(57)【要約】【課題】  異常予兆診断のための物理モデルを可視化するユーザインターフェースを提供する。【解決手段】  時系列のセンサデータが入力されるプリプロセッサにおいて、入力されたセンサデータへ非線形関数を適用して潜在変数を生成する潜在変数生成部と、入力されたセンサデータへ、前記潜在変数生成部で生成された潜在変数を追加して変数とし、複数の変数を出力する潜在変数追加部と、前記潜在変数追加部により出力された複数の変数間を相関に応じてサブシステムへ分割するクラスタリング処理部と、前記クラスタリング処理部により分割されたサブシステムごとに、複数の変数の関係式を生成する関係式推定処理部と、物理モデルとして、前記クラスタリング処理部により分割されたサブシステムごとに、センサデータのノードと潜在変数のノードとを異なる形状で表示し、変数間の相関をノード間の線で表示するように制御する物理モデル表示部と、を備える。【選択図】図１
2019204162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時系列のセンサデータが入力されるプリプロセッサにおいて、
入力されたセンサデータへ非線形関数を適用して潜在変数を生成する潜在変数生成部と、
入力されたセンサデータへ、前記潜在変数生成部で生成された潜在変数を追加して変数とし、複数の変数を出力する潜在変数追加部と、
前記潜在変数追加部により出力された複数の変数間を相関に応じてサブシステムへ分割するクラスタリング処理部と、
前記クラスタリング処理部により分割されたサブシステムごとに、複数の変数の関係式を生成する関係式推定処理部と、
物理モデルとして、前記クラスタリング処理部により分割されたサブシステムごとに、センサデータのノードと潜在変数のノードとを異なる形状で表示し、変数間の相関をノード間の線で表示するように制御する物理モデル表示部と、を備えたこと
を特徴とするプリプロセッサ。
【請求項２】
請求項１に記載のプリプロセッサにおいて、
前記物理モデル表示部は、
複数のサブシステムを異なる色で表示するように制御すること
を特徴とするプリプロセッサ。
【請求項３】
請求項２に記載のプリプロセッサにおいて、
前記物理モデル表示部は、
変数へ予め設定された重要性に応じたサイズと、前記関係式推定処理部により関係式を求めるために算出される線形回帰の残差に基づく予測精度に応じた濃さとで、ノードを表示するように制御し、
変数間の相関の強さに応じた幅と、変数間の相関の時間変化に応じた濃さで、ノード間の線を表示するように制御すること
を特徴とするプリプロセッサ。
【請求項４】
請求項３に記載のプリプロセッサにおいて、
前記物理モデル表示部は、
相関が表示された変数間の関係式を表示するように制御すること
を特徴とするプリプロセッサ。
【請求項５】
請求項４に記載のプリプロセッサにおいて、
前記物理モデル表示部は、
指定されたノードをハイライトして表示するように制御し、
指定されたノードに対応する変数あるいは潜在変数を目的変数とし、指定されていないノードに対応する変数あるいは潜在変数を説明変数とする関係式を表示するように制御し、
表示された関係式の係数および定数を、ノード間の線およびノードと共に表示するように制御すること
を特徴とするプリプロセッサ。
【請求項６】
請求項３に記載のプリプロセッサにおいて、
入力されたセンサデータはセンサの位置情報を含み、
前記物理モデル表示部は、
前記センサが設置された装置の構成を表示するように制御し、
前記装置の構成の表示と共に、前記センサの位置情報に基づいて、センサデータのノードを表示するように制御すること
を特徴とするプリプロセッサ。
【請求項７】
請求項３に記載のプリプロセッサにおいて、
センサデータの入力元となるセンサの情報を追加あるいは削除のための操作を受け付け、
前記センサが設置された装置を表す図形の入力のための操作を受け付けて、前記装置において追加された前記センサが設置された位置の入力のための操作を受け付け、
追加された前記センサの情報と、追加された前記センサが設置された位置とを関連付けるためのユーザ修正処理部を、さらに備えること
を特徴とするプリプロセッサ。
【請求項８】
請求項７に記載のプリプロセッサにおいて、
前記物理モデル表示部は、
前記装置の構成を表示するように制御し、
前記装置の構成の表示と共に、追加された前記センサが設置された位置に基づいて、センサデータのノードを表示するように制御すること
を特徴とするプリプロセッサ。
【請求項９】
請求項８に記載のプリプロセッサにおいて、
前記ユーザ修正処理部は、
前記潜在変数追加部により出力された複数の変数間を相関の有無を判定するための閾値を含むパラメータであって、前記物理モデル表示部により表示される物理モデルを決定するためのパラメータの値あるいは調整指示を受け付けること
を特徴とするプリプロセッサ。
【請求項１０】
請求項９に記載のプリプロセッサにおいて、
前記ユーザ修正処理部は、
調整指示を受け付けて、相関が特定される指示を受け付け、相関が有るという指示を受け付けると、受け付けたパラメータの値とは関わりなく、相関が有ると判定されるパラメータを決定すること
を特徴とするプリプロセッサ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のプリプロセッサにおいて、
前記ユーザ修正処理部は、
入力された複数のセンサデータの中で、指定されたセンサデータを処理対象から除外する操作を受け付ける、あるいは除外すると指定されたセンサデータを処理対象に戻す操作を受け付けること
を特徴とするプリプロセッサ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のプリプロセッサにおいて、
前記ユーザ修正処理部は、
前記潜在変数生成部により生成された複数の潜在変数の中で、指定された潜在変数を処理対象から除外する操作を受け付ける、あるいは除外すると指定された潜在変数を処理対象に戻す操作を受け付けること
を特徴とするプリプロセッサ。
