DE112016006264T5

DE112016006264T5 - Anomalie-Detektionseinrichtung und Anomalie-Detektionssystem

Info

Publication number: DE112016006264T5
Application number: DE112016006264.8T
Authority: DE
Inventors: Shoichi Kobayashi; Wataru Tsujita; Toshihiro Wada; Tomoki Takegami
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-01-20
Filing date: 2016-12-01
Publication date: 2018-09-27
Also published as: US20190011506A1; WO2017126236A1; JP6671397B2; JPWO2017126236A1; CN108463736B; CN108463736A

Abstract

Eine erste Klassifikationsschaltung (112) bezieht erste Messwerte von jeder Einrichtung (100-1 bis 100-N), wobei die ersten Messwerte der Einrichtung mindestens einen Eingabewert an die eine Einrichtung und mindestens einen Ausgabewert aus der Einrichtung aufweisen, und sie klassifiziert die ersten Messwerte der Einrichtungen in erste normale Messwerte und erste Ausreißer-Messwerte, und zwar unter Verwendung der OCSVM (Einklassen-nu-Stützvektormaschine). Eine zweite Klassifikationsschaltung (113) bezieht zweite Messwerte von jeder Einrichtung (100-1 bis 100-N), wobei die zweiten Messwerte der Einrichtung mindestens einen Eingabewert an die Einrichtung aufweisen, und sie klassifiziert die zweiten Messwerte der Einrichtungen in zweite normale Messwerte und zweite Ausreißer-Messwerte, und zwar unter Verwendung der OCSVM Eine Bestimmungsschaltung (114) bestimmt eine Einrichtung, die die ersten Ausreißer-Messwerte und die normalen zweiten Messwerte hat, als eine Einrichtung mit Funktionsfehler.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung für ein System, das eine Mehrzahl von Einrichtungen beispielsweise vom gleichen Typ oder der gleichen Klasse aufweist, und eine Mehrzahl von Sensoren zum Messen bestimmter physikalischer Größen der Einrichtungen aufweist, wobei die Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung eine Einrichtung mit Funktionsfehler im System auf der Basis von Daten detektiert, die die Zustände der Einrichtungen angeben, die von den Sensoren gesammelt werden. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Fehlfunktion-Detektionssystem, das eine solche Mehrzahl von Einrichtungen, eine Mehrzahl von Sensoren und eine Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung aufweist.
Stand der Technik
In jüngster Zeit gibt es für ein System, das eine große Anzahl von Einrichtungen aufweist, einen erhöhten Bedarf für eine Technik zum effektiven Verwalten und Betreiben der Einrichtungen, wobei eine große Anzahl von Sensoren verwendet wird, die den Einrichtungen entsprechen, um Daten zu sammeln und zu analysieren, die die Zustände der Einrichtungen angeben. Ein Beispiel für ein solches System ist ein Batteriesystem, das eine Mehrzahl von Sekundärbatteriezellen aufweist.
Falls eine einzelne Sekundärbatteriezelle, wie z. B. eine Lithium-Ionen-Batterie unzureichende Batteriekapazität, Eingangs- und Ausgangsströme und Spannung hat, dann wird eine große Anzahl von Sekundärbatteriezellen in Reihenschaltung oder in Parallelschaltung kombiniert und als ein Batteriesystem mit großer Kapazität, großen Eingangs- und Ausgangsströmen und hoher Spannung verwendet. Ein solches Batteriesystem kann beispielsweise an einem Schienenfahrzeug montiert sein und kann für folgende Funktionen verwendet werden: Antrieb; Antriebs-Assistenz; oder Regenerationsspeicher.
In diesem Fall ist das Batteriesystem so konfiguriert, dass es eine Ausgangsspannung von beispielsweise 600 V erzeugt, indem eine Mehrzahl von Sekundärbatteriezellen in Reihe geschaltet wird, und dass es einen großen Ausgangsstrom, der zum Antreiben eines Elektromotors notwendig ist, und einen großen Eingangsstrom unterstützt, der zum Aufnehmen von regenerativer Energie notwendig ist.
In einem solchen Batteriesystem sollten sich alle Sekundärbatteriezellen des Batteriesystems in einer normalen Verfassung bzw. einem normalen Zustand befinden. Falls eine der Sekundärbatteriezellen nicht in einem normalen bzw. in einem anormalen Zustand ist, dann können das gesamte Batteriesystem und eine damit verbundene Einrichtung oder damit verbundene Einrichtungen versagen. Daher sollte die Fehlfunktion der Sekundärbatteriezelle unmittelbar detektiert werden.
In einem solchen Batteriesystem wird angenommen, dass die meisten der Sekundärbatteriezellen in einem normalen Zustand sind, und dass nur eine sehr geringe Anzahl von Sekundärbatteriezellen in einem anormalen Zustand ist. Das heißt, im gesamten Batteriesystem ist es notwendig, nur eine sehr kleine Anzahl von Sekundärbatteriezellen zu detektieren, die in einer Weise arbeiten, die sich von derjenigen der meisten Sekundärbatteriezellen unterscheidet.
Der Stand der Technik für die vorliegende Erfindung umfasst beispielsweise die Technik gemäß dem Patentdokument 1. Das Patentdokument 1 offenbart ein Verfahren zum Detektieren eines Anomalie-Anzeichens, indem eine Mehrzahl von Sensorinformationsstücken für normale Zustände unter Verwendung einer Einklassen-Stützvektormaschine verarbeitet werden, wobei die Sensorinformationsstücke erhalten werden, indem ein Prüfling (device under test) unter normalen Betriebszuständen unter Verwendung einer Mehrzahl von Sensoren gemessen wird, so dass eine Kombination von außergewöhnlichen Sensorinformationsstücken extrahiert wird. Beispielsweise offenbart das Nicht-Patentdokument 1 auch eine Einklassen-Stützvektormaschine.
Literaturverzeichnis
Patentdokumente
Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2005-345154 A (Seite 3, Zeilen 8 bis 11, 2)
Nicht-Patentdokumente
Nicht-Patentdokument 1: Shotaro AKAHO, „Kernel Tahenryou Kaiseki (Multivariate Kernel-Analyse)", veröffentlicht von Iwanami Shoten, Seiten 106 bis 111, 27. November 2008
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Das Verfahren gemäß dem Patentdokument 1 kann bei einem System verwendet werden, das eine große Anzahl von Einrichtungen aufweist (beispielsweise ein Batteriesystem, das eine Mehrzahl von Sekundärbatteriezellen aufweist). Bei dem Verfahren gemäß dem Patentdokument 1 gilt Folgendes: Selbst wenn ein außergewöhnlicher Sensorwert für eine Einrichtung detektiert wird, ist es nicht möglich, zwischen einem anormalen Sensorwert infolge einer Fehlfunktion der Einrichtung selbst und einem anormalen Sensorwert infolge einer Ursache zu unterscheiden, die nicht bei der Einrichtung selbst zu finden ist. Demzufolge kann dies die Genauigkeit beim Detektieren der Fehlfunktion der Einrichtung verschlechtern.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung anzugeben, die dazu imstande ist, eine Fehlfunktion einer Einrichtung mit höherer Genauigkeit als diejenige beim Stand der Technik zu detektieren. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fehlfunktion-Detektionssystem anzugeben, das eine solche Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung aufweist.
