JP2021144054A - Abnormality sign detection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、対象設備のセンシングデータに基づき異常の予兆を検出する技術に関する。 The present invention relates to a technique for detecting a sign of abnormality based on sensing data of a target facility.
現在、人口減少により技術者が不足する一方、高度計経済成長期に製造された大量の電気設備が設計寿命を迎え、「ICT/IoT」を活用した設備診断システムの構築が求められている。 Currently, while the population is declining and there is a shortage of engineers, a large amount of electrical equipment manufactured during the period of altimeter economic growth has reached the end of its design life, and there is a demand for the construction of an equipment diagnosis system that utilizes "ICT / IoT".
例えば特許文献1には、異常予兆のための判定基準となる正常パターンが複数存在するケースでも対応可能な異常予兆検出システムが記載されている。また、特許文献2には、正常クラス数および正常範囲が未知の場合でも適切なクラス集合を作成可能な異常予兆検出システムが記載されている。
For example,
特許文献1,2のシステムは、回転機の機械系の異常予兆を検出するため、振動の周波数成分から「One−class Support Vector Machine」(OCSVM)により正常時のデータのみを学習し、異常予兆を検出する手法を用いている。
In order to detect an abnormality sign of the mechanical system of the rotating machine, the systems of
しかしながら、「OCSVM」は、カーネル法により特徴空間上で分類を行うため、入力次元と直接対応付けができず、どの周波数成分が異常かを判断できず、異常要因を把握できないおそれがある。 However, since "OCSVM" is classified on the feature space by the kernel method, it cannot be directly associated with the input dimension, it cannot be determined which frequency component is abnormal, and the cause of the abnormality may not be grasped.
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされ、設備異常の予兆を検出する際に異常要因の特定を図ることを解決課題としている The present invention has been made to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is to identify the cause of abnormality when detecting a sign of equipment abnormality.
(1)本発明の一態様は、対象設備の振動波形データに基づき異常予兆を検出する異常予兆検出システムであって、
事前に前記対象設備の正常時に収集された前記振動波形データに基づき多次元特徴量を生成する多次元特徴量算出部と、
前記多次元特徴量を正常データとして学習することで入力を出力として再現する正常モデルを生成する正常モデル作成部と、
前記対象設備の前記振動波形データに基づき生成された多次元特徴量を診断データとし、前記診断データを前記正常モデルに入力したときの入出力の誤差分布を求める再構築誤差算出部と、
前記診断データの誤差分布が前記正常データの誤差分布を逸脱していれば、前記異常予兆を判定する異常判定部と、
前記診断データの周波数毎の誤差を算出し、算出された誤差の評価に応じて前記対象設備の異常要因を推定する異常要因推定部と、を備える。
(1) One aspect of the present invention is an abnormality sign detection system that detects an abnormality sign based on vibration waveform data of the target equipment.
A multidimensional feature calculation unit that generates multidimensional features based on the vibration waveform data collected in advance when the target equipment is normal, and a multidimensional feature calculation unit.
A normal model creation unit that generates a normal model that reproduces the input as an output by learning the multidimensional features as normal data.
A reconstruction error calculation unit that uses a multidimensional feature amount generated based on the vibration waveform data of the target equipment as diagnostic data and obtains an input / output error distribution when the diagnostic data is input to the normal model.
If the error distribution of the diagnostic data deviates from the error distribution of the normal data, the abnormality determination unit for determining the abnormality sign and the abnormality determination unit
It is provided with an abnormality factor estimation unit that calculates an error of the diagnostic data for each frequency and estimates an abnormality factor of the target equipment according to the evaluation of the calculated error.
