JP2022158570A - Abnormality detection device, abnormality detection method, and program - Google Patents

Abnormality detection device, abnormality detection method, and program Download PDF

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和成 井手
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Abstract

To provide an abnormality detection device which can quickly diagnose the abnormality of a machinery plant.SOLUTION: An abnormality detection device for detecting the presence of abnormality in a machinery plant includes a processor that executes: a process of acquiring, on the basis of a detection signal outputted from a first vibration sensor that measures the vibration of machinery plant, a measured value composed of the amplitude and phase of the vibration at a predetermined frequency point; a process of calculating, with respect to a unit space composed of a plurality of measured values acquired at a plurality of past points of time, the Mahalanobis distance of the measured value acquired at a point of time when evaluating the machinery plant; and a process of assessing, when the calculated Mahalanobis distance exceeds a prescribed threshold, that abnormality has occurred in the machinery plant.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、異常検出装置、異常検出方法、およびプログラムに関する。 The present disclosure relates to an abnormality detection device, an abnormality detection method, and a program.

機械設備などの検査対象の健全性を診断する技術として、MT(マハラノビス・タグチ)法を用いて異常を検知する方法が知られている。MT法では、基準データ(例えば、正常状態における各種特性項目の計測値の集団)の共分散行列の逆行列を用いてマハラノビス距離を計算する。そして、計算されたマハラノビス距離が所定の閾値を超える場合、検査対象の状態が異常であると判断することができる。 As a technique for diagnosing the soundness of an inspection target such as mechanical equipment, a method of detecting an abnormality using the MT (Mahalanobis-Taguchi) method is known. In the MT method, the Mahalanobis distance is calculated using the inverse matrix of the covariance matrix of reference data (for example, a group of measured values of various characteristic items in a normal state). Then, if the calculated Mahalanobis distance exceeds a predetermined threshold, it can be determined that the state of the object to be inspected is abnormal.

例えば特許文献1には、振動センサによる計測信号yを周波数分析した結果に基づいて、回転機械の異常振動を検出する異常検出装置が記載されている。 For example, Patent Literature 1 describes an anomaly detection device that detects an anomalous vibration of a rotating machine based on the results of frequency analysis of a measurement signal y from a vibration sensor.

特開2020-144111号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-144111

周波数分析の結果とは具体的には離散フーリエ変換の結果として得られるフーリエ係数である。特許文献1に記載された異常検出装置は、計測した信号yの時刻歴{y(ΔT),y(2ΔT),…,y(NΔT)}の時間間隔ΔTと、周波数分析にかけるデータの点数Nとから定まる周波数点{0Δf,1Δf,2Δf,…,(N-1)Δf}について得られる複素数のフーリエ係数{a(0Δf)+jb(0Δf),a(1Δf)+jb(1Δf),a(2Δf)+jb(2Δf),…,a((N-1)Δf)+jb((N-1)Δf)}に基づき異常を検出する。jは虚数単位である。離散フーリエ変換は、演算速度の点から、高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform(FFT))が用いられる。これを機械設備の制御装置で実行することは演算処理の量の点、および検出の即時性の点で課題がある。 The results of frequency analysis are specifically Fourier coefficients obtained as a result of discrete Fourier transform. The anomaly detection device described in Patent Document 1 uses the time interval ΔT of the time history of the measured signal y {y(ΔT), y(2ΔT), . The complex Fourier coefficients {a(0Δf)+jb(0Δf),a(1Δf)+jb(1Δf),a( 2Δf)+jb(2Δf), . . . , a((N−1)Δf)+jb((N−1)Δf)}. j is the imaginary unit. A fast Fourier transform (FFT) is used for the discrete Fourier transform in terms of computation speed. Executing this in the control device of the machinery has problems in terms of the amount of computational processing and the immediacy of detection.

FFTでは、一つの信号あたり、例えば256点、例えば1024点、のように、周波数標本点数が2の冪乗になるように設定し、設定したひとつの周波数点数についてフーリエ係数を一つ算出するので、フーリエ係数の計算回数も256点、1024点と増加する。つまり、FFTでは、周波数標本点数と同じ数のフーリエ係数を計算しなければならない。 In FFT, the number of frequency samples is set to be a power of 2, such as 256 points or 1024 points per signal, and one Fourier coefficient is calculated for each set number of frequency samples. , the number of calculations of Fourier coefficients also increases to 256 points and 1024 points. That is, in FFT, the same number of Fourier coefficients as the number of frequency samples must be calculated.

信号が1chであるならば、FFTによる周波数分析は可能である。しかし、例えば、16chの計測信号がある場合には困難となる可能性がある。周波数標本点数が256点であれば、16ch×256点、すなわち4096点ものフーリエ係数を計算することになる。そうすると、いかに計算速度が向上した今日といえども一般の制御装置で処理しきれるものではなく、専用の演算装置(周波数分析装置)を備えなければならない。これは、製品コストの観点では好ましいことではない。 If the signal is 1ch, frequency analysis by FFT is possible. However, it may become difficult when there are, for example, 16ch measurement signals. If the number of frequency samples is 256, 16ch×256 points, that is, 4096 points of Fourier coefficients will be calculated. In this case, even though the calculation speed has improved today, it cannot be processed by a general control device, and a dedicated arithmetic device (frequency analysis device) must be provided. This is not desirable from a product cost point of view.

さらに、一つのチャンネルあたり256点の周波数点のフーリエ係数を計算したとしても、その一部のみを振動診断に使うことが多い。異常が現れやすい周波数点は、事前に分かるので、その周波数帯域に属する周波数点のフーリエ係数さえわかればよい。計算したフーリエ係数のほとんどは使われないのが普通である。しかし、フーリエ係数の計算では、周波数点を限定してフーリエ係数を計算することはできない。このため、従来の技術では、使う事もない周波数点のフーリエ係数まで計算することが行われているが、これは無駄である。 Furthermore, even if the Fourier coefficients of 256 frequency points per channel are calculated, only some of them are often used for vibration diagnosis. Since the frequency points where anomalies are likely to appear are known in advance, it is only necessary to know the Fourier coefficients of the frequency points belonging to the frequency band. Most of the computed Fourier coefficients are usually not used. However, in calculating the Fourier coefficients, it is not possible to limit the frequency points and calculate the Fourier coefficients. For this reason, in the conventional technique, even the Fourier coefficients of frequency points that are not used are calculated, which is wasteful.

計算の無駄ばかりではない。FFTは即時性の点でも課題がある。FFTでは、計測信号の時間間隔をΔT[s]、FFTの対象とする計測点数をNとすると、周波数分解能、すなわち周波数点の刻みはΔf=(ΔTN)-1[Hz]のように計算され、周波数点{0Δf,1Δf,2Δf,…,(N-1)Δf}についてフーリエ係数を計算する。例えば、ΔT=0.01secであり、分解能を0.01Hzで評価するためには、データ長はN=1024点あれば充分である。このときデータを蓄積する時間が問題になる。ΔT=0.01secで1024点を蓄積するには10.24秒の時間がかかる。興味の対象が、例えば、0.1Hzの成分(10秒周期)であるならば蓄積に10秒かかっても問題ではない。しかし、仮に、例えば、1Hzの周波数成分(1秒周期)を調べたいなら、10秒かけずに1秒で調べたい。異常や兆候を早く検知するためには、短いデータで判定することが重要である。したがって、データの蓄積に時間がかかる点については、従来技術であるFFTの課題である。 It's not just a waste of computation. FFT also has a problem in terms of immediacy. In FFT, if the time interval of the measurement signal is ΔT [s], and the number of measurement points to be subjected to FFT is N, the frequency resolution, that is, the increment of frequency points is calculated as Δf = (ΔTN) - 1 [Hz]. , the Fourier coefficients for the frequency points {0Δf, 1Δf, 2Δf, . . . , (N−1)Δf}. For example, ΔT=0.01 sec, and in order to evaluate the resolution at 0.01 Hz, a data length of N=1024 points is sufficient. At this time, the time required to accumulate data becomes a problem. It takes 10.24 seconds to accumulate 1024 points with ΔT=0.01 seconds. If the object of interest is, for example, a 0.1 Hz component (10 second period), it does not matter if the accumulation takes 10 seconds. However, if, for example, you want to check a frequency component of 1 Hz (1-second period), you want to check it in 1 second instead of 10 seconds. In order to quickly detect anomalies and symptoms, it is important to make judgments with short data. Therefore, the problem of the conventional FFT is that it takes time to accumulate data.

さらに、FFTでは蓄積したN点の平均的な周波数特性が分るのみである。例えば、1Hzの成分に異常が現れるとして、蓄積されたN点のデータ区間の途中の1秒間に、異常の特徴が表れたとしよう。FFTでは、10秒間の平均的な周波数特性が計算されるので、ある1秒に出現する異常の特徴は、それ以外の9秒のデータに薄められて希薄化し、異常検知は困難となる。このように特徴の希薄化もFFTの課題である。 Furthermore, in FFT, only the average frequency characteristics of accumulated N points can be obtained. For example, assume that an abnormality appears in the 1 Hz component, and that the characteristic of the abnormality appears in one second in the middle of the accumulated N-point data interval. In the FFT, since the average frequency characteristic for 10 seconds is calculated, the feature of an abnormality appearing in a certain 1 second is diluted by the data of the remaining 9 seconds, making abnormality detection difficult. Thus, feature dilution is also a problem of FFT.

本開示は、このような課題に鑑みてなされたものであって、機械設備の異常診断を高速に行うことができる異常検出装置、異常検出方法、およびプログラムを提供する。 The present disclosure has been made in view of such problems, and provides an abnormality detection device, an abnormality detection method, and a program capable of performing abnormality diagnosis of mechanical equipment at high speed.

本開示の一態様によれば、機械設備の異常の有無を検出する異常検出装置は、前記機械設備の振動を計測する第1振動センサから出力された検出信号に基づいて、予め定めた周波数点における前記振動の振幅及び位相からなる計測値を取得する処理と、過去の複数の時点において取得された複数の前記計測値により構成される単位空間を基準として、前記機械設備を評価する時点において取得された前記計測値のマハラノビス距離を算出する処理と、算出された前記マハラノビス距離が所定の閾値を超える場合、前記機械設備に異常が発生していると判定する処理と、を実行するプロセッサを備える。 According to one aspect of the present disclosure, an abnormality detection device that detects the presence or absence of an abnormality in mechanical equipment includes a predetermined frequency point based on a detection signal output from a first vibration sensor that measures vibration of the mechanical equipment. Acquired at the time of evaluating the mechanical equipment based on a process of acquiring a measured value consisting of the amplitude and phase of the vibration in and a unit space composed of the plurality of measured values acquired at a plurality of points in the past. a processor that executes a process of calculating the Mahalanobis distance of the measured value that has been calculated, and a process of determining that an abnormality has occurred in the mechanical equipment if the calculated Mahalanobis distance exceeds a predetermined threshold .

また、本開示の一態様によれば、機械設備の異常の有無を検出する異常検出装置は、前記機械設備の振動を計測する第1振動センサから出力された検出信号に基づいて、予め定めた周波数点における前記振動の振幅及び位相からなる計測値を取得する処理と、前記計測値からなる計測値ベクトルを、異常の指標として定めた指標ベクトルの方向に分解した複数の成分を算出する処理と、算出された前記成分の絶対値が所定の閾値を超える場合、前記機械設備に異常が発生していると判定する処理と、を実行するプロセッサを備える。 Further, according to one aspect of the present disclosure, the abnormality detection device that detects the presence or absence of an abnormality in the mechanical equipment is based on the detection signal output from the first vibration sensor that measures the vibration of the mechanical equipment. A process of acquiring a measured value consisting of the amplitude and phase of the vibration at a frequency point, and a process of calculating a plurality of components by resolving the measured value vector consisting of the measured value in the direction of an index vector defined as an index of abnormality. and determining that an abnormality has occurred in the mechanical equipment when the calculated absolute value of the component exceeds a predetermined threshold.

また、本開示の一態様によれば、機械設備の異常の有無を検出する異常検出装置は、前記機械設備の振動を計測する第1振動センサにより計測された計測値からなる計測値ベクトルを取得する処理と、異常の指標として定めた指標ベクトルを予め定めた周波数点の位相角を用いて実数部及び虚数部に分けて、前記実数部及び前記虚数部それぞれと前記計測値ベクトルとの内積を算出する処理と、算出された前記内積の一周期分の時間平均の絶対値が所定の閾値を超える場合、前記機械設備に異常が発生していると判定する処理と、
を実行するプロセッサを備える。
Further, according to one aspect of the present disclosure, an abnormality detection device that detects the presence or absence of an abnormality in mechanical equipment acquires a measured value vector composed of measured values measured by a first vibration sensor that measures vibration of the mechanical equipment. and dividing an index vector determined as an abnormality index into a real part and an imaginary part using a phase angle of a predetermined frequency point, and calculating the inner product of each of the real part and the imaginary part and the measurement value vector a process of determining that an abnormality has occurred in the mechanical equipment when the absolute value of the time average for one cycle of the calculated inner product exceeds a predetermined threshold;
a processor that executes

また、本開示の一態様によれば、機械設備の異常の有無を検出する異常検出方法は、前記機械設備の振動を計測する第1振動センサから出力された検出信号に基づいて、予め定めた周波数点における前記振動の振幅及び位相からなる計測値を取得するステップと、過去の複数の時点において取得された複数の前記計測値により構成される単位空間を基準として、前記機械設備を評価する時点において取得された前記計測値のマハラノビス距離を算出するステップと、算出された前記マハラノビス距離が所定の閾値を超える場合、前記機械設備に異常が発生していると判定するステップと、を有する。 Further, according to one aspect of the present disclosure, the abnormality detection method for detecting the presence or absence of an abnormality in the mechanical equipment is based on the detection signal output from the first vibration sensor that measures the vibration of the mechanical equipment. A step of obtaining measured values consisting of the amplitude and phase of the vibration at frequency points; calculating the Mahalanobis distance of the measured value obtained in , and determining that an abnormality has occurred in the mechanical equipment when the calculated Mahalanobis distance exceeds a predetermined threshold.

