JP4759034B2 - モデル駆動型計測制御データ管理システム - Google Patents

Description

本発明は、個別分散型計測制御機器を使用しての計測制御システムに関し、特に、制御対象についての計測、および解析を行うために、動作モデルを作成し制御を行うモデル駆動型計測制御システムに関し、多種・多様、かつ広範囲な時間軸経時データ（時系列データ）を対話型ソフトウエアを使用することにより統合的に取り扱う計測制御システムに関する。

最近、半導体技術の高度化に伴い、計測器の高速測定化、計測データの蓄積量の増加、および計測データを用いた計測対象物の特性把握のための信号処理技術の高度化が進んでいる。また、ネットワーク構築技術の高度化もあり複数の個別分散型計測制御機器を使用しての計測対象物の特性把握目的に合わせた計測制御システムを構築する事例が増加している。

本発明は、これら計測対象物の特性把握目的に合わせた計測制御システムを複数の個別分散型計測制御機器を使用して構築する際に、対話型ソフトウエアによる動作モデルを作成し計測制御システムを計測・制御を行うモデル駆動型計測制御システムでの計測器の高速測定化、計測データの保存量の増加、および計測データを用いた計測対象物の特性把握のための信号処理技術の高度化に対応する時系列データの管理方法を提供することにある。

一般的な個別分散型計測制御システムは、後述する実施例で説明するようにシステム操作者とのＧＵＩ（グラフィックユーザインタフェイス）、データ管理機器としてのＰＣ、中心的な計測制御機器、特殊な計測、もしくは制御のために使用する機器、測対象物を計測・制御する計測制御機器（例えばＥＣＵ）、計測対象物の概略動作状態を監視する監視機器、データ管理機器、およびネットワークを構成する通信機器等、数多くの個別分散型計測制御機器で構成され、計測対象物の特性把握目的に合わせてシステム構成が構築される。

またこれらの個別分散型計測制御システムはＰＣおよびデータ管理機器に搭載された計測対象物の特性把握目的に合わせた対話型ソフトウエアによるシステムの計測、および制御が行われ、高度化システムでは動作モデルを作成し計測制御システムを計測、および制御を行うモデル駆動型計測方法が用いられている。

これらの高度化システムでは、計測制御システム機器の増加、機器の性能の高速化による計測データ容量の増加、データ保存のためのメモリ機器の進歩などにより計測される時系列データが多くなり、保存される計測データの容量の増加および保存ファイル数の増加に対応する新たな管理方法が求められている。

従来より、工業プラントなどでは、プラントの動作状況等を示すデータを所定時間毎に取得し、この時系列の大量データをデータベースとして保存して、時系列データのトレンド（傾向、動向）を表示、解析することが行われている。このような時系列データのトレンドをオンラインで表示する機能を持ったトレンド表示システムは種々提案されており、様々なところで利用されている。

これらのデータ管理方法の解決方法として過去先願資料では文献１に示す方法では時系列データ管理を目的としてデータ収集されて時系列データからデータを収集するためにタイマー起動により時系列データを集計するする方法が開示されている。
しかし、計測制御システムで計測対象物を制御、および計測をすることにより計測対象物の特性を細部に渡り解析していく観点での開示は無く、時系列データの解析を行うためのデータ管理方法を開示しているのみである。

文献２では時系列データの収集方法として異なるサンプリング周期の時系列データを階層的に記録し、プラント等の連続運転における多量の時系列データを階層区分し、各階層間のデータを関連付けておくことにより、多量のデータを効率的に概要特性から詳細特性について、監視データ表示が高速に行えることを意図している。
しかし、文献１と同様に多量の時系列データの解析を行うためのデータ管理方法を開示しているのみであり、計測制御システムで計測対象物を制御、及び計測をするために時系列データを計測対象物の細部にわたる解析目的に合わせて階層データ計測を行う観点での開示はない。また計測対象物の解析目的に合わせて計測データから細部の物理現象の解析を可能とするモデル駆動型計測方法とは異なるデータ管理方法といえる。

--------特開２００７−２００１３５号 公報 --------特開２０００−４８０４７号 公報

最近、計測対象物の特性把握目的に合わせた計測制御システムを複数の個別分散型計測制御機器を使用して構築する際に、対話型ソフトウエアによる動作モデルを作成し計測制御システムで計測・制御を行うモデル駆動型計測制御システムが用いられ、計測対象物の特性把握のための信号処理を行う場合、計測器の高速測定化、計測データの蓄積量の増加、および計測データを用いた計測対象物の特性把握を目的とした信号処理のために時系列データの統合的管理が必要とされている。
これらには時系列データを記録媒体に保存したり、表示処理のために時系列データを読み出してメモリ上に展開したり、時系列データをネットワークを介して転送したりする場合に、取り扱うデータを分かりやすく、かつ、効率良く処理できるようにして、時系列データのアクセスに係る処理を高速化することが望まれている。

例えば、後述する本発明の実施例で示すエンジンベンチ試験装置のように、エンジン全体の特性の測定を行う場合、エンジン全体としての測定項目、例えばアクセル開度に対する回転数、および出力トルクのように毎回の計測時にほぼ同一の決められた項目の測定が行われる。しかし計測目的は、計測をするごとに異なることが多く、例えばエンジンの制御パラメータと称されるスロットル開度指令値、回転数、ＶＶＴ指令値、ＥＧＲ指令値、燃料噴射時間指令値、点火進角指令値等の制御項目に対しトルク、回転数、排気ガス温度、ＡＦＲ、排気ガス濃度、触媒温度、等の測定項目が計測条件を変更して計測される。

