selected data ;
An additional learning data selection device comprising:
請求項1に記載の追加学習データ選定装置。 a thermal displacement amount of the industrial machinery is used as a response variable, and the thermal displacement amount of the industrial machinery is used as an explanatory variable; and the thermal displacement of the industrial machinery is corrected using the estimated thermal displacement amount of the machinery.
The additional learning data selection device according to claim 1 .
請求項2に記載の追加学習データ選定装置。 The data indicating the state includes one or more of a machine temperature, a temperature around the machine, a spindle operation pattern, and a feed axis operation pattern.
The additional learning data selection device according to claim 2.
請求項2に記載の追加学習データ選定装置。 The data indicating the state includes data acquired at a plurality of different times.
The additional learning data selection device according to claim 2.
前記モデルを作成するために利用した学習用データにおける説明変数の組の集合と、前記追加学習候補データ群に含まれるそれぞれの追加学習候補データとの間の乖離度を求める乖離度計算部と、
前記乖離度に基づいて前記追加学習候補データ群の中から追加学習に用いるデータを選定して表示する追加学習データ選定部と、
前記選定されたデータと、該データを元に取得した該データに対応する目的変数とを用いて、前記モデルの追加学習を行う学習部、
としてコンピュータを機能させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 A computer-readable recording medium having recorded thereon a program for operating a computer as an additional learning data selection device that creates a model based on machine learning of the relationship between one or more explanatory variables and a dependent variable, and estimates a dependent variable corresponding to the explanatory variable using the model, the additional learning candidate generation unit generating an additional learning candidate data group that is a candidate for a set of explanatory variables used in additional learning that substantially covers a value space that a set of explanatory variables can take;
a deviation calculation unit that calculates a deviation between a set of explanatory variables in the learning data used to create the model and each of the additional learning candidate data included in the additional learning candidate data group ;
an additional learning data selection unit that selects and displays data to be used for additional learning from the additional learning candidate data group based on the deviation degree;
a learning unit that performs additional learning of the model by using the selected data and a target variable corresponding to the data obtained based on the selected data ;
A computer-readable recording medium having a program recorded thereon that causes a computer to function as a
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