【請求項１３】
請求項１２に記載のプリプロセッサにおいて、
前記ユーザ修正処理部は、
指定されたノードに対応する変数を目的変数とする関係式を表示において、表示された関係式の係数と定数の修正を受け付けること
を特徴とするプリプロセッサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異常予兆診断システムのプリプロセッサに関する。
【背景技術】
【０００２】
装置の稼働率や生産率を向上するために、データ解析手法を用いて装置のメンテナンスを改善する技術の一つとして異常予兆診断技術が用いられている。異常予兆診断技術では、診断の精度を向上するために、装置の構成や動作のメカニズムを反映する物理モデルを利用することが有効であると考えられている。
【０００３】
ここで、物理モデルは、装置の出力、入力、およびセンサデータなどの変数と、これらの変数および係数を用いて装置のメカニズムや状態を反映する数式とで構成されている。このような物理モデルの構築では、最初から適用可能な物理モデルを構築することが難しく、構築した物理モデルを表示し、ユーザにより修正されて再構築することが多い。
【０００４】
これに対して、診断のために物理モデルを適用することは行われており、特許文献１、２にも、診断に物理モデルを適用し、診断の結果などを表示することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−００８０９８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１８６３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１、２に記載されたように物理モデルを診断に適用することは可能である。しかしながら、適用した物理モデルを例えばテキストで表示しても、ユーザは物理モデルの状態を理解しにくく、修正も難しい。そして、特許文献１、２には、修正の容易性まで考慮して、物理モデルを可視化することに関する十分な記載は見当たらない。
【０００７】
そこで、本発明は、異常予兆診断のための物理モデルを可視化するユーザインターフェースを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る代表的な異常予兆診断システムのプリプロセッサは、時系列のセンサデータが入力されるプリプロセッサにおいて、入力されたセンサデータへ非線形関数を適用して潜在変数を生成する潜在変数生成部と、入力されたセンサデータへ、前記潜在変数生成部で生成された潜在変数を追加して変数とし、複数の変数を出力する潜在変数追加部と、前記潜在変数追加部により出力された複数の変数間を相関に応じてサブシステムへ分割するクラスタリング処理部と、前記クラスタリング処理部により分割されたサブシステムごとに、複数の変数の線形関係式を生成する関係式推定処理部と、物理モデルとして、前記クラスタリング処理部により分割されたサブシステムごとに、センサデータのノードと潜在変数のノードとを異なる形状で表示し、変数間の相関をノード間の線で表示するように制御する物理モデル表示部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、異常予兆診断のための物理モデルを可視化するユーザインターフェースを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】異常予兆診断システムの構成例を示す図である。
【図２】多次元時系列センサデータの例を示す図である。
【図３】潜在変数の例を示す図である。
【図４】センサＩＤと非線形関数と潜在変数の関係の例を示す図である。
【図５】変数をクラスタに分割した結果の例を示す図である。
【図６】変数のクラスタリングの例を示す図である。
【図７】ユーザインターフェースの例を示す図である。
【図８】物理モデルの可視化の例を示す図である。
【図９】関係式を表示する例を示す図である。
【図１０】多次元時系列センサデータ入力の画面の例を示す図である。
【図１１】多次元センサの関連情報入力の画面の例を示す図である。
【図１２】装置構成が入力された場合の物理モデルの可視化の例を示す図である。
【図１３】物理モデル構築用パラメータの設定画面の例を示す図である。
【図１４】多次元時系列センサデータの修正画面の例を示す図である。
【図１５】潜在変数の修正画面の例を示す図である。
【図１６】相関係数の修正画面の例を示す図である。
【図１７】関係式の修正画面の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態は、例えば、プリプロセッサと異常予兆診断処理部を含む異常予兆診断装置あるいは異常予兆診断システムである。プリプロセッサと異常予兆診断処理部の実施形態の例は、一般的なコンピュータであって、プロセッサがプログラムにしたがって処理するソフトウェアの実装であってもよいし、一般的なコンピュータではなく、専用のハードウェアの実装であってもよい。
【００１２】
以下、図面を参照しながら、異常予兆診断処理システムの実施形態の例を、実施例として詳しく説明する。
【００１３】
図１は、異常予兆診断システムの構成例を示す図である。異常予兆診断システムの入力は監視対象装置から収集した多次元時系列センサデータである。このために、多次元センサ３がプリプロセッサ１に接続され、多次元センサ３が出力する多次元時系列センサデータは、プリプロセッサ１で処理され、その処理結果がプリプロセッサ１から異常予兆診断処理部２に送信される。
【００１４】
プリプロセッサ１では、まず前処理部１１が、多次元時系列センサデータに対して欠陥データ処理、外れ値除去、あるいは正規化などの処理を行う。次に潜在変数追加部１２は、前処理部１１で処理された多次元時系列センサデータへ、潜在変数生成部１９において非線形関数の組み合わせにより生成された新しい変数を追加する。なお、この新しい変数を潜在変数と呼ぶ。潜在変数については後でさらに説明する。
