JP2006349433A - 機器診断システム及び情報表示装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
対象機器の稼動情報を圧縮した圧縮稼動情報について、表示態様を変えて表示することで対象機器の状態診断を支援する。
【解決手段】
機器診断システムを、少なくとも１つの対象機器の稼動情報を収集する情報収集装置と、前記情報収集装置が収集した前記稼動情報を圧縮して圧縮稼動情報として出力する情報圧縮装置と、前記情報圧縮装置が出力した前記圧縮稼動情報を受け取り、前記圧縮稼動情報を表示する情報表示装置とを含むものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、機器の状態診断を行う診断装置及び情報の表示装置に関するものである。

家電や自動車を初めとする一般ユーザーが利用する機器においては、機器の制御装置内部に機器の制御と保護を行うための仕組みが備えられており、異常を検出した場合には、表示パネルなどでのアラーム表示を通じてユーザーに異常を知らせるようになっている。また、自動車では定期点検が法令で義務付けられているため、点検時に専門家によって異常がないかの診断が行われ、異常があった場合には、機器の修理や保全といった措置が取られるようになっている。

近年では、航空機におけるフライトレコーダーと同様に、自動車本体に記録装置（ドライブレコーダー，特許文献１）を備えて、これを様々な形で活用しようとする動きがある。例えば、事故時における記録装置の役目として、ドライバーがどのような操作を行ったか、あるいは自動車が正常に動作していたかなどを記録する。また、運転者には判断できないような異常兆候を記録し、点検時に記録を活用することで故障や事故に至る前に、保全に活用しようとする予防保全などが考えられている。

このような家電や自動車などの機器では、その機器内部の制御情報は時間的密度としても、種類としても極めて多岐，多量になるため計算機を活用する診断技術の開発が望まれている。特に、時系列情報を多数扱う場合には、熟練技術者の経験に依存しており、機器が高度化・高機能化するに伴ってその限界が指摘されている。

特開２００２−７３１５３号公報 特開２００４−１９９３７７号公報 特開平１０−１８８０３５号公報

多量の時系列情報を処理して診断に役立てるという目的のために、データマイニングと呼ばれるデータ解析手法が注目されている。診断対象の物理的なモデルを前提としないため、物理モデルを形成するのが難しい対象や複雑なシステムを診断するのに用いることが考えられている。一方で、診断アルゴリズムが直感的には理解しにくいため、多次元多量のデータをどのように人に理解しやすい形で表現するかが課題となっている。

時系列情報はデータ量が多量になるため、通信の手間やコストが問題となっている。そのため、特許文献２に示されているように、通信コストを抑えながら診断を行うという手法が開示されている。この手法では、プラントの監視データを主成分分析，周波数解析などの手法を用いて圧縮し、遠隔にある分析装置で分析を行うものである。しかしながら、診断結果の表示については、デンドログラム図や主成分分析での主成分間の相関図を用いるとなっているだけである。

特許文献３には、ボクセルデータの表示を高速化するためのデータ圧縮方法と表示方法に関して開示がなされているが、本発明が課題とする機器診断のためのデータ表示方法に関する開示ではなく、診断に必要となる情報の表示には適していない。

本発明は、以上を鑑みてなされたもので、機器診断のために圧縮データを用いた表示及び状態診断を目的とする。

本発明の一つの特徴は、少なくとも１つの対象機器の稼動情報を圧縮した圧縮稼動情報を受け取り、前記圧縮稼動情報を表示することとした点にある。本発明のその他の特徴は、本願の発明を実施するための最良の形態の欄で説明する。

本発明の機器診断システムは、機器の動作に関する時系列情報を圧縮した情報を受け取り、適切な表示態様に変換して表示するので、機器診断に関する情報を運用者が理解しやすいという利点がある。

以下に本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明の一実施例であって、機器診断システムを示すものである。

情報収集装置４は、対象機器５の稼動状態を表す稼動データを収集し蓄積する。対象機器５が自動車であれば、自動車の稼動状態に関するデータとして例えばエンジン回転数や速度，燃料消費などの稼動データが時系列に従って情報収集装置４に蓄積される。情報収集装置４は、ドライブレコーダーなどに相当する。