Lösung des Problems
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung zum Detektieren einer Einrichtung mit Funktionsfehler unter einer Mehrzahl von Einrichtungen angegeben. Die Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung weist Folgendes auf: eine erste Klassifikationsschaltung, eine zweite Klassifikationsschaltung und eine Bestimmungsschaltung.
Die erste Klassifikationsschaltung bezieht erste Messwerte von jeder Einrichtung der Mehrzahl von Einrichtungen, wobei die ersten Messwerte der einen Einrichtung mindestens einen Eingabewert an die eine Einrichtung und mindestens einen Ausgabewert aus der einen Einrichtung aufweisen, und sie klassifiziert die ersten Messwerte der Mehrzahl von Einrichtungen in erste normale Messwerte und erste Ausreißer-Messwerte, und zwar unter Verwendung eines vorbestimmten Mehrgrößen-Analyseverfahrens.
Die zweite Klassifikationsschaltung bezieht zweite Messwerte von jeder Einrichtung der Mehrzahl von Einrichtungen, wobei die zweiten Messwerte der einen Einrichtung mindestens einen Eingabewert an die eine Einrichtung aufweisen, und sie klassifiziert die zweiten Messwerte der Mehrzahl von Einrichtungen in zweite normale Messwerte und zweite Ausreißer-Messwerte, und zwar unter Verwendung des Mehrgrößen-Analyseverfahrens.
Die Bestimmungsschaltung bestimmt eine Einrichtung, die die ersten Ausreißer-Messwerte und die normalen zweiten Messwerte hat, als eine Einrichtung mit Funktionsfehler unter der Mehrzahl von Einrichtungen.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist dazu in der Lage, eine Fehlfunktion einer Einrichtung mit einer höheren Genauigkeit als beim bisher bekannten Stand der Technik zu detektieren.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Fehlfunktion-Detektionssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen Eingabewerten und Ausgabewerten für die Einrichtungen 100-1 bis 100-N gemäß 1 zeigt.
3 ist ein Diagramm, das den Betrieb einer ersten Klassifikationsschaltung 112 gemäß 1 zeigt.
4 ist ein Diagramm, das den Betrieb einer zweiten Klassifikationsschaltung 113 gemäß 1 zeigt.
5 ist eine Tabelle, die ein Beispiel für die mittels einer Bestimmungsschaltung 114 gemäß 1 getroffenen Bestimmung zeigt.
6 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Anwendung des Fehlfunktion-Detektionssystems gemäß 1 auf ein System zeigt, das Züge 200-1 und 200-2 aufweist.
7 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Fehlfunktion-Detektionssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist eine Tabelle, die ein erstes Beispiel der Bestimmung zeigt, die von einer Bestimmungsschaltung 114 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung getroffen worden ist.
9 ist eine Tabelle, die ein zweites Beispiel der Bestimmung zeigt, die von der Bestimmungsschaltung 114 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung getroffen worden ist.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend werden Fehlfunktion-Detektionssysteme gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Fehlfunktion-Detektionssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Fehlfunktion-Detektionssystem gemäß 1 weist eine Mehrzahl von Einrichtungen 100-1 bis 100-N, eine Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110 und eine Anzeigevorrichtung 120 auf.
Die Mehrzahl von Einrichtungen 100-1 bis 100-N sind beispielsweise im Wesentlichen vom gleichen Typ oder Klasse. In der vorliegenden Beschreibung hat jede der Einrichtungen 100-1 bis 100-N ein spezifisches Verhältnis zwischen physikalischen Größen, die in die Einrichtung eingegeben werden (nachfolgend als „Eingabewerte“ bezeichnet) und physikalischen Größen, die aus der Einrichtung ausgegeben werden (nachfolgend als „Ausgabewerte“ bezeichnet). Die physikalischen Größen, die in die Einrichtung eingegeben werden, bestimmen die Betriebsbedingungen der Einrichtung, und die Einrichtung erzeugt einen Ausgabewert in Abhängigkeit von dem Eingabewert.
Die physikalischen Größen, die in die Einrichtung eingegeben werden, sind physikalische Größen, die den Betrieb der Einrichtung beeinflussen, inklusive den Zuständen bzw. Bedingungen der Umgebung, die die Einrichtung enthält. Die physikalischen Größen, die aus der Einrichtung ausgegeben werden, sind physikalische Größen, die als ein Ergebnis des Betriebs der Einrichtung auftreten oder variieren.
Genauer gesagt: Jede der Einrichtungen 100-1 bis 100-N ist beispielsweise eine Sekundärbatteriezelle oder eine Motoreinrichtung. Im Fall der Sekundärbatteriezelle sind die Eingabewerte der Sekundärbatteriezelle ein Lade-/Entladestrom, ein prozentualer Ladezustand und eine Lufttemperatur (Umgebungstemperatur) der Sekundärbatteriezelle. Die Ausgabewerte der Sekundärbatteriezelle sind eine Klemmenspannung und eine Temperatur der Sekundärbatteriezelle (die Temperatur der Sekundärbatteriezelle selbst).
Während der prozentuale Ladezustand als Ergebnis der Eingabe des Lade-/Entladestroms variiert, wird der prozentuale Ladezustand hier als eine physikalische Größe angesehen, die den Betrieb der Sekundärbatteriezelle beeinflusst. Im Fall der Motoreinrichtung sind die physikalischen Größen, die in die Motoreinrichtung eingegeben werden, ein Eingangsstrom, eine Eingangsspannung und eine Lufttemperatur der Motoreinrichtung. Die physikalischen Größen, die aus der Motoreinrichtung ausgegeben werden, sind eine Drehzahl, Betriebsgeräusche, Vibrationen und eine Temperatur der Motoreinrichtung.
Die Einrichtungen 100-1 bis 100-N weisen jeweils erste Sensoren 101-1 bis 101-N, zweite Sensoren 102-1 bis 102-N und Übertragerschaltungen 103-1 bis 103-N auf. Deren Konfiguration und Betrieb werden unten unter Bezugnahme auf die Einrichtung 100-1 beschrieben.
Der erste Sensor 101-1 misst mindestens eine physikalische Größe, die aus der Einrichtung 100-1 ausgegeben wird, nämlich mindestens einen Ausgabewert aus der Einrichtung 100-1, und sie überträgt den (die) gemessenen Ausgabewert(e) an die Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110 über die Übertragerschaltung 103-1. Der zweite Sensor 102-1 misst mindestens eine physikalische Größe, die in die Einrichtung 100-1 eingegeben wird, nämlich mindestens einen Eingabewert in die Einrichtung 100-1, und sie überträgt den (die) gemessenen Eingabewert(e) an die Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110 über die Übertragerschaltung 103-1.
Die Übertragerschaltung 103-1 ist mit dem Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110 über ein drahtgebundenes oder drahtloses Netzwerk verbunden. Die Übertragerschaltung 103-1 kann die Ausgabewerte und die Eingabewerte der Einrichtung 100-1 als analoge Daten an die Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110 übertragen, oder sie kann diese Werte als A/D-konvertierte Daten an die Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110 übertragen. Wenn außerdem die Einrichtung 100-1 die Ausgabewerte und die Eingabewerte zu dem Zweck misst, die Einrichtung 100-1 selbst zu steuern, kann die Übertragerschaltung 103-1 die Ausgabewerte und die Eingabewerte als analoge Daten oder digitale Daten an die Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110 ausgeben.