【００１５】
潜在変数選択部１３は、潜在変数追加部１２により多次元時系列センサデータへ潜在変数が加わったデータの中で、任意のデータセット（データペア）の相関係数を計算し、セット（ペア）を１つずつ選択して、セットとなるデータの情報と相関係数をクラスタリング処理部１４へ出力する。
【００１６】
以下では、選択されて出力されたセットに含まれる多次元時系列センサデータと潜在変数とを区別することなく変数と呼ぶ。なお、潜在変数選択部１３は、予め設定された閾値より相関係数が低いセットを選択せず、クラスタリング処理部１４へ出力しなくてもよい。
【００１７】
クラスタリング処理部１４は、階層クラスタリング法を用いて、潜在変数選択部１３から入力した情報を処理し、変数間の相関のより複数の変数を複数のクラスタに分割する。この分割では、関連する複数の変数が１つのクラスタに含まれ、そのようなクラスタが複数生成される。
【００１８】
関係式推定処理部１５は、線形回帰分析法を用いて、クラスタリング処理部１４で分割されたクラスタごとに変数間の関係式を推定する。以上により、物理モデルが生成されるが、ここでの物理モデルは、変数と、変数間の相関係数と、変数間の関係式を含む。
【００１９】
物理モデル表示部１６は、生成された物理モデルを、ユーザインターフェース（ＧＵＩ）の一部として、図示を省略したディスプレイ装置などに表示する。ここでのユーザインターフェースは、物理モデルの各部分を修正するためのユーザインターフェースを含む。
【００２０】
ユーザ修正処理部１７は、ユーザインターフェースを介してユーザからの物理モデルに対する修正入力を受け付け、ユーザの修正入力を分析し、修正入力の分析結果から物理モデルの構築条件を生成し、生成した構築条件を潜在変数追加部１２へフィードバックとして送信する。
【００２１】
これに対して、潜在変数追加部１２が、生成された構成条件に応じて、潜在変数選択部１３、クラスタリング処理部１４、および関係式推定処理部１５へ転送してもよいし、ユーザ修正処理部１７が、生成した構成条件を潜在変数追加部１２以外に、潜在変数選択部１３、クラスタリング処理部１４、および関係式推定処理部１５へ送信してもよい。
【００２２】
なお、ユーザへの表示とユーザからの入力は他の装置で行われ、その装置とプリプロセッサはネットワーク経由で通信してもよく、物理モデル表示部１６とユーザ修正処理部１７はネットワーク経由での表示と入力を制御してもよい。
【００２３】
多次元センサ３が出力する多次元時系列センサデータに各多次元センサ３の物理単位情報がある場合、物理単位抽出部１８は、多次元時系列センサデータの物理単位を抽出し、潜在変数生成部１９へ出力する。潜在変数生成部１９は、予め定義された物理意味がある物理単位の組合せに対する潜在変数の算出手順にしたがって、潜在変数を生成する。
【００２４】
図２は、多次元時系列センサデータの例を示す図である。多次元時系列センサデータには、各データ（測定値）を記録した時刻情報２１、および各記録時点での各多次元センサ３の測定値２２〜２５が含まれる。図２に示すように、測定値２２〜２５の多次元のデータが、時刻情報２１にしたがった時系列のデータとなっている。
【００２５】
多次元時系列センサデータは、多次元センサ３の関連情報を含んでもよい。例えば、各多次元センサ３の物理単位（「ｂａｒ」、「Ｋ」など）が関連情報として含まれてもよい。
【００２６】
図３は、潜在変数の例を示す図である。図３に示した時刻情報３１と多次元時系列センサデータ３２〜３４は、図２に示した時刻情報２１と測定値２２〜２４にそれぞれ対応し、例えば多次元時系列センサデータ３２の多次元センサ３のセンサＩＤは「Ｘ」であり、以降、「Ｙ」と「Ｚ」もセンサＩＤである。
【００２７】
潜在変数は、多次元時系列センサデータの値と非線形関数とが組み合わされて生成される。例えば、図３に示した潜在変数３５〜３８の「Ｆ１（Ｘ、Ｙ）」と「Ｆ２（Ｙ、Ｚ）」などが潜在変数である。ここで、「Ｆ１」と「Ｆ２」などは非線形関数を表す。
【００２８】
このため、各記録時点に対して、多次元時系列センサデータの値から潜在変数の値は計算することができる。例えば、時刻情報２１が「２０１７／０１／０１  ０８：００：００」では、センサＩＤが「Ｘ」の多次元時系列センサデータ３２が「２．３」であり、センサＩＤが「Ｙ」の多次元時系列センサデータ３３が「６５」である。
【００２９】
これら「２．３」と「６５」を非線形関数の「Ｆ１」に適用すると、計算値は「１４９．５」となり、潜在変数３５の値となる。このような非線形関数の適用であるから、多次元時系列センサデータの値と潜在変数の値とは、同じフォーマットの時系列の値（データ）となる。
【００３０】
図４は、センサＩＤと非線形関数と潜在変数の関係の例を示す図である。図４に示したセンサＩＤ４１は、図３に示した多次元時系列センサデータ３２〜３４のセンサＩＤに対応し、図４に示した潜在変数４４は、図３に示した潜在変数３５〜３８の非線形関数とセンサＩＤとの関係に対応する。
【００３１】
関数ＩＤ４２は非線形関数を識別するためのＩＤであり、非線形関数４３は各関数ＩＤに対応する非線形関数の計算式である。ここで、非線形関数４３の「Ｖ１」などは、計算用変数（関数の引数）であり、「Ｖ１」は第１の引数であって「Ｖ２」は第２の引数である。
【００３２】
関数ＩＤ４２が「Ｆ１」の非線形関数の計算内容は、非線形関数４３に示すように「Ｖ１×Ｖ２」であるが、これは第１の引数の値と第２の引数の値とを乗算することを意味する。このため、潜在変数４４の「Ｆ１（Ｘ、Ｙ）」は、センサＩＤ４１が「Ｘ」の多次元時系列センサデータの値と、センサＩＤ４１が「Ｙ」の多次元時系列センサデータの値とが乗算された値として計算される。
【００３３】
また、潜在変数４４の「Ｆ４（Ｘ、Ｙ、Ｚ）」は、センサＩＤ４１が「Ｘ」の多次元時系列センサデータの値と、センサＩＤ４１が「Ｙ」の多次元時系列センサデータの値と、センサＩＤ４１が「Ｚ」の多次元時系列センサデータの値とが乗算された値の対数（「ＬＯＧ」）の値として計算される。
