JP2003106946A - 異常監視装置および異常監視プログラム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、時間的に継続した動作を行なう診断
対象の異常の有無を監視する異常監視装置に関し、異常
の有無を空白期間を置くことなく検出続ける。 【解決手段】センサで得た信号を順次切り出した各部分
信号を交互もしくは循環的に分担して受け取り、受け取
った部分信号に基づいて、診断対象の異常の有無を判定
する複数の異常監視部を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば連続的に圧
延を行なう圧延機等、時間的に継続した動作を行なう診
断対象における異常の有無を監視する異常監視装置、お
よびコンピュータを異常監視装置として動作させる異常
監視プログラムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より機器や設備の異常の有無を判定
する様々な設備診断手法による設備診断が実行され、あ
るいは提案されている。この設備診断においては、設備
が破壊され、あるいは直ちに停止する必要がある重大故
障のみを検出対象とするのではなく、むしろ、そのよう
な重大故障に至る前の、例えば回転機械におけるベアリ
ングに傷が入ったり、あるいはある可動部分の摩耗が進
んできたといった程度の、今のところまだ十分に稼動を
続けることができるが、そのままにしておくと将来重大
故障につながるおそれがある異常を検出対象とする必要
がある。

【０００３】そのような設備診断手法の典型例として、
例えばその機器や設備が正常状態にあるときの音響振動
波形を得、その音響振動波形をスペクトル解析してその
特徴を調べておき、異常の有無を検出する際にその機器
や設備の音響振動波形を得てスペクトル解析を行い、そ
のスペクトル中に、正常時には見られない特定の周波数
成分のピークが存在するか否か、あるいはピークの組合
せが正常時のそれと同じであるか否か等により異常の検
出を行なうことが知られている。

【０００４】また、特開平７−４３２５９号公報には、
その機器や設備が正常状態にあるときの音響振動波形を
得、その音響振動波形に基づいて逆フィルタを作成して
おき、異常の有無を検出する際にその機器や設備の音響
振動波形を得、その音響振動波形にあらかじめ求めてお
いた逆フィルタを作用させて残差信号を求め、この残差
信号を解析することによって機器や設備の異常を検出す
ることが提案されている。

【０００５】さらに、特開平８−３０４１２４号公報に
は、その機器や設備が正常状態にあるときの複数の音響
振動波形を得、それら複数の音響振動波形のうちの例え
ば１つの音響振動波形に基づいて逆フィルタを作成し
て、その逆フィルタを例えば残りの複数の音響振動波形
に作用させることにより複数の残差信号を求め、それら
複数の残差信号それぞれに基づいて統計的変量を複数求
めておき、異常の有無を検出する際においても、その機
器や設備の複数の音響振動波形を得、あらかじめ求めて
おいた上記の逆フィルタをそれら複数の音響振動波形に
作用させて複数の残差信号を求め、それら複数の残差信
号に基づいて複数の統計的変量を求め、正常状態にある
ときに求めた複数の統計的変量と異常の有無の検出の際
に求めた複数の統計的変量との間で、例えばＦ検定やｔ
検定等の手法による検定あるいは推定を行なうことによ
り、その機器や設備の異常の有無を検出することが提案
されている。

【０００６】上記のスペクトル解析を行なうことによっ
て機器や設備の異常を検出する手法も、その診断対象機
器や設備の性質によってはかなり有効な手法であり、上
記の逆フィルタを作成しておく手法や統計的検定等を行
なう手法はさらに有効な手法である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の様々
な設備診断手法のいずれを採用する場合であっても、そ
の診断対象の状態を反映した物理量をセンサで取り込ん
だ後、その診断対象の異常の有無の判定を行なうまでに
演算が必要となり、その診断対象が時間的に継続した動
作を行なうものの場合、その演算を行なっている間であ
っても動作し続けることになるが、その間は異常検出の
対象から抜けてしまうおそれがある。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑み、時間的に継続
した動作を行なう診断対象の異常の有無を、空白期間を
置くことなく検出続けることのできる異常監視装置、お
よびコンピュータをそのような異常監視装置として動作
させる異常監視プログラムを提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の異常監視装置は、時間的に継続した動作を行なう診
断対象の異常の有無を監視する異常監視装置において、
診断対象の状態を反映した所定の物理量を捉えて、その
物理量を表わす、時間的に継続した信号を得るセンサ
と、上記センサで得られた信号を間断なくあるいは一部
重複して順次切り出した各部分信号を交互もしくは循環
的に分担して受け取り、受け取った部分信号に基づい
て、診断対象の異常の有無を判定する複数の異常監視部
を備えたことを特徴とする。

