JP2015092796A - 車両用戸閉装置のメンテナンス時期判定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 劣化状態や異常の兆候をとらえて車両用戸閉装置のメンテナンス時期を判定できるようにする。
【解決手段】 １クラスＳＶＭ法によって、データ収集手段により収集されたデータを分類し、分類されたデータに基づいて異常度を求め、該異常度が予め設定された所定のしきい値よりも大きいか否か判定して、異常度がしきい値よりも小さいと判定された場合には車両用戸閉装置のメンテナンスが不要であることを表示装置に表示する一方、データ収集手段により収集されたデータを主成分分析法によって演算処理して第１主成分及び第２主成分を算出し、第１主成分及び第２主成分に基づいて２次元マップの画像データを作成するとともに該２次元マップの画像データと正常な状態で収集されたデータに基づいて作成された２次元マップの画像データとの合成画像を作成し、異常度がしきい値よりも大きいと判定された場合には合成画像を表示装置に表示するようにした。
【選択図】 図２
【解決手段】 １クラスＳＶＭ法によって、データ収集手段により収集されたデータを分類し、分類されたデータに基づいて異常度を求め、該異常度が予め設定された所定のしきい値よりも大きいか否か判定して、異常度がしきい値よりも小さいと判定された場合には車両用戸閉装置のメンテナンスが不要であることを表示装置に表示する一方、データ収集手段により収集されたデータを主成分分析法によって演算処理して第１主成分及び第２主成分を算出し、第１主成分及び第２主成分に基づいて２次元マップの画像データを作成するとともに該２次元マップの画像データと正常な状態で収集されたデータに基づいて作成された２次元マップの画像データとの合成画像を作成し、異常度がしきい値よりも大きいと判定された場合には合成画像を表示装置に表示するようにした。
【選択図】 図２
Description
本発明は、車両用の側引戸戸閉装置（ドア開閉装置）のメンテナンス時期を判断する方法に関するものである。
従来、車両用の側引戸戸閉装置（以下、単に戸閉装置あるいは車両用戸閉装置と称する）の故障や異常を検出する技術として、例えば引戸の位置を検出するセンサや開閉駆動用のモーターの電流値を測定する電流測定器を持ち、運転台からの指令により全車両の戸閉装置を一斉に開閉させて、開閉時間やモーターの電流値に基づいて、異常が無いかどうか判断する機能を有するものがある。
例えば特許文献１には、ドアの速度検出値と該速度検出値から算出された加速度とから所定時間後のドアの速度を予測し、その予測速度が設定速度を超えた場合に異常と判定することで、逆転暴走状態を誤認することなく正確に検出するようにした駆動制御装置に関する発明が開示されている。
また、特許文献２には、ドア駆動装置の入力電流が判定値以上である状態が所定回数発生した場合に、ドア駆動装置に異常が発生したと判断して警報を発するようにした発明が開示されている。
また、特許文献２には、ドア駆動装置の入力電流が判定値以上である状態が所定回数発生した場合に、ドア駆動装置に異常が発生したと判断して警報を発するようにした発明が開示されている。
上記特許文献１や２に開示されている戸閉装置の異常を判定する技術は、戸閉装置において故障に近い異常が発生した場合に、異常が発生したと判断するものであり、比較的軽微な故障や故障の兆候までは検出することは困難である。そのため、実際に戸閉装置に故障が発生してから修理することとなるので、維持コストが高くなるという問題がある。
なお、車両用戸閉装置においては、開閉異常がない場合であっても、走行距離や使用時間に基づく修繕や部品交換による故障の未然防止が図られていたが、装置の劣化の進行具合は列車によって異なるため、走行距離や使用時間に基づく修繕、部品交換では費用が割高になってしまうとともに、点検前に戸閉装置が故障してしまうおそれもあった。
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、劣化状態や異常の兆候をとらえてメンテナンス時期を判定することができ、それによってメンテナンスに要するコストを低減することができる車両用戸閉装置のメンテナンス時期判定方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明は、
ドアを開閉駆動する駆動手段と、開閉操作手段からの信号に応じて前記駆動手段を制御する制御手段と、少なくとも前記ドアの位置および前記駆動手段の駆動電流を含む装置の動作状態を検出する複数の状態検出手段と、前記複数の状態検出手段からの信号を収集するデータ収集手段とを備えた車両用戸閉装置のメンテナンスの時期をデータ処理装置によって判定するメンテナンス時期判定方法であって、
前記データ処理装置は、
前記データ収集手段により収集されたデータを、１クラスＳＶＭ法によって正常データと異常データとに分類し、該分類されたデータに基づいて全データ中の異常データの割合を表す異常度を求め、該異常度が予め設定された所定のしきい値よりも大きいか否かの判定を行い、異常度がしきい値よりも小さい場合には車両用戸閉装置のメンテナンスが不要であることを表示装置に表示する一方、
前記データ収集手段により収集されたデータを主成分分析法によって演算処理して第１主成分および第２主成分を算出し、第１主成分および第２主成分に基づいて２次元マップの画像データを作成するとともに、該２次元マップの画像データと正常な状態で収集されたデータに基づいて作成された２次元マップの画像データとの合成画像を作成し、前記異常度が前記しきい値よりも大きいと判定した場合には前記合成画像を表示装置に表示するようにした。
ドアを開閉駆動する駆動手段と、開閉操作手段からの信号に応じて前記駆動手段を制御する制御手段と、少なくとも前記ドアの位置および前記駆動手段の駆動電流を含む装置の動作状態を検出する複数の状態検出手段と、前記複数の状態検出手段からの信号を収集するデータ収集手段とを備えた車両用戸閉装置のメンテナンスの時期をデータ処理装置によって判定するメンテナンス時期判定方法であって、
前記データ処理装置は、
