JP2011524591A - インテリジェント電子装置の保守を予測するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

予測保守システムおよび方法が記載されている。本方法は、ＩＥＤ内の複数のセンサを用いて環境条件を測定することと、環境測定値を処理してＩＥＤの履歴動作条件を表わす長期暴露因子を決定することと、信頼性モデルを長期暴露因子に適用することと、長期暴露因子および信頼性モデルに基づいてＩＥＤ寿命の数値尺度を決定することと、ＩＥＤ寿命の数値尺度を予め選択した境界値と比較することと、ＩＥＤ寿命の数値尺度が予め選択した境界値の外側にある場合に信号を送ることと、を含む。

Description

本明細書で開示する主題は一般的に、厳しい環境で用いられるインテリジェント電子装置の保守に関し、より詳細には、動作条件、外部因子への暴露、および装置内に埋め込まれた信頼性モデルの連続的なモニタリングに基づいて、インテリジェント電子装置の予測保守を容易にするためのシステムおよび方法に関する。

発生、伝送、分配、およびエネルギー変換手段が組み入れられた配電網は、インテリジェント電子装置（ＩＥＤ）を用いて稼働されることが多い。このような装置は、障害および他の異常な条件から保護し、エネルギー使用量をモニタおよび計量し、配電網動作の他の側面を制御する。インテリジェント電子装置としては（これらに限定されないが）以下のものがある。たとえば、保護継電器、遠隔端末装置、プログラマブル論理回路コントローラ（ＰＬＣ）、メーター、局所的ヒューマン・マシン・インターフェース（ＨＭＩ）、イーサネット（商標）・スイッチおよび／またはルータ、モデム、ならびに他の同様の装置である。

インテリジェント電子装置は、過酷な環境、たとえば高電圧変電所制御棟、中電圧スイッチギヤ、パワー・プラント、工業プラント、およびモーター・コントロール・センターに設置されて稼働されることが多い。こうしてＩＥＤは、極端な温度、電磁妨害、電気サージ、機械的衝撃および振動、および化学薬品などの条件にさらされる。少なくとも一部の知られているＩＥＤのデザインは、業界標準や確立されたデザイン実践によって規定される条件に耐えるように行なわれ、および／または製造業者間の競争に基づいている。

少なくとも一部の知られているＩＥＤは、配電網内の重要な機能、たとえば保護機能および／または制御機能を行なう。こうして、ＩＥＤとしては、指示された時間の間に十分に機能的のままでいるものが必要とされる。ＩＥＤが確実にその望ましい機能を維持して必要に応じて実行するように、ＩＥＤを定期的にチェックおよび／または保守する。定期保守の手順は、電気機械的およびアナログ技術を伴った前世代の保護、制御、および／または計量装置を用いる頃から変わっている。少なくとも一部の知られている定期保守手順には、ＩＥＤを視覚的に検査して問題の徴候を調べること、定期的にＩＥＤの運転を休止すること、ＩＥＤを所属システムの残りの部分から隔離すること、およびＩＥＤの機能性を試験することがある。このような定期保守手順の保守間隔は、２〜５年の場合があり、ある特定のユーザの過去の経験、検査されているＩＥＤの製造元、平均的な動作条件、アプリケーションの重要度などの因子、および他の関連する因子に基づいている。

しかし、このような定期保守手順は、推定寿命および／または故障率が異なるＩＥＤを考慮するようには最適化されていない。ＩＥＤは、平均的な予想動作条件と比べると相当に異なる動作条件に設置される場合がある。変わり得る動作条件には、容易に検証可能な因子（たとえば平均的な周囲温度）と、隠れた因子（たとえば電磁妨害への暴露および局所的な動作温度）とがある。多くの場合、ＩＥＤの製造元および／または動作条件にかかわらず、ある特定の設備におけるＩＥＤはすべて保守される。その結果、ある割合のＩＥＤは「過剰保守され」、ある割合は「不足保守され」るため、予想外の故障が起こる。

このような定期保守手順では、ＩＥＤのユーザおよび／またはオペレータに対してコスト削減を実現する大きな可能性を逃している。たとえば、保守は、付随する労力量のせいで費用のかかる作業であり、装置冗長性が用いられていない場合には、保守は、保護および／または制御された処理および／または資産を停止する必要がある場合がある。加えて、予想外のＩＥＤ故障が起こると、緊急事態方式の対処として、予定外の作業、予定外の予備材料使用、付加的な緊急性、および適切な用意をせずに作業を行なう必要性、ならびに／または保護および／または制御された資産の予定外の停止を伴うものを行なう必要が生じ、その結果、関連するプロセス・ステップの停止を招く場合がある。