このような計測の繁雑性からエンジンの複数個の制御パラメータ、および計測パラメータについて、例えばエンジンの点火時期、燃料噴射時間指令値、点火進角指令値、ＶＶＴ指令値、ＥＧＲ指令値、等に対するトルク、回転数、排気ガス温度、ＡＦＲ、排気ガス濃度、触媒温度、等の関係をエンジンモデルと称する入出力信号の関係を示す数式、もしくは数表表現物で表現して、エンジンベンチ試験装置で計測する場合には、これらのエンジンモデルで決められる関係を使用してエンジンを制御して計測を行うモデル駆動型計測制御が行われることが増加している。

また、これらの計測制御システムに使用する個別分散型計測制御機器は計測対象物の特性把握目的により異なることが多く、計測するごとに制御項目、および計測データの整合性をとることが必要とされている。

また、計測対象物の特性把握を更に細部、例えば点火時期前後の筒内圧の計測のような、細部の測定項目が必要とされる場合には、モデルでの制御信号に合わせてさらに高時間分解能での計測が必要となる。また、計測制御システムを自動運転で計測制御を行うときに、例えばエンジンの運転領域がエンジンの異常燃焼、ノッキング、または失火のような異常運転領域に計測制御値が至らないような監視項目について高時間分解能での計測も必要とされる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、計測対象物の特性把握目的は同じであるが、計測するごとに計測制御システムに使用する個別分散型計測制御機器が異なり、かつ、取り扱う計測制御項目が多く、さらに細部の測定が必要とされる計測制御システムにおいて、各種の計測制御システムを統一的な計測対象物の特性を含めたモデルで表し、計測制御システムをモデル駆動型として使用することにある。

また、本発明の第２の目的は、モデル駆動型計測制御システムのモデルを有効的に活用するために計測制御データからモデル作成、およびモデルの変更、さらにモデルに含まれる個別部分モデルの詳細な計測、および解析を目的とした個別部分モデルの作成、およびモデルの変更を行うための計測データを予め設定された階層化区分を行い保存することにある。

また、本発明の第３の目的は複数の計測制御システムの多量の時系列データから計測対象物の特性把握目的に合わせて時系列データを統一的、かつ効率的に読み出し、モデルおよび個々部分モデルに組み込むことにより、計測者に計測対象物の特性把握目的に合わせた形態により表現が可能な計測制御データ管理システムを提供することにある。
これには、モデルおよび個々部分モデルを用いて、計測対象物の詳細な物理現象を高速サンプリング周期を用いて特性把握が可能な計測制御データ管理システムを提供することも含まれている。

本発明は計測対象物を含む個々分散型計測制御機器をその動作モデルを用いて制御することによって、前記計測対象物の計測を行うシステムにおいて、前記動作モデルを用いて前記計測対象物を制御する制御手段と、前記計測対象物を計測する際の計測開始時刻と前記計測制御機器の計測データを計測する手段と、前記計測制御機器のサンプリング周期に応じて複数の階層が設定された計測定義ファイルと、前記計測定義ファイルに基づいて、前記計測制御機器の計測データと計測開始時刻を、該当する階層に保存する計測データ保存手段と、を備え、前記保存した計測データと計測開始時間を読み出して、前記動作モデルの変更に使用することを特徴とする。好ましくは、前記計測データのサンプリング周期を変更する手段を備え、変更した計測データを前記計測データ保存手段に保存することを特徴とする。より好ましくは、前記複数の階層は、前記サンプリング周期が１００倍ずつ異なることを特徴とする。さらに好ましくは、前記複数の階層は、前記サンプリング周期がそれぞれ１０ｍｓｅｃ、１００μｓｅｃ、１μｓｅｃであることを特徴とする。

本発明によれば、計測対象物の特性把握目的は同じであるが、計測するごとに計測制御システムに使用する個別分散型計測制御機器が異なり、かつ、取り扱う計測制御項目が多く、さらに細部の測定が必要とされる計測制御システムにおいて、計測制御システムをモデル駆動型として使用することにより、各種の計測制御システムを統一的な計測対象物の特性を含めたモデルで表し、モデル駆動型の計測制御システムのモデルを有効的の活用するために計測制御データからモデル作成、およびモデルの変更、さらにモデルに含まれる個別部分モデルの詳細な計測、および解析を目的とした個別部分モデルの作成、およびモデルの変更を行うための計測データを予め設定された階層化区分を行い保存することにより計測対象物の特性把握目的に合わせて時系列データを統一的、かつ効率的に読み出すことにより、計測者に計測対象物の特性把握目的に合わせた形態により表現が可能な計測制御データ管理システムを提供することができる。

本発明にかかる個々分散型計測制御機器で構成される計測制御データ管理システムの一般的な構成例を図１に示す。図１ではデータ管理システム操作者とのＧＵＩ、及びデータ管理機器としてのＰＣ（表示部１０、システム制御部１１、操作部１２で構成される）、本データ管理システム１で計測制御機能の中心的な役割を分担する計測制御部７、特殊な計測を分担する個別計測器６、計測制御対象物２を制御するために使用する計測制御対象制御機器３、計測制御対象物２の概略動作状態を監視する個別監視機器８、各種センサ５、およびネットワークを構成するデータ管理機器・通信機器等９、で構成される。

