JP2924243B2 - 回転機械の損傷・劣化の寿命予測方法 - Google Patents

回転機械の損傷・劣化の寿命予測方法

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JP2924243B2 JP6245391A JP6245391A JP2924243B2 JP 2924243 B2 JP2924243 B2 JP 2924243B2 JP 6245391 A JP6245391 A JP 6245391A JP 6245391 A JP6245391 A JP 6245391A JP 2924243 B2 JP2924243 B2 JP 2924243B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ファン,ブロア,減速
機等の回転機械の損傷・劣化(以下、損傷という)の徴
候が認められた場合、適切な修理時期を決定する際に必
要となる機械が使用不能状態となるまでの期間(以下、
寿命という)や使用限度到達日を精度良く予測する寿命
予測方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の寿命予測方法は、回転機械の振動
を検出してフィルタリングや包絡線処理等の信号処理を
行った後に、周波数分析を行い、各種損傷に対応する振
動スペクトル値(以下、特定スペクトル成分値という)
を求め、特定の損傷に対応する特定スペクトル成分値の
時系列データ分析結果から計算された損傷の進展に関す
る特徴量の時系列データを用い、時間を独立変数とし、
その後の損傷の進展に関する特徴量を従属変数とする予
測式、例えば一次関数式,二次関数式,指数関数式等を
最小自乗法等の方法で作成して時間軸に対し外挿するこ
とにより、損傷の進展に関する特徴量の予測値が所定の
限界値に達するまでの時間を寿命として予測するように
している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法では、特定周波数成分値の時系列データを数学的,
統計的に処理した結果、得られる予測式を使用している
ため、場合によっては損傷の進展が必ずしも数式で表現
できないことがあり、この場合は寿命予測値と実際の寿
命との間にかなりの誤差を生じるという問題があった。
一方、このような誤差が生じた場合に従来の方法は、寿
命予測式を実情に合致する形に変更し、この結果、ソフ
トウェアを修正・追加することが必要となるため、関連
ソフトウェアのメンテナンスコストが上昇したり、ま
た、ソフトメンテナンスが実施されないために別途人手
を介して寿命予測作業を行うことにもなり工数が増大す
る等の問題があった。本発明の目的は、ソフトウェアを
変更することなしに、各種回転機械の状態や損傷の種類
等の実情に合致して損傷の進展が予測可能な複雑な形状
の寿命曲線を実用上忠実にかつ簡単に使用可能とするこ
とにより、良好な寿命予測精度を得ることにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに本発明は、回転機械の状態を表す検出信号に基づき
時系列データを生成するとともに、生成された時系列デ
ータを分析してこの分析結果から複数の特徴量を演算
し、演算された複数の特徴量に基づき上記回転機械の損
傷・劣化の進行を予測する寿命予測方法において、上記
特徴量と回転機械の余寿命との関係を表す寿命曲線を予
め各部分期間に区分するとともに、実際の回転機械で認
識された損傷・劣化の程度を上記各部分期間に対応する
各部分平均寿命変化定数として設定して各部分平均寿命
曲線を生成させる一方、検出信号に基づき時系列的にス
ペクトル相対値を演算して時系列特徴マトリックスを形
するとともに、この時系列特徴マトリックスから損傷
・劣化の進展に関する特徴量を生成生成された特徴
量と上記部分平均寿命曲線とに基づき回転機械の使用可
能限界時期を予測するようにした方法である。即ち、各
回転機械毎,各損傷毎の進展の程度を実際の回転機械で
生起するパターンに合致させるために、寿命曲線を各部
分期間区分に対応した部分平均寿命変化定数の集合体に
より表現させ、この各部分平均寿命変化定数をシステム
にデータとして入力可能とすることにより、現実に起こ
