JP2019125230A - 異常検知パラメータ調整表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異常検知に用いるパラメータを容易に決定することを可能とする異常検知パラメータ調整表示装置を提供すること。【解決手段】本発明の異常検知パラメータ調整表示装置１は、ユーザからの入力に基づいて機械設備２の稼働異常を検知するための判定用のパラメータを調整するパラメータ調整部３４と、機械設備２の稼動情報を収集するデータ収集部３０と、稼動情報に基づいて少なくとも１つのデータセットを作成するデータセット作成部３１と、パラメータに基づいてデータセットに対して該データセットが正常な稼動状態を示すものであるのか又は異常な稼動状態を示すものであるのかを判定する判定部３２と、データセットをグラフで表示する表示データを作成する表示部３３と、を備え、パラメータ調整部３４は、グラフのデータとパラメータとの関係が視覚的に把握できる位置に表示された調整手段を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、異常検知パラメータ調整表示装置に関する。

工場で稼動するロボットや工作機械等の機械設備は、ネットワークに接続されて管理されている。工場内に敷設されるネットワークに接続される装置には、例えば、ネットワークに接続された機械設備の稼動状況をはじめとする機械設備の情報に基づいて工場全体の稼動状態を監視する装置や、生産計画や人員、設備の情報に基づいて機械設備の稼動スケジュールを決定する装置等が存在する。

機械設備の稼働状況を管理するために用いられる稼働管理ソフトウェアでは、ユーザは取得した信号データに対して任意のしきい値を設定することで機械設備に生じた不具合を検出して警告を発するようにすることができる。しかしながら、機械設備に生じた不具合の中には、単純な閾値で検出することが難しい異常パターンも多く存在する。
そこで、新たに取得したデータが正常か異常かを診断するために用いることができる方法としてｋ近傍法を導入することが考えられる。ｋ近傍法は、あるデータ点が他のデータ点と比べて距離が近いか遠いかを判定する判定方法であり、単純な閾値だけでは検知できない、データの変化などを検知することが可能である（例えば、特許文献１）。

例えば、図６に例示するように、圧力センサにより検出された圧力のデータを所定のサンプリング周期で取得した時系列データに基づいて、機械設備の動作異常を検出することを考える。圧力センサにより検出された圧力の値がある所定の範囲内から外れた場合に機械設備の動作が異常であると判定する場合、図６に示すように圧力値の上限閾値と下限閾値を定め、上限閾値を超える圧力値が検出された場合、又は、下限閾値を下回る圧力値が検出された場合に、機械設備の動作が異常であると判定することができる。しかしながら、このような閾値を用いた動作異常の検出方法では、圧力センサの検出した圧力が上限閾値と下限域の範囲内にある時に、圧力の正常な変化から逸脱した場合を動作異常として検出することができない。この様な場合には、ｋ近傍法を用いて、正常な圧力の値の変化を示すデータ点からの距離が近いか遠いかで動作異常を判定することができる。この様に、ｋ近傍法による時系列データの異常検知手法は、他の時系列データの異常検知手法に比べて、直感的でユーザが理解しやすいという特徴がある。

特開２０１１−０７０６３５号公報

ｋ近傍法により時系列データに基づいて異常を検知する場合には、ユーザは、データの窓幅ｗ、異常度の閾値ε、異常度の計算を行うデータの個数ｋをそれぞれ決定し、異常検知の精度を調整することができる。しかしながら、時系列データの期待される値から外れた場合に異常として検出するか、というユーザの感覚を、これらのパラメータの設定に反映することはそれほど容易ではなく、決定したパラメータに基づいた時系列データの監視を繰り返し行い、ユーザの感覚から外れた判定が有った場合（ユーザが異常値であると考える値を異常として検出できなかった場合や、ユーザが正常値であると考える値を異常値として検出してしまった場合）にパラメータの調整を行い、再び時系列データの監視を行う、といった作業を繰り返す必要があり、ユーザに労力が掛かるという課題がある。

そこで本発明の目的は、異常検知に用いるパラメータを容易に決定することを可能とする異常検知パラメータ調整表示装置を提供することである。

本発明の異常検知パラメータ調整表示装置は、稼働管理装置等により収集された信号データの中から、ユーザが正常データ乃至異常データとして指定したサンプルを画面に表示し、正常データ及び異常データを画面で確認しながらそれぞれのパラメータの調整をユーザが行えるようにする構成により、上記課題を解決する。

