CN105929723A - 通过纠错功能进行寿命预测的控制装置 - Google Patents
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Abstract
一种通过纠错功能进行寿命预测的控制装置，其具备：纠错处理部，基于从纠正率计算部输出的每个状态的纠正率切换纠错码，进行从信息数据向代码字的编码和从代码字向信息数据的解码，并且输出与纠错有关的纠正信息；以及寿命计算部，根据当前的纠错码的纠正能力值、当前的纠正率、当前的运转状况的故障因素系数计算设备的当前的剩余寿命即设备寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有纠错功能的控制装置，该纠错功能在存储器、通信中使用，自动纠正错误从而提高装置和系统的可靠性。另外，本发明尤其涉及在由于温度、振动、噪声等导致的作业环境恶劣的状况下，必须正常进行动作的工业用装置、系统或医疗、航空宇宙、公共系统等要求可靠性的装置、系统中所使用的具有纠错功能的控制装置。
背景技术
基于设备寿命进行的故障预测，能够事先准备更换部件，由此可缩短故障修复时间，其中，设备寿命表示可以正常使用设备的期间。缩短故障修复时间使生产线的能力得以改善，所以需要高精度地预测生产线的装置的设备寿命。
一般，反复进行信息的写入和擦除的存储器由于老化，特定部位的故障会增多。在由具有纠错功能的存储器构成的系统中，在发生了纠错功能的纠正能力范围内的故障时，系统无问题地工作。与此相对，在发生了超过纠正能力的故障时无法进行纠正，系统必须停止。
因此，通过把纠错能力的动作比例作为设备寿命，能够在系统因存储器的故障而停止之前，准备故障的对策。
作为现有技术，提出了根据纠错功能的纠正记录计算设备的劣化进度，在早期制定故障对策的故障预测方法(参照日本特开2012-155737号公报)。
另外，所谓纠错功能，是指为了提高数据的可靠性，使用纠错码自动纠正错误的纠错方法。以往作为代码理论对纠错码进行研究，提出了专用于突发错误的纠错码、局部地强化了纠错能力的纠错码等功能不同的各种各样结构的纠错码。
作为现有技术，提出了具有多个纠错码，切换纠错码的纠错功能(参照日本特开2012-178014号公报)。
一般，纠错功能的设计假设与设备的制造偏差、设置环境、动作状况有关的错误因素所导致的错误，设计具有足够大容限的纠错码。因此，在基于一个纠错码的纠错功能中，对于某一个体成为资源的浪费。
设备的故障有多种形态。另外，使设备的故障加速的因素因每个形态而不同。例如，在存储设备中，有时因质量的偏差等使特定的存储区域固定为特定状态的故障的发生概率，在使用环境为高温时上升。一般，故障的原因因设备的运转状况而成长，因此如果设备的故障与设备的运转状况的因果关系已知且可反映出来，则可高精度地进行设备寿命的预测。
可提供一种控制装置，在与运转状况对应地切换纠错码的纠错功能中，通过在设备寿命的计算中反映每个运转状况的故障分析的结果，从而具有高精度的设备寿命的计算功能，根据当前的设备寿命输出维修准备委托和维修执行委托。
为此，首先，使用切换纠错码的纠错功能，能够计算设备寿命即可。但是，现有的根据可纠正位数计算的设备寿命，由于切换为可纠正位数不同的纠错码的纠错功能中的纠错码的切换，而使设备寿命变得不连续。因此，无法应对纠错码的切换。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种具有基于与运转状况对应的动态纠错功能的、考虑了每个运转状况的故障因素的高精度的寿命预测的控制装置。
根据本发明，通过在设备寿命的计算中以可纠正位数导入纠错码的纠正能力，可以将根据纠正能力不同的纠错码计算出的设备寿命彼此进行比较。而且，根据本发明，提供一种控制装置，通过在设备寿命的计算中导入每个运转状况的变量，反映每个运转状况的故障分析的结果，进行高精度的设备寿命预测，与当前的设备寿命对应地输出维修准备委托和维修执行委托。
