ES2939489T3 - Procedimiento para la generación automática de firmas etiquetadas - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método para generar automáticamente firmas etiquetadas (30), en el que: en primer lugar, se adapta una cuantificación de una serie temporal de estados (16) registrada con respecto a un sistema (12) para que todos los estados incluidos en la serie temporal de estados (16) tener al menos un estado de duración superior a un tiempo mínimo; posteriormente, los estados del sistema (32) se determinan sobre la base de los cambios de estado en al menos una serie de tiempo de estado (16); y las secciones de una serie temporal de datos síncronos (14) registrados con respecto al sistema (12), estando dichas secciones entre las ubicaciones de dos estados sucesivos del sistema (32), se determinan como firmas (30), y estas están provistas de un identificador (34) que comprende al menos un estado del sistema (32) que determina la firma (30). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para la generación automática de firmas etiquetadas

La presente invención hace referencia a un procedimiento para etiquetar firmas (dotarlas de un identificador). También hace referencia a un dispositivo para ejecutar el procedimiento. Una firma es una sección de una secuencia de señales. Una secuencia de señales resulta, por ejemplo, como una denominada serie temporal en forma de valores temporalmente sucesivos, en particular valores de medida, de un proceso técnico o de señales de control temporalmente sucesivas para un proceso técnico.

La evaluación de dicha secuencia o de dichas secuencias de señales se realiza con frecuencia mediante procedimientos de aprendizaje automático. Para realizar análisis o representaciones gráficas de datos de entrenamiento para procedimientos de aprendizaje automático o para generar dichos datos de entrenamiento, a menudo es necesario etiquetar los datos, en particular, los datos en forma de series temporales, es decir, proporcionar un determinado intervalo temporal de un perfil de señales con información para su identificación o información para su significado. Dicha información puede comprender, por ejemplo, la información de que la sección de la señal desde el momento t1 hasta el momento t2 representa el proceso X o los resultados debidos al proceso X. Regularmente se requiere un número suficientemente grande de datos de entrenamiento etiquetados específicamente para la implementación de un reconocimiento de patrones de secciones individuales (firma) de un perfil de señales temporal usando procedimientos de aprendizaje automático.

Mientras que la detección de señales y posiblemente también el procesamiento previo, por ejemplo, el procesamiento previo en forma de normalización, a menudo se puede automatizar, el etiquetado consiste en la actualidad en un proceso manual. Para ello, las personas con conocimientos del sistema y/o conocimientos del proceso deben proporcionar información de contexto que se utiliza para el etiquetado manual. Dependiendo del número de firmas diferentes y de los datos de entrenamiento requeridos, esto puede significar un gran esfuerzo, lo que restringe o impide por completo el uso de métodos basados en datos etiquetados como entrada (por ejemplo, procedimientos de aprendizaje automático o procedimientos de evaluación estadística).

Un procedimiento para automatizar el proceso de etiquetado de series temporales podría reducir significativamente el esfuerzo y también resulta potencialmente ventajoso para otras tareas, como la generación de vistas en los así denominados como tableros.

En los procedimientos conocidos que refuerzan el etiquetado de datos, las señales detectadas sólo se procesan de tal manera que se simplifica el proceso de asignación. El etiquetado real todavía tiene que ser realizado manualmente por el usuario.

En los sistemas que generan datos de prueba sintéticos en base a datos reales que ya han sido etiquetados, tampoco hay una asignación completamente automática, sino sólo una derivación de nuevos conjuntos de datos a partir de datos que ya han sido etiquetados manualmente previamente.

De la solicitud US 2017/184643 A1 se conoce un procedimiento para generar automáticamente datos de entrenamiento para un electrodoméstico. Las publicaciones EP 0590305 A2, EP 1605324 A1 muestran diferentes aspectos de los antecedentes técnicos de la invención.

Por consiguiente, un objeto de la presente invención consiste en especificar un procedimiento que permita la generación automática de firmas etiquetadas en curvas de señales de tiempo -en lo sucesivo denominadas como series temporales para abreviar-, o un etiquetado automático de firmas.

Dicho objeto se resuelve conforme a la invención mediante un procedimiento para generar automáticamente firmas etiquetadas (o para etiquetar firmas automáticamente) con las características de la reivindicación 1. Una firma etiquetada consiste en una firma provista de un identificador. La etiqueta asignada a la firma (el identificador) describe la firma.

En el marco del procedimiento está previsto lo siguiente: En relación con un sistema técnico o un proceso técnico, se procesan datos que se registran o se registraron durante un período de registro predeterminado o determinable. Los datos se registran uno tras otro de tal manera que al registrar los datos se obtiene una secuencia cronológica de los datos. Los datos se pueden registrar opcionalmente a intervalos de tiempo regulares, en particular, en puntos equidistantes en el tiempo. Los datos pueden estar provistos de una marca de tiempo que codifica el momento del registro, en particular, en el caso de un registro en momentos no equidistantes. Los datos mencionados anteriormente registrados en relación con el sistema o el proceso son, en particular, datos que se registran en el sistema o en el proceso y/o en un sistema para controlar y/o monitorear el sistema o el hardware de automatización específico del proceso.

Los datos registrados comprenden, por un lado, datos que se pueden registrar, por ejemplo, mediante sensores en el respectivo sistema o en el respectivo proceso y que fueron registrados mediante sensores y que se resumen en al menos una serie temporal de datos, y, por otro lado, valores de estado de al menos un estado relacionado con el sistema, que se resumen en al menos una serie temporal de estados. Los datos registrados también pueden ser datos calculados en relación con el respectivo sistema o el respectivo proceso, en particular, datos que se generaron a través de una simulación del sistema o de una parte del sistema o del proceso o una sección del proceso. Los datos registrados se resumen en al menos una serie temporal de datos. Los valores de estado pueden ser señales de control digitales o analógicas enviadas a un sistema o proceso. Del mismo modo, los valores de estado pueden ser datos que también pueden ser registrados mediante un sistema de sensores, datos calculados o datos generados mediante una simulación. Los valores de estado también se resumen en al menos una serie temporal de estado. Se distingue entre al menos una serie temporal de datos, por un lado, y al menos una serie temporal de estados, por otro, principalmente para mejorar la legibilidad de la siguiente descripción.

