JP2008032456A - メンテナンス時期リコメンド装置およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】管理対象物の状態を計測し閾値を越えた時点でメンテナンスを実施する方法では、計測値に誤差が含まれている場合、正しくメンテナンス時期を判定する事ができなかった。
【解決手段】管理対象物の状態を計測し、この計測値に対して移動平均を計算し、管理値として、移動平均またはその時間変化率が予め定めた閾値を予め定めた時間、監視することにより、誤差の影響を受けずに正しいメンテナンス時期を判定する事が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、メンテナンス時期リコメンド装置およびプログラムに係り、特に管理対象物が異常状態に陥る前に、メンテナンス時期をリコメンドするメンテナンス時期リコメンド装置およびプログラムに関する。

トナーや電池等の消耗品は、機器を使用することにより、次第に消耗し、やがて使用不能となる。使用不能となった場合は、機器の運用を一旦停止し、消耗品を交換することになる。機器の管理者の立場から見れば、機器の運用停止時間を短縮するために、機器の消耗品の消耗度を監視し、メンテナンス時期を把握することが望まれる。

また、消耗品でなくても、次第に劣化する部品を有するようなシステムの場合、メンテナンス（予防保全）時期を予め知ることはシステム管理者にとっては有益である。

特許文献１には、バーナの点火から着火までの時間（パラメータ）を測定し、このパラメータと基準値の差に変化が生じた場合、異常と判定する異常状態判定システムが記載されている。

特開２０００−２８４８２８号公報

ところが、特許文献１記載の方法では、測定したパラメータが誤差を含んでいた場合、異常状態を誤検出する可能性がある。誤検出をなくすために閾値を大きくする方法が考えられるが、閾値を大きくすると、異常状態の検出が遅れ、劣化部品の故障前にメンテナンス時期をリコメンドできなくなる可能性がある。

上記の課題は、管理対象物の情報を時間的に継続して取得する情報管理部と、取得した時系列情報を格納する管理対象データベースと、管理対象データベースに格納される時系列情報から管理対象物の状態を数値化する評価値算出部と、評価値算出部で算出される評価値から前記管理対象物をメンテナンスするべきかを判定するメンテナンス判定部とを有するメンテナンス時期リコメンド装置により、解決できる。

また、センサと接続されたコンピュータを、管理対象物の情報を前記センサを介して時間的に継続して取得する情報管理部、取得した時系列情報を格納する管理対象データベースに格納される時系列情報から管理対象物の状態を数値化する評価値算出部、および評価値算出部で算出される評価値から前記管理対象物をメンテナンスするべきかを判定するメンテナンス判定部として機能させるためのメンテナンス時期リコメンドプログラムにより、解決できる。

本発明により、管理対象物のメンテナンス時期が自動でリコメンドされるので、管理者が常時管理対象物を監視する必要がなくなり、管理者の負荷低減及び少人化の効果がある。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、実施例を用い図面を参照しながら説明する。

まず、図１ないし図６を参照して、メンテナンス時期リコメンドの原理を説明する。ここで、図１はメンテナンス時期リコメンド装置の機能ブロック図である。図２は、メンテナンス時期リコメンド装置のハードウェアブロック図である。図３は管理対象データベースの構造を説明する図である。図４は評価値算出部が算出する評価値とその算出方法を説明する図である。図５はメンテナンス判定部における判定論理を説明するフローチャートである。図６はメンテナンス判定部におけるメンテナンス要と判定される評価値のパターンを説明する図である。

図１において、メンテナンス時期リコメンド装置１００は、情報管理部１７０と、評価値算出部１８０と、メンテナンス判定部１９０と、管理対象データベース１４１と、表示装置１５０とからなる。メンテナンス時期リコメンド装置１００は、センサ２００を介して管理対象物の情報を取得する。

情報管理部１７０は、センサ２００を介して管理対象物の計測状態値を取得し、計測時刻とともに管理対象データベース１４１に書き込む。評価値算出部１８０は、管理対象データベース１４１から、過去の計測状態値と計測時刻を取得し、評価値を算出する。メンテナンス判定部１９０は、評価値算出部１８０が算出した評価値から、メンテナンスの要否を判定し、表示装置１５０に表示する。