另外，本发明的控制装置具有通过纠错码进行从信息数据向代码字的编码和从代码字向信息数据的解码，并自动纠正在解码中可纠正的错误的纠错功能，上述控制装置具备：状态监视部，其监视监视对象的状态，输出状态信息；纠正率计算部，其基于状态监视部输出的上述状态信息和纠错信息，计算并输出每个上述状态的纠正率；纠错处理部，其具备具有多个纠错码的纠错码组，该多个纠错码具有根据预定的基准定义的纠正能力的顺序，基于从上述纠正率计算部输出的每个上述状态的纠正率切换上述纠错码，进行从信息数据向代码字的编码以及从代码字向信息数据的解码，并且输出与纠错有关的纠正信息；以及寿命计算部，其根据当前的纠错码的纠正能力值、当前的纠正率、当前的运转状况的故障因素系数，计算设备的当前的剩余寿命即设备寿命。
本发明的控制装置也可以具备故障因素系数改写单元，其改写上述故障因素系数。
本发明的控制装置也可以具备维修准备信息输出单元，其监视上述寿命计算部输出的设备寿命，输出维修准备信息。
本发明的控制装置也可以阈值改写单元，其改写决定上述维修准备信息输出单元的维修准备信息的输出的阈值。
本发明的控制装置也可以具备维修执行信息输出单元，其监视上述寿命计算部输出的设备寿命，输出维修执行信息。
本发明的控制装置也可以具备从外部改写决定上述维修执行信息输出单元的输出的阈值的单元。
本发明的控制装置也可以具备从多个机械的状态统计性地计算上述故障因素系数的单元。
本发明通过具有以上的结构，可提供一种控制装置，其具有基于与运转状况对应的动态纠错功能的、考虑了每个运转状况的故障因素的高精度的寿命预测。
附图说明
通过参照附图对以下的实施例进行说明，本发明的上述和其它的目的和特征变得更加清楚。在这些图中：
图1是本发明的安装了纠错方法的具有纠错功能的控制装置的功能框图。
图2是表示本发明的状态监视部的动作的流程图。
图3是表示本发明的纠正率计算部的动作的流程图。
图4是表示本发明的纠正信息履历表的图。
图5是表示本发明的纠错处理部的动作的流程图。
图6是表示本发明的纠错码切换处理的动作的一例的流程图。
图7是本发明的具有寿命计算功能的控制装置的功能框图。
图8是本发明的具有使用了设备剩余寿命的故障诊断功能的控制装置的功能框图。
具体实施方式
以下，结合附图说明本发明的实施方式。
图1是本实施方式的具有纠错功能的控制装置的功能框图。控制装置10具有：对监视对象20的状态进行监视的状态监视部11；计算每个状态的纠正率的纠正率计算部12；执行信息数据的编码处理、编码数据的解码处理的纠错处理部13。
以下，详细说明构成控制装置10的各功能单元的动作。
图2是表示本实施方式的状态监视部11的动作的流程图。状态监视部11取得与监视对象20有关的信息(S201)，基于取得的信息分析监视对象20的状态(S202)。然后，基于分析出的监视对象20的状态生成状态信息(S203)，对纠正率计算部12输出生成的状态信息(S204)。
监视对象20例如也可以是组装了控制装置10的机床，作为此时的用来分析监视对象20的状态的信息，例如可以是从该机床中设置的温度传感器取得的温度信息。在使用温度信息时，分析从设置在监视对象20中的温度传感器取得的温度属于根据所设定的温度阈值而决定的哪个温度范围，作为状态信息生成高温、常温、低温等的状态，对纠正率计算部12输出。
另外，监视对象20例如也可以是执行控制程序的处理器，作为监视对象20的状态，可以是在该处理器中设置的程序计数器的值。此时，根据从监视对象取得的程序计数器的值，分析正在执行哪个程序块，作为状态信息生成程序块的名称，对纠正率计算部12输出。
另外，关于为了分析监视对象20的状态而使用的温度范围的阈值、程序块的定义等信息，可以构成为使用预先定义的信息，也可以在控制装置中组装用来从外部设定这些分析中使用的信息的单元。通过这样地构成，可以针对监视对象20的设置场所的变化等，通过变更设定进行应对。
作为监视对象20，除了上述以外，也可以是工业用装置和系统或医疗、航空宇宙、公共系统等要求可靠性的装置和系统，而且，作为为了分析监视对象20的状态而使用的信息，可以利用振动、噪声、放射剂量等对装置和系统产生影响的各种信息。