【００１０】本発明の異常監視装置は、複数の異常監視
部を備え、センサから得た信号を間断なくあるいは一部
重複して順次切り出し、切り出した各部分信号を交互に
（異常監視部が２つの場合）あるいは循環的に（異常監
視部が３つ以上の場合）分担して受けとって、交互ある
いは循環的に異常の有無を検出するようにしたため、例
えば単発事象の発生を待ち受け監視を対象とする場合な
どであっても、異常有無検出の空白期間を生じさせるこ
となく、異常有無検出を継続することができる。

【００１１】ここで、上記本発明の異常監視装置におい
て、診断対象が正常な状態にあるときにセンサにより得
られる基準信号に基づいて逆フィルタを求める演算を含
む演算を行なうことにより基準データを求める基準演算
部を備え、上記複数の異常監視部は、いずれも、センサ
により異常監視時に得られる診断信号に逆フィルタを作
用させることにより残差信号を求める演算を含む演算を
行ない、その演算の結果に基づいて、診断対象の異常の
有無を判定するものであることが好ましい。

【００１２】ここで、上記の「逆フィルタを求める演算
を含む演算」は、逆フィルタを求める演算のみで構成さ
れている場合を含む概念であり、その場合は、逆フィル
タを上記の基準データとすることができる。また、「逆
フィルタを求める演算を含む演算」は、逆フィルタを求
める演算が含まれていればよく、前述のように、複数の
基準信号のうちの例えば１つの基準信号に基づいて逆フ
ィルタを作成し、その逆フィルタを他の複数の基準信号
に作用させて複数の統計的変量を求める演算であっても
よい。その場合は、そのようにして求めた複数の統計的
変量が基準データとなり得る。

【００１３】また、上記の「逆フィルタを作用させるこ
とにより残差信号を求める演算を含む演算」も上記と同
様であり、残差信号を求める演算のみで構成されていて
もよく、あるいは前掲の特開平７−４３２５９号公報に
記載されているように、その残差信号のパワーの移動平
均値を求めるなど、その残差信号を演算して異常の有無
を判定するのに都合のよいデータを求める演算や、ある
いは、前掲の特開平８−３０４１２４号公報に記載され
ているような複数の診断信号に逆フィルタを作用させて
複数の残差信号を求め、それら複数の残差信号に基づい
て複数の統計的変量を求める演算であってもよい。

【００１４】逆フィルタを用いると信号上から定常的な
騒音を消し去ることができ、診断対象の異常の有無を一
層高精度に判定することができる。

【００１５】また、上記目的を達成する本発明の異常監
視プログラムは、コンピュータ内で動作し、そのコンピ
ュータを、時間的に継続した動作を行なう診断対象の異
常の有無を監視する異常監視装置として動作させる異常
監視プログラムにおいて、このコンピュータは、診断対
象の状態を反映した所定の物理量を捉えて、該物理量を
表わす、時間的に継続した信号を得るセンサが接続され
たものであって、上記センサで得られた信号を間断なく
あるいは一部重複して順次切り出した各部分信号を交互
もしくは循環的に分担して受け取り、受け取った部分信
号に基づいて、前記診断対象の異常の有無を判定する複
数の異常監視部を有することを特徴とする ここで、上記本発明の異常監視プログラムにおいて、診
断対象が正常な状態にあるときにセンサにより得られる
基準信号に基づいて逆フィルタを求める演算を含む演算
を行なうことにより基準データを求める基準演算部を有
し、上記複数の異常監視部は、いずれも、センサにより
異常監視時に得られる診断信号に逆フィルタを作用させ
ることにより残差信号を求める演算を含む演算を行な
い、その演算の結果に基づいて、診断対象の異常の有無
を判定するものであることが好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。

【００１７】図１は、本発明の異常監視装置の基本的な
一実施形態を示すブロック図である。

【００１８】この異常監視装置１０は、たとえば連続的
に圧延を行なう圧延機等、時間的に継続した動作を行な
う診断対象２０の異常の有無を監視する異常監視装置で
あって、センサ１１、基準演算部１２、および複数の異
常監視部１３Ａ，１３Ｂ，…，１３Ｎから構成されてい
る。

【００１９】この異常監視装置１０のセンサ１１では、
診断対象２０の状態を反映した所定の物理量（例えば音
や振動等）が捉えられ、その物理量を表わす、時間的に
継続した信号が得られる。

【００２０】また、基準演算部１２では、診断対象２０
が正常な状態にあるときにセンサ１１により得られる基
準信号に基づいて逆フィルタを求める演算を含む演算が
行なわれ、これにより基準データが求められる。この基
準演算部１２により求められる基準データは、逆フィル
タ自体であってもよく、前述したような統計的変量であ
ってもよい。この実施形態では逆フィルタ自体が基準デ
ータとして採用されている。

【００２１】診断対象２０が複数の動作状態を有するも
のの場合は、基準演算部１２では、その診断対象２０が
各動作状態にあるときに得た各基準信号に基づいて各動
作状態に対応する各逆フィルタが求められる。ただし、
１つの動作状態、あるいは１つの動作状態とみなすこと
のできる状態が連続するものの場合等においては、動作
状態にこだわらずに逆フィルタを１つのみ求めてもよ
い。

