JP6840013B2 - 時系列データ記録方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、時系列データを限られた記録容量のメモリに効率よく記録するための時系列データ記録技術に関する。

近年、工場やビルなどの施設で用いられる指示調節計などの産業用のフィールド機器については、ＩｏＴ（Internet of Things）などの考え方に沿って、制御対象の状態や制御内容を示すデータを自動的に収集するデータ収集機能の重要性が高まっている。また、これらデータを分析することで、故障予知や歩留まり改善など、様々な有用性も見出されている。

一方で、単純なデータ収集するとデータ量が膨大となるため、データ記録や処理が難しくなる側面もある。したがって、フィールド機器でデータの特徴量を捉えて、必要なデータだけを抽出することを期待されている。特徴量を抽出するには、実データを一時的に記録しておく必要があるが、フィールド機器には低コストで小型化が求められるため、限られた記録容量で効率よく記録する必要がある。

通常、指示調節計などのフィールド機器には、制御対象の状態や制御内容を示す時系列データをメモリに一時記録しておく時系列データ記録機能が設けられている。これにより、管理者は、記録されている時系列データを読み出して解析することができ、制御対象の状態や制御内容の推移に加えて、発生した事象に対してどのような制御が行われたかについても検証することができる。

制御対象から検出した検出温度が設定温度となるようヒータを制御する指示調節計（温度調節計）では、検出温度（ＰＶ値）、設定温度（ＳＰ値）、検出温度と設定温度とから求めた操作量（ＭＶ値）、操作量に基づくヒータ制御用アクチュエータからの出力電流値（ＣＴ値）などの各種時系列データをメモリに記録することになる。また、検出温度のほかに検出圧力など複数の入力変数を用いて、より高度な制御を行う場合や、複数系統の制御出力を持つ場合には、記録すべき時系列データがさらに増加する。

例えば、３２種類のデータを制御周期５０ｍｓごとに記録する場合、記録データ数は２４時間で約５５０万個となる。ここで、１データを単精度浮動小数点で記録する場合にはデータ長が４バイトになるため、全体では約２２メガバイトの記録容量が必要となる。また、フィード機器は、数か月も連続して稼働し続ける場合もある。このため、得られた実データをすべてメモリに記録することは現実的ではない。

従来、時系列データを効率よくメモリに記録する技術として、メモリの空き容量が少なくなった場合にデータの記録間隔をそれまでより長くしたり、設定した基準値を超えた場合に記録間隔を適応的に変化させることにより、記録データ数を削減する技術が提案されている（例えば、特許文献１など参照）。これにより、一定の記録間隔でデータを記録する場合と比較して、記録容量を増大させることなく、記録可能な期間を延長することが可能となる。

特開２００２−１１２３６３号公報 特開平０５−０４０５１７号公報

しかしながら、このような従来技術では、メモリの空き容量が少なくなった場合や、設定した基準値を超えた場合に、記録間隔が長くなるため、一定の記録間隔でデータを記録する場合と比較して、記録するデータが時間方向に間引かれることになる。このため、記録間隔が延長された場合には、記録タイミングの間に異常などの各種事象が発生する可能性が高くなるため、場合によっては事象発生時のデータが記録されないことになる。したがって、記録された時系列データを後から解析しても、有用なデータが間引かれている場合には、事象発生時にどのような変化があったのかを把握することはできないという問題点がある。

また、記録間隔を適応的に変化させる場合、各データとともに記録間隔も記録しておく必要がある。特に、ＰＶ値の単位時間当たりの変化量は、制御対象の特性や制御結果を把握する上で極めて重要となる。このため、記録した時系列データを解析する場合には、各データの記録間隔を逐一照合する必要があるため、作業が極めて煩雑となり処理負担が増大するという問題点がある。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、有用なデータを間引くことなく、限られた記録容量のメモリに効率よく時系列データを記録することができる時系列データ記録を提供することを目的としている。

このような目的を達成するために、本発明にかかる時系列データ記録方法は、所定周期で取得した時系列の実データを時系列データ記憶部に順次記録する時系列データ記録方法であって、時系列で連続する一定量の前記実データからなる実データセットを、これら実データの特徴を示す特徴量データに縮約するデータ縮約ステップと、前記時系列データ記憶部の空き容量を監視して、新たな実データを取得した際に、前記実データをそのまま前記時系列データ記憶部に記録可能か否か判定し、記録可能ならば前記実データをそのまま前記時系列データ記憶部に記録する一方、記録不可ならば前記時系列データ記憶部に既に記録されている複数の実データから時系列で連続する一定量の実データを実データセットとして抽出して前記データ縮約ステップにより縮約し、得られた特徴量データを前記実データセットの実データに代えて前記時系列データ記憶部に記録するとともに、前記新たな実データを前記時系列データ記憶部に記録する記録制御ステップとを備えている。

また、本発明にかかる上記時系列データ記録方法の一構成例は、前記記録制御ステップが、前記新たな実データをそのまま前記時系列データ記憶部に記録することが不可である場合、前記時系列データ記憶部に既に記録されている複数の実データから前記一定量の実データを実データセットとして抽出して前記データ縮約ステップにより縮約し、得られた特徴量データを前記実データセットの実データに代えて前記時系列データ記憶部に記録した後、前記新たな実データを前記時系列データ記憶部に記録するようにしたものである。

また、本発明にかかる上記時系列データ記録方法の一構成例は、前記記録制御ステップが、前記新たな実データをそのまま前記時系列データ記憶部に記録することが不可であって、かつ、前記時系列データ記憶部に既に記録されているデータが全て特徴量データに縮約済みである場合、これら特徴量データの一部を削除した後、前記新たな実データをそのまま前記時系列データ記憶部に記録するようにしたものである。

