JP2020119136A - 異常検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】評価対象機器の動作の異常を、手間なく、適切かつより早期に検出することができる、よりシンプルでより安価な異常検出システムを提供する。【解決手段】異常検出装置は、評価対象機器の動作状態に応じて変化する評価対象機器の所定個所の物理量を検出する動作状態検出手段からの検出信号または物理量を取り込み、取得した物理量を時刻に対応させて記憶する記憶手段と、取込時刻よりも前の第１所定期間の間である基準期間に対応する物理量の平均μと標準偏差σとを算出する評価量算出手段と、ｎを２．０以上の値として、取込時刻に対応する物理量である評価物理量が、μ±ｎσの範囲から外れているか否かに基づいて、評価対象機器の動作が異常であるか否かを判定する判定手段とを有し、基準期間は、取込時刻から前の第１所定期間の間ではなく、取込時刻から第２所定期間だけ前の時刻を基準時刻として当該基準時刻から前の第１所定期間の間である。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関等の評価対象機器の動作状態が異常であるか否かを検出する異常検出システムに関する。

例えば内燃機関を搭載した車両を量産する場合、量産前の試作期間にて、試作機である内燃機関等の評価対象機器を種々の評価動作パターンで動作させて種々の評価（試験）が行われている。この場合の試作機は、量産品でなく一品ものであるので、非常に手間と時間とコストがかかっているとともに、壊れてしまった場合は新たな試作機の作成に時間とコストがかかり評価が遅れてしまうので、評価動作中に異常が検出された場合、壊れる前に速やかに動作を停止させることが望まれている。

例えば特許文献１の焼付き兆候判定装置では、内燃機関を評価対象機器として、各気筒への燃料噴射量の補正度合いを比較し、補正度合いが他の気筒に比べて所定値以上異なる気筒があることが検出された場合、クランク軸受に焼付きの兆候があると判定している。

また特許文献２の異常診断システムでは、監視対象物（この場合、再使用型宇宙機用エンジン）のシミュレーションモデルを作成し、監視対象物の運転状態における内部状態量を計測して実測値を抽出し、監視対象物の運転状態と同一の制御入力値をシミュレーションモデルに入力して予測値を算出している。そして、実測値と予測値との差分からマハラノビス距離を求め、マハラノビス距離に基づいて監視対象物の運転状態が異常であるか否かを診断している。

特開２０１７−１５５７１２号公報 特開２０１６−１５１９０９号公報

特許文献１に記載の焼付き兆候判定装置では、補正度合いが他の気筒に比べて所定値以上異なる気筒があることを検出するので、評価対象機器の動作状態に応じた、適切な判定用閾値を設定しなければならない。つまり、評価対象機器に対する種々の評価動作パターンのそれぞれに対して、明らかに異常であることを検出可能な判定用閾値（異常でないにもかかわらず動作を止めると評価が遅れてしまう）、かつ、評価対象機器が破壊に至らないように早期に異常を検出できる判定用閾値を、実験等にて求めて設定しなければならないので、非常に手間がかかる。また、例えば評価対象機器の調整等にて任意の動作状態とした場合等、予め想定されていない任意の動作状態で動作させる場合では、適切な評価用閾値を予め設定することができないので、適切な異常判定を行うことができない。

また特許文献２に記載の異常診断システムでは、シミュレーションモデルの精度と、シミュレーションモデルに制御入力値を入力して予測値を算出するコンピュータの精度及び処理速度と、が非常に重要となる。従って、高精度で複雑なシミュレーションモデルの作成に手間がかかるとともに、高速・高精度の処理能力を有する非常に高価なコンピュータが必要となる点で、あまり好ましくない。

本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、評価対象機器の動作の異常を、手間なく、適切かつより早期に検出することができる、よりシンプルでより安価な異常検出システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の発明は、評価対象機器の動作の異常を検出する異常検出システムであって、前記評価対象機器の動作状態に応じて変化する前記評価対象機器の所定個所の物理量を検出する動作状態検出手段からの検出信号、または前記検出信号に基づいた前記物理量、を取り込む異常検出装置を有し、前記異常検出装置は、取り込んだ前記動作状態検出手段からの前記検出信号に基づいた前記物理量、または取り込んだ前記物理量、を時刻に対応させて記憶する記憶手段と、前記検出信号または前記物理量を取り込んだ時刻である取込時刻よりも前の第１所定期間の間である基準期間の間に対応する前記物理量の平均であるμと標準偏差であるσとを算出する評価量算出手段と、ｎを２．０以上の値として、前記取込時刻に対応する前記物理量である評価物理量が、μ±ｎσの範囲から外れているか否かに基づいて、前記評価対象機器の動作が異常であるか否かを判定する判定手段と、を有し、前記基準期間は、前記取込時刻から前の前記第１所定期間の間ではなく、前記取込時刻から第２所定期間だけ前の時刻を基準時刻として当該基準時刻から前の前記第１所定期間の間である、異常検出システムである。

次に、本発明の第２の発明は、上記第１の発明に係る異常検出システムであって、前記ｎの値は、３．０に設定されている、異常検出システムである。

次に、本発明の第３の発明は、上記第１の発明または第２の発明に係る異常検出システムであって、前記異常検出装置は、前記評価物理量が、前記μ±ｎσの範囲から複数回連続して外れた場合に、前記評価対象機器の動作が異常であると判定する、異常検出システムである。

