JP2020170596A - Failure sign detection system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、家庭に設置された家庭用システム機器の故障予兆を推定する故障予兆検知システムに関する。 The present invention relates to a failure sign detection system that estimates a failure sign of a home system device installed in a home.
特許文献1には、定置式の発電設備の運転状態を遠隔監視して発電設備の予防保全を行う遠隔監視システムが開示されている。この遠隔監視システムは、発電設備の運転データを収集する監視端末と、監視端末から送信された運転データに基づいて発電設備の異常診断を行う遠隔監視センターとを備えている。遠隔監視センターでは、ガスエンジンの回転数やシリンダ出口排気温度等の運転データの解析結果に対する上下限判定や以前の解析結果との比較判定によって、発電設備における異常及びその兆候の有無が判定される。さらに、管理者等が、解析結果及び異常判定結果を監視用パソコンで閲覧し、その対応策を講じる。
半導体製造装置の分野では、その故障予知に機械学習を採用した装置が知られている。特許文献2による半導体製造装置の故障予知方法では、装置の状態を示す物理量から装置の特徴量が算出され、装置の正常時における特徴量の集合と装置の異常時における特徴量の集合とを用いて機械学習された識別回路によって、計測された特徴量が評価され、その評価結果が異常であった場合には、故障予知処理が行われる。さらに、故障タイプ(異常部位)ごとに、正常状態から故障状態に至るまでの特徴量の経時変化が故障モデルデータとして登録されている。異常時には、登録されている全ての故障モデルデータの各時点での特徴量ベクトルと判定対象の特徴量ベクトルとの乖離度(マハラノビス距離)に基づいて、最も可能性の高い異常発生部位が判定されることも開示されている。
In the field of semiconductor manufacturing equipment, equipment that employs machine learning for failure prediction is known. In the failure prediction method for semiconductor manufacturing equipment according to
特許文献1のような発電設備の遠隔監視システムでは、運転データの解析結果に対して、単純な上下限判定や以前の解析結果との比較判定を行うだけなので、故障予兆の推定を正確に行うことは困難である。特許文献2による故障予知方法は、工場に設置され、厳密に管理された条件下で稼働する半導体製造装置の故障予知には適しているかもしれないが、一般家庭に設置され、種々の使用条件で稼働する家庭用システム機器には、不適切である。特に、各家庭に設置された家庭用システム機器の故障停止に至る前の予兆を個別に推定する場合、家庭によって家庭用システム機器の運転状態が異なるため、特許文献2による故障予知方法の適用は困難である。
In a remote monitoring system for power generation equipment such as
上記実情に鑑み、各家庭に設置される家庭用システム機器の故障停止に至る前の予兆を迅速かつ適切に判定することができる故障予兆検知システムが要望されている。 In view of the above circumstances, there is a demand for a failure sign detection system capable of quickly and appropriately determining a sign before a failure of household system equipment installed in each home occurs.
本発明による故障予兆検知システムは、各家庭に設置された家庭用システム機器のための故障予兆検知システムであり、前記家庭用システム機器の運転状態を示す複数種の時系列運転状態データからなる運転状態データ群を前記各家庭からデータ通信網を介して取得する運転状態データ取得部と、前記家庭用システム機器の特定運転状態を特徴づける特定特徴データを設定する特定特徴データ設定部と、前記家庭用システム機器の前記特定運転状態を示す特定運転状態データ群を入力して前記特定特徴データを出力するように学習された機械学習ユニットと、前記各家庭から取得した通常時の前記運転状態データ群を学習済の前記機械学習ユニットに入力することで出力される通常時特徴データと前記特定特徴データとに基づいて故障予兆の存否を判定する故障予兆判定部とを備える。 The failure sign detection system according to the present invention is a failure sign detection system for home system devices installed in each home, and is an operation composed of a plurality of types of time-series operating state data indicating the operating states of the home system devices. An operation state data acquisition unit that acquires a state data group from each household via a data communication network, a specific feature data setting unit that sets specific feature data that characterizes a specific operation state of the household system device, and the household. A machine learning unit learned to input the specific operation state data group indicating the specific operation state of the system device and output the specific feature data, and the normal operation state data group acquired from each household. Is provided with a failure sign determination unit that determines the presence or absence of a failure sign based on the normal time feature data output by inputting the above-learned machine learning unit and the specific feature data.