En un primer paso del procedimiento, se ajusta una cuantificación de la o de cada serie temporal de estado. Para ello, se determina una distancia entre dos cambios de estado sucesivos durante una sección predeterminada o determinable de una o de la serie temporal de estado. Esta distancia se compara con un tiempo mínimo predeterminado o determinable. Cuando la distancia determinada es menor que el tiempo mínimo, se ajusta la cuantificación de la serie temporal de estado. Cuando hay múltiples series temporales de estado, ante un cambio de estado en una serie temporal de estado, sólo se ajusta la cuantificación de esa serie temporal de estado con el cambio de estado. Una comparación del intervalo entre dos cambios de estado con el tiempo mínimo es posible cuando los valores de estado abarcados por la serie temporal de estado en consideración se registran en una secuencia regular durante el período de registro, por ejemplo, cada segundo, y por lo tanto, un intervalo entre dos valores de estado discrecionales de la misma serie temporal de estado corresponde directamente a un valor de tiempo. De lo contrario, es posible una comparación de la distancia entre dos cambios de estado con el tiempo mínimo, por ejemplo, cuando los datos individuales están provistos de información de tiempo, por ejemplo, de una marca de tiempo.

En un segundo paso del procedimiento, los estados del sistema se determinan a partir de la o de cada serie temporal de estados. Un estado del sistema consiste básicamente en una combinación de múltiples valores de estado que pertenecen a un mismo punto en el tiempo. Los estados del sistema registrados en el marco del procedimiento son aquellos estados del sistema que resultan a causa de un cambio de estado en la, o al menos en una, serie temporal de estados. Los estados del sistema determinados en el segundo paso a partir de la serie temporal de estado o de cada serie temporal de estado comprenden correspondientemente los valores de estado de todas las series temporales de estado en la ubicación de un cambio de estado en al menos una serie temporal de estado.

En un tercer paso del procedimiento, se determinan como firmas las secciones de la serie temporal de datos o de cada una de ellas que se encuentran entre las ubicaciones/posiciones de dos estados sucesivos del sistema, es decir, los estados del sistema determinados en el segundo paso y resultantes de a al menos un cambio de estado. En cierto sentido, una firma es una correspondiente sección (una sección de) la o de cada serie temporal de datos. Con exactamente una serie temporal de datos, hay exactamente una sección de este tipo entre dos cambios sucesivos de estado. En el caso de una pluralidad de series temporales de datos, resulta una correspondiente pluralidad de secciones o extractos respectivamente síncronos.

A cada firma se le asigna un identificador como etiqueta, por ejemplo, conformando un registro de datos que comprende la firma y el identificador, en donde el identificador comprende al menos un estado del sistema que determina la firma. Un estado del sistema que determina la firma es, por ejemplo, un estado del sistema que determina el comienzo o el final de la firma. La firma se proporciona con el identificador como resultado de la asignación, es decir, por ejemplo, una combinación en una estructura de datos, una referencia o similares. El etiquetado automático de las firmas se consigue por el hecho de que el identificador comprende un código de estado del sistema. El identificador (la respectiva etiqueta) puede al menos interpretarse automáticamente y comprende, por ejemplo, informaciones en forma codificada como "herramienta = taladro 12mm", "eje X de la máquina hacia adelante", "eje Y de la máquina estado parado".

La ventaja de la presente invención consiste, entre otras cosas, en que ahora es posible relacionar firmas en series temporales que se registran en sistemas o con referencia a máquinas individuales, por ejemplo, curvas de corriente eléctrica, en relación con estados del sistema y/o de las máquinas. Esto permite generar firmas etiquetadas automáticamente, que se pueden usar, por ejemplo, como datos de entrenamiento para procedimientos de aprendizaje automático para el reconocimiento de patrones. La asignación manual de estados y firmas, que requiere mucho tiempo, ahora se puede realizar de forma automática. Esto brinda la oportunidad de reducir significativamente el esfuerzo involucrado en el etiquetado de un número determinado de firmas y/o generar un número significativamente mayor de datos de entrenamiento etiquetados.

A diferencia de otros procedimientos de análisis que utilizan, por ejemplo, similitudes o repeticiones de cursos en las firmas, aquí estas similitudes no son un criterio, de modo que las firmas se pueden asignar a los estados correspondientes (incluso en caso de grandes desviaciones entre ellas). Esto aumenta la calidad de los datos de entrenamiento resultantes y permite una buena evaluación de la medida en que ciertas firmas son adecuadas para los procesos de aprendizaje automático.

En el enfoque propuesto aquí, no es necesario que las firmas, es decir, los datos registrados con referencia a un proceso técnico concreto, estén correlacionadas con el proceso en cuestión. Por el contrario, es posible evaluar hasta qué punto existe una correlación basada en las firmas etiquetadas identificadas.

El enfoque propuesto aquí es particularmente adecuado para parámetros analógicos del respectivo proceso técnico que presentan un amplio rango de valores. Como especificación, el usuario sólo tiene que hacer una declaración sobre la duración de los procesos de interés (período de registro). Sobre esta base, se selecciona automáticamente una resolución adecuada de la o de cada serie temporal de estados en cuestión.