また、本開示の一態様によれば、プログラムは、機械設備の異常の有無を検出する異常検出装置のコンピュータに、前記機械設備の振動を計測する第1振動センサから出力された検出信号に基づいて、予め定めた周波数点における前記振動の振幅及び位相からなる計測値を取得するステップと、過去の複数の時点において取得された複数の前記計測値により構成される単位空間を基準として、前記機械設備を評価する時点において取得された前記計測値のマハラノビス距離を算出するステップと、算出された前記マハラノビス距離が所定の閾値を超える場合、前記機械設備に異常が発生していると判定するステップと、を実行させる。 Further, according to one aspect of the present disclosure, the program causes a computer of an abnormality detection device that detects the presence or absence of an abnormality in the mechanical equipment based on a detection signal output from a first vibration sensor that measures vibration of the mechanical equipment. a step of acquiring a measured value consisting of the amplitude and phase of the vibration at a predetermined frequency point; a step of calculating the Mahalanobis distance of the measured value obtained at the time of evaluating the equipment; and a step of determining that an abnormality has occurred in the mechanical equipment when the calculated Mahalanobis distance exceeds a predetermined threshold. , is executed.

本開示に係る異常検出装置、異常検出方法、およびプログラムによれば、機械設備の振動の異常診断を高速に行うことができる。 According to the abnormality detection device, the abnormality detection method, and the program according to the present disclosure, abnormality diagnosis of vibration of mechanical equipment can be performed at high speed.

本開示の第1の実施形態に係る異常検出システムの全体構成を示す図である。1 is a diagram showing the overall configuration of an anomaly detection system according to a first embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の第1の実施形態に係る異常検出装置の処理の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a process of the abnormality detection apparatus which concerns on 1st Embodiment of this indication. 本開示の第2の実施形態に係る異常検出システムの全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the abnormality detection system which concerns on 2nd Embodiment of this indication. 本開示の第2の実施形態に係る異常検出装置の処理の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of processing of an abnormality detection device according to a second embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の第3の実施形態に係る異常検出装置の機能構成を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the functional configuration of an abnormality detection device according to a third embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の第3の実施形態に係る異常検出装置の処理の一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating an example of processing of an abnormality detection device according to a third embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の第4の実施形態に係る異常検出装置の機能構成を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a functional configuration of an abnormality detection device according to a fourth embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の第4の実施形態に係る異常検出装置の処理の一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating an example of processing of an abnormality detection device according to a fourth embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の第5の実施形態に係る異常検出装置の処理の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating an example of processing of an abnormality detection device according to a fifth embodiment of the present disclosure; FIG.

<第1の実施形態>
以下、本開示の第1の実施形態に係る異常検出装置2について、図1~図2を参照しながら説明する。
<First Embodiment>
An abnormality detection device 2 according to a first embodiment of the present disclosure will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.

(全体構成)
図1は、本開示の第1の実施形態に係る機械設備の全体構成を示す図である。
図1に示すように、異常検出システム100は、機械設備10と、異常検出装置2と、制御装置3と、を備えている。
(overall structure)
FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of mechanical equipment according to the first embodiment of the present disclosure.
As shown in FIG. 1 , the abnormality detection system 100 includes mechanical equipment 10 , an abnormality detection device 2 and a control device 3 .

機械設備10は、異常検出装置2による異常診断の対象となる機械、装置群である。また、機械設備10の各計測点には、それぞれ第1振動センサ11(11A~11D)が取り付けられている。第1振動センサ11は、例えば加速度計や、振動により生じる音を計測するマイク、振動により生じる圧力を計測する圧力計、振動により生じる応力を計測する応力計、等である。第1振動センサ11は、機械設備10の振動を計測した検出信号を異常検出装置2に出力する。 The mechanical equipment 10 is a machine or group of devices to be subjected to abnormality diagnosis by the abnormality detection device 2 . A first vibration sensor 11 (11A to 11D) is attached to each measurement point of the mechanical equipment 10, respectively. The first vibration sensor 11 is, for example, an accelerometer, a microphone that measures sound caused by vibration, a pressure gauge that measures pressure caused by vibration, a stress gauge that measures stress caused by vibration, or the like. The first vibration sensor 11 outputs a detection signal obtained by measuring the vibration of the mechanical equipment 10 to the abnormality detection device 2 .

異常検出装置2は、機械設備10の第1振動センサ11から取得した検出信号に基づいて、機械設備10の異常の有無を検出する。異常検出装置2の機能構成については後述する。 The abnormality detection device 2 detects whether there is an abnormality in the mechanical equipment 10 based on the detection signal acquired from the first vibration sensor 11 of the mechanical equipment 10 . A functional configuration of the abnormality detection device 2 will be described later.

制御装置3は、機械設備10の動作を制御するための制御信号を生成する。たとえば、制御装置3は、異常検出装置2から機械設備10に異常な振動が発生していることを示す判定結果を受信した場合、機械設備10の運転を停止する制御信号、機械設備10の出力を下げる制御信号などを生成する。 The control device 3 generates control signals for controlling the operation of the machinery 10 . For example, when the control device 3 receives a determination result indicating that an abnormal vibration is occurring in the mechanical equipment 10 from the abnormality detection device 2, a control signal for stopping the operation of the mechanical equipment 10, an output of the mechanical equipment 10 to generate a control signal for lowering

(異常検出装置の機能構成)
次に、図1を参照しながら、異常検出装置2の機能構成について説明する。
図1に示すように、異常検出装置2は、プロセッサ21と、入出力部22と、主記憶装置23と、補助記憶装置24とを備えている。
(Functional configuration of abnormality detection device)
Next, the functional configuration of the abnormality detection device 2 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1 , the abnormality detection device 2 includes a processor 21 , an input/output unit 22 , a main storage device 23 and an auxiliary storage device 24 .

プロセッサ21は、異常検出装置2の動作全体の制御を司る。プロセッサ21は、所定のプログラムに従って動作することにより、計測値取得部210、単位空間生成部211、マハラノビス距離算出部212、判定部213、周波数点指定部214としての機能を発揮する。 The processor 21 controls the overall operation of the abnormality detection device 2 . The processor 21 functions as a measured value acquisition unit 210, a unit space generation unit 211, a Mahalanobis distance calculation unit 212, a determination unit 213, and a frequency point designation unit 214 by operating according to a predetermined program.

計測値取得部210は、機械設備10の第1振動センサ11から出力された検出信号に基づいて、予め定めた周波数点における振動の振幅及び位相からなる計測値を取得する。 Based on the detection signal output from the first vibration sensor 11 of the mechanical equipment 10 , the measured value acquisition unit 210 acquires measured values including the amplitude and phase of vibration at predetermined frequency points.

単位空間生成部211は、過去の複数の時点において取得された複数の計測値を含む単位空間を生成する。また、単位空間生成部211は、生成した単位空間を補助記憶装置24に記憶する。 The unit space generation unit 211 generates a unit space including a plurality of measured values acquired at a plurality of past points in time. Also, the unit space generation unit 211 stores the generated unit space in the auxiliary storage device 24 .

マハラノビス距離算出部212は、単位空間を基準として、機械設備10を評価する時点において取得された計測値のマハラノビス距離を算出する。 The Mahalanobis distance calculation unit 212 calculates the Mahalanobis distance of the measurement values acquired at the time of evaluating the mechanical equipment 10 with reference to the unit space.

判定部213は、算出されたマハラノビス距離に基づいて、機械設備10に異常が発生しているか否かを判定する。具体的には、判定部213は、算出されたマハラノビス距離が所定の閾値を超える場合、機械設備10に異常が発生していると判定する。 The determination unit 213 determines whether or not an abnormality has occurred in the mechanical equipment 10 based on the calculated Mahalanobis distance. Specifically, the determination unit 213 determines that the mechanical equipment 10 is abnormal when the calculated Mahalanobis distance exceeds a predetermined threshold.

周波数点指定部214は、計測値取得部210に対し、予め定めた周波数点を指定する。 The frequency point designation unit 214 designates a predetermined frequency point for the measurement value acquisition unit 210 .

入出力部22は、機械設備10の第1振動センサ11から検出信号の入力を受け付ける。また、入出力部22は、異常検出装置2による異常の有無の判定結果を制御装置3に出力する。 The input/output unit 22 receives an input of a detection signal from the first vibration sensor 11 of the mechanical equipment 10 . In addition, the input/output unit 22 outputs the determination result of the presence/absence of abnormality by the abnormality detection device 2 to the control device 3 .

主記憶装置23は、プロセッサ21の動作に必要な記憶領域を有する。 The main storage device 23 has storage areas required for the operation of the processor 21 .

補助記憶装置24は、HDD(Hard Disk Drive)やSSD(Solid State Drive)などの大容量記憶デバイスである。補助記憶装置24には、異常検出装置2の各部が取得または生成した各種データが記憶される。 The auxiliary storage device 24 is a large-capacity storage device such as an HDD (Hard Disk Drive) or an SSD (Solid State Drive). The auxiliary storage device 24 stores various data acquired or generated by each part of the abnormality detection device 2 .

(異常検出装置の処理)
図2は、本開示の第1の実施形態に係る異常検出装置の処理の一例を示す図である。
以下、図2を参照しながら、異常検出装置2の異常診断処理について詳しく説明する。
(Processing of anomaly detection device)
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of processing of the abnormality detection device according to the first embodiment of the present disclosure;
The abnormality diagnosis processing of the abnormality detection device 2 will be described in detail below with reference to FIG.

本実施形態の特徴は、異常検出装置2において実行される周波数分析の手段にある。前述のように、FFTには、(ア)演算量が重く処理装置を要する、(イ)データ点数を貯めるのに時間がかかる、(ウ)異常の特徴が希薄化される、という課題がある。そこで、本実施形態に係る異常検出装置2において、計測値取得部210は、FFTの代わりにフーリエ変換の原理式(1A)、(1B)を利用して、各検出信号の周波数特性を表す計測値を取得する。 The feature of this embodiment resides in means of frequency analysis executed in the abnormality detection device 2 . As mentioned above, FFT has the following problems: (a) the amount of calculation is heavy and requires a processing device, (b) it takes time to accumulate data points, and (c) the characteristics of abnormalities are diluted. . Therefore, in the abnormality detection device 2 according to the present embodiment, the measurement value acquisition unit 210 uses the principle equations (1A) and (1B) of the Fourier transform instead of the FFT to measure the frequency characteristics of each detection signal. get the value.

Figure 2022158570000002
Figure 2022158570000002

Figure 2022158570000003
Figure 2022158570000003

ここに、nは予め定める検出信号の通し番号である。例えば、図1に示すように、4個の振動センサ11それぞれから検出信号を取得するのであれば、nは{1,2,3,4}のどれかであり、nの値によりそれぞれ周期{T,T,T,T}の周波数成分のフーリエ係数を計算する。周期{T,T,T,T}の値は同一であっても良い。 Here, n is a predetermined serial number of the detection signal. For example, as shown in FIG. 1, if detection signals are obtained from each of the four vibration sensors 11, n is any of {1, 2, 3, 4}, and the value of n determines the period { Calculate the Fourier coefficients of the frequency components of T 1 , T 2 , T 3 , T 4 }. The values of periods {T 1 , T 2 , T 3 , T 4 } may be the same.

なお、検出信号{y,y,y,y}には、同一の振動センサ11の信号を分岐した同一の信号が含まれていても良い。しかし、検出信号{y,y,y,y}に同一の信号が複数含まれるときには、その複数の信号に対する周期{T,T,T,T}の値は変えることが一般的である。具体的に、例えばyとyが同一の振動センサ11Aの信号を分岐したものであるならば、TとTは別の値に設定するのが一般的である。分岐配線の断線などの特殊な状況でなければ、同一の振動センサを分岐したyとyの同一の周期成分のフーリエ係数は同一であるので、どちらか一方だけを計算すれば充分だからである。 Note that the detection signals {y 1 , y 2 , y 3 , y 4 } may include the same signal obtained by branching the signal of the same vibration sensor 11 . However, when multiple identical signals are included in the detected signals {y 1 , y 2 , y 3 , y 4 }, the values of the periods {T 1 , T 2 , T 3 , T 4 } for the multiple signals are changed. is common. Specifically, for example, if y1 and y2 are branched signals from the same vibration sensor 11A, T1 and T2 are generally set to different values. Unless there is a special situation such as disconnection of the branch wiring, the Fourier coefficients of the same periodic components of y1 and y2 branched from the same vibration sensor are the same, so it is sufficient to calculate only one of them. be.