この構成によれば、各家庭からデータ通信網を介して取得された家庭用システム機器の運転状態を示す運転状態データ群から、各家庭用システム機器の運転状態を特徴づける通常時特徴データが出力される。この出力された通常時特徴データと、家庭用システム機器の特定運転状態を特徴づける特定特徴データとに基づいて、例えば、この2つのデータを比較(類似度比較や相違度比較やデータ距離尺度比較など)することで、判定対象となる家庭用システム機器が故障となる予兆を示しているかどうかを、判定することができる。特定特徴データは、複数種の運転状態データが正規化されている場合には、単純な数値でもよい。正確な故障予兆を判定するためには、特定特徴データを1つ以上の要素を有するベクトルで表すことが好ましい。 According to this configuration, the normal time feature data that characterizes the operating state of each household system device is output from the operating state data group indicating the operating state of the household system device acquired from each home via the data communication network. Will be done. Based on the output normal feature data and the specific feature data that characterizes the specific operating state of the home system equipment, for example, these two data are compared (similarity comparison, difference degree comparison, data distance scale comparison). By doing so, it is possible to determine whether or not the household system device to be determined shows a sign of failure. The specific feature data may be a simple numerical value when a plurality of types of operating state data are normalized. In order to determine an accurate failure sign, it is preferable to represent the specific feature data as a vector having one or more elements.
本発明の第1の実施形態では、前記機械学習ユニットは、故障した前記家庭用システム機器における故障前の一定期間にわたる前記運転状態データ群である故障前運転状態データ群を入力することで、前記特定特徴データとして故障時特徴データを出力するように学習し、前記故障予兆判定部は、前記通常時特徴データと前記故障時特徴データとを比較することで、前記故障予兆の存否を判定する。この構成では、定期的に取得される運転状態データ群のうち、実際の故障発生に至る一定期間前(例えば1か月前)のデータである運転状態データ群(故障時特徴データ群)と故障時特徴データとを用いて機械学習ユニットを学習させているので、通常時の前記運転状態データ群を入力することで出力される通常時特徴データと故障時特徴データとを比較することで、故障予兆の存否を判定することができる。例えば、通常時特徴データと故障時特徴データとが所定の類似度を示している場合、故障予兆が検知されていると判定できる。 In the first embodiment of the present invention, the machine learning unit inputs the pre-failure operating state data group, which is the operating state data group for a certain period before the failure of the failed home system device, by inputting the pre-failure operating state data group. Learning to output failure feature data as specific feature data, the failure sign determination unit determines the existence or nonexistence of the failure sign by comparing the normal feature data with the failure feature data. In this configuration, among the operation status data groups that are periodically acquired, the operation status data group (fault feature data group) and the failure data that are data before a certain period (for example, one month) before the actual failure occurs. Since the machine learning unit is trained using the time feature data, the failure can be achieved by comparing the normal feature data output by inputting the normal operation state data group with the failure feature data. It is possible to determine the presence or absence of a sign. For example, when the normal feature data and the failure feature data show a predetermined degree of similarity, it can be determined that a failure sign has been detected.
本発明の第2の実施形態では、前記機械学習ユニットは、正常状態の前記家庭用システム機器における一定期間にわたる前記運転状態データ群である正常運転状態データ群を入力することで、前記特定特徴データとして正常時特徴データを出力するように学習し、前記故障予兆判定部は、前記通常時特徴データと前記正常時特徴データとを比較することで、前記故障予兆の存否を判定する。この構成では、正常状態の家庭用システム機器における正常運転状態データ群と正常時特徴データとを用いて機械学習ユニットを学習させているので、通常時の前記運転状態データ群を入力することで出力される通常時特徴データと正常時特徴データとを比較することで、現状の家庭用システム機器が正常状態であるか非正常状態であるかを判定することができる。通常時特徴データが正常時特徴データから許容範囲以上に離れている場合、現状の家庭用システム機器が非正常状態とみなされ、故障予兆が判定される。 In the second embodiment of the present invention, the machine learning unit inputs the normal operation state data group, which is the operation state data group over a certain period of time in the home system device in the normal state, to obtain the specific feature data. The failure sign determination unit determines the existence or nonexistence of the failure sign by comparing the normal feature data with the normal feature data. In this configuration, since the machine learning unit is trained using the normal operation state data group and the normal time feature data in the home system device in the normal state, it is output by inputting the normal operation state data group. By comparing the normal feature data and the normal feature data, it is possible to determine whether the current home system equipment is in a normal state or an abnormal state. If the normal feature data is more than the permissible range from the normal feature data, the current home system equipment is considered to be in an abnormal state, and a failure sign is determined.