【００３４】
センサＩＤ４１の情報、潜在変数４４の情報、および関数ＩＤ４２と非線形関数４３の情報は、予め設定され、設定された潜在変数４４の情報について、潜在変数４４の情報に含まれるセンサＩＤの多次元時系列センサデータの値を適用して、図３に示した潜在変数３５〜３８の値のように、潜在変数の値が計算される。
【００３５】
図５は、変数をクラスタに分割した結果の例を示す図である。図５に示した表は、サブシステムのＩＤを示すサブシステムＩＤ５１と、サブシステムに含まれるメンバーを示すメンバー５２を含む。ここで、サブシステムはクラスタにより得られた変数の集まりであり、サブシステムとクラスタは対応する。
【００３６】
図５に示した例では、サブシステムＩＤ５１が「１」のサブシステムは、メンバーとして「Ｘ」、「Ｚ」、「Ｆ１（Ｘ、Ｙ）」、および「Ｆ２（Ｘ、Ｙ）」の４つの変数を含むことを表し、これら４つの変数間には相関がある。次に、サブシステムＩＤ５１が「４」と「５」の例を、図６を用いて説明する。
【００３７】
図６は、変数のクラスタリングの例を示す図である。複数の変数は、相関係数に応じてクラスタリングされ、相関係数の閾値に応じてクラスタに分割される。相関マトリックス６１は、「Ａ」〜「Ｄ」の４つの変数間の相関係数を表すマトリックスである。
【００３８】
まず、相関マトリックス６１の各相関係数に対して、「相違度＝１−｜相関係数｜」となる相違度が計算される。次に、「Ａ」〜「Ｄ」から構成されるセット（変数ペア）の中で、相違度が一番低い値となるセットが抽出され、「Ａ」と「Ｃ」との間にリンク６５が設定される。
【００３９】
そして、リンク６５、「Ｂ」、および「Ｄ」から構成されるセットの中で、相違度が一番低い値となるセットが抽出され、リンク６５と「Ｂ」との間にリンク６６が設定される。ここで、リンク６５と「Ｂ」との相違度は、「Ｂ」と「Ａ」および「Ｃ」のそれぞれとの相違度の最小値で計算される。
【００４０】
さらに、リンク６６と「Ｄ」から構成されるセットが抽出され、リンク６６と「Ｄ」との間にリンク６７が設定される。複数の変数を分割するために、相関があるかどうかを決めるための閾値６８が設定され、相違度が閾値６８を超えるリンク６７は削除され、残ったリンク６５〜６６が設定された変数が、同一クラスタになるように分割される。
【００４１】
図６に示した例では、「Ａ」と「Ｂ」と「Ｃ」とが「クラスタ４」となり、「Ｄ」が「クラスタ５」となるように分割される。ここでのクラスタは、装置構成のサブシステムを反映するので、これからサブシステムと呼ぶ。
【００４２】
このため、図５に示したように、サブシステムＩＤ５１が「４」のサブシステムのメンバーは、メンバー５２の「Ａ」と「Ｂ」と「Ｃ」となり、サブシステムＩＤ５１が「５」のサブシステムのメンバーは、メンバー５２の「Ｄ」となる。
【００４３】
関係式推定処理部１５は、各サブシステムの中で変数間の関係式を推定する。例えば、図６に示した例では、「サブシステム４」内の関係式を推定するために、まず「Ａ」を目的変数に設定し、「Ｂ」と「Ｃ」が説明変数に設定される。そして、線形回帰法で「Ａ」を「Ｂ」と「Ｃ」で表現する式が求められる。
【００４４】
線形回帰の結果の例は、「Ａ＝０．２×Ｂ＋０．４×Ｃ−０．６」である。次に、「Ｂ」を目的変数に設定し、「Ｂ」を「Ａ」と「Ｃ」で表現する式が求められ、「Ｃ」を表現する式も求められる。最後に、「サブシステム４」に対して、各変数を目的変数とする関係式がそれぞれ得られる。
【００４５】
得られた関係式の予測精度が評価されてもよい。例えば、線形回帰の残差を指標として、予測精度が評価されてもよい。得られた関係式の情報は、異常予兆診断処理部２へ送られ、異常予兆診断における正常状態の基準として用いられてもよい。
【００４６】
図７は、ユーザインターフェースの例を示す図である。ウィンドウ７１０は、「物理モデル構築」に関する情報を表示し、操作を受け付けるウィンドウであり、モデル表示領域７１１、情報表示領域７１２、および「入力」と「制御」と「修正」の３つのパネルを含み、各パネルは複数のボタンを含む。
【００４７】
「終了」のボタン７１３は、クリックされると、処理した結果が保存され、ウィンドウ７１０の表示が画面から消される。物理モデル表示部１６は、構築された物理モデル（変数、変数間相関係数、サブシステム、変数間関係式）の可視化の結果を、モデル表示領域７１１に表示する。可視化の例は、図８〜９を参照し後述する。
【００４８】
また、物理モデル表示部１６は、物理モデルの可視化前の情報（テキストの変数名や式など）を情報表示領域７１２に表示したり、モデル表示領域７１１の表示の一部がマウスなどで選択されれば、選択された部分に対応する詳細情報を情報表示領域７１２に表示したりする。さらに、情報表示領域７１２には、処理のログ情報とエラー情報などが表示されてもよい。
【００４９】
ユーザ修正処理部１７が、３つのパネルに含まれるボタンがクリックされた場合に、以下の処理を行う。具体的な処理内容は図１０〜１７を用いて後述する。「入力」パネルの「センサデータ」のボタン７１がクリックされると、図１０に示すようにセンサデータ読込みの画面が表示される。「関連情報」のボタン７２がクリックされると、図１１に示すような多次元センサ３の関連情報を入力するための画面が表示される。
【００５０】
「制御」パネルの「モデル構築」のボタン７３がクリックされると、入力された多次元時系列センサデータと関連情報を用いて、物理モデルを生成する。この物理モデルの生成は、前処理部１１と物理単位抽出部１８が処理を開始し、これらの処理の開始に対して、以降の各部の処理が続いてもよい。
【００５１】
「モデル適用」のボタン７４がクリックされると、構築された物理モデルが異常予兆診断処理部２へ送信され、物理モデルが異常予兆診断に適用される。「パラメータ設定」のボタン７５がクリックされると、図１３に示すように物理モデル構築のためのパラメータを確認でき、修正できる画面が表示される。
【００５２】
