JP7666203B2 - Anomaly detection device, anomaly detection method, and anomaly detection program - Google Patents
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Description
本発明は、異常検知装置、異常検知方法、及び異常検知プログラムに関する。 The present invention relates to an anomaly detection device, an anomaly detection method, and an anomaly detection program.
従来より、生産装置に設けられたセンサからの波形データに基づき故障の予知を検出する異常検知の技術が提案されている。一般に、異常検知では異常データが十分に集まらず、未知の異常を検知することが課題である。したがって、従来技術としては、正常データのみ学習し異常検知する機械学習の手法が提案されている。 Conventionally, anomaly detection technology has been proposed that predicts failures based on waveform data from sensors installed in production equipment. Generally, anomaly detection does not collect enough abnormal data, and detecting unknown anomalies is an issue. Therefore, conventional technology has proposed machine learning methods that learn only normal data and detect anomalies.
一般的に、生産装置は正常状態でも複数の動作条件下で稼働し得る。そこで、特許文献1では、複数の動作条件を考慮した異常検知の手法を提案している。一方、特許文献2では、正常データのみを学習させたモデルに計測波形を入力することで、生成波形を出力し、計測波形と生成波形を比較することで異常判定する手法を提案している。 Generally, production equipment can operate under multiple operating conditions even in a normal state. Therefore, Patent Document 1 proposes a method for detecting anomalies that takes multiple operating conditions into account. Meanwhile, Patent Document 2 proposes a method for determining anomalies by inputting a measured waveform into a model that has been trained on only normal data, outputting a generated waveform, and comparing the measured waveform with the generated waveform.
しかしながら、特許文献1の技術では、動作条件ごとに用意した各学習モデルの全推論結果が全閾値を越えた場合に異常と判定するため、検知精度に課題がある。また、生成波形の特徴量を抽出して異常を検知する手法であるものの、異常データ不足の状態で有効な特徴量を設計するのは容易ではない。これに対して、特許文献2の技術は、波形での比較のため特徴量設計の必要がない。しかしながら、特許文献2で提案されているオートエンコーダへの入力は、単変量の説明変数のみとなっており、多数のパラメータが用いられる多変量の場合は想定されていない。さらに、特許文献1,2のいずれも異常の指標として単変数の異常度のみが通知されるため、異常判断の説明性が乏しいという問題がある。 However, the technology of Patent Document 1 has problems with detection accuracy because it judges an anomaly to be present when all inference results of each learning model prepared for each operating condition exceed all thresholds. In addition, although the method extracts features of the generated waveform to detect an anomaly, it is not easy to design effective features when there is a lack of abnormal data. In contrast, the technology of Patent Document 2 does not require feature design because it compares waveforms. However, the input to the autoencoder proposed in Patent Document 2 is only a single-variable explanatory variable, and multivariate cases in which many parameters are used are not assumed. Furthermore, both Patent Documents 1 and 2 only notify the degree of anomaly of a single variable as an indicator of an anomaly, which causes a problem of poor explanatory power for anomaly judgment.
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、取り扱う波形の特徴量の設計が不要であり、且つ多数のパラメータの波形に対応した説明性の高い、異常検知装置、異常検知方法、及び異常検知プログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and aims to provide an anomaly detection device, an anomaly detection method, and an anomaly detection program that does not require designing the features of the waveforms to be handled, and that is highly interpretable in response to waveforms of multiple parameters.
本発明は、対象機械の複数のパラメータに関する時系列データである計測波形を取得する取得部と、前記計測波形を入力することで、前記複数のパラメータに関する時系列データである生成波形を生成する波形生成部と、前記計測波形と前記生成波形とを比較することで、乖離度を算出する乖離度算出部と、前記乖離度が所定の閾値を上回った場合には、前記計測波形が異常と判定する判定部と、を備え、前記波形生成部は、前記対象機械における正常時の前記計測波形に基づいて学習された訓練済みの学習モデルを備えている。 The present invention comprises an acquisition unit that acquires a measured waveform, which is time-series data relating to multiple parameters of a target machine; a waveform generation unit that generates a generated waveform, which is time-series data relating to the multiple parameters, by inputting the measured waveform; a deviation calculation unit that calculates a deviation by comparing the measured waveform with the generated waveform; and a determination unit that determines that the measured waveform is abnormal if the deviation exceeds a predetermined threshold value, and the waveform generation unit has a trained learning model that has been learned based on the measured waveform when the target machine is normal.
上記異常検知装置において、前記学習モデルは、前記対象機械の複数の動作条件下で取得された正常時の前記計測波形に基づいて学習されたものとすることができる。 In the above anomaly detection device, the learning model can be learned based on the measurement waveforms obtained under normal operating conditions of the target machine.
上記異常検知装置において、前記学習モデルは、教師なし学習により生成することができる。 In the above anomaly detection device, the learning model can be generated by unsupervised learning.
上記異常検知装置において、前記学習モデルは、ニューラルネットワークにより構成することができる。 In the above anomaly detection device, the learning model can be constructed using a neural network.
上記異常検知装置において、前記ニューラルネットワークは、符号化部及び生成部を含み、前記符号化部は、前記計測波形を入力とし、潜在変数を出力とし、前記生成部は、前記潜在変数を入力とし、前記生成波形を出力とし、前記符号化部及び前記生成器は、畳み込みニューラルネットワークにより構成することができる。 In the above anomaly detection device, the neural network includes an encoding unit and a generating unit, the encoding unit receives the measured waveform as an input and outputs a latent variable, the generating unit receives the latent variable as an input and outputs the generated waveform, and the encoding unit and the generator can be configured using a convolutional neural network.
上記異常検知装置において、前記学習モデルは、例えば、Efficient GANにより構成することができる。 In the above anomaly detection device, the learning model can be configured, for example, using an Efficient GAN.
上記異常検知装置において、前記乖離度は、一のスカラー値とすることができる。 In the above anomaly detection device, the deviation can be a single scalar value.
上記異常検知装置において、前記乖離度算出部は、前記各パラメータ毎の時系列の個別乖離度を算出するように構成することができる。 In the above anomaly detection device, the deviation calculation unit can be configured to calculate an individual deviation of the time series for each of the parameters.
上記異常検知装置において、前記計測波形、前記生成波形、前記乖離度、及び前記パラメータ毎の時系列の個別乖離度の少なくとも1つを表示する表示部をさらに備えることができる。 The anomaly detection device may further include a display unit that displays at least one of the measured waveform, the generated waveform, the deviation, and the individual deviation of the time series for each parameter.