【００２２】例えば、診断対象２０がゆっくりと回転す
る回転機械の場合は、その回転機械の一回転を間断なく
あるいは順次一部ずつ重複する複数の位相範囲に区切っ
たときの各位相範囲が各動作状態とみなされ、それら各
位相範囲に対応する各部分基準信号ごとに逆フィルタを
求めてもよく、回転の位相によって動作状態が大きく変
化するのでなければ、位相範囲にこだわらずに逆フィル
タを１つだけ求めてもよい。

【００２３】また、複数の異常監視部１３Ａ，１３Ｂ，
…，１３Ｎでは、センサ１１により異常監視時に得られ
た診断信号を間断なくあるいは一部重複して順次切り出
した各部分診断信号を交互もしくは循環的に分担して受
け取り、受け取った部分診断信号に基づいて、診断対象
２０の異常の有無が検出される。具体的には、これらの
異常監視部１３Ａ，１３Ｂ，…，１３Ｎでは、各部分診
断信号に、センサ１１でそれら各部分診断信号を得たと
きの診断対象２０の各動作状態とそれぞれ同一の各動作
状態に対応する逆フィルタを作用させることにより各残
差信号が求められる。あるいは動作状態にこだわらずに
逆フィルタを求めたときは、各部分診断信号に、同一の
逆フィルタを作用させて各残差信号が求められる。さら
に、それら各残差信号のパワーが求められ、それらの各
パワーをしきい値と比較することにより診断対象２０の
異常の有無が判定される。

【００２４】この診断対象２０がゆっくりと回転する回
転機械の場合は、複数の異常監視部１３Ａ，１３Ｂ，
…，１３Ｎは、センサ１１により異常監視時に得られる
診断信号を、その回転機械の一回転を逆フィルタの演算
の際に区切った複数の位相範囲と同一の複数の位相範囲
に対応する複数の部分診断信号に区切ったときの、各部
分診断信号を交互もしくは循環的に分担して受け取り、
受け取った部分診断信号に、基準演算部１２により得ら
れたその部分診断信号に対応する位相範囲と同一の位相
範囲の部分基準信号に基づいて求められた逆フィルタを
作用させることにより残差信号を求め、その残差信号の
パワーをしきい値と比較することにより、その回転機械
の異常の有無が判定される。

【００２５】図２は、本発明の異常監視装置の一実施形
態を示すシステム概念図である。

【００２６】監視対象物２１は、本発明にいう診断対象
の一例に相当するものである。この監視対象物２１に
は、異常の有無を検出するための信号を得るセンサとし
て、振動センサ２１０Ａと音響センサ２１０Ｂが取り付
けられあるいは近傍に配備されている。これら振動セン
サ２１０Ａと音響センサ２１０Ｂは、それらの双方が備
えられている必要はなく、監視対象物２１の特性に応じ
ていずれか一方のみ備えられていてもよい。

【００２７】これらの振動センサ２１０Ａや音響センサ
２１０Ｂで得られた波形信号はフィルタアンプ２１１に
入力されて、監視対象物２１に異常が生じたときにその
異常に起因する音や振動に含まれる周波数帯域のみ通過
するようフィルタリングされるとともに、適切に増幅さ
れる。このフィルタアンプ２１１を経由した後の信号
は、Ａ／Ｄ変換ユニット２２０を構成するＡ／Ｄ変換器
２２１に入力されてサンプリングされ、そのサンプリン
グデータがリング構造メモリ２２１に順次格納される。
このリング構造メモリ２２１は、サンプリングデータを
そのリングの一周分順次格納し、一周分を過ぎた後は順
次上書きしていくタイプのメモリである。尚、ここでは
一例としてリング構造メモリを示したが、サンプリング
データを十分な長さに亘って格納できるものであればリ
ング構造を成すメモリである必要はない。

【００２８】このリング構造メモリ２２１に格納された
サンプリングデータは、一部ずつが順次重なるメモリ領
域ごとに波形データとして順次読み出される。

【００２９】異常監視コンピュータ２３０では、本実施
形態では２つの比較診断タスクＡ，Ｂが動作しており、
Ａ／Ｄ変換ユニット２２０のリング構造メモリ２２１か
ら順次読み出された波形データは、それら２つの比較診
断タスクＡ，Ｂに交互に渡される。各比較診断タスク
Ａ，Ｂは、波形データを受け取ると、その受け取った波
形データに基づく監視対象物２１の異常の有無が判定さ
れる。これら２つの比較診断タスクＡ，Ｂでの異常の有
無の検出にあたっては、あらかじめ、監視対象物２１が
正常な状態にあることがわかっている段階で上記と同様
にしてサンプリングして得たデータに基づいて逆フィル
タが求められ、各比較診断タスクＡ，Ｂでは、異常監視
時に受け取った波形データにその逆フィルタを作用させ
ることにより残差信号が求められ、その残差信号のパワ
ーがしきい値と比較され、その大小に応じて、異常の有
無が判定される。ここで、２つの比較診断タスクＡ，Ｂ
のいずれか一方でも異常が検出されると、異常が検出さ
れたことを表わす警報が出力される。

