JP2007514224A - 技術的装置の監視方法 - Google Patents

Abstract

技術的装置（１）を監視するための本発明による本願発明においては、作動中所定の数の動作信号が検出される。動作信号を用いて動作信号平均値（１５）が形成され、それから少なくとも１つの標準化された動作信号（１７、１７１）が生ぜしめられる。この標準化された動作信号（１７、１７１）が最後に当該動作信号の参照値範囲（３５）と比較される。

Description

本発明は、技術的装置を監視するための方法、特にコンピュータベースの診断システムに実装し得る方法に関する。

技術的装置のための監視方法は、信頼性があり確実な作動を保証するため、特に複雑な技術的システムにおいては不可欠である。大抵の既知の技術的システムにおいては、システムに含まれる技術的装置の動作信号を検出し、あらかじめ与えられた判断基準に応じて評価するためセンサが設けられている。その際動作信号には通例異なる型、例えば温度、圧力、電流又は電圧が生じ、その動作信号はさらにまた大抵は技術的システムの１つの技術的装置において発生するのみならず、複数の技術的装置において発生する。さらに動作信号の類型、例えば測定された温度は技術的装置の異なる構成要素に関係し、それゆえ各構成要素に適合した異なる判断基準で判断されるべきである。

従って、技術的装置、特に複雑な技術的システムの監視の問題は、動作信号の測定値が技術的装置の正常で所望の作動を表わしているかどうか、又は技術的装置の作動状態を変更するか修理を行うといった行為の必要性が存在するかどうかということに関して、動作信号の測定値を正しく評価するため、どのように適切な判断基準を立てるべきかという点に関して多数の課題を含むことになる。

従来技術において、技術的装置の動作信号が絶対的限界値を侵すかどうかを監視する方法が知られている。この絶対的限界値は例えば技術的装置の作動限界を表わし得るものであり、その限界値の外側では過負荷によって技術的装置が破壊することを考えに入れておかなければならない。

その場合、動作信号値がとっくに正常動作から遠去かっているにもかかわらず、絶対的限界値に接近したときに初めて監視装置が応動するということは好ましいことではない。しかしながら、通常、絶対的限界値は技術的装置の所望の正常な動作から非常に遠く離れており、その結果、既知の監視方法はたしかに技術的装置の損傷は防止し得るが、所望の正常動作からの比較的小さいが望ましくないずれは識別し得ない。

さらに診断システムを用いた監視方法が知られており、その方法においては、動作信号の現在値を分析し作動状態の現在の状態を逆推理するため、例えば回帰分析又はニューラルネットワークのような費用のかかる数学的方法が組み込まれている。

その際動作信号に対する期待値が数学的方法を用いて確定され、そしてその期待値が実際に測定された値と比較される。

その場合、このような方法に対する高い開発費と他の技術的装置への転用性に欠けることがとりわけ不利である。このような既知の方法は、そのつど監視すべき技術的装置に特化した集中作業によってカスタマイズした形で要望に応じて作り上げられなければならない。

それゆえ本発明の課題は、技術的装置を監視するための簡単な方法であって、特に上述の欠点を克服し、既知の費用のかかる方法と同じように技術的装置の高い信頼度を保証する方法を提示することにある。

この課題は本発明に従えば、以下のステップを含む技術的装置の監視方法によって解決される。
１．技術的装置の作動中に、技術的装置の所定の数の動作信号を検出するステップ。
２．所定の数の動作信号から動作信号の少なくとも一部分を用いて動作信号平均値を形成するステップ。
３．少なくとも１つの動作信号に対して、動作信号の実際値の動作信号平均値からのずれを含む標準化された動作信号を形成するステップ。
４．標準化された動作信号を当該動作信号の参照値範囲と比較するステップ。

本発明はその際、監視すべき動作信号の標準化が、動作信号の絶対値の観察より各動作信号の優れた判断を可能にするという考察から出発するものである。動作信号に対する標準化された値はこの動作信号の単なる絶対値より多くの情報を含む。例えば、０℃の標準化された動作信号値は、観察された温度が技術的装置の観察場所又は構成要素に関するすべての観察された温度の平均値とちょうど同じ高さであることを意味する。従って、標準化された動作信号値を知るだけですでに、観察された動作信号値が高い確率をもって正常範囲にあるという第１の結論が引出され得る。