Die übrigen Einrichtungen 100-2 bis 100-N sind ebenfalls so konfiguriert und arbeiten auf eine ähnliche Weise wie die Einrichtung 100-1.
Die Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110 detektiert eine Einrichtung mit Funktionsfehler unter der Mehrzahl von Einrichtungen 100-1 bis 100-N. Die Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110 weist Folgendes auf: eine Empfängerschaltung 111, eine erste Klassifikationsschaltung 112, eine zweite Klassifikationsschaltung 113, eine Bestimmungsschaltung 114, eine Steuerung 115 und einen Speicher 116.
Die Empfängerschaltung 111 empfängt von jeder der Einrichtungen 100-1 bis 100-N die Ausgabewerte und die Eingabewerte der Einrichtung. Die Empfängerschaltung 111 leitet die Ausgabewerte der Einrichtungen 100-1 bis 100-N (die gemessenen Ergebnisse der ersten Sensoren 101-1 bis 101-N) an die erste Klassifikationsschaltung 112 weiter. Außerdem leitet die Empfängerschaltung 111 die Eingabewerte der Einrichtungen 100-1 bis 100-N (die gemessenen Ergebnisse der zweiten Sensoren 102-1 bis 102-N) sowohl an die erste Klassifikationsschaltung 112, als auch an die zweite Klassifikationsschaltung 113 weiter.
Die erste Klassifikationsschaltung 112 bezieht von jeder der Mehrzahl von Einrichtungen 100-1 bis 100-N die Ausgabewerte und die Eingabewerte der Einrichtung als die ersten Messwerte der Einrichtung. Unter Verwendung eines vorbestimmten Mehrgrößen-Analyseverfahrens klassifiziert die Klassifikationsschaltung 112 die ersten Messwerte der Einrichtungen 100-1 bis 100-N in normale erste Messwerte (die meisten Werte haben zueinander ähnliche Eigenschaften) und erste Ausreißer-Messwerte (eine sehr kleine Anzahl von Werten, die als anormale Werte betrachtet werden).
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine Einklassen-nu-Stützvektormaschine (one class nu-support vector machine, nachfolgend als „OCSVM“ bezeichnet) zur Klassifikation in normale Werte und Ausreißwerte verwendet. OCSVM ist eines von Mehrgrößen-Analyseverfahren, und es ist auf ein nichtlineares System anwendbar. Da OCSVM selbst wohlbekannt ist und beispielsweise detailliert in dem Nicht-Patentdokument 1 beschrieben ist, wird OCSVM in der vorliegenden Beschreibung nur kurz erläutert.
Es wird angenommen, dass für jede der Einrichtungen 100-1 bis 100-N die ersten Messwerte eine Menge von insgesamt M Werten bilden, inklusive von mindestens einem Ausgabewert und mindestens einem Eingabewert. x⁽ⁿ⁾ (1 ≤ n ≤ N) bezeichnet dabei einen M-dimensionalen Vektor, der mit jeder der Mehrzahl von Einrichtungen 100-1 bis 100-N zusammenhängt, wobei der Vektor aus den ersten Messwerten der Einrichtung als deren Komponente besteht. Hier führen wir die folgende Diskriminanzfunktion f(x) unter Verwendung einer vorbestimmten reellwertigen Kernelfunktion k(u, v) ein, die die Nähe zwischen zwei M-dimensionalen Vektoren u und v angibt. $f (x) = \sum_{n = 1}^{N} α_{n} k (x^{(n)}, x)$
Hierbei sind α₁,..., α_N Wichtungsparameter. x gibt einen der Vektoren x⁽¹⁾,..., x^(N) der ersten Messwerte an.
Für jeden der Vektoren x⁽¹⁾,..., x^(N) der ersten Messwerte gilt Folgendes: Falls der Diskriminanzfunktionswert f(x⁽ⁿ⁾) gleich groß wie oder größer ist als ein positiver Schwellenwert p, dann werden die ersten Messwerte als normale Werte klassifiziert; falls der Diskriminanzfunktionswert f(x⁽ⁿ⁾) kleiner ist als der Schwellenwert p, dann werden die ersten Messwerte als Ausreißwerte klassifiziert.
Die Parameter α₁,..., α_N und der Schwellenwert p werden wie folgt bestimmt.
Als eine Verlustfunktion wird die folgende Gleichung eingeführt. $r_{ρ} (f (x)) = max (0, ρ - f (x))$
Unter Berücksichtigung des Kriteriums, dass der Schwellenwert p vergrößert wird, während die Verluste verringert werden, die mittels dieser Verlustfunktion angegeben werden, wird das Problem als das folgende Optimierungsproblem neu formuliert. $min_{α, ρ} \frac{1}{N} \sum_{n = 1}^{N} r_{ρ} (f (x^{(n)})) + \frac{1}{2} α^{τ} K α - ν ρ$
Hierbei sind die Matrix K und der Vektor α wie folgt gegeben. $k = | \begin{matrix} k (x^{(1)}, x^{(1)}) & k (x^{(2)}, x^{(1)}) & \dots & k (x^{(N)}, x^{(1)}) \\ k (x^{(1)}, x^{(2)}) & k (x^{(2)}, x^{(1)}) & \dots & k (x^{(N)}, x^{(2)}) \\ ⋮ & ⋮ & ⋱ & ⋮ \\ k (x^{(1)}, x^{(N)}) & k (x^{(2)}, x^{(N)}) & \dots & k (x^{(N)}, x^{(N)}) \end{matrix}$
$α = (a_{1}, \dots, α_{N})$
v ist eine vorbestimmte Konstante, die die Obergrenze des Verhältnisses der Diskriminanzfunktionswerts spezifiziert, die einen Rand überschreiten, und zwar zur Klassifikation.
Unter Verwendung des Mathematischen Ausdrucks 3 werden die Parameter α₁,..., α_N und der Schwellenwert p bestimmt. Die Diskriminanzfunktion f(x) wird bestimmt, indem die Parameter α₁,..., α_N bestimmt werden. Unter Verwendung der Diskriminanzfunktion f(x) und des Schwellenwerts p klassifiziert die erste Klassifikationsschaltung 112 die ersten Messwerte der jeweiligen Einrichtungen 100-1 bis 100-N in die normalen ersten Messwerte und die ersten Ausreißer-Messwerte.
Die zweite Klassifikationsschaltung 113 bezieht von jeder der Mehrzahl von Einrichtungen 100-1 bis 100-N die Eingabewerte der Einrichtung als die zweiten Messwerte der Einrichtung. Unter Verwendung des vorbestimmten Mehrgrößen-Analyseverfahrens klassifiziert die zweite Klassifikationsschaltung 113 die zweiten Messwerte der Einrichtungen 100-1 bis 100-N in die normalen zweiten Messwerte und die zweiten Ausreißer-Messwerte.
Die zweite Klassifikationsschaltung 113 kann das gleiche Mehrgrößen-Analyseverfahren (z. B. OCSVM) wie dasjenige verwenden, das bei der ersten Klassifikationsschaltung 112 verwendet wird. Wenn die zweite Klassifikationsschaltung 113 das OCSVM verwendet, werden die Diskriminanzfunktion und der Schwellenwert für Vektoren berechnet, die aus den zweiten Messwerten als deren Komponenten bestehen, und zwar anstelle der Vektoren, die aus den ersten Messwerten als deren Komponenten bestehen.