少なくとも一部の知られているＩＥＤは、マイクロプロセッサを備えることで、ＩＥＤがセンサから情報を収集して分析することが可能になっている。

国際公開第２００４／０４９１６１号

しかし、システムおよび／または方法として、情報収集および分析を用いたＩＥＤの動作条件および暴露の理解を、ＩＥＤの推定寿命の埋込み知識（たとえば信頼性モデル）と組み合わせて行なって、予測保守要求および／または信号を発生させるものが求められている。

一態様においては、インテリジェント電子装置（ＩＥＤ）の保守を予測するための方法が提供される。本方法は、ＩＥＤ内の複数のセンサを用いて環境条件を測定することと、環境測定値を処理して、ＩＥＤの履歴動作条件を表わす長期暴露因子を決定することと、信頼性モデルを長期暴露因子に適用することと、ＩＥＤ寿命の数値尺度を長期暴露因子および信頼性モデルに基づいて決定することと、ＩＥＤ寿命の数値尺度を予め選択した境界値と比較することと、ＩＥＤ寿命の数値尺度が予め選択した境界値の外側にある場合に信号を送ることと、を含む。

別の態様においては、複数のインテリジェント電子装置（ＩＥＤ）に対する信頼性モデルを設定および維持するためのシステムが提供される。本システムは、複数のＩＥＤから長期暴露因子を取得するように構成された取得ユニットと、複数のＩＥＤのうち故障したＩＥＤから故障情報を受け取るように構成された入力ユニットと、取得ユニットおよび入力ユニットに結合されるように構成されたプロセッサと、を備える。プロセッサは、各ＩＥＤの信頼性を決定することと、暴露因子と各ＩＥＤの信頼性との間を関連づける信頼性モデルを導き出すことと、を行なうようにプログラムされている。

別の態様においては、環境データを取得するための複数のセンサを内部に有するインテリジェント電子装置（ＩＥＤ）の動作条件をモニタするためのシステムが提供される。本システムは、ＩＥＤから長期暴露因子を取得するように構成された取得ユニットと、ＩＥＤから故障情報を受け取るように構成された入力ユニットと、取得ユニットおよび入力ユニットに結合されるように構成されたプロセッサと、を備える。プロセッサは、ＩＥＤの信頼性を決定することと、暴露因子とＩＥＤの信頼性との間を関連づける信頼性モデルを導き出すことと、ＩＥＤ寿命の数値尺度を予め選択した境界値と比較することと、ＩＥＤ寿命の数値尺度が予め選択した境界値の外側にある場合に信号を発生させることと、を行なうようにプログラムされている。

以下の詳細な説明では、本明細書に記載したシステムおよび方法の典型的な実施形態（優位性および特徴を含む）について、一例として図面を参照して説明する。

動作温度をモニタするために用いても良い典型的なインテリジェント電子装置（ＩＥＤ）の概略図である。 電気サージをモニタおよび／または測定するために用いても良い典型的なＩＥＤの概略図である。 接地点に対して入力の不適切な接地を検出するために用いても良い典型的なＩＥＤの概略図である。 典型的な予測保守方法を示すフローチャートである。

以下に説明する実施形態では、インテリジェント電子装置（ＩＥＤ）寿命のモニタリングを、環境因子として温度、サージ、および接地などに基づいて行なうことについて説明しているが、当業者であれば分かるように、他の環境因子をモニタしても良い。また当業者であれば分かるように、環境因子に起因する効果は、設計または構造におけるフローや予想外の事象に起因して、および／またはＩＥＤを加速摩耗にさらす意図的な使用をユーザが行なうことに起因して、変わる場合がある。さらに、当然のことながら、小型化および／または統合によって、ＩＥＤが後述のような１つのセンサ（または複数のセンサ）を備えて各ＩＥＤが複数の環境因子を同時にモニタし得るようにすることができる。たとえば、限定を目的とせずに、ＩＥＤが複数のセンサを備えることで、機械的衝撃、振動、湿度、化学的因子への暴露、電源レベル、ならびに／または放射性および／もしくは伝導性電磁妨害をＩＥＤが同時にモニタできるようになっていても良い。