El objeto mencionado anteriormente también se logra mediante un dispositivo que está previsto y configurado para ejecutar el procedimiento como se describe aquí y más adelante y que para ello comprende medios para la ejecución del procedimiento. El procedimiento se implementa en forma de un programa informático para la ejecución automática. Por lo tanto, la invención también consiste, por un lado, en un programa informático con instrucciones de código de programa que pueden ser ejecutadas por un ordenador y, por otro lado, en un medio de almacenamiento con dicho programa informático, es decir, un producto de programa de computadora con medios de código de programa, y finalmente también en un dispositivo, por ejemplo, un dispositivo de control, en cuya memoria está cargado o puede cargarse dicho programa informático como medio para ejecutar el procedimiento y sus configuraciones.

Siempre que a continuación se describen pasos del procedimiento o secuencias de pasos del procedimiento, esto hace referencia a acciones que resultan del programa informático o bajo el control del programa informático y, en consecuencia, cualquier uso del término "automáticamente" significa que la acción en cuestión ocurre como resultado del programa informático o bajo el control del programa informático.

En lugar de un programa informático con instrucciones de código de programa individuales, el procedimiento descrito aquí y más abajo también se puede implementar, al menos parcialmente, en forma de firmware. Está claro para el especialista que en lugar de implementar un procedimiento en software, siempre es posible la implementación en firmware o en firmware y software o en firmware y hardware. Por lo tanto, se debe aplicar a la descripción presentada aquí que el término software o los términos programa de control y programa informático también comprenden otras opciones de implementación, a saber, en particular, una implementación en firmware o en firmware y software o en firmware y hardware. Para la siguiente descripción, a fin de evitar repeticiones innecesarias, las características y detalles que se describen en relación con procedimiento en cuestión para generar firmas etiquetadas automáticamente - método para el etiquetado automático de firmas - así como las eventuales configuraciones, por supuesto, también se describen en relación con y en referencia a un dispositivo configurado para la ejecución del procedimiento. En consecuencia, las características y los detalles que se describen en relación con el procedimiento en cuestión y las posibles configuraciones también se aplican al menos a un dispositivo correspondiente, es decir, que el dispositivo comprende medios que están previsto y configurados para la ejecución de todos los pasos del procedimiento.

Las configuraciones ventajosas de la presente invención son objeto de las reivindicaciones relacionadas. Las referencias utilizadas en las reivindicaciones indican el desarrollo posterior del objeto de la reivindicación al que se refieren las características de la respectiva reivindicación relacionada. No deben entenderse como una renuncia a obtener una protección independiente y objetiva de las características o combinaciones de características de una reivindicación relacionada. Además, con respecto a una interpretación de las reivindicaciones y la descripción en una especificación más detallada de una característica en una reivindicación relacionada, se puede suponer que tal limitación no existe en las respectivas reivindicaciones anteriores y en una realización más general del presente procedimiento/ dispositivo. Por lo tanto, cualquier referencia en la descripción a aspectos de las reivindicaciones relacionadas debe leerse expresamente como una descripción de características opcionales, incluso sin una referencia específica.

En una forma de ejecución del procedimiento, para adaptar la cuantificación de la o de cada serie temporal de estados, se ajusta, en particular se aumenta, un tamaño de paso con el cual se mapea un estado en una respectiva serie temporal de estados. Esta es una forma sencilla y directa de ajustar la cuantificación.

En otra forma de ejecución del procedimiento, en su tercer paso se compara una longitud de cada firma determinada con una longitud máxima predeterminada o determinable y las firmas con una longitud superior a la longitud máxima se descartan. Al especificar la longitud máxima, el usuario determina qué firmas son importantes o potencialmente interesantes. De esta forma, se eliminan firmas insuficientemente características.

Opcionalmente, en particular adicional o alternativamente a la eliminación de firmas cuya longitud supera la longitud máxima, también puede tener lugar una reducción relacionada con la longitud/duración de la cantidad de datos antes de la cuantificación, es decir, antes del primer paso descrito anteriormente. Después se considera la serie temporal de cada estado y se determinan las distancias entre cambios de estado sucesivos. Para todos los cambios de estado determinados, se compara una duración de una sección de la serie temporal de estado determinada por dos cambios de estado sucesivos con una duración máxima predeterminada o determinable. Las secciones con una duración que excede la duración máxima se descartan de la serie temporal de estado. Una gran distancia entre cambios de estado sucesivos se puede dar, por ejemplo, cuando el sistema no está en funcionamiento o sólo parcialmente durante la noche o durante períodos comparables y está, por ejemplo, en un "modo de espera". Cuando se elimina así una sección de una serie temporal de estados, también se descarta la sección síncrona de la o de cada serie temporal de datos y, en el caso de múltiples series temporales de estados, la sección síncrona de la o de cada otra serie temporal de estados.

En otra forma de ejecución más del procedimiento, en particular, después de la cuantificación en el primer paso, se descarta una serie temporal de estado que no comprende (más) un cambio de estado después de la cuantificación durante el período del registro. Debido a la falta de un cambio de estado, el respectivo estado no es decisivo para las firmas determinadas, por ejemplo, porque el estado describe que el sistema o una parte del sistema está encendido y este estado no cambia durante el período de registro o porque el estado describe que un elemento calefactor está activado y esta condición no cambia durante el período de registro. Un registro de un valor de estado instantáneo de un estado así en un identificador que funciona como una etiqueta de una firma no conduce a la obtención de ninguna información. La eliminación de una serie temporal de estado de este tipo conduce ventajosamente a una reducción de la cantidad de datos a procesar.

En una forma de ejecución opcional del procedimiento, el identificador que actúa como etiqueta de la firma comprende una marca de tiempo, en concreto, una marca de tiempo que representa o codifica el momento del estado del sistema incluido en el identificador. Debido a que el identificador también comprende una marca de tiempo de este tipo, incluye una información adicional.