2 ist ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen Eingabewerten und Ausgabewerten für die Einrichtungen 100-1 bis 100-N gemäß 1 zeigt. 2 zeigt einen Satz von beispielhaften Messungen, und es werden nun die Ausreißwerte erläutert, die mittels der OCSVM extrahiert werden, und zwar unter Bezugnahme auf 2. Zur Vereinfachung der Erläuterung zeigt 2 die Eingabewerte entlang der Horizontalachse als eine eindimensionale Größe, und sie zeigt ferner die Ausgabewerte entlang der Vertikalachse als eine eindimensionale Größe.
Unter der Menge der in 2 gezeigten Messwerte ist die Mehrzahl normale Messwerte 131, aber als Ausnahme enthält die Menge einen Messwert 132, der einer Fehlfunktion der Einrichtung selbst entspricht, sowie einen Messwert 133, der anormalen Eingabewerten entspricht. Die normalen Messwerte 131 werden erhalten, wenn die Einrichtung selbst korrekt funktioniert und der Einrichtung der normale Eingabewert geliefert wird.
Der Messwert 132, der der Fehlfunktion der Einrichtung selbst entspricht, wird erhalten, wenn die Einrichtung selbst eine Fehlfunktion aufweist und ein anormaler Ausgabewert auftritt, obwohl der Einrichtung der normale Eingabewert geliefert wird. Der Messwert 133, der den anormalen Eingabewerten entspricht, wird erhalten, wenn die Einrichtung selbst korrekt funktioniert und der Einrichtung ein anormaler Eingabewert geliefert wird.
Hier wird zum Zwecke des Vergleichs ein Fall angenommen, in welchem Sekundärbatteriezellen mit Fehlfunktion aus einer Mehrzahl von Sekundärbatteriezellen detektiert werden, und zwar unter Verwendung des herkömmlichen Verfahrens (siehe z. B. Patentdokument 1). Eine Sekundärbatteriezelle kann als eine Einrichtung angesehen werden, die einen Ausgabewert erzeugt (z. B. eine Klemmenspannung), der auf zugehörige Eingabewerte konditioniert ist (z. B. einen Ladestrom, einen prozentualen Ladezustand, die Lufttemperatur).
Das heißt, die Sekundärbatteriezelle wird als eine Einrichtung mit Eingängen und Ausgängen angesehen, wobei es ein spezifisches Verhältnis zwischen den gemessenen Eingabewerten und den gemessenen Ausgabewerten gibt, wobei das spezifische Verhältnis einer Sekundärbatteriezelle mit Fehlfunktion verschieden ist von demjenigen einer normalen Sekundärbatterie.
Wenn die gleichen Eingabewerte einer größeren Anzahl von normalen Sekundärbatteriezellen und einer sehr kleinen Anzahl von Sekundärbatteriezellen mit Fehlfunktion zur Verfügung gestellt werden, erzeugt die größere Anzahl von normalen Sekundärbatteriezellen Ausgabewerte, die einander ähnliche Eigenschaften haben, und nur die kleine Anzahl von anormalen Sekundärbatteriezellen erzeugt davon verschiedene Ausgabewerte.
Indem die Eingabewerte und die Ausgabewerte von jeder der Sekundärbatteriezellen erhalten werden und die Einklassen-Stützvektormaschine auf die Eingabewerte und die Ausgabewerte angewendet wird, werden damit die Ausgabewerte in die größere Anzahl von normalen Ausgabewerten und die kleine Anzahl von anormalen Ausgabewerten klassifiziert.
Wenn jedoch beispielsweise die Ladeströme der Sekundärbatteriezellen unterschiedlich sind, z. B. infolge von unterschiedlichen Betriebszuständen von Lastvorrichtungen, die mit den Sekundärbatteriezellen verbunden sind, kann der Eingabewert von einigen Sekundärbatteriezellen ein Ausreißwert sein, der von den Eingabewerten der größeren Zahl von Sekundärbatteriezellen verschieden ist.
In diesem Fall gilt Folgendes: Selbst wenn die Sekundärbatteriezellen selbst korrekt funktionieren, wären die Eingabewerte und die Ausgabewerte der Sekundärbatteriezelle mit den Ausreiß-Eingabewerten verschieden von den Eingabewerten und den Ausgabewerten der Sekundärbatteriezelle mit Nicht-Ausreiß-Eingabewerten.
Bei dem herkömmlichen Verfahren werden diese als Ausnahme-Eingabewerte und Ausnahme-Ausgabewerte detektiert. Wenn der Eingabewert ein Ausreißwert ist, wird daher möglicherweise eine normale Sekundärbatteriezelle irrtümlich als eine Sekundärbatteriezelle mit Fehlfunktion detektiert.
3 ist ein Diagramm, das den Betrieb der ersten Klassifikationsschaltung 112 gemäß 1 zeigt. Die erste Klassifikationsschaltung 112 bestimmt eine Diskriminanzfunktion und einen Schwellenwert, indem sie die OCSVM auf eine Menge von Kombinationen aus dem Eingabewerte und dem Ausgabewert (den ersten Messwerten) anwendet, wie in 2 gezeigt. Die Diskriminanzfunktion und der Schwellenwert bestimmen eine Hyperebene in einem Merkmalsraum entsprechend der Kernelfunktion.
Wie unter Bezugnahme auf 3 ersichtlich, ist der Merkmalsraum ein zweidimensionaler Raum, der von den Achsen A und B aufgespannt wird, und eine gerade Linie in diesem Raum klassifiziert normale Werte und Ausreißwerte. Die erste Klassifikationsschaltung 112 kann nicht zwischen dem Messwert 132, der der Fehlfunktion der Einrichtung selbst entspricht, und dem Messwert 133 unterscheiden, der den anormalen Eingabewerten entspricht, und sie klassifiziert beide als Ausreißwerte. Wenn nur die erste Klassifikationsschaltung 112 verwendet wird, kann diese also irrtümlich bestimmen, dass die Einrichtung selbst eine Fehlfunktion aufweist, sogar wenn die Einrichtung selbst völlig korrekt funktioniert.
Die Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110 gemäß 1 weist ferner die zweite Klassifikationsschaltung 113 auf, und die zweite Klassifikationsschaltung 113 bestimmt eine Diskriminanzfunktion und einen Schwellenwert, indem sie die OCSVM auf eine Menge von Eingabewerten (zweiten Messwerten) anwendet, wie in 2 gezeigt.
4 ist ein Diagramm, das den Betrieb der zweiten Klassifikationsschaltung 113 gemäß 1 zeigt. Wie unter Bezugnahme auf 4 ersichtlich, ist der Merkmalsraum ein zweidimensionaler Raum, der von den Achsen C und D aufgespannt wird, und eine gerade Linie in diesem Raum klassifiziert normale Werte und Ausreißwerte.
Die zweite Klassifikationsschaltung 113 klassifiziert den Messwert 132, der der Fehlfunktion der Einrichtung selbst entspricht, als normale Werte, und sie klassifiziert nur den Messwert 133, der den anormalen Eingabewerten entspricht, als Ausreißwert. Daher ist es möglich, zwischen dem Messwert 132, der der Fehlfunktion der Einrichtung selbst entspricht, und dem Messwert 133 zu unterscheiden, der den anormalen Eingabewerten entspricht.