本発明の第3の実施形態では、前記機械学習ユニットは、正常状態の前記家庭用システム機器における一定期間にわたる前記運転状態データ群である正常運転状態データ群を入力することで、前記特定特徴データとして前記正常運転状態データ群のマハラノビス距離群である正常時マハラノビス距離群を出力するように学習し、前記故障予兆判定部は、前記各家庭から取得した通常時の前記運転状態データ群を学習済の前記機械学習ユニットに入力することで出力される通常時マハラノビス距離群と前記正常時マハラノビス距離群とを比較することで、前記故障予兆の存否を判定する。この構成では、正常状態の家庭用システム機器における正常運転状態データ群とその際の正常時マハラノビス距離群とを用いて機械学習ユニットを学習させているので、通常時の運転状態データ群を入力することで出力される通常時マハラノビス距離群と正常時マハラノビス距離群とを比較することで、現状の家庭用システム機器が正常状態であるか非正常状態であるかを判定することができる。通常時マハラノビス距離群の値が正常時マハラノビス距離群の値に対して許容以上に離れている場合、現状の家庭用システム機器が非正常状態とみなされ、故障予兆が判定される。 In the third embodiment of the present invention, the machine learning unit inputs the normal operation state data group, which is the operation state data group over a certain period of time in the home system device in the normal state, to obtain the specific feature data. As a result, it is learned to output the normal Mahalanobis distance group, which is the Mahalanobis distance group of the normal operation state data group, and the failure sign determination unit has learned the normal operation state data group acquired from each household. By comparing the normal Mahalanobis distance group output by inputting to the machine learning unit and the normal Mahalanobis distance group, the presence or absence of the failure sign is determined. In this configuration, since the machine learning unit is trained using the normal operating state data group in the normal state home system equipment and the normal Mahalanobis distance group at that time, the normal operating state data group is input. By comparing the normal Mahalanobis distance group and the normal Mahalanobis distance group, it is possible to determine whether the current home system equipment is in a normal state or an abnormal state. If the value of the normal Mahalanobis distance group is more than acceptable with respect to the value of the normal Mahalanobis distance group, the current home system equipment is considered to be in an abnormal state, and a failure sign is determined.
本発明の好適な実施形態では、前記家庭用システム機器は燃料電池コージェネレーション装置である。燃料電池コージェネレーション装置は、家屋内に電気エネルギーや熱エネルギーを供給するために配置されており、複雑なシステム機器から構成されている。したがって、従来技術では、その運転状態の異常(故障)やその予兆を検知することが困難であったが、本発明による故障予兆検知システムの採用により、故障予兆検知が改善される。特に、燃料電池コージェネレーション装置の主要構成部材であるホットモジュールが高額であることから、ホットモジュールの故障防止は、燃料電池コージェネレーション装置のメンテナンス費用の低減に大きく貢献する。 In a preferred embodiment of the present invention, the home system device is a fuel cell cogeneration device. The fuel cell cogeneration system is arranged to supply electric energy and thermal energy to the inside of the house, and is composed of complicated system equipment. Therefore, in the prior art, it is difficult to detect an abnormality (failure) in the operating state and a sign thereof, but by adopting the failure sign detection system according to the present invention, the failure sign detection is improved. In particular, since the hot module, which is a main component of the fuel cell cogeneration apparatus, is expensive, prevention of failure of the hot module greatly contributes to reduction of maintenance cost of the fuel cell cogeneration apparatus.
本発明のその他の特徴、作用及び効果は、以下の図面を用いた本発明の説明によって明らかにされる。 Other features, actions and effects of the present invention will be clarified by the description of the present invention with reference to the following drawings.