情報圧縮装置３は、必要に応じて情報収集装置４に蓄積された稼動データを読み出す。読み出す範囲は、あらかじめ定められた期間のデータである。例えば、自動車であれば、１時間ごとや１日ごとといった範囲を読み出す。読み出した稼動データを例えばベクトル量子化などの手法を用いてクラスタリング処理を行う。クラスタリング処理では、入力された稼動データをクラスタと呼ぶデータの固まりに分類する。稼動データは多変量であるので、多次元空間上で近い距離にあるデータ同士が同一のクラスタに属するように計算処理を行い、クラスタごとに代表データと呼ぶ重心を計算する。例えば、２つの異なる稼動データをＸ＝（ｘ₁，ｘ₂，Λ，ｘ_n），Ｙ＝（ｙ₁，ｙ₂，Λ，ｙ_n）とすれば、２つのデータＸとＹについての距離Ｌは、

として算出される。また、各クラスタの重心は、クラスタに属する稼動データをＸ₁，Λ，Ｘ_sとすれば、このクラスタの重心Ｘ_Gは、

として算出される。クラスタリング処理では、この重心と各データとの誤差距離の総和が最も小さくなるようにクラスタ分けが行われる。最終的に情報圧縮装置３は、すべてのクラスタの代表データ（重心）と、各クラスタに所属するデータの数と、クラスタごとの代表データと各データとの誤差距離の総和とを出力する。図２は、情報圧縮装置３が出力した圧縮稼動データの例である。ここでは、クラスタの数は５つあり、代表データ、各クラスタのデータ数，各クラスタの誤差距離の総和とを含む圧縮稼動データ２１が示されている。

情報表示装置１は、ネットワーク２を介して圧縮稼動データ２１を受け取ったものとする。情報表示装置１は、圧縮稼動データ２１に含まれる代表データのパラメータのうち、所定のパラメータを選択して、図３に示すようなグラフ３１を表示する。図３では所定のパラメータ２つを２次元状に表示しているが、場合によっては、所定のパラメータ３つに対して３次元状に表示するようにしても良い。グラフ３１には圧縮稼動データ２１の５つのクラスタに対応した円グラフ３１から円グラフ３５までが表示されている。ここで圧縮稼動データ２１からグラフ３１の表示の手順について、図４，図５を用いて説明する。まず、情報表示装置１は、圧縮稼動データ２１を読み込み（ステップＳ４１）、読み込んだ圧縮稼動データ２１に対応してグラフとして表示するための図５に示すような表示設定情報５１を読み込む（ステップＳ４２）。表示設定情報５１には、表示する次元数と選択されるパラメータ番号が含まれている。表示設定情報５１には、２次元表示でパラメータ１とパラメータ２を表示する設定が含まれている。次に、読み込んだ圧縮稼動データ２１のうち、代表データの正規化を行う（ステップＳ４３）。代表データの正規化値

は、各パラメータの正規化値

を計算することにより得られる。各パラメータの正規化値

は、パラメータ数をｎ、各パラメータの最大値と最小値をそれぞれｘ_{max j}，ｘ_{min j}（ｊ＝１，Λ，ｎ）とすると、

となる。なお、各パラメータの最大値及び最小値が同じである場合、つまりパラメータの数値がすべて同一である場合には、正規化値は０として算出する。次に、圧縮稼動データ２１のうち、データ数を用いてデータ密度を計算する（ステップＳ４４）。これは、ステップＳ４３と同様の正規化計算を行う。各クラスタのデータ数をＮ_i＝(ｉ＝１，Λ，５) 、この中での最大値と最小値をそれぞれ、Ｎ_max，Ｎ_minとすれば、データ密度

は、

で計算される。例えば、図２の例では、データ数の最大値は１２００、最小値は２００であるので、密度はそれぞれ、クラスタ１から順に、１.０，０.５，０.２，０.２，０.０となる。次に、圧縮稼動データ２１のうち、誤差距離の総和Ｅ_i＝（ｉ＝１，Λ，５）とデータ数Ｎ_i＝（ｉ＝１，Λ，５）を用いてデータ範囲を計算する（ステップＳ４５）。データ範囲Ｄ_i＝（ｉ＝１，Λ，５）は、