「修正」パネルの「センサ」のボタン７６がクリックされると、図１４に示すように多次元時系列センサデータを選択し、修正し、追加するための画面が表示される。「潜在変数」のボタン７７がクリックされると、図１５に示すように潜在変数のデータが表示され、潜在変数を修正し、削除し、追加するための画面が表示される。
【００５３】
「相関係数」のボタン７８がクリックされると、図１６に示すように物理モデルの相関の表示をマウスにより選択され、選択された相関の係数などを修正するための画面が表示される。「関係式」のボタン７９がクリックされると、図１７に示すように物理モデルの関係式の値をマウスにより選択され、選択された値に対応する関係式を修正するための画面が表示される。
【００５４】
図８は、モデル表示領域７１１で表示する物理モデルの可視化の例を示す図である。図８は白黒の図面であるので、色を表すため、凡例８１に示すように、色が塗り潰しパターンにより区別されている。凡例８１は説明のためのものであり、モデル表示領域７１１には表示されない。
【００５５】
図８の例は、３つのサブシステムの表示であり、各サブシステムは異なる色で表示される。サブシステムの色が付いている四角線でサブシステムの範囲が表示され、その四角線の外にサブシステムの番号（ＩＤ）が示されている。四角線の中には、サブシステムに属する変数、変数間の相関、変数間の関係式が表示される。
【００５６】
変数はノードで表示される。ノードの外形により変数の種類が区別される。例えば、外形が丸のノードはセンサを表し、外形が八角形のノードは潜在変数を表す。ノードの（外形の）サイズは、変数の重要度を表す。ここでの重要度は、物理モデルを構築するときに定義される指標である。
【００５７】
例えば、ユーザが各変数の重要度を１（参考）から１０（非常に重要）まで設定すれば、ノードのサイズはこの重要度の値により設定される。重要度はユーザ設定以外に、他の指標により計算されてもよい。
【００５８】
ノードの色はサブシステムの色と同じであるが、ノードの色の濃さは、そのノードの表す変数が目的変数である関係式の推定精度を表す。ノードには変数の名称が表示される。図８に示した例では、潜在変数が「Ｆ１」のように表示されているが、具体的な「Ｖ１×Ｖ２」と表示されてもよい。
【００５９】
また、マウスでノードが選択されると、選択されたノードに関連する情報が情報表示領域７１２に表示される。相関は、ノードを繋げる線で表示される。線の幅は相関の強さを表し、相関係数の絶対値により設定する。線の色の濃さは相関の安定性を表す。安定性は相関係数の時間変化から計算される。
【００６０】
例えば、予め設定された期間内で複数の相関係数値が計算され、計算結果の標準偏差を指標として線の色の濃さが設定されてもよい。変数間の因果関係の情報があれば、線に矢印を付けて因果関係が表示されてもよい。
【００６１】
図９は、関係式の表示の例を示す図である。説明を簡単にするため、１つのサブシステムについてのみの表示の例を示す。マウスでノードがクリックされると、クリックされたノードを目的変数とする関係式が選択される。例えば、変数が「Ｚ」のノードがクリックされると、「Ｚ」を目的変数とする関係式が選択される。
【００６２】
クリックされた目的変数（「Ｚ」）のノードの外形は、太い二重線でハイライトするが、関連する説明変数（「Ｆ１（Ｘ，Ｙ）」と「Ｆ２（Ｘ，Ｙ）」）のノードの外形は、普通の二重線でハイライトする。
【００６３】
そして、関係式の各変数に対する係数（「０．７５」と「−０．３」）が、説明変数のノードと目的変数のノードとの間に表示される。関係式の定数（「０．６」）は、目的変数のノードの近くに表示される。情報表示領域７１２には、選択された関係式がテキストで表示される。
【００６４】
図１０は、多次元時系列センサデータ入力の画面の例を示す図である。多次元時系列センサデータ入力の画面は、ウィンドウ１０１として表示される。例えば、図７に示したウィンドウ７１０で「センサデータ」のボタン７１がクリックされると、ウィンドウ１０１が開いてもよい。
【００６５】
多次元センサ３から入力された多次元時系列センサデータは、プリプロセッサ１でファイルに格納される。そのファイルが「参照」のボタン１０３を利用したユーザの操作で指定されると、指定されたファイルのファイル名が欄１０２に表示され、指定されたファイルのデータが読み込まれて欄１０４に表示される。
【００６６】
なお、「参照」のボタン１０３が利用されず、欄１０２に文字列でファイル名が入力されてもよい。欄１０４の表示内容は、図２に示したデータであるが、図１０の例では各多次元センサ３を「変数１」などと表している。「クリア」のボタン１０５がクリックされると、読み込まれたデータが削除される。
【００６７】
「保存」のボタン１０６がクリックされると、読み込まれたデータが解析対象の多次元時系列センサデータとして指定のファイルに保存される。保存されるファイルの指定は、欄１０２や「参照」のボタン１０３が利用される。「終了」のボタン１０７がクリックされると、ウィンドウ１０１が閉じられる。
【００６８】
図１１は、多次元センサ３の関連情報入力の画面の例を示す図である。ウィンドウ１１１には、関連情報１１２、装置構成図入力領域１１４、およびメニュー１１３が表示される。関連情報１１２には、複数の多次元センサ３の情報が表形式で表示される。
【００６９】
関連情報１１２の表の列は、多次元センサ３それぞれの情報が表示される。表の行は、センサ名、表示名、物理量、物理単位、およびサンプリングレートなどの情報が表示される。ユーザの操作により表の内容が入力されたり、修正されたりしてもよい。
【００７０】
各多次元センサ３で表示される項目すなわち表の行は、「＋」と「−」のボタンにより追加と削除されてもよい。これらの項目の情報は、物理モデル構築に利用される項目の情報であることが望ましい。
【００７１】
装置構成図入力領域１１４は、診断対象の装置の構成と多次元センサ３の位置とが入力され、表示される領域である。メニュー１１３の「バーツ」を利用して装置構成（の近似）の図面が入力され、メニュー１１３の「センサ」を利用して多次元センサ３の位置が入力される。
