JP2005196701A - Parameter calculating method, state monitoring method, parameter calculating device, state monitoring device, state monitoring system and computer program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、周期運動体などの各種の設備を監視するための技術に関し、複数のピークを含む波形データのパラメータを計算する方法、その実施に用いるパラメータ計算装置、コンピュータをパラメータ計算装置として実現するためのコンピュータプログラム、計算されたパラメータを用いて工場内の設備などの監視対象の状態を監視する状態監視方法、状態監視システム、状態監視装置、及びコンピュータを状態監視装置として実現するためのコンピュータプログラムに関する。 The present invention relates to a technique for monitoring various facilities such as a periodic moving body, and implements a method of calculating parameters of waveform data including a plurality of peaks, a parameter calculation device used in the method, and a computer as a parameter calculation device. Computer program, status monitoring method for monitoring the status of a monitoring target such as equipment in a factory using calculated parameters, status monitoring system, status monitoring device, and computer program for realizing a computer as a status monitoring device About.
工場で用いられる生産設備又は公共施設で用いられる公共設備などの各種の設備を、故障の発生を予防すべく保全する方法として、定期的に設備を点検して保全する方法(TBM:Time Based preventive Maintenance)が従来用いられてきた。また、TBMの他には、設備の状態を恒常的に監視し、設備の状態が所定の基準にまで劣化した場合に保全する方法(CBM:Condition Based preventive Maintenance)が知られている。CBMは、TBMによる保全後の初期故障を回避することができること、及びTBMに比して保全コストの抑制が容易であることなどの利点があるので、近年ではTBMに代わってCBMが普及し始めている。 As a method of maintaining various facilities such as production facilities used in factories or public facilities used in public facilities in order to prevent the occurrence of failures, a method of regularly checking and maintaining facilities (TBM: Time Based preventive) Maintenance) has been used in the past. In addition to the TBM, there is known a method (CBM: Condition Based preventive Maintenance) that constantly monitors the state of the equipment and performs maintenance when the state of the equipment has deteriorated to a predetermined standard. CBM has advantages such as being able to avoid initial failures after maintenance due to TBM, and being easier to control maintenance costs than TBM. Yes.
CBMを実現するためには、設備の状態を示す動作回数、温度、又は振動などのデータを取得して設備の状態を監視し、可及的速やかに異常の兆候を捉えることができる状態監視方法の確立が望まれる。設備の分野によって設備の状態を示すデータが異なるため、従来より様々な状態監視方法が提案されている。例えば振動体の分野では、振動の振幅を2乗平均した値の平方根であるRMS(Root Mean Square)値を用いる方法が知られている。RMS値を用いた状態監視方法では、振動の振幅をデータとして取得し、取得した振幅を2乗平均した値の平方根であるRMS値を計算し、計算したRMS値が基準よりも大きくなったときに、振動の振幅が大きくなっているので設備が異常な状態であると判定することができる。 In order to realize the CBM, a state monitoring method that acquires data such as the number of operations, temperature, or vibration indicating the state of the equipment, monitors the state of the equipment, and catches an abnormality sign as soon as possible. It is desirable to establish Since the data indicating the state of the facility differs depending on the field of the facility, various state monitoring methods have been proposed conventionally. For example, in the field of vibrating bodies, a method using an RMS (Root Mean Square) value that is a square root of a value obtained by squaring the amplitude of vibration is known. In the state monitoring method using the RMS value, the vibration amplitude is acquired as data, the RMS value that is the square root of the squared average of the acquired amplitude is calculated, and the calculated RMS value becomes larger than the reference Furthermore, since the amplitude of vibration is large, it can be determined that the equipment is in an abnormal state.
しかし、RMS値は正規化されていない指標であるため、部品の大きさ又は振動数などの条件の違いによって変化するので、個々の設備について基準を定める必要がある。このため、汎用的に利用できる正規化された指標が必要となる。このような指標の例として、取得したデータの周波数成分間の相関を正規化したバイコヒーレンスが知られている。 However, since the RMS value is an unnormalized index, it varies depending on the difference in conditions such as the size of the part or the frequency, and therefore it is necessary to set a standard for each piece of equipment. For this reason, a normalized index that can be used universally is required. As an example of such an index, bicoherence in which the correlation between frequency components of acquired data is normalized is known.
振動信号などの基本周期Tを有する連続的なデータを時間tの関数x(t)とし、データに含まれる任意の二つの周波数f1 ,f2 とした場合に、バイコヒーレンスBicxxx(f1 ,f2 )は、下記式で定義される。 When continuous data having a basic period T such as a vibration signal is a function x (t) of time t and two arbitrary frequencies f 1 and f 2 included in the data are used, bicoherence Bic xxx (f 1 , F 2 ) is defined by the following equation.
バイコヒーレンスは各周波数の関わり合いを示すバイスペクトルをパワースペクトルで正規化した値であり、各周波数の関わり合いの大きさを示している。バイコヒーレンスの値は、
0<Bicxxx (f1,f2 )<1
であり、周波数f1 とf2 との関わり合いが大きい場合は1へ近づき、関わり合いが小さい場合は0へ近づく。特許文献1及び特許文献2には、設備が正常である間はバイコヒーレンスの値は1に近く、設備に異常が生じたときにはバイコヒーレンスの値が0へ近づくので、データからバイコヒーレンスを計算してどの程度0に近づいているかを調べることによって感度良く設備の異常を検知できることが開示されている。
また、設備の状態監視に利用可能な他の指標の例として、振動体の異常検知に利用される尖度(Kurtosis)があげられる。尖度は、確率過程において確率密度関数の4次中心モーメントを正規化した値である。時間tの関数x(t)を、平均値バーxの定常確率過程とし、その確率密度関数をp(x)とする。このとき、xの平均値バーx及び分散σ2は下記式で表される。
The bicoherence is a value obtained by normalizing the bispectrum indicating the relationship between the frequencies with the power spectrum, and indicates the magnitude of the relationship between the frequencies. The value of bicoherence is
0 <Bic xxx (f 1 , f 2 ) <1
When the relationship between the frequencies f 1 and f 2 is large, the value approaches 1 and when the relationship is small, the value approaches 0. In
Another example of an index that can be used for monitoring the state of equipment is kurtosis (Kurtosis) that is used for detecting abnormality of a vibrating body. The kurtosis is a value obtained by normalizing the fourth-order central moment of the probability density function in the stochastic process. The function x (t) at time t is a stationary probability process of the average value bar x, and the probability density function is p (x). At this time, the average value x of x and the variance σ 2 are expressed by the following equations.
データxの4次中心モーメントMT(4)、及びこの4次中心モーメントMT(4)を標準偏差の4乗(分散の2乗)で正規化した値である尖度KTは、下記式で定義される。 The kurtosis KT, which is a value obtained by normalizing the fourth-order central moment MT (4) of the data x and the fourth-order central moment MT (4) by the fourth power of the standard deviation (square of variance), is defined by the following equation. Is done.
監視対象から得られるデータは離散的なデータであるので、尖度は離散時間系で記述する必要がある。サンプリング間隔をΔtとすると、監視対象から得られるデータxk は以下のように表される。
xk =x(kΔt) k=1,2,…
監視対象からM個のデータxk が得られた場合、データの平均値バーx、分散σ2 、4次中心モーメントMT(4)及び尖度KTは下記式で表される。
Since the data obtained from the monitoring target is discrete data, the kurtosis needs to be described in a discrete time system. Assuming that the sampling interval is Δt, the data x k obtained from the monitoring target is expressed as follows.
x k = x (kΔt) k = 1, 2,...
When M pieces of data x k are obtained from the monitoring target, the average value bar x, variance σ 2 , fourth-order central moment MT (4), and kurtosis KT of the data are expressed by the following equations.