【００３０】監視対象物２１が正常に動作しているとき
に求められる逆フィルタは、その監視対象物２１が常に
同一の動作状態で動作しているときは１つのみ求めれば
よいが、例えばゆっくりと回転する回転機械を監視対象
物とするような場合は、その回転対象物の一回転を複数
の位相範囲に区切り、それら複数の位相範囲それぞれで
得られた各波形データに基づいて、各位相範囲に応じた
各逆フィルタが求められ、異常監視時においても、逆フ
ィルタを求めたときの位相範囲と同一の位相範囲で得ら
れた波形データがリング構造メモリ２２１から読み出さ
れて、その読み出された波形データに、その波形データ
を得た位相範囲と同一の位相範囲のデータに基づいて求
められた逆フィルタを作用させる。こうすることによ
り、その回転機械の異常の有無を一層高精度に検出する
ことができる。

【００３１】ただし、ゆっくりと回転する回転機械を監
視対象物とする場合であっても、その回転機械が正常に
動作している場合に複数の位相範囲で得られる各波形デ
ータが統計的に同一の性質を有する（いわば、その回転
機械が、回転の位相にかかわらず一様に回転している）
場合は、位相範囲にこだわらずに唯一の逆フィルタを求
め、どの位相範囲についてもその唯一の逆フィルタ作用
させてもよい。

【００３２】図３は、本発明の異常監視装置の一実施形
態として動作する異常監視コンピュータの外観斜視図で
ある。本発明の一実施形態としての異常監視装置は、こ
の診断用コンピュータ１００のハードウェアとその内部
で実行されるソフトウェアとからなる異常監視装置本体
と、さらにここでは不図示のセンサ等との組合せにより
実現されている。

【００３３】この異常監視コンピュータ１００は、ＣＰ
Ｕ、ＲＡＭメモリ、磁気ディスク、通信用ボード等を内
蔵した本体１０１、本体からの指示によりその表示画面
１０２ａ上に画面表示を行なうＣＲＴディスプレイ１０
２、この異常監視コンピュータ内に、オペレータの指示
や文字情報を入力するためのキーボード１０３、表示画
面上の任意の位置を指定することによりその位置に表示
されているアイコン等に応じた指示を入力するマウス１
０４を備えている。

【００３４】本体１０１には、ＣＤ−ＲＯＭ１０５（図
４参照）が取り出し自在に装填され、装填されたＣＤ−
ＲＯＭ１０５をドライブするＣＤ−ＲＯＭドライブも内
蔵されている。

【００３５】ここでは、ＣＤ−ＲＯＭ１０５に、異常監
視プログラムが記憶されており、そのＣＤ−ＲＯＭ１０
５が本体１０１内に装填され、ＣＤ−ＲＯＭドライブに
よりそのＣＤ−ＲＯＭ１０５に記憶された異常監視プロ
グラムがその異常監視コンピュータ１００の磁気ディス
ク内にインストールされる。異常監視コンピュータ１０
０の磁気ディスク内にインストールされた異常監視プロ
グラムが起動されると、この異常監視コンピュータ１０
０は、本発明の異常監視装置のうちのセンサ等を除く異
常監視装置本体の一実施形態として動作する。

【００３６】図４は、図３に示す異常監視コンピュータ
１００のハードウェア構成図である。

【００３７】このハードウェア構成図には、中央演算処
理装置（ＣＰＵ）１１１、ＲＡＭ１１２、磁気ディスク
コントローラ１１３、ＣＤ−ＲＯＭドライブ１１５、マ
ウスコントローラ１１６、キーボードコントローラ１１
７、ディスプレイコントローラ１１８、通信用ボード１
１９、およびＡ／Ｄ変換ボード１２０が示されており、
それらはバス１１０で相互に接続されている。

【００３８】ＣＤ−ＲＯＭドライブ１１５は、図３を参
照して説明したように、ＣＤ−ＲＯＭ１０５が装填さ
れ、装填されたＣＤ−ＲＯＭ１０５をアクセスするもの
である。

【００３９】通信用ボード１１９は、診断対象を制御す
る機械制御装置（図示せず）に接続され、機械制御装置
から、診断対象の制御状態（稼動状態にあるか静止状態
にあるか、あるいは回転機械を診断対象とする場合にお
けるその回転機械の現在の回転角度（位相）等）を表わ
す制御状態情報が入力される。