式(1A)、式(1B)は周期一つ時刻歴データ、すなわち現在時刻をtとするとt-Tからtまでの時刻歴データから計算することができるので、上記した(イ)と(ウ)の課題が解決される。また,式(1A)、式(1B)は簡単な積分式であるので、上記した(ア)の課題も解決される。さらに、式(1A)、式(1B)によると時刻歴データは等間隔である必要はない。FFTでは、周期Tは計測信号の時間間隔ΔTの整数倍でなければならなかった。しかし、式(1A)、式(1B)ではその必要はなく、次式(2)のようにΔTの整数倍でない周波数点についても計算が可能である。周期Tが次式(2)で表されるとする。 Equations (1A) and (1B) can be calculated from the time history data of one period, that is, the time history data from t-T n to t, where t is the current time, so the above (a) and ( C) problem is solved. Moreover, since the equations (1A) and (1B) are simple integral equations, the above problem (a) is also solved. Furthermore, according to the formulas (1A) and (1B), the time history data need not be evenly spaced. In FFT, the period T n had to be an integer multiple of the time interval ΔT of the measurement signal. However, in equations (1A) and (1B), this is not necessary, and calculation is possible for frequency points that are not integral multiples of ΔT as in equation (2) below. Suppose that the period Tn is represented by the following equation (2).

Figure 2022158570000004
Figure 2022158570000004

ここに、mはTの除数ΔTについての商であり、rはその剰余である。 where m n is the quotient of T n with respect to the divisor ΔT and r n is its remainder.

例えば、機械設備10の開発者、運用者などは、各検出信号について特徴が表れやすい周波数点を事前知識として有している。周期{T,T,T,T}は、このような事前知識に基づいて設定されたものである。周波数点指定部214は、図2に示すように、第1振動センサ11の検出信号{y,y,y,y}のそれぞれに対して、予め定められた周期{T,T,T,T}を指定する。 For example, a developer, an operator, or the like of the mechanical equipment 10 has, as prior knowledge, frequency points at which characteristics of each detection signal are likely to appear. The periods {T 1 , T 2 , T 3 , T 4 } are set based on such prior knowledge. As shown in FIG. 2 , the frequency point designation unit 214 sets predetermined periods {T 1 , T 2 , T 3 , T 4 }.

そして、式(1A)、式(1B)を次式(3A)、(3B)で計算する。 Then, the equations (1A) and (1B) are calculated by the following equations (3A) and (3B).

Figure 2022158570000005
Figure 2022158570000005

Figure 2022158570000006
Figure 2022158570000006

すなわち、計測値取得部210は、現在時刻tに振動センサ11から取得した検出信号yそれぞれについて、上式(3A)、(3B)を用いて、周波数点指定部214が指定した周期Tにおけるフーリエ係数{a,b}を求める。このフーリエ係数{a,b}は、予め定めた周波数点における振動の振幅および位相からなる計測値に相当するものである。 That is, the measured value acquiring unit 210 uses the above equations (3A) and (3B) for each of the detection signals y n acquired from the vibration sensor 11 at the current time t, and the period T n Obtain the Fourier coefficients {a n ,b n } in . The Fourier coefficients {a n , b n } correspond to measurements of amplitude and phase of vibration at predetermined frequency points.

また、マハラノビス距離算出部212は、補助記憶装置24に記憶されている単位空間を基準として、計測値取得部210が取得した時刻tの計測値{a,b}のマハラノビス距離を算出する。なお、単位空間は、機械設備10が正常運転を行っていた期間に取得した複数の計測値(フーリエ係数)に基づいて、単位空間生成部211により予め生成されたものである。単位空間の生成方法、およびマハラノビス距離の算出方法については、既存の技術(たとえば、特許文献1に記載の技術)を利用可能であるため、説明を省略する。 In addition, the Mahalanobis distance calculation unit 212 calculates the Mahalanobis distance of the measurement values {a n , b n } at the time t acquired by the measurement value acquisition unit 210 based on the unit space stored in the auxiliary storage device 24. . Note that the unit space is generated in advance by the unit space generation unit 211 based on a plurality of measurement values (Fourier coefficients) acquired during the normal operation of the mechanical equipment 10 . As for the method of generating the unit space and the method of calculating the Mahalanobis distance, the existing technology (for example, the technology described in Patent Literature 1) can be used, so the description is omitted.

次に、判定部213は、マハラノビス距離算出部212により算出されたマハラノビス距離が所定の閾値を超える場合、機械設備10に異常が発生していると判定する。一方、判定部213は、マハラノビス距離が閾値以下である場合、機械設備10に異常が発生していないと判定する。また、判定部213は、判定結果を制御装置3に出力する。制御装置3は、異常検出装置2から異常発生を示す判定結果を受信した場合、機械設備10の運転を停止する、出力を下げるといった制御を行う。 Next, when the Mahalanobis distance calculated by the Mahalanobis distance calculation unit 212 exceeds a predetermined threshold, the determination unit 213 determines that the mechanical equipment 10 is abnormal. On the other hand, when the Mahalanobis distance is equal to or less than the threshold, the determination unit 213 determines that the mechanical equipment 10 is not abnormal. Also, the determination unit 213 outputs the determination result to the control device 3 . When the control device 3 receives a determination result indicating the occurrence of an abnormality from the abnormality detection device 2, the control device 3 performs control such as stopping the operation of the mechanical equipment 10 or reducing the output.

異常検出装置2は、上記した処理を繰り返し実行することにより、機械設備10の異常の有無を検出する。 The abnormality detection device 2 detects whether or not there is an abnormality in the mechanical equipment 10 by repeatedly executing the above-described processing.

(作用効果)
以上のように、本実施形態に係る異常検出装置2は、検出信号yに対して予め定めた周期Tにおける振動の振幅および位相からなる計測値(フーリエ係数a,b)を取得し、取得した計測値のマハラノビス距離が所定の閾値を超える場合、機械設備10に異常が発生していると判定する。
(Effect)
As described above, the abnormality detection device 2 according to the present embodiment acquires the measured values (Fourier coefficients an, bn ) consisting of the amplitude and phase of the vibration in the predetermined cycle Tn for the detection signal yn . Then, when the Mahalanobis distance of the acquired measurement value exceeds a predetermined threshold, it is determined that the mechanical equipment 10 has an abnormality.

このようにすることで、異常検出装置2は、特定の周波数点におけるフーリエ係数のみを計算すればよいので、従来の技術と比較して演算負荷を大幅に低減することができる。これにより、異常検出装置2は、機械設備10の異常診断を高速に行うことが可能となる。また、異常検出装置2は、周波数分析装置を別に用意することなく、自身でフーリエ係数を計算することができるので、異常検出システム100全体のコストを下げることができる。 By doing so, the abnormality detection device 2 needs to calculate only Fourier coefficients at specific frequency points, so that the computational load can be greatly reduced compared to the conventional technology. As a result, the abnormality detection device 2 can perform abnormality diagnosis of the mechanical equipment 10 at high speed. Moreover, since the abnormality detection device 2 can calculate Fourier coefficients by itself without separately preparing a frequency analysis device, the cost of the abnormality detection system 100 as a whole can be reduced.

また、異常検出装置2は、フーリエ変換の原理式を利用して、ひとつの検出信号yに対しひとつの周期Tを指定して、フーリエ係数{a,b}を計算する。 Further, the abnormality detection device 2 uses the principle formula of Fourier transform to specify one cycle Tn for one detection signal yn, and calculates Fourier coefficients {a n , b n } .

このようにすることで、異常検出装置2は、周期ひとつ分の時刻歴データから異常診断を行うことができるので、データを蓄積する時間を短縮することができる。たとえば、ある検出信号について、1Hzの周波数成分(1秒周期)を調べたい場合には、数秒間のデータを蓄積することなく、過去1秒間の時刻歴データから診断を行うことが可能である。また、異常検出装置2は、少ないデータ点数で診断を行うことができるので、異常の特徴が希薄化することを抑制できる。これにより、異常検出装置2は、異常に対する感度を向上させることができる。 By doing so, the abnormality detection device 2 can perform abnormality diagnosis from the time history data for one cycle, so that the time for accumulating data can be shortened. For example, if it is desired to examine the frequency component of 1 Hz (1-second cycle) for a certain detection signal, it is possible to make a diagnosis from time history data for the past 1 second without accumulating data for several seconds. In addition, since the abnormality detection device 2 can make a diagnosis with a small number of data points, it is possible to suppress the dilution of the characteristics of the abnormality. Thereby, the abnormality detection device 2 can improve the sensitivity to abnormality.

<第2の実施形態>
次に、本開示の第2の実施形態に係る異常検出装置2について図3~図4を参照しながら説明する。
第1の実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
<Second embodiment>
Next, an abnormality detection device 2 according to a second embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG.
Components common to those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

(全体構成)
図3は、本開示の第2の実施形態に係る異常検出システムの全体構成を示す図である。
図3に示すように、本実施形態に係る異常検出システム100において、異常検出装置2は、機械設備10に設けられた第2振動センサ14からさらに検出信号を取得する。第2振動センサ14は、第1振動センサ11と同様に、加速度計、マイク等である。
(overall structure)
FIG. 3 is a diagram showing the overall configuration of an anomaly detection system according to the second embodiment of the present disclosure.
As shown in FIG. 3 , in the abnormality detection system 100 according to this embodiment, the abnormality detection device 2 further acquires a detection signal from the second vibration sensor 14 provided in the mechanical equipment 10 . The second vibration sensor 14 is, like the first vibration sensor 11, an accelerometer, a microphone, or the like.

例えば、機械設備10は、動力装置12と、ギア13とを有している。動力装置12は、機械設備10を駆動する。ギア13は、動力装置12の回転数(周波数)を変えて、機械設備10に伝達する。図3に示すように、第2振動センサ14は、例えば動力装置12の振動を計測する。 For example, the machine 10 has a power unit 12 and gears 13 . The power plant 12 drives the machinery 10 . The gear 13 changes the rotation speed (frequency) of the power unit 12 and transmits it to the mechanical equipment 10 . As shown in FIG. 3, the second vibration sensor 14 measures vibration of the power plant 12, for example.

(異常検出装置の機能構成)
また、図3に示すように、本実施形態に係る異常検出装置2のプロセッサ21は、周波数点指定部214に代えて、周波数検出部215を機能部として有している。周波数検出部215は、機械設備10の振動の特徴を表す特徴周波数を検出する。
(Functional configuration of abnormality detection device)
Further, as shown in FIG. 3, the processor 21 of the abnormality detection device 2 according to this embodiment has a frequency detection section 215 as a functional section instead of the frequency point designation section 214 . The frequency detection unit 215 detects a characteristic frequency representing the characteristics of vibration of the mechanical equipment 10 .

計測値取得部210は、第1振動センサ11の各検出信号について、周波数検出部215が検出した特徴周波数におけるフーリエ係数を取得する。 The measured value acquisition unit 210 acquires the Fourier coefficient at the characteristic frequency detected by the frequency detection unit 215 for each detection signal of the first vibration sensor 11 .

(異常検出装置の処理)
図4は、本開示の第2の実施形態に係る異常検出装置の処理の一例を示す図である。
以下、図4を参照しながら、異常検出装置2の異常診断処理について詳しく説明する。
(Processing of anomaly detection device)
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of processing of the abnormality detection device according to the second embodiment of the present disclosure.
The abnormality diagnosis processing of the abnormality detection device 2 will be described in detail below with reference to FIG.

本実施形態の特徴は、異常検出装置2において、診断対象とする機械設備10の特徴的な周波数(特徴周波数)を検出するところにある。特徴周波数とは、例えば、機械設備10の動力装置12の回転数などである。 The feature of this embodiment is that the abnormality detection device 2 detects a characteristic frequency (characteristic frequency) of the mechanical equipment 10 to be diagnosed. The characteristic frequency is, for example, the number of rotations of the power unit 12 of the mechanical equipment 10 .

従来技術のFFTでは、周波数分析の対象とする周波数点は、検出信号のデータ点数Nと、計測の時間間隔ΔTに依存した離散値である。すなわち、FFTでは、検出信号の時間間隔をΔT[s]、FFTの対象とする計測点数をNとすると、周波数分解能はΔf=(ΔTN)-1[Hz]となり、フーリエ係数は周波数分解能の倍数の周波数点{0Δf,1Δf,2Δf,…,(N-1)Δf}について計算される。前述の説明と同じく、ΔT=0.01[s]、N=1024を例に説明する。このとき、周波数分解能Δfは約0.098Hzである。例えば計測値の振動の特徴成分は1.025Hzに出現するとしよう。FFTでは周波数点は分解能の倍数に制約されるので、1.025Hzに最も近いのは、11番目の周波数点である0.98Hzと、12番目の1.07Hzである。このようなとき、1.025Hzの周波数特性を、0.98Hzまたは1.025Hzの周波数点の周波数特性で代用することが簡単である。しかし、そのような取り扱いでは、1.025Hzの振動は0.98Hzの成分と1.07Hzの成分に二分される。そうすると、FFTでは特徴周波数である1.025Hzの成分を正しく計ることができない。 In the conventional FFT, the frequency points to be subjected to frequency analysis are discrete values depending on the number of data points N of the detection signal and the time interval ΔT of measurement. That is, in FFT, if the time interval of the detection signal is ΔT [s] and the number of measurement points to be subjected to FFT is N, the frequency resolution is Δf = (ΔTN) -1 [Hz], and the Fourier coefficient is a multiple of the frequency resolution are calculated for the frequency points {0Δf, 1Δf, 2Δf, . . . , (N−1)Δf}. As in the above description, ΔT=0.01 [s] and N=1024 will be described as an example. At this time, the frequency resolution Δf is approximately 0.098 Hz. For example, suppose that the characteristic component of the vibration of the measured value appears at 1.025 Hz. Since the frequency points are constrained to multiples of the resolution in the FFT, the closest to 1.025 Hz are the 11th frequency point, 0.98 Hz, and the 12th frequency point, 1.07 Hz. In such a case, it is easy to substitute the frequency characteristic of 0.98 Hz or 1.025 Hz for the frequency characteristic of 1.025 Hz. However, with such treatment, the 1.025 Hz vibration is bisected into a 0.98 Hz component and a 1.07 Hz component. As a result, the FFT cannot correctly measure the characteristic frequency component of 1.025 Hz.