Die Bestimmungsschaltung 114 bestimmt Einrichtungen mit Funktionsfehler auf der Basis des Klassifikationsergebnisses der ersten Messwerte in die normalen Werte und die Ausreißwerte durch die erste Klassifikationsschaltung 112 und des Klassifikationsergebnisses der zweiten Messwerte in die normalen Werte und die Ausreißwerte durch die zweite Klassifikationsschaltung 113. 5 ist eine Tabelle, die ein Beispiel für die mittels einer Bestimmungsschaltung 114 gemäß 1 getroffenen Bestimmung zeigt. 5 zeigt ein beispielhaftes Ergebnis der Bestimmung, ob oder ob nicht jede von zehn Einrichtungen eine Fehlfunktion aufweist.
Wenn sowohl die ersten Messwerte, als auch die zweiten Messwerte einer Einrichtung normale Werte sind, dann ist die Einrichtung normal. Wenn die ersten Messwerte einer Einrichtung Ausreißwerte sind und die zweiten Messwerte der Einrichtung normale Werte sind, dann hat die Einrichtung eine Fehlfunktion. Wenn sowohl die ersten Messwerte, als auch die zweiten Messwerte einer Einrichtung Ausreißwerte sind, dann ist es nicht möglich, zu bestimmen, ob die Einrichtung eine Fehlfunktion hat, so dass die Bestimmung als schwebend (nicht bestimmt) eingeordnet wird.
Wenn die ersten Messwerte einer Einrichtung normale Werte sind und die zweiten Messwerte der Einrichtung anormale Werte sind, beispielsweise infolge eines Berechnungsfehlers, dann wird ausnahmsweise die Bestimmung als schwebend eingeordnet. Auf diese Weise bestimmt die Bestimmungsschaltung 114, dass die Einrichtung, die die ersten Ausreißer-Messwerte und die normalen zweiten Messwerte hat, eine Einrichtung mit Funktionsfehler ist. Im Ergebnis ist es selbst dann, wenn eine Einrichtung korrekt funktioniert und die Eingabewerte anormal sind, möglich, eine inkorrekte oder irrtümliche Bestimmung zu vermeiden, dass die Einrichtung eine Fehlfunktion hat, und eine tatsächliche Einrichtung mit Funktionsfehler zu detektieren.
Die Steuerung 115 steuert den Betrieb der übrigen Komponenten der Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110. Die Steuerung 115 kann zumindest einige der Berechnungen der ersten Klassifikationsschaltung 112, der zweiten Klassifikationsschaltung 113 und der Bestimmungsschaltung 114 mit dem Speicher 116 ausführen. Der Speicher 116 kann zeitweilig die Eingabewerte und die Ausgabewerte der Einrichtungen 100-1 bis 100-N speichern.
Die Anzeigevorrichtung 120 ist beispielsweise ein Flüssigkristallmonitor, und sie zeigt das Bestimmungsergebnis an, das aus der Bestimmungsschaltung 114 ausgegeben wird.
6 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Anwendung des Fehlfunktion-Detektionssystems gemäß 1 auf ein System zeigt, das Züge 200-1 und 200-2 aufweist. Der Zug 200-1 weist die Einrichtungen 100-1a bis 100-Na auf, die Sekundärbatteriezellen oder Motoreinrichtungen sind, und der Zug 200-2 weist die Einrichtungen 100-1b bis 100-Nb auf, die Sekundärbatteriezellen oder Motoreinrichtungen sind. Die Einrichtungen 100-1a bis 100-Na, 100-1b bis 100-Nb sind mit der Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110 über ein Netzwerk 140 verbunden.
Jede der Einrichtungen 100-1a bis 100-Na, 100-1b bis 100-Nb ist auf eine ähnliche Weise wie die Einrichtungen 100-1 bis 100-N in 1 konfiguriert. Der erste Sensor und der zweite Sensor von jeder der Einrichtungen 100-1a bis 100-Na, 100-1b bis 100-Nb kann beispielsweise die oben genannten physikalischen Größen messen, die zur Sekundärbatteriezelle oder Motoreinrichtung gehören, die in jedem Fahrzeug zur Verfügung gestellt werden, oder physikalische Größen messen, die zu anderen Zielobjekten gehören.
Wie unter Bezugnahme auf 6 ersichtlich, überträgt jede der Einrichtungen 100-1a bis 100-Na, 100-1b bis 100-Nb die gemessenen Eingabewerte und Ausgabewerte an die Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110 über das Netzwerk 140. Jede der Einrichtungen 100-1a bis 100-Na, 100-lb bis 100-Nb kann eine Mobilkommunikationsvorrichtung zum Übertragen der gemessenen Eingabewerte und Ausgabewerte verwenden, und zwar jederzeit, ungeachtet dessen, ob die Züge 200-1 und 200-2 fahren oder angehalten sind.
Wenn die Bestimmungsschaltung 114 der Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110 bestimmt, dass eine der Einrichtungen eine Fehlfunktion aufweist, dann wird der Wartungsplan der Einrichtung, wie z. B. Reparatur oder Austausch, gemäß der Bestimmung aktualisiert. Beispielsweise gibt es die vorteilhafte Wirkung, einen Wartungsplan im Voraus zu erstellen, um die Wartungsarbeiten prompt zu erledigen, wenn ein Zug, der auf einer Route unterwegs ist, an einem Bahnbetriebswerk ankommt.
Unter Bezugnahme auf 6 gilt Folgendes: Jede der Einrichtungen 100-1a bis 100-Na, 100-1b bis 100-Nb kann zeitweilig die gemessenen Eingabewerte und Ausgabewerte in einer Speichereinrichtung speichern, die in jedem Fahrzeug zur Verfügung steht, und während die Züge 200-1 und 200-2 an einer Haltestelle anhalten, kann jede der Einrichtungen 100-1a bis 100-Na, 100-lb bis 100-Nb die gespeicherten Werte unter Verwendung einer festen Kommunikationsvorrichtung übertragen, die an der Haltestelle zur Verfügung steht.
Es ergibt sich die vorteilhafte Wirkung, dass dann, wenn die Bestimmungsschaltung 114 der Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110 bestimmt, dass irgendeine der Einrichtungen eine Fehlfunktion aufweist, der Wartungsplan der Einrichtung, wie z. B. Reparatur oder Austausch, gemäß der Bestimmung aktualisiert wird.
Wie oben beschrieben, führt gemäß der ersten Ausführungsform die Vorrichtung Folgendes aus: Sie misst die Eingabewerte an die Einrichtungen und die Ausgabewerte aus den Einrichtungen; sie wendet die OCSVM auf die Kombinationen aus den gemessenen Eingabewerten und Ausgabewerten (erste Messwerte) an, so dass sie diese Werte in die normalen Werte und die Ausreißwerte klassifiziert; sie wendet die OCSVM auf die gemessenen Eingabewerte (zweite Messwerte) an, so dass sie diese Werte in die normalen Werte und die Ausreißwerte klassifiziert; und sie bestimmt für jede Einrichtung, ob sie eine Fehlfunktion aufweist oder nicht, und zwar auf der Basis der Klassifikationsergebnisse der ersten Messwerte und der zweiten Messwerte.
Daher ist es selbst dann, wenn eine Einrichtung korrekt funktioniert und die Eingabewerte anormal sind, möglich, eine inkorrekte Bestimmung zu vermeiden, dass die Einrichtung eine Fehlfunktion hat, und eine tatsächliche Einrichtung mit Funktionsfehler zu detektieren. Demzufolge ist es möglich, eine Fehlfunktion einer Einrichtung mit höherer Genauigkeit als diejenige im Stand der Technik zu detektieren.