また、本発明にかかる上記時系列データ記録方法の一構成例は、前記記録制御ステップが、前記特徴量データの一部を削除する際、前記時系列データ記憶部に既に記録されている最古の特徴量データから順に削除するようにしたものである。

また、本発明にかかる上記時系列データ記録方法の一構成例は、取得した前記実データを順次蓄積するバッファを更に備え、前記記録制御ステップは、前記実データセットを抽出する際、前記バッファから時系列で連続する前記一定量の実データを実データセットとして抽出するようにしたものである。
また、本発明にかかる上記時系列データ記録方法の一構成例は、前記バッファとして、前記一定量以上の実データを蓄積できる容量を持つリングバッファを用いたものである。

また、本発明にかかる上記時系列データ記録方法の一構成例は、前記時系列データ記憶部に記録した前記実データの値に関する推移を検証し、予め指定されている事象の発生が検出された場合には、これら実データのうち前記事象に関する実データを事象データとして特定する事象発生検出ステップと、前記事象の発生検出に応じて前記事象データを前記時系列データ記憶部から事象データ記憶部に移転させる事象データ処理ステップとを更に備えるものである。

また、本発明にかかる上記時系列データ記録方法の一構成例は、前記時系列データ記憶部に記録した前記実データの値に関する推移を検証し、予め指定されている事象の発生が検出された場合には、これら実データのうち前記事象に関する実データを事象データとして特定する事象発生検出ステップと、前記事象の発生検出に応じて前記事象データを前記時系列データ記憶部内で、前記実データセットの縮約および削除の対象外として保護する事象データ処理ステップとを更に備えるものである。

また、本発明にかかる上記時系列データ記録方法の一構成例は、前記事象発生検出ステップが、前記事象データを取得する際、前記事象の発生タイミングの直前直後に位置する連続した一連の実データを前記事象データとして取得するようにしたものである。

また、本発明にかかる時系列データ記録装置は、所定周期で取得した時系列の実データを時系列データ記憶部に順次記録する時系列データ記録装置であって、時系列で連続する一定量の前記実データからなる実データセットを、これら実データの特徴を示す特徴量データに縮約するデータ縮約部と、前記時系列データ記憶部の空き容量を監視して、新たな実データを取得した際に、前記実データをそのまま前記時系列データ記憶部に記録可能か否か判定し、記録可能ならば前記実データをそのまま前記時系列データ記憶部に記録する一方、記録不可ならば前記時系列データ記憶部に既に記録されている複数の実データから時系列で連続する一定量の実データを実データセットとして抽出して前記データ縮約部により縮約し、得られた特徴量データを前記実データセットの実データに代えて前記時系列データ記憶部に記録するとともに、前記新たな実データを前記時系列データ記憶部に記録する記録制御部とを備えている。

本発明によれば、特徴量データは実データセットよりデータサイズが小さいため、少ない記録領域で実データセットより多くの特徴量データを記録することができるとともに、記録間隔の延長により記録するデータを間引く必要がなくなる。このため、限られた記録容量のメモリに効率よく時系列データを記録することが可能となる。
したがって、コストアップや大型化の要因となる、大規模容量のメモリを必要とすることなく、限られた量のデータで制御対象の状態や制御内容を詳細に把握することができ、発生した障害の原因や事象間の相互関係の究明、故障予知、歩留まり向上に大きく寄与することが可能となる。

第１の実施の形態にかかる時系列データ記録装置の構成を示すブロック図である。 第１の実施の形態にかかるデータ記録処理を示すフローチャートである。 特徴量データ記録処理を示すフローチャートである。 特徴量データ記録処理を示す説明図である。 特徴量データの記録例を示す説明図である。 事象データ記録処理を示すフローチャートである。 事象データ記録処理を示す説明図である。 事象データの記録例を示す説明図である。 第２の実施の形態にかかる時系列データ記録装置の構成を示すブロック図である。 第２の実施の形態にかかるデータ記録処理を示すフローチャートである。 バッファを用いた特徴量データ記録処理を示す説明図である。 バッファを用いた事象データ記録処理を示す説明図である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる時系列データ記録装置１０について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる時系列データ記録装置の構成を示すブロック図である。

この時系列データ記録装置１０は、全体としてＣＰＵやメモリなどの回路部から構成されて、所定周期で取得した時系列の実データを時系列データ記憶部に順次記録する装置であり、工場やビルなどの施設で用いられる指示調節計などの産業用のフィールド機器に搭載されて、あるいは、フィールド機器に接続されて用いられる。

一般に、フィールド機器でメモリに記録した時系列データは、制御対象の状態や制御内容の推移、さらには発生した事象に対してどのような制御が行われたかを、管理者が後から解析し検証する際に用いられる。したがって、これら時系列データが実データのまま、すなわち取得したデータ（生データ）のまま記録されていれば、管理者は最も詳細に解析し検証することができる。

通常、これら時系列データは、例えば取得周期５０ｍｓごとに取得されており、制御対象の状態や制御内容の推移に比較して、極めて短い周期で記録される。しかしながら、管理者が後から解析し検証する際、これら周期ごとに時系列データの変化を確認することは稀であり、これら周期より長い確認スパンごとに時系列データの変化を把握することになる。このため、実際には、確認スパンごとに時系列データの特徴や傾向が把握できれば、制御対象の状態や制御内容の推移を把握することができる。

本発明は、このような時系列データの取得周期と確認スパンとの関係に着目し、時系列で連続する一定量の実データからなる実データセットを、これら実データの特徴を示す特徴量データに縮約するデータ縮約部を設け、メモリの使用状況に基づいて実データをメモリに記録可能か否か判定し、記録可能な場合には実データセットをそのままメモリに記録し、記録不可能な場合には実データセットをデータ縮約ステップで縮約して得られた特徴量データをメモリに記録するようにしたものである。