これに対し、第1の実施形態に係る異常検出装置2は、周波数点を周波数分解能Δfと独立に、連続的に設定できるという利点がある。しかし、支配的な周波数成分が1.025Hzで一定ではなく、例えば、0.9Hzから1.1Hzの間で時間的に変動するような場合はどうであろう。実際の機械設備10は、運転条件や経年劣化によって特性が変わるものが少なくないから、支配的な周波数成分の変化に対応することは価値がある。 In contrast, the abnormality detection device 2 according to the first embodiment has the advantage that the frequency points can be continuously set independently of the frequency resolution Δf. But what if the dominant frequency component is not constant at 1.025 Hz, but fluctuates over time, say between 0.9 Hz and 1.1 Hz? Since the characteristics of the actual mechanical equipment 10 often change due to operating conditions and deterioration over time, it is valuable to deal with changes in dominant frequency components.

これに対応するため、本実施形態に係る異常検出装置2は、第1の実施形態に係る周波数点指定部214に代えて、周波数検出部215を有している。周波数検出部215は、以下に説明する処理を行って、機械設備10の特徴的な周波数(特徴周波数)を検出する。 To cope with this, the abnormality detection device 2 according to the present embodiment has a frequency detection section 215 instead of the frequency point designation section 214 according to the first embodiment. The frequency detection unit 215 detects a characteristic frequency (characteristic frequency) of the mechanical equipment 10 by performing processing described below.

まず、周波数検出部215は、特徴的な振動を検出するための信号zを計測し、これを式(4A)、式(4B)でフーリエ変換する。 First, the frequency detection unit 215 measures a signal z for detecting characteristic vibrations, and Fourier-transforms it using equations (4A) and (4B).

Figure 2022158570000007
Figure 2022158570000007

Figure 2022158570000008
Figure 2022158570000008

zは具体的には、電動機などの動力装置12の振動などがある。例えば、第1の実施形態と同様に、4個の検出信号を考えると、信号zは{z,z,z,z}のどれかである。zの要素は、別々の振動センサ14の出力であってもよいし、同一の振動センサ14の出力信号を分岐したものであっても良い。 Specifically, z includes vibration of the power unit 12 such as an electric motor. For example, considering four detection signals as in the first embodiment, the signal z n is any of {z 1 , z 2 , z 3 , z 4 }. The elements of z may be outputs of separate vibration sensors 14 or may be branched output signals of the same vibration sensor 14 .

ここに、式(4A)、(4B)のθはzの特徴周波数成分の位相と一致させるように、例えば式(5)のようにPI制御器で調節する。式(5)において、atanは正接(tangent)関数の逆関数であり、atan(d/c)は、zの特徴周波数成分の位相[rad]を近似したものであり、atan(d/c)=0のときに近似誤差がゼロになる。 Here, θ n in equations (4A) and (4B) is adjusted by a PI controller as in equation (5), for example, so as to match the phase of the characteristic frequency component of zn . In equation (5), atan is the inverse of the tangent function, atan(dn/ cn ) is an approximation of the phase [rad] of the characteristic frequency component of zn , and atan( d The approximation error becomes zero when n /c n )=0.

Figure 2022158570000009
Figure 2022158570000009

周波数検出部215は、zの特徴周波数を表す信号として、式(5)で求めたωを出力する。 The frequency detection unit 215 outputs ωn obtained by Equation (5) as a signal representing the characteristic frequency of zn .

計測値取得部210は、周波数検出部215から得たωを用いて、式(6)からフーリエ変換に使う位相角θを得る。 The measured value acquisition unit 210 uses ω n obtained from the frequency detection unit 215 to obtain the phase angle θ n used for Fourier transform from Equation (6).

Figure 2022158570000010
Figure 2022158570000010

また、計測値取得部210は、mとrを、第1の実施形態の式(2)に代えて、式(7)を満たすように決定する。 Also, the measured value acquiring unit 210 determines m n and r n so as to satisfy equation (7) instead of equation (2) in the first embodiment.

Figure 2022158570000011
Figure 2022158570000011

そして、計測値取得部210は、式(8A)、式(8B)により、検出信号yのフーリエ係数a及びbを計算する。 Then, the measured value acquisition unit 210 calculates the Fourier coefficients a n and b n of the detection signal y n using equations (8A) and (8B).

Figure 2022158570000012
Figure 2022158570000012

Figure 2022158570000013
Figure 2022158570000013

フーリエ係数a及びbを得た後の処理は、第1の実施形態と同様である。 The processing after obtaining the Fourier coefficients a n and b n is the same as in the first embodiment.

(作用効果)
以上のように、本実施形態に係る異常検出装置2は、第2振動センサ14から取得した検出信号zに基づいて、機械設備10の特徴周波数ωを検出し、検出された特徴周波数ωにおける振動の振幅および位相からなる計測値(フーリエ係数a,b)を取得する。
(Effect)
As described above, the abnormality detection device 2 according to the present embodiment detects the characteristic frequency ωn of the mechanical equipment 10 based on the detection signal zn acquired from the second vibration sensor 14, and detects the detected characteristic frequency ω Obtain a measurement (Fourier coefficients a n , b n ) consisting of the amplitude and phase of the oscillation at n .

このようにすることで、異常検出装置2は、機械設備10の運転条件や経年劣化などに応じて変化する周波数成分を自動的に検出することができる。これにより、異常検出装置2は、より正確なフーリエ係数を取得することができるので、異常検出の精度をさらに向上させることができる。 By doing so, the abnormality detection device 2 can automatically detect the frequency component that changes according to the operating conditions of the mechanical equipment 10, deterioration over time, and the like. As a result, the abnormality detection device 2 can acquire more accurate Fourier coefficients, thereby further improving the accuracy of abnormality detection.

<第3の実施形態>
次に、本開示の第3の実施形態に係る異常検出装置2について図5~図6を参照しながら説明する。
第1及び第2の実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
<Third Embodiment>
Next, an abnormality detection device 2 according to a third embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 5 and 6. FIG.
Components common to those of the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

(異常検出装置の機能構成)
図5は、本開示の第3の実施形態に係る異常検出装置の機能構成を示す図である。
図5に示すように、本実施形態に係る異常検出装置2のプロセッサ21は、推定部216を更に有している。推定部216は、第2振動センサ14から取得した検出信号と、機械設備10の振動周波数モデルとに基づいて、機械設備10の各計測点の特徴周波数を推定する。
(Functional configuration of abnormality detection device)
FIG. 5 is a diagram showing a functional configuration of an abnormality detection device according to a third embodiment of the present disclosure;
As shown in FIG. 5, the processor 21 of the abnormality detection device 2 according to this embodiment further has an estimation section 216 . The estimation unit 216 estimates the characteristic frequency of each measurement point of the mechanical equipment 10 based on the detection signal acquired from the second vibration sensor 14 and the vibration frequency model of the mechanical equipment 10 .

機械設備10には、例えば動力装置12の回転数やその整数倍の高調波が特徴周波数として現れる。動力装置12の回転数以外にも、機械設備10の剛性や質量などから定まる固有周波数や、配管の流体の密度や圧縮性から定まる共鳴周波数などが特徴として現れる。これらの振動は、機械設備10の場所ごとに独立ではなく互いに連動する。最も起きやすい連動は、同じ周波数で振動するものである。または、ある部位の特徴周波数を整数倍した値が他の場所に現れる場合もある。 In the mechanical equipment 10, for example, the rotational speed of the power unit 12 and its integral multiple harmonics appear as characteristic frequencies. In addition to the number of rotations of the power unit 12, features such as a natural frequency determined by the rigidity and mass of the mechanical equipment 10, and a resonance frequency determined by the density and compressibility of the fluid in the piping appear. These vibrations are not independent for each location of the mechanical equipment 10 but work together. The linkages most likely to occur are those that vibrate at the same frequency. Alternatively, a value obtained by multiplying the characteristic frequency of a certain site by an integer may appear at another location.

第2の実施形態に係る異常検出装置2は、複数のフーリエ係数を入力し、各時刻の複数のフーリエ係数の連動の仕方を、予め定めた正常状態の連動の仕方とマハラノビス距離の尺度で対比して、異常の有無を検出する。このとき、フーリエ係数を評価する周波数に誤差があると、フーリエ係数の計算結果に誤差が含まれ、正しく異常検出することが困難となる可能性がある。 The anomaly detection device 2 according to the second embodiment inputs a plurality of Fourier coefficients, and compares how the plurality of Fourier coefficients are interlocked at each time with a predetermined normal state interlocking method using the Mahalanobis distance scale. to detect whether there is an abnormality. At this time, if there is an error in the frequency at which the Fourier coefficient is evaluated, the calculation result of the Fourier coefficient includes an error, which may make it difficult to correctly detect an abnormality.

例えば、4つの計測点が1Hz付近で、同一の周波数で振動する性質があることがわかっており、周波数検出部215から{1.07Hz,1.07Hz,0.98Hz,1.07Hz}が出力されたとしよう。これらの周波数を用いてマハラノビス距離を評価すると、3番目のフーリエ係数は他と違う周波数となり整合がとれない。このような場合は、各計測点が同一の周波数で振動することを優先し、全てを共通の周波数{1.07Hz,1.07Hz,1.07Hz,1.07Hz}でフーリエ変換すべきである。本実施形態はそれを行うための技術である。 For example, it is known that four measurement points have the property of vibrating at the same frequency around 1 Hz, and {1.07 Hz, 1.07 Hz, 0.98 Hz, 1.07 Hz} is output from the frequency detection unit 215 Let's say it was Using these frequencies to evaluate the Mahalanobis distance, the third Fourier coefficient has a different frequency and is not matched. In such a case, priority should be given to vibrating at the same frequency at each measurement point, and all should be Fourier transformed at a common frequency {1.07 Hz, 1.07 Hz, 1.07 Hz, 1.07 Hz}. . This embodiment is a technique for doing that.

(異常検出装置の処理)
図6は、本開示の第3の実施形態に係る異常検出装置の処理の一例を示す図である。
以下、図6を参照しながら、異常検出装置2の異常診断処理について詳しく説明する。
(Processing of anomaly detection device)
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of processing of an abnormality detection device according to the third embodiment of the present disclosure;
The abnormality diagnosis processing of the abnormality detection device 2 will be described in detail below with reference to FIG.

例えば、検出信号を4個(計測点を4か所)とすると、連動の仕方は式(10)で表される。ここに、A,A,A,Aは、それぞれ、サイズが3×1の列ベクトルである。 For example, if there are four detection signals (four measurement points), the interlocking method is expressed by Equation (10). where A 1 , A 2 , A 3 , A 4 are column vectors of size 3×1, respectively.

Figure 2022158570000014
Figure 2022158570000014

例えば、これら計測点の連動の仕方を一つ定めると、ωからωまでのいずれか一つが分れば他は推定できる。ωからω,ω,ωを推定する場合について説明する。周波数の推定値を、記号{^ω,^ω,^ω,^ω}により示すと、その値は式(11)で計算される。式(11)は、機械設備10の各計測点の振動の特徴を表す特徴周波数の間に成り立つ関係性を表した振動周波数モデルである。 For example, if one method of interlocking these measurement points is determined, if any one of ω1 to ω4 is known, the others can be estimated. A case of estimating ω 2 , ω 3 and ω 4 from ω 1 will be described. Denoting the frequency estimates by the symbols {̂ω 1 ,̂ω 2 ,̂ω 3 ,̂ω 4 }, the values are calculated by equation (11). Equation (11) is a vibration frequency model representing the relationship between the characteristic frequencies representing the vibration characteristics of each measurement point of the mechanical equipment 10 .

Figure 2022158570000015
Figure 2022158570000015

図5に示すように、本実施形態に係る周波数検出部215は、機械設備10のひとつの計測点(例えば、動力装置12)に設けられた第2振動センサ14から検出信号zを取得して、特徴周波数ωを検出する。そして、推定部216は、周波数検出部215が検出したωから、式(11)を用いて他の計測点の特徴周波数ω,ω,ωを推定する。 As shown in FIG. 5, the frequency detection unit 215 according to the present embodiment acquires the detection signal z1 from the second vibration sensor 14 provided at one measurement point (for example, the power unit 12) of the mechanical equipment 10. to detect the characteristic frequency ω1 . Then, the estimation unit 216 estimates the characteristic frequencies ω 2 , ω 3 , and ω 4 of the other measurement points from ω 1 detected by the frequency detection unit 215 using Equation (11).

