(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
機器又は設備の異常の発生を検出する監視装置であって、前記機器又は設備の異常の発生を検出するためのモデルを記憶する記憶手段を有する監視装置に用いられる監視方法において、
前記機器又は設備の運転状態を示す運転データを取得する取得手順と、
前記取得手順により前記運転データが取得されると、該運転データと、前記記憶手段に記憶されている前記モデルとに基づいて、Q統計量及びT2統計量を算出する算出手順と、
前記算出手順により算出された前記Q統計量及びT2統計量に基づいて、前記モデルの再作成が必要であるか否かを判定する判定手順と、
前記判定手順により前記モデルの再作成が必要であると判定された場合、前記モデルの再作成が必要であることを通知する通知手順と、
を有し、
前記判定手順は、
前記算出手順により算出された前記Q統計量の寄与度の分散と、前記算出手順により算出された前記T2統計量の寄与度の分散とのいずれか一方が、所定の閾値以上である場合、前記モデルの再作成が必要であると判定する、監視方法。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0011】
[第一の実施形態]
<システム構成>
まず、本実施形態に係る監視システム1のシステム構成について、
図1を参照しながら説明する。
図1は、第一の実施形態に係る監視システム1の一例のシステム構成図である。
【0012】
図1に示すように、本実施形態に係る監視システム1は、監視装置10と、1台以上の制御装置20とが、例えばLAN(Local Area Network)等のネットワークNを介して通信可能に接続されている。また、制御装置20には、1台以上の機器30が接続されている。ここで、機器30は、制御装置20により制御される各種設備やプラント等であり、例えば、食品や半導体、鉄鋼等の各種製品の製造プロセス等を行う。
【0013】
監視装置10は、機器30の製造プロセス等で発生した異常を検知する情報処理装置であり、例えば、デスクトップ型PC、ノート型PC等である。なお、監視装置10は、例えば、スマートフォンやタブレット端末等であっても良い。
【0014】
監視装置10のユーザ(例えば、製品の製造工場におけるオペレータ等)は、監視装置10を用いることで、製造プロセス等で異常が発生したことを知ることができる。なお、監視装置10は、例えば、機器30の正常な運転状態を示す運転データから予め作成されたモデルに基づいて、異常の発生を検知する。
【0015】
また、監視装置10は、異常発生の検知に用いるモデルの再作成が必要であるか否か判定する。そして、監視装置10は、モデルの再作成が必要であると判定した場合には、その旨をユーザに通知する。これにより、本実施形態に係る監視装置10のユーザは、異常発生の検知に用いるモデルの再作成が必要であることを知ることができる。
【0016】
制御装置20は、機器30を制御する装置であり、例えば、PLC(Programmable Logic Controller)等である。制御装置20は、例えば各種センサ等により計測された機器30の運転状態を示す運転データを取得して、監視装置10に送信する。
【0017】
なお、機器30の運転状態は、例えば、機器30の所定の部品等の温度、圧力、流量等(これらは、「プロセス変数」とも称される。)を各種センサ等により計測することで表される。したがって、運転データは、1以上のプロセス変数により表されるベクトルデータである。
【0018】
また、各種センサ等は、機器30の運転状態を所定の時間毎に計測する。各種センサ等が機器30の運転状態を計測する所定の時間の間隔は、サンプリング周期とも称される。サンプリング周期は、例えば、数十ミリ秒乃至数十秒等である。
【0019】
機器30は、上述したように、制御装置20により制御され、製造プロセス等のプロセス処理を行う各種設備やプラント等である。
【0020】
なお、
図1に示す監視システム1は、一例であって、他の構成であっても良い。例えば、本実施形態に係る監視システム1は、複数台の監視装置10が含まれる構成であっても良い。
【0021】
<ハードウェア構成>
次に、本実施形態に係る監視装置10のハードウェア構成について、