で計算される。例えば、図２の例では、各クラスタのデータ範囲はそれぞれ、クラスタ１から順に、２.０，３.０，４.０，５.０，５.０ となる。最後に、以上の計算結果を用いて、図３に示すようなグラフ３１を表示する（ステップＳ４６）。グラフ３１では、円グラフ３０１から円グラフ３０５を表示するため、各円グラフの中心位置を代表データの正規化値

を用いて決定し、円グラフの直径をデータ範囲Ｄ_i＝（ｉ＝１，Λ，５）を用いて決定し、円グラフの内部の塗りつぶし度合い（透明度）をデータ密度

を用いて決定する。なお、ステップＳ４３からステップＳ４５までの順序は任意でよい。また、図３では円グラフを用いて表示しているが円グラフでなくともよく、矩形や他の形状であっても良い。

次に、異なる複数の圧縮稼動データを表示する場合について説明する。ここでは、２つの異なる圧縮稼動データを表示する場合について説明する。各圧縮稼動データの表示については、上述のとおりであるが、異なる圧縮稼動データを表示する場合には、図６に示すように、最初に複数の圧縮稼動データを読み込み段階（ステップ６１）と、最後の表示する段階（ステップ６６）が変更されている。異なる圧縮稼動データについては、円グラフの塗りつぶしの表示色を異なって表示することにより区別できるようにする。この表示例を図７に示す。

次に、異なる複数の圧縮稼動データを表示する場合で、その差異部分を明示的に表示する場合について説明する。稼動データ間の差異は、式１の計算式を用いて、データ間の距離として定義することができるが、圧縮稼動データの各クラスタの代表データについてもこの距離は定義することができる。ここで、異なる圧縮稼動データのクラスタの代表データをそれぞれＸ_i，Ｙ_j（ｉ＝１，Λ，ｓ、ｊ＝１，Λ，ｔ）とし、Ｘ_iとＹ_jの距離を
Ｌ（Ｘ_i，Ｙ_j）とすると、異なる圧縮稼動データのクラスタ群間の距離について以下のように定義することができる。代表データＸ_iの圧縮稼動データのクラスタ群Ｙ_j，（ｊ＝１，Λ，ｔ）への距離Ｌ_Xiは、

と表すことができる。式６の意味は、代表データＸ_iから代表データＹ_j，（ｊ＝１，Λ，ｔ）への距離のうち最も近いものをクラスタ群への距離とするというものである。同様に、代表データＹ_jの圧縮稼動データのクラスタ群Ｘ_i，（ｉ＝１，Λ，ｓ）への距離Ｌ_Yjは、

と表すことができる。これを用いて、クラスタ群間の距離を算出し、この距離が所定の距離よりも遠いものについては、圧縮稼動データ間の差異部分として抽出することができる。この表示例を図８に示す。図７において、近い距離に存在する円グラフ７０２と円グラフ７１２及び円グラフ７０３と円グラフ７１３は、図８では、相当するクラスタ間の距離が近い距離にあると判定されて、円グラフ８０２，円グラフ８１２，円グラフ８０３，円グラフ８１３として同一の白抜き表示となっている。一方で、差異部分にあたるとして検出された円グラフ７０１と円グラフ７１４は、同一部分とは異なって、それぞれのクラスタに応じた色で円グラフ８０１と円グラフ８１４として表示されている。表示手順としては、クラスタ間の距離を計算するステップ（ステップＳ９６）、所定の閾値を用いて、クラスタ間の差異を検出するステップ（ステップ９７）及び、最後の表示ステップ（ステップ９８）が変更されている。