【００４０】またＡ／Ｄ変換ボード１２０には、異常監
視用の信号を得るためのセンサ図１に示す振動センサお
よび音響センサ２２等が接続されている。このＡ／Ｄ変
換ボード１２０は、図２に示すＡ／Ｄ変換ユニット２２
０に相当するものであり、センサでピックアップされた
信号を入力しサンプリングしてメモリに一旦格納し、そ
の後順次一部ずつ重なったメモリ領域ごとに読み出して
内部に取り込む役割りを担っている。

【００４１】また、図４には、磁気ディスクコントロー
ラ１１３によりアクセスされる磁気ディスク１１４、マ
ウスコントローラ１１６により制御されるマウス１０
４、キーボードコントローラ１１７により制御されるキ
ーボード１０３、およびディスプレイコントローラ１１
８により制御されるＣＲＴディスプレイ１０２も示され
ている。

【００４２】図５は、本発明の異常監視プログラムの一
実施形態を模式的に示した図である。

【００４３】ここでは、この異常監視プログラム１３０
は、ＣＤ−ＲＯＭ１０５に記憶されており、ＣＤ−ＲＯ
Ｍ１０５が図３，図４に示す異常監視コンピュータ１０
０に装填されてドライブされ、そのＣＤ−ＲＯＭ１０５
に記憶された異常監視プログラム１３０がその異常監視
コンピュータ１００にインストールされて実行されるこ
とにより、その異常監視コンピュータ１００が、診断対
象の状態を検出するセンサと合わせて本発明の異常監視
装置の一実施形態として動作する。

【００４４】図５に示す異常監視プログラム１３０は、
基準演算部１３１と複数の異常監視部１３２Ａ，１３２
Ｂ，……，１３２Ｎとから構成されている。

【００４５】基準演算部１３１は、図１に示す異常監視
装置１０の基準演算部１２に相当し、複数の異常監視部
１３２Ａ，１３２Ｂ，……，１３２Ｎは、図１の異常監
視装置１０を構成する異常監視部１３Ａ，１３Ｂ，…，
１３Ｎにそれぞれ相当するが、図１に示す異常監視装置
１０のセンサ１１を除く構成が、図３，４に示す異常監
視コンピュータ１００と、そこにインストールされた図
５に示す異常監視プログラムとで構成される場合、図１
に示す異常監視装置１０の基準演算部１２および異常監
視部１３２Ａ，１３２Ｂ，……，１３２Ｎは、いずれ
も、コンピュータのハードウェア、ＯＳ（オペレーショ
ンシステム）、およびアプリケーションプログラムとし
ての異常監視プログラムの複合で構成されているのに対
し、図５に示す異常監視プログラム１３０は、それらの
うちのアプリケーションプログラムのみで構成されてい
る。図５の異常監視プログラム１３０を構成する各部の
作用は、図１の異常監視装置１０の対応する各部の作用
と同一であり、重複説明は省略する。

【００４６】図６は、図３，図４に示す異常監視コンピ
ュータ内で実行される２つの比較診断タスクＡ，Ｂのフ
ローチャートである。これら２つの比較診断タスクＡ，
Ｂは、図５に示す異常監視プログラム１３０の異常監視
部１３２Ａ，１３２Ｂ，……，１３２Ｎの具体例の１つ
である。

【００４７】比較診断タスクＡには、Ａ／Ｄ変換ボード
内のリング構造メモリ内に格納されたサンプリングデー
タ（Ａ／Ｄ変換データ）のうちの、一部のメモリ領域に
格納されたデータからなる波形データが入力され（ステ
ップａ１）、診断対象が正常な状態にあるときに入力さ
れた基準波形データとの比較が実行され（本実施形態で
は、上述したように、あらかじめ基準波形データに基づ
く逆フィルタが求められ、今回入力された波形データに
その逆フィルタが作用される）（ステップａ２）、その
比較の結果として異常があったときは（ステップａ
３）、異常があったことを表わす診断警報が出力され
る。

【００４８】異常がなかったときは、この比較診断タス
クＡが次に分担すべきデータがリング構造メモリに入力
されるのを待ち（ステップａ４）、リング構造メモリに
この比較診断タスクＡが分担すべき波形データが格納さ
れると（ステップａ５）、その波形データが入力され
（ステップａ６）、以下同様にして異常検出が繰り返さ
れる。比較診断タスクＡが分担すべきデータが所定時間
以上にわたってリング構造メモリに格納されないとき
は、システム異常処理が行なわれる（ステップａ７）。

【００４９】比較診断タスクＢの動作も比較診断タスク
Ａの動作と同様であり、相違点は、比較診断タスクＡと
の間で交互に波形データを受け取ることで、波形データ
を受け取るタイミングおよびその後の異常判定のタイミ
ングが異なることのみである。