図２において、メンテナンス時期リコメンド装置１００は、システムバス１１０によって、相互接続された中央演算装置（ＣＰＵ）１２０、メインメモリ１３０、ハードディスク装置１４０、表示装置（ＣＲＴ）１５０、複数のインターフェース（Ｉ/Ｆ）１６０とから構成されている。図２から明らかなように、メンテナンス時期リコメンド装置１００は、コンピュータである。また、ハードディスク装置１４０には、管理対象データベース１４１を保持している。メインメモリは、コンピュータを情報管理部１７０として機能させる情報管理プログラム１３１、コンピュータを評価値算出部１８０として機能させる評価値算出プログラム１３２、コンピュータをメンテナンス判定部１９０として機能させるメンテナンス判定プログラム１３３を、記憶している。

管理対象物の状態を示す状態値はセンサ２００により測定し、インターフェース１６０を介して、計測時刻と共に情報管理部に入力する。情報管理部１７０はこれを管理対象物毎に管理対象データベース１４１に格納し、評価値算出部１８０は管理対象データベース１４１に格納されている状態値から次の評価値を算出する。
（１）通常状態における管理対象物の状態値と、情報管理部において取得し管理する管理対象物の状態値との残差の移動平均
（２）残差の移動平均の時間的な変化率
ここで、残差の移動平均および残差の移動平均の時間的な変化率を用いるのは、誤差の影響が少ないと考えられるからである。

メンテナンス判定部１９０では評価値算出部１８０が算出した評価値が閾値を一定時間閾値を越えているかを判定し、どちらかの評価値が閾値を超えていれば、メンテナンスすべきであると判定する。メンテナンス時期リコメンド装置１００は、判定結果を表示部１５０に出力し、管理者に対して、当該管理対象物のメンテナンスをすべきであることを知らせる。

図３において、管理対象データベース１４１Ａは、管理対象物毎に、計測時刻と計測状態値を記録した構造である。図３は最も単純な例であるが、計測時刻、状態値の他に要すれば状態値の誤差標準偏差や、評価値算出部で算出される状態値と基準状態値の残差、残差の時間変化率を格納するレコードを追加してもよい。

図４において、図４（ａ）は時刻毎の状態値を説明する図である。図４（ｂ）は時刻毎の図４（ａ）に示す計測状態値から基準状態値を引いた残差を説明する図である。図４（ｃ）は時刻毎の図４（ｂ）の３点毎の移動平均を説明する図である。図４（ｄ）は時刻毎の図４（ｃ）の時間変化率を説明する図である。評価値算出部は管理対象データベースに格納される計測データ毎に当該計測データより一定時間過去（この場合３点）の計測データを用いて次式の移動平均を計算する。このデータが、図４（ｃ）である。

ここで、nは当該計測データより一定時間内過去にあるデータ数であり、図４では３である。Ｖiは計測した状態値、Ｖrefは基準状態値である。Ｖrefは、システム内に持つ値である。また、管理対象データベースに計測した状態値の誤差標準偏差σを有する場合には次式に示す重み付きの移動平均としてもよい。

さらに、評価値算出部では計測データ毎に残差の移動平均の時間変化率を算出する。このデータが、図４（ｄ）である。残差の移動平均の時間変化率は残差の移動平均の傾きを表しており、一定時間内の残差の移動平均データを用いて、最小二乗法により１次直線を当てはめれば、直線の傾きaとして、（３）式により算出することができる。

図５を参照して、メンテナンス時期リコメンド装置のメンテナンス判定部の判定アルゴリズムを説明する。メンテナンス判定部は、予め定めた時間内の全ての残差の移動平均（評価値１）が閾値以上か判定する（Ｓ４１）。ＹＥＳなら、メンテナンス要と判定し（Ｓ４２）、終了する。ステップ４１でＮＯのとき、メンテナンス判定部は、予め定めた時間内の全ての残差の移動平均の時間的な変化率（評価値２）が閾値以上か判定する（Ｓ４３）。ＹＥＳなら、メンテナンス要と判定し（Ｓ４２）、終了する。ステップ４３でＮＯのとき、メンテナンス不要と判定し（Ｓ４４）、終了する。

図５において、評価値１、２はそれぞれ次のとおりである。
評価値１：通常状態における管理対象物の状態値と、情報管理部において取得し管理する管理対象物の状態値との残差の移動平均
評価値２：残差の移動平均の時間的な変化率
メンテナンス判定部は、評価値１または評価値２のどちらかが一定時間（以降、監視時間と呼ぶ）の間、閾値以上の場合、メンテナンスが必要であると判定する。