【００７２】
例えば、メニュー１１３の「パーツ」の図形がマウスで選択され、装置構成図入力領域１１４の任意の位置でマウスがクリックされると、クリックされた位置に図形が置かれてもよい。装置構成図入力領域１１４内に置かれた図形は、図形のサイズが変更されたり、図形の位置が移動されたりしてもよい。
【００７３】
メニュー１１３の「パーツ」では、様々な形状の図形が列挙され、装置構成図入力領域１１４内に置く作業が繰り返されて、実際の装置構成に近い図面が入力される。
【００７４】
メニュー１１３の「センサ」は、多次元センサ３を表す図形として２重丸であり、メニュー１１３の「センサ」の２重丸がマウスで選択され、装置構成図入力領域１１４の任意の位置でマウスがクリックされると、クリックされた位置に２重丸が置かれる。
【００７５】
そして、２重丸の位置は移動されてもよく、キーボードなどにより２重丸に番号が設定され、例えば「１」が番号として設定されると、関連情報１１２の「変数１」へ関連付けられてもよい。これにより、装置に実際に設置された多次元センサ３を表すことが可能になる。
【００７６】
なお、装置構成図入力領域１１４で入力された図形の形状、図形のサイズ、図形の位置、および多次元センサ３の位置の情報は予め設定されていてもよい。特に多次元センサ３の位置の情報は、多次元センサ３の「物理量」などの情報と共に取得されてもよいし、多次元時系列センサデータに含まれていてもよい。
【００７７】
そして、予め設定された情報は、入力されることなく、装置構成図入力領域１１４に表示される。図８ではノードと相関による物理モデルの表示の例を示したが、装置の構成と多次元センサ３の位置を含めて、物理モデルを可視化することも可能である。この表示の例を次に示す。
【００７８】
図１２は、装置構成が入力された場合の物理モデルの可視化の例を示す図である。「サブシステム１」と「サブシステム２」の可視化の例を図８に示したが、図１１に示した装置の構成と多次元センサ３の位置の情報があれば、図１２に示すように物理モデルが可視化される。図１２に示した物理モデルもモデル表示領域７１１に表示される。
【００７９】
変数を表すノードの表示内容および相関を表す線の表示内容は、図８と同じであるが、図１２に示した例では、装置の構成が表示され、「サブシステム１」と「サブシステム２」の多次元センサ３の位置に、その多次元センサ３に対応する変数のノードが表示される。
【００８０】
潜在変数のノードは、相関があり線で接続される複数のノードの中間に表示されるのが好ましいが、これに限定されるものではなく、他のノードの表示と重ならない位置が計算されて、計算された位置に表示されてもよい。
【００８１】
図１３は、物理モデル構築用のパラメータを設定する画面の例を示す図である。ウィンドウ１３１には、各パラメータに関する設定値が表形式で表示される。ウィンドウ１３１で表示される表の列は、パラメータの名称、パラメータの値、およびパラメータを自動調整するか否かの設定欄を含む。
【００８２】
表の行は、パラメータの種類と、各パラメータに対する設定である。パラメータの「自動調整」が「ＮＯ」の場合、パラメータの「値」に値がキーボードなどにより入力されたり、修正されたりしてもよい。パラメータの「自動調整」が「ＹＥＳ」の場合、パラメータの値が計算されて設定される。
【００８３】
例えば、パラメータの「相関有無判定」は、図６に示した閾値６８であってもよい。「相関有無判定」に対応する「自動調整」が「ＹＥＳ」の場合、単に０と１の平均値が計算されて設定されてもよいし、相違度の最小値と最大値の平均値が計算されて設定されてもよいし、サブシステムの個数が所定数となるように計算されて設定されてもよい。
【００８４】
また、パラメータの「自動調整」が「ＹＥＳ」の場合、図１６を用いて後述するユーザによる設定が反映するように、値が計算されてもよい。「保存」のボタン１３２がクリックされると、ウィンドウ１３１に表示されている設定値が保存され、保存された設定値が、その後の処理で適用される。ここで、自動調整の情報が保存されてもよい。
【００８５】
「終了」のボタン１３３がクリックされると、ウィンドウ１３１が閉じられる。「保存」のボタン１３２がクリックされることなく、「終了」のボタン１３３がクリックされると、新たな設定値が表示されていても、その新たな設定値は保存されることなく破棄される。
【００８６】
図１４は、多次元時系列センサデータの修正の画面の例を示す図である。ウィンドウ１４１には、読み込まれた多次元時系列センサデータが表形式で表示される。すなわち、ウィンドウ１４１の欄１４２には、各多次元センサ３すなわち各変数の値と、時刻とが対応付けられた表が表示される。
【００８７】
解析の対象となる多次元時系列センサデータを修正するために、欄１４２の中で多次元センサ３は追加されたり、削除されたりしてもよい。
【００８８】
多次元センサ３が選択され、すなわち選択される多次元センサ３に対応する変数の列が、欄１４２の表の中で選択され、「取り除く」のボタン１４４がクリックされると、選択された多次元センサ３の多次元時系列センサデータが解析から除外され、文字の表示の色が黒からグレーに変更される。
【００８９】
また、除外された多次元センサ３に対応する変数の列が選択され、「設ける」のボタン１４３がクリックされると、除外された多次元センサ３の多次元時系列センサデータが解析の対象に戻る。
【００９０】
また、「＋」のボタンまたは「追加」のボタン１４５がクリックされ、新たな多次元センサ３のセンサ名または変数名が指定されると、指定された多次元センサ３に対応する変数の列が追加される。
【００９１】
さらに、「保存」のボタン１４６がクリックされると、欄１４２で除外されず欄１４２に含まれている多次元時系列センサデーが保存される。「終了」のボタン１４７がクリックされると、ウィンドウ１４１が閉じられる。
【００９２】