En otra forma de ejecución del procedimiento, las firmas determinadas y registradas durante el período de registro se combinan en grupos, es decir, en grupos en los cuales cada grupo individual sólo comprende firmas con el mismo estado del sistema. De este modo, cada grupo se vincula inequívocamente a un respectivo estado del sistema o a cada estado del sistema se le asigna un grupo y las firmas que comprende. A continuación, las firmas se pueden procesar, por ejemplo, para identificar similitudes. Esto permite, por ejemplo, el reconocimiento automático de un respectivo estado del sistema en caso de un futuro monitoreo del sistema y la ocurrencia de una secuencia de datos que corresponde a una firma o partes de una firma que han sido determinadas como características.

Para este tipo de procesamiento, las firmas comprendidas en un grupo se transmiten, por ejemplo, a un dispositivo destinado a ejecutar un procedimiento de aprendizaje automático.

Alternativa o adicionalmente, las firmas comprendidas en un grupo también se pueden transmitir a un dispositivo destinado a crear una representación visual de las firmas o a ejecutar un procedimiento de evaluación estadística de las firmas.

A continuación se explica en detalle un ejemplo de ejecución de la presente invención de acuerdo con los dibujos. Los objetos o elementos que se corresponden entre sí, están provistos de los mismos símbolos de referencia en todas las figuras.

El ejemplo de ejecución no debe entenderse como una limitación. Más bien, las adiciones y modificaciones también son posibles dentro del alcance de la presente solicitud, en particular, aquellas que se realizan, por ejemplo, combinando o modificando características individuales o pasos de proceso que pueden ser deducidos por un especialista con respecto a la solución del objeto y, a través de características combinables, conducir a un nuevo objeto o a nuevos pasos del procedimiento o secuencias de pasos del procedimiento.

Las figuras muestran:

Figura 1: una sistema técnico monitoreado por un dispositivo de control y datos disponibles en el marco del monitoreo y combinados en al menos una serie temporal de datos y al menos una serie temporal de estado.

Figura 2: dos series temporales de estado síncronas con los valores de estado comprendidas en las mismas.

Figura 3: un posible perfil temporal de valores de estado combinados en una serie temporal de estado y una cuantificación de los valores de estado.

Figura 4: dos series temporal de estado síncronas después de una cuantificación y una serie temporal de datos síncrona con los estados del sistema y las firmas resultantes de los cambios de estado en al menos una serie temporal de estado como secciones de la serie temporal de datos entre dos estados de sistema sucesivos.

Figura 5: firmas junto con un identificador que actúa como la etiqueta de una firma.

Figura 6: grupos de firmas correspondientes entre sí con un dispositivo para su procesamiento/evaluación.

La figura 1 muestra, de manera esquemáticamente muy simplificada, un dispositivo de monitoreo 10 y básicamente cualquier dispositivo técnico 12. El dispositivo técnico 12 consiste, por ejemplo, en un sistema para automatizar un proceso técnico o un subproceso técnico. Asimismo, el dispositivo técnico 12 puede ser una máquina individual o un grupo de máquinas, por ejemplo, una máquina o un grupo de máquinas en un sistema para la automatización de un proceso o subproceso. El tipo de dispositivo técnico 12 es irrelevante. En aras de una mejor legibilidad de la siguiente descripción, el dispositivo técnico 12 se denomina a continuación como sistema 12. Para comprender la descripción, resulta importante la lectura de los ejemplos mencionados anteriormente.

El respectivo sistema 12 es monitoreado mediante el dispositivo de monitoreo 10 y un sistema de sensores asociado al dispositivo de monitoreo 10, en sí ya conocido y no mostrado aquí, colocado en particular en la zona del sistema 12. Dicho monitoreo está representado en la figura 1 mediante la flecha que apunta desde el dispositivo de monitoreo 10 hacia el sistema 12. Como resultado del monitoreo del sistema 12 se obtiene al menos una serie temporal 14 con datos registrados a través del sistema de sensores. Una serie temporal 14 comprende una secuencia ordenada cronológicamente de datos registrados en el sistema 12 o en relación con el sistema 12 de una manera que básicamente es en sí conocida. Los datos se pueden registrar, por ejemplo, en una secuencia temporal regular, por ejemplo, cada segundo. Al respecto, una serie temporal 14 puede comprender, por ejemplo, datos sobre la evolución en el tiempo de un consumo de corriente del sistema 12 o en el sistema 12.

Como resultado adicional del monitoreo antes mencionado, se pueden obtener datos relacionados con al menos un estado del sistema 12. Un estado es, por ejemplo, un dato que codifica un estado de activación (encendido, apagado, etc.) del sistema 12 o de una parte del sistema. Un estado se basa en un parámetro del sistema, por ejemplo, "Sistema encendido", "Parte del sistema 1 encendida", "Eje de máquina 1 activo", "Monitoreo de sobretemperatura activada", "Objetivo de nivel alcanzado", "Nivel máximo alcanzado", "Posición del eje de máquina 1", "Nivel del reactor 1", "Mezclador de temperatura 1", etc. Alternativamente o adicionalmente, los estados calculados o los estados generados mediante una simulación, en particular, los estados procesados mediante una así denominada como máquina de estado (state machine), que describen el respectivo sistema 12 o una parte del sistema, también pueden considerarse como estados. Los valores de estado también se registran durante un período de tiempo más prolongado, específicamente durante un mayor período de tiempo en paralelo con el registro de los datos que se pueden registrar mediante el sistema de sensores.

Para la diferenciación, la serie temporal 14 antes mencionada se denomina en adelante serie temporal de datos 14 y cada serie temporal relacionada con un estado como serie temporal de estado 16. La serie temporal de datos 14 y/o cada serie temporal de estado 16 también pueden resultar de un cálculo, en particular, de un cálculo en forma de simulación, en lugar de una evaluación de datos procedentes de un sistema de sensores.

