JP2016224938A - 異常診断システム、及び異常診断方法 - Google Patents
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Abstract
Description
<異常診断システムのハードウェア構成>
(1)基本構成例
図1は、本開示の実施形態による異常診断システムのハードウェア構成例(基本構成例)を示す図である。
図1の例では、中央演算装置103は記憶媒体105に格納された部品クラスデータベース208を読み込むことで部品クラス数およびクラス情報を得ている。しかし、各駆動部品の動作タイミングが未知の場合には、監視対象装置110から得られる駆動部品113ごとの動作タイミング情報(中央演算装置111から出される動作命令情報)を用いることにより、部品クラス数およびクラス情報を得ることができる。部品の動作タイミングと、部品クラスの関係については図10などを用いて後述する。
図3は、本開示の実施形態の変形例2による異常診断システムのハードウェア構成例を示す図である。当該変形例2でも各駆動部品の動作タイミングが未知となっている。
異常診断に関する一連の処理は、記憶媒体105に格納された異常診断プログラムに基づいて、中央演算装置103により実行される。
(1)基本機能構成
図4は、本開示の第1の実施形態による異常診断システム100の基本機能構成例を示すブロック図である。
変換されたデジタル信号は、信号分離部204によって部品クラスごとの信号に分離される。このとき、信号分離部204は、部品クラスデータベース208から、監視対象装置110の部品クラスの数を読み込み、デジタル信号を部品クラスの数に分離する。
図4の基本機能構成例では、信号分離部204と異常検知部205は、それぞれクラス数とクラス情報を部品クラスデータベース208から読み込んでいる。しかし、前述のように、クラス数およびクラス情報については、監視対象装置110から得られる駆動部品113ごとの動作タイミング情報を用いることで得ることもできる。この場合、部品クラスデータベース208は必要なくなり、代わりに動作タイミング情報を入力として、部品クラスを作成する部品クラス作成部203が必要になる。
図6は、本実施形態の変形例2による異常診断システム100の機能構成例を示すブロック図である。当該変形例2は、駆動部品の動作情報を監視対象装置110側の制御基板112から入力した場合の機能ブロック図である。
図7は、本実施形態の異常診断システム100における異常診断処理を説明するためのフローチャートである。ここでは、変形例(図5や図6)で示したように、部品クラス作成部203を導入した場合の処理例について説明する。変形例の処理の方が基本構成例よりも複雑だからである。
監視(診断)対象装置110稼働中において、各センサ201は部品の信号(音や振動)を受信する。そして、AD変換部202は、受信したセンサ信号のそれぞれをデジタル信号に変換する。
部品クラス作成部203は、駆動部品ごとの動作命令を入力として部品クラスを作成する。監視対象装置110の駆動部品の個数、及び種類は既知であるので、部品クラス作成部203は、例えば、まず種類の異なる駆動部品を異なるクラスに分類し、次に同一種類の駆動部品であっても動作タイミング(動作命令のタイミング)が異なるものを異なるクラスとして分類する。このようにして駆動部品のクラス数、及び各クラスがどのような駆動部品で構成されるかを示すクラス情報を作成することができる。
信号分離部204は、ステップ302によって作成された部品クラス数を基に、デジタル変換された信号を部品クラスごとの信号に分離する。なお、部品クラスデータベース208を使用する場合(基本構成例(図4))は、部品クラス数の情報は、部品クラスデータベース208から得ることになる。
異常検知部205は、部品クラス作成部203から得られる部品クラス情報を基に正常モデルデータベース207から部品クラスごとの正常モデル情報を得て、分離後信号と正常モデル情報を照合して部品クラスごとに正常か異常かの判別を行う。なお、部品クラスデータベース208を使用する場合(基本構成例(図4))は、異常検知部205は部品クラスデータベース208から部品クラス情報を得ることになる。
異常検知部205は、異常の部品クラスが存在するか、さらに異常の部品クラスが存在していた場合は異常クラスに含まれる駆動部品数が2以上かどうかを判定する。異常クラスが存在、かつ異常クラスに含まれる部品数が2以上の場合には、処理はステップ306に移行する。異常クラスがない場合、或いは異常クラスに含まれる部品数が1つの場合には、処理はステップ308に移行する。
信号分離部204は、分離信号数を2に設定して異常部品クラスの分離後信号をさらに分離する。