データの分布が正規分布に従っている場合、正規分布の定義によりKT=3.0となる。尖度の値が3.0よりも大きい場合は、データの分布は正規分布よりも尖っていることになり、尖度の値が3.0よりも小さい場合は、データの分布は正規分布よりもなだらかであることになる。設備に異常が生じてデータの中に振幅の大きいデータが混在するときには、データの分布の尖りぐあいが正規分布よりもなだらかになるので尖度は3.0よりも大きくなる。従って、監視対象から得られたデータから尖度を計算することによって設備の異常を検出することができる。
一般的に、工場内でCBMを行う場合は各設備にセンサを備え、センサが取得したデータをパーソナルコンピュータ(PC)、マイクロコンピュータ、ミニコンピュータ又はプロセスコンピュータ等の演算装置がオンラインで蓄積し、蓄積したデータを処理して設備監視を行う。工場内の設備の挙動は高速であるので、演算能力が低い演算装置を用いた場合は、演算装置の処理速度に比してデータが蓄積される速度の方が速い。そのため、設備異常の検知の失敗、又は失敗ではないにしても設備異常の検知の遅れが発生する可能性がある。また、尖度を計算する式が複雑であるため、データを見た作業員がデータから尖度を計算して設備の状態を把握することが困難であるという問題がある。 Generally, when CBM is performed in a factory, each facility is equipped with a sensor, and data acquired by the sensor is stored online by a computing device such as a personal computer (PC), microcomputer, minicomputer, or process computer. The processed data is processed and the equipment is monitored. Since the behavior of equipment in the factory is high-speed, when a computing device with low computing capacity is used, the speed at which data is accumulated is faster than the processing speed of the computing device. For this reason, there is a possibility that the detection of the equipment abnormality will be failed, or the equipment abnormality detection delay may occur even if it is not a failure. Moreover, since the formula for calculating the kurtosis is complicated, there is a problem that it is difficult for an operator who has seen the data to calculate the kurtosis from the data and grasp the state of the equipment.
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、振動の波形データなどの監視対象の状態を示す蓄積された複数のデータからなる波形データから、複数のデータの尖度であるパラメータ、又は尖度と監視対象が正常時の尖度との比であるパラメータを簡易的に計算することが可能なパラメータ計算方法、その実施に用いるパラメータ計算装置、及びコンピュータを該パラメータ計算装置として実現するためのコンピュータプログラムを提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to obtain a plurality of waveform data from a plurality of accumulated data indicating the state of a monitoring target such as vibration waveform data. Parameter calculation method capable of easily calculating a parameter that is a kurtosis of data, or a parameter that is a ratio between a kurtosis and a kurtosis when a monitoring target is normal, a parameter calculation device used for the calculation, and a computer Is to provide a computer program for realizing the above as the parameter calculation apparatus.
更に、本発明の他の目的とするところは、簡易的に計算したパラメータを用いて確実に監視対象の状態の変化を検知することができる状態監視方法、状態監視装置、状態監視システム、コンピュータを前記状態監視装置として実現するためのコンピュータプログラムを提供することにある。 Furthermore, another object of the present invention is to provide a state monitoring method, a state monitoring device, a state monitoring system, and a computer that can reliably detect a change in the state of a monitoring target using a simply calculated parameter. The object is to provide a computer program for realizing the state monitoring apparatus.
第1発明に係るパラメータ計算方法は、情報を受け付ける受付部、情報を記憶する記憶部及び演算部を備えた計算装置を用いて、所定範囲内のピーク値を有する連続した複数のピークと、ピーク値が前記所定範囲外で順に増加して減少する連続した複数の大ピークとを交互に含む波形データのパラメータを計算する方法であって、前記波形データについて前記所定範囲内のピーク値に対する前記複数の大ピークの最大ピーク値の比率p(pは1以上の実数)を前記受付部で受け付け、前記連続した複数の大ピークの数を2q(qは自然数)としたqの値を前記受付部で受け付け、前記連続した複数のピークの数と前記連続した複数の大ピークの数との合計値m(mは自然数)を前記記憶部で記憶し、前記波形データのパラメータの標準の値KTN を前記記憶部で記憶し、前記波形データのパラメータKTを、下記の演算式 According to a first aspect of the present invention, there is provided a parameter calculation method using a calculation device including a reception unit that receives information, a storage unit that stores information, and a calculation unit, and a plurality of continuous peaks having peak values within a predetermined range, A method of calculating a parameter of waveform data alternately including a plurality of continuous large peaks whose values increase and decrease sequentially outside the predetermined range, wherein the plurality of waveform data with respect to peak values within the predetermined range are calculated. The reception unit receives a ratio p (p is a real number greater than or equal to 1) of the maximum peak values of the large peaks, and sets the value of q where the number of the continuous large peaks is 2q (q is a natural number). And the total value m (m is a natural number) of the number of continuous peaks and the number of continuous large peaks is stored in the storage unit, and the standard value K of the parameter of the waveform data is stored. Storing N in the storage unit, a parameter KT of the waveform data, the following arithmetic expression
に基づいて前記演算部で計算することを特徴とする。 The calculation is performed by the calculation unit based on the above.
第2発明に係るパラメータ計算方法は、情報を受け付ける受付部、情報を記憶する記憶部及び演算部を備えた計算装置を用いて、所定範囲内のピーク値を有する連続した複数のピークと、ピーク値が前記所定範囲外で順に増加して減少する連続した複数の大ピークとを交互に含む波形データのパラメータを計算する方法であって、前記波形データについて前記所定範囲内のピーク値に対する前記複数の大ピークの最大ピーク値の比率p(pは1以上の実数)を前記受付部で受け付け、前記連続した複数の大ピークの数を2q(qは自然数)としたqの値を前記受付部で受け付け、前記連続した複数のピークの数と前記連続した複数の大ピークの数との合計値m(mは自然数)を前記記憶部で記憶し、前記波形データのパラメータFaを、下記の演算式 A parameter calculation method according to a second aspect of the present invention is directed to a calculation device including a reception unit that receives information, a storage unit that stores information, and a calculation unit, and a plurality of continuous peaks having peak values within a predetermined range, A method of calculating a parameter of waveform data alternately including a plurality of continuous large peaks whose values increase and decrease sequentially outside the predetermined range, wherein the plurality of waveform data with respect to peak values within the predetermined range are calculated. The reception unit receives a ratio p (p is a real number greater than or equal to 1) of the maximum peak values of the large peaks, and sets the value of q where the number of the continuous large peaks is 2q (q is a natural number). And the total value m (m is a natural number) of the number of the plurality of continuous peaks and the number of the plurality of continuous large peaks is stored in the storage unit, and the parameter Fa of the waveform data is set as follows: Arithmetic expression
に基づいて前記演算部で計算することを特徴とする。 The calculation is performed by the calculation unit based on the above.
第3発明に係る状態監視方法は、情報を受け付ける受付部、情報を記憶する記憶部及び演算部を備えた計算装置を用いて、所定範囲内のピーク値を有する連続した複数のピークと、ピーク値が前記所定範囲外で順に増加して減少する連続した複数の大ピークとを交互に含む、監視対象の状態を示す波形データに基づいて、前記監視対象の状態を監視する方法であって、前記波形データについて前記所定範囲内のピーク値に対する前記複数の大ピークの最大ピーク値の比率p(pは1以上の実数)を前記受付部で受け付け、前記連続した複数の大ピークの数を2q(qは自然数)としたqの値を前記受付部で受け付け、前記連続した複数のピークの数と前記連続した複数の大ピークの数との合計値m(mは自然数)を前記記憶部で記憶し、前記波形データのパラメータFaを、下記の演算式 According to a third aspect of the present invention, there is provided a state monitoring method using a calculation device including a reception unit that receives information, a storage unit that stores information, and a calculation unit, and a plurality of continuous peaks having peak values within a predetermined range, A method for monitoring the state of the monitoring target based on waveform data indicating the state of the monitoring target, alternately including a plurality of continuous large peaks whose values increase and decrease sequentially outside the predetermined range, For the waveform data, a ratio p (p is a real number of 1 or more) of the maximum peak values of the plurality of large peaks to a peak value within the predetermined range is received by the reception unit, and the number of the continuous large peaks is 2q. (Q is a natural number) The value of q is accepted by the accepting unit, and a total value m (m is a natural number) of the number of consecutive peaks and the number of consecutive large peaks is determined by the storage unit. Remember, said The parameter Fa in the form data, the following arithmetic expression
に基づいて前記演算部で計算し、前記演算部で計算したパラメータFaの値に応じて前記監視対象の状態を演算部で判定することを特徴とする。 And the state of the monitoring target is determined by the calculation unit according to the value of the parameter Fa calculated by the calculation unit.