【００５０】このようにして本実施形態では、診断対象
の異常が、２つの比較診断タスクＡ，Ｂにより交互に、
全体として間断なく監視される。

【００５１】図７は、シートを圧延しながら搬送するシ
ート圧延機を診断対象としたときのシステム構造図であ
る。

【００５２】このシート上には異物が乗る可能性があ
り、その異物がシート上に乗ったままシート圧延機に噛
み込まれるとそのシートが不良品となってしまうおそれ
がある。そこで、ここでは、その異物の噛み込み時に発
せられる異音を捉えるために集音マイクが配備され、そ
の集音マイクにより得られた音響波形信号が異常監視装
置本体に入力される。

【００５３】このシート圧延機は、機械制御装置によ
り、ロール送り速度が複数の速度のうちのいずれかに制
御される。そのロール送り速度の情報は、制御状態情報
として異常監視装置本体に入力される。

【００５４】異常監視装置本体では、異物の噛み込みが
ないことが確認された状態において、機械制御装置によ
り制御される各送り速度ごとに逆フィルタが求められ、
異常監視時においては、２つもしくは３つ以上のタスク
により交互もしくは循環的に分担して、間断なく異物の
噛み込みによる異音が検出される。

【００５５】尚、上記各実施形態は、振動あるいは音響
を捉えて異常検出を行なう例であるが、振動あるいは音
響以外の異なる物理量を捉えて異常監視を行なってもよ
い。

【００５６】次に、逆フィルタおよびその逆フィルタを
用いた異常の有無の検出方法について説明する。

【００５７】任意の時系列信号は、適当な線型系に白色
雑音を入力したときの出力と見なすことができる。与え
られた時系列信号から対応する線型系を決定すること
は、線型予測分析と呼ばれ、確立した手法が存在する。
通常そのようにして求められるものに、自己回帰モデル
（ＡＲモデル）がある。これは標本化、離散化された時
系列信号をＸ（ｎ）、ｎ＝１、２、・・・ とする時、第ｎ
時点の信号Ｘ（ｎ）をそれ以前のＭ個の時点のデータか
ら次のようにして決定するものである。

【００５８】

【数１】

【００５９】ここでｅ（ｎ）は線型系への仮想的な入力
信号で、白色雑音である。時系列信号が与えられた時、
そのデータから係数の組｛Ａ_k｝を求めることにより、
その時系列信号に対する自己回帰モデルが決定される。

【００６０】いま係数の組｛Ａ_k｝が求まった時、時系
列信号データ｛Ｘ（ｎ）｝を用いてＹ（ｎ）を次のよう
に定義する。この時Ｙ（ｎ）はＸ（ｎ）の線型予測値と
いわれる。

【００６１】

【数２】

【００６２】そこで次のような量を計算すると、
（１）、（２）式から、 Ｘ（ｎ）−Ｙ（ｎ）＝ｅ（ｎ） …（３） となり、残差は白色雑音となる。つまり、第ｎ時点の時
系列信号データＸ（ｎ）から、それ以前のＭケのデータ
から求めた予測値Ｙ（ｎ）を減じると、入力の白色雑音
が得られる。ここでは、Ｘ（ｎ）から予測値Ｙ（ｎ）を
減じて残差ｅ（ｎ）を求めることを、逆フィルタを作用
させると称している。このようにある時系列信号を適切
な自己回帰モデルで表すことができれば、それを用いて
構成された逆フィルタを元の時系列信号に作用させるこ
とにより、白色雑音を得る。すなわち入力信号は逆フィ
ルタにより、白色化される。この場合、入力時系列信号
は逆フィルタの設計時に用いた信号そのものでなくても
よく、その自己回帰モデルが同一のものすなわち同じ特
性の信号であれば、出力として白色化された信号を得る
ことができる。ただし、時系列信号の特性が設計に用い
たそれと異なっていた場合には、逆フィルタを作用させ
ても白色化はされず、白色雑音は得られない。

【００６３】そこで、正常時の作動音や振動等（作動音
等）を担持する第１の時系列信号を用いて、逆フィルタ
を予め構成しておき、任意の時点で作動音等を担持する
新たな第２の時系列信号を得、この第２の時系列信号に
逆フィルタを作用させて出力を監視することにより、正
常時とは異なる時系列信号（残差信号）を検出すること
が出来る。

【００６４】本実施形態では、具体的には、以下の信号
処理方法を採用することができる。

【００６５】先ず、図１の基準演算部１２において、診
断対象が正常な状態にあるときに得られた音信号データ
あるいは振動信号データを１０２４点用いて、ＦＦＴ
（高速フーリェ変換）を行い、それから電力スペクトル
を求める。次にそれをＩＦＦＴ（逆高速フーリェ変換）
して自己相関関数を求め、それを用いてＬｅｖｉｎｓｏ
ｎのアルゴリズム（例えば三上著「ディジタル信号処理
入門」ＣＱ出版発行参照）により計算し、逆フィルタの
係数｛Ａ_k｝を求める。