本発明に係る異常判定方法は、対象機械の複数のパラメータに関する時系列データである計測波形を取得するステップと、前記計測波形を入力することで、前記複数のパラメータに関する時系列データである生成波形を生成するステップと、前記計測波形と前記生成波形とを比較することで、乖離度を算出するステップと、前記乖離度が規定の閾値を上回った場合には、前記計測波形が異常と判定するステップと、を備え、前記生成波形を生成するステップは、前記対象機械における正常時の前記計測波形に基づいて学習された訓練済みの学習モデルにより行われている。 The anomaly determination method according to the present invention includes the steps of acquiring a measured waveform, which is time-series data relating to a plurality of parameters of a target machine; generating a generated waveform, which is time-series data relating to the plurality of parameters, by inputting the measured waveform; calculating a deviation by comparing the measured waveform with the generated waveform; and determining that the measured waveform is abnormal if the deviation exceeds a specified threshold value. The step of generating the generated waveform is performed by a trained learning model that has been trained based on the measured waveform of the target machine when it is normal.
本発明に係る異常判定プログラムは、コンピュータに、対象機械の複数のパラメータに関する時系列データである計測波形を取得するステップと、前記計測波形を入力することで、前記複数のパラメータに関する時系列データである生成波形を生成するステップと、前記計測波形と前記生成波形とを比較することで、乖離度を算出するステップと、前記乖離度が規定の閾値を上回った場合には、前記計測波形が異常と判定するステップと、を実行させ、前記生成波形を生成するステップは、前記対象機械における正常時の前記計測波形に基づいて学習された訓練済みの学習モデルにより行われている。 The abnormality determination program of the present invention causes a computer to execute the steps of acquiring a measured waveform, which is time-series data on multiple parameters of a target machine, generating a generated waveform, which is time-series data on the multiple parameters, by inputting the measured waveform, calculating a deviation by comparing the measured waveform with the generated waveform, and determining that the measured waveform is abnormal if the deviation exceeds a specified threshold value. The step of generating the generated waveform is performed by a trained learning model that has been learned based on the measured waveform of the target machine when it is normal.
本発明によれば、取り扱う波形の特徴量の設計が不要であり、且つ多数のパラメータの波形に対応した説明性の高い、異常検知装置、異常検知方法、及び異常検知プログラムを提供することができる。 The present invention provides an anomaly detection device, an anomaly detection method, and an anomaly detection program that does not require the design of features of the waveforms being handled and is highly interpretable in response to waveforms of multiple parameters.
以下、本発明に係る異常検知装置の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。以下では、一例として生産設備のボールネジ機構の異常検知を行う異常検知装置について説明する。図1は、この異常検知装置を含むシステムの構成例であり、異常検知装置1と、この異常検知装置1で用いる学習モデルを生成する学習装置2と、ボールネジ機構を含む搬送装置3と、を備えている。以下、各構成について、詳細に説明する。 One embodiment of the anomaly detection device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. As an example, an anomaly detection device that detects anomalies in a ball screw mechanism of production equipment will be described below. Figure 1 shows an example of the configuration of a system including this anomaly detection device, which includes an anomaly detection device 1, a learning device 2 that generates a learning model used in this anomaly detection device 1, and a conveying device 3 that includes a ball screw mechanism. Each component will be described in detail below.
<1.ハードウエア構成>
<1-1.搬送装置>
図1に示すように、この搬送装置3は、ボールネジ31と、ボールネジ31に螺合するナット32と、ナット32上に設けられたワークWのステージ33と、を備えている。ボールネジ31にはサーボモータ34が連結され、このサーボモータ34によってボールネジ31が回転する。また、サーボモータ34には、これを制御するサーボドライバ35が接続されている。本実施形態では、異常検知のパラメータとして、サーボドライバ35で制御される、サーボモータ34の回転速度、出力トルク、及びステージの位置を用い、これらの時系列の波形を用いて異常の判定を行う。
<1. Hardware configuration>
<1-1. Conveyor device>
1, the transport device 3 includes a ball screw 31, a nut 32 screwed onto the ball screw 31, and a stage 33 for a workpiece W provided on the nut 32. A servo motor 34 is connected to the ball screw 31, and the ball screw 31 is rotated by the servo motor 34. A servo driver 35 that controls the servo motor 34 is also connected to the servo motor 34. In this embodiment, the rotation speed, output torque, and stage position of the servo motor 34, which are controlled by the servo driver 35, are used as parameters for abnormality detection, and abnormalities are judged using the time-series waveforms of these.
<1-2.異常検知装置>
次に、本実施形態に係る異常検知装置1のハードウェア構成の一例について説明する。図2は、本実施形態に係る異常検知装置のハードウェア構成の一例である。
<1-2. Anomaly detection device>
Next, an example of the hardware configuration of the anomaly detection device 1 according to the present embodiment will be described. Fig. 2 shows an example of the hardware configuration of the anomaly detection device according to the present embodiment.
この異常検知装置1は、制御部11、記憶部12、外部インタフェース13、及び通信インタフェース14が電気的に接続されたコンピュータであり、例えば、PLCで構成することができる。なお、図2では、外部インタフェース13及び通信インタフェース14を「外部I/F」及び「通信I/F」と記載している。この点は、後述する各種装置においても同様である。 This anomaly detection device 1 is a computer in which a control unit 11, a memory unit 12, an external interface 13, and a communication interface 14 are electrically connected, and can be configured, for example, as a PLC. Note that in FIG. 2, the external interface 13 and the communication interface 14 are written as "external I/F" and "communication I/F." This also applies to the various devices described below.
制御部11は、CPU、RAM、ROM等を含み、プログラム及びデータに基づいて各種情報処理を実行するように構成される。記憶部12は、例えば、HDD、SDD等の補助記憶装置で構成され、異常検知プログラム121、学習結果データ122、異常判定や装置を駆動するための種々のデータを記憶する。異常検知プログラム121は、異常検知装置1に計測波形の異常の有無の判定をさせるためのプログラムである。制御部11は、この異常検知プログラム121を解釈及び実行することで、後述する各ステップの処理を実行するように構成される。 The control unit 11 includes a CPU, RAM, ROM, etc., and is configured to execute various information processing based on programs and data. The storage unit 12 is configured, for example, to be configured as an auxiliary storage device such as an HDD or SSD, and stores an anomaly detection program 121, learning result data 122, and various data for determining anomalies and for driving the device. The anomaly detection program 121 is a program for causing the anomaly detection device 1 to determine whether or not there is an anomaly in the measured waveform. The control unit 11 is configured to execute the processing of each step described below by interpreting and executing this anomaly detection program 121.
外部インタフェース13は、外部装置と接続するためのインタフェースであり、接続する外部装置に応じて適宜構成される。本実施形態では、外部インタフェース13が、ディスプレイ(表示部)4に接続されている。このディスプレイ4は、例えば、異常判定の結果等を表示するのに利用される。ディスプレイ4は、特には限定されず、公知の液晶ディスプレイ、タッチパネルディスプレイ等を用いることができる。その他、外部インタフェース13には、入力装置及び出力装置等を適宜接続することができる。 The external interface 13 is an interface for connecting to an external device, and is configured appropriately according to the external device to be connected. In this embodiment, the external interface 13 is connected to a display (display unit) 4. This display 4 is used, for example, to display the results of anomaly determinations. The display 4 is not particularly limited, and a known liquid crystal display, touch panel display, etc. can be used. In addition, input devices, output devices, etc. can be connected to the external interface 13 as appropriate.