第4発明に係るパラメータ計算装置は、所定範囲内のピーク値を有する連続した複数のピークと、ピーク値が前記所定範囲外で順に増加して減少する連続した複数の大ピークとを交互に含む波形データのパラメータを計算する装置であって、前記波形データについて前記所定範囲内のピーク値に対する前記複数の大ピークの最大ピーク値の比率p(pは1以上の実数)を受け付ける手段と、前記連続した複数の大ピークの数を2q(qは自然数)としたqの値を受け付ける手段と、前記連続した複数のピークの数と前記連続した複数の大ピークの数との合計値m(mは自然数)を記憶する手段と、前記波形データのパラメータFaを、下記の演算式 A parameter calculation apparatus according to a fourth aspect of the invention alternately includes a plurality of continuous peaks having a peak value within a predetermined range and a plurality of continuous large peaks in which the peak value sequentially increases and decreases outside the predetermined range. A device for calculating a parameter of waveform data, the means for receiving a ratio p (p is a real number of 1 or more) of the maximum peak values of the plurality of large peaks to the peak value within the predetermined range for the waveform data; A means for accepting a q value where the number of consecutive large peaks is 2q (q is a natural number), and a total value m (m of the number of consecutive peaks and the number of consecutive large peaks Is a natural number) and the parameter Fa of the waveform data is expressed as
に基づいて計算する手段とを備えることを特徴とする。 And means for calculating based on the above.
第5発明に係る状態監視装置は、所定範囲内のピーク値を有する連続した複数のピークと、ピーク値が前記所定範囲外で順に増加して減少する連続した複数の大ピークとを交互に含む、監視対象の状態を示す波形データに基づいて、前記監視対象の状態を監視する装置であって、前記波形データについて前記所定範囲内のピーク値に対する前記複数の大ピークの最大ピーク値の比率p(pは1以上の実数)を受け付ける手段と、前記連続した複数の大ピークの数を2q(qは自然数)としたqの値を受け付ける手段と、前記連続した複数のピークの数と前記連続した複数の大ピークの数との合計値m(mは自然数)を記憶する手段と、前記波形データのパラメータFaを、下記の演算式 The state monitoring apparatus according to the fifth aspect of the invention alternately includes a plurality of continuous peaks having a peak value within a predetermined range and a plurality of continuous large peaks in which the peak value sequentially increases and decreases outside the predetermined range. A device for monitoring the state of the monitoring target based on waveform data indicating the state of the monitoring target, wherein the ratio p of the maximum peak value of the plurality of large peaks to the peak value within the predetermined range for the waveform data Means for accepting (p is a real number equal to or greater than 1), means for accepting a q value where the number of consecutive large peaks is 2q (q is a natural number), and the number of consecutive peaks and the continuous Means for storing the total value m (m is a natural number) of the number of large peaks, and the parameter Fa of the waveform data,
に基づいて計算する手段と、該手段が計算したパラメータKTの値に応じて前記監視対象の状態を判定する手段とを備えることを特徴とする。 And means for determining the state of the monitoring target according to the value of the parameter KT calculated by the means.
第6発明に係る状態監視システムは、所定範囲内のピーク値を有する連続した複数のピークと、ピーク値が前記所定範囲外で順に増加して減少する連続した複数の大ピークとを交互に含む、監視対象の状態を示す波形データに基づいて、前記監視対象の状態を監視するシステムであって、前記波形データを取得するデータ取得装置と、該手段が取得した前記波形データについて前記所定範囲内のピーク値に対する前記複数の大ピークの最大ピーク値の比率p(pは1以上の実数)を求める手段と、前記連続した複数の大ピークの数を2q(qは自然数)としたqの値を求める手段と、前記連続した複数のピークの数と前記連続した複数の大ピークの数との合計値m(mは自然数)を用いて、前記監視対象の状態の判定基準となる前記波形データのパラメータFaを、下記の演算式 The state monitoring system according to the sixth aspect of the invention alternately includes a plurality of continuous peaks having a peak value within a predetermined range and a plurality of continuous large peaks in which the peak value sequentially increases and decreases outside the predetermined range. A system for monitoring the state of the monitoring target based on waveform data indicating the state of the monitoring target, the data acquisition device acquiring the waveform data, and the waveform data acquired by the means within the predetermined range Means for determining the ratio p (p is a real number of 1 or more) of the maximum peak values of the plurality of large peaks to the peak value of q, and the value of q where the number of the continuous large peaks is 2q (q is a natural number) And the waveform data serving as a criterion for determining the state of the monitoring target using a total value m (m is a natural number) of the number of the plurality of continuous peaks and the number of the plurality of continuous large peaks. The parameter Fa, the following arithmetic expression
に基づいて計算する計算装置とを備えることを特徴とする。 And a calculation device for calculating based on the above.
第7発明に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、所定範囲内のピーク値を有する連続した複数のピークと、ピーク値が前記所定範囲外で順に増加して減少する連続した複数の大ピークとを交互に含む波形データのパラメータを計算させるコンピュータプログラムであって、コンピュータに、前記波形データにおける前記所定範囲内のピーク値に対する前記複数の大ピークの最大ピーク値の比率p(pは1以上の実数)、前記連続した複数の大ピークの数を2q(qは自然数)としたqの値、及び前記連続した複数のピークの数と前記連続した複数の大ピークの数との合計値m(mは自然数)を読み込ませる手順と、コンピュータに、前記波形データのパラメータFaを、下記の演算式 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a computer program in which a plurality of continuous peaks having a peak value within a predetermined range and a plurality of continuous large peaks whose peak values sequentially increase and decrease outside the predetermined range are alternately displayed on the computer. A computer program for calculating parameters of the waveform data included in the computer, wherein the computer has a ratio p (p is a real number greater than or equal to 1) of the maximum peak values of the plurality of large peaks to the peak values within the predetermined range in the waveform data. , The value of q where the number of the continuous large peaks is 2q (q is a natural number), and the total value m (m is the number of the continuous multiple peaks and the number of the continuous large peaks) Natural number), and the computer calculates the parameter Fa of the waveform data as follows:
に基づいて計算させる手順とを含むことを特徴とする。 And a procedure for calculating based on the above.
第8発明に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、所定範囲内のピーク値を有する複数のピークと、ピーク値が前記所定範囲外で順に増加して減少する連続した複数の大ピークとを交互に含む、監視対象の状態を示す波形データに基づいて、前記監視対象の状態を監視させるコンピュータプログラムであって、コンピュータに、前記波形データにおける前記所定範囲内のピーク値に対する前記複数の大ピークの最大ピーク値の比率p(pは1以上の実数)、前記連続した複数の大ピークの数を2q(qは自然数)としたqの値、及び前記連続した複数のピークの数と前記連続した複数の大ピークの数との合計値m(mは自然数)を読み込ませる手順と、コンピュータに、前記波形データのパラメータFaを、下記の演算式 A computer program according to an eighth aspect of the present invention alternately includes a plurality of peaks having peak values within a predetermined range and a plurality of continuous large peaks in which the peak values sequentially increase and decrease outside the predetermined range. A computer program for monitoring the state of the monitoring target based on waveform data indicating the state of the monitoring target, wherein the computer has a maximum peak of the plurality of large peaks with respect to a peak value within the predetermined range in the waveform data. A ratio of values p (p is a real number equal to or greater than 1), a value of q in which the number of consecutive large peaks is 2q (q is a natural number), and the number of consecutive peaks and the plurality of consecutive peaks The procedure for reading the total value m (m is a natural number) with the number of large peaks, and the computer is used to calculate the parameter Fa of the waveform data as follows:
に基づいて計算させる手順と、コンピュータに、計算したパラメータFaの値に応じて前記監視対象の状態を判定させる手順とを含むことを特徴とする。 And a procedure for causing the computer to determine the state of the monitoring target according to the calculated value of the parameter Fa.
本願発明者は、周期運動体から得られる波形データについて初期異常時に認められる波形データの挙動に着目し、波形データを構成する複数のデータの尖度であるパラメータ、又は尖度と監視対象が正常時の尖度との比であるパラメータを簡易的に計算する方法を案出した。 The inventor of the present application pays attention to the behavior of the waveform data recognized at the time of initial abnormality with respect to the waveform data obtained from the periodic moving body, and the parameters that are the kurtosis of a plurality of data constituting the waveform data, or the kurtosis and the monitoring target are normal. We devised a simple method to calculate the parameter, which is the ratio with the kurtosis of time.