(2)本発明の他の態様は、コンピュータにより対象設備の振動波形データに基づき異常予兆を検出する異常予兆検出方法であって、
事前に前記対象設備の正常時に収集された前記振動波形データに基づき多次元特徴量を生成する多次元特徴量算出ステップと、
前記多次元特徴量を正常データとして学習することで入力を出力として再現する正常モデルを生成する正常モデル作成ステップと、
前記対象設備の前記振動波形データに基づき生成された多次元特徴量を診断データとし、前記診断データを前記正常モデルに入力したときの入出力の誤差分布を求める再構築誤差算出ステップと、
前記診断データの誤差分布が前記正常データの誤差分布を逸脱していれば、前記異常予兆を判定する異常判定ステップと、
前記診断データの周波数毎の誤差を算出し、算出された誤差の評価に応じて前記対象設備の異常要因を推定する異常要因推定ステップと、を有する。
(2) Another aspect of the present invention is an abnormality sign detection method for detecting an abnormality sign based on vibration waveform data of the target equipment by a computer.
A multidimensional feature calculation step that generates a multidimensional feature based on the vibration waveform data collected in advance when the target equipment is normal, and
A normal model creation step that generates a normal model that reproduces the input as an output by learning the multidimensional features as normal data, and
A reconstruction error calculation step for obtaining an input / output error distribution when the diagnostic data is input to the normal model, using a multidimensional feature amount generated based on the vibration waveform data of the target equipment as diagnostic data.
If the error distribution of the diagnostic data deviates from the error distribution of the normal data, the abnormality determination step for determining the abnormality sign and the abnormality determination step
It has an abnormality factor estimation step of calculating an error of the diagnostic data for each frequency and estimating an abnormality factor of the target equipment according to the evaluation of the calculated error.
本発明によれば、設備異常の予兆を検出する際に異常要因を特定することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to identify the cause of abnormality when detecting a sign of equipment abnormality.
以下、本発明の実施形態に係る異常予兆検出システムを説明する。この異常予兆検出システムは、電気設備などの対象設備に設置したセンサ(加速度センサ・音響センサなど)から継続的に振動波形データを収集し、収集された振動波形データに基づき対象設備の異常予兆を検出する。 Hereinafter, the abnormality sign detection system according to the embodiment of the present invention will be described. This abnormality sign detection system continuously collects vibration waveform data from sensors (accelerometers, acoustic sensors, etc.) installed in the target equipment such as electrical equipment, and based on the collected vibration waveform data, the abnormality sign of the target equipment is detected. To detect.
この設備異常の予兆を捉えることで対象設備の故障前に対策を講じることが可能となり、インフラシステムなどのダウンタイムを低減することができる。このとき一般的に異常データを事前に入手することが困難な診断システムは、正常データを基準にした方法がよく、かつ設備異常の事前対処のため異常要因の特定に結び付く出力を行うことが望ましい。 By catching the signs of this equipment abnormality, it is possible to take measures before the failure of the target equipment, and it is possible to reduce the downtime of the infrastructure system and the like. At this time, for a diagnostic system in which it is generally difficult to obtain abnormal data in advance, it is preferable to use a method based on normal data, and it is desirable to output data that leads to identification of the cause of the abnormality in order to deal with equipment abnormalities in advance. ..
そこで、前記異常予兆システムでは、ニューラルネットワークの一種であるオートエンコーダ(自己符号化器:Auto Encoder)の入力次元の再現性に着目し、対象設備の異常予兆検出と併せて異常要因を推定する。 Therefore, in the abnormality sign system, attention is paid to the reproducibility of the input dimension of the autoencoder (self-encoder: Auto Encoder), which is a kind of neural network, and the abnormality factor is estimated together with the abnormality sign detection of the target equipment.