次に、図１を参照して、本実施の形態にかかる時系列データ記録装置１０の構成について詳細に説明する。以下では、時系列データ記録装置１０が、制御対象から検出した検出温度が設定温度となるようヒータを制御する指示調節計（温度調節計）に搭載されている場合を例として説明するが、これに限定されるものではなく、他のフィールド機器に適用してもよく、同様の作用効果を得ることができる。

時系列データ記録装置１０には、主な機能部として、入出力Ｉ／Ｆ部１１、メモリ１２、データ縮約部１３、記録制御部１４、事象発生検出部１５、および事象データ処理部１６が設けられている。

入出力Ｉ／Ｆ部１１は、外部回路や外部装置（ともに図示せず）から出力された実データを取得する機能を有している。
実データは、例えば取得周期５０ｍｓごとに取得される時系列データであり、１種類の時系列データでもよく、複数種類の時系列データを１組にまとめたものであってもよい。指示調節計の場合、時系列データとしては、検出温度（ＰＶ値）、設定温度（ＳＰ値）、検出温度と設定温度とから求めた操作量（ＭＶ値）、操作量に基づくヒータ制御用アクチュエータからの出力電流値（ＣＴ値）などのデータがある。

この他、制御ブロックで演算した操作量やオンオフ出力、ＰＩＤ演算途中の結果（内部操作量に相当し、操作量上下限によるリミット処理前の値）、ユーザ設定による警報（ＰＶ上限・下限・偏差）、異常（センサ断線、センサ測定範囲上限異常、指示調節計本体故障）、デジタル入力などの各種ステータス、稼働時間、不揮発メモリの書込回数、設定変更の履歴などの各種アセット情報、現在時刻あるいは電源投入後の経過時間などの時刻情報などのデータも時系列データとして記録してもよい。

メモリ１２は、半導体メモリからなり、実データ、特徴量データ、事象データを記憶する機能を有している。メモリ１２には、実データおよび特徴量データを記憶する領域である時系列データ記憶部１２Ａと、事象データを記憶する領域である事象データ記憶部１２Ｂとが、静的または動的に設けられる。

メモリ１２の具体例としては、バッテリバックアップされているＤＲＡＭやＳＲＡＭなどの揮発性メモリであってもよく、フラッシュメモリやＦＲＡＭ（Ferroelectric RAM：強誘電体メモリ）などの不揮発性メモリを用いてもよい。また、メモリ１２は、時系列データ記録装置１０の内部に実装された専用メモリであってもよく、外部から挿抜可能なＳＤカードやＵＳＢメモリなどの外部メモリであってもよい。この際、内部・外部メモリの両方を利用して、内部メモリの空き領域がなくなった時点で、自動あるいは手動により外部メモリにデータを転送して、内部メモリに空き領域を確保するようにしてもよい。

データ縮約部１３は、時系列で連続する一定量の実データからなる実データセットを、これら実データの特徴を示す特徴量データに縮約する機能を有している。特徴量データの具体例としては、制御ループの特性値、制定時のＰＶの振れ幅、ＳＰごとの制定時の操作量の平均値などのデータがある。
特に、制御ループの特性値については、ＳＰステップ変更後にＰＶが変化するまでの無駄時間、ＰＶが変化してからＳＰ付近（例えばＳＰ−３％ＦＳ）に到達するまでの立ち上がり時間、ＰＶがＳＰ付近（例えばＳＰ−３％ＦＳ）に到達してから安定状態（例えばＳＰ−１％ＦＳに一定時間とどまった状態）となるまでの所要時間、特許文献２に記載の応答傾向モデルと診断結果、ＡＴ実施結果におけるＰＩＤ値などがある。

記録制御部１４は、時系列データ記憶部１２Ａの空き容量を監視して、新たな実データを取得した際に、実データをそのまま時系列データ記憶部１２Ａに記録可能か否か判定する機能と、記録可能ならば実データをそのまま時系列データ記憶部１２Ａに記録する機能と、記録不可ならば時系列データ記憶部１２Ａに既に記録されている複数の実データから時系列で連続する一定量の実データを実データセットとして抽出してデータ縮約部１３により縮約する機能と、得られた特徴量データを実データセットの実データに代えて時系列データ記憶部１２Ａに記録した後、新たな実データを時系列データ記憶部１２Ａに記録する機能とを有している。

事象発生検出部１５は、時系列データ記憶部１２Ａに記録した実データの値に関する推移を検証し、予め指定されている事象の発生が検出された場合には、これら実データのうち検出した事象に関する実データを事象データとして特定する機能と、事象データを特定する際、事象の発生タイミングの直前直後に位置する連続した一連の実データを、事象データとして特定する機能とを有している。

事象データ処理部１６は、事象発生検出部１５での事象の発生検出に応じて、事象発生検出部１５で特定された事象データを、時系列データ記憶部１２Ａから事象データ記憶部１２Ｂに移転させる機能を有している。

ここでいう事象とは、フィールド機器における、断線、アンダーレンジ、内部メモリ異常などの計器アラーム発生、時系列データの値が制定時に正常と判断される偏差より大きくなるデータ逸脱発生、予め警報として設定した、例えばＰＶの上限値異常、下限値異常、変化量異常などのイベント発生、フィールド機器ごとに設定されている各種異常状態の発生などの事象がある。