監視対象から得られるデータとして転がり軸受けの振動などの周期運動体から得られるデータを考える。図6は、周期運動体から得られる振動を示す波形データの例を示す模式的特性図である。横軸は時間を示し、縦軸は振動を示す。転がり軸受けの場合、転動体が軸に接触する都度大なる振動が発生する。この振動をセンサで測定した場合には図6(a)に示す如き転動体が軸に接触する都度振動の変位がピークを形成する波形データが得られる。転がり軸受けの転動体に傷が生じるなどの初期異常が発生した場合は、周期運動体は正常時に比して大なる振動を発生する。例えばm(mは自然数)個の転動体から構成される転がり軸受けにおいて一の転動体に傷が生じた場合、傷の生じた転動体が軸に接触するときには他の転動体が軸に接触するときに比してより大なる振動が発生する。また、この大なる振動の発生に伴って、正常時の振動から徐々に大きくなる前震的な振動と大なる振動から徐々に小さくなる余震的な振動とが前後に派生することが多い。従って、初期異常時の監視対象からは、図6(b)に示す如く、ピークの大きさが正常時の大きさから順に大きくなって最大の大きさから正常時の大きさにまで順に小さくなる連続したピークが周期的に発生する波形データが得られる。 Consider data obtained from a periodic motion body such as rolling bearing vibration as data obtained from a monitoring target. FIG. 6 is a schematic characteristic diagram illustrating an example of waveform data indicating vibration obtained from a periodic moving body. The horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates vibration. In the case of a rolling bearing, a large vibration is generated each time the rolling element comes into contact with the shaft. When this vibration is measured by a sensor, waveform data in which the displacement of the vibration forms a peak every time the rolling element contacts the shaft as shown in FIG. 6A is obtained. When an initial abnormality such as a scratch occurs on the rolling element of the rolling bearing, the periodic moving body generates a larger vibration than normal. For example, in a rolling bearing composed of m (m is a natural number) rolling elements, when one rolling element is damaged, when the damaged rolling element contacts the shaft, the other rolling element contacts the shaft. Larger vibrations are generated as compared to cases. In addition, along with the occurrence of this large vibration, a foreshock vibration that gradually increases from normal vibration and an aftershock vibration that gradually decreases from large vibration are often derived forward and backward. Accordingly, from the monitoring target at the time of initial abnormality, as shown in FIG. 6B, the peak size increases in order from the normal size and decreases from the maximum size to the normal size in order. Waveform data in which continuous peaks occur periodically can be obtained.
ここで、ピークの大きさが正常時よりも大なるピーク(以下大ピークと言う)は2q(qは自然数)個が連続して周期的に発生し、連続した大ピークの中で前半のq個の大ピークの大きさと後半のq個の大ピークの大きさとは左右対称であると仮定する。また、ピークの大きさが最大である大ピーク(以下最大ピークと言う)の大きさと正常時のピークの大きさとの比率をp:1とする。更に、連続した大ピークの後半の部分について、最大ピークを1番目として各大ピークに番号を付けたときの番号に比例して大ピークの大きさが減衰し、(q+1)番目のピークの大きさは正常時のピークの大きさであると仮定する。このとき、正常時のピークの大きさに対する各大ピークの大きさの比率rは下記(1)式で表される。
r=p−(i−1)(p−1)/q i=1,2,…,q …(1)
Here, 2q (q is a natural number) of peaks whose peak sizes are larger than normal (hereinafter referred to as large peaks) are generated periodically and q in the first half of the continuous large peaks. It is assumed that the size of the large peaks and the size of the q large peaks in the latter half are symmetrical. Further, the ratio between the size of a large peak (hereinafter referred to as the maximum peak) having the maximum peak size and the peak size at normal time is defined as p: 1. Furthermore, for the latter half of the continuous large peak, the magnitude of the large peak attenuates in proportion to the number when each large peak is numbered with the largest peak as the first, and the magnitude of the (q + 1) th peak It is assumed that the size is the size of a normal peak. At this time, the ratio r of the size of each large peak to the size of the peak at the normal time is expressed by the following equation (1).
r = p− (i−1) (p−1) / q i = 1, 2,..., q (1)
m個の転動体から構成される転がり軸受けにおいては、m回に1回同じ転動体が軸に接触して同じ振動を発生させるので、初期異常時の波形データには連続した大ピークの一群がm個のピーク毎に含まれることとなる。従って、初期異常時に監視対象からは(1)式においてi=1〜qである大ピークの夫々がm個のピーク毎に2個ずつ含まれる波形データが得られる。このとき、ピークの大きさが正常時の大きさである連続したピークの数と連続した大ピークの数との合計値がmである。 In a rolling bearing composed of m rolling elements, the same rolling element contacts the shaft once every m times and generates the same vibration. Therefore, the waveform data at the time of initial abnormality includes a group of continuous large peaks. It is included for every m peaks. Therefore, waveform data including two large peaks each having i = 1 to q in equation (1) for every m peaks is obtained from the monitoring target at the time of initial abnormality. At this time, the total value of the number of continuous peaks whose peak size is normal and the number of continuous large peaks is m.
以上のモデルに基づいた波形データをサンプリング定理に基づく周期でサンプリングすると、振動の値をデータxk の値としたデータ列{xk }が得られる。このデータ列{xk}の平均値は0である。また、初期異常時の監視対象から得られたデータ列{xk }には、(1)式においてi=1〜qである大ピークの夫々に対応するデータが2/mの割合で含まれる。 When the waveform data based on the above model is sampled at a period based on the sampling theorem, a data string {x k } having the vibration value as the value of the data x k is obtained. The average value of this data string {x k } is zero. The data string {x k } obtained from the monitoring target at the time of initial abnormality includes data corresponding to each of the large peaks where i = 1 to q in the equation (1) at a rate of 2 / m. .
正常時の監視対象からN個のデータが得られた場合のデータ列{xk :k=1,2,…,N}の分散、4次中心モーメント及び尖度を、夫々σN 2,MTN(4)及びKTN とおく。また、初期異常時の監視対象から得られたデータ列の分散、4次中心モーメント及び尖度を、夫々σ2,MT(4)及びKTとおく。平均をバーxとおき、大ピーク以外の部分に対応するデータの値をxk ’とおくと、初期異常時の分散σ2は下記(2)式で表すことができる。 The variance, quartic center moment and kurtosis of the data string {x k : k = 1, 2,..., N} when N pieces of data are obtained from the normal monitoring target are represented by σ N 2 and MT, respectively. Let N (4) and KT N. In addition, the dispersion, the fourth-order central moment, and the kurtosis of the data string obtained from the monitoring target at the time of the initial abnormality are set as σ 2 , MT (4), and KT, respectively. When the average is set as bar x and the value of the data corresponding to the portion other than the large peak is set as x k ′, the variance σ 2 at the time of initial abnormality can be expressed by the following equation (2).
平均値バーxは0であるので、(2)式は更に下記(3)式で表現することができる。 Since the average value bar x is 0, the expression (2) can be further expressed by the following expression (3).
同様にして、初期異常時の4次中心モーメントMT(4)は下記(4)式で表すことができる。 Similarly, the fourth-order central moment MT (4) at the time of initial abnormality can be expressed by the following equation (4).
なお、(3)式および(4)式を求めるに当たっては下記の公式を用いた。 It should be noted that the following formula was used to obtain the equations (3) and (4).
(3)式および(4)式により、初期異常時の尖度KTは下記(5)式で表すことができる。 From the equations (3) and (4), the kurtosis KT at the time of initial abnormality can be expressed by the following equation (5).
(5)式を用いることにより、m、p及びqの値と監視対象が正常であるときの尖度KTN の値とから、初期異常時の尖度KTを求めることができる。また、正常時の監視対象から得られるデータ列が正規分布に従う場合は、正常時の尖度KTNの値3.0から(5)式を用いて初期異常時の尖度KTを求めることもできる。更に、監視対象から得られたデータ列の尖度KTと正常時での尖度KTNとの比Fa=KT/KTN は下記(6)式で表すことができる。 By using the equation (5), the kurtosis KT at the time of initial abnormality can be obtained from the values of m, p, and q and the value of the kurtosis KT N when the monitoring target is normal. Further, when the data string obtained from the monitoring target at the normal time follows a normal distribution, the kurtosis KT at the time of initial abnormality can be obtained from the value 3.0 of the kurtosis KT N at the normal time using the equation (5). it can. Further, the ratio Fa = KT / KT N between the kurtosis KT of the data string obtained from the monitoring target and the kurtosis KT N at the normal time can be expressed by the following equation (6).
(6)式により、監視対象から得られたデータ列の尖度KTと正常時での尖度KTN との比であるパラメータFaを簡易的に求めることができる。 The parameter Fa, which is the ratio between the kurtosis KT of the data string obtained from the monitoring target and the kurtosis KT N in the normal state, can be easily obtained from the equation (6).