計測制御データ管理システム１の各システム構成は、計測制御対象物２の特性を求める目的に合わせて各システム構成が変更される場合もある。

図２に計測制御データ管理システム１の計測制御機能の中心的な役割を分担する計測制御機部７の代表的な構成例を示す。

図２の計測制御機部７は、計測部７０、入出力部７１、メモリ７２、信号処理部７３、データ保存７４、装置制御部７５、モデル・シミュレーション部８０、モデル作成部８１、モデル８２、制御値修正部８３、シミュレーション部８４、で構成される。また装置の操作をつかさどる外部機器としてシステム制御部１１、操作部１２、表示部１０が計測制御機部７に内蔵される場合もある。

入出力部７１は、計測制御機部７に関する信号入出力を行う手段である。具体的には、計測制御部７に関して有効な要因を入力信号として取得する機能と、取得した入力信号に対応した制御信号を出力する機能を有し、計測制御機部７に接続される計測制御対象物２に応じて、ＡＤ 変換器、ＤＡ変換器、Ｉ／Ｏ回路を任意の個数だけ任意に組合せたものである。

ここで、計測制御対象物２は、計測制御機部７で計測制御される対象を指し、直接接続される場合と、図１に示す計測制御対象物２を制御するために使用する制御対象制御機器３、計測制御対象物２の概略動作状態を監視する監視機器８、各種センサ５、およびネットワークを構成するデータ管理機器・通信機器等９、を介して接続する場合がある。

ＡＤ変換器（入力部）は、計測制御対象物２の現象把握、解析、制御等に必要な、任意の物理化学現象に関する入力信号をＡＤ変換する手段である。 ＡＤ変換器でＡＤ変換された信号は、後に行われるモデル・シミュレーション部８０での制御や、信号処理部７３での解析のため、メモリ７２に一時保存される。

ＡＤ変換器に入力される入力信号の種類は、計測制御対象物２に応じて様々であるが、例えば、センサ５で検出される温度、歪み量、トルク量、圧力等の時系列信号があり、センサ５は入力信号の種類に応じて、温度センサ、圧力センサ等が選択され、計測制御対象物２に設置され、また計測制御対象制御機器３からの信号も含めネットワークを構成するデータ管理機器・通信機器等９、を介して接続される場合がある。

ＤＡ変換器（出力部）は、主として、計測制御対象物２に供給する制御信号をモデル・シミュレーション部８０から出力して、ＤＡ変換する手段である。制御信号が繰り返し矩形波や正弦波等である場合には、ＤＡ変換器を介さずＩ／Ｏ回路から計測制御対象制御機器３の信号発生器や変調器等により制御対象物２に出力される場合もある。

Ｉ／Ｏ回路は、計測制御機部７と計測制御対象物２、計測制御対象制御機器３、およびデータ管理機器・通信機器等９とが、ＡＤ変換器やＤＡ変換器を介さずに直接デジタル信号で入出力のやり取りが可能な場合に用いられるインターフェース回路である。

例えば、計測制御対象物２がデジタル入力部を有している場合には、モデル・シミュレーション部８０から出力されるデジタル信号をＩ／Ｏ回路を介して計測制御対象制御機器３に供給することができ、また、計測制御対象物２に設置されたセンサがデジタル出力機能を有している場合には、そのセンサからの出力をＩ／Ｏ回路を介して計測制御機部７に入力することが出来る。

また、Ｉ／Ｏ回路は、任意の入力信号を変調出力する機能を有していても良いし、モデル・シミュレーション部８０からの命令に応じて信号の入出力方向を転換する機能を有していてもよい。

モデル・シミュレーション部８０は、モデル作成部８１で作成された動作モデルのシミュレーションを実行する手段である。またモデル・シミュレーション部８０は、装置制御部７５を介して、計測制御対象物２から得られる任意の信号を、任意のタイミング、期間、分解能、サンプリング間隔等で入力するよう命令したり、ＡＤ変換器、ＤＡ変換器、Ｉ／Ｏ回路のうちどの手段のどのチャンネルを選択するか、入力感度、増幅率等のパラメータ設 定はどうするか等の命令を行う。

また、モデル・シミュレーション部８０は、計測制御対象物２に対して制御信号を出力するための制御回路を備えており、装置制御部７５に対して制御信号の出力を命令する。モデル・シミュレーション部８０は、装置制御部７５に対しては、メモリ７２に保存された任意のデータを選択して、制御回路の動作に必要な演算処理を行うよう命令する。

信号処理部７３は、メモリ７２に一時保存された任意信号又はリアルタイムで入力部７１に入力された任意信号について、信号処理を行う手段である。信号処理部７３での信号処理結果は、後述するモデル作成部８１での動作モデル作成の前段階に実行され、特に現象が複雑な動作モデル中のパラメータ決定要因となったり、または、シミュレーション部８４でのシミュレーション実行中や装置制御部７５の制御実行中における問題点の解決に利用される。信号処理部７３での信号処理結果はデータ保存７４に保存される。

また、信号処理部７３は、後述する階層化され保存された保存データをネットワークを介して読み込まれたデータを装置制御部７５により信号処理しデータ保存７４に保存することもできる。

