JP2012120165A - 監視のために機械動作状態を検出する方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】監視のために機械動作状態を検出する方法およびシステムを提供する。
【解決手段】エネルギーハーベスタ１０４が関連する機械１０２、デバイス、またはプロセスの動作状態の表示として、エネルギーハーベスタ１０４の出力を使用する。このシステムは、機械１０２またはプロセス、プロセッサ１０８、および機械１０２またはプロセスに関連するエネルギーハーベストデバイス１０４のうちの少なくとも１つからなる。プロセッサ１０８は、機械１０２またはプロセスが第１の動作状態にあるか、または第２の動作状態にあるかを決定するために、機械１０２またはプロセスによって生み出されたエネルギーハーベストデバイス１０４の出力を使用するように構成される。
【選択図】図１

Description

本願は、監視のために機械動作状態を検出する方法およびシステムに関する。

多くの場合、例えば、電気モータ、発電機、内燃機関、ジェットエンジン、タービンなどの機械、それらの機械が駆動するシステム、およびプロセスは、例えば、振動、熱、雑音、電気的特性（例えば、電流、電圧、抵抗など）、環境効果、プロセスパラメータなどを含めて、パフォーマンス特性および動作特性に関して様々な監視システムによって積極的に監視される。一般に、これらの機械およびプロセスを監視する監視システムは、その機械またはプロセスに近接し、その機械またはプロセスに関連する１つもしくは複数の変換器からなる。これらの監視システムは、１つのデバイスに組み合わされることが可能であるか、または別個の構成要素内に配置されることも可能である信号処理、警告および表示のための構成要素を含むことも可能である。近年、設置を円滑にし、配線「混雑」を削減するために、これらの監視システム内に無線変換器が使用されている。現在、場合によっては、無線変換器システムは、周期的に「起動し」て、それらの無線変換器システムが関連する機械またはプロセスに関連するいくつかのパラメータに関する１つもしくは複数の示度をとる。センサが起動するとき、センサは、通常、時間ベースまたは周期ベースでこれを行い、場合によっては、センタがアクティブになると、その機械またはプロセスは実行できない。最悪の場合、機械またはプロセスが動作しない間に監視データを捕捉することは、センサの示度が予測されるものでないため、警報を鳴らす可能性があるか、または、機械またはプロセスが実行していない間にその示度がとられた場合、その示度は何の価値も有さない可能性があるため、少なくとも、そのデータに関する格納スペースを無駄にする可能性がある。

多くの場合、これらのタイプの監視システムからのデータは、オペレータが干渉せずに基本的なデータ解析を実行する自動化システムに提供される。これらの自動化システムが、データが収集されたときのその機械またはプロセスの動作状態を知る能力は、データ比較が類似の動作条件下にあることを確実にするために非常に有用な場合がある。データが収集されたときのその機械またはプロセスの動作状態を知らないことは、データの閲覧者が、そのデータが収集されたときのその機械またはプロセスの動作状態を（多くの場合）知る術を持たないため、データ解析の際に混乱をもたらす可能性もある。

この問題に対処するためのこれまでの試みは、キーフェーザ（ｋｅｙｐｈａｓｏｒ）、または機械のロータ速度のその他の直接測定を利用することを含む。これは機械がいつ動作状態にあるかを画定するための十分頑強かつよく理解された解決策であるものの、この解決策は、かなりの設置努力、ならびに追加の変換器の費用、およびその変換器に電力を供給するために必要な配線を必要とするため、非常に費用がかかる。加えて、モータに関連する振動内またはその他の信号内に存在する署名を認識することによって、機械の動作モードを識別するために若干の努力も行われている。これらの方法は場合によっては機能するが、誤検出の可能性が存在し、円滑に動作している機械には振動信号が存在しない場合もある。

したがって、そのいくつかが上で説明された当技術分野の課題を克服するシステムおよび方法が所望される。特に、機械状態またはプロセス状態の信頼できる表示を提供することは、上述の課題に対処する際に有益であろう。

米国特許出願公開第２０１０／００６３７７７号公報

本明細書で説明される発明の実施形態は、エネルギーハーベスタ（ｅｎｅｒｇｙ ｈａｒｖｅｓｔｅｒ）が関連する機械、デバイス、またはプロセスの動作状態の表示として、そのエネルギーハーベスタの出力を使用し、その動作状態は、その機械の速度、またはその機械が停止しているか、運転しているか、順方向に運転しているか、逆方向に運転しているかなどを表示できる。

一態様では、システムが説明される。このシステムは、機械またはプロセス、プロセッサ、およびその機械またはプロセスから出力を生み出す、その機械またはそのプロセスに関連するエネルギーハーベストデバイスのうちの少なくとも１つからなる。このプロセッサは、機械またはプロセスの動作状態を決定するために、その機械またはプロセスによって生み出されたエネルギーハーベストデバイスの出力を使用するように構成される。

もう１つの態様では、機械、プロセッサ、機械監視システム、およびその機械から出力を生み出す、その機械に関連するエネルギーハーベストデバイスからなるシステムが説明される。機械の動作状態を決定するために、プロセッサによって、そのエネルギーハーベストデバイスの出力が使用される。機械監視システムの１つまたは複数の出力は、エネルギーハーベストデバイスの出力によって決定された、機械の決定された動作状態と相関される。

さらに別の態様では、方法が説明される。この方法は、機械またはプロセスのうちの少なくとも１つに関連するエネルギーハーベストデバイスから出力を受信することを含む。この出力は、機械またはプロセスによって生み出され、その機械の動作状態を決定するために使用される。この方法は、その機械に関連する機械監視システムから１つまたは複数の出力を受信することと、プロセッサによって、その機械監視システムの１つまたは複数の出力をエネルギーハーベストデバイスの出力によって決定された、その機械の決定された動作状態と相関させることとをさらに含む。

