JP2005284519A

JP2005284519A - 異常診断装置

Info

Publication number: JP2005284519A
Application number: JP2004095236A
Authority: JP
Inventors: Yasukazu Fujimoto; 靖一藤本
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2005-10-13

Abstract

【課題】ある監視対象機器からの信号と、それとは別の監視対象機器からの信号が、同じ周波数帯の信号である場合にも、監視対象機器毎に異常の診断ができる異常診断装置を提供すること。
【解決手段】この異常診断装置は、３つのセンサ３,１３,２３と、３つのセンサ３,１３,２３の夫々からの信号５,１５,２５を、前処理装置３５を介して信号３７として間接的に受ける独立成分分析処理装置４０とを備える。上記独立成分分析処理装置４０は、独立成分分析を用いて信号３７から空間的、時間的および周波数的に独立な成分を分離して抽出した後、この分離して抽出した信号４１,４２,４３を夫々異常判定装置５１,５２,５３に出力するようになっている。上記異常判定装置５１,５２,５３は、夫々、信号４１,４２,４３に基づいて機械１,１１,２１の異常の有無の診断を行うようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の監視対象機器からの物理量を受けての異常の有無を監視対象機器毎に診断する異常診断装置に関する。

従来、複数の機械の異常の有無を機械毎に診断する異常診断装置としては、図２に示すものがある。

この異常診断装置は、第１のセンサ６１と、第２のセンサ７１と、第３のセンサ８１と、第１の異常判定装置６２と、第２の異常判定装置７２と、第３の異常判定装置８２とを備える。

上記第１のセンサ６１は、第１の機械６０からの信号６６を検出するためのセンサであり、第２のセンサ７１は、第２の機械７０からの信号７６を検出するためのセンサであり、第３のセンサ８１は、第３の機械８０からの信号８６を検出するためのセンサである。

上記第１の異常判定装置６２は、第１のセンサ６１からの信号６９を分析して、第１の機械６０の異常の有無の判定を行う装置であり、第２の異常判定装置７２は、第２のセンサ７１からの信号７９を分析して、第２の機械７０の異常の有無の判定を行う装置であり、第３の異常判定装置８２は、第３のセンサ８１からの信号８９を分析して、第３の機械８０の異常の有無の判定を行う装置である。

上記第１の異常判定装置６２は、第１の信号処理部６３と第１の時系列解析部６４とを備え、第２の異常判定装置７２は、第２の信号処理部７３と第２の時系列解析部７４とを備え、第３の異常判定装置８２は、第３の信号処理部８３と第３の時系列解析部８４とを備えている。

上記第１の信号処理部６３は、第１の機械６０からの信号６６のみを透過させる周波数制限のフィルタを有しており、第２の機械７０から発せられて第１のセンサ６１に入りこんだノイズ信号７７および第３の機械８０から発せられて第１のセンサ６１に入り込んだノイズ信号８７を、透過させないようになっている。

また、同様に、上記第２の信号処理部７３は、第２の機械７０からの信号７６のみを透過させ、ノイズ信号６７,８７を、透過させないようになっており、第３の信号処理部８３は、第３の機械８０からの信号８６のみを透過させ、ノイズ信号６８,７８を、透過させないようになっている。

上記第１の時系列解析部６４は、第１の信号処理部６３から送られてきたある時点までの一定期間分の信号データを、線形予測法、非線形予測法またはカオス予測法等の時系列解析法を用いて解析して、上記ある時点以後の信号の変動を予想するようになっている。上記第１の時系列解析部６４は、上記ある時点以後に信号処理部６３から実際に送られてきた信号が、上記変動の予想の範囲外であった場合に、第１の機械６０の異常を判定するようになっている。

また、第２の時系列解析部７４は、第１の時系列解析部６４と同様な方法で、第２の機械７０の異常を判定し、第３の時系列解析部８４は、第１の時系列解析部６４と同様な方法で、第３の機械８０の異常を判定するようになっている。