信号処理には、例えば、四則演算（加減乗除）、増幅演算（定倍）、論理演算（ＡＮＤ、ＯＲ、ＮＯＴ、フリップフロップ、カウンタ等）、関数演算（平均値 演算、微積分演算、相関関数演算等）といった基本演算の他、これらの基本演算を組合わせて行われる最大最小ピーク値等の探索、フィルタリング処理、遅延時 間演算、ノーマライズ（相互に時間軸や振幅を統一して規格化すること）演算、重み付け係数演算、周期演算、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）演算等が含まれる。

尚、これら信号処理は、個々の１信号に対して行われるもの（微積分演算等）と、２以上の信号間又は、１信号（例えば時系列信号）中の複数の要素間で行われるもの（相関関数演算、ノーマライズ演算等）などがあり、これら信号処理手段は、個々の機能として、後述するモデル構成要素にもなる。

図２の計測制御機部７に示される表示部１０は、信号処理部７３での信号処理結果を数値やグラフ等で表示する手段である。ここでの信号処理結果には、モデル・シミュレーション部８０でのシミュレーション実行結果、装置制御部７５での制御実行結果が含まれる。

また、表示部１０は、装置制御部７５での制御状態（例えば、現在どのＡＤ変換器が選択されどのような信号が入力されているか、パラメータはどうなっているか、どのような制御信号が出力されているか等）や、後述するモデル作成部８１での動作モデル作成に必要なＧＵＩや作成された動作モデルを表示することも出来る。

モデル作成部８１は、計測制御対象物２の動作モデルを作成する手段である。ここで、作成される動作モデルには、計測制御対象物２、および計測制御機部７を含めた計測制御データ管理システム１の物理化学現象の把握に基づいて、物理化学現象を数式化、もしくはグラフ化される理論動作モデル、および理論動作モデルを装置制御部７５が実行できるモデル構成要素の形に置換された制御動作モデルとがある。

本発明のような計測対象物を含む個々分散型計測制御機器の時系列データを計測、および解析する計測制御データ管理システム１では、モデル駆動型計測制御システムの場合、計測対象物の制御・計測を行うのはソフトウエアから出力される制御動作モデルで行う必要がある。
このためには、各計測制御データ管理システムではモデル化のために計測対象物を含む個々分散型計測制御機器をモデル表現するとともに、モデルの作成、変更、およびモデルでの制御動作モデルの出力を統一しておくことが色々なシステム対応に有効である。

本発明では、ソフトウエア構造を図３に示す構成により計測対象物を含む個々分散型計測制御機器をモデル表現するとともに、モデルの作成、変更、およびモデルでの制御動作モデルの出力を統一しておくことを実現している。
図３では計測制御データ管理システム１に使用されるソフトウエア構成の概要を示している。

図３ではソフトウエアのモデル化におけるデータの保存領域として理論動作モデル作成のための計測対象物を含む個々分散型計測制御機器をモデル表現するシステムデータの保存領域と計測制御データ管理システム１を制御・計測して得られる制御データを含む計測データの保存領域を区分して保存されることを示している。

このシステムデータは後述する対話型フローに従って計測対象物を含む個々分散型計測制御機器をモデル表現して、計測制御データ管理システム１を運転するために対話型ソフトウエアとして使用される部分である。
尚、モデル作成においては、計測制御対象物２自体の動作モデルを作成する前に、個々分散型計測制御機器の入出力信号やパラメータを決定するための計測制御ソフトとしての動作モデルが作成されてもよい。また、ここで作成された入出力信号やパラメータを決定するための動作モデルは、独立して実行可能であってもよいし、計測制御対象物２の動作モデルのサブルーチンモデル（サブモデル）であってもよい。この場合、計測制御対象物２の動作モデルは階層構造となる。

理論動作モデルは作成された後、計測対象物を含む個々分散型計測制御機器を制御する制御動作モデルに置換される。理論動作モデルを制御動作モデルに置換する過程では、表示部１０上で操作部１２の操作により、システムデータに保存されているモデル構成要素から、対話型により任意のモデル構成要素を選択し、モデル構成要素間の接続、入出力信号の仕様や各種パラメータの決定を行う。

これらの制御対象物２が使用するパラメータを決定するために、入力部７１から信号が入力され、信号処理部７３で信号処理を行うモデル構成要素が制御回路に接続されてもよい。

モデル構成要素とは、信号処理部７３で行われる個々の演算処理（例えば、微分、積分、加算等）や、シミュレーションや制御に必要な個々の機能（例えば、スイッチ、表示等）を表すブロックであり、理論動作モデルに基づいて、モデル構成要素への分解が可能である。この制御動作モデルを構成するモデル構成要素は基本的には、計測対象物を含む個々分散型計測制御機器で実行される。

制御動作モデルからシミュレーション部８４により一般的なパーソナルコンピュータ上でも動作可能であるコード、例えばバイナリーコード、のシミュレーション制御用コード、および計測対象物を含む個々分散型計測制御機器を制御できる動作可能なコード、例えば汎用プログラミングコード（例えば、Ｃ＋＋）、の制御用コードに変換される。

制御用コードに基づいて、計測対象物２を含む個々分散型計測制御機器の制御（入出力に関する設定、制御信号の出力等）や信号処理部７３の制御を行う。これにより、計測制御対象物１の実動作のみならず、計測部７０の制御動作確認のためのシミュレーションや、実計測信号に基づいた実動作に限りなく近いシミュレーションが行われる。