図2を参照しながら説明する。
図2は、第一の実施形態に係る監視装置10の一例のハードウェア構成図である。
【0022】
図2に示すように、本実施形態に係る監視装置10は、入力装置11と、表示装置12と、外部I/F13と、RAM(Random Access Memory)14と、ROM(Read Only Memory)15とを有する。また、監視装置10は、CPU(Central Processing Unit)16と、通信I/F17と、記憶装置18とを有する。これらの各ハードウェアは、バスBにより通信可能に接続されている。
【0023】
入力装置11は、例えば、キーボードやマウス、タッチパネル等であり、ユーザが各操作を入力するのに用いられる。表示装置12は、例えば、LCD(Liquid Crystal Display)等であり、監視装置10による処理結果を表示する。なお、入力装置11及び表示装置12の少なくとも一方は、必要なときにバスBに接続して利用する形態であっても良い。
【0024】
外部I/F13は、外部装置とのインタフェースである。外部装置には、記録媒体13a等がある。これにより、監視装置10は、外部I/F13を介して、記録媒体13aの読み取りや書き込みを行うことができる。
【0025】
記録媒体13aには、例えば、フレキシブルディスク、CD、DVD、SDメモリカード、USBメモリ等がある。なお、記録媒体13aには、本実施形態を実現するプログラムが格納されても良い。
【0026】
RAM14は、電源を切ってもプログラムやデータを保持することができる不揮発性の半導体メモリである。ROM15には、監視装置10の起動時に実行されるBIOS(Basic Input/Output System)、OS(Operating System)設定、及びネットワーク設定等のプログラムやデータが格納されている。
【0027】
CPU16は、ROM15や記憶装置18等からプログラムやデータをRAM14上に読み出し、処理を実行することで、監視装置10全体の制御や機能を実現する演算装置である。
【0028】
通信I/F17は、監視装置10をネットワークNに接続するためのインタフェースである。これにより、監視装置10は、通信I/F17を介して、制御装置20とデータ通信を行うことができる。
【0029】
記憶装置18は、プログラムやデータを格納している不揮発性のメモリであり、例えば、HDD(Hard Disk Drive)やSSD(solid state drive)等である。記憶装置18に格納されるプログラムやデータには、本実施形態を実現するプログラム、監視装置10全体を制御する基本ソフトウェアであるOS、及びOS上において各種機能を提供するアプリケーションソフトウェア等がある。なお、記憶装置18は、格納しているプログラムやデータを所定のファイルシステムやDB(データベース)等により管理している。
【0030】
本実施形態に係る監視装置10は、上記のハードウェア構成を有することにより、後述するような各種処理を実現できる。
【0031】
<機能構成>
次に、本実施形態に係る監視装置10の機能構成について、
図3を参照しながら説明する。
図3は、第一の実施形態に係る監視装置10の一例の機能構成図である。
【0032】
図3に示すように、本実施形態に係る監視装置10は、データ取得部101と、データ補正部102と、指標値算出部103と、モデル判定部104と、再モデル化通知部105と、異常判定部106と、異常通知部107とを有する。これら各機能部は、監視装置10にインストールされた1以上のプログラムが、CPU16に実行させる処理により実現される。
【0033】
また、本実施形態に係る監視装置10は、モデル記憶部108を有する。当該記憶部は、例えば、記憶装置18を用いて実現可能である。なお、当該記憶部は、監視装置10とネットワークNを介して接続される記憶装置等を用いて実現されていても良い。
【0034】
データ取得部101は、制御装置20から送信された運転データを取得する。なお、運転データは、例えば、サンプリング周期毎に、制御装置20から送信される。
【0035】
データ補正部102は、データ取得部101により取得された運転データを補正する。ここで、運転データの補正とは、例えば、運転データに含まれるプロセス変数の欠損の補完処理や運転データに含まれる各プロセス変数の時刻同期処理等である。