図１は、動作温度をモニタするために用いても良い典型的なインテリジェント電子装置（ＩＥＤ）１００の概略図である。ＩＥＤ１００はシャーシ１０２を備えており、シャーシ１０２は複数の構成部品１０４と少なくとも１つの温度センサ１０６とを有している。典型的な実施形態においては、構成部品１０４はＩＥＤ１００内の重要な構成部品であり、たとえば（これらに限定されないが）、コンデンサ、マイクロコントローラ、グラフィカル・ディスプレイ、および／または通信送受信装置である。ＩＥＤ１００内での温度センサ１０６の位置は、温度センサ１０６がＩＥＤ１００内部の温度点とともに周囲空気１０８の温度をモニタし得るような場所である。より具体的には、温度センサ１０６の位置は、プロセッサ１１０が各構成部品１０４と周囲温度１０８との間の温度勾配を決定するように、各構成部品１０４の温度と周囲温度１０８とを正確に推定することが容易にできる場所である。

動作中、および定常状態条件の下では、温度センサ１０６が測定する温度は、周囲温度１０８に対して実質的に一定のずれΔＴＡに留まっている。また温度センサ１０６が測定した温度は、各構成部品１０４に対して実質的に一定のずれに留まっている。たとえば、温度センサ１０６が測定した温度は、第１の構成部品１１２に対して実質的に一定の第１のずれΔＴ１に留まり、第２の構成部品１１４に対して実質的に一定の第２のずれΔＴ２に留まっている。各ずれΔＴＡ、ΔＴ１、ΔＴ２は、ＩＥＤ組立ておよび／またはＩＥＤ組立後試験の間の計算および／または測定によって決定される。

典型的な実施形態においては、温度センサ１０６はＩＥＤ１００内の温度を測定する。温度センサ１０６は、測定温度を表わす信号を発生させて、信号をプロセッサ１１０に送信する。プロセッサ１１０は、各構成部品１０４の推定温度を、分かっている温度ずれを足すか引くことによって決定する。たとえば、プロセッサ１１０は、第１の構成部品１１２の推定温度を、必要に応じて、温度センサ１０６が測定した温度に対してΔＴ１を足すか引くことによって決定する。またプロセッサ１１０は、ＩＥＤ１００の内部動作温度と周囲温度１０８との間の推定温度差を、必要に応じて、温度センサ１０６が測定した温度に対してΔＴＡを足すか引くことによって決定する。

当業者であれば分かるように、外部条件たとえば各構成部品１０４および／または温度センサ１０６に対して用いる取り付け方式、循環空気のパターンなどによって、ＩＥＤ１００内の温度プロファイルが変わり、その結果、各構成部品１０４の温度推定の精度に影響が出る場合がある。

図２は、電気サージをモニタおよび／または測定するために用いても良い典型的なＩＥＤ２００の概略図である。ＩＥＤ２００は、複数の入力２０２と、少なくとも１つの接地点２０４と、複数のサージ抑制回路２０６とを備えている。複数のサージ抑制回路２０６は、第１の端部２０８において入力２０２に結合されている。各サージ抑制回路２０６はまた、第２の端部２１０においてシャント２１２に結合されていて、測定可能な電圧をシャント２１２の両端に容易に発生できるようになっている。また各サージ抑制回路２０６は、コンデンサおよび／または非線形の抵抗器を用いて実現されている。シャント２１２は、たとえば、限定を目的とせずに、サージ電流内の所望の周波数成分を取り込むようにデザインされた抵抗器またはＲＬＣ回路によって実現しても良い。典型的な実施形態においては、シャント２１２の両端に発生した電圧を、サージ測定回路２１４によって測定する。サージ測定回路２１４は、測定電圧を表わす信号を発生させ、信号をプロセッサ２１６に送信する。測定サージ電圧を発生させたサージ電流は次に、シャント２１２によって接地点２０４に分路される。代替的な実施形態においては、シャント２１２を複数のコンデンサによって具体化して、高周波成分を積算してサージ電流を表わす信号にし、サージ測定回路２１４を複数の標準的な増幅器によって実現する。このような実施形態においては、サージ測定回路２１４は、信号を増幅し、信号をアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ（図示せず）に送信する。アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータは、信号をデジタル化して、デジタル信号をプロセッサ２１６に送信するものである。サージ電流の残りの成分は、シャント２１２によって接地点２０４に分路される。