そして、本発明の一態様は、機械設備の稼動情報に基づいて、当該機械設備の稼働異常を検知するための判定用のパラメータのユーザによる調整を視覚的に支援する異常検知パラメータ調整表示装置であって、前記ユーザからの入力に基づいて前記パラメータを調整するパラメータ調整部と、前記機械設備の稼動情報を収集するデータ収集部と、前記稼動情報に基づいて少なくとも１つのデータセットを作成するデータセット作成部と、前記パラメータに基づいて前記データセットに対して該データセットが正常な稼動状態を示すものであるのか又は異常な稼動状態を示すものであるのかを判定する判定部と、前記データセットをグラフで表示する表示データを作成する表示部と、を備え、前記パラメータ調整部は、前記グラフのデータと前記パラメータとの関係が視覚的に把握できる位置に表示された調整手段を備える、異常検知パラメータ調整表示装置である。

本発明により、単純な閾値だけでは検知できない信号データの異常を検知するに際して、数理的な知識に乏しいユーザでも直感的な操作で時系列データの正常／異常を判定するために用いられるパラメータを調整することができるようになる。

一実施形態による異常検知パラメータ調整表示装置の概略的なハードウェア構成図である。 一実施形態による異常検知パラメータ調整表示装置の概略的な機能ブロック図である。 データセットの例を示す図である。 表示部による表示画面の例を示す図である。 パラメータ調整部が提供する調整手段の例を示す図である。 従来技術によるデータの異常判定の例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は本発明の一実施形態による異常検知パラメータ調整表示装置の要部を示す概略的なハードウェア構成図である。異常検知パラメータ調整表示装置１は、機械設備を制御する制御装置とネットワークを介して接続されたセルコンピュータ、ホストコンピュータ、クラウドサーバ等のコンピュータとして実装することが出来る。また、異常検知パラメータ調整表示装置１は、例えば機械設備を制御する制御装置そのものや、制御装置と併設されたパソコン等として実装することも出来る。図１は、機械設備を制御する制御装置とネットワークを介して接続されたコンピュータとして異常検知パラメータ調整表示装置１を実装した場合の例を示している。

本実施形態による異常検知パラメータ調整表示装置１が備えるＣＰＵ１１は、異常検知パラメータ調整表示装置１を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に格納されたシステム・プログラムをバス２０を介して読み出し、該システム・プログラムに従って異常検知パラメータ調整表示装置１全体を制御する。ＲＡＭ１３には一時的な計算データや表示データ、図示しない入力部を介してオペレータが入力した各種データ等が一時的に格納される。

不揮発性メモリ１４は、例えば図示しないバッテリでバックアップされるなどして、異常検知パラメータ調整表示装置１の電源がオフされても記憶状態が保持されるメモリとして構成される。不揮発性メモリ１４には、図示しない外部記憶装置から読み込まれたプログラム乃至データ、キーボードやマウス等の入力装置７１から入力され、インタフェース１６を介して入力されたデータ、機械設備２からネットワーク３を介して（そして、インタフェース１８を介して）取得された各種データ等が記憶される。不揮発性メモリ１４に記憶されたプログラムは、利用時にはＲＡＭ１３に展開されても良い。また、ＲＯＭ１２には、異常検知パラメータ調整表示装置１の動作に必要な各種のシステム・プログラムがあらかじめ書き込まれている。また、異常検知パラメータ調整表示装置１は、ユーザに対して提供するべき情報をインタフェース１５を介して表示装置７０に表示する。

異常検知パラメータ調整表示装置１は、インタフェース１８を介して機械設備２に対して各種パラメータを設定する。また、異常検知パラメータ調整表示装置１は、インタフェース１８を介して機械設備２の各部から機械設備２を管理するために必要とされる各種データを取得する。

図２は、本発明の一実施形態による異常検知パラメータ調整表示装置１の概略的な機能ブロック図である。図２に示した各機能ブロックは、図１に示した異常検知パラメータ調整表示装置１が備えるＣＰＵ１１がシステム・プログラムを実行し、異常検知パラメータ調整表示装置１の各部の動作を制御することにより実現される。

本実施形態の異常検知パラメータ調整表示装置１は、データ収集部３０、データセット作成部３１、判定部３２、表示部３３、パラメータ調整部３４を備え、また、表示装置７０上に表示するグラフのデータセットを記憶するデータセット記憶部４０と、データの異常を検知するために用いられるパラメータを記憶するパラメータ記憶部４１とが不揮発性メモリ１４上に確保されている。