≪システム構成例≫
図1に基づき前記異常予兆検出システムの構成例を説明する。図1の前記異常予兆検出システム1は回転設備(回転機)2を対象設備とする。ここでは回転機2に設置された振動センサ3の検出するセンシングデータ、即ち振動周波数に基づき該回転機2の異常予兆を検出する。
≪System configuration example≫
A configuration example of the abnormality sign detection system will be described with reference to FIG. The abnormality
具体的には前記異常予兆検出システム1は、コンピュータにより構成され、通常のコンピュータのハードウェアリソース(例えばCPU,RAMやROMなどの主記憶装置,HDDやSSDなどの補助記憶装置)を備える。
Specifically, the abnormality
このハードウェアリソースとソフトウェアリソース(OS,アプリケーションなど)との協働の結果、前記異常予兆検出システム1は、データ記録部4,周波数算出部5,正常データ記録部6,正常モデル算出部7,診断データ記録部8,再構築誤差算出部9,異常判定部10,変数誤差出力部11を実装する。この各記録部4,6,8は、それぞれ前記記憶装置にデータベースとして構築されている。
As a result of the collaboration between the hardware resource and the software resource (OS, application, etc.), the abnormality
ここでデータ記録部4には、振動センサ3の取得した回転機2の振動をA/D変換した振動波形データが蓄積記録される。また、周波数算出部5は、データ記録部4に記録された振動波形データから必要に応じて多次元特徴量を算出する。
Here, the
すなわち、周波数算出部5は、振動波形データを周波数スペクトルに変換し、変換された周波数スペクトルの各周波数を変数とした多次元特徴量データを生成する。例えば高速フーリエ変換(FFT)やケプストラム、定Q変換(Constant−Q Transform)などを用いて変換することができる。
That is, the
この変換された多次元特徴量データに基づき前記各部6,7で学習ステージが実行される一方、前記各部8〜11で診断ステージが実行される。この学習ステージでは、正常運転時の振動波形データを変換した多次元特徴量データをベースに正常モデルを生成する。また、診断ステージでは、診断対象の振動波形データを変換した多次元特徴量データをベースに回転機2の異常予兆の有無を診断する。
Based on the converted multidimensional feature data, the learning stage is executed in each of the
(1)学習ステージ
正常データ記録部6には、事前に収集された略大多数が正常であることが自明な多次元特徴量データが蓄積されている。すなわち、正常データ記録部6には、データ記録部4の記録データのうち回転機2の正常運転時に取得された振動波形データを変換した多次元特徴量データ(正常データ)が記録されている。
(1) Learning stage The normal
また、正常モデル算出部7は、正常データ記録部6の多次元特徴量データに基づきオートエンコーダで正常モデルを作成し、必要に応じて入力される多次元特徴量データの正規化(標準化,0〜1範囲の正規化など)を行う。ここでオートエンコーダは、機械学習においてニューラルネットワークを使用した次元圧縮のためのアルゴリズムであって、入力を再現するように出力するパラメータを学習する。
Further, the normal
このオートエンコーダは、3層のニューラルネットワークにおいて入力層と出力層とに同じデータを用いて教師あり学習させてものであり、中間層と出力層の活性化関数をそれぞれ任意に選択することできる。また、図2に示すように入力層と出力層とは同数のユニットを持ち、中間層が入力層のユニット数よりも小数(zd<xD)をとることで入力データが圧縮され、次元削減が行われる。 This autoencoder is supervised learning using the same data for the input layer and the output layer in a three-layer neural network, and the activation functions of the intermediate layer and the output layer can be arbitrarily selected. Further, as shown in FIG. 2, the input layer and the output layer have the same number of units, and the intermediate layer has a decimal number (z d <x D ) smaller than the number of units of the input layer, so that the input data is compressed and the dimensionality is increased. Reductions will be made.
そして、入力データ「x」の次元を「D」とすると、中間層のユニット活性化度「z」は式(1)となる。 Then, assuming that the dimension of the input data "x" is "D", the unit activation degree "z" of the intermediate layer is given by the equation (1).
ここで「z」の次元「d」は「D>d」であり、「W」と「b」とはそれぞれ結合荷重とバイアスパラメータを示している。また、F()は活性化関数を示し、「Relu関数」や「sigmoid関数」などを用いることができる。さらに
出力層「x‘」は、入力層と同じ次元へデコード(decode)され、式(2)で表現される。
Here, the dimension "d" of "z" is "D>d", and "W" and "b" indicate the coupling load and the bias parameter, respectively. Further, F () indicates an activation function, and a "Relu function", a "sigmoid function", or the like can be used. Further, the output layer "x'" is decoded to the same dimension as the input layer and is expressed by the equation (2).