また、図３では制御用コードに基づいて、個々分散型計測制御機器の制御により計測が行われ、得られた計測データを計測データファイルマネージャーで計測データファイルとして作成、および登録することを示している。この保存場所はシステム制御部１１に含まれる半導体メモリ、ハードディスクなどの磁気ディスク、光磁気ディスク、光ディスク、など種々の媒体記憶媒体、計測制御部７、個別計測器６、および個別監視機器８のデータ保存部分でも良いが、計測データファイルマネージャーに予め保存領域、保存、および読み出し速度を登録しておくことにより、計測データファイルマネージャーにより計測データの保存、および読み出しが行われる。また、この保存場所はネットワーク機器を介して外部機器に保存しても良い。

本発明の計測制御データ管理システム１の実行は図４に示す対話型ソフトウエアに含まれる各種の設定機能を使用した計測定義ファイル実行して行われる。図４の例ではソフトウエアは計測制御データ管理システム１の制御項目、制御値に関する計測定義部、計測を実施して結果を表示する計測実行部、および計測手順を定義する計測定義ファイルで構成されている。
この計測定義ファイルで設定された手順により計測制御データ管理システム１の計測対象物を含む個々分散型計測制御機器の制御が実行される。

計測定義部は計測制御データ管理システム１のハードウエアとの関係を設定するハードウエア設定、計測制御パラメータの個別情報を保存するパラメータライブラリ、計測対象物２を含む個々分散型計測制御機器の計測点を設定する計測点設定、計測対象物２の個別パラメータの制御値を設定するパラメータ設定、および計測手順を設定するシーケンス設定で構成される。

計測実行部は計測定義ファイルで設定された計測制御の実施にかかわる計測指示・表示、計測定義ファイルの設定状態を確認する計測定義確認、および運転状態を監視する運転確認で構成される。
計測実行部では個々計測目的に応じて計測手順、制御パラメータの選択、制御値の設定を計測定義部から選択、設定し、運転手順を定義する。この制御パラメータを所定数だけ設定する方法は、図４の計測定義部のパラメータライブラリに予め設定されている制御パターンから選択して設定することもできる。

この計測定義部、計測実行部、および計測定義ファイルについて、表示部（図１中１０）、および操作部（図１中１２）を使用しながらシステム制御部（図１中１１）で、画面の項目を選択する、もしくは値を入力する手法の対話型のＧＵＩで行うために、順序は問題でなく、各計測点が矛盾なく設定されることが実現できる。

この計測定義ファイルの設定方法の手順を図５のフローで示す。計測定義ファイルの設定方法は計測制御データ管理システム１の操作部（図１中１２）および表示部（図１中１０）を用いて行われ、計測定義ファイルの作成準備（Ｓ４１０）、計測手順を設定するシーケンスを設定（Ｓ４２０）、制御パラメータを選択するパラメータの設定（Ｓ４３０）、計測点の設定（Ｓ４４０）、計測点の読み込み（Ｓ４５０）、さらに計測の一般的な設定項目の設定（Ｓ４６０）に従って行われ、また計測定義ファイル情報として出力される。実際操作としては、手順に従って表示される画面の項目を選択するもしくは値を入力する手法の対話型のＧＵＩで行われる。

次に、本発明の中心となる計測データの管理面から計測制御データ管理システム１を説明する。
前述のように計測制御データ管理システム１のシステムデータとしてのモデルとして使用されるモデル要素、および計測用ソフトウエアは階層構造化され、保存（図３のシステムデータとして）される。

本発明では計測制御データ管理システム１での計測データについても、計測するごとに計測制御システムに使用する個別分散型計測制御機器が異なり、かつ、取り扱う計測制御項目が多く、さらに細部の測定が必要とされる計測制御システムにおいて、計測データの簡便な管理、さらにモデルに含まれる個別部分モデルの詳細な計測、および解析を目的とした個別部分モデルの作成、およびモデルの変更を行うために計測データを使用することを目的に、計測データを予め設定された階層化区分を行い保存することにより計測対象物の特性把握目的に合わせて時系列データを統一的、かつ効率的に読み出すことにより、計測者に計測対象物の特性把握目的に合わせた形態により表現が可能な計測制御データ管理システムを実現している。

図１に示す計測制御データ管理システム１で取扱う時系列計測データは計測制御対象物２、およびその計測制御目的に応じて、例えば、センサで検出される温度、歪み量、トルク量、圧力等の時系列信号があり、その解析項目によりデータ数、計測信号の大きさ、計測サンプリング周期、計測時間等により異なる。

本発明に関する計測制御データ管理システム１で取扱う計測制御対象物２、およびその計測制御目的を取扱う時系列データの時間領域を大別すると表１のように区分できる。

表１では計測制御対象物２の計測制御を行う場合、計測制御データ管理システム１を、操作者が計測制御対象物２の計測制御を全体として運転状態、および計測結果を把握でき、また、操作を開始・終了、もしくは計測制御対象物２の不具合動作を中断する行為を含めた取扱う人的対応時間の日・時・分・秒で表わされる時間領域、計測制御対象物２の特性、例えば機構物の動作時間、回転数、生体の心臓鼓動など、を把握するための計測制御対象物２のマクロ的な、概略特性が１表示結果として表現できる１〜１００ｍｓｅｃの時系列データの記録時間クロック、及び計測制御対象物２の特性の個別部分を更に詳細に、例えば車両のエンジンのノッキング現象解析、歯車の個々歯面の状態解析、心電波形の部分解析など、計測システムの物理現象の発生原因を時間限界値で解析したいミクロ的解析項目として、１〜１００μｓｅｃでの時系列データのサンプリング周期の記録データのように、大別すると３段階に区分できることを示している。