次に、本発明の第４の発明は、上記第１の発明〜第３の発明のいずれか１つに係る異常検出システムであって、予め設定された評価動作パターンに基づいて前記評価対象機器を動作させて前記評価対象機器の動作の評価を行う評価期間では、前記異常検出装置、あるいは、前記異常検出装置とは別体とされた評価装置が、少なくとも、前記評価物理量を取得して、前記評価動作パターンに応じて予め設定されている評価閾値を、前記評価物理量が超えたか否かあるいは下回ったか否か、に基づいて前記評価対象機器の動作が異常であるか否かを判定し、前記評価期間ではない期間であって予め設定された前記評価動作パターンがなく前記評価対象機器の調整を含む動作をさせる期間である非評価期間では、前記異常検出装置が、前記記憶手段を用いて前記物理量を時刻に対応させて記憶し、前記評価量算出手段を用いて前記平均であるμと前記標準偏差であるσを算出し、前記判定手段を用いて前記評価対象機器の動作が異常であるか否かを判定する、異常検出システムである。

次に、本発明の第５の発明は、上記第１の発明〜第４の発明のいずれか１つに係る異常検出システムであって、前記異常検出装置は、前記評価対象機器の動作が異常であると判定した場合、前記評価対象機器の動作を停止させる、異常検出システムである。

次に、本発明の第６の発明は、上記第１の発明〜第５の発明のいずれか１つに係る異常検出システムであって、前記評価対象機器は、内燃機関であり、前記物理量は、前記内燃機関の前記所定個所における、圧力、流量、温度、燃料噴射量、トルク、回転数、の少なくとも１つである、異常検出システムである。

第１の発明では、検出した物理量を時刻に対応させて記憶し、基準期間の間に検出された物理量から平均μと標準偏差σを求めるので、予め評価閾値を決めておく必要がなく、手間がかからない。また、μ±ｎσ（ｎは２．０以上の値）の範囲を外れているか否かに基づいて異常を判定するので、確率・統計学に基づいた適切な異常判定を行うことができる。さらに、基準期間を、取込時刻から前の第１所定期間の間ではなく、取込時刻よりも第２所定期間だけ前の時刻を基準時刻として、当該基準時刻から前の第１所定期間としている。例えば、評価対象機器の動作が安定的に推移している際の物理量に対して、異常が発生して物理量に変動が生じた場合、変動している取込時刻の物理量を含む平均μと標準偏差σから求めたμ±ｎσと比較するよりも、変動が発生する少し前の安定状態の物理量の平均μと標準偏差σから求めたμ±ｎσと比較したほうが、より早期に異常を検出することができる。また、検出信号や物理量の取り込み、平均μと標準偏差σの算出等は、一般的なパーソナルコンピュータ等にて充分処理可能であり、よりシンプルかつより安価に異常検出システムを実現することができる。

第２の発明では、ｎ＝３．０の値に設定しているので、検出した物理量が正規分布であれば、検出した物理量はμ±３σの範囲内に９９．７３％の確率で収まるはずである。従って、この範囲を外れた場合、異常である確率は非常に高いと考えられるので、適切に異常を検出することができる。

第３の発明によれば、ノイズ等に起因する誤判定を適切に回避することができる。

第４の発明によれば、評価対象機器を、どのような動作状態にして動作させるか、予測できない非評価期間であっても、予め異常判定用の評価閾値を決めておく必要がないので、手間なく、適切に異常判定を行うことができる。

第５の発明によれば、動作中に発生した異常によって評価対象機器が破損することを適切に回避できる。

第６の発明によれば、内燃機関の動作の異常を、吸気管や排気管の内部の圧力、吸気や排気の流量、冷却用クーラントや排気ガスの温度、インジェクタからの燃料噴射量、クランクシャフトのトルク、クランクシャフトの回転数等の物理量から、適切に検出することができる。

評価対象機器と評価システム（異常検出システムを含む）の例を説明する図である。 異常検出装置が有する制御手段、記憶手段、評価量算出手段、判定手段、を説明する図である。 異常検出装置の制御手段の処理手順を説明するフローチャートである。 評価対象機器を内燃機関、検出する物理量をクランクシャフトのトルク、内燃機関の回転数を一定、とした場合において、クランクシャフトのベアリングに焼付き（異常）が発生した場合のトルク低下の例を説明する図である。 図４における時刻ｔａ〜時刻ｔｂの拡大図であり、本願の異常検出タイミングと従来の異常検出タイミングとの差の例を説明する図である。

以下に本明細書の開示技術である「異常検出システム」を実施するための形態を、図面を用いて説明する。本実施の形態の説明では、内燃機関（この場合、ディーゼルエンジン）を評価対象機器とした場合の例で説明する。

●［評価対象機器１００と評価システム１との接続状態（図１）と、異常検出装置３０の構成（図２）］
図１の例では、評価対象機器１００は、内燃機関１１０と、内燃機関１１０を制御する制御装置１２０と、を有しており、評価システム１は、制御盤１０（評価装置に相当）と、制御装置用評価装置２０（評価装置に相当）と、異常検出装置３０と、中継装置４０と、を有している。そして異常検出システムは、異常検出装置３０、または異常検出装置３０と制御盤１０（と中継装置４０）、または異常検出装置３０と制御装置用評価装置２０、にて構成されている。つまり、評価システム１は、異常検出システムを兼ねている。