このように、各計測点の特徴周波数ω,ω,ωの推定値は、周波数検出部215が検出した特徴周波数ωに連動した値となる。これにより、第2の実施形態に係る周波数検出部の誤差を排除することができる。なお、フーリエ変換に使う位相角θは式(12)により、積分計算のための諸量(m,r)は式(13)を満たすように決定する。 In this way, the estimated values of the characteristic frequencies ω 2 , ω 3 , and ω 4 at each measurement point are values linked to the characteristic frequency ω 1 detected by the frequency detection section 215 . This makes it possible to eliminate errors in the frequency detector according to the second embodiment. The phase angle θ n used for the Fourier transform is determined by Equation (12), and the quantities (m n , r n ) for integral calculation are determined so as to satisfy Equation (13).

Figure 2022158570000016
Figure 2022158570000016

Figure 2022158570000017
Figure 2022158570000017

そうすると、計測値取得部210は、第2の実施形態と同様に、上記した式(8A)、式(8B)により、検出信号yのフーリエ係数a及びbを計算する。また、フーリエ係数a及びbを得た後の処理は、第1および第2の実施形態と同様である。 Then, the measured value acquisition unit 210 calculates the Fourier coefficients a n and b n of the detection signal y n using the above-described equations (8A) and (8B), as in the second embodiment. Also, the processing after obtaining the Fourier coefficients a n and b n is the same as in the first and second embodiments.

(作用効果)
以上のように、本実施形態に係る異常検出装置2は、振動周波数モデルと、ひとつの計測点で検出された特徴周波数ωとに基づいて、機械設備10の複数の計測点それぞれの特徴周波数ω,ω,ωを推定し、推定した特徴周波数における振動の振幅および位相からなる計測値(フーリエ係数a,b)を取得する。
(Effect)
As described above, the anomaly detection device 2 according to the present embodiment uses the vibration frequency model and the characteristic frequency ω1 detected at one measurement point to determine the characteristic frequency Estimate ω 2 , ω 3 , ω 4 and obtain measurements (Fourier coefficients a n , b n ) consisting of the amplitude and phase of the oscillation at the estimated characteristic frequencies.

このようにすることで、異常検出装置2は、振動センサの計測誤差などに起因するフーリエ係数の計算誤差を抑制することができる。これにより、異常検出装置2は、異常検出の精度をさらに向上させることができる。 By doing so, the abnormality detection device 2 can suppress calculation errors of the Fourier coefficients caused by measurement errors of the vibration sensor or the like. Thereby, the abnormality detection device 2 can further improve the accuracy of abnormality detection.

<第4の実施形態>
次に、本開示の第4の実施形態に係る異常検出装置2について図7~8を参照しながら説明する。
第1~第3の実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
<Fourth Embodiment>
Next, an abnormality detection device 2 according to a fourth embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 7 and 8. FIG.
Components common to those of the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

上述の第1~第3の実施形態に係る異常検出装置2は、計測値取得部210が取得したフーリエ係数からなる計測値のマハラノビス距離を算出し、このマハラノビス距離が閾値を超える場合に機械設備10が異常であると判定した。しかし、機械設備10の異常を検出するための手法は、マハラノビス距離に限られない。本実施形態では、異常検出装置2がマハラノビス距離に代えて、計測値ベクトルの成分に基づき異常の有無を検出する態様について説明する。 The abnormality detection device 2 according to the first to third embodiments described above calculates the Mahalanobis distance of the measurement value composed of the Fourier coefficients acquired by the measurement value acquisition unit 210, and when the Mahalanobis distance exceeds the threshold, the mechanical equipment 10 were determined to be abnormal. However, the method for detecting an abnormality in the mechanical equipment 10 is not limited to the Mahalanobis distance. In this embodiment, a mode will be described in which the anomaly detection device 2 detects the presence or absence of an anomaly based on the component of the measurement value vector instead of the Mahalanobis distance.

(異常検出装置の機能構成)
図7は、本開示の第4の実施形態に係る異常検出装置の機能構成を示す図である。
図7に示すように、本実施形態では、異常検出装置2のプロセッサ21は、マハラノビス距離算出部212に代えて、成分算出部217を有している。
(Functional configuration of abnormality detection device)
FIG. 7 is a diagram showing a functional configuration of an abnormality detection device according to a fourth embodiment of the present disclosure;
As shown in FIG. 7 , in this embodiment, the processor 21 of the abnormality detection device 2 has a component calculator 217 instead of the Mahalanobis distance calculator 212 .

成分算出部217は、計測値取得部210が取得した計測値からなる計測値ベクトルを、異常の指標として定めた指標ベクトルの方向に分解した複数の成分を算出する。なお、本実施形態では、指標ベクトルとは、単位空間を特異値分解して得る特異ベクトルである。 The component calculation unit 217 calculates a plurality of components by resolving the measurement value vector composed of the measurement values acquired by the measurement value acquisition unit 210 in the direction of the index vector determined as the abnormality index. In this embodiment, the index vector is a singular vector obtained by performing singular value decomposition of the unit space.

(異常検出装置の処理)
図8は、本開示の第4の実施形態に係る異常検出装置の処理の一例を示す図である。
以下、図8を参照しながら、異常検出装置2の異常診断処理について詳しく説明する。
(Processing of anomaly detection device)
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of processing of an abnormality detection device according to the fourth embodiment of the present disclosure;
The abnormality diagnosis processing of the abnormality detection device 2 will be described in detail below with reference to FIG.

本実施形態に係る計測値取得部210は、第1~第3の実施形態と同様の処理を行い、各計測点の所定の周波数点におけるフーリエ係数(計測値)を取得する。図8の例では、計測値取得部210は、第3の実施形態と同様の処理を行う。 The measured value acquisition unit 210 according to this embodiment performs the same processing as in the first to third embodiments, and acquires Fourier coefficients (measured values) at predetermined frequency points of each measurement point. In the example of FIG. 8, the measured value acquisition unit 210 performs the same processing as in the third embodiment.

計測値取得部210が取得したフーリエ係数をベクトルとしてフーリエ係数ベクトルx(計測値ベクトル)で表す。式(14)は、フーリエ係数の数がMの場合であり、フーリエ係数ベクトルxのサイズはM×1である。 The Fourier coefficients acquired by the measured value acquisition unit 210 are represented as a vector by a Fourier coefficient vector x (measured value vector). Equation (14) is for the case where the number of Fourier coefficients is M and the size of the Fourier coefficient vector x is M×1.

Figure 2022158570000018
Figure 2022158570000018

単位空間生成部211は、フーリエ係数ベクトルxの正常状態の値を用いて単位空間を生成する。単位空間とは、機械設備が正常状態にあるときに取得したフーリエ係数ベクトルxの共分散行列Qであり、以下の式(15)及び式(16)で表される。なお、式(15)のXは複数のフーリエ係数ベクトルxを列方向に並べた行列である。Lは単位空間の作成に使うフーリエ係数ベクトルの数であり、XはサイズがM×Lの複素数行列である。式(16)のX はXの共役転置を表す。 The unit space generator 211 generates a unit space using the normal state values of the Fourier coefficient vector x. The unit space is the covariance matrix Q of the Fourier coefficient vector x obtained when the mechanical equipment is in a normal state, and is represented by the following Equations (15) and (16). Note that X 0 in equation (15) is a matrix in which a plurality of Fourier coefficient vectors x are arranged in the column direction. L is the number of Fourier coefficient vectors used to create the unit space, and X0 is a complex matrix of size M×L. X 0 * in formula (16) represents the conjugate transpose of X 0 .

Figure 2022158570000019
Figure 2022158570000019

Figure 2022158570000020
Figure 2022158570000020

ここでは、単位空間生成部211は、このように過去の時点において取得されたフーリエ係数ベクトルxに基づいて単位空間を生成済みであり、この単位空間は補助記憶装置24に記憶されているとする。 Here, it is assumed that the unit space generator 211 has already generated the unit space based on the Fourier coefficient vector x acquired at the past time, and the unit space is stored in the auxiliary storage device 24. .

第1~第3の実施形態において、異常検出装置2は、マハラノビス距離算出部212により、以下の式(17)により、時刻tのマハラノビス距離MDを算出していた。 In the first to third embodiments, the abnormality detection device 2 uses the Mahalanobis distance calculator 212 to calculate the Mahalanobis distance MD at time t using the following equation (17).

Figure 2022158570000021
Figure 2022158570000021

これに対し、本実施形態に係る異常検出装置2は、成分算出部217において、フーリエ係数ベクトルxの成分ρ(k=1,2,…,M)を計算する。具体的には、成分算出部217は、以下のような手順で成分ρを計算する。 In contrast, the component calculator 217 of the anomaly detection device 2 according to the present embodiment calculates the components ρ k (k=1, 2, . . . , M) of the Fourier coefficient vector x. Specifically, the component calculator 217 calculates the component ρ k in the following procedure.

単位空間は、以下の式(18)のように特異値分解することができる。 The unit space can be singular value decomposed as in Equation (18) below.

Figure 2022158570000022
Figure 2022158570000022

ここで、Mは第1振動センサ11の数である。u(k=1,2,…,M)は特異ベクトルであり、サイズがM×1であり、一般的には複素数を要素とする列ベクトルである。σ(k=1,2,…,M)は特異値であり、非負の実数である。 Here, M is the number of first vibration sensors 11 . u k (k=1, 2, . . . , M) are singular vectors, of size M×1, and generally column vectors whose elements are complex numbers. σ k (k=1, 2, . . . , M) is a singular value and a non-negative real number.

成分算出部217は,フーリエ係数ベクトルxを特異ベクトルu(k=1,2,…,M)の方向に分解した成分ρ(k=1,2,…,M)を、以下の式(19)を用いて求める。 The component calculation unit 217 calculates components ρ k (k=1, 2, . . . , M) obtained by resolving the Fourier coefficient vector x in the direction of singular vectors uk ( k =1, 2, . Obtained using (19).

Figure 2022158570000023
Figure 2022158570000023

なお、本変形例に係る成分算出部217は、フーリエ係数ベクトルxを特異ベクトルuの方向に分解した成分ρを判定部213に出力する。なお、成分算出部217は、成分ρの絶対値を判定部213に出力してもよい。成分ρの絶対値は、以下の式(20)で表される。 Note that the component calculation unit 217 according to this modification outputs the component ρ k obtained by decomposing the Fourier coefficient vector x in the direction of the singular vector u k to the determination unit 213 . Note that component calculation section 217 may output the absolute value of component ρ k to determination section 213 . The absolute value of component ρ k is represented by the following equation (20).

Figure 2022158570000024
Figure 2022158570000024

判定部213では、フーリエ係数ベクトルxを特異ベクトルuの方向に分解した成分ρの絶対値と、特異ベクトルuに対応する特異値σの平方根とを、特異ベクトルごとに個々に対比する対比処理を行う。単位空間Qは、機械設備10が正常状態にあるときに取得された複数のフーリエ係数ベクトルxの共分散行列であるので、その特異値σは正常状態であるときの成分ρの絶対値の二乗値のばらつきを表している。したがって、ある時刻において機械設備10が正常であるならば、ρρ の期待値は特異値σに近い値となる。すなわち、期待値をEで表すと式(21)となる。 The determination unit 213 compares the absolute value of the component ρk obtained by decomposing the Fourier coefficient vector x in the direction of the singular vector uk with the square root of the singular value σk corresponding to the singular vector uk for each singular vector. perform contrast processing. Since the unit space Q is the covariance matrix of a plurality of Fourier coefficient vectors x obtained when the mechanical equipment 10 is in the normal state, its singular value σ k is the absolute value of the component ρ k in the normal state. represents the variation of the squared value of . Therefore, if the mechanical equipment 10 is normal at a certain time, the expected value of ρ k ρ k * is close to the singular value σ k . That is, if the expected value is represented by E, it becomes Formula (21).

Figure 2022158570000025
Figure 2022158570000025

そして、ρρ は式(22)に示すように,マハラノビス距離の成分となっている。 ρ k ρ k * is a component of the Mahalanobis distance as shown in Equation (22).

Figure 2022158570000026
Figure 2022158570000026

したがって、マハラノビス距離による異常の判定は、式(22)の右辺の成分の和で異常を判定することになる。以下では、和を取る前の段階で、成分の段階で値をしらべて異常を判定する手法について述べる。 Therefore, abnormality determination based on the Mahalanobis distance is based on the sum of the components on the right side of Equation (22). In the following, a method of determining abnormality by checking values at the stage of components prior to summing will be described.

このような前提に基づき、判定部213は、成分ρの絶対値と、特異値σの平方根とを、特異ベクトルu(k=1,2,…,M)ごとに対比し、その判定結果を出力する。 Based on such a premise, the determination unit 213 compares the absolute value of the component ρ k and the square root of the singular value σ k for each singular vector u k (k=1, 2, . . . , M), and Output the judgment result.

例えば、判定部213は、成分ρの絶対値が、特異値σに基づく閾値未満である場合は正常を示す判定結果を出力する。一方、判定部213は、成分ρの絶対値が閾値以上である場合は異常を示す判定結果を出力する。具体的には、判定部213は、次式(23)が成立すれば異常と判定する。 For example, the determination unit 213 outputs a determination result indicating normal when the absolute value of the component ρ k is less than the threshold value based on the singular value σ k . On the other hand, the determination unit 213 outputs a determination result indicating abnormality when the absolute value of the component ρk is equal to or greater than the threshold. Specifically, the determination unit 213 determines that there is an abnormality if the following equation (23) holds.