動作中に、サージ抑制回路２０６は、高周波信号成分に対するバイパス経路を形成して、これらの成分を接地点２０４に、ＩＥＤ２００の他の内部回路（図示せず）を過剰な電気的ストレスにさらすことなく、分路する。典型的な実施形態においては、サージ電流がＩＥＤ２００内に入力２０２を通って流れ込む。サージ電流は、各入力２０２から付随するサージ抑制回路２０６を通って流れることによって、他の内部ＩＥＤ回路構成を迂回する。サージ電流は次に、シャント２１２を通って流れて、サージ電流とシャント２１２の抵抗とに比例するサージ電圧を発生させる。サージ電流は次に、接地点２０４へ流れる。サージ電圧は、サージ測定回路２１４によって測定される。サージ測定回路２１４は、サージ電圧を表わす信号を発生させて、信号をプロセッサ２１６へ送信する。代替的な実施形態においては、サージ電流がシャント２１２を通って流れる結果、サージ電流を表わす信号が発生する。サージ測定回路２１４は、信号を増幅して、信号をプロセッサ２１６へ送信する。

図３は、接地点に対して入力の不適切な接地を検出するために用いても良い典型的なＩＥＤ３００の概略図である。ＩＥＤ（たとえばＩＥＤ３００）を、電流および／または電圧の二次発電機に結合させた場合、二次電流および／または二次電圧を伝える一般的に少なくとも１本のワイヤが接地される。二次発電機の例は高電圧計器用変圧器である。ワイヤを接地することによって、電流および／または電圧の一次発電機との容量結合を容易に防止することができる。

典型的な実施形態においては、ＩＥＤ３００は、高電圧変流器３０２と計器用変圧器３０４とを備える。これらは両方とも、対応する入力３０６および３０８に結合されている。具体的には、電流入力３０６は入力端子３１０を備え、電圧入力３０８は入力端子３１２を備えている。ＩＥＤ３００はまた、接地された入力端子３１４および３１６を備えており、それぞれ、対応する入力３０６および３０８に対応している。電流変圧器３０２は、一次回路３１８と二次回路３２０とを備え、二次回路３２０は、接地された入力端子３１４に結合されている。同様に、計器用変圧器３０４は、一次回路３２２と二次回路３２４とを備え、二次回路３２４は、接地された入力端子３１６に結合されている。二次回路３２０および３２４の両方を接地することによって、接地された入力端子３１４および３１６は接地電位に維持され、非接地の入力端子３１０および３１２は接地電位と比べて比較的低い電圧に維持される。電流入力３０６のインピーダンスによって、入力端子３１０および接地された入力端子３１４の両方を、接地電位にほぼ等しい電位に容易に維持することができる。また、電圧入力３０８のインピーダンスによって、入力端子３１２および接地された入力端子３１６の両方を、比較的低い電位差（たとえば１０．０ボルト（Ｖ）または１００．０Ｖ）内に容易に維持することができる。典型的な実施形態においては、ＩＥＤ３００はまた、接地端子３２６を備える。接地端子３２６によってまた、電流入力端子３１０を、接地端子３２６に対して接地電位付近に容易に維持することができる。また、接地端子３２６によって、電圧入力端子３１２を接地端子３２６に対して低い電位に容易に維持することができる。

典型的な実施形態においては、ＩＥＤ３００はまた、電流入力３０６間の電圧と電圧入力３０８間の電圧とをモニタする複数の電圧検出器回路３２８を備える。より具体的には、第１の電圧検出器回路３３０が、電流入力端子３１０と接地端子３１４との間の電圧をモニタし、第２の電圧検出器回路３３２が、電圧入力端子３１２と接地端子３１６との間の電圧をモニタする。電圧検出器回路３２８のデザインは、入力３０６および３０８への信号入力の高周波成分に応答するとともに、システム周波数成分の約５０．０ヘルツ（Ｈｚ）および約６０．０Ｈｚに応答するようになされている。各電圧検出器回路３２８は、検出電圧を表わす信号を発生させ、信号をデジタル化し、デジタル化された信号をプロセッサ３３４へ送信する。

動作中、高電圧変流器３０２および計器用変圧器３０４は、入力信号を発生させ、入力信号を電流入力３０６および電圧入力３０８にそれぞれ送信する。各入力３０６および３０８の両端の電圧は、電圧検出器回路３２８によってモニタされる。より具体的には、第１の電圧検出器回路３３０は、電流入力端子３１０と接地端子３１４との間の電圧をモニタし、第２の電圧検出器回路３３２は、電圧入力端子３１２と接地端子３１６との間の電圧をモニタする。各電圧検出器回路３２８は、検出電圧を表わす信号を発生させ、信号をデジタル化し、デジタル化された信号をプロセッサ３３４へ送信する。