以上の如くにして、振動のデータ等の監視対象の状態を示す波形データが得られた場合には、m、p及びqの値を知ることによって波形データについてのパラメータKT及びFaを計算することができる。多くの場合においては連続的な波形データを得ることは困難であるので、サンプリング定理に基づく周期などの所定の周期で振動の値などの監視対象の状態を測定して得られたデータ列{xk }で波形データを構成し、データ列の尖度であるパラメータKTとパラメータFaとを計算することができる。監視対象が正常であってデータ列{xk}が正規分布に従う場合は、パラメータKTは3.0であり、パラメータFaは1.0である。監視対象から得られたデータについてパラメータKT又はパラメータFaを計算し、その値を正常時の値と比べることにより、監視対象の状態を知ることができる。 As described above, when waveform data indicating the state of the monitoring target such as vibration data is obtained, parameters KT and Fa for the waveform data are calculated by knowing the values of m, p, and q. Can do. In many cases, since it is difficult to obtain continuous waveform data, a data string {x obtained by measuring the state of a monitored object such as a vibration value at a predetermined period such as a period based on the sampling theorem Waveform data can be constructed with k }, and the parameter KT and the parameter Fa, which are the kurtosis of the data string, can be calculated. When the monitoring target is normal and the data string {x k } follows a normal distribution, the parameter KT is 3.0 and the parameter Fa is 1.0. By calculating the parameter KT or the parameter Fa for the data obtained from the monitoring target and comparing the value with the normal value, the state of the monitoring target can be known.
図7は、m=12の条件の下でp=1,2,…,6及びq=1,2,…,4の夫々の場合でのパラメータKTを(5)式により計算した結果を示す図表である。また、図8は、同様の場合でのパラメータFaを(6)式により計算した結果を示す図表である。監視対象の設備が転動体の数が12個である転がり軸受けである場合、12回の振動毎に一群の連続した大ピークが発生する。p=1の場合は最大ピークが発生しておらず、従って監視対象が正常な場合である。また、q=1の場合は最大ピークのみが発生している場合である。pが大きくなるに従ってパラメータKT及びパラメータFaも大きくなって標準の値からずれてゆき、qが大きくなるに従って尖度KT及びパラメータFaは小さくなって逆に標準の値へ近づいてゆく。ところで、転動体に発生した傷が小規模である場合など監視対象の異常が小規模である場合はp及びqは小さく、転動体に発生した傷が拡大した場合など監視対象の異常がより大規模になる場合はp及びqがより大きくなることが推察される。パラメータKT又はパラメータFaの値の変化を観察することにより、監視対象の異常の度合いを判定することができる。 FIG. 7 shows the result of calculating the parameter KT in the case of p = 1, 2,..., 6 and q = 1, 2,. It is a chart. FIG. 8 is a chart showing the result of calculating the parameter Fa in the same case by the equation (6). When the equipment to be monitored is a rolling bearing with 12 rolling elements, a group of continuous large peaks occurs every 12 vibrations. When p = 1, the maximum peak has not occurred, and therefore the monitoring target is normal. Further, when q = 1, only the maximum peak is generated. As p increases, the parameter KT and the parameter Fa also increase and deviate from the standard values. As q increases, the kurtosis KT and the parameter Fa decrease and conversely approach the standard values. By the way, when the abnormality of the monitoring target is small, such as when the wound generated on the rolling element is small, p and q are small, and the abnormality of the monitoring target is larger, such as when the scratch generated on the rolling element is enlarged. It is inferred that p and q become larger when the scale is reached. By observing a change in the value of the parameter KT or the parameter Fa, the degree of abnormality of the monitoring target can be determined.
第1発明においては、監視対象の状態を示す波形データを構成する複数のデータの尖度であるパラメータKTが、(5)式を用いることにより簡易的に計算される。 In the first invention, the parameter KT, which is the kurtosis of a plurality of data constituting the waveform data indicating the state of the monitored object, is simply calculated by using the equation (5).
第2、第4及び第7発明においては、監視対象の状態を示す波形データを構成する複数のデータの尖度と監視対象が正常である場合の尖度との比であるパラメータFaが、(5)式を用いることにより簡易的に計算される。 In the second, fourth and seventh inventions, the parameter Fa, which is the ratio between the kurtosis of a plurality of data constituting the waveform data indicating the state of the monitoring target and the kurtosis when the monitoring target is normal, is ( 5) It is simply calculated by using the equation.
第3、第5、第6及び第8発明においては、簡易的に計算されるパラメータの値に基づいて、監視対象の状態が高速で判定される。 In the third, fifth, sixth, and eighth inventions, the state of the monitoring target is determined at high speed based on the parameter values that are simply calculated.
第1発明によれば、監視対象の状態を示す波形データを構成する複数のデータの尖度であるパラメータKTを、簡易的な式を用いることによりデータが蓄積される速度に比して充分高速に計算することができる。 According to the first invention, the parameter KT, which is the kurtosis of a plurality of data constituting the waveform data indicating the state of the monitored object, is sufficiently faster than the speed at which data is accumulated by using a simple formula. Can be calculated.
第2、第4及び第7発明によれば、監視対象の状態を示す波形データを構成する複数のデータの尖度と監視対象が正常である場合の尖度との比であるパラメータFaを、簡易的な式を用いることによりデータが蓄積される速度に比して充分高速に計算することができる。特に、電卓などの簡易的な計算装置を用いて前記パラメータを計算することができる。 According to the second, fourth and seventh inventions, the parameter Fa, which is the ratio between the kurtosis of a plurality of data constituting the waveform data indicating the state of the monitoring target and the kurtosis when the monitoring target is normal, By using a simple formula, the calculation can be made sufficiently faster than the speed at which data is accumulated. In particular, the parameters can be calculated using a simple calculation device such as a calculator.
第3、第5、第6及び第8発明によれば、簡易的に計算されたパラメータを用いて監視対象の状態を判定することにより、監視対象の状態を高速で判定することが可能となる。また、設備の異常検知の失敗または遅れを起こすことなく設備の状態に即時的に対応する状態監視を行うことができる等、本発明は優れた効果を奏する。 According to the third, fifth, sixth, and eighth inventions, the state of the monitoring target can be determined at high speed by determining the state of the monitoring target using the simply calculated parameters. . In addition, the present invention has an excellent effect, such as being able to perform state monitoring that immediately responds to the state of the facility without causing failure or delay in the detection of the abnormality of the facility.