る一般関係式では表現が困難な複雑な形状の寿命曲線を
任意に、かつ、ソフトウェアを変更することなしに、簡
便かつ精度良く使用可能とした方法である。
【0005】
【作用】本発明による回転機械の寿命予測方法は、実際
の回転機械の損傷の進展過程を各設備毎,各損傷毎に忠
実かつ簡便に表現可能とすることにより、回転機械の設
備診断データと複雑な形状をした実際の回転機械の損傷
進展による寿命曲線とを精度良くかつ簡便に対応させる
ことが可能となるもので、この結果、従来の方法に比し
て寿命予測の精度向上が可能となる。
【0006】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。図1は、本発明に係る回転機械の損傷・劣化
の寿命予測方法を適用したシステムの一実施例を示すブ
ロック系統図である。同図において、1は設備諸元入力
部、2は分析条件設定部、3は分析条件記憶部、4は振
動検出部、5は増幅器、6は信号処理部、7はA/D変
換器、8はディジタル周波数分析部である。また、9は
時系列データ演算部、10は時系列特徴マトリックス記
憶部、11は診断データ抽出部、12は余寿命演算部、
13は使用限度到達日演算部、14は初期値スペクトル
記憶部、15は制御部、16は部分平均寿命定数設定
部、17は寿命曲線演算部である。
【0007】図1において、設備諸元入力部1は、診断
の対象となるファン,ブロア,減速機,ポンプ等の回転
機械の構成,減速機の歯車の枚数等の回転要素や軸受の
仕様等で示される設備諸元を入力する。分析条件設定部
2は、振動,回転数等の検出信号の種類と検出位置,信
号処理の種類,周波数分析周波数帯域,回転機械の各種
の異常に対応する周波数等の信号分析を自動的に実施す
るための条件・方法を規定するデータを設定し、分析条
件記憶部3においてこれらのデータは記憶される。ま
た、振動検出部4は、回転機械から発生する振動を検出
し、増幅器5でその振動信号を増幅し、信号処理部6で
フィルタリング等の信号処理を行った後、A/D変換器
7によりアナログ/ディジタル変換を行う。また、ディ
ジタル周波数分析器8はその周波数分析を行い、得られ
た周波数スペクトルは時系列データ演算部9へ入力され
る。初期値スペクトル記憶部14には、ベースラインデ
ータとしての初期値スペクトルが予め記憶されており、
このデータは時系列データ演算部9に入力される。時系
列データ演算部9は、回転機械の各種異常に対応する時
系列的特徴量を演算し、時系列特徴マトリックス記憶部
10はこれを記憶する。
【0008】次に、表1に時系列特徴マトリックスの構
造例を示す。表1は、特定周波数における時系列の各デ
ータを示し、S0 (i)は初期値スペクトル、R(i,
1),R(i,2)は時系列的相対スペクトル比であ
る。
【0009】
【表1】
【0010】また、診断データ抽出部11は、時系列特
徴マトリックス記憶部10の中から時系列的相対スペク
トル比R(i,j)や診断実施時間情報等の寿命予測に
必要な各種の診断データを抽出する。余寿命演算部12
は、診断データ抽出部11で得られたデータと寿命曲線
演算部17で生成された寿命曲線とから余寿命を演算す
る。使用限度到達日演算部13は、余寿命演算部12で
得られた余寿命と診断データ抽出部11で得られたデー
タとを基に、使用限度到達日を演算する。部分平均寿命
定数設定部16では、各部分期間区分に対応する部分平
均寿命変化率等の定数を設定する。寿命曲線演算部17
では、部分平均寿命定数設定部16で設定された定数を
基に寿命曲線を演算して生成する。制御部15は、上記
の一連のプロセスを実行制御する機能を有している。
【0011】次に、寿命予測の方法について説明する。
時系列データ演算部9は、図2(a)に例示した初期値
スペクトルS0 (i)と、ディジタル周波数分析部8で
得られた図2(b)に例示した時系列スペクトルS
(i,j)とから、時系列的スペクトル比R(i,j)
=S(i,j)/S0 (i)といったような、異常に対
応するスペクトル成分や、スペクトルの特徴を表現する
指標についての時系列的相対値等の時系列的特徴量を演
算し、時系列特徴マトリックスを形成する。部分平均寿
命定数設定部16は、図3に例示したような寿命曲線を
各部分期間区分に対応する部分平均寿命変化定数で定義
するための定数類を設定する。寿命曲線演算部17は、