このような事象については、管理者が後から解析し検証する際、詳細な時系列データが必要となる。したがって、これら事象が発生した場合には、事象発生検出部１５により、時系列データ記憶部１２Ａから事象データを取得し、実データのまま、すなわち取得したデータ（生データ）のまま事象データ記憶部１２Ｂに移転（移動）させる。特に、事象データは、事象発生タイミング以降の事後期間だけでなく、それ以前の事前期間における時系列データも含まれている。これにより、事象発生の前兆現象を詳細に解析し検証することができ、事象発生原因の特定に大きく寄与することができる。

なお、事象データについては、時系列データ記憶部１２Ａから事象データ記憶部１２Ｂに移転させるのではなく、事象データ処理部１６が、事象発生検出部１５での事象の発生検出に応じて、事象発生検出部１５で取得した事象データを、例えばフラグ管理を行うことにより、時系列データ記憶部１２Ａ内で縮約および削除の対象外として保護するようにしてもよい。

また、事象データ処理部１６は、事象発生検出部１５での事象の発生検出に応じて、事象データ記憶部１２Ｂの空き容量に基づいて事象発生検出部１５で得られた事象データを事象データ記憶部１２Ｂに記録可能か否か判定し、記録可能な場合には事象データを事象データ記憶部１２Ｂに記録する機能と、事象データを事象データ記憶部１２Ｂに記録不可能な場合には、時系列データ記憶部１２Ａに記録されている実データのうち古いものから時系列の順に削除し、得られた空き領域に事象データを記録する機能とを有している。

また、以上では、なるべく実データを時系列データ記憶部１２Ａに記録しておく場合を例として説明したが、制御対象が安定状態にある正常期間については、特徴量データにより十分解析・検証できる制御対象もある。このような場合には、時系列データ記憶部１２Ａに記録されている実データのうち、事象発生が検出されていない正常期間における実データを特徴量データに縮約するようにしてもよい。これにより、実データによる記録領域の消費を最小限に抑制することができる。

この際、具体的には、記録制御部１４に、事象発生検出部１５での事象の発生検出に応じて、時系列データ記憶部１２Ａに記録されている実データをデータ縮約部１３で特徴量データに縮約して時系列データ記憶部１２Ａに記録するとともに、これら実データを削除する機能と、事象発生検出部１５で得られた事象データを事象データ記憶部１２Ｂに記録する機能とを設ければよい。この際、実データは、時系列データ記憶部１２Ａに記録されているすべての実データを特徴量データ縮約することにより、極めて効率よくメモリ１２を利用できる。また、これら実データは、１つの特徴量データに縮約してもよく、予め設定した期間やデータ量に基づいて複数の特徴量データに縮約してもよい。

また、メモリ１２に、実データ、特徴量データ、事象データなど、異なる種別のデータを記録する場合、実際には、どのアドレスにどの種別のデータを記録したか管理する必要がある。したがって、メモリ管理テーブルを設けて、アドレスごとに記録されているデータの種別を管理してもよいが、データ種別ごとに記録領域を設けてもよい。これにより、各記録領域の先頭アドレスと末尾アドレスまたは領域サイズを管理するだけでよく、メモリ管理テーブルより少ないメモリ容量で実現できる。

この際、具体的には、記録制御部１４に、実データセットを記録する実データ記録領域、特徴量データを記録する特徴量データ記録領域、さらには事象データを記録する事象データ記録領域をメモリ１２に設ける機能と、メモリ１２に対する記録開始時には記録領域全域を実データ記録領域に割り当てる機能と、特徴量データを記録する際、実データ記録領域から実データを消去して得られた空き領域を特徴量データ記録領域として順次割り当てる機能と、事象データを記録する際、実データ記録領域から実データを消去して得られた空き領域を事象データ記録領域として順次割り当てる機能とを有している。

［本実施の形態の動作］
次に、図２を参照して、本実施の形態にかかる時系列データ記録装置１０の動作について説明する。図２は、第１の実施の形態にかかるデータ記録処理を示すフローチャートである。
時系列データ記録装置１０は、外部からの記録開始指示または電源投入後の起動に応じて、図２のデータ記録処理を開始する。

まず、入出力Ｉ／Ｆ部１１は、外部から一定期間ごとに１つまたは複数の時系列データを、実データとして取得する（ステップ１００）。
事象発生検出部１５は、取得した実データを検証し（ステップ１０１）、予め指定されている事象の発生が検出された場合には（ステップ１０１：ＹＥＳ）、後述する事象データ記録処理へ移行する（ステップ１０５）。

一方、予め指定されている事象の発生が検出されなかった場合（ステップ１０１：ＮＯ）、記録制御部１４は、時系列データ記憶部１２Ａの空き容量に基づいて実データを時系列データ記憶部１２Ａに記録可能か否か判定する（ステップ１０２）。
ここで、時系列データ記憶部１２Ａに実データのデータサイズ以上の空き領域が存在しており、記録可能である場合（ステップ１０２：ＹＥＳ）、記録制御部１４は、実データを縮約することなくそのまま時系列データ記憶部１２Ａの空き領域に記録し（ステップ１０３）、ステップ１００に戻る。

一方、時系列データ記憶部１２Ａに実データのデータサイズ以上の空き領域が存在しておらず、記録不可能である場合（ステップ１０２：ＮＯ）、記録制御部１４は、後述する特徴量データ記録処理へ移行する（ステップ１０４）。

［特徴量データ記録処理］
次に、図３および図４を参照して、本実施の形態にかかる時系列データ記録装置１０の特徴量データ記録処理について説明する。図３は、特徴量データ記録処理を示すフローチャートである。図４は、特徴量データ記録処理を示す説明図である。
時系列データ記録装置１０は、図２のステップ１０４において、図３の特徴量データ記録処理を実行する。