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る状態監視システムの構成を示すブロック図である。本発明の状態監視システムは、転がり軸受け又は歯車等の周期運動体である設備(監視対象)の状態を監視し、設備に異常が生じた場合は警報を発するべく運用される。設備には、振動の変位などの設備の状態を示すデータを計測するセンサ31が設けられている。センサ31は、データ取得装置32に接続されており、計測データをデータ取得装置32へ入力する構成となっている。データ取得装置32は、センサ31から入力された計測データを所定の周期でサンプリングし、サンプリングした複数のデータからなる波形データを取得する機能を有している。データ取得装置32は通信ネットワークNに接続されており、また通信ネットワークNは本発明の状態監視装置1に接続されている。データ取得装置32は、取得したデータを通信ネットワークNを介して状態監視装置1へ送信する構成となっている。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a state monitoring system according to
状態監視装置1は、本発明のパラメータ計算装置としての機能を兼ね備えており、コンピュータを用いて構成されている。状態監視装置1は、演算を行うCPU(演算部)11と、演算に伴って発生する一時的な情報を記憶するRAM(記憶部)12と、CD−ROMドライブ等の外部記憶装置13と、ハードディスク等の内部記憶装置14とを備えている。CPU11は、CD−ROM等の記録媒体2から本発明のコンピュータプログラム20を外部記憶装置13にて読み取り、読み取ったコンピュータプログラム20を内部記憶装置14に記憶させる。コンピュータプログラム20は必要に応じて内部記憶装置14からRAM12へロードされ、ロードされたコンピュータプログラム20に基づいてCPU11は状態監視装置1に必要な処理を実行する。
The
また、CPU11には、通信ネットワークNに接続された入力部15(受付部)が接続されている。CPU11は、通信ネットワークNを介してデータ取得装置32から送信されたデータを入力部15にて受信する。また、CPU11には、情報を外部へ出力する出力部16が接続されている。
The
また、内部記憶装置14は、監視対象が正常であるときにデータ取得装置32が取得した波形データを構成する複数のデータの尖度であるパラメータの標準値KTN を記憶している。
Further, the
更に、本実施の形態に係る状態監視システムは、警報装置4を備えている。警報装置4は、ブザー、ランプ、又は警報の内容を表示する表示部などのいずれか又はそれらの組み合わせからなり、状態監視装置1の出力部16に接続されている。CPU11は設備の異常を示す情報を出力部16から警報装置4へ送信し、警報装置4は状態監視装置1から受信した情報に従って設備の異常を報知する。
Furthermore, the state monitoring system according to the present embodiment includes an
なお、コンピュータプログラム20は、通信ネットワークNに接続されている図示しない外部のサーバ装置から本発明に係る状態監視装置1へロードされて内部記憶装置14に記憶される形態であってもよい。
The
図2は、本発明の実施の形態1に係る状態監視システムが行う動作を示すフローチャートである。センサ31は、設備の稼働に伴った振動などのデータを計測し、データ取得装置32は、センサ31から入力された計測データを所定の周期でサンプリングし(S101)、サンプリングの結果得られた複数のデータから構成される図6に示す如き波形データを取得する。データ取得装置32は、次に、パラメータを計算するために充分なデータを含む所定の長さの波形データを取得したか否かを判定し(S102)、所定の長さの波形データを取得していない場合は(S102:NO)、ステップS101へ処理を戻してサンプリングを継続する。所定の長さの波形データを取得している場合は(S102:YES)、データ取得装置32は、取得した波形データの中に所定の範囲以上に大なるピーク値を有する連続した大ピークが周期的に含まれているか否かを判定する(S103)。大ピークが波形データに含まれていない場合には(S103:NO)、データ取得装置32は設備は正常であるとして処理を終了する。
FIG. 2 is a flowchart showing operations performed by the state monitoring system according to
図6(b)に示す如き連続した大ピークが波形データに含まれていた場合には(S103:YES)、データ取得装置32は、ピーク値が所定範囲内である連続した複数のピークの数と連続した複数の大ピークの数との合計値m、所定の範囲内のピーク値に対する最大ピークのピーク値の比率p、及び連続した複数の大ピークの数を2qとしたqの値を計測し(S104)、計測したm、p及びqを通信ネットワークNを介して状態監視装置1へ送信する(S105)。
When continuous large peaks as shown in FIG. 6B are included in the waveform data (S103: YES), the
状態監視装置1は、m、p及びqを入力部15にて受信し(S106)、CPU11は、RAM12にロードしたコンピュータプログラム20に従って、内部記憶装置14が記憶しているパラメータの標準値KTN をRAM14に読み出す(S107)。CPU11は、次に、RAM12にロードしたコンピュータプログラム20に従って、m、p、q及びKTNを(5)式に代入して得られるパラメータKTを計算する(S108)。CPU11は、次に、RAM12にロードしたコンピュータプログラム20に従って、計算したパラメータKTの値が監視対象が異常であると認められる所定範囲に含まれる値であるか否かを判定する(S109)。
The
パラメータKTの値が所定範囲に含まれない場合には(S109:NO)、CPU11は、RAM12にロードしたコンピュータプログラム20に従って、監視対象の設備は正常であると判定して処理を終了する。パラメータKTの値が所定範囲に含まれる場合には(S109:YES)、CPU11は、RAM12にロードしたコンピュータプログラム20に従って、監視対象の設備が異常であると判定し、パラメータKTの値に応じた異常の度合いを示す異常情報を出力部16から警報装置4へ送信し(S110)、処理を終了する。警報装置4は、状態監視装置1から受信した異常情報に従って、ブザーの鳴動、ランプの点灯、又は表示部への異常情報の内容の表示等により、設備の異常を報知する。この結果、異常であると判定された設備が手動で停止されるなどの処置がとられる。
When the value of the parameter KT is not included in the predetermined range (S109: NO), the
なお、以上の処理においては、パラメータKTの値が所定範囲に含まれるか否かによって監視対象の状態を判定する処理を行っているが、これに限るものではなく、計算したパラメータKTの値を内部記憶装置14が記憶しておき、パラメータKTの値の変遷に基づいて監視対象の状態を判定する処理を行ってもよい。
In the above process, the process of determining the state of the monitoring target based on whether or not the value of the parameter KT is included in the predetermined range is not limited to this, and the calculated value of the parameter KT is not limited to this. The
以上詳述した如く、本実施の形態においては、転がり軸受けにおける振動などの設備の状態を示す波形データを取得し、所定範囲外の大なるピーク値を有する連続した大ピークが周期的に波形データに含まれている場合に、ピーク値が所定範囲内である連続したピークの数と連続した大ピークの数との合計値m、最大ピーク値と所定範囲内のピーク値との比率p、連続した大ピークの数を2qとしたqの値、及びパラメータの標準値KTN を用いて、波形データを構成する複数のデータの尖度であるパラメータKTを計算する。従来の尖度を求める式に比して簡便な(5)式を用いて簡易的にパラメータKTを計算することにより、データが蓄積される速度に比して充分高速にパラメータKTを計算することが可能となる。従って、設備の異常検知の失敗または遅れを起こすことなく設備の状態に即時的に対応する状態監視を行うことができる。 As described above in detail, in the present embodiment, waveform data indicating the state of equipment such as vibration in a rolling bearing is acquired, and continuous large peaks having a large peak value outside a predetermined range are periodically waveform data. , The total value m of the number of consecutive peaks whose peak value is within a predetermined range and the number of consecutive large peaks, the ratio p between the maximum peak value and the peak value within a predetermined range, continuous The parameter KT, which is the kurtosis of a plurality of data constituting the waveform data, is calculated using the q value where the number of large peaks is 2q and the standard value KT N of the parameter. By simply calculating the parameter KT using Equation (5), which is simpler than the conventional equation for calculating kurtosis, the parameter KT is calculated sufficiently faster than the data accumulation rate. Is possible. Therefore, it is possible to perform state monitoring that immediately responds to the state of the facility without causing failure or delay in the facility abnormality detection.
なお、本実施の形態においては、一のセンサ31が計測したデータに基づいて設備の状態を監視する形態を示しているが、これに限るものではなく、一の設備、又は複数の設備の夫々に複数のセンサ31を備え、複数のセンサ31の夫々をデータ取得装置32及び通信ネットワークNを介して状態監視装置1に接続させ、夫々のセンサ31が計測した夫々のデータに基づいて一又は複数の設備の状態を監視する形態としてもよい。
In addition, in this Embodiment, although the form which monitors the state of an installation based on the data which the one
また、本実施の形態においては、データ取得装置32が取得したデータを蓄積して波形データを取得する形態を示しているが、データ取得装置32は取得したデータを蓄積せずに状態監視装置1へ送信し、状態監視装置1が波形データを取得する形態としてもよい。また、本実施の形態においては、状態監視装置1の出力部16に警報装置4が接続されている形態を示しているが、状態監視装置1により設備が異常であると判定された場合に設備を停止させる等の設備の制御を行う制御装置を接続させた形態としてもよい。また、データ取得装置32はサンプリングによる離散データを蓄積させて波形データを取得する形態を示しているが、これに限るものではなく、データ取得装置32はセンサ31が測定するデータを連続的に取り込んで連続的な波形データを取得する形態であってもよい。
In the present embodiment, the waveform data is acquired by accumulating the data acquired by the
また、本実施の形態においては、ピーク値が所定範囲内である連続したピークの数と連続した大ピークの数との合計値mを計測する形態を示しているが、これに限るものではなく、状態監視装置1がmの値を予め記憶している形態であってもよい。監視対象が転がり軸受けであって一の転動体に傷が発生した場合は、複数の転動体の中で傷を有する転動体が大ピークの原因となるので、転がり軸受けが有する転動体の数がmの値となる。また、監視対象が歯車であって一の歯が損傷した場合は、歯車の歯の数がmの値となる。このように初期故障時のmの値は予め定まっている場合が多いので、状態監視装置1がmの値を予め記憶している形態であっても本発明を実現することができる。
In the present embodiment, a mode is shown in which the total value m of the number of continuous peaks whose peak value is within a predetermined range and the number of continuous large peaks is measured. However, the present invention is not limited to this. The
更に、本実施の形態においては、工場内の設備の監視を行う形態を示しているが、これに限るものではなく、他の一般の装置の状態を監視する形態であってもよく、また、販売データ又は株価の変動などの現象を監視する形態であってもよい。 Furthermore, in the present embodiment, a form for monitoring equipment in a factory is shown, but the present invention is not limited to this, and a form for monitoring the state of other general devices may be used. It may be in the form of monitoring phenomena such as fluctuations in sales data or stock prices.