内燃機関１１０には、内燃機関１１０の動作状態に応じて変化する当該内燃機関１１０の各所定個所の物理量を検出する種々の動作状態検出手段が設けられている。また内燃機関１１０には、各気筒に燃料を噴射するインジェクタや、種々の電動モータやバルブ等、内燃機関１１０を運転するための種々のアクチュエータが設けられている。内燃機関１１０に設けられた種々の動作状態検出手段からの検出信号は、経路Ｋ１１にて制御装置１２０に取り込まれる。また例えば、内燃機関１１０には、経路Ｋ２４にて制御盤１０から、アクセルペダル駆動信号が入力され、当該アクセルペダル駆動信号に基づいて、内燃機関１１０に設けられたアクセルペダルが動作される。

例えば内燃機関１１０のクランクシャフトの周囲には、クランクシャフトの回転数と回転角度位置を検出する回転センサ１１２や、クランクシャフトのトルクを検出するトルクセンサ１１１等が設けられている。また例えば内燃機関１１０の吸気管には、吸気管内の圧力を検出する圧力センサや、吸気の流量を検出する流量センサや、吸気の温度を検出する吸気温度センサ等が設けられている。また例えば内燃機関１１０のウォータジャケットには、冷却用クーラントの温度を検出するクーラント温度センサが設けられている。また例えば内燃機関１１０の排気管には、排気管内の圧力を検出する圧力センサや、排気の温度を検出する排気温度センサ１１３等が設けられている。図１の例では、トルクセンサ１１１、回転センサ１１２、排気温度センサ１１３からの検出信号は、経路Ｋ１４にて制御盤１０に取り込まれるとともに、経路Ｋ１５にて異常検出装置３０に取り込まれている。なお、制御盤１０にて取り込む検出信号、異常検出装置３０にて取り込む検出信号は、トルクセンサ１１１、回転センサ１１２、排気温度センサ１１３からの検出信号に限定されるものではない。制御盤１０にて検出が必要な検出信号は経路Ｋ１４にて制御盤１０に取り込まれ、異常検出装置３０にて検出が必要な検出信号は経路Ｋ１５にて異常検出装置３０に取り込まれる。

制御装置１２０は、いわゆるエンジンコントロールコンピュータであり、制御装置１２０には、内燃機関１１０に設けられた上記の動作状態検出手段からの検出信号が経路Ｋ１１から入力されている。経路Ｋ１１は、内燃機関１１０に設けられている動作状態検出手段からの検出信号を制御装置１２０が取り込む経路である。制御装置１２０は、経路Ｋ１１から入力された検出信号に基づいて内燃機関１１０の動作状態を把握し、インジェクタから噴射するべき燃料噴射量を算出し、算出した燃料噴射量を、所定タイミングで各気筒に噴射するように、経路Ｋ２１にて制御信号を出力する。経路Ｋ２１には、インジェクタの制御信号の他にも、種々のアクチュエータを制御するための制御信号が含まれている。なお制御装置１２０は、自身がインジェクタから噴射した燃料噴射量（物理量の１つ）を認識することができる。また制御装置１２０は、経路Ｋ３３にて制御盤１０から停止指令信号が入力された場合、インジェクタからの燃料噴射を停止して内燃機関１１０の運転（動作）を停止させる。

制御盤１０は制御手段としてＣＰＵを有しており、制御盤１０には、経路Ｋ１４にて種々の動作状態検出手段からの検出信号が入力され、中継装置４０から経路Ｋ３２にて停止指令信号が入力される。なお停止指令信号は、異常検出装置３０が、内燃機関１１０の動作に異常が発生したと判断した場合に、異常検出装置３０から経路Ｋ３１にて出力される。制御盤１０は、経路Ｋ３２から停止指令信号が入力された場合、あるいは、制御盤１０自身が内燃機関１１０の動作に異常が発生したと判断した場合、経路Ｋ３３にて停止指令信号を制御装置１２０に出力する。

異常検出装置３０とは別体とされた制御盤１０（評価装置に相当）には、予め設定された種々の評価動作パターンが記憶されており、内燃機関１１０を評価動作パターンで動作させるための出力を、経路Ｋ２４から内燃機関１１０に出力する。例えば内燃機関１１０を所定回転数で長時間運転する耐久試験用の評価動作パターンでは、当該所定回転数とするためのアクセルペダル開度に応じたアクセルペダル駆動信号や、所定回転数を指示する指令信号等を、経路Ｋ２４から出力する。

例えば内燃機関１１０を、５０００［ｒｐｍ］（一定回転数）にて上記の耐久試験用の評価動作パターンで動作させる場合、制御盤１０は、内燃機関１１０が５０００［ｒｐｍ］で動作するように、経路Ｋ２４からアクセルペダル駆動信号を出力する。なお、制御盤１０には、評価動作パターンに応じた評価閾値が予め設定されており、経路Ｋ１４を介して取得した物理量が、評価閾値を超えた（あるいは下回った）場合に、内燃機関１１０の動作が異常であると判定する、パターン判定処理を実行する。例えば、回転数５０００［ｒｐｍ］の一定回転数での評価動作パターンの場合、評価閾値が例えば４８００［ｒｐｍ］に設定されており、制御盤１０は、経路Ｋ１４から取得した検出信号に基づいた物理量（この場合、クランクシャフトの回転数）が評価閾値を下回った場合、内燃機関１１０の動作に異常が発生した、と判定する。