部分平均寿命定数設定部16で設定された定数を基に、
図3に例示したような寿命曲線を演算して生成する。
【0012】次に、余寿命演算部12は、診断データ抽
出部11で得られた時系列的相対スペクトル比R(i,
j)に対応する余寿命l(i,j)を寿命曲線演算部1
7で生成された寿命曲線から演算する。使用限界到達日
演算部13は、余寿命演算部12で得られた余寿命l
(i,j)と診断データ抽出部11で得られた診断デー
タとから当該回転機械での各種損傷に対応する使用限度
到達日を演算する。
【0013】上記の例のように、実際の回転機械で起こ
る相当複雑な寿命曲線を実用上任意にかつ容易に定義し
て使用可能としているため、一次関数,二次関数,指数
関数等の関数においては表現できないタイプの損傷の寿
命予測を精度良く行うことができる。
【0014】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、設備診断
で得られる時系列的スペクトル比等の診断データと実際
の機械で生起する損傷の時系列的進展過程を部分期間区
分毎に定義される平均寿命変化定数の集合化により、複
雑な形状の寿命曲線を定数の入力により生成させて互い
に関連づけることにより、機械の損傷による寿命予測を
精度良く行えるとともに、ソフトウェアの変更を必要と
せずに簡便に少ない労力で予測できるという効果があ
る。また、年々蓄積される設備診断データと点検整備デ
ータとを対応させて整理・分析することより得られる寿
命予測に関する知見,ノウハウを定数化して入力するこ
とにより、寿命予測の大幅な精度向上が期待できるとい
う効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る回転機械の損傷・劣化の寿命予測
方法を適用したシステムの一実施例を示すブロック系統
図である。
【図2】スペクトル成分値と周波数との関係を示す特性
図である。
【図3】本発明の一実施例が適用される寿命曲線の特性
図である。
【符号の説明】
1 設備諸元入力部 2 分析条件設定部 3 分析条件記憶部 4 振動検出部 5 増幅器 6 信号処理部 7 A/D変換器 8 ディジタル周波数分析部 9 時系列データ演算部 10 時系列特徴マトリックス記憶部 11 診断データ抽出部 12 余寿命演算部 13 使用限度到達日演算部 14 初期値スペクトル記憶部 15 制御部 16 部分平均寿命定数設定部 17 寿命曲線演算部
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−40525(JP,A) 特開 平2−40524(JP,A) 特開 昭62−8024(JP,A) 特開 昭62−892(JP,A) 特開 昭58−28629(JP,A) 特開 昭57−74627(JP,A) 特開 昭54−161378(JP,A) 特公 平1−24246(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01M 19/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転機械の状態を表す検出信号に基づき
    時系列データを生成するとともに、生成された時系列デ
    ータを分析してこの分析結果から複数の特徴量を演算
    し、演算された複数の特徴量に基づき前記回転機械の損
    傷・劣化の進行を予測する寿命予測方法において、前記特徴量と前記回転機械の余寿命との関係を表す寿命
    曲線を予め各部分期間に区分するとともに、実際の回転
    機械で認識された損傷・劣化の程度を前記各部分期間に
    対応する各部分平均寿命変化定数として設定して各部分
    平均寿命曲線を生成させる一方、前記検出信号に基づき
    時系列的にスペクトル相対値を演算して時系列特徴マト
    リックスを形成するとともに、この時系列特徴マトリッ
    クスから損傷・劣化の進展に関する特徴量を生成
    成された特徴量と前記部分平均寿命曲線とに基づき回転
    機械の使用可能限界時期を予測するようにしたことを特
    徴とする回転機械の損傷・劣化の寿命予測方法。
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