追加の利点は、続く説明に一部記載されることになるか、または実行によって学習可能である。これらの利点は、特に添付の特許請求の範囲に指摘される要素および組合せによって実現され、達成されることになる。前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は両方とも、単なる例示および説明であり、特許請求されるように、限定的ではない点を理解されたい。

本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、実施形態を例示し、説明と共に、これらの方法およびシステムの原理を説明するのに役立つ。

本発明によるシステムの一実施形態のブロック図である。 本発明の一実施形態を実行する方法を例示する流れ図である。 開示される方法を実行するための１つの例示的な動作環境を示すブロック図である。 本発明の一態様による、機械に関するエネルギーハーベストデバイスを選択するために使用できる選択基準を示す例示的なグラフである。 本発明の一態様による、機械に関するエネルギーハーベストデバイスを選択するために使用できる選択基準を示す例示的なグラフである。 本発明の一態様による、機械に関するエネルギーハーベストデバイスを選択するために使用できる選択基準を示す例示的なグラフである。

これらの方法およびシステムが開示および説明される前に、これらの方法およびこれらのシステムは、特定の合成法、特定の構成要素、または特定の構成に限定されない点を理解されたい。本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態を説明するためだけであり、限定することが意図されない点も理解されたい。

本明細書および添付の特許請求の範囲において使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈上明示的にその他の指示がない限り、複数形の参照対象を含む。本明細書において、範囲は、「およそ」のある特定値から、および／または「およそ」の別の特定値までとして表現される場合がある。そのような範囲が表現されるとき、別の実施形態は、ある特定の値からおよび／または他の特定の値までを含む。同様に、値が概算として表現されるとき、先立って「およそ」を使用することによって、その特定の値は別の実施形態を形成することを理解されよう。範囲のそれぞれの終点は、その他の終点に対して、およびその他の終点と独立しての両方の点で、重要である点をさらに理解されよう。さらに、本明細書において範囲の例が提供されるとき、特に具体的にその他の指定がない限り、所与の範囲は、それらの範囲間のすべての部分範囲も含む点を理解されたい。

「オプションの」または「オプションで」は、その後に説明される事象もしくは状況が発生してもよく、または発生しなくてもよいこと、その説明が前記事象もしくは前記状況が発生する事例と、発生しない事例とを含むことを意味する。

本明細書の説明および特許請求の範囲を通して、「備える」という用語、ならびに「備えている」および「備える」など、その用語の変形は、「を含むが、それらに限定されない」ことを意味し、例えば、その他の追加物、構成要素、整数、またはステップを排除することが意図されない。「例示的な」は、「の例」を意味し、好ましい実施形態または理想的な実施形態の表示を伝えることが意図されない。「など」は、限定的な意味ではなく、例示的な目的で使用される。

開示されるのは、開示される方法およびシステムを実行するために使用できる構成要素である。これらの構成要素およびその他の構成要素が本明細書で説明され、これらの構成要素の組合せ、サブセット、相互作用、グループなどが開示されるとき、これらのそれぞれの様々な個々の組合せおよび置換ならびに集合的な組合せおよび置換の特定の基準が明示的に開示されない可能性があるが、それぞれは、すべての方法およびシステムに関して本明細書で具体的に企図され説明される点を理解されたい。これは、開示される方法のステップを含むが、これらに限定されない、本出願のすべての態様に適用される。したがって、実行できる様々な追加のステップが存在する場合、これらの追加のステップは、開示される方法の任意の特定の実施形態または実施形態の組合せを用いて実行可能である点を理解されよう。

これらの方法およびシステムは、以下の好ましい実施形態の詳細な説明およびその中に含まれる実施例と、図面ならびにそのこれまでの説明および以下の説明とを参照することによって容易に理解されよう。

本明細書で説明される場合、本発明の実施形態は、エネルギーハーベスタが関連する機械、デバイス、またはプロセスの動作状態の表示として、そのエネルギーハーベスタの出力を使用することを含む。エネルギーハーベスタは、電気モータなどの回転装置上のセンサに電力を供給するために使用されているが、これらのセンサ（および、その関連する監視システム）は、通常、センサが測定を行うとき、機械またはプロセスの動作状態の表示を有さない。したがって、説明される実施形態の技術効果は、監視システムに対して測定が行われるとき、機械またはプロセスの動作状態を提供することである。

いくつかの電力ハーベスト技術は、関連する機械またはプロセスの動作に直接的に依存する。例えば、電力ハーベストは、内蔵型冷却ファンからのエアフロー、プロセス流体のフロー、シャフトの回転、電流フロー、温度差、振動活動などに基づいて、電気モータ上で実行可能である。圧電デバイス、焦電デバイスおよび熱電デバイス、小型風力タービン、静電気デバイス、運動デバイス、振動デバイスなどを含めて、本発明の様々な実施形態において使用できる電力ハーベスト技術が当業者に知られている。

すべてではないが、大部分のエネルギーハーベスト方法は、本質的に、それらの機械が動作している時間の間にそれらの方法が関連する機械からエネルギーを収穫する。例えば、振動エネルギーハーベスタは、振動内に存在する機械的エネルギーを電気エネルギーに変換することによってシステムに電力を供給する。利用される振動は、機械内の（１つまたは複数の）シャフトの回転によって発生する（したがって、その機械は運動動作状態にある）。使用されるエネルギーハーベスト方法論のこの態様は、ハーベストシステムがエネルギーを生み出しているときもしくは電力を提供しているとき、または画定されたしきい値以上の電力を提供している（すなわち、出力を提供している）ときはいつでも、その機械は運動動作状態にあることを意味する。エネルギーハーベスタの出力に関する情報は、そのデータが運動している機械に関してとられているか否かを表示するために、無線監視ネットワークなど、ネットワーク内のその他のデータおよび情報と共に伝えることができる。ハーベストデバイスから生み出されたエネルギー、例えば、電流フロー（または、電圧レベル）がいつしきい値を上回るかを検出するために、単純な電力検出回路または電力検出要素を使用することができ、次いで、スイッチまたはデジタルレジスタの状態を変更するために、そのしきい値を使用することが可能である。そのスイッチ状態またはデジタルレジスタは、次いで、機械の動作状態を表示するために、その他のシステム（例えば、監視システム）によって使用される。