図６において、図６（a）では、残差の移動平均および残差の移動平均の時間変化率が共に監視時間の間、閾値以上であるので、メンテナンス判定部はメンテナンスが必要であると判断する。また、図６（b）では、残差の時間平均が監視時間の間、閾値以上であるので、メンテナンス判定部はメンテナンスが必要であると判断する。さらに、図６（c）では、残差の移動平均の時間変化率が監視時間の間、閾値以上であるので、メンテナンス判定部はメンテナンスが必要であると判断する。

以下、図１および図７ないし図９を参照して、潜水艦における他艦（以降、目標と呼ぶ）の運動状態の管理の実施例を説明する。ここで、図７は管理対象データベースの構造を示した図である。図８はシミュレーションの表示画面を説明する図である。図９は評価値の時間推移を示したグラフである。

通常、潜水艦が目標の運動状態（針路、速力、位置等）を直接知る方法はなく、ソーナーで観測される方位情報から目標運動解析により目標の運動状態を推定し、管理する。当然のことながら真の目標の運動状態と、潜水艦で管理する当該目標の運動状態にはいくらかの差が存在し、時間が経過するにつれ、その差は大きくなる。ソーナーの管理者は管理している全ての目標について、観測される方位と潜水艦で管理している目標の運動状態から計算される推定観測方位の残差を監視し、目標の運動状態のメンテナンスの必要性を判断し、必要に応じてメンテナンスしなければならない。

再び、図１を参照して、情報管理部１７０は、ソーナー（センサ）で観測した各目標の方位情報を計測状態値として、観測時刻と共に管理対象データベース１４１に格納する。なお、管理対象データベース１４１の構造を図７の通りとした。図７において、管理対象データベース１４１Ｂは、管理対象物毎に、目標の運動状態、計測データ数、計測時刻、計測状態値、誤差標準偏差、観測位置Ｘ座標、観測位置Ｙ座標で構成されている。

ここで、目標の運動状態の構成要素である初期Ｘ座標Ｘ０および初期Ｙ座標Ｙ０は、計測時刻Ｔ０における目標の位置座標のことである。評価値算出部１８０は、管理対象データベース１４１Ｂを参照し、(２)式および(３)式により評価値を計算する。(２)式中の基準状態値Ｖrefは、管理対象データベース１４１Ｂで管理する目標の運動状態、観測位置Ｘ座標、観測位置Ｙ座標を用いて（４）式により計算する。

メンテナンス判定部１９０は、センサ２００から計測データを取得し、管理対象データベース１４１に新たな計測データが追加されたタイミングで判定処理を実施し、表示装置１５０に結果を出力する。

図８において、潜水艦、目標共に等速直進運動をし、潜水艦は２０秒毎に目標の計測方位を取得する。真の目標の運動状態は表１に示すとおりであるが、潜水艦ではこれを知ることができないので、目標運動解析により推定した運動状態を管理対象データベースに設定し、目標の管理を行う。表１にシミュレーション条件を示す。項番１、３は推定した目標の運動状態が真値であった場合であり、この場合、メンテナンス判定部１９０は、常にメンテナンス不要をリコメンドすべきである。項番２、４は推定した目標の運動状態が誤差を含んでいた場合であり、この場合、メンテナンス判定部はメンテナンス要をリコメンドすべきである。なお、ここでは残差の移動平均の閾値を±１.０［°］、残差の移動平均の時間変化率の閾値を０.０００４［°／秒］とした。

表１ シミュレーション条件
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項番 真の目標の運動状態 推定した運動状態 計測誤差標準偏差
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１ 針路:135°速力:15kt 針路135°速力:15.0kt 1.0°
２ 針路:135°速力:15kt 針路135°速力:15.2kt 1.0°
３ 針路:135°速力:15kt 針路135°速力:15.0kt 0.2°
４ 針路:135°速力:15kt 針路135°速力:15.2kt 0.2°
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15kt=7.72m/s

図９に表１の各シミュレーションにおける評価値の時間推移を示す。太線部分が閾値であり、この閾値を一定時間（ここでは２００秒とした）超え続けることにより、メンテナンス判定部はメンテナンス要をリコメンドする（図９中の縦点線）。表１の項番１、２、３、４は、それぞれ図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、図９Ｄに対応し、それぞれ（ａ）が残差の移動平均、（ｂ）が残差の移動平均の時間変化率である。推定した運動状態が真値とは異なる図９Ｂと図９Ｄは１０００秒付近でメンテナンス要をリコメンドしていることがわかる。