图3是表示本实施方式的纠正率计算部12的动作的流程图。纠正率计算部12当从纠错处理部13取得纠正信息时(S301)，从状态监视部11取得状态信息(S302)，根据从状态监视部11取得的状态信息、从纠错处理部13取得的纠正信息，针对每个状态计算纠正率(S303)，把计算出的每个状态的纠正率向纠错处理部13输出(S304)。
一般，关于纠错码，进行把K位(bit)的信息数据变换成N位的代码字的编码、和检测并纠正代码字的错误，把信息数据复原的解码，作为纠正能力具有可纠错位数T位，在检测到T位以上的错误时输出无法纠正的结果。在纠错码的纠正能力中，具有针对突发错误的突发错误可纠正位数、针对随机错误的随机错误可纠正位数、用N/K表示的编码率等参数。
所谓纠正率，使用通过纠错码纠正后的纠正位数，被定义为表示最近的错误的发生状况的参数。作为一个实施方式，在使用可纠错位数为T位的纠错码时，进行了预定次数J次纠正的时刻的纠正率P，可以使用到各纠正为止进行了解码的代码字的数Ci(i＝1..j)和各纠正位数Ei(i＝1..j)，如(数式1)那样定义纠正率。也可以把变更预定次数J次的单元组装到控制装置中。通过成为这样的结构，可以针对监视对象20的设置场所的环境变化等，通过变更设定进行应对。
纠正率P＝(Σ(Ei/(Ci×T)))/J (数式1)
为了能够计算每个这样状态的纠正率，纠正率计算部12对于从状态监视部11取得的状态信息关联从纠错处理部13取得的纠正信息，作为纠正履历存储在纠正信息履历表中进行管理，在计算每个状态的纠正率时，从纠正信息履历表抽出与特定的状态相关联的纠正履历，来计算每个状态的纠正率。
例如，作为状态信息在可取得高温、常温、低温的信息时，纠正率计算部12当从纠错处理部13取得纠正信息时，从状态监视部11取得在取得了纠正信息的时刻的监视对象20的状态信息(高温、常温、低温)，将其存储在纠正信息履历表中。此时，如图4所示，在纠正信息履历表中存储纠正履历。在从图4所示的纠正信息履历表计算状态信息表示高温状态时的纠正率时，从纠正信息履历表抽出在状态信息中记录了高温状态的纠正履历，把抽出的纠正履历代入上述的运算式，计算纠正率即可。
图5是表示本实施方式的纠错处理部13的动作的流程图。纠错处理部13从纠正率计算部12取得每个状态的纠正率(S701)，根据取得的每个状态的纠正率从纠错码组中选择并切换更合适的纠错码(S702)。然后，纠错处理部13根据切换后的纠错码进行从信息数据到代码字的编码处理、从代码字到信息数据的解码处理(S703)。
纠错处理部13在执行了代码字的解码处理时，基于该解码处理的结果输出纠正信息。纠正信息包含在针对代码字的解码处理中，进行了针对代码字的纠正处理时的通过该纠正处理纠正的位数相关的信息。纠正率计算部12将输出的纠正信息用于计算每个状态的纠正率。
纠错处理部13具有纠错码组，纠错码组具有根据以预定的基准定义的纠正能力进行了排序的多个不同的纠错码。纠错码包含用于对从信息数据到代码字的编码以及从代码字到信息数据的解码进行处理的程序、程序的动作所需的设定值等。将各纠错码与表示该纠错码的纠正能力的参数一同管理，在切换纠错码时，通过参照该参数，可以切换为具有与监视对象20的状态对应的更合适的纠正能力的纠错码。关于表示纠错码的纠正能力的参数，例如可以把随机错误可纠正位数、突发错误可纠正位数、编码率作为基准进行量化。另外，纠错码也可以是BCH码、里德所罗门(Reed Solomon)码，也可以利用其它的纠错码。
另外，纠错码组所具备的纠错码可以利用预先在装置内编程的纠错码，也可以例如经由网络更新纠错码等，把用于从外部进行设定的单元组装到控制装置中。通过这样地构成，可以针对监视对象20的设置场所的变化等通过变更设定进行应对。
纠错处理部13当从纠正率计算部12取得每个状态的纠正率时，基于取得的每个状态的纠正率的值参照纠错码的参数，进行切换为更合适的纠错码的切换处理。