まず、記録制御部１４は、時系列データ記憶部１２Ａに既に記録されている複数の実データから、時系列で連続する一定量の実データ、図４ではセット期間Ｔｓ分の実データを実データセットとして抽出し（ステップ１１０）、この実データセットをデータ縮約部１３で縮約処理することにより、実データセットに含まれる一定量の実データの特徴を示す特徴量データを生成する（ステップ１１１）。

この際、実データセットとして抽出する実データについては、いくつかの選択方法が考えられる。その１つとして、時系列データ記憶部１２Ａに既に記録されている実データのうちから、取得された日時の古い順に、時系列で連続する一定量の実データを取得する方法がある。これにより、管理者が後から解析し検証する可能性が低い実データを削除して特徴量データに縮約することができ、解析や検証に対する縮約の影響を最小限にとどめることができる。また、実データセットについては、実データの値が規定範囲内で一定していることを条件として、時系列で連続する一定量の実データを一定量だけ取得してもよい。この場合にも、解析や検証に対する縮約の影響を最小限にとどめることができる。

次に、記録制御部１４は、時系列データ記憶部１２Ａの空き容量に基づいて、データ縮約部１３で生成した特徴量データを時系列データ記憶部１２Ａに記録可能か否か判定する（ステップ１１２）。
ここで、時系列データ記憶部１２Ａに特徴量データのデータサイズ以上の空き領域が存在しており、記録可能である場合（ステップ１１２：ＹＥＳ）、記録制御部１４は、特徴量データを時系列データ記憶部１２Ａの空き領域に記録し（ステップ１１３）、一連の特徴量データ記録処理を終了する。

一方、時系列データ記憶部１２Ａに特徴量データのデータサイズ以上の空き領域が存在しておらず、記録不可能である場合（ステップ１１２：ＮＯ）、記録制御部１４は、時系列データ記憶部１２Ａに記録されている実データのうちから、例えば特徴量データのデータサイズ分だけ削除して時系列データ記憶部１２Ａに空き領域を確保し（ステップ１１４）、確保した時系列データ記憶部１２Ａの空き領域に特徴量データを記録し（ステップ１１５）、一連の特徴量データ記録処理を終了する。

この際、削除する実データについては、いくつかの選択方法が考えられる。その１つとして、時系列データ記憶部１２Ａに既に記録されている実データのうちから、取得された日時の古い順に実データを選択する方法がある。これにより、管理者が後から解析し検証する可能性が低い実データを削除することができ、解析や検証に対する縮約の影響を最小限にとどめることができる。また、実データの値が規定範囲内で一定していることを条件として、削除する実データを選択してもよい。この場合にも、解析や検証に対する縮約の影響を最小限にとどめることができる。

図４の例では、時系列データ記憶部１２Ａに既に記録されている実データのうちから、セット期間Ｔｓ分の実データが実データセットして抽出されている。この抽出により、実データセットに相当する実データは、時系列データ記憶部１２Ａから削除され空き領域が確保される。また、特徴量データは実データセットよりデータサイズが小さいため、少ない記録領域で実データセットより多くの特徴量データを記録することができるとともに、記録領域を確保するために削除する実データの量が少なくて済む。これにより、結果として、メモリ１２を効率よく利用して、時系列データを記録することが可能となる。

図５は、特徴量データの記録例を示す説明図である。図５の例では、実データおよび特徴量データを記録する領域として、実データ記録領域Ｍａおよび特徴量データ記録領域Ｍｂを時系列データ記憶部１２Ａに動的に設ける場合が示されている。
図５（ａ）に示すように、時系列データ記憶部１２Ａに対する記録開始時において、実データ記録領域Ｍａが時系列データ記憶部１２Ａの記録領域全域に設定される。ある時点において、時系列データ記憶部１２Ａに記録されている実データの記録量がＭｎであり、残りの領域が空き領域となる。

その後、取得した実データが順次実データ記録領域Ｍａに記録され、図５（ｂ）に示すように、空き領域（空き容量）がゼロとなった場合、これ以降において新たな実データを記録できなくなる。このため、実データ記録領域Ｍａに記録されている実データの一部が実データセットとして抽出されて特徴量データに縮約される。
これにより、図５（ｃ）に示すように、この抽出により実データが実データ記録領域Ｍａから削除されて、時系列データ記憶部１２Ａに空き領域が確保され、図５（ｄ）に示すように、この空き領域のすべてまたは一部が特徴量データ記録領域Ｍｂに割り当てられ、ここに特徴量データが記録される。

一般に、時系列データは、管理者による解析・検証という観点から見て、過去のデータより新しいデータの方が価値が高いとされている。これは、過去のデータの方が現在の状況との関連性が低く、新しいデータの方が現在の状況との関連性が高いからである。したがって、記録容量を確保する際、時系列データ記憶部１２Ａに記録されている実データのうち、古いものから順に削除して記録容量を確保することにより、メモリ１２より価値の高いデータを残しておくことができ、解析・検証に役立つデータを効率よく記録しておくことが可能となる。

［事象データ記録処理］
次に、図６および図７を参照して、本実施の形態にかかる時系列データ記録装置１０の事象データ記録処理について説明する。図６は、事象データ記録処理を示すフローチャートである。図７は、事象データ記録処理を示す説明図である。
時系列データ記録装置１０は、図２のステップ１０５において、図６の事象データ記録処理を実行する。

まず、事象発生検出部１５は、時系列データ記憶部１２Ａに記録されている実データのうち、指定した事象Ｐの発生が検出された先頭の実データの時間位置を事象発生タイミングＴｐとし、このＴｐから予め事象Ｐに設定されている事前期間Ｔａと事後期間Ｔｂとからなる事象関連期間Ｔｃ分の実データを、事象データとして特定する（ステップ１２０）。