Figure 2022158570000027
Figure 2022158570000027

ここに、式(23)におけるγ1k,γ2kは特異ベクトルu(k=1,2,…,M)ごとに定める正の定数である。 Here, γ 1k and γ 2k in Equation (23) are positive constants determined for each singular vector u k (k=1, 2, . . . , M).

なお、図7~図8には、第3の実施形態のマハラノビス距離算出部212に代えて、成分算出部217を追加する例が示されているが、これに限られることはない。他の実施形態では、第1または第2の実施形態のマハラノビス距離算出部212に代えて、成分算出部217を追加してもよい。 7 and 8 show an example in which a component calculation unit 217 is added in place of the Mahalanobis distance calculation unit 212 of the third embodiment, but the present invention is not limited to this. In another embodiment, a component calculator 217 may be added instead of the Mahalanobis distance calculator 212 of the first or second embodiment.

(作用効果)
以上のように、本実施形態に係る異常検出装置2は、計測値取得部210が取得した計測からなる計測値ベクトル(フーリエ係数ベクトルx)を、単位空間を特異値分解して得る特異ベクトルuの方向に分解した複数の成分ρを算出し、算出したρの絶対値が所定の閾値を超える場合に、機械設備10に異常が発生していると判定する。
(Effect)
As described above, the abnormality detection apparatus 2 according to the present embodiment obtains the measurement value vector (Fourier coefficient vector x) obtained by the measurement obtained by the measurement value obtaining unit 210 by singular value decomposition of the unit space. is calculated, and when the absolute value of the calculated ρ exceeds a predetermined threshold value, it is determined that the mechanical equipment 10 has an abnormality.

このようにすることで、異常検出装置2は、成分を合計したマハラノビス距離ではなく、成分それぞれについて異常の有無を監視することができるので、異常に対する感度を向上させることができる。また、異常検出装置2は、第1~第3の実施形態と同様に、機械設備10の特徴周波数におけるフーリエ係数のみを計算すればよいので、周波数分析装置を別途用意することなく、異常診断を高速に行うことが可能である。 By doing so, the anomaly detection device 2 can monitor the presence or absence of an anomaly for each component instead of the total Mahalanobis distance of the components, so that the sensitivity to anomalies can be improved. In addition, as in the first to third embodiments, the abnormality detection device 2 only needs to calculate the Fourier coefficient at the characteristic frequency of the mechanical equipment 10, so that the abnormality can be diagnosed without separately preparing a frequency analysis device. It can be done at high speed.

<第5の実施形態>
次に、本開示の第5の実施形態に係る異常検出装置2について図9を参照しながら説明する。
第1~第4の実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
<Fifth Embodiment>
Next, an abnormality detection device 2 according to a fifth embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIG.
Components common to those of the first to fourth embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

上述の第1~第3の実施形態に係る異常検出装置2は、第1振動センサ11毎にフーリエ係数を計算していた。すなわち、第1の実施形態に係る異常検出装置2では式(3A)及び式(3B)を、第2および第3の実施形態に係る異常検出装置2では式(8A)及び式(8B)を、第1振動センサ11毎に計算してフーリエ係数を計算していた。このようなやり方に従うと、センサ(計測点)の数が増えるほどフーリエ係数を計算する演算量も増える。 The abnormality detection device 2 according to the first to third embodiments described above calculates the Fourier coefficient for each first vibration sensor 11 . That is, equations (3A) and (3B) are used in the abnormality detection device 2 according to the first embodiment, and equations (8A) and (8B) are used in the abnormality detection devices 2 according to the second and third embodiments. , the Fourier coefficient is calculated for each first vibration sensor 11 . According to such a method, the amount of computation for calculating Fourier coefficients increases as the number of sensors (measurement points) increases.

これに対し、本実施形態に係る異常検出装置2は,異常についての事前知識を利用してフーリエ係数の計算を減らすことが特徴である。これにより、計算機のコストが下がるなど、実用上のメリットとなる。 On the other hand, the anomaly detection device 2 according to the present embodiment is characterized by using prior knowledge of anomalies to reduce the calculation of Fourier coefficients. This has practical advantages, such as reducing the cost of the computer.

(異常検出装置の処理)
図9は、本開示の第5の実施形態に係る異常検出装置の処理の一例を示す図である。
以下、図9を参照しながら、異常検出装置2の異常診断処理について詳しく説明する。
(Processing of anomaly detection device)
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of processing of an abnormality detection device according to the fifth embodiment of the present disclosure;
The abnormality diagnosis processing of the abnormality detection device 2 will be described in detail below with reference to FIG.

図9に示すように、本実施形態に係る計測値取得部210は、機械設備10の第1振動センサ11により計測された計測値からなる計測値ベクトル{y,y,…,y}を取得する。 As shown in FIG. 9, the measured value acquisition unit 210 according to the present embodiment obtains a measured value vector {y 1 , y 2 , . . . , y M }.

成分算出部217は、異常の指標として定めた特異ベクトルuを予め定めた周波数点(特徴周波数ω)の位相角θを用いて実数部及び虚数部に分けて、実数部及び虚数部それぞれと計測値ベクトルとの内積を算出する。なお、図9には、第3の実施形態に係る周波数検出部215及び推定部216により推定された特徴周波数ωが成分算出部217に入力される例が示されているが、これに限られることはない。成分算出部217には、第1の実施形態に係る周波数点指定部が指定した周期Tが入力されてもよいし、第2の実施形態に係る周波数検出部215が検出した特徴周波数ωが入力されてもよい。 The component calculation unit 217 divides the singular vector uk determined as an index of abnormality into a real part and an imaginary part using a phase angle θ of a predetermined frequency point (characteristic frequency ω), and calculates the real part and the imaginary part, respectively. Calculate the inner product with the measured value vector. Note that FIG. 9 shows an example in which the characteristic frequency ω estimated by the frequency detection unit 215 and the estimation unit 216 according to the third embodiment is input to the component calculation unit 217, but is limited to this. never. The component calculation unit 217 may receive the period T n specified by the frequency point specifying unit according to the first embodiment, or the characteristic frequency ω n detected by the frequency detection unit 215 according to the second embodiment. may be entered.

本実施形態に係る異常検出装置2が実行する異常診断処理は、第4の実施形態に記載した処理を更に改良したものである。第4の実施形態では、フーリエ係数ベクトルxを特異ベクトルu(k=1,2,…,M)の方向に分解した成分ρに基づき式(23)で異常を判定した。機械設備10の異常には、頻度の多いものと少ないものがある。異常の種類は、特異ベクトルu(k=1,2,…,M)に対応付けることができるので、M個の特異ベクトルの中で、式(23)の判定式に抵触しやすい成分とそうでないものがある。そして、抵触しやすい成分だけを毎タイムステップ異常判定し、他は、100タイムステップに一度のように間引いて異常判定することは、演算能力に制約がある場合などにおいて合理的である。 The abnormality diagnosis process executed by the abnormality detection device 2 according to this embodiment is a further improvement of the process described in the fourth embodiment. In the fourth embodiment, the abnormality is determined by Equation (23) based on the component ρ k obtained by decomposing the Fourier coefficient vector x in the direction of the singular vector u k (k=1, 2, . . . , M). Abnormalities of the mechanical equipment 10 include those with high frequency and those with low frequency. Since the type of anomaly can be associated with a singular vector u k (k=1, 2, . There are things that are not. Then, it is rational to determine whether only the components that are likely to conflict are abnormal at each time step, and to determine whether the other components are abnormal by thinning out once every 100 time steps, for example, when there is a constraint on the computing power.

本実施形態は、このような、特定の1つの特異ベクトルに関する異常判定を、高速に行うことを可能とする技術であり、従来、振動センサの観測値{y,y,…,y}対して、M回のフーリエ変換を要していたものを、1回にすることが特徴である。ただし、第3の実施形態で述べたように、M個の振動の特徴が表れる特徴周波数は互いに関連し、1番目の振動の特徴周波数から2番目~M番目の特徴周波数がわかるものとする。以下では、説明の簡単のため、すべての特徴周波数が式(24)のように同じであるとする。 The present embodiment is a technology that makes it possible to perform such an abnormality determination regarding one specific singular vector at high speed. } On the other hand, M times of Fourier transformation is reduced to one time. However, as described in the third embodiment, the characteristic frequencies at which the M vibration characteristics appear are related to each other, and the second to M-th characteristic frequencies are known from the first characteristic frequency of vibration. In the following, for simplicity of explanation, it is assumed that all characteristic frequencies are the same as in Equation (24).

Figure 2022158570000028
Figure 2022158570000028

したがって、推定部216は、周波数検出部215が検出した特徴周波数ω1から、式(24)を使って各計測点の特徴周波数を推定する。 Therefore, the estimator 216 estimates the characteristic frequency of each measurement point from the characteristic frequency ω1 detected by the frequency detector 215 using Equation (24).

そして、異常検出装置2がk番目の特異ベクトルuに関して異常判定する場合について説明する。kは{1,2,…,M}のどれか一つの値である。 Then, the case where the abnormality detection device 2 determines abnormality with respect to the k -th singular vector uk will be described. k is any one value of {1, 2, . . . , M}.

成分算出部217は、各計測点(第1振動センサ11)の特徴周波数の位相角θについて、第3の実施形態と同様に式(12)で計算する。成分算出部217は、特異ベクトルuを実数部と虚数部に分け、式(25A)、式(25B)のように、各計測点の計測値{y1,y2,…,y}との内積を計算する。ここに、記号[uは、特異ベクトルuの第1要素を表している。 The component calculator 217 calculates the phase angle θ of the characteristic frequency of each measurement point (first vibration sensor 11) using Equation (12) as in the third embodiment. The component calculation unit 217 divides the singular vector u k into a real part and an imaginary part, and, as shown in equations (25A) and (25B), the measurement values {y1, y2 , . Compute the inner product. Here, the symbol [u k ] 1 represents the first element of the singular vector u k .

Figure 2022158570000029
Figure 2022158570000029

Figure 2022158570000030
Figure 2022158570000030

次に、成分算出部217は、式(26)のように、内積を一周期分、時間平均する。M個の振動の特徴周波数は式(24)のように互いに等しいので、一周期の長さはTである。M個の振動の特徴周波数の中に値の違うものがある場合、一周期の長さを周期の最小公倍数として式(26)を計算する。 Next, the component calculation unit 217 time-averages the inner product for one cycle as shown in Equation (26). Since the characteristic frequencies of M vibrations are equal to each other as shown in Equation (24), the length of one cycle is T1. If there is a characteristic frequency with a different value among the M vibrations, the length of one cycle is calculated as the least common multiple of the cycles.

Figure 2022158570000031
Figure 2022158570000031

式(26)で得たρを、上述の式(20)に適用する。また、判定部213は、上述の式(23)で異常を判定する。 Apply ρ k obtained in equation (26) to equation (20) above. Also, the determination unit 213 determines an abnormality using the above equation (23).

式(26)の計算には、過去値として{α(t―ΔT),α(t-2ΔT),…,α(t-mΔT)}と、{β(t―ΔT),β(t-2ΔT),…,β(t-mΔT)}との値を記憶しなければならない。第4の実施形態に係る異常検出装置2は、合計M×2m個の値を記憶しなければならなかった。これに対し、本実施形態に係る異常検出装置2は、合計2m個の過去値を記憶すればよい。したがって、本実施形態によれば、過去値の記憶量と積和演算を更に節約できる。これにより、例えば異常検出装置2の機能を、通常の制御装置に組み込んで実行させることも可能となる。 In the calculation of formula (26), {α(t−ΔT), α(t−2ΔT), . . . , α(t−m 1 ΔT)} and {β(t−ΔT), β( t−2ΔT), . . . , β(t−m 1 ΔT)}. The abnormality detection device 2 according to the fourth embodiment had to store a total of M×2m 1 values. On the other hand, the abnormality detection device 2 according to the present embodiment only needs to store a total of 2m1 past values. Therefore, according to this embodiment, it is possible to further save the amount of storage of past values and the sum-of-products operation. Thereby, for example, the function of the abnormality detection device 2 can be incorporated into a normal control device and executed.

なお、式(26)は、1次のローパスフィルタに置き換えてもよい。これにより、過去値の数を2個にすることができる。なお、その場合、ローパスフィルタが整定するまでにTの数倍の時間を要し、異常の判定に時間がかかる。このため、速応性を要する用途では、上記したとおり式(26)を用いる手法の方が有効である。 Note that Equation (26) may be replaced with a first-order low-pass filter. This allows the number of past values to be two. In this case, it takes several times longer than T1 for the low-pass filter to settle, and it takes a long time to determine whether there is an abnormality. For this reason, the method using equation (26) as described above is more effective for applications that require quick response.