「W」と「b」と「W‘」と「b‘」とは、式(3)で表現される入力層と出力層との誤差Lが最小になるように、誤差逆伝播法などの最適化アルゴリズムを用いて決定する。 “W”, “b”, “W'”, and “b'” are referred to by an error backpropagation method or the like so that the error L between the input layer and the output layer expressed by the equation (3) is minimized. Determined using an optimization algorithm.
ここで「||・||」はL1ノルムを示し、「m」はサンプル数(正常データ数)を示している。 Here, "|| · ||" indicates the L1 norm, and "m" indicates the number of samples (the number of normal data).
(2)診断ステージ
まず、診断データ記録部8には、データ記録部4の記録データのうち診断対象となる診断波形データを変換した多次元特徴量データ(診断データ)が記録されている。例えば診断データ記録部8のレコードは、例えば回転機2の稼働日毎に診断データを記録することができる。
(2) Diagnosis Stage First, the diagnostic
つぎに再構築誤差算出部9と異常判定部10とは、診断データ記録部8の診断データに対してオートエンコーダによる異常予兆の検出を実行する。このオートエンコーダによる異常予兆検出では、正常データで内部パラメータを学習し、それによって診断データを正しく再現できないことをもって異常予兆と判定する。
Next, the reconstruction
このとき再構築誤差算出部9は、正常モデル算出部7で作成した正常モデルに対して診断データ記録部8の診断データを入力し、式(4)の再構築誤差E(Reconstruction error)を求める。この式(4)中の「||・||2」は、L2ノルムを示している。
At this time, the reconstruction
一方、異常判定部10は、正常データの誤差分布(L1ノルム)をもとに適切な第1閾値を設定し、第1閾値に基づき診断データの異常を判定する。例えば正常データの誤差分布(L1ノルム)が「平均μ分散σ2」に従うと仮定し、第1閾値を「3σ」に設定することができる。
On the other hand, the
このとき式(4)の再構築誤差(L2ノルム)が第1閾値を越えていれば正常データの誤差分布(L1ノルム)を逸脱したものとし、診断データの異常判定、即ち異常予兆「有り」を判定する。この異常判定により回転機2の異常予兆が検出される。
At this time, if the reconstruction error (L2 norm) of the equation (4) exceeds the first threshold value, it is assumed that the error distribution (L1 norm) of the normal data is deviated, and the abnormality judgment of the diagnostic data, that is, the abnormality sign “presence” To judge. By this abnormality determination, an abnormality sign of the
また、変数誤差出力部11は、診断データのどの周波数が異常に寄与しているか否かを表すため、式(5)に示すように、「x」と「x‘」との差分ベクトルeを算出し、変数(周波数)毎の誤差を評価する。
Further, the variable
この差分ベクトル「e」が正常データの誤差に設定された第2閾値を越えた場合にその周波数を異常と評価し、異常と評価された周波数の領域から異常要因を推定する。以下、異常要因の推定方法を説明する。 When this difference vector "e" exceeds the second threshold value set for the error of the normal data, the frequency is evaluated as abnormal, and the abnormal factor is estimated from the region of the frequency evaluated as abnormal. The method of estimating the abnormal factor will be described below.