図４は、ＩＥＤを用いた典型的な予測保守方法４００を示すフローチャートである。ＩＥＤのデザインは、適用可能な標準およびデザイン実践により、気温極値、電気サージ、不適切な接地、および高電圧への暴露などの因子に耐えるようになされているが、このような因子によって、相応に、ＩＥＤに磨耗が加えられ、ＩＥＤの推定寿命に影響が出る。また、このような因子に繰り返し暴露されることによって、ＩＥＤの推定寿命が短くなる。こうして、方法４００では、前述したように、測定データを利用し、測定データをＩＥＤ用に作成された信頼性モデルに適用する。方法４００を、ＩＥＤ１００（図１に示す）に関連して以下に説明するが、当然のことながら、方法４００は、任意のＩＥＤに対する予測保守に対して適用可能である。

典型的な実施形態においては、信頼性モデルを作成する４０２。たとえば、集積回路（たとえばマイクロコントローラ）が通常示す温度信頼性関係は、動作温度が特定の値を超えると信頼性が低下するものである。このような情報は通常、集積回路製造業者から入手可能であり、試験によって検証しても良い。たとえば、集積回路を内部温度１１５°Ｃで動作させる場合、その推定寿命は、内部温度７５°Ｃで動作させる場合の予想推定寿命の半分であり得る。ＩＥＤ１００の製造業者は、各構成部品１０４（図１に示す）に対する内部動作温度を、ＩＥＤ１００の温度プロファイルに基づいて、および／または、前述したように、ＩＥＤシャーシ１０２（図１に示す）内の１または複数の点を直接測定することによって、導き出しても良い。一実施形態においては、長期暴露因子に適用される信頼性モデルは、確定論的な信頼性モデルである。代替的な実施形態においては、信頼性モデルは確率論的な信頼性モデルである。さらなる代替的な実施形態においては、信頼性モデルは、たとえば、ファジー数学および／または人工ニューラル・ネットワークに基づいても良い。一実施形態においては、信頼性モデルは、ＩＥＤ１００の動作コードに組み込まれる。代替的な実施形態においては、信頼性モデルは、ＩＥＤ１００によって、データ要素として記憶される。信頼性モデルを記憶することによって、容易にＩＥＤオペレータは信頼性モデルをアップ・グレードすることができる。たとえば、オペレータは、信頼性モデルをＩＥＤ設置場所で手動でアップ・グレードしても良いし、または信頼性モデルを、ＩＥＤから離れた中心部のアプリケーションからアップグレードしても良い。

次に、ＩＥＤ１００内で環境因子を、たとえば温度センサ１０６（図１に示す）を用いて測定する４０４。次に、測定した環境因子を処理して、ＩＥＤ１００の履歴動作条件を表わす長期暴露因子を決定する４０６。より具体的には、プロセッサ１１０（図１に示す）が、未処理測定値、未処理測定値の積分値や平均値、および／または未処理測定値の最大値を決定する。たとえば、温度センサ１０６が記録した内部温度読取値の組をソートして複数の温度帯に分ける。たとえば−４０．０°Ｃ〜−２５．０°Ｃ、−２５．０°Ｃ〜０°Ｃ、０°Ｃ〜２５．０°Ｃ、２５．０°Ｃ〜３０．０°Ｃ、３０．０°Ｃ〜３５．０°Ｃなどである。各温度帯における総動作時間をプロセッサ１１０によって蓄積する。

典型的な実施形態においては、長期暴露因子を次に、ＩＥＤ１００および／または各構成部品１０４の信頼性モデルに適用する４０８。温度信頼性関係、または信頼性モデルを用いて、各構成部品１０４の余寿命および／または故障確率を、プロセッサ１１０によって、長期暴露因子に基づいて計算しても良い。より具体的には、プロセッサ１１０は、残存するＩＥＤ寿命の数値尺度を、長期暴露因子および信頼性モデルに基づいて決定する４１０。数値尺度の例としては以下のものがある（しかしこれらに限定されない）。ＩＥＤ１００の余寿命、ＩＥＤ１００の使用寿命、およびＩＥＤ１００の摩耗速度。一実施形態においては、ＩＥＤ１００の使用寿命は、時間単位たとえば時間、日、週、月、および／または年の数で表現しても良い。数値尺度のさらなる例には、正常摩耗に対する実際の磨耗の割合がある。一実施形態においては、ＩＥＤ１００の摩耗速度は、ＩＥＤ１００に対する許容可能な動作条件の指定範囲の外側にある動作条件に基づいている。一実施形態においては、長期暴露因子を、ＩＥＤ１００から離れた中心部のアプリケーションに送信して、中心のアプリケーションが複数のＩＥＤから受け取った長期暴露因子を１または複数の信頼性モデルに適用して、残存するＩＥＤ寿命の数値尺度を複数のＩＥＤのそれぞれに対しておよび／または各個々のＩＥＤに対して決定するようにする。

