ベイズ推定によるモニタリング時の定量的破損確率・リスク評価手法の検討

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K01284
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: 岩崎 篤 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (70361516)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 構造信頼性 / リスク評価 / ベイズ統計 / 破損確率 / 構造ヘルスモニタリング / 損傷評価 / 深層学習

Outline of Annual Research Achievements

本研究は構造ヘルスモニタリングシステムのCBM手法としての実用化のため、逆問題解析等での損傷評価において、損傷寸法等の構造状態では無く、破損確率を定量的に算出する手法の確立を目的とし研究を実施している。
平成29年度は前年度検討の継続と共に，(1-2)破損確率を低減する損傷同定手法の検討、(3)他の損傷同定手法への展開の検討を行った。
(1-2)は，提案手法による破損確率評価の損傷評価法自体へのフィードバックをおこなう物である．すなわち提案手法では，特定の評価誤差を有する損傷評価手法を用いた場合に，その評価結果から現状の破損確率を評価する手法であるが，本検討では破損確率を低減するための損傷評価法自体の改善の検討を行った．(1-1)の検討では，損傷評価結果よりその評価誤差に起因する破損発生確率を定量評価する手法の構築を行った．損傷の評価結果に基づき保全を行う場合，想定される破損発生寸法よりも小さい損傷では破損は発生せず，また破損発生寸法を大きく超える損傷では，多少の過小評価を行った場合でも十分大きな損傷と評価するため，これらの範囲の誤御評価は結果に大きな影響を及ぼさず，評価結果の誤差による破損の発生を軽減するにはその中間領域の損傷評価精度を向上させることが重要となる．本年度の検討では，特定領域の学習データ数を増大させ，その領域の評価精度を改善する重点回帰法を用いた破損隔離低減法の検討を行った．本年度の検討では，1ピーク型の重み関数を用いることで，破損発生寸法より，さらに小さい領域にピークを設定することで，破損確率を低減可能であること明かとした．
(3)では本年度は深層学習法の深層学習法の提案手法への適用を行い，提案手法の汎用性を明らかとした．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究計画に示したよう、本研究は(1-1)常時計測に基づく許容外損傷を安全な損傷と推定する確率の評価およびそれに基づく破損確率評価法の構築、(1-2)破損確率を低減する損傷同定手法の検討(2)RBMへの適用試行(3)他の損傷同定法への展開、以上3つの課題について検討を行っている。
平成29年度は(1-2)を重点的に行い、損傷評価誤差では無く破損確率を低減する損傷評価法について検討を行った．また，(1)の継続とおよび拡張として(3)を行い，深層学習を用いた損傷評価法の検討及び同損傷評価法を用いた場合の破損確率評価手法の構築及び有効性の検討を行った．前者の検討では前年同様座屈損傷を想定し、作用外力としては15mmの層間剥離が生じた場合に50%の確率で(下側1%で14.5mm)で破損するよう定義した。破損確率低減のため，特定の領域の評価誤差を低減する評価法としては，学習時に特定の領域の学習点数を増加させる重点回帰法を用いた．結果、破損確率が上昇する評価結果9mmよりも小さい5mm近傍の損傷評価誤差を低減することが，破損確率を低減させ，結果経済リスクを低減することを明らかとした．なお，本研究ではリスクを事故リスク・経済リスクの二つに分割し，事故リスク一定化での経済リスクの低減の検討を行った．両リスクは特定の損傷寸法以上の評価を得た際に補修をすると仮定した場合に，それぞれ事故が生じる確率，不要な補修を生じる確率とし，それぞれ特定損傷寸法以下の任意の評価結果の発生率とその際の破損確率の積の和， (1-破損確率)と評価結果の発生率の積の和とした．また後者の検討では，深層学習による層間はく離同定の検討を行い，前者と同様の領域の重点化を行うことで，同様の効果を得られることを確認した．
また，(2)の検討として実機を想定し，影響度の異なる複数の損傷モードが発生しうる場合について検討を行っている．

Strategy for Future Research Activity

11に示したよう重点回帰法により破損確率低減が可能であることを明らかとしたが，特定の重点サンプリング関数（1ピーク型関数）での結果であり，他のサンプリング関数の使用やピーク位置の検討等さらなる低減のための検討が必要である．具体的には複数ピーク型や，頂点部に一定幅の一様確率部を有するサンプリング関数の検討を行う．また，(2)RBM等保全計画への適用試行には，特定の測定を得た際の破損確率を低減するのではなく，機器に生じうるリスクを評価する手法の構築が必要である．前述の経済リスクを低減する評価手法の検討はこのための検討であり，機器に発生しうる損傷寸法の発生確率から，特定の評価誤差を持つ損傷評価法を用いた際のリスクを評価する手法の構築を行っている．なお，リスクには破損発生率と影響度の積で求められる工学リスクを用いている．また，受容されうる事故リスクは上限があると考え，事故リスク一定化での経済リスク低減の検討を行う．今後は特定の実機を想定し，影響度の異なる複数の損傷モードが発生しうる場合について，それぞれの損傷モードの損傷評価精度・影響度の両者を考慮したモデルの検討を行う予定である．また，提案する破損確率評価手法はR言語上へ実装しているが，複数人での研究の遂行および完成後の活用のための汎用化が必要で有り、平成29年度改善分及びリスク評価法を含め，今後もシステムの改善を継続予定である．