【0036】
指標値算出部103は、モデル記憶部108に記憶されているモデルと、データ補正部102により補正された運転データとに基づいて、異常が発生したか否かを判定するための所定の指標値を算出する。ここで、所定の指標値は、例えば、Q統計量及びT
2統計量等である。
【0037】
モデル判定部104は、指標値算出部103により算出された指標値に基づいて、モデル記憶部108に記憶されているモデルの再作成が必要であるか否かを判定する。言い換えれば、モデル判定部104は、指標値算出部103により算出された指標値に基づいて、モデル記憶部108に記憶されているモデルの信頼性(すなわち、当該モデルに基づく異常検知の精度)が十分であるか否かを判定する。
【0038】
再モデル化通知部105は、モデル判定部104によりモデルの再作成が必要であると判定された場合、ユーザに対して、モデルの再作成を促す通知を行う。ここで、モデルの再作成を促す通知とは、例えば、モデルの再作成が必要であることを示すメッセージを表示装置12に表示させる、当該メッセージを含むメールを送信する等である。
【0039】
異常判定部106は、モデル判定部104によりモデルの再作成が必要でないと判定された場合、指標値算出部103により算出された指標値に基づいて、異常が発生したか否かを判定する。すなわち、異常判定部106は、指標値算出部103により算出された指標値に基づいて、プロセス処理で発生した異常を検知する。
【0040】
異常通知部107は、異常判定部106により異常が発生したと判定された場合、異常が発生したことを示す通知を行う。ここで、異常が発生したことを示す通知とは、例えば、プロセス処理に異常が発生したことを示すメッセージを表示装置12に表示させる、当該メッセージを含むメールを送信する等である。また、異常通知部107は、例えば、ブザー音等により異常の発生を通知しても良いし、回転灯を点灯させること等により異常の発生を通知しても良い。
【0041】
モデル記憶部108は、プロセス処理で発生した異常を検知するためのモデルを記憶する。ここで、モデルは、例えば、予め蓄積された機器30の正常な運転状態を示す運転データから作成される正常モデル等である。
【0042】
<処理の詳細>
次に、本実施形態に係る監視装置10の処理の詳細について説明する。以降では、本実施形態に係る監視装置10において、プロセス処理で発生した異常を検知する処理について、
図4を参照しながら説明する。
図4は、第一の実施形態に係る異常検知処理の一例を示すフローチャートである。なお、
図4に示す異常検知処理は、例えば、サンプリング周期毎に実行される。
【0043】
まず、監視装置10のデータ取得部101は、制御装置20から送信された運転データを取得する(ステップS401)。
【0044】
次に、監視装置10のデータ補正部102は、データ取得部101により取得された運転データを補正する(ステップS402)。すなわち、データ補正部102は、例えば、運転データに含まれるプロセス変数の欠損の補完処理、運転データに含まれる各プロセス変数の時刻同期処理等を行う。
【0045】
次に、監視装置10の指標値算出部103は、モデル記憶部108に記憶されているモデルと、データ補正部102により補正された運転データとに基づいて、所定の指標値を算出する(ステップS403)。なお、以降では、データ補正部102により補正された運転データも、単に「運転データ」と表す。
【0046】
ここで、指標値算出部103は、所定の指標値として、Q統計量及びT
2統計量を算出したものとする。ただし、指標値算出部103は、Q統計量及びT
2統計量のいずれか一方のみを算出しても良い。なお、Q統計量及びT
2統計量は、運転データと、モデルについて主成分分析(PCA:Principal Component Analysis)を行って得られるローディング行列とから算出することができる。
【0047】
次に、監視装置10のモデル判定部104は、指標値算出部103により算出されたQ統計量及びT
2統計量に基づいて、モデル記憶部108に記憶されているモデルの再作成が必要であるか否かを判定する(ステップS404)。
【0048】