本発明での計測制御データ管理システム１の個別分散型計測制御機器、その制御ソフト、および計測データの階層的保存方法について図６に示す概念図で説明する。図６では計測制御データ管理システムとして個別分散型計測制御機器は予めモデル駆動型計測制御システムとしてソフトウエアから制御動作が可能な構成機器とし、計測制御システムを運転する計測制御ソフトウエア、および計測対象物の特性把握目的とした各種アプリケーションソフトウエアが共通のプラットフォームで動作可能となっていることを示している。

またこの共通のプラットフォームにより計測制御部、個別計測器、個別監視機器、各種センサ、計測制御対象制御機器、および計測制御対象物が動作していることを示している。

また、計測データの保存階層を操作者が計測制御対象物２の計測制御を全体として運転状態、および計測結果を把握でき、主として表示上に全体概要データとして表現できる保存領域をそのサンプリング周期から１０ｍｓｅｃ計測レーヤとして、計測制御対象物２のマクロ的な計測データを１００μｓｅｃ計測レーヤ、およびミクロ的な計測データを１μｓｅｃ計測レーヤとして、３階層の計測レーヤとして計測データが保存されることを示している。

この３階層は、図１３に示す計測制御データ管理システム１での操作者が計測制御対象物２の特性把握する大別される時間領域の具体化区分方法を示しており、階層区分は対象とする計測制御対象物２に応じて変更しても良い。

また、この３階層は、保存データの保存するときに計測定義ファイルの設定により計測データファイルマネージャーにより行われる。このなかには、計測データを信号処理によりサンプリング周期の間引き、データの平均化、区間計測値を区間先頭値での代替、複数データの加減乗除、相関計測等により、計測データのサンプリング周期の変更が行われても良い。この場合は、信号処理によりデータは変更されたサンプリング周期の保存場所に保存される。また、これらのサンプリング周期の変更を含む信号処理により、保存階層の関連付けを行っても良い。

また、一旦保存された各階層の計測データを読み出し、信号処理を加えて再保存される場合にも信号処理によりデータは変更されたサンプリング周期の保存場所に保存される。

この計測制御対象物２のマクロ的な、時系列データの例として図１４の項目が挙げられる。
例えば、後述の実施例で示すように、計測制御データ管理システム１で車両のエンジンの特性を測定する場合、エンジンの特性はエンジンの回転数、および出力トルクで表わされることが多く、特性の概略を求める場合には、例えばアクセルを踏み込んだ場合のエンジンの回転数および出力トルクを求めるというように、エンジン回転数が０から１２，０００ｒｐｍ（周波数換算すると２００Ｈｚ）の現象を３０秒間計測するように、解析目的に合わせて計測して、結果を０から３０秒間の経過時間に対するエンジンの回転数、および出力トルクを表示することが挙げられる。

この場合、エンジン回転数は信号の周波数領域が０から２００Ｈｚなので計測としては１００μｓｅｃサンプリング周期で計測し、平均化処理をして０から３０秒間の推移を表示することが行われる。
この計測データはマクロ的な計測データとして計測データは１００μｓｅｃ計測レーヤ、また平均化処理されたデータは１０ｍｓｅｃ計測レーヤに保存される。

この１０ｍｓｅｃ計測レーヤとして、主としてＰＣによる計測、および表示を行う計測データの保存領域であることを示している。この保存レーヤはサンプリング周期１０ｍｓｅｃの計測データを保存し、保存される計測データとしては表示部上に表示される一般的な計測結果。例えば後述するエンジンベンチ試験装置では燃費効率、エンジン運転に対する回転数、出力トルクのトレンド値、などがある。

このような計測制御対象物２の基本的な特性を示すマクロ的な時系列データとしては表２で例示するようにエンジンにおけるエンジン回転数、軸回転計測での軸回転数、機器の移動現象に伴う位置情報、歪み量、など多岐に渡りその計測データはサンプリング周期で１０ｍｓｅｃ、または１００μｓｅｃレーヤに保存される。

１００μｓｅｃ計測レーヤとして、高速計測データとしてモデルおよび個々部分モデルを作成、および変更するためのシミュレーションモデルのための計測データの保存領域であり、この保存レーヤはサンプリング周期１００μｓｅｃの計測データを保存し、保存される計測データとしては例えば、エンジンの制御パラメータに対する回転速度、トルク、燃焼特性、音・振動、など計測制御対象物２のマクロ的な、時系列データがある。

また、この１００μｓｅｃ計測レーヤで保存される計測データは、その信号処理により作成されるモデルおよび個々部分モデルを作成、および変更するためのシミュレーションモデルを用いて、計測制御システムでの計測制御対象物２をリアルタイムで制御して計測を行うことを想定しているレーヤでもあり、作成されたモデルにより、モデル駆動型の計測制御システムでの計測制御対象物２をリアルタイムでモデル要素を変更し制御する（通常は数μｓｅｃ）とともに計測データを取得することを実現している。