Gemäß der ersten Ausführungsform gilt Folgendes: Wenn eine Einklassen-nu-Stützvektormaschine für ein Mehrgrößen-Analyseverfahren verwendet wird, dann ist es möglich, normale Werte und Ausreißwerte sogar von solchen Einrichtungen geeignet zu klassifizieren, die nichtlineare Eigenschaften haben.
Mit dem Fehlfunktion-Detektionssystem gemäß der ersten Ausführungsform ist es möglich, Eingabewerte und Ausgabewerte der Einrichtungen 100A-1 bis 100A-N in Echtzeit zu sammeln, indem die Übertragerschaltungen 103-1 bis 103-N und die Empfängerschaltung 111 verwendet werden.
Zweite Ausführungsform
7 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Fehlfunktion-Detektionssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Es folgt eine Beschreibung mit Fokus auf die Unterschiede zu dem Fehlfunktion-Detektionssystem gemäß der ersten Ausführungsform. Eine detaillierte Beschreibung der gleichen Komponenten wie denen der ersten Ausführungsform wird weggelassen.
Das Fehlfunktion-Detektionssystem gemäß 7 weist eine Mehrzahl von Einrichtungen 100A-1 bis 100A-N, eine Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110A und eine Anzeigevorrichtung 120 auf.
Die Einrichtungen 100A-1 bis 100A-N sind mit Speicherschnittstellen 104-1 bis 104-N ausgestattet, und zwar anstelle der Übertragerschaltungen 103-1 bis 103-N der Einrichtungen 100-1 bis 100-N gemäß 1. Die Speicherschnittstellen 104-1 bis 104-N nehmen jeweils Wechselspeicher 105-1 bis 105-N auf. Deren Konfiguration und Betrieb werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Einrichtung 100A-1 beschrieben. Der erste Sensor 101-1 misst mindestens einen Ausgabewert aus der Einrichtung 100A-1 und schreibt den gemessenen Ausgabewert in den Wechselspeicher 105-1, und zwar durch die Speicherschnittstelle 104-1.
Der zweite Sensor 102-1 misst mindestens einen Eingabewert in die Einrichtung 100A-1 und schreibt den gemessenen Eingabewert in den Wechselspeicher 105-1, und zwar durch die Speicherschnittstelle 104-1. Die übrigen Einrichtungen 100A-2 bis 100A-N sind ebenfalls so konfiguriert und arbeiten auf die gleiche Weise wie die beschriebene Einrichtung 100A-1.
Die Wechselspeicher 105-1 bis 105-N sind Wechselspeichereinrichtungen, wie z. B. magnetische Speichereinrichtungen, wie etwa ein Festplattenlaufwerk, eine Halbleiter-Speichereinrichtung, inklusive verschiedenartiger Speicherkarten und dergleichen.
Die Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110A ist mit einer Speicherschnittstelle 117 anstelle der Empfängerschaltung 111 der Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110 gemäß 1 versehen. Die Speicherschnittstelle 117 nimmt die Wechselspeicher 105-1 bis 105-N auf. Die Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110A liest die Eingabewerte und die Ausgabewerte, die von den Einrichtungen 100A-1 bis 100A-N gemessen worden sind, aus den Wechselspeichern 105-1 bis 105-N jeweils durch die Speicherschnittstelle 117 aus.
Die Eingabewerte und die Ausgabewerte werden wie folgt gelesen: Beispielsweise entfernt eine Bedienungsperson die Wechselspeicher 105-1 bis 105-N aus den jeweiligen Einrichtungen 100A-1 bis 100A-N und schließt nacheinander die Wechselspeicher 105-1 bis 105-N an die Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110A an. 7 zeigt einen Zustand, in welchem der Wechselspeicher 105-1 aus der Einrichtung 100A-1 entfernt ist und mit der Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110A verbunden ist.
Beispielsweise wird der Fall betrachtet, in welchem die Einrichtungen 100A-1 bis 100A-N Sekundärbatteriezellen oder Motoreinrichtungen sind, die an einem Zug montiert sind. In diesem Fall gilt Folgendes: Wenn der Zug am Bahnbetriebswerk ankommt, kann die Bedienungsperson die Wechselspeicher 105-1 bis 105-N aus den jeweiligen Einrichtungen einsammeln, die am Zug montiert sind. Die Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110A wird verwendet, um die Eingabewerte und Ausgabewerte aus den Wechselspeichern 105-1 bis 105-N sequenziell auszulesen. Dann werden die Wechselspeicher 105-1 bis 105-N wieder in die Einrichtungen 100A-1 bis 100A-N zurückgebracht.
Die Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110 überträgt die Ausgabewerte der Einrichtungen 100A-1 bis 100A-N (Messergebnisse der ersten Sensoren 101-1 bis 101-N), die aus den Wechselspeichern 105-1 bis 105-N ausgelesen worden sind, an die erste Klassifikationsschaltung 112. Außerdem überträgt die Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110 die Eingabewerte der Einrichtungen 100A-1 bis 100A-N (Messergebnisse der zweiten Sensoren 102-2 bis 102-N), die aus den Wechselspeichern 105-1 bis 105-N ausgelesen worden sind, sowohl an die erste Klassifikationsschaltung 112, als auch an die zweite Klassifikationsschaltung 113.
Die Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110A kann zeitweilig die Eingabewerte und die Ausgabewerte speichern, die von den Wechselspeichern 105-1 bis 105-N gelesen worden sind, und zwar im Speicher 116, bis die Eingabewerte und die Ausgabewerte von allen Einrichtungen 100A-1 bis 100A-N bezogen sind.
Die erste Klassifikationsschaltung 112, die zweite Klassifikationsschaltung 113 und die Bestimmungsschaltung 114 der Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110A arbeiten auf eine Weise, die ähnlich derjenigen der entsprechenden Komponenten der Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110 gemäß der ersten Ausführungsform ist.
Bei dem Fehlfunktion-Detektionssystem der zweiten Ausführungsform gilt Folgendes: Indem die Eingabewerte und die Ausgabewerte der Einrichtungen 100A-1 bis 100A-N an die Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110A durch die Wechselspeicher 105-1 bis 105-N übertragen werden, ist es möglich, ein Fehlfunktion-Detektionssystem mit geringen Kosten zu konfigurieren, ohne ein Kommunikationsnetzwerk aufzubauen.
Es ist möglich, die Eingabewerte und die Ausgabewerte der Einrichtungen 100A-1 bis 100A-N auf eine Weise zu sammeln, die ähnlich zu derjenigen bei der ersten Ausführungsform ist, beispielsweise ohne eine Kommunikation über ein Netzwerk, und sogar dann, wenn eine Einrichtung korrekt funktioniert und die Eingabewerte anormal sind, ist es möglich, eine inkorrekte Bestimmung zu vermeiden, dass die Einrichtung etwa einen Funktionsfehler aufweist, und eine Einrichtung mit tatsächlicher Fehlfunktion zu detektieren. Demzufolge ist es möglich, eine Fehlfunktion einer Einrichtung mit höherer Genauigkeit als diejenige im Stand der Technik zu detektieren.