典型的な実施形態においては、プロセッサ１１０は、残存するＩＥＤ寿命の数値尺度を、予め選択した余寿命値と比較する４１２。残存するＩＥＤ寿命の数値尺度が、予め選択した余寿命値よりも小さい場合、プロセッサ１１０は信号（たとえばアラーム）を発生させる４１４。信号は、たとえば、決定されたＩＥＤ１００の余寿命、決定されたＩＥＤ１００の使用寿命、決定された摩耗速度、および／または超えられた動作条件に基づいても良い。一実施形態においては、信号は、たとえば、英数字のメッセージ、発光ダイオード（ＬＥＤ）などによってＩＥＤオペレータに与えられる視覚指示である。代替的な実施形態においては、信号は物理的なオン／オフ出力である。別の代替的な実施形態においては、信号は、ＩＥＤ１００の動作コードおよび／またはプログラミング・コード内にプロセッサ１１０によって形成された仮想点であっても良い。たとえば、このような実施形態においては、保守出力リレー、またはフェイル・セーフ・リレーを開くことによって、リレーの電源を切り、ＩＥＤオペレータに、ＩＥＤ１００が注意および／または修復を必要としていることを示しても良い。このような場合、ＩＥＤ１００は、ＩＥＤオペレータに環境条件が正常ではないことを示しながら、機能し続けても良い。また、リレーを開くことによって、ＩＥＤ１００が磨耗を加速された速度で受けていること、および／またはＩＥＤの余寿命１００が、サービスが必要となるレベルに達したことを示しても良い。典型的な実施形態においては、信号の感度および／または機能性を、ユーザ設定によって選んでも良い。

一実施形態においては、ＩＥＤ１００および／または特定の構成部品１０４が故障するとすぐに、ＩＥＤ１００に対して決定した長期暴露因子をメモリ（図示せず）内に記憶して、長期暴露因子をたとえばサービス技師が抽出しても良いようにする。あるいは、長期暴露因子を、プロセッサ１１０が、記憶用の遠隔記憶装置（図示せず）に送信しても良い。ＩＥＤ１００を、修復および／または修繕を行なうために、たとえばＩＥＤ１００および／または特定の構成部品１０４の故障の後で送った場合には、記憶した長期暴露因子を増加させてＩＥＤ１００の実際の磨耗を反映させ、修復および／または修繕によるＩＥＤ１００の改善された動作ステータスを反映しても良い。加えて、信頼性モデルを更新して、修復中に技師が収集したデータ（たとえば長期暴露データ）を反映しても良い。信頼性データに著しい変化が起きたらすぐに、ＩＥＤ１００の製造業者は、信頼性モデルを、新たに製造した装置において更新しても良い。

本明細書に記載したシステムおよび方法によって、インテリジェント電子装置（ＩＥＤ）の必要な保守の予測が、センサおよび／またはプロセッサを用いてＩＥＤがセンサから情報を収集して分析できるようにすることによって、容易になる。情報を収集して分析することによって、ＩＥＤの動作条件および暴露を、ＩＥＤの推定寿命の埋込み知識（たとえば信頼性モデル）と組み合わせて理解して、予測保守要求および／または信号を発生させることが容易になる。

本発明の態様またはその実施形態の要素を導入するとき、冠詞「ａ」「ａｎ」「ｔｈｅ」および「前記（ｓａｉｄ）」は、要素のうちの１または複数が存在していることを意味することが意図されている。用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、包含的であることが意図されており、列記された要素以外の付加的な要素が存在していても良いことを意味する。