基于图6的流程图说明本实施方式的纠错码切换处理的一例。纠错处理部13把从纠正率计算部12取得的每个状态的纠正率和设定的预定的阈值PH进行比较(S801)，在每个状态的纠正率高于预定的阈值PH时，参照纠错码的参数，切换为纠正能力更高的纠错码(S802)。在每个状态的纠正率不高于预定的阈值PH时，进一步将每个状态的纠正率和设定的预定的阈值PL进行比较(S803)，在每个状态的纠正率低于预定的阈值PL时，参照纠错码的参数，切换为纠正能力更低的纠错码(S804)。
每个状态的纠正率变高，意味着直到纠正为止进行了解码的代码字的数Csi的值变小(错误频度的上升)、或者纠正的代码字的纠正位数Esi的值变大(错误位数的增加)。在成为这样的状态时，认为意味着监视对象20的动作环境成为更恶劣的状态，所以通过事先切换成纠正能力更高的纠错码，可防止发生成为系统停止等的原因的无法纠正的错误。另外，每个状态的纠正率变低，与上述相反，是指代码字的错误率降低，所以通过切换成纠正能力更低的纠错码，可抑制过剩地使用用于纠错的资源。
另外，关于切换纠错码的每个状态的纠正率的阈值，可以从外部适当地进行切换。通过设置这样的单元，可以在向工作环境进行设置后与状况相匹配地调整纠错码切换的契机。
另外，关于纠错码组的纠正能力的顺序，可以设置可从外部适当改写的单元。通过设置这样的单元，可以在向工作环境进行设置后与状况相匹配地进行调整，以便选择更合适的纠错码。
而且，为了应对纠错码的切换，纠错处理部13可以具有以下功能：把通过切换前的纠错码进行了编码后的代码字重新编码为切换后的纠错码。
另外，设备由于老化，引起固定错误的故障增加，因此纠正率上升，所以把与预定阈值的差分作为设备剩余寿命。图7是本发明的具有寿命计算功能的控制装置的功能框图。另外，图8是本发明的具有使用了设备剩余寿命的故障诊断功能的控制装置的功能框图。
在此，如图7所示，在具有纠错功能的控制装置10中导入计算设备剩余寿命的功能(寿命计算部14)，其中，上述纠错功能通过针对状态监视部11判断出的机械的每个状态计算出的纠正率，控制纠错能力。作为纠错码的控制方法，在一个实施方式中可以具有如下单元：如果纠正率高于预定的阈值则切换为纠正能力高的纠错码，如果纠正率低于预定的阈值则切换为纠错能力低的纠错码。
此时，关于设备剩余寿命L，通过增加正在应用的纠错码的纠正能力等级R，将设备剩余寿命针对应用的纠错码定义为恒定值。在一个实施方式中，可以使用纠正能力等级R、纠正率P、上限侧的阈值Ph如数式2那样进行定义。表示纠错码的纠正能力的纠正能力等级R，也可以是随机错误可纠正位数、突发错误可纠正位数、编码率。
设备剩余寿命L＝R×(Ph-P) (数式2)
而且，状态监视部11从监视对象20分析机械的状态，输出状态信息。纠正率计算部12针对每个状态信息，基于来自纠错处理部13的纠正信息计算纠正率。在本实施方式中，针对状态信息可取得的每个状态计算上述的纠正率。即，在可取得n个状态的状态信息取状态s(s∈S,S＝{s1...sn})的情况下，在正在使用可纠错位数为Ts位的纠错码时，关于纠正率Ps，在进行了预定次数第Js次的纠正的时刻，使用直到各纠正为止进行了解码的代码字的数Csi(si＝1...Js)、纠正的代码字的纠正位数Esi(si＝1...Js)，如下面的数式3那样进行定义。
纠正率Ps＝(Σ(Esi/(Csi×Ts))/Js (数式3)
在此，在根据针对机械的每个状态信息计算出的纠正率，导出每个状态的设备剩余寿命Ls时，作为每个状态信息的变量导入故障因素系数αs。在一个实施方式中，可以如数式4那样。
每个状态的设备剩余寿命Ls＝Rs×(Ph-Ps)/αs (数式4)
可以通过故障因素系数改写单元改写故障因素系数αs，例如，在已知设备的故障的某个形态与高温动作之间有因果关系时，通过将机械的状态为高温的故障因素系数增大，可使高温的设备剩余寿命减小，从而提前产生维修准备委托。