前記データ収集手段により収集されたデータを、１クラスＳＶＭ法によって正常データと異常データとに分類し、該分類されたデータに基づいて全データ中の異常データの割合を表す異常度を求め、該異常度が予め設定された所定のしきい値よりも大きいか否かの判定を行い、異常度がしきい値よりも小さい場合には車両用戸閉装置のメンテナンスが不要であることを表示装置に表示する一方、
前記データ収集手段により収集されたデータを主成分分析法によって演算処理して第１主成分および第２主成分を算出し、第１主成分および第２主成分に基づいて２次元マップの画像データを作成するとともに、該２次元マップの画像データと正常な状態で収集されたデータに基づいて作成された２次元マップの画像データとの合成画像を作成し、前記異常度が前記しきい値よりも大きいと判定した場合には前記合成画像を表示装置に表示するようにした。
上記した手段によれば、異常度が所定のしきい値よりも大きい場合には、主成分分析法によって算出された第１主成分および第２主成分に基づいて作成した２次元マップの画像データと正常な状態での２次元マップの画像データとを合成した画像が表示されるため、画像を見て異常の有無を判定することができ、信頼性の高い判定結果を得ることができる。
また、本出願の他の発明は、
ドアを開閉駆動する駆動手段と、開閉操作手段からの信号に応じて前記駆動手段を制御する制御手段と、少なくとも前記ドアの位置および前記駆動手段の駆動電流を含む装置の動作状態を検出する複数の状態検出手段と、前記複数の状態検出手段からの信号を収集するデータ収集手段とを備えた車両用戸閉装置のメンテナンスの時期をデータ処理装置によって判定するメンテナンス時期判定方法であって、
前記データ処理装置は、
前記データ収集手段により収集されたデータを、１クラスＳＶＭ法によって正常データと異常データとに分類し、該分類されたデータに基づいて全データ中の異常データの割合を表す異常度を求めるとともに、
前記データ収集手段により収集されたデータを主成分分析法によって演算処理して第１主成分および第２主成分を算出し、第１主成分および第２主成分に基づいて２次元マップの画像データを作成するとともに、正常な状態で収集されたデータに基づいて作成された２次元マップの画像データを記憶装置より読み出し、
前記第１主成分および第２主成分に基づいて作成された前記２次元マップの画像データと前記正常時の２次元マップの画像データとの重なり度を算出し、
前記異常度が予め設定された第１しきい値よりも小さいと判定され、かつ、前記重なり度が予め設定された第２しきい値よりも大きいと判定された場合には、車両用戸閉装置のメンテナンスが不要であることを表示装置に表示する一方、
前記異常度が前記第１しきい値よりも大きい、または、前記重なり度が前記第２しきい値よりも小さいと判定された場合には、車両用戸閉装置のメンテナンスが必要であることを表示装置に表示するようにしたものである。
ドアを開閉駆動する駆動手段と、開閉操作手段からの信号に応じて前記駆動手段を制御する制御手段と、少なくとも前記ドアの位置および前記駆動手段の駆動電流を含む装置の動作状態を検出する複数の状態検出手段と、前記複数の状態検出手段からの信号を収集するデータ収集手段とを備えた車両用戸閉装置のメンテナンスの時期をデータ処理装置によって判定するメンテナンス時期判定方法であって、
前記データ処理装置は、
前記データ収集手段により収集されたデータを、１クラスＳＶＭ法によって正常データと異常データとに分類し、該分類されたデータに基づいて全データ中の異常データの割合を表す異常度を求めるとともに、
前記データ収集手段により収集されたデータを主成分分析法によって演算処理して第１主成分および第２主成分を算出し、第１主成分および第２主成分に基づいて２次元マップの画像データを作成するとともに、正常な状態で収集されたデータに基づいて作成された２次元マップの画像データを記憶装置より読み出し、
前記第１主成分および第２主成分に基づいて作成された前記２次元マップの画像データと前記正常時の２次元マップの画像データとの重なり度を算出し、
前記異常度が予め設定された第１しきい値よりも小さいと判定され、かつ、前記重なり度が予め設定された第２しきい値よりも大きいと判定された場合には、車両用戸閉装置のメンテナンスが不要であることを表示装置に表示する一方、
前記異常度が前記第１しきい値よりも大きい、または、前記重なり度が前記第２しきい値よりも小さいと判定された場合には、車両用戸閉装置のメンテナンスが必要であることを表示装置に表示するようにしたものである。
上記した手段によれば、収集されたデータを２種類の分析方法によって分析して戸閉装置の動作状態を判断するため、劣化状態や異常の兆候をとらえて戸閉装置のメンテナンス時期を判定することができ、故障が発生する前にメンテナンスを行えるので、故障が発生してから修繕したり部品を交換したりする従来方法に比べて所要コストを低減することができる。
また、望ましくは、前記データ処理装置は、前記第１主成分および第２主成分に基づいて作成された前記２次元マップの画像データと前記正常時の２次元マップの画像データとの合成画像を作成し、前記異常度が前記第１しきい値よりも大きい、または、前記重なり度が予め設定された第２しきい値よりも小さいと判定された場合には、車両用戸閉装置のメンテナンスが必要であることおよび前記合成画像を表示装置に表示するようにする。
かかる手段によれば、異常度が所定のしきい値よりも大きいか重なり度が所定のしきい値よりも小さい場合には、メンテナンスが必要であることが表示されるとともに、主成分分析法によって算出された第１主成分および第２主成分に基づいて作成した２次元マップの画像データと正常な状態での２次元マップの画像データとを合成した画像が表示されるため、画像を見て異常の原因を推測することが可能となり、効率的な修理、点検が可能となる。
かかる手段によれば、異常度が所定のしきい値よりも大きいか重なり度が所定のしきい値よりも小さい場合には、メンテナンスが必要であることが表示されるとともに、主成分分析法によって算出された第１主成分および第２主成分に基づいて作成した２次元マップの画像データと正常な状態での２次元マップの画像データとを合成した画像が表示されるため、画像を見て異常の原因を推測することが可能となり、効率的な修理、点検が可能となる。