制御装置用評価装置２０は制御手段としてＣＰＵを有しており、制御装置用評価装置２０には、制御装置１２０から経路Ｋ１２にて種々の情報が入力されている。制御装置用評価装置２０は、内燃機関１１０の各所定個所の物理量と、制御装置１２０の動作状態を確認するための種々の情報を、経路Ｋ１２を介して制御装置１２０から取り込むことができる。また制御装置用評価装置２０は、経路Ｋ１２を介して取り込んだ内燃機関１１０の各所定個所の物理量を、経路Ｋ１３を介して異常検出装置３０に出力する。

異常検出装置３０は、制御手段３１（図２参照）としてＣＰＵを有しており、経路Ｋ１６と中継装置４０と経路Ｋ１７を介して、制御盤１０から、内燃機関１１０の各所定個所の物理量を取り込むことができる。また異常検出装置３０は、経路Ｋ１３を介して、制御装置用評価装置２０から、内燃機関１１０の各所定個所の物理量を取り込むことができる。また異常検出装置３０は、経路Ｋ１５を介して、種々の動作状態検出手段からの検出信号を取り込み、各検出信号に基づいて、内燃機関１１０の各所定個所の物理量を取得することができる。異常検出装置３０の制御手段３１（図２参照）は、自身の記憶手段３２（図２参照）に記憶されている変換情報に基づいて経路Ｋ１５から取得した各検出信号を物理量に変換することで、内燃機関１１０の各所定個所の物理量を取得することができる。なお異常検出装置３０の制御手段３１（図２参照）は、後述するように、取得した物理量を時刻に対応させて記憶手段３２（図２参照）に記憶する。例えば記憶手段３２は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）である。なお図２に示すように、異常検出装置３０の制御手段３１は、評価量算出手段３３と判定手段３４を有しているが、評価量算出手段３３と判定手段３４については後述する。

また異常検出装置３０は、後述する異常判定処理を行って、内燃機関１１０の動作が異常であるか否かを判定し、異常と判定した場合、経路Ｋ３１と中継装置４０と経路Ｋ３２を介して制御盤１０に停止指令信号を出力する。

中継装置４０は、経路Ｋ１６を介して制御盤１０から出力された種々の情報を、経路Ｋ１７を介して異常検出装置３０へ出力するように情報の伝達を中継し、経路Ｋ３１を介して異常検出装置３０から入力された停止指令信号を、経路Ｋ３２を介して制御盤１０へ出力するように停止指令信号の伝達を中継する。なお中継装置４０は、警報手段４１（例えば、警報ランプや警報ブザー等）を有しており、経路Ｋ３１を介して停止指令信号が入力されると、警報手段４１から警報を出力する。

従来より、制御盤１０には、上述したように、種々の評価動作パターンが記憶されており、各評価動作パターンに対して監視する物理量と当該物理量の評価閾値が設定されている。そして制御盤１０は、内燃機関１１０を評価動作パターンで動作させて評価をする『評価期間』では、内燃機関１１０を評価動作パターンで動作させながら、監視するべき内燃機関１１０の物理量を取得する。そして制御盤１０は、取得した物理量が評価閾値を超えた（または下回った）場合に、内燃機関１１０の動作に異常が発生したと判定して経路Ｋ３３を介して停止指令信号を出力する、パターン判定処理を行う。

しかし、内燃機関１１０の調整、接続状態の確認、制御盤１０や制御装置用評価装置２０の調整、接続状態の確認等を行う場合、上記の評価動作パターンで動作させず、作業者が、任意の動作状態で内燃機関１１０を動作させる場合がある。この場合の期間は、上記の『評価期間』ではない期間であって、予め設定された評価動作パターンがなく、内燃機関１１０の調整を含む動作をさせる期間であり、本実施の形態では、この場合の期間を『非評価期間』と呼ぶ。この『非評価期間』では、上記のように内燃機関１１０を任意の動作状態で動作させるため、『評価期間』のように予め評価閾値を設定しておくことができない。つまり、従来では、『非評価期間』では内燃機関１１０の動作の異常を検出することができなかったため、『非評価期間』に内燃機関１１０の動作に異常が発生した場合、作業者が当該異常に気付かず、内燃機関１１０を壊してしまう可能性があった。本実施の形態にて説明する異常検出装置３０は、『非評価期間』において、以降に説明する異常判定処理を行うことで、『非評価期間』であっても、内燃機関１１０の異常を、適切かつより早期に検出することが可能であり、内燃機関１１０を壊してしまうことを回避できる。

●［異常検出装置３０の制御手段３１の処理手順（図３）と、異常検出の例（図４、図５）］
以下、異常検出装置３０制御手段３１の処理手順（図３に示すフローチャート）の各ステップの処理を、順に説明する。図３に示すフローチャートの処理は、所定タイミング（例えば数［ｍｓ］〜数１００［ｍｓ］等の所定時間間隔）で起動される。異常検出装置３０の制御手段３１は、図３に示す処理が起動されると、ステップＳ０１０へと処理を進める。以下、異常検出装置３０の制御手段３１を、「制御手段３１」と記載する。なお図３に示す異常判定処理は、『非評価期間』に実行される。