通信インタフェース14は、例えば、有線LAN(Local Area Network)モジュール、無線LANモジュール等であり、有線又は無線通信を行うためのインタフェースである。すなわち、通信インタフェース14は、他の装置と通信を行うように構成された通信部の一例である。本実施形態では、ネットワークを介して、上述した学習装置2、及び搬送装置3に接続されている。 The communication interface 14 is, for example, a wired LAN (Local Area Network) module, a wireless LAN module, etc., and is an interface for performing wired or wireless communication. In other words, the communication interface 14 is an example of a communication unit configured to communicate with other devices. In this embodiment, it is connected to the above-mentioned learning device 2 and transport device 3 via a network.
なお、異常検知装置1の具体的なハードウェア構成に関して、実施形態に応じて、適宜、構成要素の省略、置換及び追加が可能である。例えば、制御部11は、複数のプロセッサを含んでもよい。また、制御部11は、FPGAにより構成されてもよい。記憶部12は、制御部11に含まれるRAM及びROMにより構成されてもよい。異常検知装置1は、PLCのほか、提供されるサービス専用に設計された情報処理装置を用いることができる。さらには、異常判定を行う対象に応じて、汎用のデスクトップPC、タブレットPC等であってもよい。以上の点は、後述する学習装置2においても同じである。 Regarding the specific hardware configuration of the anomaly detection device 1, components can be omitted, replaced, or added as appropriate depending on the embodiment. For example, the control unit 11 may include multiple processors. Furthermore, the control unit 11 may be configured by an FPGA. The storage unit 12 may be configured by RAM and ROM included in the control unit 11. In addition to a PLC, the anomaly detection device 1 can use an information processing device designed specifically for the service to be provided. Furthermore, depending on the target for which an anomaly is to be determined, it may be a general-purpose desktop PC, tablet PC, etc. The above points are the same for the learning device 2 described later.
<1-3.学習装置>
次に、本実施形態に係る学習装置2のハードウェア構成の一例について説明する。図3は、本実施形態に係る学習装置のハードウェア構成の一例である。
<1-3. Learning device>
Next, an example of the hardware configuration of the learning device 2 according to this embodiment will be described. Fig. 3 shows an example of the hardware configuration of the learning device according to this embodiment.
図3に示すように、学習装置2は、異常検知装置1と同様に、制御部21、記憶部22、外部I/F23、及び通信I/F24が電気的に接続されたコンピュータである。 As shown in FIG. 3, the learning device 2 is a computer to which a control unit 21, a memory unit 22, an external I/F 23, and a communication I/F 24 are electrically connected, similar to the anomaly detection device 1.
制御部21及び記憶部22の構成は、異常検知装置と同じである。記憶部には、学習プログラム221、学習モデル222、第1学習結果データ223、第2学習結果データ224、及び学習装置を駆動するための種々のデータを記憶する。学習プログラム221は、計測波形から生成波形を出力するための学習モデル222を学習するためのプログラムである。制御部21は、この学習プログラム221を解釈及び実行することで、後述する各ステップの処理を実行するように構成される。 The configuration of the control unit 21 and the memory unit 22 is the same as that of the anomaly detection device. The memory unit stores a learning program 221, a learning model 222, first learning result data 223, second learning result data 224, and various data for driving the learning device. The learning program 221 is a program for learning a learning model 222 for outputting a generated waveform from a measured waveform. The control unit 21 is configured to interpret and execute this learning program 221, thereby executing the processing of each step described below.
その他のハードウエア構成は、異常検知装置1と同じであるため、ここでは省略する。 The rest of the hardware configuration is the same as that of the anomaly detection device 1, so it will not be described here.
<2.ソフトウエア構成>
<2-1.学習装置>
2. Software configuration
<2-1. Learning device>
学習装置2では、搬送装置3のサーボドライバ35から送信されたサーボモータ34の回転速度、出力トルク、及びステージの位置に関する、時系列データである計測波形を用いて学習モデル222の学習を行う。特に、この学習モデル222は、搬送装置3が正常に稼働しているときの正常時の計測波形により、学習される。以下、図4を参照しつつ、学習装置2のソフトウエア構成について説明する。図4は、学習装置のソフトウエア構成を示すブロック図である。 The learning device 2 learns the learning model 222 using measured waveforms, which are time-series data relating to the rotational speed, output torque, and stage position of the servo motor 34 transmitted from the servo driver 35 of the transport device 3. In particular, this learning model 222 is learned using normal measured waveforms when the transport device 3 is operating normally. The software configuration of the learning device 2 will be described below with reference to Figure 4. Figure 4 is a block diagram showing the software configuration of the learning device.
<2-1-1.学習モデル>
図4に示すように、学習装置2の制御部21は、記憶部22に記憶された学習プログラム221をRAMに展開すると、その学習プログラム221をCPUにより解釈及び実行して、取得部211、符号化部212、生成部213、判別部214、及び保存処理部215を備えたコンピュータとして機能する。
<2-1-1. Learning model>
As shown in Figure 4, when the control unit 21 of the learning device 2 expands the learning program 221 stored in the memory unit 22 into RAM, the control unit 21 interprets and executes the learning program 221 using the CPU, and functions as a computer equipped with an acquisition unit 211, an encoding unit 212, a generation unit 213, a discrimination unit 214, and a storage processing unit 215.
取得部211は、上述したように、サーボモータ34の回転速度、出力トルク、及びステージの位置に関する、時系列データである計測波形を取得する。この計測波形は、後述するように、異常検知装置1の前処理後に送信される。但し、サーボドライバ35から直接送信し、後述するように、取得部211において、前処理が施されてもよい。 As described above, the acquisition unit 211 acquires a measurement waveform, which is time-series data relating to the rotation speed, output torque, and stage position of the servo motor 34. This measurement waveform is transmitted after preprocessing by the anomaly detection device 1, as described below. However, it may also be transmitted directly from the servo driver 35, and preprocessing may be performed by the acquisition unit 211, as described below.
また、取得部211で取得される計測波形は、同じ動作条件のみならず、異なる動作条件で搬送装置3が稼働したときの計測波形も取得される。例えば、軽いワークを搬送したとき(動作条件1)の計測波形と、重いワークを搬送したとき(動作条件2)の計測波形とが入力される。各動作条件時の計測波形の例を図5に示す。この例では、重いワークWを搬送したとき、速度が低下し、トルクが増大していることがわかる。なお、異なる動作条件としては、上記のほか、種々のものがあり、例えば、異なる加工部品を用いる場合(例えば、段取り替えによるステージの付け替えなど)、異なる環境温度で動作する場合(例えば。朝・昼の気温の変化など)がある。 The acquisition unit 211 acquires measurement waveforms not only under the same operating conditions, but also under different operating conditions when the conveying device 3 is operated. For example, a measurement waveform when a light workpiece is conveyed (operating condition 1) and a measurement waveform when a heavy workpiece is conveyed (operating condition 2) are input. Examples of measurement waveforms under each operating condition are shown in FIG. 5. In this example, it can be seen that when a heavy workpiece W is conveyed, the speed decreases and the torque increases. In addition to the above, there are various other different operating conditions, such as when different processed parts are used (for example, when the stage is replaced due to a change in setup), and when the device operates at different environmental temperatures (for example, when the temperature changes between morning and afternoon).