La, al menos una, serie temporal de datos 14 y la serie temporal de estado 16 llegan al dispositivo de monitoreo 10 como parte del monitoreo del sistema 12 y se almacenan en una memoria 20. Alternativamente, la, al menos una, serie temporal de datos 14 y la serie temporal de estados 16 se crean en esta memoria 20, enviando sucesivamente al dispositivo de monitorización 10 datos individuales que conforman la serie temporal de datos 14 y la serie temporal de estado 16. Esto se ilustra en la representación de la figura 1 a través de las flechas de bloque que apuntan desde el sistema 12 al dispositivo de monitoreo 10.

La memoria 20 consiste, por ejemplo, en una memoria 20 incluida en el dispositivo de monitoreo 10, pero también puede ser una memoria 20 a la cual el dispositivo de monitoreo 10 puede acceder de forma inalámbrica o por cable y que está separada del dispositivo de monitoreo 10. La siguiente descripción continúa en base a una memoria 20 incluida en el dispositivo de monitoreo 10. También debe considerarse en cada caso la posibilidad de una memoria remota 20.

Para evaluar la, al menos una, serie temporal de datos 14 así como la, al menos una, serie temporal de estados 16, el dispositivo de monitoreo 10 comprende una unidad de procesamiento 22 en forma de un microprocesador. Durante el funcionamiento del dispositivo de monitoreo 10, éste ejecuta un programa informático 24 cargado en la memoria 20 con una implementación del enfoque aquí propuesto.

La siguiente descripción hace referencia a por lo menos una serie temporal de datos 14 y a dos series temporales de estado 16. En general, el enfoque propuesto aquí se puede aplicar a datos en forma de por lo menos una serie temporal de datos 14 y al menos una serie temporal de estado 16. De manera correspondiente, cada vez que se menciona una serie temporal de datos 14, también implica varias series temporales de datos 14, y cada vez que se mencionan dos series temporales de estado 16, también implica exactamente una serie temporal de estado 16 y más de dos series temporales de estado 16.

La, al menos una, serie temporal de datos 14 y la serie temporal de estado 16 se registran durante un período de registro predeterminado o determinable.

Los datos contenidos en la serie temporal de estado 16 describen diferentes estados del sistema 12. Esto se ilustra en la representación de la figura 2, donde se muestra el valor de estado del respectivo parámetro que se incluye y prevalece en el mismo momento para dos series temporales de estado síncronas 16. Los estados registrados en forma de serie temporal de estados 16 son, por ejemplo, una secuencia cronológica de valores instantáneos de una velocidad de un eje de máquina del sistema 12 y una secuencia cronológica de valores instantáneos de un consumo de corriente del eje de la máquina.

Las series temporales de estado 16 se indican simbólicamente con P1 (primera serie temporal de estado 16) y con P2 (segunda serie temporal de estado 16). El momento considerado se indica simbólicamente con t1. De acuerdo con el ejemplo mostrado, el estado del sistema 12 existente en el momento t1 se puede describir de la siguiente manera mediante los valores instantáneos de los estados considerados: P1(t1)=27; P2(t1)=118. Esta es una descripción de un estado del sistema 12. En lo que sigue, sin embargo, también se hace referencia al estado de un parámetro. Esto hace referencia a un respectivo valor del parámetro considerado para describir el estado. Un período de tiempo durante el cual el estado de un parámetro no cambia es la duración de este estado del parámetro (duración del estado).

Cada nueva combinación de estados define básicamente un nuevo estado del sistema 12. En el caso de parámetros cuyos valores de estado cambian muy rápidamente, es decir, en el caso de parámetros con una duración de estado corta, esto conduce a cambios de estado rápidos y a una gran cantidad de cambios de estado. Sin embargo, incluso en forma automatizada, sólo se puede considerar de manera realista un número limitado de estados. Por este motivo, en primer lugar se realiza una cuantificación de la serie temporal de estados 16. La cuantificación pretende reducir el número de estados posibles y, por lo tanto, el número de cambios de estado que se producen durante un intervalo de tiempo.

La cuantificación de la serie temporal de estado 16 es un primer paso del enfoque propuesto aquí. La cuantificación se describe con más detalle a continuación.

Para ello, se remite en primer lugar a la representación de la figura 3. Allí se muestra el perfil temporal de los valores de estado de un parámetro a lo largo del tiempo t. Es evidente que hay un curso continuo de valores. Sólo a modo de ejemplo se supone que el curso de valores comienza en "25" como valor inicial y finalmente alcanza un valor final de "231". Incluso cuando el curso continuo de valores en una serie temporal de estado 16 es solo en forma de números enteros consecutivos ("25", "26", "27", .. "230", "231"), cada nuevo valor numérico debe considerarse como un nuevo estado. En la situación mostrada, hay entonces un total de 207 estados dentro del período de tiempo ta .. tb. Una cuantificación adecuada reduce este número. Eventualmente, para ello, se ajusta la resolución (tamaño de paso) con la que se mapea el estado en una respectiva serie temporal de estado 16.

En el caso de un estado detectado en forma de un valor analógico, una regla para la cuantificación, es decir, el mapeo del estado en una respectiva serie temporal de estado 16, puede ser que sólo se tomen los valores enteros en cada caso. Entonces resulta una serie temporal de estado 16 como se ha descrito anteriormente. Cuando se reduce la resolución, la regla de mapeo (cuantificación) se puede conformar, por ejemplo, mediante una división entera (DIV). Una regla de mapeo como por ejemplo, (k DIV 5) x 5, en donde k es el respectivo valor de estado, proporciona una serie temporal de estado 16 con múltiplos de cinco, en el presente ejemplo, una serie temporal de estado 16 con "25", "25", ... "25", "30", "30", ... "30", "35", ... "230". Esto conduce a una reducción a 41 estados diferentes dentro de la serie temporal de estados 16. Una mayor reducción en la resolución se puede lograr cuando en el caso de una regla de mapeo como, por ejemplo, (k DIV q) x q, el tamaño de paso q se incrementa aún más, por ejemplo, hasta el valor "8". Entonces hay 25 estados diferentes dentro de la serie temporal de estados 16. Un aumento adicional en el tamaño del paso, es decir, del valor q, reduce aún más el número de estados diferentes dentro de la serie temporal de estado 16.