ここで、Q統計量は、1以上のQ統計量の寄与度(これを「Q寄与度」と表す。)の和で表される。同様に、T
2統計量は、1以上のT
2統計量の寄与度(これを「T
2寄与度」と表す。)の和で表される。
【0049】
また、Q統計量は、1以上のQ寄与度から算出される分散(これを「Q分散」と表す。)が低い方が指標値として精度が高くなる。同様に、T
2統計量は、1以上のT
2寄与度から算出される分散(これを「T
2分散」と表す。)が低い方が指標値として精度が高くなる。
【0050】
したがって、モデル判定部104は、例えば、Q分散又はT
2分散の少なくとも一方が、予め設定された所定の閾値よりも大きい場合に、モデルの再作成が必要であると判定する。
【0051】
なお、モデル判定部104は、これに限られず、例えば、1以上のQ寄与度のうち、所定の個数のQ寄与度が、所定の閾値よりも大きい(又は小さい)場合に、モデルの再作成が必要であると判定しても良い。同様に、モデル判定部104は、例えば、1以上のT
2寄与度のうち、所定の個数のT
2寄与度が、所定の閾値よりも大きい(又は小さい)場合に、モデルの再作成が必要であると判定しても良い。
【0052】
また、モデル判定部104は、例えば、Q寄与度をQ統計量で除算して、100を掛けることで算出されるQ寄与率のうち、所定の個数のQ寄与率が、所定の閾値より大きい(又は小さい)場合に、モデルの再作成が必要であると判定しても良い。同様に、モデル判定部104は、例えば、T
2寄与度をT
2統計量で除算して、100を掛けることで算出されるT
2寄与率のうち、所定の個数のT
2寄与率が、所定の閾値より大きい(又は小さい)場合に、モデルの再作成が必要であると判定しても良い。
【0053】
このように、本実施形態に係る監視システム1では、モデル記憶部108に記憶されているモデルに基づいて算出される指標値の信頼性が低い(すなわち、精度が低い)場合には、当該モデルの再作成が必要であると判定する。
【0054】
ステップS404において、モデル判定部104によりモデルの再作成が必要であると判定されなかった場合、監視装置10の異常判定部106は、Q統計量及びT
2統計量に基づいて、異常が発生したか否かを判定する(ステップS405)。
【0055】
すなわち、異常判定部106は、Q統計量及びT
2統計量の少なくとも一方が、予め設定された所定の閾値より大きいか否かを判定する。そして、異常判定部106は、Q統計量及びT
2統計量の少なくとも一方が、予め設定された所定の閾値より大きい場合に、異常が発生したと判定する。これにより、異常の発生が検知される。
【0056】
ステップS405において、異常判定部106により異常が発生したと判定された場合、監視装置10の異常通知部107は、プロセス処理に異常が発生したことを示す通知を行う(ステップS406)。
【0057】
なお、異常通知部107は、例えば、異常の発生を示すメッセージを表示装置12に表示させても良いし、当該メッセージを含むメールを所定の端末(例えば、オペレータ等のスマートフォンやタブレット端末等)に送信しても良い。また、異常通知部107は、例えば、ブザー音等により異常の発生を通知しても良いし、回転灯を点灯させること等により異常の発生を通知しても良い。これにより、オペレータ等のユーザは、プロセス処理に異常が発生したことを知ることができる。
【0058】
一方、ステップS405において、異常判定部106により異常が発生したと判定されなかった場合、監視装置10は、処理を終了させる。
【0059】
ステップS404において、モデル判定部104によりモデルの再作成が必要であると判定された場合、監視装置10の再モデル化通知部105は、モデルの再作成を促す通知を行う(ステップS407)。
【0060】
ここで、再モデル化通知部105は、例えば、
図5に示す再モデル化通知画面G100を表示装置12に表示させることにより、モデルの再作成を促す通知を行う。ユーザは、例えば、
図5に示す再モデル化通知画面G100において、「モデル再作成」ボタンを押下することで、モデルの再作成を行うことができる。
【0061】
なお、再モデル化通知部105は、例えば、モデルの再作成を促すメッセージを含むメールを所定の端末(例えば、オペレータ等のスマートフォンやタブレット端末等)に送信しても良い。