次に、稼動データと圧縮稼動データの対応表示について説明する。これは、上で述べた複数の圧縮稼動データの差異表示方法において、差異であると検出されたクラスタについて、そのクラスタに対応する元の稼動データに関して、対応付けて表示するものである。図１０にその表示例を示す。図１０は、図８で示した差異部分のうち、円グラフ８１４に関係する元の稼動データをグラフ表示したもので、パラメータ１及びパラメータ２を表示している。円グラフ８１４に相当する部分は、グラフ１００１の中では、網掛け表示1014の部分である。グラフ１００１では、横軸に時間がとられており、元の稼動データは時系列のデータである。このグラフ１００１を図８の表示と並べて表示することで、差異部分に関する理解がしやすくなる。差異部分には番号をつけても良いし、色付けを行っても良い。この圧縮稼動データに表示した差異部分に対応する態様で、圧縮稼動データのもとになった稼動データについて、該当部分に番号付け表示や色づけ表示を行う。このように、圧縮稼動データではなく、稼動データについて、多変量解析による差異検出結果を表示することができる。

図１１は、本実施例の別構成を示したものであり、情報表示装置１に代わりに、機器診断装置１１０１が備わっている。この構成では、稼動データの収集及び圧縮稼動データの生成，複数の圧縮稼動データ間の差異検出は、情報表示装置１と同様であるが、情報表示は行わず、その差異について、情報収集装置４または対象機器５に通知する。このようにして異常の自動通報を実現することができる。

機器の時系列情報に基づいて、最適な診断を行うことができる。

情報表示装置の１構成例を示した説明図である。 圧縮稼動データの一例を示した説明図である。 １表示例を示した説明図である。 情報表示の手順を示す説明図である。 設定データの一例を示した説明図である。 情報表示の手順を示す説明図である。 １表示例を示した説明図である。 １表示例を示した説明図である。 情報表示の手順を示す説明図である。 １表示例を示した説明図である。 機器診断装置の１構成例を示した説明図である。

符号の説明

１…情報表示装置、２…ネットワーク、３…情報圧縮装置、４…情報収集装置、５…対象機器。

Claims (24)