【００６６】その後、異常監視部１３Ａ，１３Ｂ，…，
１３Ｎでは、その逆フィルタを作用させて残差信号が求
められるが、その残差信号を求めるための演算は、本実
施形態では、係数｛ａ[ｋ]｝を用いて移動平均計算によ
り行なわれる。

【００６７】ここでは残差信号のパワーの移動平均を求
めるために、まず残差信号の時系列から、１２８データ
を取り出し、ＦＦＴ、パワースペクトル計算、ＩＦＦＴ
を経て自己相関関数を求め、その原点のピーク値からパ
ワーを求める。その後データの始点を５０点ずつずらし
ながら、パワーを順次求める。

【００６８】逆フィルタとしては、一例として、次数Ｍ
＝２７、係数｛ａ[ｋ]｝は、表１のものが採用される。

【００６９】

【表１】 ａ［ ０］＝ １．００００００ ａ［ １］＝−２．８８７３３０ ａ［ ２］＝ ３．９４７３４４ ａ［ ３］＝−３．５３５２４９ ａ［ ４］＝ ２．４４７０５３ ａ［ ５］＝−１．６２０１３３ ａ［ ６］＝ １．３１５３５２ ａ［ ７］＝−１．２６８１６１ ａ［ ８］＝ ０．９３７４７１ ａ［ ９］＝−０．３８０５７３ ａ［１０］＝−０．０４０９１９ ａ［１１］＝ ０．２８４０７６ ａ［１２］＝−０．３５３６６５ ａ［１３］＝ ０．３９７８４９ ａ［１４］＝−０．５３３１８５ ａ［１５］＝ ０．５０１９０２ ａ［１６］＝−０．２３８１７８ ａ［１７］＝−０．００３０４８ ａ［１８］＝ ０．１９２４２０ ａ［１９］＝−０．１６６８５４ ａ［２０］＝−０．０１０４９８ ａ［２１］＝ ０．０６１３８３ ａ［２２］＝ ０．０１７３２３ ａ［２３］＝−０．０１４１４６ ａ［２４］＝−０．１３１２４７ ａ［２５］＝ ０．２３９１５７ ａ［２６］＝−０．２４２４４４ ａ［２７］＝ ０．１１５６７８ 図８〜図１１は正常状態にある設備から得られる波形の
一例を示すものであり、図８は正常状態にある設備から
採取された音信号の信号波形、図９はこの音信号に逆フ
ィルタを作用させた後の残差信号の信号波形、図１０は
この残差信号の電力スペクトル、図１１は残差信号の電
力の移動平均を示している。

【００７０】図１２〜図１５は、設備が異常状態にある
ときに得られた波形の一例を示すもので、各図は、それ
ぞれ図８〜図１１と同じ形式の信号波形を示している。
正常状態及び異常状態にある設備からそれぞれ得られた
音信号の波形を示す図８及び図１２を直接比較しても、
これらから直ちに正常・異常を判断することは困難であ
る。しかし、これらに逆フィルタを作用させて得られた
残差信号を示す図９及び図１３相互を分析することによ
り、正常・異常の判断が可能となる。

【００７１】図９及び図１３を比較すると容易に理解で
きるように、設備が正常状態にあるときは、残差信号の
振幅は極めて小さいが、これと比較し、設備が異常状態
になるとその振幅は極めて大きくなる。従って、残差信
号における電力の最大値を基準として正常・異常の判断
が可能となる。例えば設備が正常状態にあるときに得ら
れた信号の最大電力よりも１０ｄＢ以上大きな残差信号
の振幅を有する場合を異常、これ未満の残差信号の振幅
を有する場合を正常と判定することで、正常・異常の判
断を行なうことができる。

【００７２】また、図１０及び図１４に示されたよう
に、残差信号をフーリエ変換して得られたスペクトルに
おいては、異常が発生すると電力スペクトルの増大が生
ずる。例えば、図１０の電力のピークは１００ｄＢ以下
であるが、図１４においては電力のピークはほぼ１２０
ｄＢに達している。

【００７３】更に、残差信号の電力の移動平均を示す図
１１及び図１５相互の比較を行うと、異常によってこの
移動平均が増大することがわかる。例えば、設備が正常
状態にあるときの移動平均の最大値よりも２０ｄＢ以上
大きな移動平均データを示す場合は異常、これ未満のデ
ータを示す場合は正常と判定できる。この方法を採用す
ると、異常の有無の判定が特に容易となり、短時間での
異常検出が可能であるため、現場における実時間的な検
出を行うことができて、特に好適である。なお、異常の
種類によっては、電力の移動平均の分析よりも上記電力
スペクトルの分析による検出の方が、より正確に欠陥の
存在を検出できる。