En principio, también son concebibles otras reglas de mapeo (cuantificaciones). Por lo tanto, la regla de mapeo utilizada aquí para la explicación debe entenderse expresamente sólo como un ejemplo y la explicación pretende mostrar que una reducción en la resolución puede lograr una reducción en los estados contenidos dentro de una serie temporal de estado 16. La línea discontinua de la figura 3 muestra el resultado de una resolución reducida cuando se cuantifica el curso de los valores de estado mostrados por la línea continua. La cuantificación conforma la base para una respectiva serie temporal de estado 16.

Teóricamente, con cualquier aumento en el tamaño del paso y una cuantificación realizada con él, se puede lograr una serie temporal de estado 16 que comprende solamente un único estado. Por supuesto, esto no tiene sentido y la cuantificación en el contexto del enfoque propuesto aquí se trata de llevar a cabo una cuantificación adecuada, es decir, una cuantificación que reduzca el número de estados diferentes conservando estados significativos y cambios de estado significativos.

Para ello, se supone que se han registrado al menos dos series temporales de estado 16 durante un período de tiempo predeterminado o determinable. Con respecto a la duración inicial de este período, resulta esencialmente importante que se pueda suponer que un número suficiente de firmas típicas 30 para ser reconocidas (figura 4) aparece en la serie temporal de datos 14 considerada durante este período. Cada vez que cambia el estado de un parámetro, se comprueba cuánto duró el estado anterior del parámetro respectivo y si la duración del estado fue inferior a un tiempo mínimo predeterminado o determinable. Cuando la duración del estado fue menor que el tiempo mínimo, se reduce la resolución para esta serie temporal de estado 16 y todas las demás series temporales de estado 16 consideradas en simultáneo, por ejemplo, aumentando el incremento en una regla de mapeo correspondiente. El aumento de del tamaño de paso se puede realizar linealmente, por ejemplo, duplicando el tamaño del paso en comparación con el tamaño del paso original. El incremento también puede ser logarítmico o exponencial. En principio, el tamaño de paso se puede ajustar de cualquier manera que se pueda mostrar para la ejecución automática.

El orden en el que se visualizan las series temporales de estados 16 se puede seleccionar en principio según diferentes criterios (según el orden en que se produjo un cambio de estado, aleatoriamente, etc.). Opcionalmente, está previsto considerar en primer lugar aquellos estados y las series temporales de estados 16 asociadas que cambian con especial rapidez y, eventualmente, reducir su resolución.

Después de dicha cuantificación adaptada de la o de cada serie temporal de estado 16, se registran nuevos datos para obtener una nueva serie temporal de estado 16, o se analizan nuevamente los valores ya registrados. Este proceso se repite hasta que las duraciones de estado de todos los estados en la serie temporal de estado 16 considerada están por encima del tiempo mínimo. Cuando la adaptación de la cuantificación da como resultado una serie temporal de estado 16 en la cual el estado del respectivo parámetro ya no cambia, este estado y su serie temporal de estado 16 ya no se consideran en conjunto.

Al final de este primer paso, se han creado series temporales de estado 16 (al menos una) con una cuantificación adaptada. Cada serie temporal de estado 16 comprende una secuencia cronológica de valores de estado con respecto al estado (parámetro) en consideración. Cada valor de estado codifica un estado instantáneo. En una serie temporal de estado 16l los valores de estado idénticos consecutivos codifican un estado de mayor duración. Debido al ajuste de cuantificación que tuvo lugar durante el primer paso, cada estado individual dura más que el tiempo mínimo.

La representación de la figura 4 muestra un ejemplo de resultado de una cuantificación. Se muestran dos series temporales de estado 16 indicadas simbólicamente como "P1" y "P2" que comprenden estados individuales indicados simbólicamente como "a" y "b". Un cambio de estado dentro de una serie temporal de estado 16 resulta en cada caso con una transición de un estado "a" a un estado "b" o con una transición de un estado "b" a un estado "a". En cada caso se consideran aquellas posiciones en las cuales se produce un cambio de estado en una de las series temporales de estados 16. Los estados resultantes Z1, Z2, etc., denominados a continuación como estados del sistema 12en cuestión, o simplemente como estados del sistema 32, son los siguientes:

Z1: P1(5)=a; P2(5)=b

Z2: P1(14)=b; P2(14)=b

Z3: P1(23)=b; P2(23)=a

Z4: P1(26)=a; P2(26)=a

Z5: P1(36)=a; P2(36)=b

Z6: P1(43)=b; P2(43)=b

La serie temporal de datos 14, que se indica simbólicamente con "D" y es sincrónica con la serie temporal de estado 16, comprende datos individuales que se indican simbólicamente con "x", "y" y "z". En lugar de la serie de datos 14 que se muestra aquí, en principio, es posible considerar cualquier número de series de datos 14 sincrónicos. Básicamente, cada sección de la o de cada serie de datos 14 es una firma. Así, para exactamente una serie temporal de datos 14 considerada, una firma 30 comprende una sección de esta serie temporal de datos 14. Si se consideran múltiples series temporales de datos 14, la firma 30 comprende todas las secciones síncronas de todas las series temporales de datos 14 consideradas. Opcionalmente, una sección síncrona de al menos una serie temporal de estado 16 o las secciones síncronas de una pluralidad de series temporales de estado 16 también pertenecen a la firma 30.

Según el enfoque aquí propuesto, se consideran las firmas 30 entre los estados del sistema 32 resultantes de la adaptación de la cuantificación, en donde una firma 30 puede comprender el estado inicial del sistema 32 y/o el estado final del sistema 32 (en la representación en la figura 4, las firmas 30 comprenden cada una el estado inicial del sistema 32). La primera firma 30 de la ilustración de la figura 4 es "yyyxxxxzz".