図１は、本発明によるシステムの一実施形態のブロック図である。この例示的なシステムは、機械１０２からなる。例えば、機械１０２は、電気モータ、発電機、内燃機関、ジェットエンジン、タービンなどであってよい。一態様では、機械１０２は、例えば、製造プロセスなどのプロセスにおいて使用可能である。システムの実施形態は、機械１０２に関連するエネルギーハーベストデバイス１０４をさらに備える。エネルギーハーベストデバイス１０４は、例えば、当業者に知られているように、圧電デバイス、焦電デバイス、熱電デバイス、小型風力タービン、静電気デバイス、運動デバイス、振動デバイスなどであってよい。一態様では、エネルギーハーベストデバイス１０４は、機械１０２に取り付けられる。もう１つの態様では、エネルギーハーベストデバイス１０４は、機械１０２に近接する。一態様では、エネルギーハーベストデバイス１０４は、機械１０２を含むプロセスに関連する場合がある。例えば、エネルギーハーベストデバイス１０４は、熱エネルギーハーベストデバイスであってよく、機械１０２によって過熱または混合された液体に関連する場合がある。エネルギーハーベストデバイス１０４は、エネルギーハーベストデバイス１０４が機械１０２またはプロセスの動作状態に従って出力を提供するように選択される。例えば、機械１０２が電気モータであった場合、エネルギーハーベストデバイス１０４は、電気モータのロータによって発生する振動からエネルギーを生み出す振動エネルギーハーベストデバイスであってよく、もしくは、エネルギーハーベストデバイス１０４は、換気扇におけるように、モータの冷却用空気フローまたはプロセス流体の運動からエネルギーを生み出す小型風力タービンであってよく、または、エネルギーハーベストデバイス１０４は、モータによって引き起こされる磁場もしくはそのモータに対する電力供給内の電流からエネルギーを生み出す静電気デバイスであってもよい。エネルギーハーベストデバイス１０４によって生み出された出力または出力信号は、例えば、電圧圧力、電流出力、振幅、周波数、またはエネルギーハーベストデバイス１０４によって生み出された任意のエネルギーもしくはエネルギーハーベストデバイス１０４によって出力された電力、あるいはその任意の測定値であってよい。一態様では、その出力が所定のしきい値を超える場合、これは、関連する機械１０２が特定の動作状態（すなわち、運転状態、一定の速度以上での運転状態、順方向での運転状態、逆方向での運転状態など）にあることを表示できる。同様に、その出力が所定のしきい値未満である場合、これも関連する機械１０２の動作状態（すなわち、非運転状態、一定の速度未満での運転状態など）を表示することができる。例えば、一例では、ハーベストデバイスから生み出されたエネルギー（例えば、電流フロー、電圧レベルなど）がいつしきい値を超えるかを検出するために、当業者に知られているような電力検出回路または電力検出要素を使用することが可能であり、次いで、スイッチまたはデジタルレジスタの状態を変更するために、そのしきい値を使用することが可能である。あるいは、機械１０２の動作状態を信号で知らせるために、機械１０２が動作状態にあるときに低下した値を使用することが可能である。さらに、動作状態の決定は、出力の内容ならびにしきい値に基づいてよい。例えば、動作状態は、出力内のある周波数の存在（または、不在）に基づいてよい。

図１に示されるシステムの実施形態は、監視システム１０６をさらに備える。監視システム１０６は、例えば、状態監視システム、振動監視システム、熱監視システム、雑音監視システム、電気パラメータ監視システム、パフォーマンス監視システム、環境監視システムなどであってよい。さらに、監視システム１０６は、フロー、温度、蒸気品質、プロセス自体の湿度など、プロセス測定に関する場合がある。そのようなシステムは、例えば、特に、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙ（ニューヨーク州、スケネクタディ）、およびＴｈｅ Ｔｉｍｋｅｎ Ｃｏｍｐａｎｙ（オハイオ州、カントン）から利用可能である。監視システム１０６を備える変換器およびセンサは、機械１０２またはプロセスの様々な状態に関する１つもしくは複数の出力を提供する。場合によっては、そのようなシステム１０６の変換器またはセンサは、関連する機械１０２またはプロセスを常に監視しない。場合によっては、これらの監視システムは、起動して、機械またはプロセスを時間ベースもしくは周期ベースで監視する。例えば、これらの変換器は、５分おき、１５分おき、１時間おきなどに示度をとるようプログラム可能である。他の事例では、これらの変換器は、起動して、午前８時、午前８時半、午前９時などに示度をとるように構成可能である。一般に、そのような示度は、ネットワーク１１０を介してプロセッサ１０８に提供される。様々な事例では、ネットワーク１１０は、有線であってよく、無線であってよく、または有線と無線の組合せであってもよい。一態様では、プロセッサ１０８は、本明細書においてより詳細に説明されるように、コンピュータの一部である。同様に、エネルギーハーベストデバイス１０４は、ネットワーク１１０を介して、その出力信号をプロセッサ１０８に提供できる。場合によっては、システム１０６を備える変換器およびセンサがその示度をとるとき、監視システム１０６は、機械１０２またはプロセスの動作状態の表示を有さない。したがって、一態様では、監視システム１０６の１つまたは複数の出力は、プロセッサ１０８によって、エネルギーハーベストデバイス１０４の出力によって決定された機械１０２またはプロセスの動作状態と相関され得る。一態様では、プロセッサ１０８が、監視システム１０６の１つもしくは複数の出力を、エネルギーハーベストデバイス１０４の出力によって決定された機械１０２またはプロセスの動作状態と相関させることは、プロセッサ１０８が、監視システム１０６の１つもしくは複数の出力が、エネルギーハーベストデバイス１０４の出力によって決定された機械１０２またはプロセスが転動作状態にあった期間中に生み出されたかあるいは機械１０２またはプロセスが非運転動作状態にあった期間中に生み出されたか決定することを含む。決定できる動作状態の例は、停止状態、運転状態、一定速度以上での運転状態、順方向での運転状態、逆方向での運転状態などを含む。