さらに、望ましくは、前記複数の状態検出手段には、少なくとも、前記駆動手段の駆動電流を検出する電流検出手段と、前記ドアの位置を検出するドア位置検出手段が含まれ、前記データ収集手段は、前記複数の状態検出手段からの信号とともに、前記制御手段から出力されるドアの開指令信号および閉指令信号を収集する。
上記した手段によれば、ドアの位置および駆動手段の電流の他、制御手段から出力されるドアの開指令信号および閉指令信号に基づいて動作状態を判断するため、より精度の高い判定が可能となる。
上記した手段によれば、ドアの位置および駆動手段の電流の他、制御手段から出力されるドアの開指令信号および閉指令信号に基づいて動作状態を判断するため、より精度の高い判定が可能となる。
さらに、望ましくは、前記データ収集手段は、前記制御手段から前記開指令信号が出力された時点より所定時間が経過するまでの期間に前記各信号を収集する。
かかる手段によれば、限られた時間だけデータを収集すればよいので、常時連続してデータを収集する方法に比べて、異常の判定に有効なデータを効率よく収集して記憶することができるため、記憶装置が必要とする容量を少なくしコストの増加を抑制することができる。
かかる手段によれば、限られた時間だけデータを収集すればよいので、常時連続してデータを収集する方法に比べて、異常の判定に有効なデータを効率よく収集して記憶することができるため、記憶装置が必要とする容量を少なくしコストの増加を抑制することができる。
本発明によれば、劣化状態や異常の兆候をとらえて車両用戸閉装置のメンテナンス時期を判定することができ、それによってメンテナンスに要するコストを低減することができるという効果を有する。
以下、本発明に係る車両用戸閉装置のメンテナンス時期判定方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態における鉄道車両用戸閉装置のメンテナンス時期判定を行うシステムの構成を示した図である。
図１に示すように、本実施形態のシステムは、車両側システム１０と地上側システム５０とにより構成される。車両側システム１０は戸閉装置２０と車両制御部３０とからなる。図示しないが、戸閉装置２０は１編成の列車の複数の車両にそれぞれ複数個設けられ、車両制御部３０はそれら複数の戸閉装置２０を制御するとともに各戸閉装置からのデータを収集する機能を有する。
図１は、本実施形態における鉄道車両用戸閉装置のメンテナンス時期判定を行うシステムの構成を示した図である。
図１に示すように、本実施形態のシステムは、車両側システム１０と地上側システム５０とにより構成される。車両側システム１０は戸閉装置２０と車両制御部３０とからなる。図示しないが、戸閉装置２０は１編成の列車の複数の車両にそれぞれ複数個設けられ、車両制御部３０はそれら複数の戸閉装置２０を制御するとともに各戸閉装置からのデータを収集する機能を有する。
戸閉装置２０は、ドアを移動させる駆動手段としてのモーター２１と、ドアの位置を検出するための位置検出手段としてのエンコーダ２２、全開位置と全閉位置でそれぞれドアを移動不能に固定するためのロック機構部２３、前記モーター２１およびロック機構部２３の動作を制御する制御部２４、データ収集部２５、収集したデータ等を記憶する半導体メモリあるいは磁気ディスク装置などからなるデータ記憶部２６などを備えて構成されている。
モーター２１には駆動電流を検出する電流検出器１２が設けられており、データ収集部２５には、電流検出器１２からの検出電流値やエンコーダ２２からのドア位置情報信号、ロック機構部２３からのロック状態応答信号、制御部２４からの開指令信号および閉指令信号が入力される。この開指令信号および閉指令信号は、運転台等に設けられている開閉ボタン１１が操作された際に制御部２４に入力される信号に対応して生成される信号である。
モーター２１には駆動電流を検出する電流検出器１２が設けられており、データ収集部２５には、電流検出器１２からの検出電流値やエンコーダ２２からのドア位置情報信号、ロック機構部２３からのロック状態応答信号、制御部２４からの開指令信号および閉指令信号が入力される。この開指令信号および閉指令信号は、運転台等に設けられている開閉ボタン１１が操作された際に制御部２４に入力される信号に対応して生成される信号である。
なお、戸閉装置２０の制御部２４とデータ収集部２５は、マイクロコンピュータのようなデータ処理装置によって構成することができる。
一方、車両制御部３０は、車両制御用の中央処理装置（ＣＰＵ）３１と、１編成の車両の全ての戸閉装置２０から収集したデータを履歴情報として蓄積するデータ蓄積部３２、所定の通信網４０を介して無線通信でデータを送信するデータ送信部３３などから構成されている。
一方、車両制御部３０は、車両制御用の中央処理装置（ＣＰＵ）３１と、１編成の車両の全ての戸閉装置２０から収集したデータを履歴情報として蓄積するデータ蓄積部３２、所定の通信網４０を介して無線通信でデータを送信するデータ送信部３３などから構成されている。
地上側システム５０は、戸閉装置のメンテナンス時期判定を行う判定装置であり、データを受信するデータ受信部５１や受信したデータを蓄積するデータ蓄積部５２、蓄積されたデータを分析するデータ分析部５３、分析結果を表示する表示部５４などから構成されている。データ分析部５３は、マイクロコンピュータのようなデータ処理装置によって構成することができる。
車両側システム１０のデータ収集部２５によるデータ収集は、例えば戸閉装置の開閉動作ごとに毎回行なわれ、データ蓄積部３２に蓄積される。車両側システム１０のデータ送信部３３から地上側システム５０のデータ受信部５１へのデータの送信は、データ収集ごとに毎回行なっても良いが、データ送信部３３やデータ受信部５１の通信能力等に応じて、例えば１日１回などのように決定しても良い。
車両側システム１０のデータ収集部２５によるデータ収集は、例えば戸閉装置の開閉動作ごとに毎回行なわれ、データ蓄積部３２に蓄積される。車両側システム１０のデータ送信部３３から地上側システム５０のデータ受信部５１へのデータの送信は、データ収集ごとに毎回行なっても良いが、データ送信部３３やデータ受信部５１の通信能力等に応じて、例えば１日１回などのように決定しても良い。