另外，根据该寿命预测输出维修准备委托和维修执行委托。例如，把各状态的设备剩余寿命中寿命最短的设备剩余寿命作为最终寿命，按照阈值Th输出委托输出。通过维修准备信息输出单元输出维修准备委托。另外，通过维修执行信息输出单元输出维修执行委托。两个输出单元具有用于改写判断是否输出委托信息的阈值的单元。
另外，也可以根据通过监视多个同样的机械而得到的统计量导出该故障因素系数(统计地进行计算的单元)。
作为应用具有这样的纠错能力的控制装置的对象，考虑例如如上述那样作为监视对象20采用机床，作为状态信息使用温度信息，在机床或控制装置上使用的存储器上的数据的纠错中应用。此时，为了应对因温度上升造成的动作环境的恶化，可切换纠错码。
另外，作为其它的应用对象，考虑例如如上述那样作为监视对象20采用执行控制程序的处理器，作为状态信息使用机械的控制装置正在执行的程序块名，在向带纠错功能的ROM写入的控制程序的纠错中应用。此时，可以构成为在反复执行控制程序的过程中，按照每个程序块的纠正率切换纠错码，重新进行编码。而且，本发明的实施方式的控制装置，除了存储器等的纠错以外，还可以在通信中处理的数据等中应用。
如以上所述，通过具有纠错能力的控制装置的方式说明了本发明的实施方式，但是上述的一连串处理的过程可以以程序或存储了程序的计算机可读取的记录介质的形式提供。此时，也可以通过由计算机读出并执行该程序，进行上述处理。在此，计算机可读取的记录介质指磁盘、光磁盘、CD-ROM、DVD-ROM、半导体存储器等。另外，也可以通过通信线路把该计算机程序传送给计算机，由接收该传送的计算机执行该程序。
如上述那样，根据本发明，通过针对机械的每个状态动态地计算设备剩余寿命，可以进行与机械的状态对应的高效的维修活动。
如以上所述，说明了本发明的实施方式，但本发明不限于上述的实施方式的例子，通过添加适当的变更，可以以其它的方式实施。
Claims (7)
1.一种控制装置，其具有通过纠错码进行从信息数据向代码字的编码和从代码字向信息数据的解码，并自动纠正在解码中可纠正的错误的纠错功能，其特征在于，
上述控制装置具备：
状态监视部，其监视监视对象的状态，输出状态信息；
纠正率计算部，其基于状态监视部输出的上述状态信息和纠错信息，计算并输出每个上述状态的纠正率；
纠错处理部，其具备具有多个纠错码的纠错码组，该多个纠错码具有根据预定的基准定义的纠正能力的顺序，基于从上述纠正率计算部输出的每个上述状态的纠正率切换上述纠错码，进行从信息数据向代码字的编码以及从代码字向信息数据的解码，并且输出与纠错有关的纠正信息；以及
寿命计算部，其根据当前的纠错码的纠正能力值、当前的纠正率、当前的运转状况的故障因素系数，计算设备的当前的剩余寿命即设备寿命。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
具备故障因素系数改写单元，其改写上述故障因素系数。
3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，
具备维修准备信息输出单元，其监视上述寿命计算部输出的设备寿命，输出维修准备信息。
4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，
具备阈值改写单元，其改写决定上述维修准备信息输出单元的维修准备信息的输出的阈值。
5.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，
具备维修执行信息输出单元，其监视上述寿命计算部输出的设备寿命，输出维修执行信息。
6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，.
具备从外部改写决定上述维修执行信息输出单元的输出的阈值的单元。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的控制装置，其特征在于，
具备从多个机械的状态统计性地计算上述故障因素系数的单元。
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