(作用効果)
以上のように、本実施形態に係る異常検出装置2は、特異ベクトルuを特徴周波数ωの位相角θを用いて実数部と虚数部とに分けて、実数部及び虚数部それぞれと計測値ベクトルyとの内積を算出し、算出された内積の一周期分の時間平均ρの絶対値が所定の閾値を超える場合、機械設備10に異常が発生していると判定する。
(Effect)
As described above, the abnormality detection device 2 according to the present embodiment divides the singular vector u k into the real part and the imaginary part using the phase angle θ of the characteristic frequency ω, and the real part and the imaginary part and the measured value An inner product with the vector y is calculated, and if the absolute value of the time average ρ k for one cycle of the calculated inner product exceeds a predetermined threshold, it is determined that the mechanical equipment 10 has an abnormality.

このようにすることで、異常検出装置2は、診断毎のフーリエ変換の回数を1回に減らすことができるので、演算負荷を大幅に低減することができる。また、異常検出装置2は、異常診断に使う過去値を減らすことができるので、記憶量及び積和演算の負荷を低減することができる。 By doing so, the abnormality detection device 2 can reduce the number of times of Fourier transform for each diagnosis to one, so that the computation load can be significantly reduced. In addition, since the abnormality detection device 2 can reduce the past values used for abnormality diagnosis, it is possible to reduce the amount of storage and the load of sum-of-products calculation.

<変形例>
上述の第4及び第5の実施形態では、マハラノビス距離に関する単位空間Qを特異値分解した特異ベクトルuに基づき異常を判定した。しかし、機械設備10について、予め異常な振動のモード形状が分かっているならば、そのモード形状が出現すればすぐに異常を判別できる。本変形例は、それを実現するものである。ここでは、第5の実施形態に係る異常検出装置2に、本変形例を適用する例について説明する。
<Modification>
In the above-described fourth and fifth embodiments, abnormality is determined based on the singular vector uk obtained by singular value decomposition of the unit space Q regarding the Mahalanobis distance. However, if the abnormal mode shape of the vibration of the mechanical equipment 10 is known in advance, the abnormality can be determined as soon as the mode shape appears. This modification realizes it. Here, an example in which this modified example is applied to the abnormality detection device 2 according to the fifth embodiment will be described.

本変形例に係る異常検出装置2において、成分算出部217は、特異ベクトルuに代えて予め定めたモード形状ベクトルφを指標ベクトルとして用いる。すなわち、第5の実施形態の式(25A)、式(25B)に代えて、式(27A)、式(27B)を用いる。なお、モード形状ベクトルφは、たとえばモーダル解析など、既知の技術を利用して得ることができる。 In the abnormality detection device 2 according to this modification, the component calculator 217 uses a predetermined mode shape vector φ as an index vector instead of the singular vector uk . That is, equations (27A) and (27B) are used instead of equations (25A) and (25B) of the fifth embodiment. Note that the mode shape vector φ can be obtained using a known technique such as modal analysis.

Figure 2022158570000032
Figure 2022158570000032

Figure 2022158570000033
Figure 2022158570000033

そして、成分算出部217は、式(28)で、モード形状ベクトルの成分ρを計算する。 Then, the component calculation unit 217 calculates the component ρ k of the mode shape vector by Equation (28).

Figure 2022158570000034
Figure 2022158570000034

判定部213が異常判定を行う式(23)において、σは正常時のα及びβから式(27)で定める。 In the equation (23) in which the determination unit 213 determines abnormality, σ k is determined by the equation (27) from α k and β k during normal operation.

(作用効果)
以上のように、本変形例に係る異常検出装置2は、モード形状ベクトルφを指標ベクトルとして用いる。
(Effect)
As described above, the abnormality detection device 2 according to this modification uses the mode shape vector φ as the index vector.

このようにすることで、異常検出装置2は、特異ベクトルuを求める計算を省略することができるので、演算負荷を更に低減することができる。 By doing so, the abnormality detection device 2 can omit the calculation for obtaining the singular vector uk , so that the calculation load can be further reduced.

なお、上述した第1~第5の実施形態及びその変形例においては、上述した異常検出装置2の各種処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって上記各種処理が行われる。また、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM、DVD-ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。 In the above-described first to fifth embodiments and modifications thereof, the various processes of the abnormality detection device 2 described above are stored in a computer-readable recording medium in the form of a program. are read out and executed by the computer to perform the various processes described above. Computer-readable recording media include magnetic disks, magneto-optical disks, CD-ROMs, DVD-ROMs, semiconductor memories, and the like. Alternatively, the computer program may be distributed to a computer via a communication line, and the computer receiving the distribution may execute the program.

上記プログラムは、上述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。更に、上述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。 The program may be for realizing part of the functions described above. Furthermore, it may be a so-called difference file (difference program) that can realize the above functions by combining with a program already recorded in the computer system.

また、他の実施形態においては、第1~第5の実施形態及びその変形例で説明した異常検出装置2が有する各機能部を、制御装置3が有する態様であってもよい。 Further, in another embodiment, the control device 3 may have each functional part of the abnormality detection device 2 described in the first to fifth embodiments and their modifications.

以上のとおり、本発明に係るいくつかの実施形態を説明したが、これら全ての実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態及びその変形例は、発明の要旨および技術的範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described above, all these embodiments are provided by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the gist and technical scope of the invention.

<付記>
上述の実施形態に記載の異常検出装置、異常検出方法、およびプログラムは、例えば以下のように把握される。
<Appendix>
The abnormality detection device, abnormality detection method, and program described in the above-described embodiments are understood as follows, for example.

(1)第1の態様によれば、機械設備(10)の異常の有無を検出する異常検出装置(2)は、機械設備(10)の振動を計測する第1振動センサ(11)から出力された検出信号(y)に基づいて、予め定めた周波数点における振動の振幅及び位相からなる計測値(a,b)を取得する処理と、過去の複数の時点において取得された複数の計測値により構成される単位空間を基準として、機械設備(10)を評価する時点において取得された計測値のマハラノビス距離を算出する処理と、算出されたマハラノビス距離が所定の閾値を超える場合、機械設備(10)に異常が発生していると判定する処理と、を実行するプロセッサ(21)を備える。 (1) According to the first aspect, the abnormality detection device (2) that detects the presence or absence of an abnormality in the mechanical equipment (10) outputs from the first vibration sensor (11) that measures the vibration of the mechanical equipment (10) A process of acquiring measured values (a, b) consisting of the amplitude and phase of vibration at a predetermined frequency point based on the detected signal (y), and a plurality of measured values acquired at a plurality of past points A process of calculating the Mahalanobis distance of the measurement value acquired at the time of evaluating the mechanical equipment (10) based on the unit space configured by 10) and a processor (21) for determining that an abnormality has occurred.

このようにすることで、異常検出装置は、特定の周波数点におけるフーリエ係数(振幅及び位相)のみを計算すればよいので、従来の技術と比較して演算負荷を大幅に低減することができる。これにより、異常検出装置は、機械設備の異常診断を高速に行うことが可能となる。また、異常検出装置は、周波数分析装置を別に用意することなく、自身でフーリエ係数を計算することができるので、異常検出システム全体のコストを下げることができる。 By doing so, the anomaly detection apparatus needs to calculate only Fourier coefficients (amplitude and phase) at specific frequency points, so that the computational load can be significantly reduced compared to conventional techniques. As a result, the abnormality detection device can perform abnormality diagnosis of mechanical equipment at high speed. Moreover, since the abnormality detection device can calculate Fourier coefficients by itself without separately preparing a frequency analysis device, the cost of the entire abnormality detection system can be reduced.

(2)第2の態様によれば、第1の態様に係る異常検出装置(2)において、プロセッサ(21)は、機械設備(10)の振動を計測する第2振動センサ(14)から出力された検出信号に基づいて、機械設備(10)の特徴周波数(ω)を検出する処理を更に実行し、計測値を取得する処理において、検出された特徴周波数ωを周波数点に設定して計測値(a,b)を取得する。 (2) According to the second aspect, in the abnormality detection device (2) according to the first aspect, the processor (21) outputs from the second vibration sensor (14) that measures the vibration of the mechanical equipment (10) Based on the detected signal, a process of detecting the characteristic frequency (ω) of the mechanical equipment (10) is further executed, and in the process of acquiring the measured value, the detected characteristic frequency (ω) is set as a frequency point and measured. Get the value (a,b).

このようにすることで、異常検出装置は、機械設備の運転条件や経年劣化などに応じて変化する周波数成分を自動的に検出することができる。これにより、異常検出装置は、より正確なフーリエ係数を取得することができるので、異常検出の精度をさらに向上させることができる。 By doing so, the abnormality detection device can automatically detect the frequency component that changes according to the operating conditions of the mechanical equipment, aged deterioration, and the like. As a result, the anomaly detection device can acquire more accurate Fourier coefficients, thereby further improving the accuracy of anomaly detection.

(3)第3の態様によれば、第2の態様に係る異常検出装置(2)において、プロセッサ(21)は、機械設備(10)の複数の計測点における特徴周波数の関係を表した振動周波数モデルと、特徴周波数を検出する処理において検出された機械設備(10)の一の計測点の特徴周波数(ω)とに基づいて、複数の計測点それぞれの特徴周波数(^ω)を推定する処理を更に実行し、計測値を取得する処理において、推定された複数の計測点それぞれの特徴周波数(^ω)を周波数点に設定して、複数の計測点それぞれに対応する計測値(a,b)を取得する。 (3) According to the third aspect, in the anomaly detection device (2) according to the second aspect, the processor (21) generates a vibration signal representing the relationship of characteristic frequencies at a plurality of measurement points of the mechanical equipment (10). Based on the frequency model and the characteristic frequency (ω 1 ) of one measurement point of the mechanical equipment (10) detected in the process of detecting the characteristic frequency, the characteristic frequency (^ω n ) of each of the plurality of measurement points is calculated as follows: In the process of further executing the estimation process and acquiring the measured values, the estimated characteristic frequencies (^ω n ) of each of the plurality of measurement points are set as frequency points, and the measured values corresponding to each of the plurality of measurement points are obtained. Get (a,b).

このようにすることで、異常検出装置は、振動センサの計測誤差などに起因するフーリエ係数の計算誤差を抑制することができる。これにより、異常検出装置は、異常検出の精度をさらに向上させることができる。 By doing so, the abnormality detection device can suppress calculation errors of the Fourier coefficients caused by measurement errors of the vibration sensor or the like. Thereby, the abnormality detection device can further improve the accuracy of abnormality detection.

(4)第4の態様によれば、機械設備(10)の異常の有無を検出する異常検出装置(2)は、機械設備(10)の振動を計測する第1振動センサ(11)から出力された検出信号に基づいて、予め定めた周波数点における振動の振幅及び位相からなる計測値(a、b)を取得する処理と、計測値からなる計測値ベクトルを、異常の指標として定めた指標ベクトル(u又はφ)の方向に分解した複数の成分(ρ)を算出する処理と、算出された成分(ρ)の絶対値が所定の閾値を超える場合、機械設備(10)に異常が発生していると判定する処理と、を実行するプロセッサを備える。 (4) According to the fourth aspect, the abnormality detection device (2) for detecting the presence or absence of abnormality in the mechanical equipment (10) outputs from the first vibration sensor (11) for measuring the vibration of the mechanical equipment (10) Based on the detected signal, a process of acquiring measured values (a, b) consisting of the amplitude and phase of vibration at a predetermined frequency point, and a measured value vector consisting of the measured values is defined as an index of abnormality A process of calculating a plurality of components (ρ k ) resolved in the direction of the vector (uk or φ), and when the absolute value of the calculated component ( ρ k ) exceeds a predetermined threshold, the mechanical equipment (10) and a processor for determining that an abnormality has occurred.

このようにすることで、異常検出装置は、成分それぞれについて異常の有無を監視することができるので、異常に対する感度を向上させることができる。また、異常検出装置は、第1~第3の態様と同様に、機械設備の特徴周波数におけるフーリエ係数のみを計算すればよいので、周波数分析装置を別途用意することなく、異常診断を高速に行うことが可能である。 By doing so, the abnormality detection device can monitor the presence or absence of abnormality for each component, so that the sensitivity to abnormality can be improved. In addition, as in the first to third aspects, the abnormality detection device needs to calculate only the Fourier coefficient at the characteristic frequency of the mechanical equipment, so the abnormality diagnosis can be performed at high speed without separately preparing a frequency analysis device. It is possible.

(5)第5の態様によれば、機械設備(10)の異常の有無を検出する異常検出装置(2)は、機械設備(10)の振動を計測する第1振動センサ(11)により計測された計測値からなる計測値ベクトル(y)を取得する処理と、異常の指標として定めた指標ベクトル(u又はφ)を予め定めた周波数点の位相角(θ)を用いて実数部及び虚数部に分けて、実数部及び虚数部それぞれと計測値ベクトル(y)との内積を算出する処理と、算出された内積の一周期分の時間平均(ρ)の絶対値が所定の閾値を超える場合、機械設備(10)に異常が発生していると判定する処理と、を実行するプロセッサを備える。 (5) According to the fifth aspect, the abnormality detection device (2) for detecting the presence or absence of an abnormality in the mechanical equipment (10) is measured by the first vibration sensor (11) for measuring the vibration of the mechanical equipment (10). A process of acquiring a measured value vector (y) composed of the measured values obtained, and an index vector ( uk or φ) determined as an index of abnormality is obtained by using the phase angle (θ) of the predetermined frequency point to obtain the real part and Divided into imaginary parts, a process of calculating the inner product of each of the real part and the imaginary part and the measured value vector (y), and the absolute value of the time average (ρ k ) for one cycle of the calculated inner product is a predetermined threshold and a processor for determining that an abnormality has occurred in the mechanical equipment (10) when it exceeds.