以上、インテリジェント電子装置（ＩＥＤ）の予測保守に対するシステムおよび方法の典型的な実施形態について、詳細に説明している。システムおよび方法は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ方法のステップおよび／またはシステムの構成部品は、本明細書に記載した他のステップおよび／または構成部品から独立および別個に用いても良い。さらに、記載したステップおよび／または構成部品は、他のシステムおよび／もしくは方法において規定しても良いし、またはそれらと組み合わせて用いても良く、また本明細書に記載したシステムおよび方法のみを用いて実施することに限定されるものではない。

この書面の説明では、実施例を用いて、ベスト・モードを含む本発明を開示するとともに、どんな当業者も本発明を実施できるように、たとえば任意の装置またはシステムを作りおよび用いること、ならびに取り入れた任意の方法を実行することができるようにしている。本発明の特許可能な範囲は、請求項によって規定されるとともに、当業者に想起される他の実施例を含んでいても良い。このような他の実施例は、請求項の文字通りの言葉使いと違わない構造要素を有するか、または請求項の文字通りの言葉使いとの差が非実質的である均等な構造要素を含む場合には、請求項の範囲内であることが意図されている。

Claims (31)

1. インテリジェント電子装置（ＩＥＤ）の保守を予測するための方法であって、
   ＩＥＤ内の複数のセンサを用いて環境条件を測定することと、
   環境測定値を処理して、ＩＥＤの履歴動作条件を表わす長期暴露因子を決定することと、
   信頼性モデルを長期暴露因子に適用することと、
   ＩＥＤ寿命の数値尺度を長期暴露因子および信頼性モデルに基づいて決定することと、
   ＩＥＤ寿命の数値尺度を予め選択した境界値と比較することと、
   ＩＥＤ寿命の数値尺度が予め選択した境界値の外側にある場合に信号を送ることと、を含む方法。
2. 環境条件を測定することは、温度、ピーク電気サージ値、接地の存在、機械的衝撃、機械的振動、化学的因子、放射電磁妨害、および湿度のうちの少なくとも１つを測定することを含む請求項１に記載の方法。
3. 環境測定値を処理して長期暴露因子を決定することは、未処理測定値、未処理測定値の積分値、平均値、および未処理測定値の最大値のうちの少なくとも１つを決定することを含む請求項１に記載の方法。
4. 主要なＩＥＤ構成部品の信頼性データを用いて信頼性モデルを作成することをさらに含む請求項１に記載の方法。
5. ＩＥＤの加速寿命試験結果とＩＥＤの特定の製造元に対して得られたフィールド・データとの少なくとも一方を用いて信頼性モデルを作成することをさらに含む請求項１に記載の方法。
6. 信頼性モデルを長期暴露因子に適用することは、確定論的な信頼性モデル、確率論的な信頼性モデル、ファジー数学に基づく信頼性モデル、および人工ニューラル・ネットワークに基づく信頼性モデルのうちの１つを適用することを含む請求項１に記載の方法。
7. ＩＥＤ寿命の数値尺度を決定することは、ＩＥＤの余寿命、ＩＥＤの使用寿命、およびＩＥＤの摩耗速度のうちの少なくとも１つを決定することを含む請求項１に記載の方法。
8. ＩＥＤ寿命の数値尺度を決定することはさらに、正常摩耗に対する実際の磨耗の割合と、時間単位の数で表現したＩＥＤの使用寿命との一方を決定することを含む請求項７に記載の方法。
9. ＩＥＤの摩耗速度を決定することは、ＩＥＤに対する許容可能な動作条件の指定範囲の外側にある動作条件に基づいて摩耗速度を決定することを含む請求項７に記載の方法。
10. 信号を送ることは、ＩＥＤの余寿命、ＩＥＤの使用寿命、および摩耗速度のうちの少なくとも１つに基づいて信号を起動することを含む請求項１に記載の方法。
11. 信号を送ることは、視覚指示、物理出力、ＩＥＤの動作コード内に形成された仮想点、およびＩＥＤのユーザ・プログラマブル・コード内に形成された仮想点のうちの少なくとも１つを用いて信号を発生させること含む請求項１に記載の方法。
12. ＩＥＤの故障時に長期暴露因子が抽出可能であるように長期暴露因子を記憶することをさらに含む請求項１に記載の方法。
13. ＩＥＤの部分修復およびＩＥＤの修繕の一方時に長期暴露因子を増加させてＩＥＤの実際の磨耗を反映することをさらに含む請求項１に記載の方法。