絶対値の単なる観察はそれについて通常それ以上情報を与えない。

さらに、標準化された動作信号は、その値の範囲が基礎にある絶対値ほど大きい広がりを必要としないという利点を有する。それによって、標準化された動作信号においては所属の絶対値におけるような大きな変動は発生せず、動作信号値の傾向の観察及び判断は相応する標準化された動作信号値の評価を用いて著しく簡単化される。

動作信号平均値はその際観察された動作信号の算術的又は幾何学的平均値を含み得る。即ち平均値を確定するため別の定義も可能である。

有利な構成においては、参照値範囲は標準化された動作信号の最小値と最大値とを用いて形成される。

技術的装置の作動中は、観察される動作信号の値は通例ある変動幅の支配下にある。十分に長い観察時間後、動作限界として正常動作に属し得る標準化された動作信号の最小値と最大値を提示することが可能である。たとえこれからこの参照値範囲の外側にある標準化された動作信号値が生じても、このことは所望の正常動作の外側の技術的装置の作動状態（観察される動作信号に関する）に対する強力なしるしである。監視の鋭敏過ぎる応動を阻止するため、付加的に参照値範囲のまわりに許容範囲帯域を設けることができる。

標準化された動作信号の最小値及び最大値又はそのいずれか一方は、その際当該動作信号の実際の測定値から確定され得るか、又はそれに代えて統計的分布関数を用いて確定され得る。

後者の実施形態は、最小値及び最大値を確定するための長い試験フェーズが不必要であり、その代わりにこれらの値が統計的に、例えば各用途に適合された分布パラメータによる正規分布に基づいて確定されるという利点を提供する。

特に有利な構成においては、参照値範囲の確定が技術的装置の作動中に複数回行われ、標準化された動作信号が各実際の参照値範囲と比較される。

この実施形態においては、参照値範囲に関する学習プロセスが行われ、この参照値範囲は自由に使用し得る動作信号値の数の上昇に基づいて技術的装置の作動によりよく適合せしめられる。

監視の各時点に各実際の参照値範囲が使用され、その結果監視は学習プロセスの終了後初めて開始され得るのではなく、実際には技術的装置の運転開始の最初から質を上昇させながら行われ得る。

実際の参照値範囲の質は、標準化された動作信号の最小値及び最大値に関して、参照値範囲のただ１回限りの確定の場合には検出され得ない変化が発生し得るという点で上昇する。例えば、バーナの作動中に予期せぬ影響によって炎の温度が軽度に上方又は下方に変化し、それによってはバーナの所望の正常動作は妨げられないようなことがあり得る。本実施形態においてはこのことは、監視の敏感過ぎるむだな応動を阻止するため、標準化された動作信号の最小値及び最大値又はそのいずれか一方が相応に適合せしめられることによって考慮される。

さらに、付加的に動作信号の実際値があらかじめ定められた監視限界値と比較されると有利である。

監視限界値はその際、技術的装置の根本的な動作条件及び構造又はそのいずれか一方に基づいてあらかじめ知られている、そして技術的装置の作動中は侵害することが許されない作動限界を表わす。例えば上回ることが許されない許容最大温度が問題になり得る。

万一根本的な本発明による方法において、例えば信号受領の際に、短時間の、正常動作に対して無視し得る作用又はちょっとした障害に基づいて、あらかじめ定められた監視限界値を侵害する最小値及び最大値又はそのいずれか一方を含む参照値範囲が確定される場合には、動作信号のこのあらかじめ定められた監視限界値に対する補助的な監視が、上述の作動限界が上回られないという安全性を提供する。

別の実施形態においては、動作信号の各類型に対して相応の動作信号平均値が形成される。

冒頭に述べたように、技術的装置においてはしばしば異なる類型の動作信号、例えば温度、電流、電圧、流量等の信号が現われる。

各類型はその際他方また技術的装置の異なる構成要素に属することがあり、例えばモータにおいては軸受け温度及びハウジング温度が取り出され、これらはたしかに共に温度という型に属するが、それぞれ技術的装置の異なる構成要素に関係する。

本実施形態においては、少なくとも同じ類型の動作信号に対しそれぞれ別々の動作信号平均値が形成されることが定められ、その際技術的装置の異なる構成要素に関連する別の分割が定められ得る。

技術的装置の各構成要素の監視がそれぞれ本発明による方法を用いて実施されるのが特に有利であり、その際技術的装置の各構成要素及び技術的装置の各類型に対しそれぞれの動作信号平均値が別々に確定される。