図１５は、潜在変数の修正の画面の例を示す図である。ウィンドウ１５１の欄１５２には、潜在変数の値と時刻とが対応付けられた表が表示される以外は、図１４に示したウィンドウ１４１と同じであるので、説明を省略する。
【００９３】
図１６は、可視化画面での相関係数の修正の例を示す図である。モデル表示領域７１１と情報表示領域７１２は既に説明したとおりであり、モデル表示領域７１１には１つの物理モデル（サブシステム）が可視化されている。
【００９４】
ここで、例えば、モデル表示領域７１１に表示された物理モデルの「Ｆ１（Ｘ、Ｙ）」と「Ｚ」との間の線（相関）がダブルクリックされると、その相関に関する修正のためのウィンドウ１６０１が開かれる。線のダブルクリックの代わりに、図７に示したウィンドウ７１０の「修正」パネルの「相関係数」のボタン７８がクリックされてもよい。
【００９５】
ウィンドウ１６０１は、修正対象の相関関係にある２つの変数（ここでは「Ｆ１（Ｘ、Ｙ）」と「Ｚ」）、「相関係数」、「修正値」、および「相関有無」の表示を含む。「相関係数」の表示に対しては、ウィンドウ１６０１が表示された時点の相関係数の値が表示される。
【００９６】
キーボードなどからの数値の入力による相関係数の値の修正では、「修正値」の表示に対する欄に数値が入力される。「相関有無」の表示に対しては、ウィンドウ１６０１が表示された時点の相関の有無が表示され、図１６に示した例では相関の有ることが「ＹＥＳ」で表示されている。
【００９７】
また、図１３に示したウィンドウ１３１の「自動調整」が「ＹＥＳ」に設定されている場合、「修正値」の表示に対する数値の入力とはかかわりなく、「修正値」の表示に対する値が計算される。
【００９８】
すなわち、ウィンドウ１３１の「自動調整」が「ＹＥＳ」に設定されている状態で、ウィンドウ１６０１の「相関有無」の表示に対して、ユーザの操作によりＹＥＳが設定されれば、相関の有るようになる値が計算され、ユーザの操作によりＮＯが設定されれば、相関の無くなる値が計算される。
【００９９】
例えば、２つの変数の相関係数が０．７であるが、相関の有無の判定のための閾値が０．８に設定されれば、相関係数が０．７の２つの変数は相関が無いと判定される。そこで、「相関有無」の表示に対して、ユーザの操作によりＹＥＳが設定されれば、相関係数が低すぎるので、０．８を超える相関係数が計算されて設定されることにより調整される。
【０１００】
なお、相関の有無の判定のための閾値の方が、０．７未満に設定されて調整されてもよい。このような調整の処理により、ユーザが係数や閾値の調整の知識が無くても、試行錯誤と経験による判断で物理モデルを修正することが可能になる。
【０１０１】
「保存」のボタン１６０２がクリックされると、「修正値」の表示に対応する値が保存されて適用される。「終了」のボタン１６０３がクリックされると、ウィンドウ１６０１が閉じられる。
【０１０２】
図１７は、関係式の修正の画面の例を示す図である。モデル表示領域７１１と情報表示領域７１２は既に説明したとおりであり、モデル表示領域７１１には１つの物理モデル（サブシステム）が可視化され、関係式の各変数に対する係数と関係式の定数と共に表示されている。
【０１０３】
例えば、図７に示したウィンドウ７１０の「修正」パネルの「関係式」のボタン７９がクリックされ、モデル表示領域７１１に表示されたノードすなわち変数がマウスにより選択されると、選択された変数を目的変数とする関係式の修正のウィンドウ１７０１が開かれる。
【０１０４】
ウィンドウ１７０１は、「目的変数」、「関係式」、および「削除」の表示を含む。「目的変数」の表示に対しては、選択された変数の名称が表示される。「関係式」の表示に対しては、選択された変数を目的変数とする関係式が表示され、表示された関係式の係数と定数は、四角の欄で値を修正可能に表示される。
【０１０５】
また、修正ではなく関係式を削除するために、「削除」の表示に対して、ＹＥＳの設定が受け付けられる。そして、「保存」のボタン１７０２がクリックされると、関係式の係数と定数が保存されて適用される。「終了」のボタン１７０３がクリックされると、ウィンドウ１７０１が閉じられる。
【０１０６】
以上で説明したように、多次元時系列センサデータだけでは物理モデルの構築に不十分な場合であっても、潜在変数を追加して変数とすることにより、物理モデルの構築が可能になる。このように構築された物理モデルの変数を、多次元時系列センサデータと潜在変数とを区別可能に表示することにより、ユーザが物理モデルを理解しやすくなる。
【０１０７】
また、変数間の相関の情報も表示することにより、ユーザが物理モデルを理解しやすくなる。さらに、多次元センサの設置された装置と多次元センサとを構成図として表示することにより、ユーザが異常予兆診断システムとしても理解しやすくなる。
【０１０８】
一度では十分な物理モデルが構築できなかった場合であっても、表示した物理モデルに対して、多次元時系列センサデータの追加と削除、潜在変数の追加と削除、およびパラメータの設定、特に相関係数の設定と関係式の係数および定数の設定となどにより、物理モデルを修正することが可能になる。
【０１０９】
また、パラメータの自動調整により、ユーザにパラメータ調整の知識がなくても、物理モデルを修正することが可能になる。
【符号の説明】
【０１１０】
１：プリプロセッサ、１１：前処理部、１２：潜在変数追加部、１３：潜在変数選択部、１４：クラスタリング処理部、１５：関係式推定処理部、１６：物理モデル表示部、１７：ユーザ修正処理部、１８：物理単位抽出部、１９：潜在変数生成部
【図１】
2019204162.tif 000003
【図２】
2019204162.tif 000004
【図３】
2019204162.tif 000005
【図４】
2019204162.tif 000006
【図５】
2019204162.tif 000007
【図６】
2019204162.tif 000008
【図７】
2019204162.tif 000009
【図８】
2019204162.tif 000010
【図９】