【００７４】以上説明した実施形態は、本発明にいう基
準データとして逆フィルタを作成しておき、残差信号を
求めてその残差信号に基づいて異常の有無の検出を行な
うものであるが、本発明は必ずしもこの検出方法を採用
する必要はなく、例えば前述したスペクトル解析の手法
や、統計的推定又は検定を行なう手法を採用してもよ
い。

【００７５】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、時間的に継続した動作を行なう診断対象の異常の有
無を空白期間を置くことなく検出し続けることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の異常監視装置の基本的な一実施形態を
示すブロック図である。

【図２】本発明の異常監視装置の一実施形態を示すシス
テム概念図である。

【図３】本発明の異常監視装置の一実施形態として動作
する異常監視コンピュータの外観斜視図である。

【図４】図３に示す異常監視コンピュータのハードウェ
ア構成図である。

【図５】本発明の異常監視プログラムの一実施形態を示
す模式図である。

【図６】図３，図４に示す異常監視コンピュータ内で実
行される２つの比較診断タスクＡ，Ｂのフローチャート
である。

【図７】シートを圧延しながら搬送するシート圧延機を
診断対象としたときのシステム構造図である。

【図８】正常状態にある診断対象から得られた音信号の
波形図である。

【図９】図８の信号に逆フィルタを作用させて得られた
信号波形図である。

【図１０】図９の信号から得られた電力スペクトル図で
ある。

【図１１】図９の信号から得られた電力の移動平均を示
す図である。

【図１２】異常状態にある診断対象から得られた音信号
の波形図である。

【図１３】図１２の信号に逆フィルタを作用させて得ら
れた信号波形図である。

【図１４】図１３の信号から得られた電力スペクトル図
である。

【図１５】図１３の信号から得られた電力の移動平均を
示す図である。

【符号の説明】

１０ 異常監視装置 １１ センサ １２ 基準演算部 １３Ａ，１３Ｂ，…，１３Ｎ 異常監視部 ２０ 診断対象 ２１ 監視対象物 １００ 診断用コンピュータ １３０ 異常監視プログラム １３１ 基準演算部 １３２Ａ，１３２Ｂ，…，１３２Ｎ 異常監視部 ２１１ フィルタアンプ ２２０ Ａ／Ｄ変換ユニット ２２１ Ａ／Ｄ変換器 ２２２ リング構造メモリ ２３０ 異常監視タスク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G024 AD02 AD22 BA15 CA13 DA09 FA02 2G064 AA11 AB02 AB07 AB08 AB16 AB22 CC02 CC42 CC46 CC47 CC54

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 時間的に継続した動作を行なう診断対象
   の異常の有無を監視する異常監視装置において、 診断対象の状態を反映した所定の物理量を捉えて、該物
   理量を表わす、時間的に継続した信号を得るセンサと、 前記センサで得られた信号を間断なくあるいは一部重複
   して順次切り出した各部分信号を交互もしくは循環的に
   分担して受け取り、受け取った部分信号に基づいて、前
   記診断対象の異常の有無を判定する複数の異常監視部を
   備えたことを特徴とする異常監視装置。
2. 【請求項２】 前記診断対象が正常な状態にあるときに
   前記センサにより得られる基準信号に基づいて逆フィル
   タを求める演算を含む演算を行なうことにより基準デー
   タを求める基準演算部を備え、 前記複数の異常監視部は、いずれも、前記センサにより
   異常監視時に得られる診断信号に前記逆フィルタを作用
   させることにより残差信号を求める演算を含む演算を行
   ない、該演算の結果に基づいて、前記診断対象の異常の
   有無を判定するものであることを特徴とする請求項１記
   載の異常監視装置。
3. 【請求項３】 コンピュータ内で動作し、該コンピュー
   タを、時間的に継続した動作を行なう診断対象の異常の
   有無を監視する異常監視装置として動作させる異常監視
   プログラムにおいて、 前記コンピュータは、診断対象の状態を反映した所定の
   物理量を捉えて、該物理量を表わす、時間的に継続した
   信号を得るセンサが接続されたものであって、 前記センサで得られた信号を間断なくあるいは一部重複
   して順次切り出した各部分信号を交互もしくは循環的に
   分担して受け取り、受け取った部分信号に基づいて、前
   記診断対象の異常の有無を判定する複数の異常監視部を
   有することを特徴とする異常監視プログラム。
4. 【請求項４】 前記診断対象が正常な状態にあるときに
   前記センサにより得られる基準信号に基づいて逆フィル
   タを求める演算を含む演算を行なうことにより基準デー
   タを求める基準演算部を有し、 前記複数の異常監視部は、いずれも、前記センサにより
   異常監視時に得られる診断信号に前記逆フィルタを作用
   させることにより残差信号を求める演算を含む演算を行
   ない、該演算の結果に基づいて、前記診断対象の異常の
   有無を判定するものであることを特徴とする請求項３記
   載の異常監視プログラム。