データ収集部３０は、管理対象となる機械設備２の稼動情報を収集する機能手段である。図２に示すように、異常検知パラメータ調整表示装置１がネットワーク３を介して機械設備２と接続されている場合には、データ収集部３０は、ネットワーク３を介してそれぞれの機械設備２から稼動情報を収集する。また、異常検知パラメータ調整表示装置１が制御装置上に実装されている場合には、データ収集部３０は、制御装置の各部から機械設備２の稼動情報を収集する。データ収集部３０は、例えば図示しない記憶装置に記憶された機械設備２の稼動情報を収集するようにしても良い。データ収集部３０が収集する稼動情報は、例えば機械設備２が備える駆動部の座標位置や移動速度、加速度、該駆動部を駆動するモータの電流値、電圧値等の物理量であっても良いし、機械設備２に取り付けられたセンサにより検出された温度、湿度、圧力、座標位置、光度等の物理量であっても良い。また、これらの物理量に基づいて求められた値であっても良い。データ収集部３０は、これらのデータを所定サンプリング周期でサンプリングした時系列データとして取得し、データセット記憶部４０へと記憶する。

データセット作成部３１は、データ収集部３０が収集した時系列データから、表示装置７０上に表示するデータセットを作成する機能手段である。データセット作成部３１は、例えば図３に例示されるように、データ収集部３０が収集した時系列の中から指定された範囲のデータを１つのデータセットとして作成するようにしても良い。この様にする場合、データの範囲の数値指定は、ユーザからの入力装置７１によるデータの範囲の数値指定により行っても良いし、図３に示すように表示装置７０に対して時系列データをグラフ表示した上で、ユーザからの（ポインティングデバイス等の）入力装置７１による開始点と終了点の指定により行うようにしても良い。

データセット作成部３１が作成するデータセットには、更に、当該データセットがユーザから見て正常なものであるのか、異常なものであるのかということを示すタグ付けを行う。データセット作成部３１は、ユーザからの指定に基づいてデータセットに対してタグ付けを行うようにしても良い。また、データセット作成部３１は、例えば異常なデータセットを作成するという前提でユーザに時系列データの中からデータセットを作成させ、これにより作成されたデータセットに対して異常なデータであるというタグ付けを自動的に行うようにしても良い。いずれの方法を取る場合であっても、ユーザが選択して作成されたデータセットに対して、ユーザが指定したタグ（正常／異常）を付与できるのであればどのような方法を取っても良い。

データセット作成部３１は、作成したデータセットに対して正常／異常のタグ付けを行うに際して、更に、ユーザによる判定対象となるデータ部分（データ点等）の指定を受け付けて、受け付けた判定対象データ部分をデータセットと関連付けてデータセット記憶部４０に記憶するようにしても良い。例えば、ｋ近傍法に例示される正常／異常の判定を行う場合には、データセットに含まれるあるデータ点が、他のデータ点から見た場合に正常であるのか又は異常であるのかを判定することができる。この様な場合には、データセット作成部３１は、正常／異常のタグ付けを行うに際してユーザからデータセットの内のいずれの点について正常／異常のタグをつけるのかを受け付ける。なお、データセット全体に対して（例えば、データの推移のパターン等に対して）正常／異常の判定を行う場合には、この様な判定対象データ部分の指定は必要ない。

判定部３２は、データセット記憶部に記憶されたそれぞれのデータセット（及び判定対象データ部分）に対して、現在のパラメータ記憶部４１に記憶されているパラメータに基づいて判定を行い、その結果としての当該データセットの正常／異常の判定をそれぞれのデータセットと関連付けてデータセット記憶部４０に記憶する機能手段である。判定部３２による判定の例としては、ｋ近傍法が例示され、その場合、パラメータ記憶部４１には、ｋ近傍法の判定に用いられるパラメータとしてデータの窓幅ｗ、異常度の閾値ε、異常度の計算を行うデータの個数ｋが記憶されている。そして、判定部３２は、パラメータ記憶部４１に記憶されているデータの窓幅ｗ、異常度の閾値ε、異常度の計算を行うデータの個数ｋに基づいて、データセット記憶部４０に記憶されているそれぞれのデータセットに対して判定対象データ部分が正常であるのか、又は、異常であるのかを判定し、データセットの判定結果として該データセットと関連付けてデータセット記憶部４０に記憶する。

表示部３３は、データセット記憶部４０に記憶されている各データセットを表示装置７０に対して表示する機能手段である。図４は、表示部３３によるデータセット記憶部４０に記憶されている各データセットの表示例である。図４に示すように、表示部３３は、各データセットを判定部３２が判定した該データセットの正常／異常の判定結果が把握できるように表示する。表示部３３は、図４に示すように、指定されたタグが付与されたデータセットのみを表示装置７０上に表示するようにしても良いし、各データセットに付与されているタグが把握できるようにした上で全てのデータセットを表示するようにしてもよい。表示部３３は、表示するべきデータセットが多い場合には、スクロールやページ切り替えなどの公知の表示方法により各データセットを表示するようにしても良い。表示部３３は、表示装置７０上にデータセットと一緒に現在パラメータ記憶部４１に記憶されているパラメータが確認できるように表示しても良い。