ステップＳ０１０にて制御手段３１は、経路Ｋ１５から（現在の）検出信号を取り込み、取り込んだ検出信号に基づいて各物理量に換算することで、内燃機関１１０の各所定個所の物理量を取得する。例えば異常検出装置３０は、トルクセンサ１１１からの検出信号をトルク［Ｎ・ｍ］に換算し、回転センサ１１２からの検出信号を回転数［ｒｐｍ］に換算し、排気温度センサ１１３からの検出信号を排気温度［℃］に換算する。または、異常検出装置３０は、経路Ｋ１６と中継装置４０と経路Ｋ１７を介して制御盤１０から種々の物理量を取得し、経路Ｋ１３を介して制御装置用評価装置２０から種々の物理量を取得する。そして制御手段３１は、ステップＳ０１５へ処理を進める。

ステップＳ０１５にて制御手段３１は、取得したそれぞれの物理量を現在時刻（取込時刻）に対応させて記憶手段３２に記憶し、ステップＳ０２０へ処理を進める。

ステップＳ０２０にて制御手段３１は、現在時刻（取込時刻）から第２所定期間だけ前の時刻を基準時刻として（基準時刻の位置を起点として）、基準時刻から前の第１所定期間の間（基準期間に相当）の複数の物理量を、記憶手段から読み出して、ステップＳ０２５へ処理を進める。例えば、対象物理量としてトルクが設定され、第２所定期間が４００［ｍｓ］、第１所定期間が５０００［ｍｓ］に設定されている場合、制御手段３１は、現在時刻（取込時刻）から４００［ｍｓ］だけ前を基準時刻として、基準時刻から５０００［ｍｓ］の間に時刻が対応付けられているトルクを読み出す。この場合、現在時刻（取込時刻）−４００［ｍｓ］の時刻から、現在時刻（取込時刻）−５４００［ｍｓ］の時刻、が対応付けられているトルクを読み出す。

ステップＳ０２５にて制御手段３１は、読み出した複数の物理量を用いて、平均μと、標準偏差σと、を算出し、ステップＳ０３０へ処理を進める。なお、平均μと標準偏差σの算出には、既存の算出式を用いて算出すればよいので、算出式の詳細については省略する。また、５０００［ｍｓ］程度の間に検出した物理量の数ならば、汎用のパーソナルコンピュータ等にとって、平均μと標準偏差σの算出は、それほど大きな負荷ではない。つまり、汎用の（一般的な）パーソナルコンピュータ等でも充分処理可能であり、高速・高精度な処理能力を有する特別なコンピュータを必要としない。なお、上記のステップＳ０２０、Ｓ０２５の処理を実行している制御手段３１が、図２に示す評価量算出手段３３に相当している。

ステップＳ０３０にて制御手段３１は、ステップＳ０１０にて取得した現在時刻（取込時刻）の物理量である評価物理量が、μ±ｎσの範囲内にあるか否かを判定する。なお、ｎは２．０以上の値であり、任意に設定することができる。例えばｎ＝３．０の値に設定されている場合、制御手段３１は、評価物理量が、μ±３．０σの範囲内にあるか否かを判定し、範囲内にある場合（Ｙｅｓ）はステップＳ０４０に処理を進め、範囲から外れる場合（Ｎｏ）はステップＳ０６０に処理を進める。

後述するが、この場合の平均μ、標準偏差σは、現在時刻（取込時刻）から前の第１所定期間の間の物理量から求めた値ではなく、現在時刻（取込時刻）から第２所定期間だけ前の時刻を基準時刻として、当該基準時刻から前の第１所定期間の間の物理量から求めた値である点が特徴である。例えば、内燃機関１１０の動作が安定的に推移している際の物理量に対して、異常が発生して物理量に変動が生じた場合、変動している現在時刻（取込時刻）の物理量を含む平均μと標準偏差σから求めたμ±ｎσと現在の物理量を比較するよりも、変動が発生する少し前の安定状態の物理量の平均μと標準偏差σから求めたμ±ｎσと現在の物理量と比較したほうが、より早期に異常を検出することができる。

ステップＳ０４０に処理を進めた場合、制御手段３１は、仮正常カウンタをカウントアップし、仮異常カウンタをクリア（初期化）して、ステップＳ０４５に処理を進める。

ステップＳ０４５にて制御手段３１は、仮正常カウンタが２以上であるか否かを判定し、仮正常カウンタが２以上である場合（Ｙｅｓ）はステップＳ０５０へ処理を進め、仮正常カウンタが２未満である場合（Ｎｏ）は処理を終了する。この例では、制御手段３１にて、２回連続して評価物理量がμ±ｎσの範囲内にあるか否かを判定させているが、連続回数は「２」以上の値であればよく、「２」に限定されるものではない。制御手段３１は、複数回連続して評価物理量がμ±ｎσの範囲内にあった場合、内燃機関１１０の動作は正常である、と判定する。