次に、符号化部212、生成部213、及び判別部214について説明する。これら符号化部212、生成部213、及び判別部214は、Efficient Generative Adversarial Network(Efficient GAN:敵対的生成ネットワーク)による学習モデルを構成している。そして、符号化部212及び生成部213は、例えば、畳み込みニューラルネットワーク(CNN)により構成されている。これについては、後述する。判別部214も、同様のCNNにより構成されている。但し、判別部214の構成は、符号化部212及び生成部213と異なっていてよい。 Next, the encoding unit 212, the generation unit 213, and the discrimination unit 214 will be described. The encoding unit 212, the generation unit 213, and the discrimination unit 214 form a learning model using an Efficient Generative Adversarial Network (Efficient GAN). The encoding unit 212 and the generation unit 213 are formed, for example, of a convolutional neural network (CNN). This will be described later. The discrimination unit 214 is also formed of a similar CNN. However, the configuration of the discrimination unit 214 may be different from that of the encoding unit 212 and the generation unit 213.
学習の実施に際しては、判別部214を訓練する第1訓練ステップ、及び符号化部212及び生成部213を訓練する第2訓練ステップを交互に行う。第1訓練ステップでは、判別部214に入力された生成波形が、生成部213により生成された生成波形であるか、取得部211から送信された計測波形であるかを判別するように判別部214を訓練する。つまり、判別部214は、入力された波形が取得部211由来か、生成部213由来かを判別するように訓練される。また、第2訓練ステップでは、判別部214による判別が誤るような波形を生成するように符号化部212及び生成部213を訓練する。なお、ここでは、取得部211由来であることを「真」と表現し、生成部213由来であることを「偽」と表現する。ただし、各由来を表現する方法は、このような例に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。 When learning is performed, a first training step for training the discrimination unit 214 and a second training step for training the encoding unit 212 and the generation unit 213 are alternately performed. In the first training step, the discrimination unit 214 is trained to discriminate whether a generated waveform input to the discrimination unit 214 is a generated waveform generated by the generation unit 213 or a measured waveform transmitted from the acquisition unit 211. In other words, the discrimination unit 214 is trained to discriminate whether the input waveform originates from the acquisition unit 211 or the generation unit 213. In addition, in the second training step, the encoding unit 212 and the generation unit 213 are trained to generate a waveform that causes the discrimination unit 214 to make an erroneous discrimination. Note that here, originating from the acquisition unit 211 is expressed as "true", and originating from the generation unit 213 is expressed as "false". However, the method of expressing each origin is not limited to such an example, and may be appropriately selected according to the embodiment.
具体的に説明すると、第1訓練ステップでは、計測波形を符号化部212に入力する。符号化部212は、潜在変数zを出力し、この潜在変数zが生成部213に入力されると、生成部213は、符号化部212に入力された計測波形に近似する生成波形を出力する。 To be more specific, in the first training step, a measured waveform is input to the encoding unit 212. The encoding unit 212 outputs a latent variable z, and when this latent variable z is input to the generation unit 213, the generation unit 213 outputs a generated waveform that is approximate to the measured waveform input to the encoding unit 212.
この生成波形は、判別部214に入力され、演算処理が実行される。これにより、生成波形が生成部213由来か取得部211由来かを判別した結果に対応する出力値を出力する。ここでは、判別部214に入力された生成波形は、生成部213が生成した生成波形であるため、判別部214は、「偽」と判別するのが正解である。そして、出力値とこの正解との誤差を算出する。こうして、各生成波形について、出力値とこの正解との誤差を算出する。 This generated waveform is input to the discrimination unit 214, where arithmetic processing is performed. As a result, an output value corresponding to the result of discriminating whether the generated waveform originates from the generation unit 213 or the acquisition unit 211 is output. In this case, since the generated waveform input to the discrimination unit 214 is the generated waveform generated by the generation unit 213, the discrimination unit 214's correct answer is "false". Then, the error between the output value and this correct answer is calculated. In this way, the error between the output value and this correct answer is calculated for each generated waveform.
同様に、計測波形を判別部214に入力し、判別部214の演算処理を実行する。これにより、判別部214は、入力された波形が生成部213由来か取得部211由来かを判別した結果に対応する出力値を出力する。ここでは、入力された波形は計測波形であるため、判別部214は、「真」と判別するのが正解である。こうして、各波形について、出力値とこの正解との誤差を算出する。 Similarly, the measured waveform is input to the discrimination unit 214, and the discrimination unit 214 executes calculation processing. As a result, the discrimination unit 214 outputs an output value corresponding to the result of determining whether the input waveform originates from the generation unit 213 or the acquisition unit 211. In this case, since the input waveform is a measured waveform, the discrimination unit 214 correctly determines that it is "true." In this way, the error between the output value and this correct answer is calculated for each waveform.
そして、算出される誤差の和が小さくなるように、判別部214のCNNのパラメータの値を調節する。出力値と真偽の正解との誤差の和が閾値以下になるまで、上記一連の処理により、判別部214のパラメータの値の調節を繰り返す。これにより、第1訓練ステップでは、生成部213により生成された生成波形であるか、計測波形であるかを判別するように、誤差逆伝播法(Backpropagation)等により判別部214を訓練する。 Then, the parameter values of the CNN in the discrimination unit 214 are adjusted so that the sum of the calculated errors becomes smaller. The adjustment of the parameter values of the discrimination unit 214 is repeated by the above series of processes until the sum of the errors between the output value and the correct answer of true or false becomes equal to or less than the threshold value. As a result, in the first training step, the discrimination unit 214 is trained by backpropagation or the like so as to discriminate whether the waveform is a generated waveform generated by the generation unit 213 or a measured waveform.
一方、第2訓練ステップでは、計測波形を符号化部212に入力する。符号化部212は、潜在変数zを出力し、この潜在変数zが生成部213に入力されると、生成部213は、符号化部212に入力された計測波形に近似する生成波形を出力する。 On the other hand, in the second training step, the measured waveform is input to the encoding unit 212. The encoding unit 212 outputs a latent variable z, and when this latent variable z is input to the generation unit 213, the generation unit 213 outputs a generated waveform that is approximate to the measured waveform input to the encoding unit 212.