(実施の形態2)
図3は、本発明の実施の形態2における状態監視システムの構成を示すブロック図である。実施の形態2においては、監視対象の状態を示す波形データを構成する複数のデータの尖度と正常時の尖度との比であるパラメータFaを用いて、監視対象の状態監視を行う。内部記憶装置14は、転がり軸受けの転動体の数または歯車の数などの既知の値に対応した、波形データに含まれるピーク値が所定範囲内である連続したピークの数と連続した大ピークの数との合計値mを記憶している。状態監視システムのその他の構成は実施の形態1と同様であり、対応する部分に同符号を付してその説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the state monitoring system according to
図4は、本発明の実施の形態2に係る状態監視システムが行う動作を示すフローチャートである。センサ31は、監視対象である設備の稼働に伴った振動などのデータを計測し、データ取得装置32は、センサ31から入力された計測データを所定の周期でサンプリングし(S201)、サンプリングの結果得られた複数のデータから構成される波形データを取得する。データ取得装置32は、次に、所定の長さの波形データを取得したか否かを判定し(S202)、所定の長さの波形データを取得していない場合は(S202:NO)、ステップS201へ処理を戻してサンプリングを継続する。所定の長さの波形データを取得している場合は(S202:YES)、データ取得装置32は、取得した波形データの中に所定の範囲以上に大なるピーク値を有する大ピークが含まれているか否かを判定する(S203)。大ピークが波形データに含まれていない場合には(S203:NO)、データ取得装置32は設備は正常であるとして処理を終了する。連続した大ピークが波形データに含まれていた場合には(S203:YES)、データ取得装置32は、所定の範囲内のピーク値に対する最大ピークのピーク値の比率p及び連続した大ピークの数を2qとしたqの値を計測し(S204)、計測したp及びqを通信ネットワークNを介して状態監視装置1へ送信する(S205)。
FIG. 4 is a flowchart showing operations performed by the state monitoring system according to
状態監視装置1は、p及びqを入力部15にて受信する(S206)。CPU11は、RAM12にロードしたコンピュータプログラム20に従って、内部記憶装置14が記憶しているmの値を読み出し(S207)、m、p及びqを(6)式に代入して得られるパラメータFaを計算する(S208)。なお、CPU11はmの値を外部から受け付ける処理を行ってもよい。CPU11は、次に、RAM12にロードしたコンピュータプログラム20に従って、計算したパラメータFaの値が監視対象が異常であると認められる所定範囲に含まれる値であるか否かを判定する(S209)。
The
パラメータFaの値が所定範囲に含まれない場合には(S209:NO)、CPU11は、RAM12にロードしたコンピュータプログラム20に従って、監視対象の設備は正常であると判定して処理を終了する。パラメータFaの値が所定範囲に含まれる場合には(S209:YES)、CPU11は、RAM12にロードしたコンピュータプログラム20に従って、監視対象の設備が異常であると判定し、パラメータFaの値に応じた異常の度合いを示す異常情報を出力部16から警報装置4へ送信し(S210)、処理を終了する。警報装置4は状態監視装置1から受信した異常情報に従って設備の異常を報知する。
When the value of the parameter Fa is not included in the predetermined range (S209: NO), the
なお、以上の処理においては、パラメータFaの値が所定範囲に含まれるか否かによって監視対象の状態を判定する処理を行っているが、これに限るものではなく、計算したパラメータFaの値を内部記憶装置14が記憶しておき、パラメータFaの値の変遷に基づいて監視対象の状態を判定する処理を行ってもよい。
In the above process, the process of determining the state of the monitoring target based on whether or not the value of the parameter Fa is included in the predetermined range is performed. However, the present invention is not limited to this, and the calculated value of the parameter Fa is used. The
以上詳述した如く、本実施の形態においては、転がり軸受けにおける振動などの設備の状態を示す波形データを取得し、所定範囲外の大なるピーク値を有する連続した大ピークが周期的に波形データに含まれている場合に、転動体の数などの予め定められたm、最大ピーク値と所定範囲内のピーク値との比率p、及び連続した大ピークの数を2qとしたqの値を用いて、波形データを構成する複数のデータの尖度と設備が正常である場合の尖度との比であるパラメータFaを計算する。簡便な(6)式を用いて簡易的にパラメータFaを計算することにより、データが蓄積される速度に比して充分高速にパラメータFaを計算することが可能となる。従って、設備の異常検知の失敗または遅れを起こすことなく設備の状態に即時的に対応する状態監視を行うことができる。 As described above in detail, in the present embodiment, waveform data indicating the state of equipment such as vibration in a rolling bearing is acquired, and continuous large peaks having a large peak value outside a predetermined range are periodically waveform data. , The predetermined value m such as the number of rolling elements, the ratio p between the maximum peak value and the peak value within a predetermined range, and the q value where the number of continuous large peaks is 2q. The parameter Fa, which is the ratio between the kurtosis of a plurality of data constituting the waveform data and the kurtosis when the equipment is normal, is calculated. By simply calculating the parameter Fa using the simple expression (6), the parameter Fa can be calculated sufficiently faster than the speed at which data is accumulated. Therefore, it is possible to perform state monitoring that immediately responds to the state of the facility without causing failure or delay in the facility abnormality detection.
(実施の形態3)
図5は本発明の実施の形態3における状態監視方法を示す概念図である。本実施の形態においては、電卓などの簡易的な計算装置を用いて設備の状態を把握することができる。設備に設けられたセンサ31にはオシロスコープ等のデータ表示装置51が接続されており、データ表示装置51はセンサ31が計測した波形データを表示する。データ表示装置51には図6に示す如き波形データが表示され、設備に異常が発生した場合には図6(b)に示す如き連続した大ピークを含む波形データが表示される。設備の作業員などのオペレータは、データ表示装置51に表示されたデータから、最大ピーク値と正常時の所定範囲内のピーク値との比率p、及び連続した大ピークの数を2qとしたqの値を目測し、電卓などの計算装置52へp及びqと、ピーク値が所定範囲内である連続したピークの数と連続した大ピークの数との合計値mである転がり軸受けの転動体の数などの既知の数mとを入力し、(6)式を用いてパラメータFaを計算装置52にて計算する。(6)式の簡易的な式を用いることにより、容易にパラメータFaを計算することが可能となるので、センサ31が計測した波形データを直接に観測したオペレータが設備が稼働している現場において簡単に設備の状態を把握することができる。
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a conceptual diagram showing a state monitoring method according to
1 状態監視装置(パラメータ計算装置)
11 CPU
2 記録媒体
20 コンピュータプログラム
31 センサ
32 データ取得装置
N 通信ネットワーク
1 Condition monitoring device (parameter calculation device)
11 CPU
2 Recording
Claims (8)
前記波形データについて前記所定範囲内のピーク値に対する前記複数の大ピークの最大ピーク値の比率p(pは1以上の実数)を前記受付部で受け付け、
前記連続した複数の大ピークの数を2q(qは自然数)としたqの値を前記受付部で受け付け、
前記連続した複数のピークの数と前記連続した複数の大ピークの数との合計値m(mは自然数)を前記記憶部で記憶し、
前記波形データのパラメータの標準の値KTN を前記記憶部で記憶し、
前記波形データのパラメータKTを、下記の演算式
を特徴とするパラメータ計算方法。 Using a calculation device including a reception unit that receives information, a storage unit that stores information, and a calculation unit, a plurality of consecutive peaks having a peak value within a predetermined range, and the peak value sequentially increase outside the predetermined range. A method for calculating parameters of waveform data including alternately a plurality of continuous large peaks that decrease in number,
With respect to the waveform data, a ratio p (p is a real number of 1 or more) of a maximum peak value of the plurality of large peaks with respect to a peak value within the predetermined range is received by the reception unit,
The reception unit receives a value of q in which the number of consecutive large peaks is 2q (q is a natural number),
A total value m (m is a natural number) of the number of the plurality of continuous peaks and the number of the plurality of continuous large peaks is stored in the storage unit;
Storing the standard value KT N of the parameter of the waveform data in the storage unit;
The parameter KT of the waveform data is expressed as
前記波形データについて前記所定範囲内のピーク値に対する前記複数の大ピークの最大ピーク値の比率p(pは1以上の実数)を前記受付部で受け付け、
前記連続した複数の大ピークの数を2q(qは自然数)としたqの値を前記受付部で受け付け、
前記連続した複数のピークの数と前記連続した複数の大ピークの数との合計値m(mは自然数)を前記記憶部で記憶し、
前記波形データのパラメータFaを、下記の演算式
を特徴とするパラメータ計算方法。 Using a calculation device including a reception unit that receives information, a storage unit that stores information, and a calculation unit, a plurality of consecutive peaks having a peak value within a predetermined range, and the peak value sequentially increase outside the predetermined range. A method for calculating parameters of waveform data including alternately a plurality of continuous large peaks that decrease in number,
With respect to the waveform data, a ratio p (p is a real number of 1 or more) of a maximum peak value of the plurality of large peaks with respect to a peak value within the predetermined range is received by the reception unit,
The reception unit receives a value of q in which the number of consecutive large peaks is 2q (q is a natural number),
A total value m (m is a natural number) of the number of the plurality of continuous peaks and the number of the plurality of continuous large peaks is stored in the storage unit;
The parameter Fa of the waveform data is expressed as
前記波形データについて前記所定範囲内のピーク値に対する前記複数の大ピークの最大ピーク値の比率p(pは1以上の実数)を前記受付部で受け付け、
前記連続した複数の大ピークの数を2q(qは自然数)としたqの値を前記受付部で受け付け、
前記連続した複数のピークの数と前記連続した複数の大ピークの数との合計値m(mは自然数)を前記記憶部で記憶し、
前記波形データのパラメータFaを、下記の演算式
前記演算部で計算したパラメータFaの値に応じて前記監視対象の状態を演算部で判定すること
を特徴とする状態監視方法。 Using a calculation device including a reception unit that receives information, a storage unit that stores information, and a calculation unit, a plurality of consecutive peaks having a peak value within a predetermined range, and the peak value sequentially increase outside the predetermined range. A method of monitoring the state of the monitoring target based on waveform data indicating the state of the monitoring target, alternately including a plurality of continuous large peaks that decrease in number,
With respect to the waveform data, a ratio p (p is a real number of 1 or more) of a maximum peak value of the plurality of large peaks with respect to a peak value within the predetermined range is received by the reception unit,
The reception unit receives a value of q in which the number of consecutive large peaks is 2q (q is a natural number),
A total value m (m is a natural number) of the number of the plurality of continuous peaks and the number of the plurality of continuous large peaks is stored in the storage unit;
The parameter Fa of the waveform data is expressed as
A state monitoring method, wherein the state of the monitoring target is determined by the arithmetic unit according to the value of the parameter Fa calculated by the arithmetic unit.