すなわち、回転機2の機械系の故障は、固有の振動として表れることが知られている。図3は、振動周波数と回転機2との異常要因の関係図を示している。ここでは低周波領域の変調は回転周波数を含むことから、回転体のアンバランスやミスアンバランスなどの可能性が疑われる。一方、高周波領域では、衝撃系の波形が含まれていることが考えられ、軸受傷や回転体の局所異常などが疑われる。
That is, it is known that a failure of the mechanical system of the
そうすると、回転機2の異常を検出した際、どの変数(周波数)が異常を示しているのか判明すれば、回転機2の異常要因を推定することできる。この点につき前記異常予兆検出システム1によれば、差分ベクトル「e」が第2閾値を越えた場合、その周波数を異常と評価する。この異常と評価された周波数の領域を図3と照合すれば回転機2の異常要因を推定することができる。
Then, when the abnormality of the
例えば図4および図5は、実際に運用中のポンプ用電動機に加速度センサを取り付けて1時間おきに振動データを収集し、収集された時系列データに前記異常予兆検出システム1の診断を行った結果を示している。ここでは周波数変換に定Q変換を使用し、図4の学習期間Sに学習ステージが実行されている。
For example, in FIGS. 4 and 5, an acceleration sensor is attached to a pump motor that is actually in operation, vibration data is collected every hour, and the collected time-series data is used to diagnose the abnormality
このシミュレーション中、ポンプ用電動機は計測開始から約100日後に異音の異常が発生した。ここで図4の横軸は時間を示し、縦軸は再構築誤差Eを示し、約100日後から再構築誤差Eが上昇傾向であったことが示されている。 During this simulation, an abnormal noise occurred in the pump motor about 100 days after the start of measurement. Here, the horizontal axis of FIG. 4 indicates the time, the vertical axis indicates the reconstruction error E, and it is shown that the reconstruction error E tends to increase after about 100 days.
また、図5は周波数ごとの誤差(差分ベクトル)eを示し、横軸が時間を表し、縦軸が周波数を示し、色が誤差eの大きさを表している。ここでは約100日後から2kHz以上の高周波で誤差eが大きくなっていることが分かる。これは図3によれば自励系異常/摩耗系異常が異常要因と推定される。 Further, FIG. 5 shows an error (difference vector) e for each frequency, the horizontal axis represents time, the vertical axis represents frequency, and the color represents the magnitude of error e. Here, it can be seen that the error e becomes large at a high frequency of 2 kHz or more after about 100 days. According to FIG. 3, it is presumed that the self-excited system abnormality / wear system abnormality is the cause of the abnormality.
そして、推定された異常要因は、異常判定の結果と併せて出力され、ユーザに提示される。これによりユーザは回転機2の異常要因を特定把握でき、故障前に回転機2を修理することができる。この点で事前の故障の対策が可能となり、インフラシステムなどのダウンタイムの低減などに貢献することができる。
Then, the estimated abnormality factor is output together with the result of the abnormality determination and presented to the user. As a result, the user can identify and grasp the cause of the abnormality of the
≪実施例≫
以下、前記異常予兆検出システム1の実施例を説明する。ここで実施例1,2は、それぞれ水車発電機A,Bを対象設備とする。この水車発電機A,Bは、共に実際に運用中であって、計測開始時点で異常は認められていない。
<< Example >>
Hereinafter, examples of the abnormality
この水車発電機A,Bに加速センサを振動センサ3として取り付けて1時間おきに振動データを収集し、収集された時系列データに基づき異常予兆を診断した。このとき発電稼働中のデータのみを使用し、振動データは1時間毎に5秒間計測した。 An acceleration sensor was attached to the turbine generators A and B as a vibration sensor 3, and vibration data was collected every hour, and an abnormality sign was diagnosed based on the collected time series data. At this time, only the data during the power generation operation was used, and the vibration data was measured every hour for 5 seconds.
また、周波数変換として定Q変換によるオクターブバンド分析を行い、1計測データにつき100フレームのスペクトルを算出している。さらに学習データ(正常データ)について各周波数で〔最大1,最小0〕になるように正規化している。なお、表1は、各実施例に使用したパラメータを示している。 Further, as frequency conversion, octave band analysis by constant Q conversion is performed, and a spectrum of 100 frames is calculated for each measurement data. Furthermore, the training data (normal data) is normalized so that it becomes [maximum 1, minimum 0] at each frequency. Table 1 shows the parameters used in each embodiment.