ステップＳ０５０に処理を進めた場合、制御手段３１は、異常確定フラグをＯＦＦにセットして、経路Ｋ３１からの停止指令信号の出力を停止し、処理を終了する。

ステップＳ０６０に処理を進めた場合、制御手段３１は、仮異常カウンタをカウントアップし、仮正常カウンタをクリア（初期化）して、ステップＳ０６５に処理を進める。

ステップＳ０６５にて制御手段３１は、仮異常カウンタが２以上であるか否かを判定し、仮異常カウンタが２以上である場合（Ｙｅｓ）はステップＳ０７０へ処理を進め、仮異常カウンタが２未満である場合（Ｎｏ）は処理を終了する。この例では、制御手段３１にて、２回連続して評価物理量がμ±ｎσの範囲を外れているか否かを判定させているが、連続回数は「２」以上の値であればよく、「２」に限定されるものではない。制御手段３１は、複数回連続して評価物理量がμ±ｎσの範囲を外れた場合、内燃機関１１０の動作は異常である、と判定する。

ステップＳ０７０に処理を進めた場合、制御手段３１は、異常確定フラグをＯＮにセットして、経路Ｋ３１からの停止指令信号の出力を実施し、処理を終了する。なお、上記のステップＳ０３０〜Ｓ０７０の処理を実行している制御手段３１が、図２に示す判定手段３４に相当している。

●［内燃機関１１０の動作に異常が発生した例と、異常検出の動作の例（図４、図５）］
次に、図４及び図５を用いて、評価対象機器を内燃機関１１０、検出する物理量をクランクシャフトのトルク、内燃機関１１０のクランクシャフトの回転数を一定、とした『非評価期間』において、クランクシャフトのベアリングに焼付き（異常）が発生した場合のトルクの変動の例と、異常検出装置３０の異常検出動作の例について説明する。

図４は、上記の『非評価期間』にて、クランクシャフトの回転数を一定にして内燃機関１１０を動作させている際、正常な動作であれば、クランクシャフトのトルクが安定的に維持されるべきところ、クランクシャフトのベアリングに焼付きが発生し、トルクの低下が発生した状態の例を示している。この場合、最初のトルクの低下現象が発生した時刻ｔａ〜時刻ｔｂにて異常を検出し、速やかに内燃機関の運転を停止することが望ましい。従来は、内燃機関１１０を任意の動作状態にして調整等を行う『非評価期間』では、適切な評価用閾値を予め設定することができないので、制御盤１０等で異常を検出することができず、作業者が異常に気付くまで、内燃機関１１０を停止させることができなかった。このような場合、異常が発生していることに作業者が気付くことが遅れると、内燃機関１１０が壊れてしまう可能性がある。

図５は、図４における時刻ｔａ〜時刻ｔｂの拡大図である。なお図５の例は、異常検出装置３０が図３に示す処理を実行する時間間隔Ｓ＝２００［ｍｓ］、第１所定期間Ｔ１＝２０００［ｍｓ］、第２所定期間Ｔ２＝４００［ｍｓ］に設定した場合の例を示している。また図５では、Ｖ、μ、μ＋３σ、μ−３σ、は以下示すとおりである。
Ｖ＝評価物理量（検出した物理量）
μ＝現在時刻（取込時刻）を基準時刻として当該基準時刻から前の第１所定期間Ｔ１内の物理量の平均（従来の算出方法にて求めたμに相当）
μ＋３σ＝現在時刻（取込時刻）を基準時刻として当該基準時刻から前の第１所定期間Ｔ１内の物理量から求めた値（従来の算出方法にて求めたμ＋３σ）
μ−３σ＝現在時刻（取込時刻）を基準時刻として当該基準時刻から前の第１所定期間Ｔ１内の物理量から求めた値（従来の算出方法にて求めたμ−３σ）

図５に示す例は、時刻ｔａ〜時刻ｔ［ｉ−１］では、ほぼ安定的に推移していたトルクが、時刻ｔ［ｉ］から低下しはじめている。時刻ｔ［ｉ］では、評価物理量Ｖ［ｉ］が、前回の評価物理量Ｖ［ｉ−１］に対して、比較的大きく落ち込んでいる。

［従来の一般的な異常検出］
従来の一般的な異常検出では、例えば現在時刻（取込時刻）が時刻ｔ［ｉ］の場合、時刻ｔ［ｉ］にて検出した評価物理量Ｖ［ｉ］と比較するμ±３σを、以下のようにして求めて異常を判定している。従来の一般的な異常検出では、第２所定期間Ｔ２の概念が無く、第２所定期間Ｔ２＝０（ゼロ）としている。
（１）時刻ｔ［ｉ］から（時刻ｔ［ｉ］を起点として）前の第１所定期間Ｔ１（この例では、２０００［ｍｓ］であり、時刻ｔ［ｉ］〜時刻ｔ［ｉ−１０］）の間に対応する評価物理量Ｖ［ｉ］〜Ｖ［ｉ−１０］を抽出する。
（２）抽出した評価物理量Ｖ［ｉ］〜Ｖ［ｉ−１０］を用いて、平均μ［ｉ］、標準偏差σ［ｉ］を算出し、μ［ｉ］＋３σ［ｉ］とμ［ｉ］−３σ［ｉ］を算出する。
（３）評価物理量Ｖ［ｉ］が、μ［ｉ］＋３σ［ｉ］とμ［ｉ］−３σ［ｉ］の範囲から外れた場合に異常と判定する。