2019204162.tif 000011
【図１０】
2019204162.tif 000012
【図１１】
2019204162.tif 000013
【図１２】
2019204162.tif 000014
【図１３】
2019204162.tif 000015
【図１４】
2019204162.tif 000016
【図１５】
2019204162.tif 000017
【図１６】
2019204162.tif 000018
【図１７】
2019204162.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月12日(2018.10.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時系列のセンサデータが入力されるプリプロセッサにおいて、
入力されたセンサデータへ非線形関数を適用して潜在変数を生成する潜在変数生成部と、
入力されたセンサデータへ、前記潜在変数生成部で生成された潜在変数を追加して変数とし、複数の変数を出力する潜在変数追加部と、
前記潜在変数追加部により出力された複数の変数間を相関係数に応じてサブシステムへ分割するクラスタリング処理部と、
前記クラスタリング処理部により分割されたサブシステムごとに、複数の変数の関係式を生成する関係式推定処理部と、
物理モデルとして、前記クラスタリング処理部により分割されたサブシステムごとに、センサデータのノードと潜在変数のノードとを異なる形状で表示し、変数間の相関係数をノード間の線で表示するように制御する物理モデル表示部と、を備えたこと
を特徴とするプリプロセッサ。
【請求項２】
請求項１に記載のプリプロセッサにおいて、
前記物理モデル表示部は、
複数のサブシステムを異なる色で表示するように制御すること
を特徴とするプリプロセッサ。
【請求項３】
請求項２に記載のプリプロセッサにおいて、
前記物理モデル表示部は、
変数へ予め設定された重要性に応じたサイズと、前記関係式推定処理部により関係式を求めるために算出される線形回帰の残差に基づく予測精度に応じた濃さとで、ノードを表示するように制御し、
変数間の相関係数の値に応じた幅と、変数間の相関係数の時間変化に応じた濃さで、ノード間の線を表示するように制御すること
を特徴とするプリプロセッサ。
【請求項４】
請求項３に記載のプリプロセッサにおいて、
前記物理モデル表示部は、
相関が表示された変数間の関係式を表示するように制御すること
を特徴とするプリプロセッサ。
【請求項５】
請求項４に記載のプリプロセッサにおいて、
前記物理モデル表示部は、
指定されたノードをハイライトして表示するように制御し、
指定されたノードに対応する変数あるいは潜在変数を目的変数とし、指定されていないノードに対応する変数あるいは潜在変数を説明変数とする関係式を表示するように制御し、
表示された関係式の係数および定数を、ノード間の線およびノードと共に表示するように制御すること
を特徴とするプリプロセッサ。
【請求項６】
請求項３に記載のプリプロセッサにおいて、
入力されたセンサデータはセンサの位置情報を含み、
前記物理モデル表示部は、
前記センサが設置された装置の構成を表示するように制御し、
前記装置の構成の表示と共に、前記センサの位置情報に基づいて、センサデータのノードを表示するように制御すること
を特徴とするプリプロセッサ。
【請求項７】
請求項３に記載のプリプロセッサにおいて、
センサデータの入力元となるセンサの情報を追加あるいは削除のための操作を受け付け、
前記センサが設置された装置を表す図形の入力のための操作を受け付けて、前記装置において追加された前記センサが設置された位置の入力のための操作を受け付け、
追加された前記センサの情報と、追加された前記センサが設置された位置とを関連付けるためのユーザ修正処理部を、さらに備えること
を特徴とするプリプロセッサ。
【請求項８】
請求項７に記載のプリプロセッサにおいて、
前記物理モデル表示部は、
前記装置の構成を表示するように制御し、
前記装置の構成の表示と共に、追加された前記センサが設置された位置に基づいて、センサデータのノードを表示するように制御すること
を特徴とするプリプロセッサ。
【請求項９】
請求項８に記載のプリプロセッサにおいて、
前記ユーザ修正処理部は、
前記潜在変数追加部により出力された複数の変数間を相関の有無を判定するための閾値を含むパラメータであって、前記物理モデル表示部により表示される物理モデルを決定するためのパラメータの値あるいは調整指示を受け付けること
を特徴とするプリプロセッサ。
【請求項１０】
請求項９に記載のプリプロセッサにおいて、
前記ユーザ修正処理部は、
調整指示を受け付けて、相関が特定される指示を受け付け、相関が有るという指示を受け付けると、受け付けたパラメータの値とは関わりなく、相関が有ると判定されるパラメータを決定すること
を特徴とするプリプロセッサ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のプリプロセッサにおいて、
前記ユーザ修正処理部は、
入力された複数のセンサデータの中で、指定されたセンサデータを処理対象から除外する操作を受け付ける、あるいは除外すると指定されたセンサデータを処理対象に戻す操作を受け付けること
を特徴とするプリプロセッサ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のプリプロセッサにおいて、
前記ユーザ修正処理部は、
前記潜在変数生成部により生成された複数の潜在変数の中で、指定された潜在変数を処理対象から除外する操作を受け付ける、あるいは除外すると指定された潜在変数を処理対象に戻す操作を受け付けること
を特徴とするプリプロセッサ。
【請求項１３】
請求項１２に記載のプリプロセッサにおいて、
前記ユーザ修正処理部は、
指定されたノードに対応する変数を目的変数とする関係式の表示において、表示された関係式の係数と定数の修正を受け付けること
を特徴とするプリプロセッサ。