前記波形データについて前記所定範囲内のピーク値に対する前記複数の大ピークの最大ピーク値の比率p(pは1以上の実数)を受け付ける手段と、
前記連続した複数の大ピークの数を2q(qは自然数)としたqの値を受け付ける手段と、
前記連続した複数のピークの数と前記連続した複数の大ピークの数との合計値m(mは自然数)を記憶する手段と、
前記波形データのパラメータFaを、下記の演算式
を備えることを特徴とするパラメータ計算装置。 An apparatus for calculating parameters of waveform data alternately including a plurality of continuous peaks having a peak value within a predetermined range and a plurality of continuous large peaks whose peak values sequentially increase and decrease outside the predetermined range. And
Means for receiving a ratio p (p is a real number of 1 or more) of the maximum peak values of the plurality of large peaks to the peak value within the predetermined range for the waveform data;
Means for accepting a value of q in which the number of consecutive large peaks is 2q (q is a natural number);
Means for storing a total value m (where m is a natural number) of the number of consecutive peaks and the number of consecutive large peaks;
The parameter Fa of the waveform data is expressed as
前記波形データについて前記所定範囲内のピーク値に対する前記複数の大ピークの最大ピーク値の比率p(pは1以上の実数)を受け付ける手段と、
前記連続した複数の大ピークの数を2q(qは自然数)としたqの値を受け付ける手段と、
前記連続した複数のピークの数と前記連続した複数の大ピークの数との合計値m(mは自然数)を記憶する手段と、
前記波形データのパラメータFaを、下記の演算式
該手段が計算したパラメータKTの値に応じて前記監視対象の状態を判定する手段と
を備えることを特徴とする状態監視装置。 Waveform data indicating the state of the monitoring target, alternately including a plurality of continuous peaks having a peak value within a predetermined range and a plurality of continuous large peaks whose peak values sequentially increase and decrease outside the predetermined range An apparatus for monitoring the status of the monitoring target based on:
Means for receiving a ratio p (p is a real number of 1 or more) of the maximum peak values of the plurality of large peaks to the peak value within the predetermined range for the waveform data;
Means for accepting a value of q in which the number of consecutive large peaks is 2q (q is a natural number);
Means for storing a total value m (where m is a natural number) of the number of consecutive peaks and the number of consecutive large peaks;
The parameter Fa of the waveform data is expressed as
Means for determining the state of the monitoring target according to the value of the parameter KT calculated by the means.
前記波形データを取得するデータ取得装置と、
該手段が取得した前記波形データについて前記所定範囲内のピーク値に対する前記複数の大ピークの最大ピーク値の比率p(pは1以上の実数)を求める手段と、
前記連続した複数の大ピークの数を2q(qは自然数)としたqの値を求める手段と、
前記連続した複数のピークの数と前記連続した複数の大ピークの数との合計値m(mは自然数)を用いて、前記監視対象の状態の判定基準となる前記波形データのパラメータFaを、下記の演算式
を備えることを特徴とする状態監視システム。 Waveform data indicating the state of the monitoring target, alternately including a plurality of continuous peaks having a peak value within a predetermined range and a plurality of continuous large peaks whose peak values sequentially increase and decrease outside the predetermined range A system for monitoring the status of the monitoring target,
A data acquisition device for acquiring the waveform data;
Means for obtaining a ratio p (p is a real number of 1 or more) of the maximum peak values of the plurality of large peaks to the peak values within the predetermined range for the waveform data acquired by the means;
Means for obtaining a value of q in which the number of the continuous large peaks is 2q (q is a natural number);
By using a total value m (m is a natural number) of the number of the plurality of continuous peaks and the number of the plurality of continuous large peaks, the parameter Fa of the waveform data serving as a determination criterion for the state of the monitoring target is determined. The following formula
コンピュータに、前記波形データにおける前記所定範囲内のピーク値に対する前記複数の大ピークの最大ピーク値の比率p(pは1以上の実数)、前記連続した複数の大ピークの数を2q(qは自然数)としたqの値、及び前記連続した複数のピークの数と前記連続した複数の大ピークの数との合計値m(mは自然数)を読み込ませる手順と、
コンピュータに、前記波形データのパラメータFaを、下記の演算式
を含むことを特徴とするコンピュータプログラム。 Let the computer calculate a parameter of waveform data that alternately includes a plurality of continuous peaks having peak values within a predetermined range and a plurality of continuous large peaks whose peak values sequentially increase and decrease outside the predetermined range. A computer program,
A ratio p (p is a real number greater than or equal to 1) of the maximum peak values of the plurality of large peaks to a peak value within the predetermined range in the waveform data, and 2q (q is A step of reading a value of q as a natural number) and a total value m (m is a natural number) of the number of consecutive peaks and the number of consecutive large peaks;
The computer calculates the parameter Fa of the waveform data as
コンピュータに、前記波形データにおける前記所定範囲内のピーク値に対する前記複数の大ピークの最大ピーク値の比率p(pは1以上の実数)、前記連続した複数の大ピークの数を2q(qは自然数)としたqの値、及び前記連続した複数のピークの数と前記連続した複数の大ピークの数との合計値m(mは自然数)を読み込ませる手順と、
コンピュータに、前記波形データのパラメータFaを、下記の演算式
コンピュータに、計算したパラメータFaの値に応じて前記監視対象の状態を判定させる手順と
を含むことを特徴とするコンピュータプログラム。 Waveform data indicating the state of the monitoring target, wherein the computer alternately includes a plurality of peaks having peak values within a predetermined range and a plurality of continuous large peaks whose peak values increase and decrease sequentially outside the predetermined range. And a computer program for monitoring the state of the monitoring target,
A ratio p (p is a real number greater than or equal to 1) of the maximum peak values of the plurality of large peaks to a peak value within the predetermined range in the waveform data, and 2q (q is A step of reading a value of q as a natural number) and a total value m (m is a natural number) of the number of consecutive peaks and the number of consecutive large peaks;
The computer calculates the parameter Fa of the waveform data as
A computer program comprising: causing a computer to determine the state of the monitoring target according to the calculated value of the parameter Fa.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004004826A JP2005196701A (en) | 2004-01-09 | 2004-01-09 | Parameter calculating method, state monitoring method, parameter calculating device, state monitoring device, state monitoring system and computer program |
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JP2004004826A JP2005196701A (en) | 2004-01-09 | 2004-01-09 | Parameter calculating method, state monitoring method, parameter calculating device, state monitoring device, state monitoring system and computer program |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN103983297A (en) * | 2014-04-09 | 2014-08-13 | 奇瑞汽车股份有限公司 | Parameter value detecting method and device |
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2004
- 2004-01-09 JP JP2004004826A patent/JP2005196701A/en active Pending
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