次に、記録制御部１４は、事象データ記憶部１２Ｂの空き容量に基づいて事象発生検出部１５で取得した事象データを事象データ記憶部１２Ｂに記録可能か否か判定する（ステップ１２１）。
ここで、事象データ記憶部１２Ｂに事象データのデータサイズ以上の空き領域が存在しており、記録可能である場合（ステップ１２１：ＹＥＳ）、記録制御部１４は、事象データを時系列データ記憶部１２Ａから事象データ記憶部１２Ｂの空き領域に移転させ（ステップ１２２）、一連の事象データ記録処理を終了する。

一方、事象データ記憶部１２Ｂに事象データのデータサイズ以上の空き領域が存在しておらず、記録不可能である場合（ステップ１２１：ＮＯ）、記録制御部１４は、メモリ１２に記録されている実データのうちから、例えば事象データのデータサイズ分だけ削除して事象データ記憶部１２Ｂに空き領域を確保し（ステップ１２３）、確保した事象データ記憶部１２Ｂの空き領域に事象データを記録し（ステップ１２４）、一連の事象データ記録処理を終了する。

図７の例では、時系列データ記憶部１２Ａに既に記録されている実データのうちから、指定した事象Ｐが検出された場合、その先頭の実データの時間位置が事象発生タイミングＴｐとされ、このＴｐから予め事象Ｐに設定されている事前期間Ｔａと事後期間Ｔｂとからなる事象関連期間Ｔｃ分の実データが、事象データとして時系列データ記憶部１２Ａから抽出され、この事象データが事象データ記憶部１２Ｂに記録される。
これにより、指定した事象Ｐの発生前後における時系列データが、実データのまま事象データ記憶部１２Ｂに記録されることになる。このため、管理者は事象Ｐについて正確に解析・検証することができ、メモリ１２全体としてより価値の高いデータを効率よく記録しておくことが可能となる。

図８は、事象データの記録例を示す説明図である。図８の例では、実データ、特徴量データ、および事象データを記録する領域として、実データ記録領域Ｍａ、特徴量データ記録領域Ｍｂ、および事象データ記録領域Ｍｃをメモリ１２に動的に設ける場合が示されている。これら記録領域のうち、実データ記録領域Ｍａおよび事象データ記録領域Ｍｃが時系列データ記憶部１２Ａに相当し、事象データ記録領域Ｍｃが事象データ記憶部１２Ｂに相当している。

図８（ａ）に示すように、ある時点において、実データ記録領域Ｍａと特徴量データ記録領域Ｍｂとがメモリ１２に設けられており、空き領域はないものとする。
その後、指定した事象Ｐの発生が検出された場合、図８（ｂ）に示すように、実データ記録領域Ｍａに記録されている実データの一部が削除され、図８（ｃ）に示すように、これにより確保された記録領域が事象データ記録領域Ｍｃに割り当てられ、ここに事象データが記録される。

一般に、時系列データは、管理者による解析・検証という観点から見て、過去のデータより新しいデータの方が価値が高いとされている。これは、過去のデータの方が現在の状況との関連性が低く、新しいデータの方が現在の状況との関連性が高いからである。したがって、記録容量を確保する際、時系列データ記憶部１２Ａに記録されている実データのうち、古いものから順に削除して記録容量を確保することにより、メモリ１２全体としてより価値の高いデータを残しておくことができ、解析・検証に役立つデータを効率よく記録しておくことが可能となる。

［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、実データセットを、これら実データの特徴を示す特徴量データに縮約するデータ縮約部１３を設け、記録制御部１４が、新たな実データを取得した際に、時系列データ記憶部１２Ａの空き容量に基づいて実データを時系列データ記憶部１２Ａに記録可能か否か判定し、記録可能な場合には実データをそのままメモリ１２に記録し、記録不可能な場合には時系列データ記憶部１２Ａから抽出した実データセットをデータ縮約部１３で縮約し、得られた特徴量データを時系列データ記憶部１２Ａに記録するとともに、新たな実データを時系列データ記憶部１２Ａに記録するようにしたものである。

これにより、特徴量データは実データセットよりデータサイズが小さいため、少ない記録領域で実データセットより多くの特徴量データを記録することができるとともに、記録間隔の延長により記録するデータを間引く必要がなくなる。このため、限られた記録容量のメモリ１２に効率よく時系列データを記録することが可能となる。
したがって、コストアップや大型化の要因となる、大規模容量のメモリを必要とすることなく、限られた量のデータで制御対象の状態や制御内容を詳細に把握することができ、発生した障害の原因や事象間の相互関係の究明、故障予知、歩留まり向上に大きく寄与することが可能となる。

［第２の実施の形態］
次に、図９を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかる時系列データ記録装置１０について説明する。図９は、第２の実施の形態にかかる時系列データ記録装置の構成を示すブロック図である。

本実施の形態にかかる時系列データ記録装置１０には、バッファ１７が追加されている。バッファ１７は、入出力Ｉ／Ｆ部１１により取得した実データを一時蓄積する機能を有している。バッファ１７については、一定量以上の実データ、すなわち実データセット分の実データを蓄積できる容量を持つバッファであればよく、バッファ１７の形態としては、一般的なバッファであってもよく、リングバッファであってもよく、さらにはメモリ１２で実現してもよい。

［本実施の形態の動作］
次に、図１０を参照して、本実施の形態にかかる時系列データ記録装置１０の動作について説明する。図１０は、第２の実施の形態にかかるデータ記録処理を示すフローチャートである。
時系列データ記録装置１０は、外部からの記録開始指示または電源投入後の起動に応じて、図１０のデータ記録処理を開始する。