このようにすることで、異常検出装置は、診断毎のフーリエ変換の回数を1回に減らすことができるので、演算負荷を大幅に低減することができる。また、異常検出装置は、異常診断に使う過去値を減らすことができるので、記憶量及び積和演算の負荷を低減することができる。 By doing so, the abnormality detection device can reduce the number of times of Fourier transform for each diagnosis to one, so that the computational load can be significantly reduced. In addition, since the abnormality detection device can reduce the past values used for abnormality diagnosis, it is possible to reduce the amount of storage and the load of sum-of-products calculation.

(6)第6の態様によれば、第4又は第5の態様に係る異常検出装置(2)において、プロセッサ(21)は、過去の複数の時点において取得された複数の計測値により構成される単位空間から得られる特異ベクトル(u)を指標ベクトルとして用いる。 (6) According to the sixth aspect, in the abnormality detection device (2) according to the fourth or fifth aspect, the processor (21) is composed of a plurality of measured values obtained at a plurality of points in the past. A singular vector (u k ) obtained from a unit space is used as an index vector.

このようにすることで、異常検出装置は、成分を合計したマハラノビス距離ではなく、成分それぞれについて異常の有無を監視することができるので、異常に対する感度を向上させることができる。 By doing so, the anomaly detection device can monitor the presence or absence of an anomaly for each component instead of the Mahalanobis distance that is the sum of the components, so that it is possible to improve the sensitivity to anomalies.

(7)第7の態様によれば、第4又は第5の態様に係る異常検出装置(2)において、プロセッサ(21)は、機械設備(10)に固有のモード形状ベクトル(φ)を指標ベクトルとして用いる。 (7) According to the seventh aspect, in the abnormality detection device (2) according to the fourth or fifth aspect, the processor (21) indexes the mode shape vector (φ) specific to the mechanical equipment (10) Used as a vector.

このようにすることで、異常検出装置2は、特異ベクトルを求める計算を省略することができるので、演算負荷を更に低減することができる。 By doing so, the abnormality detection device 2 can omit the calculation for obtaining the singular vector, so that the calculation load can be further reduced.

(8)第8の態様によれば、機械設備(10)の異常の有無を検出する異常検出方法は、機械設備(10)の振動を計測する第1振動センサ(11)から出力された検出信号に基づいて、予め定めた周波数点における振動の振幅及び位相からなる計測値(a,b)を取得するステップと、過去の複数の時点において取得された複数の計測値により構成される単位空間を基準として、機械設備(10)を評価する時点において取得された計測値のマハラノビス距離を算出するステップと、算出されたマハラノビス距離が所定の閾値を超える場合、機械設備(10)に異常が発生していると判定するステップと、を有する。 (8) According to the eighth aspect, the anomaly detection method for detecting the presence or absence of an anomaly in the mechanical equipment (10) includes the detection output from the first vibration sensor (11) for measuring the vibration of the mechanical equipment (10). A step of obtaining measured values (a, b) consisting of the amplitude and phase of vibration at a predetermined frequency point based on the signal, and a unit space composed of a plurality of measured values obtained at a plurality of past points in time. a step of calculating the Mahalanobis distance of the measured value acquired at the time of evaluating the mechanical equipment (10) with reference to, and if the calculated Mahalanobis distance exceeds a predetermined threshold, an abnormality occurs in the mechanical equipment (10) and determining that

(9)第9の態様によれば、プログラムは、機械設備(10)の異常の有無を検出する異常検出装置(2)のコンピュータに、機械設備(10)の振動を計測する第1振動センサ(11)から出力された検出信号に基づいて、予め定めた周波数点における前記振動の振幅及び位相からなる計測値(a,b)を取得するステップと、過去の複数の時点において取得された複数の計測値により構成される単位空間を基準として、機械設備(10)を評価する時点において取得された計測値のマハラノビス距離を算出するステップと、算出されたマハラノビス距離が所定の閾値を超える場合、機械設備(10)に異常が発生していると判定するステップと、を実行させる。 (9) According to the ninth aspect, the program causes the computer of the abnormality detection device (2) for detecting the presence or absence of an abnormality in the machinery (10) to cause the first vibration sensor for measuring the vibration of the machinery (10). (11) based on the detection signal output from; A step of calculating the Mahalanobis distance of the measured value obtained at the time of evaluating the mechanical equipment (10) based on the unit space configured by the measured value of; and a step of determining that an abnormality has occurred in the mechanical equipment (10).

100 異常検出システム
10 機械設備
11,11A,11B,11C,11D 第1振動センサ
12 動力装置
13 ギア
14 第2振動センサ
2 異常検出装置
21 プロセッサ
210 計測値取得部
211 単位空間生成部
212 マハラノビス距離算出部
213 判定部
214 周波数点指定部
215 周波数検出部
216 推定部
217 成分算出部
22 入出力部
23 主記憶装置
24 補助記憶装置
3 制御装置
100 Abnormality detection system 10 Mechanical equipment 11, 11A, 11B, 11C, 11D First vibration sensor 12 Power unit 13 Gear 14 Second vibration sensor 2 Abnormality detection device 21 Processor 210 Measurement value acquisition unit 211 Unit space generation unit 212 Mahalanobis distance calculation Unit 213 Determination unit 214 Frequency point designation unit 215 Frequency detection unit 216 Estimation unit 217 Component calculation unit 22 Input/output unit 23 Main storage device 24 Auxiliary storage device 3 Control device

Claims (9)

機械設備の異常の有無を検出する異常検出装置であって、
前記機械設備の振動を計測する第1振動センサから出力された検出信号に基づいて、予め定めた周波数点における前記振動の振幅及び位相からなる計測値を取得する処理と、
過去の複数の時点において取得された複数の前記計測値により構成される単位空間を基準として、前記機械設備を評価する時点において取得された前記計測値のマハラノビス距離を算出する処理と、
算出された前記マハラノビス距離が所定の閾値を超える場合、前記機械設備に異常が発生していると判定する処理と、
を実行するプロセッサを備える、
異常検出装置。
An abnormality detection device for detecting the presence or absence of an abnormality in mechanical equipment,
a process of acquiring a measurement value consisting of the amplitude and phase of the vibration at a predetermined frequency point based on the detection signal output from the first vibration sensor that measures the vibration of the mechanical equipment;
A process of calculating the Mahalanobis distance of the measured values obtained at the time of evaluating the mechanical equipment with reference to a unit space composed of the plurality of measured values obtained at a plurality of points in the past;
a process of determining that an abnormality has occurred in the mechanical equipment when the calculated Mahalanobis distance exceeds a predetermined threshold;
comprising a processor that executes
Anomaly detector.
前記プロセッサは、
前記機械設備の振動を計測する第2振動センサから出力された検出信号に基づいて、前記機械設備の特徴周波数を検出する処理を更に実行し、
前記計測値を取得する処理において、検出された前記特徴周波数を前記周波数点に設定して前記計測値を取得する、
請求項1に記載の異常検出装置。
The processor
further executing a process of detecting a characteristic frequency of the mechanical equipment based on a detection signal output from a second vibration sensor that measures vibration of the mechanical equipment;
obtaining the measured value by setting the detected characteristic frequency to the frequency point in the process of obtaining the measured value;
The abnormality detection device according to claim 1.
前記プロセッサは、
前記機械設備の複数の計測点における特徴周波数の関係を表した振動周波数モデルと、前記特徴周波数を検出する処理において検出された前記機械設備の一の計測点の前記特徴周波数とに基づいて、複数の前記計測点それぞれの特徴周波数を推定する処理を更に実行し、
前記計測値を取得する処理において、推定された複数の前記計測点それぞれの前記特徴周波数を前記周波数点に設定して、複数の前記計測点それぞれに対応する前記計測値を取得する、
請求項2に記載の異常検出装置。
The processor
A plurality of Further executing a process of estimating the characteristic frequency of each of the measurement points of
In the process of acquiring the measured value, the estimated characteristic frequency of each of the plurality of measurement points is set as the frequency point, and the measured value corresponding to each of the plurality of measurement points is acquired.
The abnormality detection device according to claim 2.
機械設備の異常の有無を検出する異常検出装置であって、
前記機械設備の振動を計測する第1振動センサから出力された検出信号に基づいて、予め定めた周波数点における前記振動の振幅及び位相からなる計測値を取得する処理と、
前記計測値からなる計測値ベクトルを、異常の指標として定めた指標ベクトルの方向に分解した複数の成分を算出する処理と、
算出された前記成分の絶対値が所定の閾値を超える場合、前記機械設備に異常が発生していると判定する処理と、
を実行するプロセッサを備える、
異常検出装置。
An abnormality detection device for detecting the presence or absence of an abnormality in mechanical equipment,
a process of acquiring a measurement value consisting of the amplitude and phase of the vibration at a predetermined frequency point based on the detection signal output from the first vibration sensor that measures the vibration of the mechanical equipment;
A process of calculating a plurality of components by resolving the measured value vector composed of the measured values in the direction of an index vector defined as an index of abnormality;
a process of determining that an abnormality has occurred in the mechanical equipment when the calculated absolute value of the component exceeds a predetermined threshold;
comprising a processor that executes
Anomaly detector.
機械設備の異常の有無を検出する異常検出装置であって、
前記機械設備の振動を計測する第1振動センサにより計測された計測値からなる計測値ベクトルを取得する処理と、
異常の指標として定めた指標ベクトルを予め定めた周波数点の位相角を用いて実数部及び虚数部に分けて、前記実数部及び前記虚数部それぞれと前記計測値ベクトルとの内積を算出する処理と、
算出された前記内積の一周期分の時間平均の絶対値が所定の閾値を超える場合、前記機械設備に異常が発生していると判定する処理と、
を実行するプロセッサを備える、
異常検出装置。
An abnormality detection device for detecting the presence or absence of an abnormality in mechanical equipment,
a process of acquiring a measurement value vector composed of measurement values measured by a first vibration sensor that measures vibration of the mechanical equipment;
a process of dividing an index vector determined as an abnormality index into a real part and an imaginary part using a phase angle of a predetermined frequency point, and calculating an inner product of each of the real part and the imaginary part and the measurement value vector; ,
a process of determining that an abnormality has occurred in the mechanical equipment when the absolute value of the time average for one cycle of the calculated inner product exceeds a predetermined threshold;
comprising a processor that executes
Anomaly detector.
前記プロセッサは、過去の複数の時点において取得された複数の前記計測値により構成される単位空間から得られる特異ベクトルを前記指標ベクトルとして用いる、
請求項4又は5に記載の異常検出装置。
The processor uses, as the index vector, a singular vector obtained from a unit space composed of a plurality of the measured values obtained at a plurality of past points in time.
The abnormality detection device according to claim 4 or 5.
前記プロセッサは、前記機械設備に固有のモード形状ベクトルを前記指標ベクトルとして用いる、
請求項5に記載の異常検出装置。
the processor uses a mode shape vector specific to the machinery as the index vector;
The abnormality detection device according to claim 5.
機械設備の異常の有無を検出する異常検出方法であって、
前記機械設備の振動を計測する第1振動センサから出力された検出信号に基づいて、予め定めた周波数点における前記振動の振幅及び位相からなる計測値を取得するステップと、
過去の複数の時点において取得された複数の前記計測値により構成される単位空間を基準として、前記機械設備を評価する時点において取得された前記計測値のマハラノビス距離を算出するステップと、
算出された前記マハラノビス距離が所定の閾値を超える場合、前記機械設備に異常が発生していると判定するステップと、
を有する異常検出方法。
An abnormality detection method for detecting the presence or absence of an abnormality in mechanical equipment,
a step of acquiring a measured value consisting of the amplitude and phase of the vibration at a predetermined frequency point based on the detection signal output from the first vibration sensor that measures the vibration of the mechanical equipment;
A step of calculating the Mahalanobis distance of the measured values obtained at the time of evaluating the mechanical equipment, with reference to a unit space composed of the plurality of measured values obtained at a plurality of points in the past;
determining that an abnormality has occurred in the mechanical equipment when the calculated Mahalanobis distance exceeds a predetermined threshold;
An anomaly detection method comprising:
機械設備の異常の有無を検出する異常検出装置のコンピュータに、
前記機械設備の振動を計測する第1振動センサから出力された検出信号に基づいて、予め定めた周波数点における前記振動の振幅及び位相からなる計測値を取得するステップと、
過去の複数の時点において取得された複数の前記計測値により構成される単位空間を基準として、前記機械設備を評価する時点において取得された前記計測値のマハラノビス距離を算出するステップと、
算出された前記マハラノビス距離が所定の閾値を超える場合、前記機械設備に異常が発生していると判定するステップと、
を実行させるプログラム。
In the computer of the abnormality detection device that detects the presence or absence of abnormality in the mechanical equipment,
a step of acquiring a measured value consisting of the amplitude and phase of the vibration at a predetermined frequency point based on the detection signal output from the first vibration sensor that measures the vibration of the mechanical equipment;
A step of calculating the Mahalanobis distance of the measured values obtained at the time of evaluating the mechanical equipment, with reference to a unit space composed of the plurality of measured values obtained at a plurality of points in the past;
determining that an abnormality has occurred in the mechanical equipment when the calculated Mahalanobis distance exceeds a predetermined threshold;
program to run.
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