パラメータ調整部３４は、ユーザによる入力装置７１からの入力に基づいて、パラメータ記憶部４１に記憶されたパラメータの値を調整する機能手段である。パラメータ調整部３４は、例えば、図５に例示するように、画面に表示されたデータセットのグラフ上にそれぞれのパラメータの調整手段をグラフの表示と対応させて表示し、該調整手段への入力を受け付けることにより、ユーザによるパラメータの値の調整を受け付ける。この場合、パラメータの調整手段を表示する位置は、グラフに表示されたデータと各パラメータとの関係が視覚的に把握できる位置に表示することが望ましい。図５に示した例では、ｋ近傍法のパラメータであるデータの窓幅ｗは、判定対象となるデータ点からどれだけの範囲にあるデータを判定の基準として用いるかを示すパラメータであり、また、異常度の閾値εは、異常値と判断する割合（データの離れ具合）を示すパラメータであるから、図５に示す位置にそれぞれのパラメータの調整手段を表示すると、パラメータの値の意味とユーザの視覚的な直感が連動してよりわかりやすくなる。

パラメータ調整部３４は、ユーザからのパラメータの値の調整を受け付けた際に、調整されたパラメータの値をパラメータ記憶部４１に対して記憶すると共に、判定部３２に対してデータセット記憶部４０に記憶されている各データセットに対する判定（再判定）を行うように指令し、判定部３２による判定（再判定）処理が完了した後に、表示部３３に対してデータセットの表示を更新するように指令する。

以上の構成により、ユーザがパラメータを調整することに呼応して、調整されたパラメータに基づいた判定部３２による各データセットの正常／異常の判定が変更される。ユーザは、例えば画面上に異常としてタグ付けしたデータセットのみを表示した状態で、各パラメータに対して調整を行うことにより表示されている全てのデータセットに対して判定部３２が異常と判定するようにパラメータを調整することで、数理的な知識に乏しいユーザでも直感的に時系列データの正常／異常を判定するために用いられるパラメータを調整することができるようになる。

なお、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例のみに限定されることなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。
例えば、上記した実施形態では、判定部３２による判定方法の例としてｋ近傍法を示したが、画面上にグラフ等で表示されたデータセットに対して視覚的に正常／異常の判定を行えるようなデータセットであって、正常／異常の判定とパラメータとの関係が視覚的に把握し易い判定方法であれば、他の判定方法を用いるようにしても良い。

また、上記した実施形態では、対象として判定の対象として時系列データ（時間軸に対する変化する所定のデータ）を例示しているが、２以上の値が連動して変化するデータであれば時間軸を基準としたデータを対象としなくても良い。例えば、射出成形機におけるノズル位置の変化に対する圧力の変化を示すデータのセット等に対しても適用することが可能である。

１ 異常検知パラメータ調整表示装置
２ 機械設備
３ ネットワーク
１１ ＣＰＵ
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ 不揮発性メモリ
１５ インタフェース
１６ インタフェース
１８ インタフェース
２０ バス
３０ データ収集部
３１ データセット作成部
３２ 判定部
３３ 表示部
３４ パラメータ調整部
４０ データセット記憶部
４１ パラメータ記憶部
７０ 表示装置
７１ 入力装置

Claims (1)

1. 機械設備の稼動情報に基づいて、当該機械設備の稼働異常を検知するための判定用のパラメータのユーザによる調整を視覚的に支援する異常検知パラメータ調整表示装置であって、
   前記ユーザからの入力に基づいて前記パラメータを調整するパラメータ調整部と、
   前記機械設備の稼動情報を収集するデータ収集部と、
   前記稼動情報に基づいて少なくとも１つのデータセットを作成するデータセット作成部と、
   前記パラメータに基づいて前記データセットに対して該データセットが正常な稼動状態を示すものであるのか又は異常な稼動状態を示すものであるのかを判定する判定部と、
   前記データセットをグラフで表示する表示データを作成する表示部と、
   を備え、
   前記パラメータ調整部は、前記グラフのデータと前記パラメータとの関係が視覚的に把握できる位置に表示された調整手段を備える、
   異常検知パラメータ調整表示装置。

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