以下本発明の実施例を詳細に説明する。

図において、ガスタービンの燃焼室として形成された技術的装置１の横断面が示されている。

図示された横断面において、燃焼室はセンサ５、５１を含み、これらのセンサは燃焼室壁２０の周囲の長さに沿って配置されている。センサ５、５１はその際詳細には示されていないバーナに属し、その各炎温度を検出すべきものである。

センサ５、５１を用いて検出される動作信号の値から、動作信号平均値１５が形成される。

図には、説明をより分りやすくし且つバーナへ空間的に所属させるため、確定された動作信号平均値１５は燃焼室横断面の中心点のまわりに走る円形の等電位線として表わされている。

各バーナ５、５１の各動作信号に対し、それぞれ標準化された動作信号１７、１７１が形成され、その際当該動作信号の各実際の温度測定値は動作信号平均値１５だけ減ぜられ、その結果標準化された動作信号１７、１７１はそれぞれ動作信号平均値１５からのずれを表わす。

相応する動作信号に対する実際の測定値から動作信号平均値１５を上述のように減算することの代わりに、実際の測定値が動作信号平均値１５に対し比率にセットされることも可能で、その結果実際の測定値の動作信号平均値１５からのずれを表わす商が生じる。

図にはさらに、標準化された動作信号１７，１７１を使用して燃焼室の温度プロフィル２５を表示し得るようにするため、増加する温度値の方向を示す値軸１０が描かれている。

燃焼室の作動中、各センサ５、５１に対し当該の標準化動作信号１７、１７１に対する各最小値３０及び最大値３２が生じる。これらの最小値３０及び最大値３２は参照値範囲を限定する。

温度プロフィル２５は燃焼室横断面における瞬時の又はむしろ短時間観察された温度分布であり、それ故に燃焼室の作動中、例えば変化する燃料供給及び空気供給又はそのいずれか一方、負荷変動、バーナ故障等による変化に支配されている。

それとは異なって、最小値３０及び最大値３２が瞬間又は短時間記録でなく、作動時間に確認され大きな確率をもって燃焼室の正常な動作範囲を表わす最小ないし最大の動作信号値である。

最小値３０及び最大値３２は各動作信号に対して別々に確定されるのが有利である。何故なら、通常相応する動作信号を生ずる各構成要素は他の相応する構成要素と完全には一致せず、それ故またごく僅かかもしれないがそれぞれ異なる参照値範囲３５が各動作信号に対し形成されるべきであるからである。

図には、説明をよりよくするためこれらの参照値範囲３５の１つだけが示されている。

本発明の方法を具体的に説明するためのガスタービンの燃焼室として形成された技術的装置の説明図である。

符号の説明

１ 技術的装置
５、５１ センサ
１０ 値軸
１７、１７１ 標準化された動作信号
２０ 燃焼室
２５ 温度プロフィル
３０ 最小値
３２ 最大値
３５ 参照値範囲

Claims (7)

1. ａ）技術的装置（１）の作動中に、技術的装置（１）の所定の数の動作信号を検出するステップと、
   ｂ）所定の数の動作信号から動作信号の少なくとも一部分を用いて動作信号平均値（１５）を形成するステップと、
   ｃ）少なくとも１つの動作信号に対して、動作信号の実際値の動作信号平均値からのずれを含む標準化された動作信号（１７、１７１）を形成するステップと、
   ｄ）標準化された動作信号（１７、１７１）を当該動作信号の参照値範囲（３５）と比較するステップと
   を含むことを特徴とする技術的装置の監視方法。
2. 参照値範囲（３５）が標準化された動作信号（１７、１７１）の最小値（３９）及び最大値（３２）を用いて形成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 標準化された動作信号（１７、１７１）の最小値（３０）及び最大値（３２）又はそのいずれか一方が当該動作信号の実際の測定値から確定されることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 標準化された動作信号（１７、１７１）の最小値（３０）及び最大値（３２）又はそのいずれか一方が統計的分布関数を用いて確定されることを特徴とする請求項２記載の方法。
5. 参照値範囲（３５）の確定が技術的装置（１）の作動中に複数回行われ、標準化された動作信号（１７、１７１）が各実際の参照値範囲（３５）と比較されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の方法。
6. さらに動作信号の実際値があらかじめ定められた監視限界値と比較されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法。
7. 動作信号の各類型に対し相応の動作信号平均値（１５）が形成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。

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