(1)実施例1
実施例1の水車発電機Aは、横軸の三相誘導発電機で最大出力「2500kW」であり、加速度センサを水車側の軸受付近に設置されている。ここで図6は、水車発電機Aの発電量の推移を示し、横軸に加速度センサの計測開始日からの経過日数を示し、縦軸に発電量〔kW〕を示している。この水車発電機Aは、計測開始日から約25日で実際に故障(軸受損傷)が発生した。
(1) Example 1
The water turbine generator A of the first embodiment is a three-phase induction generator on the horizontal axis and has a maximum output of "2500 kW", and an acceleration sensor is installed near the bearing on the water turbine side. Here, FIG. 6 shows the transition of the power generation amount of the water turbine generator A, the horizontal axis shows the number of days elapsed from the measurement start date of the acceleration sensor, and the vertical axis shows the power generation amount [kW]. The water turbine generator A actually failed (bearing damage) about 25 days after the measurement start date.
〔学習ステージ〕
学習ステージでは、あらかじめ水車発電機Aの診断前の正常状態のときに正常時のサンプルを作成し、それらを学習する。
[Learning stage]
In the learning stage, samples of the normal state are created in advance when the water turbine generator A is in the normal state before the diagnosis, and they are learned.
〔診断ステージ〕
診断ステージでは、診断開始日から次の診断ステップ(S01〜S09)を実行する。
[Diagnostic stage]
In the diagnosis stage, the next diagnosis steps (S01 to S09) are executed from the diagnosis start date.
S01,S02:水車発電機Aに加速度センサを取り付け、1時間おきに5秒間の振動データを収集する(S01)。ここで収集された5秒間の振動データを100分割する(S02)。 S01, S02: An acceleration sensor is attached to the turbine generator A, and vibration data for 5 seconds is collected every hour (S01). The vibration data for 5 seconds collected here is divided into 100 (S02).
S03,S04:定Q変換によるオクターブバンド分析を行い、100フレームのスペクトルを算出する(S03)。ここで算出された周波数スペクトルを各周波数で〔最大1,最小0〕になるように正規化し、診断データとする(S04)。この結果、100個の診断データが作成される。 S03, S04: Octave band analysis by constant Q conversion is performed, and a spectrum of 100 frames is calculated (S03). The frequency spectrum calculated here is normalized so as to be [maximum 1, minimum 0] at each frequency, and used as diagnostic data (S04). As a result, 100 diagnostic data are created.
S05,S06:S04で正規化された周波数ベクトルを診断データとして、学習ステージで学習したオートエンコーダに入力する(S05)。その結果として、100個の再構築誤差Eおよび誤差eが出力される(S06)。ここで再構築誤差Eは、100個の平均を算出して最終結果とする。また、誤差eは、周波数ごとに100個の平均を算出して最終結果とする。 S05, S06: The frequency vector normalized in S04 is input to the autoencoder learned in the learning stage as diagnostic data (S05). As a result, 100 reconstruction errors E and errors e are output (S06). Here, the reconstruction error E is the final result by calculating the average of 100 pieces. Further, for the error e, the average of 100 pieces is calculated for each frequency and used as the final result.
S07,S08,S09:再構築誤差Eが事前設定の第1閾値を越えていれば、水車発電機Aの異常判定がなされる(S07)。このとき誤差eが、事前設定の第2閾値を越えていれば、その周波数を異常と評価する(S08)。ここで異常と評価された周波数領域を、図3と照合して水車発電機Aの異常要因(故障原因)を推定する(S09)。 S07, S08, S09: If the reconstruction error E exceeds the preset first threshold value, the water turbine generator A is determined to be abnormal (S07). At this time, if the error e exceeds the preset second threshold value, the frequency is evaluated as abnormal (S08). Here, the frequency region evaluated as abnormal is collated with FIG. 3 to estimate the abnormal factor (failure cause) of the water turbine generator A (S09).