図２は、本発明の一実施形態を実行する方法を例示する流れ図である。ステップ２０２において、機械またはプロセスと関連するエネルギーハーベストデバイスから出力が受信される。エネルギーハーベストデバイスの出力は、関連する機械またはプロセスによって生み出される。例えば、電力ハーベストデバイスは、内蔵型冷却ファンからのエアフロー、プロセス流体のフロー、シャフトの回転、電流フロー、温度差、振動活動などに基づく電気モータから出力を生み出すことができる。ステップ２０４において、機械またはプロセスの動作状態を決定するために、エネルギーハーベストデバイスからの出力を使用することが可能である。例えば、出力の値がしきい値未満である場合、機械は、停止状態または低速状態にある可能性がある。出力の値がしきい値以上である場合、機械またはプロセスは、運転状態または全速状態にある可能性がある。あるいは、出力の値がしきい値未満である場合、機械またはプロセスは、運転動作状態にある可能性があり、出力の値がしきい値以上である場合、機械またはプロセスは、動作停止状態にある可能性がある。ステップ２０６において、機械に関連する機械監視システムの１つまたは複数の出力は、エネルギーハーベストデバイスの出力によって決定された機械またはプロセスの動作状態と相関される。したがって、監視システムからの１つまたは複数の出力が生み出されたとき、機械またはプロセスの動作状態を決定することが可能である。

上述のシステムは、ユニット（例えば、監視システム１０６、ネットワーク１１０など）からなるとして上で説明されている。当業者は、これは機能的な説明であり、ソフトウェア、ハードウェア、またはソフトウェアとハードウェアの組合せがそれぞれの機能を実行できる点を理解されよう。監視システム１０６およびネットワーク１１０などのユニットは、ソフトウェアであってよく、ハードウェアであってよく、またはソフトウェアとハードウェアの組合せであってもよい。これらのユニットは、図３に例示され、下で説明されるような相関ソフトウェア３０６を含むことが可能である。１つの例示的な態様では、これらのユニットは、図３で例示され、下で説明されるようなコンピュータ３０１を含むことが可能である。

図３は、開示される方法を実行するための１つの例示的な動作環境を示すブロック図である。この例示的な動作環境は、動作環境の単なる一例であり、動作環境アーキテクチャの使用または機能性の範囲に関する何らの限定を示唆することが意図されない。また、例示的な動作環境において示される構成要素のうちのいずれか１つもしくはそれらの組合せに関して何らの依存状態または要件を有するとして、この動作環境を解釈すべきではない。

これらの方法およびシステムは、様々なその他の汎用コンピューティングシステム環境もしくは汎用コンピューティングシステム構成または専用コンピューティングシステム環境もしくは専用コンピューティングシステム構成と共に動作可能であり得る。これらのシステムおよび方法と共に使用するのに適している可能性がある、よく知られているコンピューティングシステム、コンピューティング環境、および／またはコンピューティング構成の例は、パーソナルコンピュータ、サーバコンピュータ、ラップトップデバイス、およびマルチプロセッサシステムを含むが、これらに限定されない。追加の例は、機械監視システム、プログラマブル家電電子機器、ネットワークＰＣ、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、スマートメータ、スマートグリッド構成要素、上述のシステムまたはデバイスのいずれかを備えた、分散型コンピューティング環境などを含む。

開示される方法およびシステムの処理は、ソフトウェア構成要素によって実行可能である。開示されるシステムおよび方法は、１つもしくは複数のコンピュータまたはその他のデバイスによって実行されている、プログラムモジュールなどのコンピュータ実行可能命令の一般的な状況で説明される場合がある。一般に、プログラムモジュールは、特定のタスクを実行するか、または特定の抽象データ型を実装するコンピュータコード、ルーチン、プログラム、オブジェクト、構成要素、データ構造などを含む。開示される方法は、タスクが通信ネットワークを介してリンクされた遠隔処理デバイスによって実行される、グリッドベースの分散型コンピューティング環境内で実行することも可能である。分散コンピューティング環境では、プログラムモジュールは、メモリ記憶装置を含めて、局所コンピュータ記憶媒体と遠隔コンピュータ記憶媒体の両方の中に配置可能である。

さらに、当業者は、本明細書で開示されるシステムおよび方法は、コンピュータ３０１の形で汎用コンピューティングデバイスを経由して実装できる点を理解されよう。コンピュータ３０１の構成要素は、１つもしくは複数のプロセッサまたは処理ユニット３０３と、システムメモリ３１２と、プロセッサ３０３を含む様々なシステム構成要素をシステムメモリ３１２に結合するシステムバス３１３とを含むことが可能であるが、これらに限定されない。複数の処理ユニット３０３の場合、システムは並列コンピューティングを利用することが可能である。