車両側システム１０においては、車両の乗務員がドアの開閉操作手段としての開閉ボタン１１を操作すると、車両制御部３０の中央処理装置３１から各戸閉装置２０の制御部２４へ開指令信号または閉指令信号が伝送される。特に制限されるものではないが、データ収集部２５は、ドアの開閉動作開始後５秒間の入力信号をサンプリングして収集し、データ記憶部２６に一時記憶するとともに、車両制御用の中央処理装置（ＣＰＵ）３１へ伝送する。
車両制御用の中央処理装置（ＣＰＵ）３１は、全ての戸閉装置２０から収集したデータを履歴情報としてデータ蓄積部３２に蓄積する。そして、予め決められた時刻になると、データ蓄積部３２から履歴情報を読み出して、データ送信部３３により通信網４０を介して地上側システム５０へ送信するように構成されている。
地上側システム５０は、データ受信部５１により受信したデータを一旦蓄積して読出し、データ分析部５３で分析を行なって、分析結果を表示装置５４に表示する。これにより、戸閉装置の故障が発生する前にメンテナンスが必要か否か知ることができる。
車両制御用の中央処理装置（ＣＰＵ）３１は、全ての戸閉装置２０から収集したデータを履歴情報としてデータ蓄積部３２に蓄積する。そして、予め決められた時刻になると、データ蓄積部３２から履歴情報を読み出して、データ送信部３３により通信網４０を介して地上側システム５０へ送信するように構成されている。
地上側システム５０は、データ受信部５１により受信したデータを一旦蓄積して読出し、データ分析部５３で分析を行なって、分析結果を表示装置５４に表示する。これにより、戸閉装置の故障が発生する前にメンテナンスが必要か否か知ることができる。
次に、データ分析部５３によるデータ分析処理の内容について説明する。
戸閉装置の異常には、ドアを誘導するスライドレールへの異物の介入や、戸袋への異物の介入、レールの変形、レールやドアリーフなどの部品を固定するボルトの緩み、グリスの劣化、レールの汚損等さまざまなものであるが、これらの異常を放置しておくと、ドアが開かなくなったり閉じなくなるなど故障の原因となる。本実施形態においては、故障に結びつく異常を、故障に至る前に検出してメンテナンスの必要性を報知するとともに、異常の原因を判断し易い形態で表示することで戸閉装置のメンテナンスを支援できるように工夫している。
戸閉装置の異常には、ドアを誘導するスライドレールへの異物の介入や、戸袋への異物の介入、レールの変形、レールやドアリーフなどの部品を固定するボルトの緩み、グリスの劣化、レールの汚損等さまざまなものであるが、これらの異常を放置しておくと、ドアが開かなくなったり閉じなくなるなど故障の原因となる。本実施形態においては、故障に結びつく異常を、故障に至る前に検出してメンテナンスの必要性を報知するとともに、異常の原因を判断し易い形態で表示することで戸閉装置のメンテナンスを支援できるように工夫している。
本発明者らは、実験用の戸閉装置を用意して、実際に発生するさまざまな異常のうち、下レールへの異物の介入、戸袋への異物の介入、レールの変形、部品を固定するボルトの緩み、グリスの劣化、スライドレールの汚損に対応して、下レールへのボールペンの介在、下レールのせり上がり、戸袋への下敷きの挿入、レールやドアリーフを固定するボルトの緩み、スライドレールのグリスの除去、スライドレールへの塵の塗布などの条件を設定して、戸閉装置の開閉動作時のデータを収集した。そして、１クラスＳＶＭ（１classＳＶＭ：Support Vector Machine）と呼ばれる手法や密度比推定法、主成分分析法、ベクトル量子化主成分分析法等複数の分析方法による解析および異常予測精度についての検証を行なった。その結果、以下に述べる第１実施例や第２実施例のような分析方法を用いた場合の異常予測が比較的高精度であることを見出した。
（第１実施例）
先ず、戸閉装置の異常（性能劣化を含む）を見つけてメンテナンスの要否を判定し結果を表示するようにした第１実施例のデータ分析処理の内容について、図２のフローチャートを使用して説明する。
このデータ分析処理においては、先ず開閉ボタン１１から制御部２４へ送られる開指令信号または閉指令信号もしくはそれに対応する信号および電流検出器１２からの検出電流値やエンコーダ２２からの位置情報信号、ロック機構部２３からの状態信号を読み込む（ステップＳ１）。続いて、読み込んだこれらの値に基づいて、１ｃｌａｓｓＳＶＭで、データを正常値ｎと異常値ｍとに分類し（ステップＳ２）、得られた値ｎとｍとから異常度を算出する（ステップＳ３）。
先ず、戸閉装置の異常（性能劣化を含む）を見つけてメンテナンスの要否を判定し結果を表示するようにした第１実施例のデータ分析処理の内容について、図２のフローチャートを使用して説明する。
このデータ分析処理においては、先ず開閉ボタン１１から制御部２４へ送られる開指令信号または閉指令信号もしくはそれに対応する信号および電流検出器１２からの検出電流値やエンコーダ２２からの位置情報信号、ロック機構部２３からの状態信号を読み込む（ステップＳ１）。続いて、読み込んだこれらの値に基づいて、１ｃｌａｓｓＳＶＭで、データを正常値ｎと異常値ｍとに分類し（ステップＳ２）、得られた値ｎとｍとから異常度を算出する（ステップＳ３）。
ここで、異常度は、ｍ／（ｎ＋ｍ）で与えられる値である。なお、１classＳＶＭなる手法は、データ分析の分野では、従来より知られている手法であり、本実施形態においては公知の１classＳＶＭと同様の手法を使用することができるので、詳しい内容の説明は省略する。
次に、上記ステップＳ３で算出した異常度が予め設定したしきい値よりも大きいか否か判定し（ステップＳ４）、小さい（Ｎｏ）と判定した場合は異常が発生している可能性が低いので、表示部５４にてメンテナンス不要の表示を行い（ステップＳ５）、分析処理を終了する。
次に、上記ステップＳ３で算出した異常度が予め設定したしきい値よりも大きいか否か判定し（ステップＳ４）、小さい（Ｎｏ）と判定した場合は異常が発生している可能性が低いので、表示部５４にてメンテナンス不要の表示を行い（ステップＳ５）、分析処理を終了する。