また、この計測制御対象物２のミクロ的な、時系列データの例として図１５の項目が挙げられる。例えば、車両分野でエンジンの燃焼特性を解析する場合、前述のアクセルを踏み込んだ場合のエンジンの回転数および出力トルクを求めると同時に、エンジンの燃焼サイクルの燃焼点火時期の時間的な近傍の筒内圧を時間的に高分解能で測定をしたい場合がある。この場合は、筒内圧を１μｓｅｃ程度のサンプリング周期で測定することとなる。

これらの計測制御対象物２の詳細特性解析目的のためのミクロ的な時系列データは、図１５で例示するようにエンジン燃焼現象解析のための排気温度、筒内圧測定、燃焼に伴う振動解析、軸回転における歯車の噛み合わせ、軸トルクの解析、歪み量、力、流量、など多岐に渡り、現象の周波数領域、計測するセンサおよび計測器能力で決められ、その計測データはサンプリング周期で１μｓｅｃレーヤに保存される。

また、１μｓｅｃ計測レーヤとして、計測制御対象物２の物理的な現象を解析するため、また計測制御データ管理システム１が安全な領域で計測制御が行われているかの監視目的での高速計測データとして計測データの保蔵領域でもある。

このように、計測制御対象物２の計測システムの時系列データはその時間領域を大別して記録時間クロックは時・分・秒、１〜１００ｍｓｅｃ、および１〜１０μｓｅｃと大別され、データの保存はサンプリング周期で１０ｍｓｅｃ、１００μｓｅｃ、および１μｓｅｃレーヤに区分して保存できる。

この大別するサンプリング周期の記録データは明確に区分されるものではなく、時系列データを計測するごとに計測制御システムに使用する個別分散型計測制御機器が異なり、かつ、取り扱う計測制御項目が多く、さらに細部の測定が必要とされる計測制御システムにおいて、計測データの簡便な管理、階層区分するのが目的であり、区分間にサンプリング周期がまたがっても良いし、階層化手法により更に多階層に区分しても良いが、計測制御データ管理システムとして統一された計測データ管理方法として予め設定されていることが重要である。

ここでは、計測データファイルの保存方法は計測時の計測サンプリングクロックを同期の取り易い、区切りの良い、また時間間隔が１００倍にあたる１０ｍｓｅｃ、１００μｓｅｃ、または１μｓｅｃに区分して計測レーヤに保存しているが、これらの階層数、サンプリング時間に限定する必要はない。

本計測制御データ管理システム１で取扱う計測制御対象物２、およびその計測制御目的を取扱う時系列データの保存容量から見ると、計測データは計測をスタートさせると経過時間により自動的にデータが取得・メモリに格納される。このデータ量はサンプリング時間１０ｍｓｅｃ、計測項目数８ｃｈ（チャンネル）、及び計測時間を３０秒とすると
データ容量は２４ｋバイト出よいが、サンプリング時間１００μｓｅｃ、計測項目数８ｃｈ（チャンネル）、及び計測時間を３０秒だと２．４Ｍバイト、サンプリング時間１μｓｅｃ、計測項目数８ｃｈ（チャンネル）及び計測時間を３０秒だと２４０Ｍバイトにもなる。

これに対し、計測者が表示機器、もしくはプリント出力により計測制御対象物２の一目で特性把握を行えるデータ容量はせいぜい８ｃｈ、１０００〜２０００点のデータ、８〜１６ｋバイト程度であり大多数のデータは途中のフイルタリング、平均化、解析手法により捨て去られているといえる。例えば、後述するエンジンの特性を表わすためにはエンジンの回転数に対する気筒内圧変動、排気ガス温度の変動、のような計測対象要素を定めて計測する場合が多く必要データ数は数Ｍバイトの計測データから、信号処理などにより上記８〜１６ｋバイトのデータに変換している。

また、モデル駆動型の計測制御システムの場合、全体モデルを個別部分モデルに区分して、個別モデルのモデル化精度を向上させて計測制御対象物２の特性をより細かく把握する目的から計測データをさらに細かく計測する要請が増加し、エンジンの気筒内圧変動、ノッキング状態解析などサンプリング周期１μｓｅｃでの計測データの必要性が増加している。

また、モデル駆動型の計測制御システムでの計測制御対象物２をリアルタイムで計測データでモデル要素を変更し制御するとともに計測データを取得することも必要とされている。
このためには、リアルタイムでの制御サイクル（通常は数μｓｅｃ）時間内での計測データでのモデル要素変更が求めれている。

さらに、モデル駆動型の計測制御システムの自動運転での計測制御対象物２を運転して計測データを取得するために、計測制御対象物２の運転領域を、例えばエンジンであれば過大温度領域に至らない、ノッキング・失火領域に至らない安全な範囲で運転するためのリアルタイム監視機器での安全モニタが必要とされ、これらの計測データはサンプリング周期１μｓｅｃが必要とされている。

これらの要請は電子回路・計測技術の発達とともに高速化しているといえる。また、同様な側面から半導体技術の向上による記憶容量の増大に伴い計測制御装置における計測データを経過時間に従い全データを取得・メモリに格納することが容易になってきたといえる。これらを背景として、計測制御システムを高機能化し、かつメモリ容量の増加とともに計測器を用いてより高速現象解析が求められてきていて、増大する計測データに対する新たな計測制御データ管理システムが必要とされている。