システムバス３１３は、メモリバスもしくはメモリコントローラ、周辺機器用バス、アクセラレーテッドグラフィックスポート（ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ ｇｒａｐｈｉｃｓ ｐｏｒｔ）、および様々なバスアーキテクチャのうちのいずれかを使用するプロセッサまたはローカルバスを含めて、いくつかの可能なタイプのバス構造のうちの１つもしくは複数を表す。例として、そのようなアーキテクチャは、ＩＳＡ（業界標準アーキテクチャ）バス、ＭＣＡ（マイクロチャネルアーキテクチャ）バス、ＥＩＳＡ（拡張ＩＳＡ）バス、ＶＥＳＡ（ビデオエレクトロニクススタンダーズアソシエーション）ローカルバス、ＡＧＰ（アクセラレーテッドグラフィックスポート）バス、およびＰＣＩ（周辺構成要素相互接続）バス、ＰＣＩ−エクスプレスバス、ＰＣＭＣＩＡ（パーソナルコンピュータメモリカードインダストリアソシエーション）バス、ＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）などを含むことが可能である。バス３１３、およびこの説明で指定されたすべてのバスは、有線ネットワーク接続または無線ネットワーク接続を介して実装することも可能であり、プロセッサ３０３、大容量記憶装置３０４、オペレーティングシステム３０５、相関ソフトウェア３０６、監視データ３０７、ネットワークアダプタ３０８、システムメモリ３１２、入出力インターフェース３１０、ディスプレイアダプタ３０９、ディスプレイデバイス３１１、およびヒューマンマシンインターフェース３０２を含むサブシステムのそれぞれを、完全分散型システムまたは分散型アーキテクチャを実装するという趣旨で、この形式のバスを介して接続された、１つもしくは複数の遠隔コンピューティングデバイスまたはクライアント３１４ａ、ｂ、ｃ内に、物理的に別個の位置に含むことが可能である。

コンピュータ３０１は、通常、様々なコンピュータ可読媒体を備える。例示的な可読媒体は、一時的でない、コンピュータ３０１によってアクセス可能な任意の利用可能な媒体であってよく、例えば、揮発性媒体および不揮発性媒体の両方、取外し可能媒体および取外し不可能媒体の両方を含むが、これらに限定することが意図されない。システムメモリ３１２は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの揮発性メモリ、および／または読出し専用メモリ（ＲＯＭ）などの不揮発性メモリの形のコンピュータ可読媒体を含む。システムメモリ３１２は、処理ユニット３０３に速やかにアクセス可能であり、かつ／もしくは処理ユニット３０３によって現在操作されている、監視データ３０７などのデータならびに／またオペレーティングシステム３０５および機器更新ソフトウェア（ａｐｐｌｉａｎｃｅ ｕｐｄａｔｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ）などのプログラムモジュールを含む。

もう１つの態様では、コンピュータ３０１は、その他の一時的でない、取外し可能な／取外し不可能な、揮発性の／不揮発性のコンピュータ記憶媒体を含むことも可能である。例として、図３は、コンピュータコード、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、およびコンピュータ３０１に関するその他のデータの不揮発性記憶装置を提供できる大容量記憶装置３０４を例示する。例えば、これらに限定することを意味せずに、大容量記憶装置３０４は、ハードディスク、取外し可能磁気ディスク、取外し可能光ディスク、磁気カセットまたはその他の磁気記憶装置、フラッシュメモリカード、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）またはその他の光記憶装置、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的に消去可能なプログラマブル読取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）などであってよい。

オプションで、例として、オペレーティングシステム３０５および機器更新ソフトウェア３０６を含む任意の数のプログラムモジュールを大容量記憶装置３０４上に格納することが可能である。オペレーティングシステム３０５および相関ソフトウェア３０６のそれぞれ（または、それらのいくつかの組合せ）は、プログラミングおよび相関ソフトウェア１００６の要素を含むことが可能である。監視データ３０７を大容量記憶装置３０４上に格納することも可能である。監視データ３０７を当技術分野で知られている１つまたは複数のデータベースのうちのいずれかの中に格納することも可能である。そのようなデータベースの例は、ＤＢ２（登録商標）、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）Ａｃｃｅｓｓ、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ、Ｏｒａｃｌｅ（登録商標）、ｍｙＳＱＬ、ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬなどを含む。これらのデータベースは、集中型であってよく、または複数のシステムを通した分散型であってもよい。

もう１つの態様では、ユーザは、入力デバイス（図示せず）を経由してコマンドおよび情報をコンピュータ内に入力できる。そのような入力デバイスの例は、キーボード、ポインティングデバイス（例えば、「マウス」）、マイクロフォン、ジョイスティック、スキャナ、グローブおよびその他の身体被覆物などの触覚入力デバイスなどを含むが、これらに限定されない。これらの入力デバイスおよびその他の入力デバイスは、システムバス３１３に結合されたヒューマンマシンインターフェース３０２を経由して処理ユニット３０３に接続可能であるが、パラレルポート、ゲームポート、（Ｆｉｒｅｗｉｒｅポートとしても知られている）ＩＥＥＥ１３９４ポート、シリアルポート、またはユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）など、その他のインターフェースおよびバス構造によって接続することも可能である。

さらに別の態様では、ディスプレイアダプタ３０９などのインターフェースを経由して、ディスプレイデバイス３１１をシステムバス３１３に接続することも可能である。コンピュータ３０１は、２つ以上のディスプレイアダプタ３０９を有することが可能であり、コンピュータ３０１は、２つ以上のディスプレイデバイス３１１を有することが可能であることが企図される。例えば、ディスプレイデバイスは、モニタ、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、またはプロジェクタであってよい。ディスプレイデバイス３１１に加えて、その他の出力周辺デバイスは、入出力インターフェース３１０を経由してコンピュータ３０１に接続可能なスピーカ（図示せず）およびプリンタ（図示せず）などの構成要素を含むことが可能である。入出力インターフェース３１０を介して、またはその他の手段によってコンピュータ３０１に接続可能な構成要素は、例えば、振動センサ、熱センサなど、センサまたは変換器３１６をさらに含む。これらの方法の任意のステップおよび／または結果は、任意の形で出力デバイスに出力可能である。そのような出力は、テキスト、グラフィック、動画、音声、触覚などを含むが、これらに限定されない、任意の形の視覚表示であってよい。