しかしながら、上記異常診断装置によれば、特定の周波数の信号だけを透過させるフィルタを用いて、異常診断を意図しない機械からのノイズ信号をカットするようにしているので、ある機械からの信号と、それとは別の機械からの信号が、同じ周波数帯の信号であった場合に、その周波数帯の信号の送信先の機械を特定できずに、機械の異常を診断できないという問題がある。
特開２００２−７１５１９号公報

そこで、本発明の課題は、ある監視対象機器からの信号と、それとは別の監視対象機器からの信号が、同じ周波数帯の信号である場合にも、監視対象機器毎に異常の診断ができる異常診断装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の異常診断装置は、
複数の監視対象機器の全てからの物理量を各々が検出する複数のセンサと、
上記複数のセンサからの信号を受けて、受けた信号の中から独立な成分を分離して抽出する独立成分分析処理装置と、
上記独立成分分析処理装置からの上記各監視対象機器に対応する出力に基づいて上記各監視対象機の異常の有無を判定する異常判定装置と
を備えることを特徴としている。

この明細書では、上記独立成分分析装置を、複数の信号源から独立な発生確率、統計性をもつ複数の信号（例えば音声）が伝播経路を経て観測点に到達するまでの間に線形に混合され混合信号となったものを、独立成分分析（Independent Component Analysis）を用いて元の独立した信号として抽出する装置として定義する。尚、上記独立成分分析とは、例えば、複数の混合信号を、時間的側面、空間的側面、周波数的側面から分析学習することにより混合の逆変換行列を推定し、元の信号を分離抽出する分析手法である。

また、上記独立成分分析処理装置は、上記複数のセンサからの信号を、直接受けても良いし、上記複数のセンサからの信号を、前処理装置等からなる中継機を介して間接的に受けても良いことにする。

上記異常診断装置によれば、上記独立成分分析処理装置で、例えば、各監視対象機器からの各センサまでの距離や、センサの物理量の検出面の空間的配置や、各センサがうけた信号の周波数分布等に基づいて、例えば、空間的、時間的および周波数的な側面から独立成分分析（ＩＣＡ）を行うことができて、例えば、受けた全ての信号から空間的、時間的および周波数的に相関がない独立な成分を分離して抽出することができる。したがって、複数の監視対象機器から発せられる物理量が同じ周波数帯の信号である場合でも、上記独立成分分析処理装置で、例えば、時間的および空間的な側面から、独立な成分を分離して抽出することができて、監視対象機器が発した物理量を監視対象機器毎に分離して抽出できるので、上記独立成分分析処理装置からの信号を受ける上記異常判定装置で、監視対象機器毎に異常の有無を判定できる。

また、上記異常診断装置によれば、独立成分分析を用いて独立成分を抽出する独立成分分析処理装置を用いるので、この独立成分分析装置が出力する信号に、複数の監視対象機器からの信号が混在することがない。したがって、独立成分分析装置から出力されて各監視対象機器の異常の有無の判定を行う信号のＳＮ比（シグナルノイズ比）を大きくすることができるので、監視対象機器の異常の有無の判定を監視対象機器毎に正確に行うことができて、診断・異常予知の信頼性を向上させることができる。

本発明の異常診断装置によれば、受けた全ての信号の中から独立な成分を分離して抽出する独立成分分析処理装置を備えるので、例えば、空間的、時間的および周波数的な側面から独立成分分析を行うことができて、ある監視対象機器からの信号の周波数と、その監視対象機器以外の監視対象機器からの信号の周波数が、同じ周波数帯である場合にも、例えば、空間的および時間的な側面から信号を送信先の監視対象機器毎に分離して抽出できる。したがって、異なる監視対象機器からの信号が、同じ周波数帯である場合でも、監視対象機器毎に異常診断ができる。

また、上記発明によれば、独立成分分析を用いて独立成分を抽出する独立成分分析処理装置を用いるので、この独立成分分析装置が出力する信号に、複数の監視対象機器からの信号が混在することがなくて、異常の有無の判定を行う各監視対象機器における信号のＳＮ比（シグナルノイズ比）を大きくすることができる。したがって、監視対象機器の異常の判定を正確に行うことができて、診断・異常予知の信頼性を向上させることができる。