以下の実施の形態の説明では、本発明に係る故障予兆検知システムを採用した家庭用システム機器として、燃料電池コージェネレーション装置を取り上げる。この燃料電池コージェネレーション装置1は、図1に概略的に示すように、家屋内に電気エネルギーや熱エネルギーを供給するために配置されている。故障予兆検知システムは、燃料電池コージェネレーション装置における故障予兆を検知する。故障予兆検知システムは、実質的には、ガスサービスセンタに設置されている管理コンピュータ5に構築されている。各家屋に配備された燃料電池コージェネレーション装置1の制御ユニット2と管理コンピュータ5とは、インターネットや公衆回線などからなるデータ通信網DNを通じて接続されている。これにより、管理コンピュータ5と制御ユニット2との間で種々の情報が送受信可能である。
In the following description of the embodiment, the fuel cell cogeneration apparatus will be taken up as a household system device adopting the failure sign detection system according to the present invention. As shown schematically in FIG. 1, the fuel
燃料電池コージェネレーション装置1は、図2に示すように、構成要素として、燃料電池ユニット12、貯湯タンク11、バックアップ熱源機13を備え、都市ガスから水素を取り出して、空気中の酸素と反応させて発電し、同時に発生する熱でお湯を沸かし、給湯する。燃料電池コージェネレーション装置1は、家庭生活に必要なエネルギーとして、電力、給湯、暖房を家屋内に供給する。制御ユニット2は、燃料電池コージェネレーション装置1の制御を行うとともに、燃料電池コージェネレーション装置1における運転状態などの諸事象を示す種々のデータを生成する。
As shown in FIG. 2, the fuel
制御ユニット2から管理コンピュータ5にアップロードされるデータには、燃料電池コージェネレーション装置1の運転状態を示す複数種の時系列運転状態データからなる運転状態データ群が含まれている。この運転状態データの種類は、燃料電池コージェネレーション装置1に設けられている多数のセンサや制御機器の状態及びその状態の変化量などによって分けられている。各データには、タイムスタンプ(時刻)が付与されている。
The data uploaded from the
次に、図3の概略図を用いて、故障予兆検知システムの基本的な原理と構成を説明する。管理コンピュータ5に構築されている故障予兆検知システムは、運転状態データ取得部51、データ格納部52、特定特徴データ設定部53、機械学習ユニット54、故障予兆判定部55とを備える。
Next, the basic principle and configuration of the failure sign detection system will be described with reference to the schematic diagram of FIG. The failure sign detection system built in the
運転状態データ取得部51は、データ通信網DNを介して各家庭から送られてくる燃料電池コージェネレーション装置1の運転状態を示す複数種の時系列運転状態データからなる運転状態データ群を取得する。データ格納部52はデータベース機能を有する。運転状態データ取得部51によって取得された運転状態データ群は、データ種類別に、または任意の時間帯域で、あるいはその両方で抽出可能にデータ格納部52に格納される。
The operation state
特定特徴データ設定部53は、燃料電池コージェネレーション装置1の特定運転状態を特徴づける特定特徴データを設定する。この特定運転状態には、燃料電池コージェネレーション装置1が正常に運転されている正常運転状態や正常運転状態下での時系列的な状態の変動、燃料電池コージェネレーション装置1の故障発生時より所定時間前の故障予兆運転状態や故障予兆運転状態下での時系列的な状態の変動などが含まれる。この特定特徴データは、特定運転状態において取得された運転状態データ群を特徴付けるデータであり、1つ以上の要素を有するベクトルで表すことができる。複数種の運転状態データを正規化することにより、特定特徴データを単純な数値で表すことが可能である。また、特定特徴データは、運転状態データ群から推定される統計的演算値で表すことも可能であり、例えば、そのような統計的演算値として、多変量空間における相関行列、距離尺度、マハラノビス距離などが用いられる。
The specific feature
機械学習ユニット54は、ここでは、図4や図5で示すような、ニューラルネットワークモデル、例えば、再帰型ニューラルネットワークモデル、リカレントニューラルネットワーク、畳み込みニューラルネットワークモデルなどから選択された最適なモデルによって構成可能であるが、時系列データを取り扱う場合にはリカレントニューラルネットワークが有利である。このニューラルネットワークモデルは、7個のニューロンw1、w2、w3、・・・、w7を含む入力層と、3個のニューロンx1、x2、x3を含む第1中間層(第1隠れ層)及び3個のニューロンy1、y2、y3を含む第2中間層(第2隠れ層)と、3個のニューロンz1、z2、z3を含む出力層とから構成されている。なお、図4において、中間層は、第1と第2の2層のみ示されているが、実際は入力されるデータ量に対応する入力層が必要であり、隠れ層も多層であることが好適である。
The
図3で示すように、機械学習ユニット54は、学習部541と実践部542とを有する。学習部541の機能により、機械学習ユニット54は学習する。図4に示すように、機械学習ユニット54は、燃料電池コージェネレーション装置1の特定運転状態を示す特定運転状態データ群を学習用データとして入力して、特定特徴データ設定部53で設定された特定特徴データ(教師データ)を出力するように学習する。この学習によって生成された学習成果(学習係数)が実践部542に組み込まれることで、この機械学習ユニット54は学習済み機械学習ユニット54として動作し、図5に示すように、通常時の運転状態データ群(通常運転状態データ)が入力されると、出力データとして通常時特徴データが出力される。
As shown in FIG. 3, the