コンピュータ３０１は、１つまたは複数の遠隔コンピューティングデバイスまたはクライアント３１４ａ、ｂ、ｃに対する論理接続を使用してネットワーク接続された環境内で動作可能である。例として、遠隔コンピューティングデバイス３１４は、パーソナルコンピュータ、ポータブルコンピュータ、サーバ、ルータ、ネットワークコンピュータ、スマートメータ、ベンダーまたは製造会社のコンピューティングデバイス、スマートグリッド構成要素、ピアデバイス、またはその他の一般的なネットワークノードなどであってよい。ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）および一般的な広域ネットワーク（ＷＡＮ）を経由して、コンピュータ３０１と遠隔コンピューティングデバイスまたはクライアント３１４ａ、ｂ、ｃとの間の論理接続を行うことが可能である。そのようなネットワーク接続は、ネットワークアダプタ３０８を介してよい。ネットワークアダプタ３０８は、有線環境および無線環境の両方で実装可能である。そのようなネットワーキング環境は、事務所、企業全体のコンピュータネットワーク、イントラネット、およびインターネットなどのその他のネットワーク３１５において常用であり、一般的である。

例示のために、本明細書において、アプリケーションプログラム、およびオペレーティングシステム３０５など、その他の実行可能プログラム構成要素はディスクリートブロックとして例示されるが、そのようなプログラムおよび構成要素は、コンピューティングデバイス３０１の異なる記憶構成要素内に様々な時点で常駐し、コンピュータの（１つまたは複数の）データプロセッサによって実行される点を認識されよう。相関ソフトウェア３０６の実装は、何らかの形のコンピュータ可読媒体上に格納可能であり、または何らかの形のコンピュータ可読媒体の全域で送信可能である。開示された方法のうちのいずれかは、コンピュータ可読媒体上で実施されたコンピュータ可読命令によって実行可能である。コンピュータ可読媒体は、コンピュータによってアクセス可能な任意の利用可能な媒体であってよい。限定であることを意味せず、例として、コンピュータ可読媒体は、「コンピュータ記憶媒体」および「通信媒体」を含むことが可能である。「コンピュータ記憶媒体」は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、またはその他のデータなどの情報を格納するために、任意の方法または技術で実装された、揮発性および不揮発性の、取外し可能および取外し不可能な媒体を含む。例示的なコンピュータ記憶媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリもしくはその他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）もしくはその他の光記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置もしくはその他の磁気記憶装置、または所望される情報を格納するために使用可能であり、コンピュータによってアクセス可能な、任意のその他の媒体を含むが、これらに限定されない。

これらの方法およびシステムは、機械学習および反復学習など、人口知能技術を用いることが可能である。そのような技術の例は、エキスパートシステム、事例ベース推論、ベイジアンネットワーク、行動ベースＡＩ、ニューラルネットワーク、ファジーシステム、進化的計算（例えば、遺伝的アルゴリズム）、群知能（例えば、アントアルゴリズム（ａｎｔ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ）、およびハイブリッドインテリジェントシステム（例えば、ニューラルネットワークを介して生成されたエキスパート推論規則または統計学習からの生成規則）を含むが、これらに限定されない。

以下の例は、本明細書で特許請求されるシステム、物品、デバイスおよび／または方法がどのように行われ、評価されるかを当業者に完全に開示し、説明するために記載され、単に例示的であり、これらの方法およびシステムの範囲を限定することが意図されない。数に関する正確さを確保するための努力が行われているが、若干の誤差および偏差が明らかにされるべきである。

図４、５、および６は、本発明の一態様による機械またはプロセスに関するエネルギーハーベストデバイスを選択するために使用可能な選択基準を示す例示的なグラフである。

図４は、関連する機械またはプロセスの動作状態を決定するために、振動タイプのエネルギーハーベストデバイスを使用できるかどうかを決定するための例示的なグラフを示す。図４に示される上側グラフは、関連する機械またはプロセスの動作状態を示す。示されるように、この機械またはプロセスは、時間ｔまで「オフ」動作状態にある。時間ｔの後、その機械またはプロセスは「オン」動作状態にある。この機械またはプロセスが「オフ」動作状態にある間、図４の下側グラフに示されるように、一定量の振動ａが記録される。その機械またはプロセスが「オフ」動作状態にある間の振動は、例えば、監視されている機械またはプロセスに近接するその他の機械動作からの周囲振動によって引き起こされる可能性がある。時間ｔの後で（すなわち、その機械またはプロセスが「オン」動作状態になった後で）、振動はレベルｂに増大する。したがって、この場合、その機械またはプロセスが動作状態にあるか非動作状態にあるかを決定するために、振動タイプエネルギーハーベストデバイスを使用することが可能である。エネルギーハーベストデバイスに関するしきい値は、振動レベルｂで、またはａとｂの間のレベルでデバイスによって生み出されることになる信号レベル（すなわち、生み出されるエネルギー）に設定することができる。

図５は、関連する機械またはプロセスの動作状態を決定するために、振動タイプのエネルギーハーベストデバイスを使用できるかどうかを決定するための例示的なグラフのもう１つの例である。図５に示される上側グラフは、関連する機械またはプロセスの動作状態を示す。示されるように、その機械またはプロセスは、時間ｔまで「オフ」動作状態にある。時間ｔの後で、その機械またはプロセスは「オン」動作状態にある。図５の下側グラフに示されるように、その機械またはプロセスが「オフ」動作状態にある間、一定量の振動ａが記録される。その機械またはプロセスが「オフ」動作状態にある間の振動は、例えば、監視されている機械またはプロセスに近接するその他の機械動作からの周囲振動によって引き起こされる可能性がある。時間ｔの後で（すなわち、その機械またはプロセスが「オン」動作状態になった後で）、振動は時間ｔの前と同じ状態にとどまる。これは、機械もしくはプロセスが非常に円滑に動作していることによって、または機械もしくはプロセスが周囲振動と位相を異にする振動を有し、それによって、全振動への抑制効果を有することによって、引き起こされる可能性がある。したがって、この場合、その機械またはプロセスが「オン」動作状態にあるかまたは「オフ」動作状態にあるかを決定するために、振動タイプのエネルギーハーベストデバイスを使用すべきではない。