14. 信頼性モデルをＩＥＤの動作コードに組み込むことをさらに含む請求項１に記載の方法。
15. 信頼性モデルをデータ要素として記憶することをさらに含む請求項１に記載の方法。
16. 信頼性モデルをアップ・グレードすることをさらに含む請求項１５に記載の方法。
17. 長期暴露因子を中心のアプリケーションにダウンロードして、中心のアプリケーションが、ダウンロードした長期暴露因子に基づいて複数のＩＥＤに対する保守必要性を決定することをさらに含む請求項１に記載の方法。
18. 信頼性モデルを中心のアプリケーションから遠隔に更新することをさらに含む請求項１に記載の方法。
19. 関連する複数のＩＥＤの複数の信頼性モデルを総計することをさらに含む請求項１に記載の方法。
20. 複数のインテリジェント電子装置（ＩＥＤ）に対する信頼性モデルを設定および維持するためのシステムであって、
    複数のＩＥＤから長期暴露因子を取得するように構成された取得ユニットと、
    複数のＩＥＤのうち故障したＩＥＤから故障情報を受け取るように構成された入力ユニットと、
    前記取得ユニットおよび前記入力ユニットに結合するように構成されたプロセッサであって、
    複数のＩＥＤの各ＩＥＤの信頼性を決定することと、
    暴露因子と複数のＩＥＤの各ＩＥＤの信頼性との間を関連づける信頼性モデルを導き出すことと、を行なうようにプログラムされたプロセッサと、を備えるシステム。
21. 前記取得ユニットはさらに、電子通信および手動データ入力の少なくとも一方を用いて複数のＩＥＤから長期暴露因子を取得するように構成されている請求項２０に記載のシステム。
22. 長期暴露因子は、温度、ピーク電気サージ値、接地の存在、機械的衝撃、機械的振動、化学的因子、放射電磁妨害、および湿度のうちの少なくとも１つに関係づけられる請求項２０に記載のシステム。
23. 故障情報は、ＩＥＤの故障の時間、ＩＥＤの性能低下の時間、ＩＥＤサブシステムの故障の時間、およびＩＥＤサブシステムの性能低下の時間のうちの少なくとも１つを含む請求項２０に記載のシステム。
24. 信頼性モデルは、複数のＩＥＤのうちの少なくとも１つおよび複数のＩＥＤのうちの単一のＩＥＤの故障を予測する請求項２０に記載のシステム。
25. 複数のＩＥＤはユーザ制御であり、前記プロセッサはさらに、複数のＩＥＤに基づいて信頼性モデルを導き出すようにプログラムされている請求項２０に記載のシステム。
26. 前記プロセッサはさらに、複数のＩＥＤの製造業者によって提供されるデータに基づいて信頼性モデルを導き出すようにプログラムされている請求項２０に記載のシステム。
27. 前記プロセッサはさらに、複数のユーザ制御ＩＥＤの製造業者によって提供されるデータに基づいて信頼性モデルを導き出すようにプログラムされている請求項２０に記載のシステム。
28. 環境データを取得するための複数のセンサを内部に有するインテリジェント電子装置（ＩＥＤ）の動作条件をモニタするためのシステムであって、
    複数のＩＥＤから長期暴露因子を取得するように構成された取得ユニットと、
    複数のＩＥＤのうち故障したＩＥＤから故障情報を受け取るように構成された入力ユニットと、
    前記取得ユニットおよび前記入力ユニットに結合するように構成されたプロセッサであって、
    ＩＥＤの信頼性を決定することと、
    暴露因子とＩＥＤの信頼性との間を関連づける信頼性モデルを導き出すことと、
    ＩＥＤ寿命の数値尺度を予め選択した境界値と比較することと、
    ＩＥＤ寿命の数値尺度が予め選択した境界値の外側にある場合に信号を発生させることと、を行なうようにプログラムされたプロセッサと、を備えるシステム。
29. 前記プロセッサはさらに、主要なＩＥＤ構成部品の信頼性データを用いて信頼性モデルを作成するように構成されている請求項２８に記載のシステム。
30. 前記プロセッサはさらに、ＩＥＤ寿命の数値尺度の決定を、ＩＥＤの余寿命、ＩＥＤの使用寿命、およびＩＥＤの摩耗速度のうちの少なくとも１つを決定することによって行なうようにプログラムされている請求項２９に記載のシステム。
31. 前記プロセッサはさらに、ＩＥＤの余寿命、ＩＥＤの使用寿命、および摩耗速度のうちの少なくとも１つに基づいて信号を発生させるようにプログラムされている請求項２９に記載のシステム。

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