以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態の異常診断装置の制御を示すブロック図である。

この異常診断装置は、第１のセンサ３と、第２のセンサ１３と、第３のセンサ２３とを備える。

上記第１のセンサ３は、第１の監視対象機器としての第１の機械１からの物理量２と、第２の監視対象機器としての第２の機械１１からの物理量１４と、第３の監視対象機器としての第３の機械２１からの物理量２４とを検出するようになっている。

また、同様に、上記第２のセンサ１３は、第１の機械１からの物理量６と、第２の機械１１からの物理量１２と、第３の機械２１からの物理量２６とを検出するようになっており、第３のセンサ２３は、第１の機械１からの物理量７と、第２の機械１１からの物理量１７と、第３の機械２１からの物理量２２とを検出するようになっている。

また、この異常診断装置は、前処理装置３５と、独立成分分析処理装置４０と、第１の異常判定装置５１と、第２の異常判定装置５２と、第３の異常判定装置５３とを備える。上記第１の異常判定装置５１、第２の異常判定装置５２および第３の異常判定装置５３は、異常判定装置を構成している。

上記前処理装置３５は、第１のセンサ３からの信号５、第２のセンサ１３からの信号１５および第３のセンサ２３からの信号２５を受けて、信号２５に対し、既知のノイズ成分の除去や振幅のノーマライズを行って波形を整形し、信号５、信号１５および信号２５が混在している信号３７を、独立成分分析装置４０に出力するようになっている。尚、前処理装置３５において、上記波形整形に加えて、独立成分分析をやり易くするために、信号２５に、混合の逆変換行列が予め判っている信号を付加するようにしてもよい。

また、上記独立成分分析装置４０は、前処理装置３５からの信号３７を受けて、各機械１,１１,２１から各センサ３,１３,２３までの距離、各センサ３,１３,２３の物理量の検出面の空間的配置、および、信号３７の周波数分布に基づいて、この信号３７を、時間的、空間的および周波数的に相関がない複数の独立成分に分離して抽出するようになっている。そして、その後、上記独立成分分析装置４０は、空間的、時間的および周波数的側面から第１の機械１から発せられたと考えられる独立成分の信号４１を、第１の異常判定装置５１に出力し、第２の機械１１から発せられたと考えられる独立成分の信号４２を、第２の異常判定装置５２に出力し、第３の機械２１から発せられたと考えられる独立成分の信号４３を、第３の異常判定装置５３に出力するようになっている。

上記第１の異常判定装置５１は、独立成分分析処理装置４０から送られてきた信号４１ある時点までの一定期間分の信号データを、線形予測法、非線形予測法またはカオス予測法等の時系列解析法を用いて解析して、上記ある時点以後の信号の変動を予想するようになっている。上記第１の異常判定装置５１は、上記ある時点以後に独立成分分析処理装置４０から実際に送られてきた信号４１が、上記変動の予想の範囲外であった場合に、第１の機械１の異常を判定するようになっている。

また、上記第１の異常判定装置５１が行ったのと同様な方法で、第２の異常判定装置５２は、第２の機械１１の異常の有無を判定し、第３の異常判定装置５３は、第３の機械２１の異常の有無を判定するようになっている。

上記実施形態の異常診断装置によれば、第１のセンサ３からの信号５と、第２のセンサ１３からの信号１５と、第３のセンサ２３からの信号２５とが混在している信号３７を、前処理装置３５から受けた独立成分分析処理装置４０が、空間的、時間的および周波数的な側面から独立成分分析を行って、受けた信号３７の中から空間的、時間的および周波数的に相関がない独立な成分を分離して抽出するので、機械１,１１,２１のうちの少なくとも２つから発せられる信号が同じ周波数帯の信号であったとしても、時間的および空間的な側面から、独立な成分を分離して抽出することができて、信号３７を、機械１,１１,２１毎の成分に分離して抽出できる。また、上記実施形態の異常診断装置は、上記第１の異常判定装置５１、第２の異常判定装置５２および第３の異常判定装置５３を備えるので、独立成分分析処理装置４０で機械１,１１,２１毎の成分に分離して抽出された信号４１,４２,４３に基づいて、機械１,１１,２１毎に異常の有無を判定できる。