図６は、関連する機械またはプロセスの動作状態を決定するために、振動タイプのエネルギーハーベストデバイスを使用できるかどうかを決定するための例示的なグラフのさらにもう１つの例である。図６に示される上側グラフは、関連する機械またはプロセスの動作状態を示す。示されるように、その機械またはプロセスは、時間ｔまで「オフ」動作状態にある。時間ｔの後で、その機械またはプロセスは「オン」動作状態にある。図６の下側グラフに示されるように、その機械またはプロセスが「オフ」動作状態にある間、一定量の振動ａが記録される。その機械が「オフ」動作状態にある間の振動は、例えば、監視されている機械またはプロセスに近接するその他の機械またはプロセスの動作からの周囲振動によって引き起こされる可能性がある。時間ｔの後で（すなわち、その機械またはプロセスが「オン」動作状態になった後で）、振動は、レベルａからレベルｂに減少する。これは、例えば、その機械またはプロセスが周囲振動と位相を異にする振動を有し、それによって、全振動への抑制効果を有することによって、引き起こされる可能性がある。したがって、この場合、その機械またはプロセスが「オン」動作状態にあるか、または「オフ」動作状態にあるかを決定するために、振動タイプのエネルギーハーベストデバイスを使用することが可能である。すなわち、エネルギーハーベストデバイスに関するしきい値は、全振動が振動レベルｂまで、またはａとｂとの間のレベルまで減少したとき、デバイスによって生み出されることになる信号レベルに設定可能である。

上で説明されたように、かつ当業者が理解することになるように、本発明の実施形態は、システム、方法、またはコンピュータプログラム製品として構成可能である。したがって、本発明の実施形態は、完全にハードウェアで、完全にソフトウェアで、またはソフトウェアとハードウェアの任意の組合せで、を含めて、様々な手段からなり得る。さらに、本発明の実施形態は、記憶媒体内で実施されたコンピュータ可読プログラム命令（例えば、コンピュータソフトウェア）を有するコンピュータ可読記憶媒体上のコンピュータプログラム製品の形をとってよい。ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、光記憶装置、または磁気記憶装置を含めて、任意の適切な一時的でないコンピュータ可読記憶媒体を利用することが可能である。

本発明の実施形態は、方法、装置（すなわち、システム）、およびコンピュータプログラム製品のブロック図および流れ図を参照して上で説明されている。ブロック図および流れ図のそれぞれのブロック、ならびにブロック図内および流れ図内のブロックの組合せは、それぞれ、コンピュータプログラム命令を含む様々な手段によって実装可能である点を理解されよう。これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ上またはその他のプログラマブルデータ処理装置上で実行する命令が、１つもしくは複数の流れ図ブロック内で指定された機能を実装する手段を生み出すように機械を作成するために、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または、図３を参照して上で議論された１つもしくは複数のプロセッサ３０３など、その他のプログラマブルデータ処理装置の上にロード可能である。

これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ可読メモリ製品内に格納された命令が、１つもしくは複数の流れ図ブロック内で指定された機能を実装するためのコンピュータ可読命令を含む製品を作成できるように特定の形で機能するように、コンピュータまたはその他のプログラマブルデータ処理装置（例えば、図３の１つもしくは複数のプロセッサ３０３）に命令できる、一時的でないコンピュータ可読メモリ内に格納することも可能である。コンピュータプログラム命令は、コンピュータ上またはその他のプログラマブル装置上で実行する命令が、１つもしくは複数の流れ図ブロック内で指定された機能を実装するためのステップを提供するようにコンピュータ実装プロセスを作成するために、一連の動作ステップをコンピュータ上またはその他のプログラマブル装置上で実行させるために、コンピュータ上またはその他のプログラマグルデータ処理装置上にロードすることも可能である。

したがって、ブロック図および流れ図のブロックは、指定された機能を実行するための手段の組合せ、それらの指定された機能を実行するためのステップの組合せ、およびそれらの指定された機能を実行するためのプログラム命令手段をサポートする。ブロック図および流れ図のそれぞれのブロック、ならびに、ブロック図内および流れ図内のブロックの組合せは、それらの指定された機能もしくステップを実行する専用ハードウェアベースのコンピュータシステム、または専用ハードウェアおよびコンピュータ命令の組合せによって実装可能である点も理解されよう。

特に明示的にその他の指定がない限り、本明細書に記載されたいずれの方法も、そのステップが特定の順序で実行されることを必要とすると解釈することは決して意図されない。したがって、方法クレームがそのステップが従うべき順序を実際に列挙しないとき、または特許請求の範囲または説明において、特定の順序に限定すべきであるという指定がないとき、いかなる点でも順序を推論することは決して意図されない。これは、ステップまたは動作フローの構成に関する論理事項、文法構成または句読点から派生する単純解釈、明細書で説明される数またはタイプの実施形態を含めて、いかなる可能な暗示ベースの解釈に関しても適用される。

この明細書を通じて、様々な公告が参照される場合がある。これらの公告の開示は、これらの方法およびシステムが関係する最新技術をより十分に説明するために、その全体が、参照により、本明細書に組み込まれている。

本明細書に記載された発明の多くの修正形態およびその他の実施形態は、前述の説明および関連する図面において提示される教示の利点を有する、本発明のこれらの実施形態に関係する当業者に思い浮かぶであろう。したがって、本発明のこれらの実施形態は、開示された特定の実施形態に限定されるべきではなく、修正形態およびその他の実施形態が添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図される点を理解されたい。さらに、前述の説明および関連する図面は、要素および／または機能のある例示的な組合せの関連で例示的な実施形態を説明するが、添付の特許請求の範囲から逸脱せずに、代替の実施形態によって、要素および／または機能の異なる組合せを実現できることを理解されたい。この点で、例えば、添付の特許請求の範囲のうちのいくつかにおいて記載される場合があるように、上で明示的に説明された要素および／または機能の組合せとは異なる要素および／または機能の組合せも企図される。本明細書において特定の用語が用いられているが、これらの特定の用語は、限定のためではなく、一般的かつ記述的な意味でのみ使用される。