異常検知部205は、再度分離された信号を用いて2つのクラスそれぞれどちらが異常かを特定する。具体的には、異常検知部205が、2つのクラスごとに、分離された信号、あるいは信号のピーク値や平均値といった、信号から算出された1種類以上の数値と、正常モデルデータベース207に格納されている正常モデル情報を用いて部品クラスごとに異常か正常かを判別する。
結果出力部206は、異常と特定されたクラスに該当する部品を異常として出力する。異常クラスがない場合、全部品正常として結果出力を行う。一方、異常クラスがあっても、そのクラスに含まれる駆動部品が1個の場合は、その駆動部品が異常であるとして結果出力を行う。
(1)公知の信号分離手法が混合信号を適切に分離できない理由について
図8は、3つの駆動部品の振動が混ざった信号を、分離信号数を2、3、及び4に設定してそれぞれ信号分離を行った例を示す図である。
図11は、図9の例について、駆動部品ごとの動作タイミング情報を用いて駆動部品をクラスに分割した例と作成された部品クラス情報の例を示す図である。
図13の場合の異常診断処理について図7のフローチャートに従って説明する。なお、ここでは異常診断システム100が基本構成を採る場合で説明することとする。従って、ステップ302の処理は実行されない。
<異常診断システムのハードウェア構成>
(1)基本のハードウェア構成
第2の実施形態による異常診断システムは、第1の実施形態による異常診断システム100と同様のハードウェア構成を備えている。
第2の実施形態の変形例1による異常診断システムは、第1の実施形態の変形例1による異常診断システム100と同様のハードウェア構成を備えている。また、第1の実施形態の変形例1と同様に、中央演算装置103は、例えば、監視対象装置110に搭載された中央演算装置111から得られる部品動作命令を用いて、現在駆動している部品情報を得ている。
第2の実施形態の変形例2による異常診断システムは、第1の実施形態の変形例2による異常診断システム100と同様のハードウェア構成を備えている。また、第1の実施形態の変形例2と同様に、中央演算装置103は、監視対象装置110に搭載された制御基板112から得られる電気信号を用いて部品の駆動情報を得ている。
異常診断に関する一連の処理は、記憶媒体105に格納された異常診断プログラムに基づいて、中央演算装置103により実行される。
(1)基本機能構成例
図14は、本開示の第2の実施形態による異常診断システム100の基本機能構成例を示すブロック図である。
信号分離部204は、センサセット切替部1401から入力された信号を部品ごとの信号に分離し、異常検知部205に送信する。
図14の基本機能構成例では、センサセット切替部1401が、現在駆動している部品を知るために部品動作シーケンス1403より部品が動作するタイミング情報を取得しているが、前述の通り、駆動部品の情報は監視対象装置110から直接得ることもできる。この場合、部品動作シーケンス1403は必要なく、以下説明する変形例1及び2では、代わりに監視対象装置から送信される部品動作命令情報を入力として、現在駆動している部品を検知するための駆動部品検知部1501が必要になる。
信号分離部204以降の処理については、基本機能構成例と同様であるので、説明は省略する。
図16は、変形例2の異常診断システム100における、部品の動作情報を監視対象装置110側の制御基板112から入力した場合の機能ブロック図である。ここでは、監視対象装置側の制御基板112が各部品113へ供給している電気信号を分岐させてAD変換部202へ送る。AD変換部202は、電気信号をデジタル信号に変換し、駆動部品検知部1501へ出力する。そして、駆動部品検知部1501は、電気信号のデジタル値を基に現在駆動している部品情報をセンサセット切替部1401に出力する。そして、センサセット切替部1401は、センサセットテーブル1402から現在駆動している部品の信号を分離するために用いるセンサの情報を取得し、AD変換部202から提供されるデジタル信号の中から当該センサからの信号を特定し、取得する。
信号分離部204以降の処理については、基本機能構成例と同様であるので、説明は省略する。
駆動部品113の動作するタイミングがあらかじめ決まっている場合であれば、駆動部品検知部1501を設ける必要はない。この場合、部品動作シーケンス1403を装置設計時に構築しておくことにより、監視対象装置と本異常検知装置を接続する必要が無くなる。一方、駆動部品113の動作するタイミングが一定でない場合、例えば周囲環境によって部品113の動作するタイミングに変化するような装置が監視対象である場合には、部品動作シーケンス1403を用いるよりも駆動部品検知部1501を導入した方が、配線や計算量は増えるが、精度よく異常を検知することが可能となる。