一方、ステップＳ４で、異常度が予め設定したしきい値よりも大きい（Ｙｅｓ）と判定すると、異常が発生している可能性が高いので、ステップＳ６へ移行して、ステップＳ１で読み込んだ多変数の値に基づいて、主成分分析を行ない、第１成分と第２成分を算出する。なお、主成分分析なる手法は、データ分析の分野では、従来より知られている手法であり、本実施形態においては公知の主成分分析と同様の手法を使用することができる。一例については、後に説明する。
続いて、算出された第１成分と第２成分に基づいて２次元マップの画像データを作成する（ステップＳ７）。また、正常状態の戸閉装置について予め測定し作成、記憶しておいた２次元マップの画像データをデータベース（図示省略）から読み出して、ステップＳ７で作成した２次元マップの画像データと合成する（ステップＳ８）。そして、ステップＳ８で合成した２次元マップの画像（合成画像）を、表示部５４へ表示させて（ステップＳ９）、分析処理を終了する。
続いて、算出された第１成分と第２成分に基づいて２次元マップの画像データを作成する（ステップＳ７）。また、正常状態の戸閉装置について予め測定し作成、記憶しておいた２次元マップの画像データをデータベース（図示省略）から読み出して、ステップＳ７で作成した２次元マップの画像データと合成する（ステップＳ８）。そして、ステップＳ８で合成した２次元マップの画像（合成画像）を、表示部５４へ表示させて（ステップＳ９）、分析処理を終了する。
図４に、主成分分析の結果に基づく２次元マップの例を示す。図４において、太い実線は正常状態の戸閉装置の算出値をプロットしたもの、細い破線は異常があると判定された戸閉装置の算出値をプロットしたものである。なお、図４において、横軸は第１主成分の得点、縦軸は第２主成分の得点であり、符号Ａで示す円で囲まれた部位はドアの開きかけ時に対応する値、符号Ｂ示す円で囲まれた部位はドアの全開時に対応する値、符号Ｃ示す円で囲まれた部位はドアの閉じかけ時に対応する値、符号Ｄ示す円で囲まれた部位はドアの全閉時に対応する値である。
図４より、符号Ｂの円内のドアの全開時において、特に実線と破線とのずれが大きいことから、表示された２次元マップから例えば全開状態で異常が発生している可能性が高いと判断できることが分かる。因みに、図４に示す２次元マップは、戸袋内に下敷きのような異物を介在させた状態でドアの開閉を行った際に得られたデータを主成分分析した結果に基づくものである。
図４より、符号Ｂの円内のドアの全開時において、特に実線と破線とのずれが大きいことから、表示された２次元マップから例えば全開状態で異常が発生している可能性が高いと判断できることが分かる。因みに、図４に示す２次元マップは、戸袋内に下敷きのような異物を介在させた状態でドアの開閉を行った際に得られたデータを主成分分析した結果に基づくものである。
本発明者らは、主成分分析によって図４に示す２次元マップが得られた時のモーターの電流値やドア位置、開指令信号および閉指令信号を検証した。図６にそのときの波形図を示す。図６（Ａ）、（Ｂ）のうち、（Ａ）は正常時の波形、（Ｂ）は異常時の波形を示す。
図６の（Ａ）と（Ｂ）の波形図を比較すると、（Ｂ）の異常時の方がドアの開放開始から終了までの時間Ｔ１が長いとともに、モーターの電流値の変動が大きいことが分かる。これは、戸袋内に異物が介在していると、ドア全開時にドアのモーター抵抗が大きくなり、モーターの電流が大きくなるためであると推測することができる。
図６の（Ａ）と（Ｂ）の波形図を比較すると、（Ｂ）の異常時の方がドアの開放開始から終了までの時間Ｔ１が長いとともに、モーターの電流値の変動が大きいことが分かる。これは、戸袋内に異物が介在していると、ドア全開時にドアのモーター抵抗が大きくなり、モーターの電流が大きくなるためであると推測することができる。
また、本発明者らは、前述した下レールへのボールペンの介在、下レールのせり上がり、レールやドアリーフを固定するボルトの緩み、スライドレールのグリスの除去、スライドレールへの塵の塗布等の意図的な異常状態を与えた場合において、収集されたデータに基づいて図４と同様な２次元マップおよび図６と同様な波形図の作成を行なった。
図示しないが、そのような場合の２次元マップにも、図４とは異なる箇所で、正常時と異常時で形状のずれが認められた。これは、下レールにボールペンが介在したり、下レールがせり上がっていたり、スライドレールのグリスの減少、スライドレールへの塵の付着によって、ドア移動時の抵抗が大きくなってモーターの電流値が大きくなるためであると推測することができた。また、レールやドアリーフを固定するボルトの緩みがあると、ドア移動時のガタつきが大きくなってモーターの電流値の変動が大きくなり、それが２次元マップのずれとして現れていた。
図示しないが、そのような場合の２次元マップにも、図４とは異なる箇所で、正常時と異常時で形状のずれが認められた。これは、下レールにボールペンが介在したり、下レールがせり上がっていたり、スライドレールのグリスの減少、スライドレールへの塵の付着によって、ドア移動時の抵抗が大きくなってモーターの電流値が大きくなるためであると推測することができた。また、レールやドアリーフを固定するボルトの緩みがあると、ドア移動時のガタつきが大きくなってモーターの電流値の変動が大きくなり、それが２次元マップのずれとして現れていた。
このようなことから、図４に示すように、正常時と異常時の２次元マップを重ねて表示、すなわち主成分分析の結果を可視化することによって、最もずれの大きな部位を見つけて異常の要因を推定する方法が有効であることが確認された。
なお、本発明者らが検証を行なった戸閉装置のドア開閉用のモーターは、交流モーターであるが、直流モーターやリニアモーターをドア開閉用の駆動源とする戸閉装置に適用することもできる。
なお、本発明者らが検証を行なった戸閉装置のドア開閉用のモーターは、交流モーターであるが、直流モーターやリニアモーターをドア開閉用の駆動源とする戸閉装置に適用することもできる。
（第２実施例）