１０２ 機械
１０４ エネルギーハーベストデバイス
１０６ 監視システム
１０８ プロセッサ
１１０ ネットワーク
３０１ コンピュータ
３０２ ヒューマンマシンインターフェース
３０３ 処理ユニット
３０４ 大量記憶装置
３０５ オペレーティングシステム
３０６ 相関ソフトウェア
３０７ 監視データ
３０８ ネットワークアダプタ
３０９ ディスプレイアダプタ
３１０ 入出力インターフェース
３１１ ディスプレイデバイス
３１２ システムメモリ
３１３ システムバス
３１４ １つもしくは複数の遠隔コンピューティングデバイスまたはクライアント
３１５ ネットワーク

Claims (10)

1. 機械（１０２）またはプロセスのうちの少なくとも１つと、
   プロセッサ（１０８）と、
   前記機械（１０２）または前記プロセスから出力を生み出す、前記機械（１０２）または前記プロセスと関連するエネルギーハーベストデバイス（１０４）と
   を備えるシステムであって、
   前記プロセッサ（１０８）が、前記機械（１０２）または前記プロセスの動作状態を決定するために、前記エネルギーハーベストデバイス（１０４）の前記出力を使用するように構成されたシステム。
2. 監視システム（１０６）をさらに備えるシステムであって、前記監視システム（１０６）の１つまたは複数の出力が、前記プロセッサ（１０８）によって、前記エネルギーハーベストデバイス（１０４）の前記出力によって決定された前記機械（１０２）または前記プロセスの前記動作状態と相関され、前記監視システム（１０６）が、状態監視システム、振動監視システム、熱監視システム、雑音監視システム、電気パラメータ監視システム、パフォーマンス監視システム、環境監視システム、プロセス監視システム、およびそれらの組合せのうちの１つまたは複数を含む、請求項１記載のシステム。
3. 前記プロセッサ（１０８）が、前記監視システム（１０６）の前記１つまたは複数の出力を、前記エネルギーハーベストデバイス（１０４）の前記出力によって決定された前記機械（１０２）または前記プロセスの前記動作状態と相関させることは、
   前記プロセッサ（１０８）が、前記監視システム（１０６）の前記１つもしくは複数の出力が、前記エネルギーハーベストデバイス（１０４）の前記出力によって決定された前記機械（１０２）または前記プロセスが第１の動作状態にある期間中に生み出されたかあるいは前記機械（１０２）または前記プロセスが第２の動作状態にある期間中に生み出されたかを決定することを含む、請求項２記載のシステム。
4. 前記エネルギーハーベストデバイス（１０４）が、圧電デバイス、焦電デバイス、熱電デバイス、小型風力タービン、静電気デバイス、運動デバイス、および振動デバイスからなるグループから選択される、請求項１乃至３のいずれか１項記載のシステム。
5. 前記少なくとも１つの機械（１０２）またはプロセスが、電気モータ、発電機、内燃機関、ジェットエンジン、およびタービンからなるグループから選択される、請求項１乃至４のいずれか１項記載のシステム。
6. 前記機械（１０２）または前記プロセスの前記動作状態を決定するために使用される前記エネルギーハーベストデバイス（１０４）の前記出力が、電圧出力または電流出力を含む、請求項１乃至５のいずれか１項記載のシステム。
7. 機械（１０２）またはプロセスのうちの少なくとも１つに関連するエネルギーハーベストデバイス（１０４）から、前記機械（１０２）または前記プロセスによって生み出された前記エネルギーハーベストデバイス（１０４）からの出力を受信するステップであって、前記出力が前記機械（１０２）または前記プロセスの動作状態を決定するために使用される、受信するステップと、
   前記機械（１０２）または前記プロセスに関連する監視システム（１０６）から、前記監視システム（１０６）からの１つもしくは複数の出力を受信するステップと、
   プロセッサ（１０８）によって、前記監視システム（１０６）の前記１つもしくは複数の出力を、前記エネルギーハーベストデバイス（１０４）の前記出力によって決定された前記機械（１０２）または前記プロセスの前記動作状態と相関させるステップと
   を含む方法。
8. 前記機械（１０２）または前記プロセスに関連する監視システム（１０６）から、前記監視システム（１０６）からの１つもしくは複数の出力を受信するステップは、
   状態監視システム、振動監視システム、熱監視システム、雑音監視システム、電気パラメータ監視システム、パフォーマンス監視システム、環境監視システム、プロセス監視システム、またはそれらの組合せのうちの１つもしくは複数から前記１つもしくは複数の出力を受信するステップを含む、請求項７記載の方法。
9. 前記プロセッサ（１０８）によって、前記監視システム（１０６）の前記１つもしくは複数の出力を、前記エネルギーハーベストデバイスの前記出力によって決定された前記機械（１０２）または前記プロセスの前記動作状態と相関させるステップは、
   前記監視システム（１０６）の前記１つもしくは複数の出力が、前記エネルギーハーベストデバイス（１０４）の前記出力によって決定された前記機械（１０２）または前記プロセスが第１の動作状態にある期間中に生み出されたか、あるいは前記機械（１０２）または前記プロセスが第２の動作状態にある期間中に生み出されたかを決定するステップを含む、請求項７記載の方法。
10. 機械（１０２）またはプロセスに関連するエネルギーハーベストデバイス（１０４）から出力を受信するステップが、圧電デバイス、焦電デバイス、熱電デバイス、小型風力タービン、静電気デバイス、運動デバイス、および振動デバイスからなるグループから選択されたエネルギーハーベストデバイス（１０４）から前記出力を受信するステップを含み、
    機械（１０２）またはプロセスに関連するエネルギーハーベストデバイス（１０４）から出力を受信するステップが、電気モータ、発電機、内燃機関、ジェットエンジン、およびタービンからなるグループから選択された機械（１０２）に関連するエネルギーハーベストデバイス（１０４）から前記出力を受信するステップを含む、請求項７記載の方法。

Images