Cada firma 30 está provista de un identificador ("etiquetada") 34 (figura 5), que comprende al menos el estado del sistema 32 respectivamente correspondiente.

Así se obtienen las siguientes firmas etiquetadas 30, indicadas simbólicamente con S1, S2, etc.:

S1: { "yyyxxxxzz", Z1 } =

{ "yyyxxxxzz", P1( 5)=a; P2( 5)=b },

S2: { "xxxxzzzyy", Z2 },

S3: { "yzz", Z3 },

S4: { "zzxxxzzxxy", Z4 },

S5: { "yyzzxxy", Z5 }

Este etiquetado, es decir, la combinación de una firma 30 con un identificador 34 que comprende al menos el respectivo estado del sistema 32, es el segundo paso del enfoque aquí propuesto.

Opcionalmente, cada identificador 34 también comprende una marca de tiempo 36, que codifica el momento en que comienza la firma 30, de modo que en base a la situación según la figura 4, las firmas 30 resultan de la siguiente manera y como también se muestra en la figura 5 cada identificador 34 asignado a una firma 30 comprende al menos el respectivo estado del sistema 32 y una marca de tiempo 36.

S1: { "yyyxxxxzz", t=5, Z1 },

S2: { "xxxxzzzyy", t=14, Z2 },

S3: { "yzz", t=23, Z3 },

S4: { "zzxxxzzxxy", t= 26, Z4 },

S5: { "yyzzxxy", t=43, Z5 }

Cada firma 30 se resume junto con su identificador 34 en un registro de datos 40 y el resultado es un número de registros de datos 40 correspondiente al número de firmas 30. En el presente ejemplo, que simplifica significativamente las condiciones reales en interés de una mejor legibilidad de la descripción presentada aquí, hay cinco conjuntos de datos 40. En una aplicación específica del enfoque propuesto aquí, se pueden suponer muchos cientos de conjuntos de datos 40 y más, así como firmas etiquetadas 30 comprendidas en cada caso.

Opcionalmente, está previsto que las firmas 30 con una longitud (es decir, con un número de datos sucesivos incluidos en ella) por encima de una longitud máxima predeterminada o determinable sean descartadas (eliminadas). Este descarte ocurre, por ejemplo, porque no se crea ningún conjunto de datos 40 para tales firmas 30.

En un tercer paso final, los conjuntos de datos 40 se agrupan. El criterio para la agrupación es el respectivo estado del sistema comprendido en los registros de datos 40. En la situación mostrada como ejemplo en la figura 4, los mismos estados del sistema se presentan en los momentos t=5 y t=36, a saber, Z1: P1=a; P2=b etc. Z5: P1=a; P2=b. Los registros de datos 40 con los mismos estados del sistema 32 se combinan en un grupo 42, tal como se muestra en la figura 6 de manera simplificada.

Cada grupo 42 representa así una asignación de firmas 30 a los estados del sistema 32. Todos los conjuntos de datos 40 de un grupo 42, es decir, los conjuntos de datos 40 con estados del sistema 32 respectivamente correspondientes, se pueden transmitir ahora como datos de entrenamiento a un dispositivo 44 destinado a ejecutar un procedimiento para aprendizaje automático (Machine Learning). En principio, aquí también existe la posibilidad de transmitir únicamente las firmas 30 compuestas por los conjuntos de datos individuales 40, ya que estos se consideran en el marco del aprendizaje automático.

Por ejemplo, después del procesamiento de dichos datos de entrenamiento, se puede proporcionar al dispositivo 44 una serie temporal de datos 14 registrada durante una operación inmediata del respectivo sistema 12 o una pluralidad de dichas series temporales de datos síncronos 14. El dispositivo 44 determina entonces, en base a los datos comprendidos por la o cada serie temporal de datos procesados 14, el estado del sistema 32 o secuencia de estados del sistema 32 en los que se basaron los respectivos datos con suficiente fiabilidad dados los datos de entrenamiento previamente procesados.

Los procedimiento para el aprendizaje automático básicamente son en sí conocidos y no son objeto de la innovación propuesta aquí. En principio, se puede considerar cualquier procedimiento de aprendizaje automático para evaluar los conjuntos de datos 40. Un dispositivo 44, que ejecuta un procedimiento de aprendizaje automático se trata de un ordenador o de un sistema informático en sí conocido, en donde los dispositivos y las instalaciones incluidos en un correspondiente sistema informático también pueden estar disponibles en la así denominada como nube. El dispositivo 44 también puede tratarse del dispositivo de monitoreo10 de la figura 1. El dispositivo 44 está previsto y configurado, en particular, mediante un software adecuado, para aplicar al menos un procedimiento de aprendizaje automático a las firmas 30 de al menos un grupo 42.

En una realización alternativa opcional, el dispositivo 44 consiste en un dispositivo 44 destinado y previsto para crear una representación visual de las firmas 30 comprendidas en un grupo 42 o, en el caso de una pluralidad de grupos 42, las firmas 30 comprendidas en cada grupo 42. La visualización tiene lugar, por ejemplo, en forma de un sitio web y allí en forma de un así denominado como tablero para cada grupo 42. El dispositivo 44 es entonces un ordenador o un sistema informático del tipo mencionado anteriormente, que está previsto y configurado para generar tales representaciones, en particular, mediante un software adecuado.