次に、生成された生成波形を判別部214に入力し、判別部214の演算処理を実行する。これにより、入力された生成波形が生成部213由来か取得部211由来かを判別した結果に対応する出力値を出力する。この生成部213の訓練では、判別部214による判別の結果を誤らせることが正解である。つまり、生成部213で生成された生成波形が、計測波形と見間違うほどに近似したものが生成されていればよく、得られる出力値が「真」に対応することが正解である。計測波形と生成波形の組み合わせについて、一連の処理により得られた出力値とこの正解(つまり、「真」)との誤差を算出する。 The generated generated waveform is then input to the discrimination unit 214, which executes calculation processing. As a result, an output value corresponding to the result of determining whether the input generated waveform originates from the generation unit 213 or the acquisition unit 211 is output. In this training of the generation unit 213, the correct answer is to cause the discrimination result by the discrimination unit 214 to be erroneous. In other words, it is sufficient that the generated waveform generated by the generation unit 213 is close enough to be indistinguishable from the measured waveform, and the correct answer is that the obtained output value corresponds to the "true". For the combination of the measured waveform and the generated waveform, the error between the output value obtained by the series of processes and this correct answer (i.e., the "true") is calculated.
そして、算出される誤差の和が小さくなるように、符号化部212及び生成部213のCNNのパラメータの値を調節する。各計測波形と生成波形との組み合わせについて、一連の処理により得られる出力値と「真」との誤差の和が閾値以下になるまで、上記一連の処理により、符号化部212及び生成部213のパラメータの値の調節を繰り返す。これにより、第2訓練ステップでは、判別部214による判別が誤るような生成波形を生成するように、誤差逆伝播法(Backpropagation)等により生成部213(及び符号化部212)を訓練する。 Then, the parameter values of the CNN in the encoding unit 212 and the generating unit 213 are adjusted so that the sum of the calculated errors becomes smaller. The parameter values of the encoding unit 212 and the generating unit 213 are repeatedly adjusted by the above series of processes until the sum of the errors between the output value obtained by the series of processes and the "true" for each combination of measured waveform and generated waveform becomes equal to or less than a threshold value. As a result, in the second training step, the generating unit 213 (and the encoding unit 212) is trained by backpropagation or the like so as to generate a generated waveform that will cause the discrimination unit 214 to make an incorrect discrimination.
このように、上記第1訓練ステップ及び第2訓練ステップを交互に実施することで、判別部214及び生成部213(及び符号化部212)の精度を交互に高めていく。これにより、生成部213は、計測波形とほぼ同じであるような生成波形を適切に生成する能力を習得することができる。 In this way, by alternately performing the first training step and the second training step, the accuracy of the discrimination unit 214 and the generation unit 213 (and the encoding unit 212) is alternately improved. This allows the generation unit 213 to acquire the ability to appropriately generate a generated waveform that is approximately the same as the measured waveform.
この学習が完了した後、保存処理部215は、構築された符号化部212及び生成部213と、判別部214との構成(例えば、ニューラルネットワークの層数、各層におけるニューロンの個数、ニューロン同士の結合関係、各ニューロンの伝達関数)、及び演算パラメータ(例えば、各ニューロン間の結合の重み、各ニューロンの閾値)をそれぞれ示す第1学習結果データ223及び第2学習結果データ224を生成する。そして、保存処理部215は、生成した第1及び第2学習結果データ223,224を記憶部22に保存する。 After this learning is completed, the storage processing unit 215 generates first learning result data 223 and second learning result data 224, which respectively indicate the configurations of the constructed encoding unit 212 and generating unit 213 and the discrimination unit 214 (e.g., the number of layers of the neural network, the number of neurons in each layer, the connection relationships between neurons, and the transfer function of each neuron) and the calculation parameters (e.g., the weights of the connections between each neuron, the threshold value of each neuron). Then, the storage processing unit 215 stores the generated first and second learning result data 223, 224 in the memory unit 22.
こうして、学習された符号化部212及び生成部213に、計測波形を入力すると、計測波形に近似する生成波形を生成することができる。 In this way, when a measured waveform is input to the learned encoding unit 212 and generation unit 213, a generated waveform that approximates the measured waveform can be generated.
<2-1-2.CNN>
次に、符号化部212及び生成部213を構成するCNNの一例について、図6を参照しつつ説明する。このCNNは一次元CNNで構成され、具体的には、符号化部212は一次元CNN、生成部213は一次元転置CNNで構成されている。図6は、符号化部及び生成部とCNNとの対応を示す図である。符号化部212に入力される計測波形は、異常検知装置1の前処理部112で生成される。
<2-1-2. CNN>
Next, an example of a CNN constituting the encoding unit 212 and the generating unit 213 will be described with reference to Fig. 6. This CNN is composed of a one-dimensional CNN, specifically, the encoding unit 212 is composed of a one-dimensional CNN, and the generating unit 213 is composed of a one-dimensional transposed CNN. Fig. 6 is a diagram showing the correspondence between the encoding unit and the generating unit and the CNN. The measurement waveform input to the encoding unit 212 is generated by the pre-processing unit 112 of the anomaly detection device 1.
この点について先に説明を行う。前処理部112は、収集された計測波形に対し、前処理を行う。前処理としては、例えば、以下の3個の処理を行うことができる。まず、搬送装置3において、ステージ33が始点から終点まで区間(フレーム)を移動する間の波形を切り出し、これを判定に用いる。また、計測波形の値を0~1の数値となるように正規化する。さらに、時系列のフレーム長が64となるように線形変換する。 This point will be explained first. The preprocessing unit 112 performs preprocessing on the collected measurement waveform. As preprocessing, the following three processes can be performed, for example. First, in the transport device 3, the waveform during the period when the stage 33 moves from the start point to the end point through the section (frame) is extracted and used for judgment. In addition, the value of the measurement waveform is normalized so that it is a numerical value between 0 and 1. Furthermore, a linear conversion is performed so that the frame length of the time series is 64.
図6に示すように、このCNNでは、符号化部212に、上述した3つのパラメータについて、フレーム長が64に変換した(C,T)で示されるデータを入力する。ここで、Cは変数の次元数、Tはデータのフレーム長である。符号化部212に入力されるデータは、パラメータの数が3,フレーム長が64であるため、(3,64)となる。つまり、3*64=192のデータが入力される。したがって、図6に示すように、CNNの各層のデータは、(C,T)で示されている。 As shown in FIG. 6, in this CNN, data represented by (C, T) with the frame length converted to 64 for the three parameters mentioned above is input to the encoding unit 212. Here, C is the number of dimensions of the variable, and T is the frame length of the data. The data input to the encoding unit 212 is (3, 64) because the number of parameters is 3 and the frame length is 64. In other words, 3*64=192 pieces of data are input. Therefore, as shown in FIG. 6, the data for each layer of the CNN is represented by (C, T).
また、このCNNでは、符号化部212において、4つの層でデータが、(32,32)、(64,16)、(128,8)と、データフレーム長を縮小するように演算し、全結合層において、潜在変数zに対応する10のデータを生成する。すなわち、この潜在変数zは、計測波形の次元を縮小し、計測波形の特徴を低次元で示したものである。このように計測波形を低次元で表すことで、学習を容易に行うことができる。その後、この潜在変数zに対応するデータを生成部213に入力し、5つの層でデータが、(512,4)、(256,8)、(128,16)と縮小されたデータフレーム長が拡大するように演算し、最終的に計測波形と対応する(3,64)のデータ、つまり生成波形を生成する。 In addition, in this CNN, the encoding unit 212 performs calculations to reduce the data frame length of the data in four layers to (32, 32), (64, 16), and (128, 8), and generates 10 pieces of data corresponding to the latent variable z in the fully connected layer. In other words, this latent variable z reduces the dimension of the measured waveform and shows the characteristics of the measured waveform in low dimensions. By expressing the measured waveform in low dimensions in this way, learning can be easily performed. After that, the data corresponding to this latent variable z is input to the generation unit 213, and calculations are performed to expand the reduced data frame length of the data in five layers to (512, 4), (256, 8), and (128, 16), and finally generates data of (3, 64) corresponding to the measured waveform, that is, the generated waveform.