故障予兆判定部55は、学習済の機械学習ユニット54、つまり実践部542が動作する機械学習ユニット54に通常時(通常運転時)の運転状態データ群を入力することで出力された通常時特徴データと、特定特徴データ設定部53によって設定された特定特徴データとに基づいて故障予兆の存否を判定する。例えば、特徴データと特定特徴データとが高い類似度を示すと、入力された運転状態データ群は特定運転状態を示していると推定される。例えば、特定運転状態が正常運転状態であれば、現状で故障予兆が存在しないと判定でき、特定運転状態が故障運転状態(故障前運転状態)であれば、現状で故障予兆が存在すると判定できる。故障予兆が存在すると判定されると、その情報がメンテナンスサービスセンタなどに送信され、該当する燃料電池コージェネレーション装置1に対して必要なメンテナンスサービスが行われる。
The failure
本発明に係る故障予兆検知システムの第1実施形態が図6に示されている。このシステムでは、機械学習ユニット54の学習部541は、故障した燃料電池コージェネレーション装置1における故障前の一定期間にわたる運転状態データ群を学習データとして入力することで、特定特徴データとして故障時特徴データを出力するように学習する。
A first embodiment of the failure sign detection system according to the present invention is shown in FIG. In this system, the
この故障予兆検知システムには、故障前データ抽出部561と通常データ抽出部562とを有する前処理部56が備えられている。故障前データ抽出部561は、故障が発生した燃料電池コージェネレーション装置1に関する情報に基づいて、故障前の一定期間にわたる運転状態データ群である故障前運転状態データを当該データ格納部52から抽出して、学習時入力データとして学習部541に与える。特定特徴データ設定部53は、この第1実施形態での特定特徴データである故障時特徴データを学習時教師データとして学習部541に与える。故障時特徴データは、故障前運転状態データ群の統計的演算値でもよいし、故障前運転状態データ群を特徴づける適当な要素からなるベクトルでもよい。
This failure sign detection system is provided with a
故障前運転状態データと故障時特徴データとを用いた学習によって生成された学習係数が実践部542に与えられることで、機械学習ユニット54は、学習済みユニットとして動作する。この学習済み機械学習ユニット54に、各家庭から取得した通常時の運転状態データ群を入力することで、通常時特徴データが出力される。
The
この第1実施形態では、入力された通常時の運転状態データ群に故障予兆が含まれている場合、機械学習ユニット54から出力される通常時特徴データは、特定特徴データ設定部53によって設定されている故障時特徴データと高い類似度を示すことになる。その類似度が予め設定されているしきい値を超えると、故障予兆判定部55は、当該運転状態データ群を送ってきた燃料電池コージェネレーション装置1が故障前の状態であると判定する。故障予兆が発生していると判定されると、その情報がメンテナンスサービスセンタなどに送信され、該当する燃料電池コージェネレーション装置1に対して必要なメンテナンスサービスが行われる。
In this first embodiment, when the input normal operation state data group includes a failure sign, the normal feature data output from the
第1実施形態において用いられる運転状態データ群は、燃料電池コージェネレーション装置1の基本的な計測データ群であるメイン計測データ群と、燃料電池コージェネレーション装置1を構成する機器における計測データ群であるサブ測定データ群とに分けることができる。例えば、メイン計測データ群には、累積発電時間、ホットモジュール中心温度、スタック電圧、スタック電流、累積起動回数、累積シャットダウン回数、改質部入口温度、原燃料ガスブロア、原燃料計測値、ホットモジュール出口ガス温度、エア計測値、などが含まれる。サブ測定データ群には、原燃料目標値、原燃料計測値、改質水目標値、エア目標値、熱回収目標温度、再着火回数、改質部入口温度、還流サイド温度、排熱回収水入口温度、排気熱交換器内温度、排熱回収水出口温度、補機室上部温度、水道水温度、などが含まれる。これらの測定データ群は一例であり、その他種々の測定データが用いられてもよい。
The operating state data group used in the first embodiment is a main measurement data group which is a basic measurement data group of the fuel
本発明に係る故障予兆検知システムの第2実施形態が図7に示されている。このシステムでは、機械学習ユニット54の学習部541は、正常状態の燃料電池コージェネレーション装置1における一定期間にわたる運転状態データ群である正常運転状態データを学習データとして入力することで、特定特徴データとして正常時特徴データ(教師データ)を出力するように学習する。
A second embodiment of the failure sign detection system according to the present invention is shown in FIG. In this system, the
このため、この故障予兆検知システムには、正常データ抽出部563と通常データ抽出部562とを有する前処理部56が備えられている。正常データ抽出部563は、燃料電池コージェネレーション装置1の正常状態運転時の運転状態データ群である正常運転状態データをデータ格納部52から抽出して、学習時入力データとして学習部541に与える。特定特徴データ設定部53は、この第2実施形態での特定特徴データである正常時特徴データ(教師データ)を学習部541に与える。正常時特徴データは、正常運転状態データ群の統計的演算値でもよいし、正常運転状態データ群を特徴づける適当な要素からなるベクトルでもよい。
Therefore, this failure sign detection system is provided with a