まず、入出力Ｉ／Ｆ部１１は、外部から一定期間ごとに１つまたは複数の時系列データを、実データとして取得し、バッファ１７に蓄積する（ステップ２００）。
事象発生検出部１５は、バッファ１７に蓄積されている実データを検証し（ステップ２０１）、予め指定されている事象の発生が検出された場合には（ステップ２０１：ＹＥＳ）、前述した図６の事象データ記録処理へ移行する（ステップ２０６）。なお、事象データ記録処理では、事象データを時系列データ記憶部１２Ａからではなくバッファ１７から取得することになる。

一方、予め指定されている事象の発生が検出されなかった場合（ステップ２０１：ＮＯ）、記録制御部１４は、バッファ１７の未記録分の新規実データが、一定量すなわち実データセット分だけ蓄積されたか確認し（ステップ２０２）、一定量に到達していない場合には（ステップ２０２：ＮＯ）、ステップ２００へ戻る。
また、一定量に到達している場合（ステップ２０２：ＹＥＳ）、記録制御部１４は、時系列データ記憶部１２Ａの空き容量に基づいて実データセットを時系列データ記憶部１２Ａに記録可能か否か判定する（ステップ２０３）。

ここで、時系列データ記憶部１２Ａに実データセットのデータサイズ以上の空き領域が存在しており、記録可能である場合（ステップ２０３：ＹＥＳ）、記録制御部１４は、実データセットを縮約することなくそのまま時系列データ記憶部１２Ａの空き領域に記録し（ステップ２０４）、ステップ２００に戻る。

一方、時系列データ記憶部１２Ａに実データセットのデータサイズ以上の空き領域が存在しておらず、記録不可能である場合（ステップ２０３：ＮＯ）、記録制御部１４は、前述した図３の特徴量データ記録処理へ移行する（ステップ２０５）。なお、特徴量データ記録処理では、実データセットを時系列データ記憶部１２Ａからではなくバッファ１７から取得することになる。

図１１は、バッファを用いた特徴量データ記録処理を示す説明図である。この例では、バッファ１７に記録されているが時系列データ記憶部１２Ａには未記録である、新規蓄積分の実データのうちから、セット期間Ｔｓ分の実データが実データセットして読み出されて、データ縮約部１３で特徴量データに縮約された後、時系列データ記憶部１２Ａに記録される。この特徴量データは実データセットよりデータサイズが小さいため、少ない記録領域で実データセットより多くの特徴量データを記録することができるとともに、記録領域を確保するために削除する実データの量が少なくて済む。これにより、結果として、メモリ１２を効率よく利用して、時系列データを記録することが可能となる。

なお、実データセットは、バッファ１７からの抽出ではなく単に読み出すだけであるため、実データセットに相当する実データがバッファ１７から削除されることはなく、読み出し済みとしてしばらく保存されて事象発生の検出に用いられる。読み出し済みの実データについては、例えばバッファ１７の空き容量がしきい値を下回った時点で古いものから順に削除すればよい。

図１２は、バッファを用いた事象データ記録処理を示す説明図である。この例では、バッファ１７に蓄積されている実データのうちから、指定した事象Ｐが検出された場合、その先頭の実データの時間位置が事象発生タイミングＴｐとされ、このＴｐから予め事象Ｐに設定されている事前期間Ｔａ（読み出し済み）と事後期間Ｔｂ（未読み出し分）とからなる事象関連期間Ｔｃ分の実データが、事象データとしてバッファ１７から抽出され、この事象データが事象データ記憶部１２Ｂに記録される。
これにより、指定した事象Ｐの発生前後における時系列データが、実データのまま事象データ記憶部１２Ｂに記録されることになる。このため、管理者は事象Ｐについて正確に解析・検証することができ、メモリ１２全体としてより価値の高いデータを効率よく記録しておくことが可能となる。

［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。

前述した図５および図８では、メモリ１２にデータを記録する際、各記録領域を動的に確保する場合について説明したが、設計上このような動的な領域確保が難しい場合には、それぞれの記録領域を予め固定的に確保しておく方法もある。この場合、事象が発生しなかったり事象発生回数が想定よりも少なかった場合、事象データ記録領域は使用されないままとなるため、メモリ１２を完全に使い切ることができない場合がある。また、事象発生回数が想定よりも多くなった場合も、全体ではメモリ１２が余っているにもかかわらず、古い事象データを捨てるか新たな事象データを記録しないといった対策が必要となる。

また、一般的には、時系列データ記録装置１０を定期的にメンテナンスして、メモリ１２に記録された実データ、特徴量データ、事象データを廃棄したり、あるいは上位装置へ転送したりすることになる。このため、メモリ１２としては、それまでの動作期間に取得したこれらデータを記録するために十分な記録容量を持つメモリを用意するべきである。しかしながら、途中で記録領域を使い切ってしまった場合、例えば実データ記録領域が全く空きがなくなって特徴量データ記録領域を確保できなくなった場合には、設定内容に応じて、メモリ１２に記録されているデータ、例えば特徴量データの古い方から順に消去して上書きするようにしてもよく、新しいデータは記録せず破棄するようにしてもよい。

また、前述の各実施の形態では、実データセットをメモリ１２に記録できない場合、１つの実データセットから１つの特徴量データを生成する場合を例として説明したが、実データセットと特徴量データとの関係についてはこれに限定されるものではなく、１つの実データセットについて複数の特徴量データを生成してもよく、複数の実データセットについて１つの特徴量データを生成してもよい。さらに、実データセットとする実データの数は、一定であってもよく可変であってもよい。