図7〜図9に基づき実施例1の診断ステージの結果を説明する。図7は再構築誤差Eの推移を示し、図8は故障時の値を除いた図7の拡大図を示し、それぞれ縦軸に再構築誤差Eを示し、横軸に計測開始日からの日数を示している。また、図9は、周波数毎の誤差eの推移を示し、縦軸に周波数を示し、横軸にサンプルインデックスを示し、図5と同様に色が誤差eの大きさを表している。 The results of the diagnostic stage of Example 1 will be described with reference to FIGS. 7 to 9. FIG. 7 shows the transition of the reconstruction error E, FIG. 8 shows an enlarged view of FIG. 7 excluding the value at the time of failure, the vertical axis shows the reconstruction error E, and the horizontal axis shows the number of days from the measurement start date. Is shown. Further, FIG. 9 shows the transition of the error e for each frequency, the vertical axis shows the frequency, the horizontal axis shows the sample index, and the color represents the magnitude of the error e as in FIG.
ここで図7によれば、故障日(診断開始から25日目)の振動データは、それ以前とは明らかな違いを示しており、オートエンコーダの異常検知能力の高さが分かる。ところが、図8に示すように、故障時より前の段階では再構築誤差Eに大きな差異はなく、故障の予兆を確認できない。 Here, according to FIG. 7, the vibration data on the failure date (25th day from the start of diagnosis) shows a clear difference from that before that, and it can be seen that the autoencoder has a high abnormality detection capability. However, as shown in FIG. 8, there is no significant difference in the reconstruction error E at the stage before the failure, and the sign of the failure cannot be confirmed.
一方、図9に示す周波数毎の誤差eに着目すれば、12日目から6kHz付近の高周波領域に誤差の変調を確認でき、これは図3によれば摩耗系異常と推定される。これにより前記異常予兆検出システム1は、構築誤差Eだけでは確認できない故障発生前の予兆を、周波数毎の誤差eの変調として検出することができる。
On the other hand, paying attention to the error e for each frequency shown in FIG. 9, the modulation of the error can be confirmed in the high frequency region around 6 kHz from the 12th day, which is presumed to be a wear system abnormality according to FIG. As a result, the abnormality
(2)実施例2
実施例2の水車発電機Bは、縦軸の三相自励交流発電機で最大出力「12MW」であり、計測から約120日間を正常に稼働している。ここで図10は、水車発電機Bの発電量の推移を示し、横軸に加速度センサの計測開始日からの経過日数を示し、縦軸に発電量〔MW〕を示している。
(2) Example 2
The water turbine generator B of the second embodiment is a three-phase self-excited alternator on the vertical axis and has a maximum output of "12 MW", and has been operating normally for about 120 days from the measurement. Here, FIG. 10 shows the transition of the power generation amount of the water turbine generator B, the horizontal axis shows the number of days elapsed from the measurement start date of the acceleration sensor, and the vertical axis shows the power generation amount [MW].
このような水車発電機Bに対して実施例1と同様に学習ステージおよび診断ステージを実行する。この診断ステージの結果を図11および図12に基づき説明する。ここで図11は、図7と同様に縦軸に再構築誤差Eを示し、横軸に計測開始日からの日数を示している。また、図12は、図9と同様に周波数毎の誤差eの推移を示し、縦軸に周波数を示し、横軸にサンプルインデックスを示し、色が誤差eの大きさを表している。 The learning stage and the diagnosis stage are executed for such a water turbine generator B in the same manner as in the first embodiment. The results of this diagnostic stage will be described with reference to FIGS. 11 and 12. Here, in FIG. 11, the reconstruction error E is shown on the vertical axis and the number of days from the measurement start date is shown on the horizontal axis as in FIG. 7. Further, FIG. 12 shows the transition of the error e for each frequency as in FIG. 9, the vertical axis shows the frequency, the horizontal axis shows the sample index, and the color shows the magnitude of the error e.