正常運転状態データと正常時特徴データとを用いた学習によって生成された学習係数が実践部542に与えられることで、機械学習ユニット54は、学習済みユニットとして動作する。この学習済み機械学習ユニット54に、各家庭から取得した通常時の運転状態データ群を入力することで、通常時特徴データが出力される。
The
この第2実施形態では、入力された通常時の運転状態データ群に故障予兆が含まれている場合、機械学習ユニット54から出力される通常時特徴データは、特定特徴データ設定部53によって設定されている正常時特徴データとの類似度が低い(相違度が高い)ことになる。つまり、燃料電池コージェネレーション装置1の運転が正常ではないことになる。その類似度が予め設定されているしきい値を下回ると、故障予兆判定部55は、当該運転状態データ群を送ってきた燃料電池コージェネレーション装置1が故障予兆を示していると判定する。故障予兆が発生していると判定されると、その情報がメンテナンスサービスセンタなどに送信され、該当する燃料電池コージェネレーション装置1に対して必要なメンテナンスサービスが行われる。
In the second embodiment, when the input normal operation state data group includes a failure sign, the normal feature data output from the
第2実施形態において用いられる運転状態データ群は、実質的に、第1実施形態において用いられる運転状態データ群と同じであってもよいし、異なっていてもよい。 The operating state data group used in the second embodiment may be substantially the same as or different from the operating state data group used in the first embodiment.
本発明に係る故障予兆検知システムの第3実施形態が図8に示されている。このシステムでは、機械学習ユニット54の学習部541は、正常状態の燃料電池コージェネレーション装置1における一定期間にわたる運転状態データ群である正常運転状態データ群を入力することで、特定特徴データとして正常運転状態データ群のマハラノビス距離群である正常時マハラノビス距離群を出力するように学習する。
A third embodiment of the failure sign detection system according to the present invention is shown in FIG. In this system, the
この故障予兆検知システムにも、第2実施形態と同様に、正常データ抽出部563と通常データ抽出部562とを有する前処理部56が備えられている。正常データ抽出部563は、燃料電池コージェネレーション装置1の正常状態運転時の運転状態データ群である正常運転状態データをデータ格納部52から抽出して、学習時入力データとして学習部541に与える。特定特徴データ設定部53は、学習時教師データとして、この第3実施形態での特定特徴データである正常時マハラノビス距離群を学習部541に与える。正常時マハラノビス距離群は、正常運転状態データ群を用いて算出されるマハラノビス距離であり、運転状態データの種類毎のマハラノビス距離の集合(マハラノビス距離群)であってもよいし、さらにその複数のマハラノビス距離群のマハラノビス距離であってもよい。ここでのマハラノビス距離群は、その両者を含むものである。
Similar to the second embodiment, this failure sign detection system also includes a
正常運転状態データと正常時特徴データとを用いた学習によって生成された学習係数が実践部542に与えられることで、機械学習ユニット54は、学習済みユニットとして動作する。この学習済み機械学習ユニット54に、各家庭から取得した通常時の運転状態データ群を入力することで、通常時特徴データとしての通常時マハラノビス距離群が出力される。
The
この第3実施形態では、入力された通常時の運転状態データ群に故障予兆が含まれている場合、機械学習ユニット54から出力される通常時マハラノビス距離群は、特定特徴データ設定部53によって設定されている正常時マハラノビス距離群との類似度が低い(相違度が高い)ことになる。つまり、燃料電池コージェネレーション装置1の運転が正常ではないことになる。その類似度が予め設定されているしきい値を下回ると、故障予兆判定部55は、当該運転状態データ群を送ってきた燃料電池コージェネレーション装置1が故障予兆を示していると判定する。故障予兆が発生していると判定されると、その情報がメンテナンスサービスセンタなどに送信され、該当する燃料電池コージェネレーション装置1に対して必要なメンテナンスサービスが行われる。
In the third embodiment, when the input normal operation state data group includes a failure sign, the normal Mahalanobis distance group output from the
第3実施形態におけるマハラノビス距離を算出するための運転状態データ群の組み合わせの例を、以下に列挙する;
〔改質水目標値,改質水ポンプ値〕、〔エア目標値,エア計測値〕、〔原燃料目標値,原燃料計測値〕、〔回路部入力電流値,スタック電流〕、〔第1可燃ガスセンサ値、第2可燃ガスセンサ値〕、〔回路部入力電流値,パワコン出力電力値〕、〔パワコン出力電力値,スタック電流〕、〔パワコン出力電力値,インバータ出力電流〕、〔回路部入力電流値,インバータ出力電流〕、〔インバータ出力電流,スタック電流〕、〔原燃料目標値,改質水目標値〕、〔原燃料計測値,改質水目標値〕、〔水道水温,排熱温度〕、〔パワコン出力電力値,水素利用率〕、〔回路部入力電流値,水素利用率〕、などである。もちろん、これらの測定データ群以外の測定データが用いられてもよい。
Examples of combinations of driving state data groups for calculating the Mahalanobis distance in the third embodiment are listed below;