図17は、本開示の第2の実施形態による異常診断システム100において実行される異常診断処理を説明するためのフローチャートである。ここでは、図15(変形例1)や図16(変形例2)のように駆動部品検知部1501を導入した場合の例の異常診断処理内容について説明する。
診断対象装置110稼働中において、センサ201が部品の信号を受信し、AD変換部202がセンサ信号をデジタル信号に変換する。
駆動部品検知部1501は、中央演算装置111或いは制御基板112から入力される部品ごとの動作命令(制御基板112から提供される場合にはAD変換部202を経由する)に基づいて現在駆動している部品を検知する。なお、基本機能構成において、部品動作シーケンス1403を使用する場合、センサセット切替部1401は、監視対象装置110を稼働させてから経過した時間と、部品動作シーケンス1403で定義された、時刻ごとの駆動する部品とを照らし合わせることで、駆動部品を知ることになる。
センサセット切替部1401は、現在駆動している部品に対応するセンサセットを、センサセットテーブル1402から取得する。
センサセット切替部1401は、AD変換部202から送信されたセンサ信号の中から、センサセットで指定されたセンサ信号のみを信号分離部204へ送信する。
信号分離部204は、センサセット切替部1401から送信されたセンサ信号を入力として、部品ごとの信号に分離する。
異常検知部205は、正常モデルデータベース207から部品ごとの正常モデル情報を得て、分離後信号と正常モデル情報を比較し、部品ごとに正常か異常かの判別を行う。
結果出力部206は、異常検知部205による判定結果(異常検知結果)を出力する。
図18は、第2の実施形態の基本構成におけるセンサセット切替部1401の処理の具体例を示す図である。また、図18は、センサセットテーブル1402及び部品動作シーケンス1403のそれぞれの具体例についても示している。図18では、一例として、A、B、C、D、及びEの部品が駆動する装置に対して、センサ1、2、3、及び4を用いて異常診断を実施する。
(1)第1の実施形態では、異常診断システム100は、監視対象装置110の複数の駆動部品(駆動部と呼ぶことも可能である)が出力する信号をセンサで検知し、そのセンサからの信号(入力信号)を駆動部品の部品クラスごとに、入力信号を分離する。そして、異常診断システム100は、分離された信号ごとに、部品クラスごとの信号モデルとの比較を行い、部品クラスごとに異常の有無を検知する。ここで、部品クラスの数は、駆動部品の数よりも少ない。また、部品クラスは、異なる種類の駆動部であるか否か、或いは同種の駆動部であって動作タイミングが異なるか否か、によって分類された駆動部品のグループを示す情報である。そして、部品クラスの情報は、監視対象装置に含まれる駆動部品の部品クラスの数と、各部品クラスに含まれる駆動部品の情報と、を含む。このように「部品クラス」という概念を導入して駆動部品の異常診断を実行することにより、同一タイミングで動く複数の駆動部品を含む監視対象装置における異常部品を特定することが可能となる。
101 センサ
102 AD変換部
103 中央演算装置(異常診断システム側)
104 メモリ
105 記憶媒体
110 監視(診断)対象装置
111 中央演算装置(監視対象装置側)
112 制御基板
113 駆動部品
201 センサ
202 AD変換部
203 部品クラス作成部
204 信号分離部
205 異常検知部
206 結果出力部
207 正常モデルデータベース
208 部品クラスデータベース
1401 センサセット切替部
1402 センサセットテーブル
1403 部品動作シーケンス
1501 駆動部品検知部
Claims (19)
- 対象装置の複数の駆動部の異常を診断する異常診断システムであって、
異常診断処理を実行するためのプログラムを格納する格納デバイスと、
前記格納デバイスから前記プログラムを読み込み、前記異常診断処理を実行するプロセッサと、を備え、
前記プロセッサは、
前記複数の駆動部が出力する信号を検知するセンサからの信号を入力信号として取得する信号取得処理と、
前記駆動部の部品クラスごとに、前記入力信号を分離する信号分離処理と、
前記分離された信号ごとに、前記部品クラスごとの信号モデルとの比較を行い、前記部品クラスごとに異常の有無を検知する異常検知処理と、
を実行し、前記部品クラスの数は、前記駆動部の数よりも少ない、異常診断システム。 - 請求項1において、
前記部品クラスは、異なる種類の駆動部であるか否か、或いは同種の駆動部であって動作タイミングが異なるか否か、によって分類された前記駆動部のグループを示す情報である、異常診断システム。 - 請求項1において、