Wenn beispielsweise die Fehlfünktion-Detektionsvorrichtung 110A nicht mit den Einrichtungen 100A-1 bis 100A-N über ein Netzwerk verbunden werden kann und es schwierig ist, die Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110A zu tragen, dann trägt eine Bedienungsperson die Wechselspeicher 105-1 bis 105-N, und folglich kann die Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110A die Eingabewerte und die Ausgabewerte der Einrichtungen 100A-1 bis 100A-N erhalten.
Wenn andererseits die Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110A als ein tragbarer Notebook-Computer, ein Tablet oder dergleichen konfiguriert ist, kann die Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110A sequenziell mit den Einrichtungen 100A-1 bis 100A-N über ein Kabel verbunden werden, anstatt die Wechselspeicher 105-1 bis 105-N zu verwenden.
Dritte Ausführungsform
Als nächstes wird ein Fehlfunktion-Detektionssystem gemäß einer dritten Ausführungsform mit Fokus auf die Unterschiede zu der Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben. Eine detaillierte Beschreibung der gleichen Komponenten wie die bei der ersten Ausführungsform wird weggelassen.
Das Fehlfunktion-Detektionssystem gemäß der dritten Ausführungsform ist auf eine ähnliche Weise wie das Fehlfunktion-Detektionssystem gemäß der ersten Ausführungsform (1) konfiguriert.
Die Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110 empfängt die gemessenen Eingabewerte und die gemessenen Ausgabewerte von den Einrichtungen 100-1 bis 100-N in jedem Moment, und sie wiederholt die Klassifikation in die normalen Werte und die Ausreißwerte sowie die Bestimmung der Einrichtungen mit Funktionsfehler wiederholt zu jedem Zeitintervall mit einer vorbestimmten Zeitdauer. Die Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110 bestimmt schließlich die Einrichtungen mit Funktionsfehler auf der Basis der Ergebnisse der wiederholten Klassifikation und Bestimmung.
Die erste Klassifikationsschaltung 112 bezieht die ersten Messwerte von jeder der Mehrzahl von Einrichtungen 100-1 bis 100-N und klassifiziert die ersten Messwerte der jeweiligen Einrichtungen in die ersten normalen Messwerte und die ersten Ausreißer-Messwerte, und zwar wiederholt zu jedem Zeitintervall der vorbestimmten Zeitdauer.
Die zweite Klassifikationsschaltung 113 bezieht die zweiten Messwerte von jeder der Mehrzahl von Einrichtungen 100-1 bis 100-N und klassifiziert die zweiten Messwerte der jeweiligen Einrichtungen in die normalen zweiten Messwerte und die zweiten Ausreißer-Messwerte, und war wiederholt in jedem Zeitintervall der vorbestimmten Zeitdauer.
8 und 9 sind Diagramme, die Beispiele der Bestimmung für eine Einrichtung in einem Fall zeigen, in welchem die Bestimmung in jedem Zeitintervall wiederholt wird.
Beispielsweise sind gemäß dem in 8 gezeigten Fall in den Zeitintervallen 1 und 2 sowohl der erste Messwert, als auch der zweite Messwert Ausreißwerte, und die Bestimmungsschaltung 114 ordnet die Bestimmung als schwebend ein. In den nachfolgenden Zeitintervallen 3 bis 5 ist der erste Messwert ein Ausreißwert und der zweite Messwert ist ein normaler Wert, und die Bestimmungsschaltung 114 bestimmt, dass die Einrichtung eine Fehlfunktion aufweist.
Die Bestimmungsschaltung 114 speichert die Ergebnisse der wiederholten Bestimmungen. Da die Einrichtung, für welche die Bestimmung in den Zeitintervallen 1 und 2 als schwebend eingeordnet worden ist, in den aufeinanderfolgenden Zeitintervallen 3 bis 5 wiederholt als eine Fehlfunktion aufweisend bestimmt wird, bestimmt die Bestimmungsschaltung 114 schließlich, dass die Einrichtung eine Fehlfunktion aufweist.
Außerdem sind beispielsweise gemäß dem in 9 gezeigten Fall in den Zeitintervallen 1 und 2 sowohl der erste Messwert, als auch der zweite Messwert Ausreißwerte, und die Bestimmungsschaltung 114 ordnet die Bestimmung als schwebend ein. In den nachfolgenden Zeitintervallen 3 bis 5 sind sowohl der erste Messwert, als auch der zweite Messwert normale Werte, und die Bestimmungsschaltung 114 bestimmt, dass die Einrichtung korrekt funktioniert.
Ferner ist in den nachfolgenden Zeitintervallen 6 bis 8 der erste Messwert ein Ausreißwert, und der zweite Messwert ist ein normaler Wert, und die Bestimmungsschaltung 114 bestimmt, dass die Einrichtung eine Fehlfunktion aufweist. Die Bestimmungsschaltung 114 speichert die Ergebnisse der wiederholten Bestimmungen. Da die Einrichtung, für welche die Bestimmung als schwebend eingeordnet worden ist oder die in den Zeitintervallen 1 und 5 als korrekt funktionierend bestimmt worden ist, in den aufeinanderfolgenden Zeitintervallen 6 bis 8 wiederholt als eine Fehlfunktion aufweisend bestimmt wird, bestimmt die Bestimmungsschaltung 114 schließlich, dass die Einrichtung eine Fehlfunktion aufweist.
Daher ist es mit einer solchen Konfiguration möglich, die Anzahl von Einrichtungen zu verringern, für welche die Bestimmung als schwebend eingeordnet worden ist, ob die Einrichtung eine Fehlfunktion aufweist, und schließlich ist es möglich, für jegliche der Einrichtungen korrekt zu bestimmen, ob die Einrichtung korrekt funktioniert oder eine Fehlfunktion aufweist. Außerdem ist es möglich, eine inkorrekte Bestimmung zu verringern, dass die Einrichtung korrekt funktioniert, wenn keine Anomalie auftritt, und zwar in Abhängigkeit von den zweiten Messwerten, und demzufolge werden die Einrichtungen mit Funktionsfehler korrekt bestimmt.
Für den Fall, dass es sowohl Zeitintervalle gibt, in welchen bestimmt wird, dass eine Einrichtung korrekt funktioniert, als auch Zeitintervalle, in welchen bestimmt wird, dass die Einrichtung eine Fehlfunktion aufweist, oder für den Fall, in welchem bestimmt wird, dass die Einrichtung über eine vorbestimmte Zahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen eine Fehlfunktion aufweist, ist das Verfahren zum endgültigen Bestimmen, dass die Einrichtung eine Fehlfunktion aufweist, auf eine geeignete Weise gemäß den Eigenschaften der Einrichtungen 100-1 bis 100-N als Detektionsziele konfiguriert.
Die oben beschriebenen Beispiele für die Bestimmung entsprechen dem Fall, in welchem die Einrichtungen 100-1 bis 100-N Sekundärbatterien sind, und in welchem sie auf der Basis der Beschaffenheit konfiguriert sind, dass eine Anomalie in einem Zeitintervall mit einem Nullstrom nicht auftritt, und dass eine Anomalie in einem Zeitintervall mit einem Nicht-Nullstrom auftritt, wobei der Strom ein zweiter Messwert ist.