１０…時系列データ記録装置、１１…入出力Ｉ／Ｆ部、１２…メモリ、１２Ａ…時系列データ記憶部、１２Ｂ…事象データ記憶部、１３…データ縮約部、１４…記録制御部、１５…事象発生検出部、１６…事象データ処理部、１７…バッファ、Ｍａ…実データ記録領域、Ｍｂ…特徴量データ記録領域、Ｍｃ…事象データ記録領域、Ｍｎ…実データ記録量、Ｔｓ…セット期間、Ｐ…事象、Ｔｐ…事象発生タイミング、Ｔａ…事前期間、Ｔｂ…事後期間、Ｔｃ…事象関連期間。

Claims (10)

1. 所定周期で取得した制御対象にかかる時系列の実データを時系列データ記憶部に順次記録する時系列データ記録方法であって、
   時系列で連続する一定量の前記実データからなる実データセットを、これら実データの特徴を示す特徴量データに縮約するデータ縮約ステップと、
   前記時系列データ記憶部の空き容量を監視して、新たな実データを取得した際に、前記制御対象が安定状態にあるか否かを判定するとともに、前記実データをそのまま前記時系列データ記憶部に記録可能か否か判定し、前記制御対象が安定状態になく、かつ記録可能ならば前記実データをそのまま前記時系列データ記憶部に記録する一方、前記制御対象が安定状態にある、または記録不可ならば前記時系列データ記憶部に既に記録されている複数の実データから時系列で連続する一定量の実データを実データセットとして抽出して前記データ縮約ステップにより縮約し、得られた特徴量データを前記実データセットの実データに代えて前記時系列データ記憶部に記録するとともに、前記新たな実データを前記時系列データ記憶部に記録する記録制御ステップと
   を備えることを特徴とする時系列データ記録方法。
2. 請求項１に記載の時系列データ記録方法であって、
   前記記録制御ステップは、前記新たな実データをそのまま前記時系列データ記憶部に記録することが不可である場合、前記時系列データ記憶部に既に記録されている複数の実データから前記一定量の実データを実データセットとして抽出して前記データ縮約ステップにより縮約し、得られた特徴量データを前記実データセットの実データに代えて前記時系列データ記憶部に記録した後、前記新たな実データを前記時系列データ記憶部に記録することを特徴とする時系列データ記録方法。
3. 請求項１に記載の時系列データ記録方法であって、
   前記記録制御ステップは、前記新たな実データをそのまま前記時系列データ記憶部に記録することが不可であって、かつ、前記時系列データ記憶部に既に記録されているデータが全て特徴量データに縮約済みである場合、これら特徴量データの一部を削除した後、前記新たな実データをそのまま前記時系列データ記憶部に記録することを特徴とする時系列データ記録方法。
4. 請求項３に記載の時系列データ記録方法であって、
   前記記録制御ステップは、前記特徴量データの一部を削除する際、前記時系列データ記憶部に既に記録されている最古の特徴量データから順に削除することを特徴とする時系列データ記録方法。
5. 請求項１に記載の時系列データ記録方法であって、
   取得した前記実データを順次蓄積するバッファを更に備え、
   前記記録制御ステップは、前記実データセットを抽出する際、前記バッファから時系列で連続する前記一定量の実データを実データセットとして抽出することを特徴とする時系列データ記録方法。
6. 請求項５に記載の時系列データ記録方法において、
   前記バッファは、前記一定量以上の実データを蓄積できる容量を持つリングバッファからなることを特徴とする時系列データ記録方法。
7. 請求項１〜請求項６のいずれかに記載の時系列データ記録方法において、
   前記時系列データ記憶部に記録した前記実データの値に関する推移を検証し、予め指定されている事象の発生が検出された場合には、これら実データのうち前記事象に関する実データを事象データとして特定する事象発生検出ステップと、
   前記事象の発生検出に応じて前記事象データを前記時系列データ記憶部から事象データ記憶部に移転させる事象データ処理ステップと
   を更に備えることを特徴とする時系列データ記録方法。
8. 請求項１〜請求項６のいずれかに記載の時系列データ記録方法において、
   前記時系列データ記憶部に記録した前記実データの値に関する推移を検証し、予め指定されている事象の発生が検出された場合には、これら実データのうち前記事象に関する実データを事象データとして特定する事象発生検出ステップと、
   前記事象の発生検出に応じて前記事象データを前記時系列データ記憶部内で、前記実データセットの縮約および削除の対象外として保護する事象データ処理ステップと
   を更に備えることを特徴とする時系列データ記録方法。
9. 請求項７または請求項８に記載の時系列データ記録方法において、
   前記事象発生検出ステップは、前記事象データを取得する際、前記事象の発生タイミングの直前直後に位置する連続した一連の実データを前記事象データとして取得することを特徴とする時系列データ記録方法。
10. 所定周期で取得した制御対象にかかる時系列の実データを時系列データ記憶部に順次記録する時系列データ記録装置であって、
    時系列で連続する一定量の前記実データからなる実データセットを、これら実データの特徴を示す特徴量データに縮約するデータ縮約部と、
    前記時系列データ記憶部の空き容量を監視して、新たな実データを取得した際に、前記制御対象が安定状態にあるか否かを判定するとともに、前記実データをそのまま前記時系列データ記憶部に記録可能か否か判定し、前記制御対象が安定状態になく、かつ記録可能ならば前記実データをそのまま前記時系列データ記憶部に記録する一方、前記制御対象が安定状態にある、または記録不可ならば前記時系列データ記憶部に既に記録されている複数の実データから時系列で連続する一定量の実データを実データセットとして抽出して前記データ縮約部により縮約し、得られた特徴量データを前記実データセットの実データに代えて前記時系列データ記憶部に記録するとともに、前記新たな実データを前記時系列データ記憶部に記録する記録制御部と
    を備えることを特徴とする時系列データ記録装置。

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