なお、このCNNは一例であり、通常のニューラルネットワーク等を用いることもできる。 Note that this CNN is just one example, and a normal neural network can also be used.
<2-2.異常検知装置>
次に、異常検知装置1のソフトウエア構成について説明する。図7は、異常検知装置のソフトウエア構成を示すブロック図である。図7に示すように、異常検知装置1の制御部11は、記憶部12に記憶された異常検知プログラム121をRAMに展開すると、その異常検知プログラム121をCPUにより解釈及び実行して、収集部111、前処理部112、波形生成部113、乖離度算出部114、判定部115、及び出力部116を備えたコンピュータとして機能する。
<2-2. Anomaly detection device>
Next, a software configuration of the anomaly detection device 1 will be described. Fig. 7 is a block diagram showing the software configuration of the anomaly detection device. As shown in Fig. 7, when the control unit 11 of the anomaly detection device 1 loads the anomaly detection program 121 stored in the storage unit 12 into the RAM, the control unit 11 interprets and executes the anomaly detection program 121 by the CPU, and functions as a computer including a collection unit 111, a preprocessing unit 112, a waveform generation unit 113, a deviation calculation unit 114, a determination unit 115, and an output unit 116.
収集部111は、搬送装置3のサーボドライバ35から送信されたサーボモータ34の回転速度、出力トルク、及びステージの位置に関する、時系列データである計測波形を収集する。収集された計測波形は、記憶部12またはRAMに記憶される。 The collection unit 111 collects measurement waveforms, which are time-series data relating to the rotation speed, output torque, and stage position of the servo motor 34 transmitted from the servo driver 35 of the transport device 3. The collected measurement waveforms are stored in the memory unit 12 or RAM.
前処理部112は、収集された計測波形に対し、前処理を行う。この処理については、上述したとおりである。また、前処理された計測波形は、学習装置2に送信され、上述した学習に用いられる。 The preprocessing unit 112 performs preprocessing on the collected measurement waveform. This processing is as described above. The preprocessed measurement waveform is then transmitted to the learning device 2 and used for the learning described above.
波形生成部113は、上述したように、学習装置2で生成された第1学習結果データ223が導入された訓練済みの符号化部212及び生成部213により構成されている。 As described above, the waveform generating unit 113 is composed of a trained encoding unit 212 and a generating unit 213 to which the first learning result data 223 generated by the learning device 2 has been introduced.
乖離度算出部114は、計測波形と生成波形とを比較し、その乖離度を算出する。乖離度としては、個別乖離度と総合乖離度を算出する。個別乖離度の算出は、次のように行う。まず、上記3つのパラメータのそれぞれについて、時系列データで示された計測波形と生成波形の差分を時系列に算出した乖離度時系列データを算出する。例えば、フレーム長である64個のデータそれぞれについて差分を算出し、64個の差分のデータからなる乖離度時系列データを算出する。続いて、64個のデータを合計し、個別乖離度を算出する。すなわち、3つのパラメータ毎の乖離度を表すことができる。 The deviation calculation unit 114 compares the measured waveform with the generated waveform and calculates the deviation. As deviations, an individual deviation and an overall deviation are calculated. The calculation of the individual deviations is performed as follows. First, for each of the above three parameters, deviation time series data is calculated by calculating the difference between the measured waveform and the generated waveform shown in the time series data in a time series. For example, the difference is calculated for each of 64 data pieces, which is the frame length, and deviation time series data consisting of the data of the 64 differences is calculated. Next, the 64 data pieces are summed to calculate the individual deviation. In other words, the deviation for each of the three parameters can be expressed.
図8は、3つのパラメータについて、正常時の計測波形と生成波形と重ねたグラフ、及び各パラメータの乖離度時系列データを示すグラフである。一方、図9は、3つのパラメータについて、異常時の計測波形と生成波形と重ねたグラフ,及び各パラメータの乖離度時系列データを示すグラフである。図8に示す正常時の乖離度時系列データでは、いずれのパラメータにおいても、乖離度はどの時間帯においても、概ね0である。なお、図8の計測波形と生成波形を重ねたグラフでは、両者がほぼ同じであるため、1つの線に見えている。一方、図9に示す異常時の乖離度時系列データでは、乖離度が変化していることが分かる。例えば、トルクに関する乖離度時系列データは、搬送の開始時に大きく変化していることが分かる(丸で囲んだ部分)。 Figure 8 shows a graph of the measured waveforms and generated waveforms superimposed under normal conditions for three parameters, and a graph showing the deviation time series data for each parameter. Meanwhile, Figure 9 shows a graph of the measured waveforms and generated waveforms superimposed under abnormal conditions for three parameters, and a graph showing the deviation time series data for each parameter. In the deviation time series data under normal conditions shown in Figure 8, the deviation is roughly 0 for all parameters at any time period. Note that in the graph of the measured waveforms and generated waveforms superimposed in Figure 8, the two are nearly the same, so they appear as a single line. Meanwhile, in the deviation time series data under abnormal conditions shown in Figure 9, it can be seen that the deviation changes. For example, it can be seen that the deviation time series data for torque changes significantly at the start of transport (circled area).
また、個別乖離度に基づいて、図10に示すような乖離度のランキングを生成することもできる。一方、総合乖離度は、個別乖離度を合計した一のスカラー値である。こうして、各計測波形と生成波形の組み合わせについて、個別乖離度と総合乖離度が算出される。 Also, based on the individual deviations, a ranking of deviations as shown in FIG. 10 can be generated. On the other hand, the overall deviation is a scalar value obtained by summing up the individual deviations. In this way, the individual deviations and the overall deviations are calculated for each combination of measured waveforms and generated waveforms.
判定部115は、総合乖離度が規定の閾値を超えた場合には、異常と判定し、閾値を以下である場合には、正常と判定する。波形生成部113は、正常時の計測波形に基づいて学習された学習モデルを含んでいるため、正常時の計測波形を入力すると、これに近似する生成波形が生成される。一方、異常時の計測波形を入力すると、正常時の生成波形とは異なる生成波形が生成されるため、乖離が大きくなる。したがって、総合乖離度が所定の閾値を超えた場合には、異常と判定される。図11はその一例である。正常な計測波形が入力された場合には、閾値よりも低い総合乖離度が算出される一方、異常な計測波形が入力された場合には、閾値よりも高い総合乖離度が算出されていることが分かる。 The judgment unit 115 judges that there is an abnormality when the overall deviation exceeds a specified threshold, and judges that there is a normality when it is equal to or less than the threshold. The waveform generation unit 113 includes a learning model that is trained based on the measured waveform under normal conditions, so when a measured waveform under normal conditions is input, a generated waveform that is close to the measured waveform is generated. On the other hand, when a measured waveform under abnormal conditions is input, a generated waveform different from the generated waveform under normal conditions is generated, resulting in a large deviation. Therefore, when the overall deviation exceeds a specified threshold, it is judged to be an abnormality. FIG. 11 is an example. It can be seen that when a normal measured waveform is input, an overall deviation lower than the threshold is calculated, whereas when an abnormal measured waveform is input, an overall deviation higher than the threshold is calculated.