Außerdem kann die Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung 110 der dritten Ausführungsform so konfiguriert sein, dass sie den historischen Verlauf der vergangenen Eingabewerte und Ausgabewerte im Speicher 116 speichert und diese Werte in die normalen Werte und die Ausreißwerte klassifiziert, und zwar auf der Basis der gegenwärtigen und vergangenen Eingabewerte und Ausgabewerte. Indem die vergangenen Eingabewerte und Ausgabewerte, die als normale Werte klassifiziert sind, berücksichtigt werden, ist es möglich, die Genauigkeit bei der Klassifikation der gegenwärtigen Eingabewerte und Ausgabewerte in normale Werte oder Ausreißwerte zu verbessern.
Außerdem kann beispielsweise die Bestimmungsschaltung 114 für jede der Einrichtungen 100-1 bis 100-N eine Wahrscheinlichkeit berechnen, dass bestimmt wird, dass sie eine Fehlfunktion aufweist, und zwar auf der Basis der wiederholten Bestimmungen, und sie kann den Wartungsplan der Einrichtungen priorisieren und aktualisieren, wie z. B. eine Reparatur oder einen Austausch, und zwar in absteigender Reihenfolge der Wahrscheinlichkeit.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann beispielsweise verwendet werden, um eine Fehlfunktion einer Mehrzahl von Sekundärbatteriezellen oder eine Mehrzahl von Motoreinrichtungen an Schienenfahrzeugen zu detektieren.
Bezugszeichenliste

100-1 bis 100-N: Einrichtung
100-1a bis 100-Na: Einrichtung
100-1b bis 100-Nb: Einrichtung
100A-1 bis 100A-N: Einrichtung
101-1 bis 101-N: erster Sensor
102-1 bis 102-N: zweiter Sensor
103-1 bis 103-N: Übertragerschaltung
104-1 bis 104-N: Speicherschnittstelle
105-1 bis 105-N: Wechselspeicher
110: Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung
110A: Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung
111: Empfängerschaltung
112: erste Klassifikationsschaltung
113: zweite Klassifikationsschaltung
114: Bestimmungsschaltung
115: Steuerung
116: Speicher
117: Speicherschnittstelle
120: Anzeigevorrichtung
131: normaler Messwert
132: Messwert, der erhalten wird, wenn die Einrichtung selbst eine Fehlfunktion aufweist
133: Messwert, der erhalten wird, wenn die Eingabewerte anormal sind
140: Netzwerk
200-1 bis 200-2: Zug.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2005345154 A [0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Shotaro AKAHO, „Kernel Tahenryou Kaiseki (Multivariate Kernel-Analyse)“, veröffentlicht von Iwanami Shoten, Seiten 106 bis 111, 27. November 2008 [0009]

Claims

Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung zum Detektieren einer Einrichtung mit Funktionsfehler unter einer Mehrzahl von Einrichtungen, wobei die Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung Folgendes aufweist: - eine erste Klassifikationsschaltung, die erste Messwerte von jeder Einrichtung der Mehrzahl von Einrichtungen bezieht, wobei die ersten Messwerte der einen Einrichtung mindestens einen Eingabewert an die eine Einrichtung und mindestens einen Ausgabewert aus der einen Einrichtung aufweisen, und die die ersten Messwerte der Mehrzahl von Einrichtungen in erste normale Messwerte und erste Ausreißer-Messwerte klassifiziert, und zwar unter Verwendung eines vorbestimmten Mehrgrößen-Analyseverfahrens; - eine zweite Klassifikationsschaltung, die zweite Messwerte von jeder Einrichtung der Mehrzahl von Einrichtungen bezieht, wobei die zweiten Messwerte der einen Einrichtung mindestens einen Eingabewert an die eine Einrichtung aufweisen, und die die zweiten Messwerte der Mehrzahl von Einrichtungen in zweite normale Messwerte und zweite Ausreißer-Messwerte klassifiziert, und zwar unter Verwendung des Mehrgrößen-Analyseverfahrens; und - eine Bestimmungsschaltung, die eine Einrichtung, die die ersten Ausreißer-Messwerte und die normalen zweiten Messwerte hat, als eine Einrichtung mit Funktionsfehler unter der Mehrzahl von Einrichtungen bestimmt.
Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Mehrgrößen-Analyseverfahren ein Mehrgrößen-Analyseverfahren unter Verwendung einer Einklassen-nu-Stützvektormaschine ist.
Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner eine Empfängerschaltung aufweist, die die Ausgabewerte aus der Mehrzahl von Einrichtungen empfängt, und zwar von einer Mehrzahl erster Sensoren, die die Ausgabewerte aus der Mehrzahl von Einrichtungen messen, und die die Eingabewerte an die Mehrzahl von Einrichtungen empfängt, und zwar aus einer Mehrzahl zweiter Sensoren, die die Eingabewerte an die Mehrzahl von Einrichtungen messen.
Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die erste Klassifikationsschaltung die ersten Messwerte von jeder Einrichtung der Mehrzahl von Einrichtungen bezieht und die ersten Messwerte der Mehrzahl von Einrichtungen in normale erste Messwerte und erste Ausreißer-Messwerte klassifiziert, und zwar wiederholt in jedem Zeitintervall mit einer vorbestimmten Zeitdauer; wobei die zweite Klassifikationsschaltung die zweite Messwerte von jeder Einrichtung der Mehrzahl von Einrichtungen bezieht und die zweiten Messwerte der Mehrzahl von Einrichtungen in normale zweite Messwerte und zweite Ausreißer-Messwerte klassifiziert, und zwar wiederholt in jedem Zeitintervall mit der vorbestimmten Zeitdauer, und wobei die Bestimmungsschaltung eine Einrichtung, die über eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen die ersten Ausreißer-Messwerte und die normalen zweiten Messwerte hat, als eine Einrichtung mit Funktionsfehler bestimmt.
Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner eine Schnittstelle aufweist, die ein Speichermedium aufnimmt, das wechselbar ist, wobei die Eingabewerte in die Mehrzahl von Einrichtungen und die Ausgabewerte von der Mehrzahl von Einrichtungen vom Speichermedium gelesen werden.
Fehlfunktion-Detektionssystem, das Folgendes aufweist: eine Mehrzahl von Einrichtungen, eine Mehrzahl von ersten Sensoren, die jeweils Ausgabewerte aus der Mehrzahl von Einrichtungen messen; eine Mehrzahl von zweiten Sensoren, die jeweils Eingabewerte in die Mehrzahl von Einrichtungen messen; und die Fehlfunktion-Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Fehlfunktion-Detektionssystem nach Anspruch 6, wobei jede Einrichtung der Mehrzahl von Einrichtungen eine Sekundärbatteriezelle ist, wobei jeder erste Sensor der Mehrzahl von ersten Sensoren zumindest einen Parameter von der Klemmenspannung und der Temperatur einer Sekundärbatteriezelle misst, und wobei jeder zweite Sensor der Mehrzahl von zweiten Sensoren zumindest einen Parameter von dem Ladestrom, dem prozentualen Ladezustand und der Lufttemperatur einer Sekundärbatteriezelle misst.
Fehlfunktion-Detektionssystem nach Anspruch 6, wobei jede Einrichtung der Mehrzahl von Einrichtungen eine Motoreinrichtung ist, wobei jeder erste Sensor der Mehrzahl von ersten Sensoren zumindest einen Parameter von der Drehzahl, den Betriebszuständen, den Vibrationen und der Temperatur einer Motoreinrichtung misst, und wobei jeder zweite Sensor der Mehrzahl von zweiten Sensoren zumindest einen Parameter von dem Eingangsstrom, der Eingangsspannung und der Lufttemperatur einer Motoreinrichtung misst.