[Reform water target value, reformed water pump value], [Air target value, air measurement value], [raw fuel target value, raw fuel measurement value], [circuit section input current value, stack current], [1st Combustible gas sensor value, 2nd combustible gas sensor value], [Circuit input current value, Powercon output power value], [Powercon output power value, Stack current], [Powercon output power value, Inverter output current], [Circuit input current Value, inverter output current], [inverter output current, stack current], [raw fuel target value, reformed water target value], [raw fuel measured value, reformed water target value], [tap water temperature, exhaust heat temperature] , [Powercon output power value, hydrogen utilization rate], [Circuit section input current value, hydrogen utilization rate], etc. Of course, measurement data other than these measurement data groups may be used.
〔別実施の形態〕
(1)上述した実施形態では、学習済みの機械学習ユニット54は、管理コンピュータ5に備えられていた。これに代えて、管理コンピュータ5によって生成された学習係数によって構築される学習済みの機械学習ユニット54は、特定特徴データ設定部53、故障予兆判定部55とともに、燃料電池コージェネレーション装置1の制御ユニット2に備えてもよい。この場合には、制御ユニット2で生成された通常運転状態データ群は、制御ユニット2に構築された学習済みの機械学習ユニット54に入力される。なお、学習済みの機械学習ユニット54を制御ユニット2に構築するために必要な機械学習結果データは、管理コンピュータ5から制御ユニット2へ、データ通信網DNを用いて転送されると好都合であるが、スマートフォンやポータブルメモリなどを仲介させるデータ転送方法を採用してもよい。また、機械学習結果データを用いて構築された機械学習ユニット54を予め組み込んだ制御ユニット2が各家庭に設置されるようにしてもよい。データ通信網DNを介して機械学習結果データを転送する方法では、定期的に機械学習結果データを生成し、制御ユニット2の機械学習ユニット54を常に最新版に更新することができる。
[Another Embodiment]
(1) In the above-described embodiment, the trained
(2)故障予兆判定部55は、故障予兆の存在または非存在の情報だけでなく、故障発生までの時間(予測時間)も含まれるように構成することも可能である。このためには、故障予兆判定部55で算出される類似度または相違度と故障までの時間との関係をプログラム化またはテーブル化することが好適である。その際、故障予兆の判定と故障までの時間の推定とが、別個の演算ユニットによって行われてもよい。
(2) The failure
(3)上述した第1実施形態から第3実施形態の説明では、故障予兆検知システムは燃料電池コージェネレーション装置の故障予兆を検知するように構成されていた。これに代えて、故障予兆検知システムは、ホームセキュリティシステム機器、家電システム機器、調理システム機器、空調システム機器、など家庭生活を管理する種々のシステム機器の故障予兆を検知するように構成することができる。 (3) In the description of the first to third embodiments described above, the failure sign detection system is configured to detect the failure sign of the fuel cell cogeneration apparatus. Instead, the failure sign detection system can be configured to detect failure signs of various system devices that manage home life, such as home security system devices, home appliance system devices, cooking system devices, and air conditioning system devices. it can.
なお、上記実施形態(別実施形態を含む、以下同じ)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。 The configuration disclosed in the above embodiment (including another embodiment, the same shall apply hereinafter) can be applied in combination with the configuration disclosed in other embodiments as long as there is no contradiction. The embodiments disclosed in the present specification are examples, and the embodiments of the present invention are not limited thereto, and can be appropriately modified without departing from the object of the present invention.