La generación automática de firmas etiquetadas 30 que se propone aquí, en particular, la generación de firmas etiquetadas 30 después de un ajuste previo de una cuantificación de la o de cada serie temporal de estado 16, se realiza en línea (procesamiento en línea), es decir, en paralelo al registro de la serie temporal 14, 16 (serie(s) temporal de datos 14, serie(s) temporal de estado 16), o fuera de línea (procesamiento fuera de línea), es decir, después de que se hayan registrado las series temporales 14, 16. El procesamiento en línea y también el procesamiento fuera de línea, pero especialmente el procesamiento fuera de línea, pueden llevarse a cabo preferentemente utilizando los recursos disponibles en la así llamada como nube (potencia informática, capacidad de almacenamiento) y como medio para ejecutar el procedimiento aquí descrito se considera preferentemente una plataforma en la nube. Una plataforma en la nube de este tipo asume opcionalmente también la función del dispositivo 44 descrito anteriormente.

Aunque la invención ha sido descrita e ilustrada en detalle mediante el ejemplo de ejecución, dicha invención no está limitada por el ejemplo revelado y, sin abandonar el alcance de la presente invención, el especialista puede derivar de aquí otras variaciones. Los aspectos individuales claves de la descripción presentada aquí se pueden resumir brevemente de la siguiente manera: La presente invención consiste en un procedimiento para la generación automática de firmas etiquetadas 30 y en un programa informático con una implementación del procedimiento. Como parte del procedimiento, primero se adapta una cuantificación de al menos una serie temporal de estado 16 registrada con referencia a un sistema 12, es decir, de tal manera que todos los estados comprendidos por la o cada serie temporal de estado 16 presentan al menos una duración de estado por encima de un tiempo mínimo. Tras el ajuste de la cuantificación, se determinan los estados del sistema 32. Estos se determinan en base a los cambios de estado en al menos una serie temporal de estados16. Cada vez que se produce un cambio de estado en al menos una serie temporal de estado 16, esto define un estado del sistema relevante 32. Finalmente, las secciones de una serie temporal de datos síncronos 14 registrada con referencia al sistema 12 que se encuentran entre las ubicaciones/posiciones de dos estados sucesivos del sistema 32 se determinan como firmas 30 y se les proporciona un identificador 34, que comprende al menos un estado del sistema 32 que determina la firma 30. El identificador 34 es la etiqueta asignada automáticamente a la firma 30.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para la generación automática de firmas etiquetadas (30) a partir de datos registrados en relación con un sistema técnico (12) durante un período de registro predeterminado o determinable; en donde los datos registrados comprenden, por un lado, datos que pueden ser registrados mediante sensores, calculados o generados mediante una simulación y en al menos una serie temporal de datos (14) se combinan y, por otro lado, comprenden valores de estado de al menos un estado relacionado con el sistema y que se combinan en al menos una serie temporal de estado (16);

en donde en un primer paso se adapta una cuantificación de la o de cada serie temporal de estados (16); en donde, para ajustar la cuantificación durante una sección predeterminada o determinable de la serie temporal de un estado (16), una distancia entre dos cambios de estado sucesivos se compara con un tiempo mínimo predeterminado o determinable y en donde, en caso de un déficit, se ajusta la cuantificación de la o de cada serie temporal de estado (16);

en donde en un segundo paso, se determinan los estados del sistema (32) a partir de la o de cada serie temporal de estados (16);

en donde un estado del sistema (32) comprende los valores de estado de todas las series temporales de ^{estado (16) en la ubicación de un cambio de estado en al menos una serie temporal de estado (}16^); en donde en un tercer paso, las secciones de la o de cada serie temporal de datos (14) que se encuentran entre las ubicaciones de dos estados de sistema sucesivos (32) se determinan como firmas (30); y en donde cada firma (30) está dotada de un identificador (34) que actúa como etiqueta, que comprende al menos un estado del sistema (32) que determina la firma (30).

2. Procedimiento según la reivindicación 1,

en donde para adaptar la cuantificación de la o de cada serie temporal de estados (16), se ajusta un tamaño de paso con el cual se mapea un estado en una respectiva serie temporal de estados (16).

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,

en donde en el tercer paso se compara una longitud de cada firma determinada (30) con una longitud máxima predeterminada o determinable y en donde las firmas (30) con una longitud superior a la longitud máxima se descartan.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1, 2 ó 3,

en donde antes del primer paso, se determinan las distancias entre dos cambios de estado sucesivos en una o en la serie temporal de estado (16), en donde la duración de una sección determinada por dos cambios de estado sucesivos se compara con una duración máxima predeterminada o determinable; y en donde las secciones con una duración superior a la duración máxima se eliminan de la serie temporal de estado (16).

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

en donde una serie temporal de estados (16) sin cambio de estado durante el período de registro se descarta.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

en donde el identificador (34) comprende una marca de tiempo (36).

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

en donde las firmas (30) determinadas y registradas durante el período de registro con el mismo estado del sistema (32) se combinan en un grupo (42).

8. Procedimiento según la reivindicación 7,

en donde las firmas (30) comprendidas en un grupo (42) son transmitidas a un dispositivo (44) destinado a ejecutar un procedimiento de aprendizaje automático.

9. Procedimiento según la reivindicación 7,

en donde las firmas (30) comprendidas en un grupo (42) son transmitidas a un dispositivo (44) destinado a ejecutar un procedimiento de evaluación estadística.

10. Procedimiento según la reivindicación 7,

en donde las firmas (30) comprendidas en un grupo (42) son transmitidas a un dispositivo (44) diseñado para ejecutar una representación visual de las firmas (30).

11. Programa informático (24) con medios de código de programa para ejecutar todos los pasos de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 cuando el programa informático (24) se ejecuta en un ordenador.

12. Medio de almacenamiento digital con señales de control legibles electrónicamente que pueden interactuar con un dispositivo programable, en particular un ordenador, de tal manera que un procedimiento se ejecuta según una de las reivindicaciones 1 a 10.

13. Dispositivo (10, 44), en particular un ordenador, con una unidad de procesamiento (22) y una memoria (20) en la cual está cargado un programa de ordenador (24) según la reivindicación 11, que durante el funcionamiento del dispositivo (10, 44) es ejecutado por su unidad de procesamiento (22).