次に、判定装置５０によるデータ分析処理の第２の実施例について、図３を用いて説明する。第２の実施例を適用するのに必要なシステムの構成は、図１と同じであるので、説明は省略する。また、図３の中には第１の実施例の手順を示す図２のフローチャートと同一の処理があるので、同一の処理には同一のステップ符号を付してある。具体的には、ステップＳ１〜Ｓ３およびステップＳ６〜Ｓ８が第１の実施例と第２の実施例で同一である。
次に、判定装置５０によるデータ分析処理の第２の実施例について、図３を用いて説明する。第２の実施例を適用するのに必要なシステムの構成は、図１と同じであるので、説明は省略する。また、図３の中には第１の実施例の手順を示す図２のフローチャートと同一の処理があるので、同一の処理には同一のステップ符号を付してある。具体的には、ステップＳ１〜Ｓ３およびステップＳ６〜Ｓ８が第１の実施例と第２の実施例で同一である。
第２の実施例のデータ分析処理においては、先ず開指令信号または閉指令信号もしくはそれに対応する信号および電流検出器１２からの検出電流値やエンコーダ２２からの位置情報信号、ロック機構部２３からの状態信号を読み込む（ステップＳ１）。続いて、読み込んだこれらの値に基づいて、１classＳＶＭで、データを正常値ｎと異常値ｍとに分類し（ステップＳ２）、得られた値ｎとｍとから異常度を算出する（ステップＳ３）。異常度は、第１の実施例と同様に、ｍ／（ｎ＋ｍ）で与えられる値である。
次に、ステップＳ１で読み込んだ多変数の値に基づいて、主成分分析を行ない、第１成分と第２成分を算出する（ステップＳ６）。続いて、算出された第１成分と第２成分に基づいて２次元マップの画像データを作成する（ステップＳ７）。また、正常状態の戸閉装置についての２次元マップの画像データをデータベースから読み出して、ステップＳ７で作成した２次元マップの画像データと合成する（ステップＳ８）。そして、合成した画像データに基づいて正常時の２次元マップと異常時の２次元マップとの重なり度を算出する（ステップＳ１０）。
なお、ステップＳ１０における重なり度は、例えば図５に示すように、正常時の２次元マップＭ１の範囲と、該Ｍ１と異常時の２次元マップＭ２の範囲とが重なっている領域（ハッチングが付されている部分）の面積とを算出し、Ｍ１またはＭ２の面積に対する重なり領域の面積の占める割合として得ることができる。正常時の２次元マップＭ１と、異常時の２次元マップＭ２は、それぞれ図４に示されている複数の図形のうち最大のものとすることができる。最小のものあるいは平均をとったものとしてもよい。
その後、先ずステップＳ３で算出した異常度が予め設定したしきい値よりも大きいか否か判定し（ステップＳ１１）、小さい（Ｎｏ）と判定した場合はステップＳ１２へ進み、ステップＳ１０で算出した重なり度が予め設定した所定のしきい値よりも大きいか否か判定する。そして、重なり度が設定しきい値よりも小さい（ステップＳ１２；Ｎｏ）と判定した場合は、メンテナンスを行う必要性がないと判断して、ステップＳ１３へ進んでメンテナンス不要の表示を行う。
一方、ステップＳ１１で異常度が予め設定したしきい値よりも大きい（Ｙｅｓ）と判定した場合、またはステップＳ１２で重なり度が設定しきい値よりも大きい（Ｙｅｓ）と判定した場合には、異常が発生している可能性が高いので、ステップＳ１４へ進み、表示部５４にてメンテナンスの指示およびステップＳ８で合成した２次元マップの画像の表示を行い、分析処理を終了する。
一方、ステップＳ１１で異常度が予め設定したしきい値よりも大きい（Ｙｅｓ）と判定した場合、またはステップＳ１２で重なり度が設定しきい値よりも大きい（Ｙｅｓ）と判定した場合には、異常が発生している可能性が高いので、ステップＳ１４へ進み、表示部５４にてメンテナンスの指示およびステップＳ８で合成した２次元マップの画像の表示を行い、分析処理を終了する。
次に、上記第１の実施例および第２の実施例のデータ分析処理フローチャートのステップＳ６における主成分分析による第１成分と第２成分の算出の具体例について、図７及び図８を用いて説明する。
先ず、主成分分析の基本的な概念を説明する。
観測しているシステムから得られるデータの種類が複数あり、データが高次元になるときには、データを可視化することが難しい。一方でこのようなデータは、データ間に相関関係が存在することがある。したがって、このようなデータをまとめることによって、データの次元を減らすことが可能になる。
先ず、主成分分析の基本的な概念を説明する。
観測しているシステムから得られるデータの種類が複数あり、データが高次元になるときには、データを可視化することが難しい。一方でこのようなデータは、データ間に相関関係が存在することがある。したがって、このようなデータをまとめることによって、データの次元を減らすことが可能になる。
図７に示すような２次元のデータは、ｘ1軸成分とｘ2軸成分の間の相関が強く、１つの直線上に並んでいるように見える。このように、２次元のデータも本質的には１次元のデータとして説明できることになる。
２次元のデータを１次元のデータとして説明するということは、２次元のデータを
ある直線の上に射影（投影）するということである。図７ではデータを各軸に射影した様子を示している。２次元の平面上に１次元の直線を引く方法は無数に存在する。仮に図８に示すｕ 2の方向の直線上にデータを射影してみると、データが固まって分布してしまい、データが本来持つ情報量が失われてしまうので、このような射影は意味がない。最もよい射影の仕方は、データを射影した時にそのデータの散らばり（分散）が最も大きい時であり、図８のｕ 1軸のように２つの軸方向を適当に合成した方向に射影するのがよいということが分かる。
２次元のデータを１次元のデータとして説明するということは、２次元のデータを
ある直線の上に射影（投影）するということである。図７ではデータを各軸に射影した様子を示している。２次元の平面上に１次元の直線を引く方法は無数に存在する。仮に図８に示すｕ 2の方向の直線上にデータを射影してみると、データが固まって分布してしまい、データが本来持つ情報量が失われてしまうので、このような射影は意味がない。最もよい射影の仕方は、データを射影した時にそのデータの散らばり（分散）が最も大きい時であり、図８のｕ 1軸のように２つの軸方向を適当に合成した方向に射影するのがよいということが分かる。