また、上記実施形態の異常診断装置によれば、独立成分分析を用いて独立成分を分離して抽出する独立成分分析処理装置４０を用いるので、この独立成分分析装置４０が出力する信号４１,４２,４３に、複数の機械１,１１,２１からの信号が混在することがない。したがって、機械１,１１,２１の異常の有無の判定を行う異常判定装置５１,５２,５３に出力される信号４１,４２,４３の夫々について、ＳＮ比（シグナルノイズ比）を大きくすることができて、機械１,１１,２１の異常の判定を正確に行うことができる。

尚、上記実施形態の異常診断装置では、独立成分分析処理装置４０は、第１のセンサ３のセンサからの信号５、第２のセンサ１３からの信号１５および第３のセンサ２３からの信号２５を、前処理装置３５を介して信号３７として間接的に受けるようになっていたが、この発明の異常診断装置では、独立成分分析処理装置は、前処理装置を省略して、複数のセンサの夫々からの信号を、直接受けるようになっていても良い。

また、上記実施形態の異常診断装置は、機械１,１１,２１の数（今の場合３つ）に対応する３つのセンサ３,１３,２３を備えていたが、この発明の異常診断装置は、３つ以外の複数の監視対象機器（機械）の異常を判定するべく、異常診断装置が、上記３つ以外の複数の監視対象機器（機械）の数に対応する３つ以外の複数のセンサを備えていても良い。

また、上記実施形態の異常診断装置では、異常の有無が判定される機械１,１１,２１の数と、センサ３,１３,２３の数が一致していたが、この発明の異常診断装置では、異常の有無が判定される監視対象機器の数と、センサの数が一致していなくても良い。

上記実施形態の異常診断装置は、例えば、製鉄所における複数の監視対象機器としての複数の軸受の故障の有無を軸受毎に判定するのに使用されることができる。この場合、第１の機械１は、第１の軸受であり、第２の機械１１は、第２の軸受であり、第３の機械２１は、第３の軸受である。また、各機械１,２,３が発する物理量は、音波であり、第１のセンサ３、第２のセンサ１３および第３のセンサ２３は、音響センサ（アコースティックセンサ）である。

また、この発明の異常診断装置を、製鉄所における複数の軸受の診断以外に、例えば、複数の歯車等、複数の軸受以外の同じ種類の複数の機械の診断に用いることもできる。

また、この発明の異常診断装置を、種類が違う複数の機械の診断（例えば、軸受と歯車の同時の診断）に用いることもできる。

また、この発明の異常診断装置は、センサとして、例えば、上記音響センサ（振動センサも含む）の他に、温度センサ（例えば、機械からの赤外線を検出する赤外線センサや、機械からの放射光を検出する放射温度計等）や、磁気センサ等を用いることができる。上記音響センサを採用した場合は、物理量として音波（場合によっては超音波も含む）を利用し、上記温度センサを採用した場合は、物理量として温度（光）を利用し、上記磁気センサを採用した場合は、物理量として磁場信号を用いていることは勿論である。

また、この発明の異常診断装置が備える複数のセンサは、全て同じ種類のセンサ（例えば、全部のセンサが音響センサ）であっても良く、全てが同じ種類のセンサでなくても良い。全てが同じ種類のセンサでない場合、多角的な側面から独立成分分析を行うことができるので、監視対象機器の異常の有無を更に正確に判定できる。

本発明の一実施形態の異常診断装置の制御を示すブロック図である。従来の異常診断装置の制御を示すブロック図である。

符号の説明

１第１の機械
３第１のセンサ
１１第２の機械
１３第２のセンサ
２１第３の機械
２３第３のセンサ
４０独立成分分析処理装置
５１第１の異常判定装置
５２第２の異常判定装置
５３第３の異常判定装置

Claims

複数の監視対象機器の全てからの物理量を各々が検出する複数のセンサと、
上記複数のセンサからの信号を受けて、受けた信号の中から独立な成分を分離して抽出する独立成分分析処理装置と、
上記独立成分分析処理装置からの上記各監視対象機器に対応する出力に基づいて上記各監視対象機の異常の有無を判定する異常判定装置と
を備えることを特徴とする異常診断装置。