出力部116は、計測波形、生成波形、乖離度時系列データ、個別乖離度、総合乖離度の少なくとも1つを出力し、ディスプレイ4に表示する。また、異常が発生したときのアラートをディスプレイ4に表示したり、音を発生するなど、の出力を行うことができる。 The output unit 116 outputs at least one of the measured waveform, the generated waveform, the deviation time series data, the individual deviation, and the overall deviation, and displays it on the display 4. In addition, when an abnormality occurs, an alert can be displayed on the display 4, a sound can be generated, or other output can be performed.
<3.学習装置での学習処理>
次に、上記のように構成された学習装置の学習処理について、図12のフローチャートを参照しつつ説明する。
3. Learning process in the learning device
Next, the learning process of the learning device configured as above will be described with reference to the flowchart of FIG.
図12に示すように、まず、搬送装置3を稼働し(ステップS11)、上述した3つのパラメータについて、正常時の計測波形を収集する(ステップS12)。次に、計測波形に前処理を施す(ステップS13)。続いて、前処理が施された計測波形を学習モデル222に入力し、上述した第1及び第2学習結果データ223,224を生成する(ステップS14)。これに続いて、閾値を設定する(ステップS15)。閾値の設定は、特には限定されないが、例えば、上記総合乖離度の正規分布を算出し、その3σ以上、例えば、3σ、4σなどに閾値を設定することができる。なお、閾値は、学習装置2において自動で設定するほか、異常検知装置1で設定することもできる。あるいは、利用者が任意に設定することもできる。その後、第1学習結果データ223は、異常検知装置1に送信され、波形生成部113に組み込まれる(ステップS16)。なお、第1学習結果データ223は、定期的に作成され、その都度、波形生成部113に組み込むことができる。こうして、学習装置2での学習処理が終了する。 As shown in FIG. 12, first, the conveying device 3 is operated (step S11), and normal measurement waveforms are collected for the above-mentioned three parameters (step S12). Next, preprocessing is performed on the measurement waveform (step S13). Next, the preprocessed measurement waveform is input to the learning model 222 to generate the above-mentioned first and second learning result data 223, 224 (step S14). Following this, a threshold is set (step S15). The setting of the threshold is not particularly limited, but for example, the normal distribution of the above-mentioned overall deviation degree is calculated, and the threshold can be set to 3σ or more, for example, 3σ, 4σ, etc. Note that the threshold can be set automatically in the learning device 2, or can be set in the anomaly detection device 1. Alternatively, it can be arbitrarily set by the user. After that, the first learning result data 223 is transmitted to the anomaly detection device 1 and incorporated into the waveform generation unit 113 (step S16). The first learning result data 223 is created periodically and can be incorporated into the waveform generating unit 113 each time. This completes the learning process in the learning device 2.
<4.異常検知装置での異常検知方法>
次に、上記のように構成された異常検知装置における異常検知方法について、図13のフローチャートを参照しつつ説明する。
4. Anomaly detection method using an anomaly detection device
Next, an anomaly detection method in the anomaly detection device configured as above will be described with reference to the flowchart of FIG.
図13に示すように、まず、搬送装置3の稼働中に、収集部111において、上述した3つのパラメータについて、計測波形を収集する(ステップS21)。次に、前処理部112により、計測波形に前処理を施す(ステップS22)。続いて、上記第1学習結果データ223が組み込まれた波形生成部113に、前処理が施された計測波形を入力し、生成波形を生成する(ステップS23)。これに続いて、乖離度算出部114により、算出された生成波形と計測波形を比較し、総合乖離度を算出する(ステップS24)。最後に、判定部115により総合乖離度が閾値未満である場合には(ステップS25のYES)、正常であるとして搬送装置の可動を続ける。一方、総合乖離度が閾値以上である場合には(ステップS25のNO)、異常が発生しているとして、ディスプレイ4に異常のアラートを表示する(ステップS26)。 As shown in FIG. 13, first, while the transport device 3 is in operation, the collection unit 111 collects measured waveforms for the three parameters described above (step S21). Next, the preprocessing unit 112 preprocesses the measured waveform (step S22). Next, the preprocessed measured waveform is input to the waveform generation unit 113 incorporating the first learning result data 223, and a generated waveform is generated (step S23). Following this, the deviation calculation unit 114 compares the calculated generated waveform with the measured waveform and calculates the overall deviation (step S24). Finally, if the judgment unit 115 determines that the overall deviation is less than the threshold (YES in step S25), the operation of the transport device is continued as normal. On the other hand, if the overall deviation is equal to or greater than the threshold (NO in step S25), an abnormality is determined to have occurred, and an abnormality alert is displayed on the display 4 (step S26).
<5.特徴>
以上のように、本実施形態によれば、搬送装置3において計測される、複数のパラメータに関する時系列データである正常時の計測波形から、この複数のパラメータに関する時系列データである生成波形を生成する波形生成部113を有し、計測波形と生成波形とを比較することで、乖離度を算出し、これが所定の閾値を上回った場合には、異常であると判定するようにしている。そのため、以下の効果を得ることができる。
<5. Features>
As described above, according to this embodiment, the waveform generator 113 generates a generated waveform, which is time series data relating to a plurality of parameters, from a measured waveform during normal operation, which is time series data relating to the plurality of parameters measured by the transport device 3, and the measured waveform is compared with the generated waveform to calculate a deviation, and if this deviation exceeds a predetermined threshold value, it is determined that an abnormality has occurred. Therefore, the following effects can be obtained.
(1)複数の動作条件に対応した精度の高い異常の検知が可能となる。
(2)乖離度時系列データ、個別乖離度を算出できるため、各パラメータにおいて、例えば、どの時刻に乖離度が大きくなっているかを確認することができる。したがって、異常判断の説明性を高くすることができる。
(3)簡単な前処理を施した計測波形を入力して生成波形を出力するため、波形の特徴量を設計する必要がない。
(1) It is possible to detect abnormalities with high accuracy in response to a plurality of operating conditions.
(2) Since the deviation time series data and individual deviations can be calculated, it is possible to check, for example, at what time the deviation becomes large for each parameter. This improves the interpretability of the abnormality determination.
(3) Since the measured waveform that has been subjected to simple preprocessing is input and the generated waveform is output, there is no need to design the waveform features.