前記駆動部の前記部品クラスの情報は、前記対象装置に含まれる前記駆動部の前記部品クラスの数と、各部品クラスに含まれる駆動部の情報と、を含む、異常診断システム。 - 請求項3において、
前記部品クラスの情報は、前記対象装置について予め用意されている、異常診断システム。 - 請求項3において、
前記プロセッサは、前記駆動部ごとの動作タイミング情報に基づいて、前記部品クラスの情報を作成する部品クラス作成処理をさらに実行する、異常診断システム。 - 請求項5において、
前記部品クラス作成処理では、前記プロセッサは、前記対象装置のプロセッサから出力される駆動部ごとの動作命令を受信し、それに基づいて前記部品クラスの情報を作成する、異常診断システム。 - 請求項5において、
前記部品クラス作成処理では、前記プロセッサは、前記対象装置の制御基板から各駆動部に供給される電気信号を受信し、それに基づいて前記部品クラスの情報を作成する、異常診断システム。 - 請求項1において、
前記プロセッサは、前記異常が検知された前記部品クラスに複数の駆動部が含まれる場合、当該部品クラスに対応する前記分離された信号を再度分離する信号再分離処理を実行する、異常診断システム。 - 請求項8において、
前記信号再分離処理では、前記プロセッサは、前記分離された信号をさらに2つの信号に分離する、異常診断システム。 - 請求項8において、
前記プロセッサは、前記再度分離された信号と前記異常が検知された前記部品クラスの信号モデルとを比較することにより前記駆動部の異常を検知する処理を実行する、異常診断システム。 - 対象装置の複数の駆動部の異常を診断する異常診断方法であって、
異常診断処理を実行するためのプログラムを格納する格納デバイスから前記プログラムを読み込み、前記異常診断処理を実行するプロセッサが、前記複数の駆動部が出力する信号を検知するセンサからの信号を入力信号として取得するステップと、
前記プロセッサが、前記駆動部の部品クラスごとに、前記入力信号を分離するステップと、
前記プロセッサが、前記分離された信号ごとに、前記部品クラスごとの信号モデルとの比較を行い、前記部品クラスごとに異常の有無を検知するステップと、を含み、
前記部品クラスの数は、前記駆動部の数よりも少ない、異常診断方法。 - 請求項11において、
前記部品クラスは、異なる種類の駆動部であるか否か、或いは同種の駆動部であって動作タイミングが異なるか否か、によって分類された前記駆動部のグループを示す情報である、異常診断方法。 - 請求項11において、
前記駆動部の前記部品クラスの情報は、前記対象装置に含まれる前記駆動部の前記部品クラスの数と、各部品クラスに含まれる駆動部の情報と、を含む、異常診断方法。 - 請求項13において、
前記部品クラスの情報は、前記対象装置について予め用意されている、異常診断方法。 - 請求項13において、
前記プロセッサは、前記駆動部ごとの動作タイミング情報に基づいて、前記部品クラスの情報を作成する部品クラス作成ステップをさらに含む、異常診断方法。 - 対象装置の複数の駆動部の異常を診断する異常診断システムであって、
異常診断処理を実行するためのプログラムを格納する格納デバイスと、
前記格納デバイスから前記プログラムを読み込み、前記異常診断処理を実行するプロセッサと、を備え、
前記プロセッサは、
前記複数の駆動部が出力する信号を検知する複数のセンサからのセンサ信号を入力信号として取得する信号取得処理と、
駆動シーケンスにおける時間ごとに駆動する駆動部の情報に基づいて、前記入力信号からセンサ信号のセットを切り替えるセンサセット切替処理と、
前記駆動部ごとに前記入力信号を分離する信号分離処理と、
前記信号分離処理において分離された信号と前記駆動部の信号モデルとを比較し、前記駆動部の異常の有無を検知する異常検知処理と、
を実行する、異常診断システム。 - 請求項16において、
前記格納デバイスは、さらに、駆動部ごとに用いられるセンサセットを定義するセンサセット情報を格納し、
前記プロセッサは、前記センサセット切替処理において、前記センサセット情報を用いて前記センサ信号のセットを切り替える、異常診断システム。 - 請求項17において、
前記格納デバイスは、さらに、駆動シーケンスにおける各駆動部の動作タイミングを定義する駆動部シーケンス情報を格納し、
前記プロセッサは、前記センサセット切替処理において、前記駆動部シーケンス情報を参照して、前記駆動シーケンスにおける駆動部の動作タイミングを示す情報を取得する、異常診断システム。 - 請求項17において、
前記プロセッサは、さらに、前記対象装置から出力される駆動部動作命令に基づいて、前記駆動シーケンスにおける動作中の駆動部を検知する駆動部検知処理を実行する、異常診断システム。
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