【0062】
以上のように、本実施形態に係る監視システム1では、モデルの信頼性が低い場合には、モデルの再作成が必要であることをユーザに通知することができる。したがって、オペレータ等のユーザは、モデル記憶部108に記憶されているモデルを再作成することで、より精度の高い異常検知を行うことができるようになる。
【0063】
[第二の実施形態]
次に、第二の実施形態について説明する。第二の実施形態では、モデル判定部104によりモデルの再作成が必要であると判定された回数が所定の回数以上である場合に、モデルの再作成が必要であることを通知するものである。
【0064】
なお、第二の実施形態では、主に、第一の実施形態との相違点について説明し、第一の実施形態と同一の処理を行う箇所及び同一の機能を有する箇所については、第一の実施形態と同様の符号を付与し、その説明を省略する。
【0065】
<機能構成>
まず、本実施形態に係る監視装置10の機能構成について、
図6を参照しながら説明する。
図6は、第二の実施形態に係る監視装置10の一例の機能構成図である。
【0066】
図6に示すように、本実施形態に係る監視装置10は、再モデル化通知部105Aの機能が第一の実施形態と異なる。
【0067】
再モデル化通知部105Aは、モデル判定部104によりモデルの再作成が必要であると判定された回数をカウントする。そして、再モデル化通知部105Aは、カウント数が所定の閾値以上となった場合、モデルの再作成を促す通知を行う。
【0068】
<処理の詳細>
次に、本実施形態に係る監視装置10の処理の詳細について説明する。以降では、本実施形態に係る監視装置10において、プロセス処理で発生した異常を検知する処理について、
図7を参照しながら説明する。
図7は、第二の実施形態に係る異常検知処理の一例を示すフローチャートである。
【0069】
ステップS404において、モデル判定部104によりモデルの再作成が必要であると判定された場合、監視装置10の再モデル化通知部105Aは、モデルの再作成が必要であると判定された回数をカウントする(ステップS701)。すなわち、再モデル化通知部105Aは、例えば、監視装置10の起動時に「0」に初期化された変数Nを用いて、Nに「1」を加算する。
【0070】
次に、監視装置10の再モデル化通知部105Aは、カウント数が、予め設定された所定の閾値以上となったか否かを判定する(ステップS702)。すなわち、再モデル化通知部105Aは、変数Nの値が、予め設定された所定の閾値以上となったか否かを判定する。
【0071】
ステップS702において、カウント数が、所定の閾値以上となったと判定された場合、監視装置10の再モデル化通知部105Aは、モデルの再作成を促す通知を行うと共に、カウント数を初期化(すなわち、変数Nを「0」に初期化)する(ステップS703)。
【0072】
以上のように、本実施形態に係る監視システム1では、モデルの信頼性が低いと判定された回数をカウントした上で、カウント数が閾値以上となった場合に、モデルの再作成が必要であることをユーザに通知することができる。これにより、本実施形態に係る監視システム1では、より高い精度でモデルの再作成が必要か否かを判定することができるようになる。
【0073】
ここで、本実施形態に係る異常検知処理の他の例について、
図8を参照しながら説明する。
図8は、第二の実施形態に係る異常検知処理の他の例を示すフローチャートである。
【0074】
ステップS404において、モデル判定部104によりモデルの再作成が必要でないと判定された場合、監視装置10の再モデル化通知部105Aは、カウント数を初期化(すなわち、変数Nを「0」に初期化)する(ステップS801)。
【0075】
これにより、本実施形態に係る監視システム1では、連続してモデルの信頼性が低いと判定された回数をカウントした上で、カウント数が閾値以上となった場合に、モデルの再作成が必要であるとことをユーザに通知することができる。これにより、本実施形態に係る監視システム1では、より高い精度でモデルの再作成が必要か否かを判定することができるようになる。
【0076】
なお、本発明は、具体的に開示された上記の各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。