主成分分析は、データの分布のうち、分散が最大になるような軸を取り出し、データ分布をその軸上の分布に射影することで、データの次元を落とすことから定式化される。
観測値の集合からなるデータ集合｛ｘ ｎ｝を考える。ただし、ｎ＝ｌ，…，Nとし、ｘ ｎはＤ次元の変数であるとする。主成分分析の目的は、射影されたデータ点の分散を最大化しながら、データをＭ次元（Ｍ＜Ｄ）に射影することである。
このデータを１次元空間に射影することを考える。この方向をＤ次元ベクトルｕ 1で表す。ここでは方向だけに意味があるので、このベクトルは単位ベクトル、すなわちｕ 1 T ｕ 1＝1であるとする。図８のようにこの方向ｕ 1にデータｘ ｎが射影されたとき、もとのデータと射影されたデータの間の射影誤差は内積と一致してｕ 1 T ｘ ｎとなる。
観測値の集合からなるデータ集合｛ｘ ｎ｝を考える。ただし、ｎ＝ｌ，…，Nとし、ｘ ｎはＤ次元の変数であるとする。主成分分析の目的は、射影されたデータ点の分散を最大化しながら、データをＭ次元（Ｍ＜Ｄ）に射影することである。
このデータを１次元空間に射影することを考える。この方向をＤ次元ベクトルｕ 1で表す。ここでは方向だけに意味があるので、このベクトルは単位ベクトル、すなわちｕ 1 T ｕ 1＝1であるとする。図８のようにこの方向ｕ 1にデータｘ ｎが射影されたとき、もとのデータと射影されたデータの間の射影誤差は内積と一致してｕ 1 T ｘ ｎとなる。
全データが射影されたとき、データの分散は、
である。ただし、
である。
この分散を、ｕ 1 T ｕ 1＝1という制限の下に最大化すれば良いのでラグランジュ乗数λ１を導入して、
ｕ 1 TＳｕ 1＋λ１（１−ｕ 1 T ｕ 1）
を最大化する。ここで、ｕ 1に関する微分を０と置くと、Ｓｕ 1＝λ１ ｕ 1となるので、ｕ 1はＳの固有ベクトルでなければならない。また、上の式の両辺に、ｕ 1をかけると、Ｓｕ 1＝λ１となるので、分散の値は固有値で与えられるということが分かる。
その他の主成分も、既に得られている主成分に直交するという条件の下で射影分散を最大にするような方向を選ぶことで逐次得ることができる。
この分散を、ｕ 1 T ｕ 1＝1という制限の下に最大化すれば良いのでラグランジュ乗数λ１を導入して、
ｕ 1 TＳｕ 1＋λ１（１−ｕ 1 T ｕ 1）
を最大化する。ここで、ｕ 1に関する微分を０と置くと、Ｓｕ 1＝λ１ ｕ 1となるので、ｕ 1はＳの固有ベクトルでなければならない。また、上の式の両辺に、ｕ 1をかけると、Ｓｕ 1＝λ１となるので、分散の値は固有値で与えられるということが分かる。
その他の主成分も、既に得られている主成分に直交するという条件の下で射影分散を最大にするような方向を選ぶことで逐次得ることができる。
以下に、主成分分析の計算手順を説明する。まず、観測データの集合を｛ｘ ｎ｝、取得する固有値の数をｐとし、次式
で表わされるデータマトリックスＸを作成する。続いて、次式
で表わされる分散共分散行列Ｓを作成する。
ただし、Ｊは中心化行列であり、１は要素がすべて１のＮ×１行列である。
そして、上記分散共分散行列Ｓについて、第ｐ成分までの固有値と固有ベクトル（主成分ベクトル）を求める。
ただし、Ｊは中心化行列であり、１は要素がすべて１のＮ×１行列である。
そして、上記分散共分散行列Ｓについて、第ｐ成分までの固有値と固有ベクトル（主成分ベクトル）を求める。
次に、次元削減によるデータの可視化について説明する。
主成分分析の結果から第２固有ベクトルまでを取り出し、この固有ベクトルが張る平面上にデータを射影すると高次元のデータを２次元に表示することが可能になる。このとき、データの低次元表現はどのようになるかを考える。
データの平均ベクトルをμとし、データが分布している空間の原点をμに合わせる。データは３次元であるとし、このデータを、データ分布から計算された第１・第２固有ベクトルが張る２次元の平面に射影することを考える。
主成分分析の結果から第２固有ベクトルまでを取り出し、この固有ベクトルが張る平面上にデータを射影すると高次元のデータを２次元に表示することが可能になる。このとき、データの低次元表現はどのようになるかを考える。
データの平均ベクトルをμとし、データが分布している空間の原点をμに合わせる。データは３次元であるとし、このデータを、データ分布から計算された第１・第２固有ベクトルが張る２次元の平面に射影することを考える。
第１・第２固有ベクトルをそれぞれｕ 1、ｕ 2とすると、データｘ ｎ−μの方向の成分は、それぞれ
となる。したがって、このデータを２次元に射影したデータを可視化するには、これらの成分を持つ２次元のベクトルを作成して表示すればよい。
なお、この平面に射影したベクトルは、次式
で表わされる。
なお、この平面に射影したベクトルは、次式
ただし、Ｗは、Ｗ＝［ｕ 1 ｕ 2］で表わされる行列である。
ここで、上記行列Ｗを主成分得点係数行列とし、全データが変数ごとに平均値０，分散１になるように標準化された行列をＺとおくと、主成分得点行列Ｆは、次式
Ｆ＝ＺＷ
で表わされる。
上記のようにして得られた主成分得点を、第１成分の得点と第２成分の得点を直交軸とする座標上に、各データのサンプリング時刻の順序に従ってプロットして、各点を接続する直線を順次引いて行くことで図４に示すような２次元マップを作成することができる。
ここで、上記行列Ｗを主成分得点係数行列とし、全データが変数ごとに平均値０，分散１になるように標準化された行列をＺとおくと、主成分得点行列Ｆは、次式
Ｆ＝ＺＷ
で表わされる。
上記のようにして得られた主成分得点を、第１成分の得点と第２成分の得点を直交軸とする座標上に、各データのサンプリング時刻の順序に従ってプロットして、各点を接続する直線を順次引いて行くことで図４に示すような２次元マップを作成することができる。
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。例えば上記実施例では、１クラスＳＶＭ法によって求めた異常度が予め設定された第１しきい値よりも大きいと判定されるか、または主成分分析法によって得られた異常時と正常時の２次元マップの重なり度が予め設定された第２しきい値よりも小さいと判定された場合に、メンテナンスの指示および合成２次元マップの表示を行う（図３：ステップＳ１４）ようにしているが、メンテナンスの指示または合成２次元マップのいずれか一方の表示を行うようにしても良い。