1. 少なくとも１つの対象機器の稼動情報を収集する情報収集装置と、 前記情報収集装置が収集した前記稼動情報を圧縮して圧縮稼動情報として出力する情報圧縮装置と、 前記情報圧縮装置が出力した前記圧縮稼動情報を受け取り、前記圧縮稼動情報を表示する情報表示装置と、を含むことを特徴とする機器診断システム。
2. 少なくとも１つの対象機器の稼動情報を圧縮した圧縮稼動情報を受け取り、前記圧縮稼動情報を表示することを特徴とする情報表示装置。
3. 請求項１に記載の機器診断システムにおいて、前記稼動情報と前記圧縮稼動情報とを対応付けて表示することを特徴とする前記機器診断システム。
4. 請求項２に記載の情報表示装置において、前記稼動情報と前記圧縮稼動情報とを対応付けて表示することを特徴とする情報表示装置。
5. 請求項１に記載の機器診断システムにおいて、少なくとも２つ以上の異なる前記圧縮稼動情報を受け取り、それぞれ表示態様を異なって表示することを特徴とする機器診断システム。
6. 請求項２に記載の情報表示装置において、少なくとも２つ以上の異なる前記圧縮稼動情報を受け取り、それぞれ表示態様を異なって表示することを特徴とする情報表示装置。
7. 請求項１に記載の機器診断システムにおいて、少なくとも２つ以上の異なる前記圧縮稼動情報を受け取り、その差異部分を算出し、前記差異部分について、同一部分とは表示態様を変えて表示することを特徴とする機器診断システム。
8. 請求項２に記載の情報表示装置において、少なくとも２つ以上の異なる前記圧縮稼動情報を受け取り、その差異部分を算出し、前記差異部分について、同一部分とは表示態様を変えて表示することを特徴とする情報表示装置。
9. 少なくとも１つの対象機器の稼動情報を収集する情報収集装置と、 前記情報収集装置が収集した前記稼動情報を圧縮して圧縮稼動情報として出力する情報圧縮装置と、少なくとも２つ以上の異なる前記圧縮稼動情報を受け取り、その差異情報を算出することを特徴とする機器診断システム。
10. 請求項９に記載の機器診断システムにおいて、算出した前記差異情報を前記情報収集装置または前記対象機器に通知することを特徴とする機器診断システム。
11. 請求項１に記載の機器診断システムにおいて、前記圧縮稼動情報は、前記稼動情報のデータ位置とデータ範囲とデータ密度の少なくとも１つを含み、前記データ位置と前記データ範囲と前記データ密度の少なくとも１つを表示態様に反映させることを特徴とする機器診断システム。
12. 請求項２に記載の情報表示装置において、前記圧縮稼動情報は、前記稼動情報のデータ位置とデータ範囲とデータ密度の少なくとも１つを含み、前記データ位置と前記データ範囲と前記データ密度の少なくとも１つを表示態様に反映させることを特徴とする情報表示装置。
13. 請求項１１に記載の機器診断システムにおいて、前記圧縮稼動情報を表示する前に、前記データ位置，前記データ範囲，前記データ密度のいずれかの順に前記圧縮稼動情報を並べ替え、並べ替えた順序に従って表示することを特徴とする機器診断システム。
14. 請求項１１に記載の機器診断システムにおいて、前記データ位置，前記データ範囲，前記データ密度の少なくとも１つを指定することで、表示するデータ量を制限することを特徴とする前記機器診断システムまたは前記情報表示装置。
15. 少なくとも１つの対象機器の稼動情報を収集する情報収集ステップと、 前記稼動情報を圧縮して圧縮稼動情報として出力する情報圧縮ステップと、 前記圧縮稼動情報を受け取り、前記圧縮稼動情報を表示する情報表示ステップと、を含むことを特徴とする情報表示方法。
16. 少なくとも１つの対象機器の稼動情報を圧縮した圧縮稼動情報を受け取り、前記圧縮稼動情報を表示することを特徴とする情報表示方法。
17. 請求項１５または１６に記載の情報表示方法おいて、前記稼動情報と前記圧縮稼動情報とを対応付けて表示することを特徴とする情報表示方法。
18. 請求項１５または１６に記載の情報表示方法において、少なくとも２つ以上の異なる前記圧縮稼動情報を受け取り、それぞれ表示態様を異なって表示することを特徴とする情報表示方法。
19. 請求項１５または１６に記載の情報表示方法において、少なくとも２つ以上の異なる前記圧縮稼動情報を受け取り、その差異部分を算出する差異検出ステップと、前記差異部分について、同一部分とは表示態様を変えて表示する情報表示ステップとを含むことを特徴とする情報表示方法。
20. 少なくとも１つの対象機器の稼動情報を収集する情報収集ステップと、 前記稼動情報を圧縮して圧縮稼動情報として出力する情報圧縮ステップと、少なくとも２つ以上の異なる前記圧縮稼動情報を受け取り、その差異情報を算出する差異検出ステップとを含むことを特徴とする機器診断方法。
21. 少なくとも１つの対象機器の稼動情報を収集する情報収集ステップと、前記稼動情報を圧縮して圧縮稼動情報として出力する情報圧縮ステップと、少なくとも２つ以上の異なる前記圧縮稼動情報を受け取り、その差異情報を算出する差異検出ステップとを含み、算出した前記差異情報を前記情報収集装置または前記対象機器に通知するステップを含むことを特徴とする機器診断方法。
22. 請求項１５または１６に記載の情報表示方法において、前記圧縮稼動情報は、前記稼動情報のデータ位置とデータ範囲とデータ密度の少なくとも１つを含み、前記データ位置と前記データ範囲と前記データ密度の少なくとも１つを表示態様に反映させることを特徴とする情報表示方法。
23. 請求項２２に記載の情報表示方法において、前記圧縮稼動情報を表示する前に、前記データ位置，前記データ範囲，前記データ密度のいずれかの順に前記圧縮稼動情報を並べ替え、並べ替えた順序に従って表示することを特徴とする情報表示方法。
24. 請求項２２に記載の情報表示方法において、前記データ位置，前記データ範囲，前記データ密度の少なくとも１つを指定することで、表示するデータ量を制限することを特徴とする前記情報表示方法。

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