また、特許文献１に記載された技術によると、残差が閾値を超えることで、メンテナンス要を判定するため、閾値を１.５［°］に設定すると、図９Ｄのように推定した運動状態に誤差が含まれている場合でも、メンテナンス要をリコメンドできない。逆に、図９Ｄにおいてメンテナンス要をリコメンドするために、閾値を０.８［°］とした場合は、図９Ａのように推定した運動状態が真であっても、メンテナンス要をリコメンドしてしまうことになる。本実施例は、そのような問題を解決したものである。

本実施例に拠れば、管理対象物のメンテナンス時期が自動でリコメンドされるので、管理者が常時管理対象物を監視する必要がなくなり、管理者の負荷低減および少人化の効果がある。

また、評価値として、通常状態の状態値と取得した状態値の残差の移動平均を用いることにより、取得値に誤差が含まれている場合でもメンテナンス時期の誤判定を抑制し、残差の変化率を用いることにより、管理対象物が異常状態に陥る前に余裕を持ってメンテナンス時期をリコメンドすることが可能となる。

また、管理対象物の計測条件や環境条件が異なることにより、計測状態値に誤差が含まれている場合でも、安定した判定を実施することが可能である。

メンテナンス時期リコメンド装置の機能ブロック図である。 メンテナンス時期リコメンド装置のハードウェアブロック図である。 管理対象データベースの構造を説明する図である。 評価値算出部が算出する評価値とその算出方法を説明する図である。 メンテナンス判定部における判定論理を説明するフローチャートである。 メンテナンス判定部におけるメンテナンス要と判定される評価値のパターンを説明する図である。 管理対象データベースの構造を示した図である。 シミュレーションの表示画面を説明する図である。 評価値の時間推移を示したグラフである（表１の項番１）。 評価値の時間推移を示したグラフである（項番２）。 評価値の時間推移を示したグラフである（項番３）。 評価値の時間推移を示したグラフである（項番４）。

符号の説明

１００…メンテナンス時期リコメンド装置、１１０…システムバス、１２０…中央処理装置、１３０…メインメモリ、１４０…ハードディスク装置、１５０…表示装置、１６０…インターフェース、１７０…情報管理部、１８０…評価値算出部、１９０…メンテナンス判定部、２００…センサ。

Claims (6)

1. 管理対象物の情報を時間的に継続して取得する情報管理部と、取得した時系列情報を格納する管理対象データベースと、この管理対象データベースに格納される時系列情報から管理対象物の状態を数値化する評価値算出部と、この評価値算出部で算出される評価値から前記管理対象物をメンテナンスするべきかを判定するメンテナンス判定部と、を有することを特徴とするメンテナンス時期リコメンド装置。
2. 請求項１に記載のメンテナンス時期リコメンド装置であって、
   前記評価値算出部は、通常状態における前記管理対象物の状態値を示す基準状態値と前記情報管理部において取得した前記管理対象物の計測状態値との残差の移動平均を、演算し、
   前記メンテナンス判定部は、前記残差の移動平均に基づいて、判定することを特徴とするメンテナンス時期リコメンド装置。
3. 請求項２に記載のメンテナンス時期リコメンド装置であって、
   前記評価値算出部は、さらに前記残差の移動平均の時間的変化率を、演算し、
   前記メンテナンス判定部は、前記時間的変化率に基づいて、判定することを特徴とするメンテナンス時期リコメンド装置。
4. センサと接続されたコンピュータを、
   管理対象物の情報を前記センサを介して時間的に継続して取得する情報管理部、
   取得した時系列情報を格納する管理対象データベースに格納される時系列情報から管理対象物の状態を数値化する評価値算出部、および
   前記評価値算出部で算出される評価値から前記管理対象物をメンテナンスするべきかを判定するメンテナンス判定部、
   として機能させるためのメンテナンス時期リコメンドプログラム。
5. 請求項４に記載のメンテナンス時期リコメンドプログラムであって、
   前記評価値算出部は、通常状態における前記管理対象物の状態値を示す基準状態値と前記情報管理部において取得した前記管理対象物の計測状態値との残差の移動平均を、演算し、
   前記メンテナンス判定部は、前記残差の移動平均に基づいて判定する
   ように機能させるためのメンテナンス時期リコメンドプログラム。
6. 請求項５に記載のメンテナンス時期リコメンドプログラムであって、
   前記評価値算出部は、さらに前記残差の移動平均の時間的変化率を、演算し、
   前記メンテナンス判定部は、前記時間的変化率に基づいて、判定する
   ように機能させるためのメンテナンス時期リコメンドプログラム。

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