また、上記実施例では、本発明を、鉄道車両用の戸閉装置に適用した場合を例にとって説明してきたが、本発明は鉄道車両用の戸閉装置に限定されず、自動車用のスライド式ドア開閉装置、施設や建物などのスライド式自動ドアなどにも適用することができる。
また、上記実施例では、本発明を、鉄道車両用の戸閉装置に適用した場合を例にとって説明してきたが、本発明は鉄道車両用の戸閉装置に限定されず、自動車用のスライド式ドア開閉装置、施設や建物などのスライド式自動ドアなどにも適用することができる。
１０ 車両側システム
１１ 開閉操作ボタン（開閉操作手段）
１２ モーターの電流検出器（状態検出手段）
２０ 戸閉装置
２１ モーター（駆動手段）
２２ エンコーダ（ドア位置検出手段，状態検出手段）
２５ データ収集部
３０ 車両制御部
３２ データ蓄積部
３３ データ送信部
５０ 地上側システム（メンテナンス時期判定装置）
５１ データ受信部
５２ データ蓄積部
５３ データ分析部
５４ 表示装置
１１ 開閉操作ボタン（開閉操作手段）
１２ モーターの電流検出器（状態検出手段）
２０ 戸閉装置
２１ モーター（駆動手段）
２２ エンコーダ（ドア位置検出手段，状態検出手段）
２５ データ収集部
３０ 車両制御部
３２ データ蓄積部
３３ データ送信部
５０ 地上側システム（メンテナンス時期判定装置）
５１ データ受信部
５２ データ蓄積部
５３ データ分析部
５４ 表示装置
Claims (5)
- ドアを開閉駆動する駆動手段と、開閉操作手段からの信号に応じて前記駆動手段を制御する制御手段と、少なくとも前記ドアの位置および前記駆動手段の駆動電流を含む装置の動作状態を検出する複数の状態検出手段と、前記複数の状態検出手段からの信号を収集するデータ収集手段とを備えた車両用戸閉装置のメンテナンスの時期をデータ処理装置によって判定するメンテナンス時期判定方法であって、
前記データ処理装置は、
前記データ収集手段により収集されたデータを、１クラスＳＶＭ法によって正常データと異常データとに分類し、該分類されたデータに基づいて全データ中の異常データの割合を表す異常度を求め、該異常度が予め設定された所定のしきい値よりも大きいか否かの判定を行い、異常度がしきい値よりも小さい場合には車両用戸閉装置のメンテナンスが不要であることを表示装置に表示する一方、
前記データ収集手段により収集されたデータを主成分分析法によって演算処理して第１主成分および第２主成分を算出し、第１主成分および第２主成分に基づいて２次元マップの画像データを作成するとともに、該２次元マップの画像データと正常な状態で収集されたデータに基づいて作成された２次元マップの画像データとの合成画像を作成し、前記異常度が前記しきい値よりも大きいと判定した場合には前記合成画像を表示装置に表示することを特徴とする車両用戸閉装置のメンテナンス時期判定方法。 - ドアを開閉駆動する駆動手段と、開閉操作手段からの信号に応じて前記駆動手段を制御する制御手段と、少なくとも前記ドアの位置および前記駆動手段の駆動電流を含む装置の動作状態を検出する複数の状態検出手段と、前記複数の状態検出手段からの信号を収集するデータ収集手段とを備えた車両用戸閉装置のメンテナンスの時期をデータ処理装置によって判定するメンテナンス時期判定方法であって、
前記データ処理装置は、
前記データ収集手段により収集されたデータを、１クラスＳＶＭ法によって正常データと異常データとに分類し、該分類されたデータに基づいて全データ中の異常データの割合を表す異常度を求めるとともに、
前記データ収集手段により収集されたデータを主成分分析法によって演算処理して第１主成分および第２主成分を算出し、第１主成分および第２主成分に基づいて２次元マップの画像データを作成するとともに、正常な状態で収集されたデータに基づいて作成された２次元マップの画像データを記憶装置より読み出し、
前記第１主成分および第２主成分に基づいて作成された前記２次元マップの画像データと前記正常時の２次元マップの画像データとの重なり度を算出し、
前記異常度が予め設定された第１しきい値よりも小さいと判定され、かつ、前記重なり度が予め設定された第２しきい値よりも大きいと判定された場合には、車両用戸閉装置のメンテナンスが不要であることを表示装置に表示する一方、
前記異常度が前記第１しきい値よりも大きい、または、前記重なり度が前記第２しきい値よりも小さいと判定された場合には、車両用戸閉装置のメンテナンスが必要であることを表示装置に表示することを特徴とする車両用戸閉装置のメンテナンス時期判定方法。 - 前記データ処理装置は、前記第１主成分および第２主成分に基づいて作成された前記２次元マップの画像データと前記正常時の２次元マップの画像データとの合成画像を作成し、前記異常度が前記第１しきい値よりも大きい、または、前記重なり度が予め設定された第２しきい値よりも小さいと判定された場合には、車両用戸閉装置のメンテナンスが必要であることおよび前記合成画像を表示装置に表示することを特徴とする請求項２に記載の車両用戸閉装置のメンテナンス時期判定方法。
- 前記複数の状態検出手段には、少なくとも、前記駆動手段の駆動電流を検出する電流検出手段と、前記ドアの位置を検出するドア位置検出手段が含まれ、
前記データ収集手段は、前記複数の状態検出手段からの信号とともに、前記制御手段から出力されるドアの開指令信号および閉指令信号を収集することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両用戸閉装置のメンテナンス時期判定方法。 - 前記データ収集手段は、前記制御手段から前記開指令信号が出力された時点より所定時間が経過するまでの期間に前記各信号を収集することを特徴とする請求項４に記載の車両用戸閉装置のメンテナンス時期判定方法。
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