本発明は、各家庭に設置された、燃料電池コージェネレーション装置などの、種々の家庭用システム機器の故障予兆検知システムに適用可能である。 The present invention can be applied to a failure sign detection system of various household system devices such as a fuel cell cogeneration device installed in each home.
1 :燃料電池コージェネレーション装置(家庭用システム機器)
2 :制御ユニット
11 :貯湯タンク
12 :燃料電池ユニット
13 :熱源機
5 :管理コンピュータ
51 :運転状態データ取得部
52 :データ格納部
53 :特定特徴データ設定部
54 :機械学習ユニット
541 :学習部
542 :実践部
55 :故障予兆判定部
56 :前処理部
561 :故障前データ抽出部
562 :通常データ抽出部
563 :正常データ抽出部
DN :データ通信網
1: Fuel cell cogeneration system (household system equipment)
2: Control unit 11: Hot water storage tank 12: Fuel cell unit 13: Heat source machine 5: Management computer 51: Operating state data acquisition unit 52: Data storage unit 53: Specific feature data setting unit 54: Machine learning unit 541: Learning unit 542 : Practical unit 55: Failure sign determination unit 56: Preprocessing unit 561: Pre-failure data extraction unit 562: Normal data extraction unit 563: Normal data extraction unit DN: Data communication network
Claims (6)
前記家庭用システム機器の運転状態を示す複数種の時系列運転状態データからなる運転状態データ群を前記各家庭からデータ通信網を介して取得する運転状態データ取得部と、
前記家庭用システム機器の特定運転状態を特徴づける特定特徴データを設定する特定特徴データ設定部と、
前記家庭用システム機器の前記特定運転状態を示す特定運転状態データ群を入力して前記特定特徴データを出力するように学習された機械学習ユニットと、
前記各家庭から取得した通常時の前記運転状態データ群を学習済の前記機械学習ユニットに入力することで出力される通常時特徴データと前記特定特徴データとに基づいて故障予兆の存否を判定する故障予兆判定部と、
を備える故障予兆検知システム。 It is a failure sign detection system for household system equipment installed in each home.
An operation state data acquisition unit that acquires an operation state data group consisting of a plurality of types of time-series operation state data indicating the operation state of the household system equipment from each household via a data communication network.
A specific feature data setting unit that sets specific feature data that characterizes the specific operating state of the home system device, and
A machine learning unit learned to input a specific operation state data group indicating the specific operation state of the home system device and output the specific feature data.
The presence or absence of a failure sign is determined based on the normal time feature data output by inputting the normal operation state data group acquired from each household into the trained machine learning unit and the specific feature data. Failure sign judgment unit and
Failure sign detection system equipped with.
前記故障予兆判定部は、前記通常時特徴データと前記故障時特徴データとを比較することで、前記故障予兆の存否を判定する請求項1に記載の故障予兆検知システム。 The machine learning unit outputs failure-time feature data as the specific feature data by inputting the pre-failure operation state data group, which is the operation state data group for a certain period before the failure in the failed home system device. Learn to do
The failure sign detection system according to claim 1, wherein the failure sign determination unit determines the existence or nonexistence of the failure sign by comparing the normal feature data with the failure feature data.
前記故障予兆判定部は、前記通常時特徴データと前記正常時特徴データとを比較することで、前記故障予兆の存否を判定する請求項1に記載の故障予兆検知システム。 The machine learning unit inputs the normal operation state data group, which is the operation state data group over a certain period of time in the home system device in the normal state, so as to output the normal feature data as the specific feature data. Learn and
The failure sign detection system according to claim 1, wherein the failure sign determination unit determines the presence or absence of the failure sign by comparing the normal feature data with the normal feature data.
前記故障予兆判定部は、前記各家庭から取得した通常時の前記運転状態データ群を学習済の前記機械学習ユニットに入力することで出力される通常時マハラノビス距離群と前記正常時マハラノビス距離群とを比較することで、前記故障予兆の存否を判定する請求項1に記載の故障予兆検知システム。 The machine learning unit inputs the normal operation state data group, which is the operation state data group over a certain period of time in the home system device in the normal state, to input the Mahalanobis distance of the normal operation state data group as the specific feature data. Learned to output the normal Mahalanobis distance group, which is a group,
The failure sign determination unit includes the normal Mahalanobis distance group and the normal Mahalanobis distance group output by inputting the normal operation state data group acquired from each household into the trained machine learning unit. The failure sign detection system according to claim 1, wherein the presence or absence of the failure sign is determined by comparing the above.
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