図５の例では、μ［ｉ］＋３σ［ｉ］とμ［ｉ］−３σ［ｉ］は、変動が発生している評価物理量Ｖ［ｉ］を含んでおり、評価物理量Ｖ［ｉ］はμ［ｉ］＋３σ［ｉ］とμ［ｉ］−３σ［ｉ］の範囲に収まってしまっている。なお図５の例では、時刻ｔ［ｉ＋４］における評価物理量Ｖ［ｉ＋４］から、μ［ｉ＋４］＋３σ［ｉ＋４］とμ［ｉ＋４］−３σ［ｉ＋４］の範囲から外れている。従って、従来では時刻ｔ［ｉ＋４］にて異常が発生したと判定していた。

［本実施の形態の異常検出］
これに対して本実施の形態の異常検出装置３０は、例えば現在時刻（取込時刻）が時刻ｔ［ｉ］の場合、時刻ｔ［ｉ］にて検出した評価物理量Ｖ［ｉ］と比較するμ±３σを、以下のようにして求めて異常を判定している点が特徴である。
（１）時刻ｔ［ｉ］から第２所定期間Ｔ２［ｉ］（この例では、４００［ｍｓ］）だけ前の時刻である時刻ｔ［ｉ−２］を基準時刻として（時刻ｔ［ｉ−２］を起点として）、当該基準時刻から前の第１所定期間Ｔ１［ｉ］（この例では、２０００［ｍｓ］であり、時刻ｔ［ｉ−２］〜時刻ｔ［ｉ−１２］）の間（基準期間に相当）の評価物理量Ｖ［ｉ−２］〜Ｖ［ｉ−１２］を抽出する。
（２）抽出した評価物理量Ｖ［ｉ−２］〜Ｖ［ｉ−１２］を用いて、平均μ［ｉ−２］、標準偏差σ［ｉ−２］を算出し、μ［ｉ−２］＋３σ［ｉ−２］とμ［ｉ−２］−３σ［ｉ−２］を算出する。
（３）評価物理量Ｖ［ｉ］が、μ［ｉ−２］＋３σ［ｉ−２］とμ［ｉ−２］−３σ［ｉ−２］の範囲から外れているか否かを判定する。
（４）２回連続して評価物理量Ｖが、μ±３σの範囲から外れた場合に異常と判定する。

図５の例に示すように、本実施の形態の異常検出装置３０は、トルク変動（トルクの低下）が始まった評価物理量Ｖ［ｉ］が、トルク変動が発生する前のほぼ安定状態のμ［ｉ−２］＋３σ［ｉ−２］とμ［ｉ−２］−３σ［ｉ−２］の範囲から外れているか否かを判定する。従って異常検出装置３０は、評価物理量Ｖ［ｉ］が、μ［ｉ−２］＋３σ［ｉ−２］とμ［ｉ−２］−３σ［ｉ−２］の範囲から外れている、と適切に判定することができる。なお、μ［ｉ−２］、σ［ｉ−２］は、現在時刻（取込時刻）である時刻ｔ［ｉ］から第２所定期間Ｔ２［ｉ］だけ前の時刻ｔ［ｉ−２］から第１所定期間Ｔ１［ｉ］の間の評価物理量Ｖ［ｉ−２］〜Ｖ［ｉ−１２］を用いて算出されている。

同様に、異常検出装置３０は、時刻ｔ［ｉ＋１］にて検出した評価物理量Ｖ［ｉ＋１］が、μ［ｉ−１］＋３σ［ｉ−１］とμ［ｉ−１］−３σ［ｉ−１］の範囲から外れている、と適切に判定することができる。なお、μ［ｉ−１］、σ［ｉ−１］は、現在時刻（取込時刻）である時刻ｔ［ｉ＋１］から第２所定期間Ｔ２［ｉ＋１］だけ前の時刻ｔ［ｉ−１］から第１所定期間Ｔ１［ｉ＋１］の間の評価物理量Ｖ［ｉ−１］〜Ｖ［ｉ−１１］を用いて算出されている。従って、２回連続して評価物理量Ｖがμ±３σの範囲を外れた際に異常と判定する場合、異常検出装置３０は、時刻ｔ［ｉ＋１］にて異常が発生したと判定することができる。すなわち、従来よりも、より早期に異常を検出することができる。そして異常を検出した場合、停止指令信号を出力して、速やかに評価対象機器の動作を停止させることができるので、評価対象機器を壊してしまうことを回避できる。

本発明の異常検出システムは、本実施の形態で説明した構成、構造、外観、処理手順等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。

本実施の形態の説明では、評価対象機器を内燃機関、検出する物理量をトルク、回転数、温度等、にした例を説明したが、評価対象機器は内燃機関に限定されず、種々の機器を評価対象機器とすることができる。また、検出する物理量も、評価対象機器の動作の異常の検出に必要な物理量であれば、トルク、回転数、温度等に限定されるものではなく、圧力、流量、燃料噴射量等、種々の物理量を検出するようにしてもよい。また異常検出装置の物理量の取得は、動作状態検出手段からの検出信号から取得してもよいし、制御盤や制御装置用評価装置から物理量を取得してもよい。

また、本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。本実施の形態の説明では、第２所定期間Ｔ２＝４００［ｍｓ］に設定した例で説明したが、第２所定期間Ｔ２は、ゼロ（０［ｍｓ］）でなければよい。第１所定期間Ｔ１、第２所定期間Ｔ２は、評価対象機器や物理量等に応じて、適宜設定される。