まず、図11によれば、正常に稼働しているデータ中に30日目付近に再構築誤差Eが大きくなるケースがあることが分かる。つぎに図12によれば、100Hz〜300Hz付近にプラス側の誤差eが確認できる。これは低周波の異常なため、図3によれば構造系異常と推定され、この点でも故障発生前に異常予兆の異常要因を特定することができる。 First, according to FIG. 11, it can be seen that there is a case where the reconstruction error E becomes large around the 30th day in the data that is operating normally. Next, according to FIG. 12, an error e on the plus side can be confirmed in the vicinity of 100 Hz to 300 Hz. Since this is a low-frequency abnormality, it is presumed to be a structural system abnormality according to FIG. 3, and in this respect as well, the abnormal cause of the abnormality sign can be identified before the failure occurs.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、システム構成などは図1に限定されるものではなく、各請求項に記載された範囲内で変形して実施することができる。 The present invention is not limited to the above embodiment, and the system configuration and the like are not limited to FIG. 1, and can be modified and implemented within the scope described in each claim.
また、本発明は、前記異常予兆検出システム1としてコンピュータを機能させるプログラムとして構成することもできる。このプログラムによれば、コンピュータが前記各部4〜10として機能し、対象設備の異常予兆を検出することが可能となる。
The present invention can also be configured as a program that causes the computer to function as the abnormality
1…異常予兆検出システム
2…回転設備(対象設備)
3…振動センサ
4…データ記録部
5…周波数算出部(多次元特徴量算出部)
6…正常データ記録部
7…正常モデル算出部(正常モデル作成部)
8…診断データ記録部
9…再構築誤差算出部
10…異常判定部
11…変数誤差出力部(異常要因推定部)
1 ... Abnormal
3 ...
6 ... Normal
8 ... Diagnostic
Claims (4)
事前に前記対象設備の正常時に収集された前記振動波形データに基づき多次元特徴量を生成する多次元特徴量算出ステップと、
前記多次元特徴量を正常データとして学習することで入力を出力として再現する正常モデルを生成する正常モデル作成ステップと、
前記対象設備の前記振動波形データに基づき生成された多次元特徴量を診断データとし、前記診断データを前記正常モデルに入力したときの入出力の誤差分布を求める再構築誤差算出ステップと、
前記診断データの誤差分布が前記正常データの誤差分布を逸脱していれば、前記異常予兆を判定する異常判定ステップと、
前記診断データの周波数毎の誤差を算出し、算出された誤差の評価に応じて前記対象設備の異常要因を推定する異常要因推定ステップと、
を有することを特徴とする異常予兆検出方法。 This is an abnormality sign detection method that detects an abnormality sign based on the vibration waveform data of the target equipment using a computer.
A multidimensional feature calculation step that generates a multidimensional feature based on the vibration waveform data collected in advance when the target equipment is normal, and
A normal model creation step that generates a normal model that reproduces the input as an output by learning the multidimensional features as normal data, and
A reconstruction error calculation step for obtaining an input / output error distribution when the diagnostic data is input to the normal model, using a multidimensional feature amount generated based on the vibration waveform data of the target equipment as diagnostic data.
If the error distribution of the diagnostic data deviates from the error distribution of the normal data, the abnormality determination step for determining the abnormality sign and the abnormality determination step
An abnormality factor estimation step of calculating an error for each frequency of the diagnostic data and estimating an abnormality factor of the target equipment according to the evaluation of the calculated error.
An abnormality sign detection method characterized by having.
ことを特徴とする請求項1記載の異常予兆検出方法。 The abnormality sign detection method according to claim 1, wherein the normal model creation step is to create the normal model by a dimension compression type autoencoder using a neural network.
ことを特徴とする請求項1または2記載の異常予兆検出方法。 The abnormality sign detection according to claim 1 or 2, wherein the abnormality determination step determines that the error distribution of the diagnostic data deviates from the error distribution of the normal data if the error distribution exceeds a preset threshold value. Method.
前記誤差を高評価とすることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の異常予兆検出方法。 In the abnormality factor estimation step, if the error of the diagnostic data exceeds a preset threshold value,
The method for detecting an abnormality sign according to any one of claims 1 to 3, wherein the error is highly evaluated.
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