<6.変形例>
以上、本発明の実施形態について説明してが、前述までの説明はあらゆる点において本発明の例示に過ぎず、本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略した。また、以下の変形例は適宜組み合わせ可能である。
6. Modifications
Although the embodiment of the present invention has been described above, the above description is merely an example of the present invention in every respect, and it goes without saying that various improvements and modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, the following modifications are possible. In the following, the same reference numerals are used for the same components as in the above embodiment, and the description of the same points as in the above embodiment is omitted as appropriate. In addition, the following modifications can be combined as appropriate.
<6-1>
上実施形態では、GANによる学習モデルを有しているが、これに限定されるものではなく、オートエンコーダ、GANomaly、Skip GANomaly等のニューラルネットワークで構成することができる。すなわち、上記のような複数のパラメータに関する時系列データのような多変量多次元のデータを学習できる手法であればよい。
<6-1>
In the above embodiment, the learning model is based on GAN, but is not limited thereto, and may be based on neural networks such as autoencoder, GANomality, Skip GANomality, etc. In other words, any method may be used as long as it can learn multivariate and multidimensional data such as time-series data related to multiple parameters as described above.
<6-2>
乖離度算出部114における異常判定を行うための乖離度の算出方法は、特には限定されず、判定部115で評価可能な計測波形と生成波形との差を乖離度として算出できればよい。
<6-2>
The method of calculating the degree of deviation for performing an anomaly determination in deviation calculation section 114 is not particularly limited as long as it is possible to calculate the difference between the measured waveform and the generated waveform as the degree of deviation that can be evaluated by determination section 115.
<6-3>
上記実施形態では、異常検知装置1と学習装置2とを別のコンピュータで構成しているが、1つのコンピュータで構成することもできる。すなわち、異常検知装置1に学習機能が付加されていてもよい。
<6-3>
In the above embodiment, the anomaly detection device 1 and the learning device 2 are configured as separate computers, but they may be configured as one computer. That is, a learning function may be added to the anomaly detection device 1.
<6-4>
計測波形の前処理の方法は、特には限定されず、使用される学習モデルに応じて適宜変更することができる。あるいは、前処理を行わずに学習を行ったり、生成波形を生成することもできる。
<6-4>
The method of pre-processing the measured waveform is not particularly limited and can be changed as appropriate depending on the learning model used. Alternatively, learning can be performed or a generated waveform can be generated without pre-processing.
<6-5>
上記実施形態の異常検知装置1では、ボールネジ機構を有する搬送装置における異常を判定しているが、これに限定されものでなく、種々の対象機械の異常を判定に適用することができる。
<6-5>
The abnormality detection device 1 of the above embodiment determines an abnormality in a conveying device having a ball screw mechanism, but is not limited to this and can be applied to determine abnormalities in various target machines.
1 異常検知装置
11 取得部
13 波形生成部
14 乖離度算出部
15 判定部
2 学習装置
212 符号化部
213 生成部
214 判別部
222 学習モデル
3 搬送装置(対象機械)
4 ディスプレイ(表示部)
REFERENCE SIGNS LIST 1 Anomaly detection device 11 Acquisition unit 13 Waveform generation unit 14 Deviation calculation unit 15 Determination unit 2 Learning device 212 Encoding unit 213 Generation unit 214 Discrimination unit 222 Learning model 3 Conveyor device (target machine)
4. Display (display unit)
Claims (11)
前記計測波形を入力することで、前記複数のパラメータのそれぞれに関する時系列データのセットである生成波形を生成する波形生成部と、
前記計測波形と前記生成波形とを比較することで、乖離度を算出する乖離度算出部と、
前記乖離度が所定の閾値を上回った場合には、前記計測波形が異常と判定する判定部と、
を備え、
前記波形生成部は、前記対象機械における正常時の前記計測波形に基づいて学習された訓練済みの学習モデルを備えている、異常検知装置。 an acquisition unit that acquires a measurement waveform, which is a set of time series data relating to each of a plurality of parameters of a target machine;
a waveform generating unit that receives the measured waveform and generates a generated waveform, which is a set of time-series data relating to each of the plurality of parameters;
a deviation calculation unit that calculates a deviation by comparing the measured waveform with the generated waveform;
a determination unit that determines that the measured waveform is abnormal when the deviation exceeds a predetermined threshold value;
Equipped with
An anomaly detection device, wherein the waveform generation unit is equipped with a trained learning model that has been learned based on the measured waveform of the target machine under normal conditions.
前記符号化部は、前記計測波形を入力とし、潜在変数を出力とし、
前記生成部は、前記潜在変数を入力とし、前記生成波形を出力とし、
前記符号化部及び前記生成部は、畳み込みニューラルネットワークにより構成されている、請求項4に記載の異常検知装置。 The neural network includes an encoding unit and a generating unit,
The encoding unit receives the measured waveform as an input and outputs a latent variable,
The generating unit receives the latent variables as an input and the generated waveform as an output,
The anomaly detection device according to claim 4 , wherein the encoding unit and the generating unit are configured with a convolutional neural network.
前記計測波形を入力することで、前記複数のパラメータのそれぞれに関する時系列データのセットである生成波形を生成するステップと、
前記計測波形と前記生成波形とを比較することで、乖離度を算出するステップと、
前記乖離度が規定の閾値を上回った場合には、前記計測波形が異常と判定するステップと、
を備え、
前記生成波形を生成するステップは、前記対象機械における正常時の前記計測波形に基づいて学習された訓練済みの学習モデルにより行われている、異常検知方法。 acquiring a measurement waveform which is a set of time series data relating to each of a plurality of parameters of a target machine;
generating a generated waveform, which is a set of time-series data relating to each of the plurality of parameters, by inputting the measured waveform;
calculating a deviation by comparing the measured waveform with the generated waveform;
determining that the measured waveform is abnormal when the deviation exceeds a specified threshold value;
Equipped with
An anomaly detection method, in which the step of generating the generated waveform is performed by a trained learning model that has been learned based on the measured waveform of the target machine under normal conditions.
対象機械の複数のパラメータのそれぞれに関する時系列データのセットである計測波形を取得するステップと、
前記計測波形を入力することで、前記複数のパラメータのそれぞれに関する時系列データのセットである生成波形を生成するステップと、
前記計測波形と前記生成波形とを比較することで、乖離度を算出するステップと、
前記乖離度が規定の閾値を上回った場合には、前記計測波形が異常と判定するステップと、
を実行させ、
前記生成波形を生成するステップは、前記対象機械における正常時の前記計測波形に基づいて学習された訓練済みの学習モデルにより行われている、異常検知プログラム。
On the computer,
acquiring a measurement waveform which is a set of time series data relating to each of a plurality of parameters of a target machine;
generating a generated waveform, which is a set of time-series data relating to each of the plurality of parameters, by inputting the measured waveform;
calculating a deviation by comparing the measured waveform with the generated waveform;
determining that the measured waveform is abnormal when the deviation exceeds a specified threshold value;
Run the command,
An anomaly detection program, wherein the step of generating the generated waveform is performed by a trained learning model that has been learned based on the measured waveform of the target machine under normal conditions.
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