また本実施の形態では、μ±ｎσにおいてｎ＝３．０の値に設定した場合の例を説明したが、ｎは３．０の値に限定されるものではなく、２．０以上の値であれば、小数、有理数、無理数等どのような値であってもよい。また本実施の形態の説明では、評価物理量がμ±ｎσの範囲から２回以上連続して外れた場合に、評価対象機器の動作に異常が発生したと判定させたが、２回に限定されず、複数回連続して外れた場合に異常と判定するようにしてもよい。

また本実施の形態の説明では、『評価期間』の際のパターン判定処理を制御盤にて行う例を説明したが、当該パターン判定処理を異常検出装置で行ってもよい。また本実施の形態の説明では、『非評価期間』の場合に異常検出装置にて図３に示す異常判定処理を行う例を説明したが、『評価期間』の場合に、パターン判定処理と並行させて、異常検出装置を用いて図３に示す異常判定処理を行うようにしてもよい。

また本実施の形態の説明では、異常と判定した場合、内燃機関を速やかに停止させる例を説明したが、異常と判定した際、まずアイドリング状態で所定時間運転した後、停止させるようにしてもよい。

１ 評価システム（異常検出システム）
１０ 制御盤（評価装置）
２０ 制御装置用評価装置（評価装置）
３０ 異常検出装置
３１ 制御手段
３２ 記憶手段
３３ 評価量算出手段
３４ 判定手段
４０ 中継装置
４１ 警報手段
１００ 評価対象機器
１１０ 内燃機関（評価対象機器）
１１１ トルクセンサ（動作状態検出手段）
１１２ 回転センサ（動作状態検出手段）
１１３ 排気温度センサ（動作状態検出手段）
１２０ 制御装置
Ｋ１１、Ｋ１２、Ｋ１３、Ｋ１４、Ｋ１５、Ｋ１６、Ｋ１７ 経路
Ｋ２１、Ｋ２４、Ｋ３１、Ｋ３２、Ｋ３３ 経路
Ｔ１［ｉ］、Ｔ１［ｉ＋１］ 第１所定期間
Ｔ２［ｉ］、Ｔ２［ｉ＋１］ 第２所定期間
Ｖ 評価物理量
μ 平均
σ 標準偏差

Claims (6)

1. 評価対象機器の動作の異常を検出する異常検出システムであって、
   前記評価対象機器の動作状態に応じて変化する前記評価対象機器の所定個所の物理量を検出する動作状態検出手段からの検出信号、または前記検出信号に基づいた前記物理量、を取り込む異常検出装置を有し、
   前記異常検出装置は、
   取り込んだ前記動作状態検出手段からの前記検出信号に基づいた前記物理量、または取り込んだ前記物理量、を時刻に対応させて記憶する記憶手段と、
   前記検出信号または前記物理量を取り込んだ時刻である取込時刻よりも前の第１所定期間の間である基準期間の間に対応する前記物理量の平均であるμと標準偏差であるσとを算出する評価量算出手段と、
   ｎを２．０以上の値として、前記取込時刻に対応する前記物理量である評価物理量が、μ±ｎσの範囲から外れているか否かに基づいて、前記評価対象機器の動作が異常であるか否かを判定する判定手段と、
   を有し、
   前記基準期間は、
   前記取込時刻から前の前記第１所定期間の間ではなく、
   前記取込時刻から第２所定期間だけ前の時刻を基準時刻として当該基準時刻から前の前記第１所定期間の間である、
   異常検出システム。
2. 請求項１に記載の異常検出システムであって、
   前記ｎの値は、３．０に設定されている、
   異常検出システム。
3. 請求項１または２に記載の異常検出システムであって、
   前記異常検出装置は、
   前記評価物理量が、前記μ±ｎσの範囲から複数回連続して外れた場合に、前記評価対象機器の動作が異常であると判定する、
   異常検出システム。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の異常検出システムであって、
   予め設定された評価動作パターンに基づいて前記評価対象機器を動作させて前記評価対象機器の動作の評価を行う評価期間では、
   前記異常検出装置、あるいは、前記異常検出装置とは別体とされた評価装置が、
   少なくとも、前記評価物理量を取得して、前記評価動作パターンに応じて予め設定されている評価閾値を、前記評価物理量が超えたか否かあるいは下回ったか否か、に基づいて前記評価対象機器の動作が異常であるか否かを判定し、
   前記評価期間ではない期間であって予め設定された前記評価動作パターンがなく前記評価対象機器の調整を含む動作をさせる期間である非評価期間では、
   前記異常検出装置が、
   前記記憶手段を用いて前記物理量を時刻に対応させて記憶し、
   前記評価量算出手段を用いて前記平均であるμと前記標準偏差であるσを算出し、
   前記判定手段を用いて前記評価対象機器の動作が異常であるか否かを判定する、
   異常検出システム。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の異常検出システムであって、
   前記異常検出装置は、
   前記評価対象機器の動作が異常であると判定した場合、前記評価対象機器の動作を停止させる、
   異常検出システム。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の異常検出システムであって、
   前記評価対象機器は、内燃機関であり、
   前記物理量は、前記内燃機関の前記所定個所における、圧力、流量、温度、燃料噴射量、トルク、回転数、の少なくとも１つである、
   異常検出システム。
   
   

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