すなわち、モデル駆動型の計測制御システムでは、計測制御対象物２をリアルタイムで制御モデル制御するためには１００μｓｅｃ計測レーヤのデータを使用する必要があり、計測の概要を見るために１０ｍｓｅｃ計測レーヤのデータを使用することになる。この場合、計測時間を前述例の３０秒では１０ｍｓｅｃ計測レーヤでは２４ｋバイト程度であるが、１００μｓｅｃ計測レーヤでは２．４Ｍバイトにもなる。従ってリアルタイムでモデル駆動型の計測制御システムでは計測データを区分しておくことがきわめて重要となる。

本発明では複数の個別分散型計測制御機器の計測制御データ管理システムを実現するために、特に計測対象物の特性把握目的に合わせで、計測データがサンプリング周期が１μｓｅｃから１０ｍｓｅｃ、と広く、計測時間も数１０秒、かつ計測項目も多種類に渡るために計測データが膨大な容量となり、これらの計測データを保存し、この保存されたデータを友好的に検索、および読み出すために、計測データの保存方法を予め決められた階層に区分して、計測制御データ管理システム内で統一的に使用することにより、また、計測制御データ管理システムの各構成機器、計測データの管理方法、計測データの読み出し、および使用方法について予め決められた条件を設定することにより実現している。

また、図６によると計測制御データ管理システムとして個別分散型計測制御機器は予めモデル駆動型計測制御システムとしてソフトウエアから制御動作が可能な構成機器とし、計測制御システムを運転する計測制御ソフトウエア、および計測対象物の特性把握目的とした各種アプリケーションソフトウエアが共通のプラットフォームで動作可能となっていることから、計測制御データ管理システム１の計測対象物を含む個々分散型計測制御機器がモデル駆動動作を実行でき、計測定義ファイルで設定された手順によりの制御が実行されることになる。また、個々分散型計測制御機器の機能に応じて１０ｍｓｅｃ、１００μｓｅｃ、または１μｓｅｃのサンプリング周期で計測データが取得できる。

また、個々分散型計測制御機器の基準時刻を合わせることにより、計測された計測データは時間同期が得られる計測データとすることが出来ている。また、保存される計測データについては計測開始時間、およびサンプリング周期を計測データに負荷した形でファイル化することにより読み出し時に同期関係にあるデータとして使用することが出来る。

さらに計測された計測データは計測定義ファイルで設定された計測項目、計測開始時刻、計測時間、および計測サンプリング周期情報により、データ種類とデータの使用可能性、計測データの容量の推定値から計測データの保存レーヤを設定しておき、予め登録される保存領域、保存、および読み出し速度の個別構成機器の保存場所情報により保存場所を設定しておくことにより、計測データファイルマネージャーで計測データをファイルとして作成、および登録することとしている。

また、保存レーヤは設定された階層化区分を行い保存することにより計測対象物の特性把握目的に合わせて時系列データを統一的、かつ効率的に読み出すことにより、計測者に計測対象物の特性把握目的に合わせた形態により表現が可能な計測制御データ管理システムを実現している。

本発明では計測制御データ管理システム１での計測データについても、計測するごとに計測制御システムに使用する個別分散型計測制御機器が異なり、かつ、取り扱う計測制御項目が多く、さらに細部の測定が必要とされる計測制御システムにおいて、計測データの簡便な管理、さらにモデルに含まれる個別部分モデルの詳細な計測、および解析を目的とした個別部分モデルの作成、およびモデルの変更を行うために計測データを使用することを目的に、計測データを予め設定された階層化区分を行い保存することにより計測対象物の特性把握目的に合わせて時系列データを統一的、かつ効率的に読み出すことにより、計測者に計測対象物の特性把握目的に合わせた形態により表現が可能な計測制御データ管理システムを実現している。

計測データの保存場所は本発明にかかわる分散型計測制御機器を組み合わせた計測制御データ管理システム１の場合計測データの内容、および計測データの収集されるサンプリング周期により保存場所が異なる。この計測データの保存方法、及び場所について構成を示す図９、および計測フローチャートを示す図１０を用いて説明する。

図９に示す各構成機器は、図１に示す個々分散型計測制御機器で構成される計測制御データ管理システムと同一物を計測データの流れから表現したもので、図９中の構成機器の番号は図１と同じである。

図９では計測制御対象物２についての制御信号、および計測信号が計測制御対象制御機器３、及び計測信号が個別計測器６、個別監視機器８により計測される。この際、計測される計測データは計測制御データ管理システム１を運転する計測定義ファイルによる手順により定められた手順により実行される。

この際、計測データの収集は計測定義ファイルで設定される初期条件、及び計測条件、計測ｃｈ、および計測サンプリング周期が、計測制御部、個別計測器、および個別監視機器に対して設定される（図１０の６１０）。計測開始指令により各構成機器で計測が開始され計測データが計測条件、計測ｃｈ、および計測サンプリング周期により各構成機器のメモリに各計測データを独立して一時的に保存される。

保存された計測データは計測定義ファイルで設定される初期条件、及び計測条件、計測ｃｈ、および計測サンプリング周期に基づいて計測され、定められている一時的な保存場所に経時的に間保存され、お互いの計測データは独立していて相互関係はない。

次に、計測データは計測定義ファイルで設定された処理条件で、例えばノイズ処理、平均化、等の信号処理を行うかもしくはそのままの形式で計測情報を負荷する（６１５、６２５，６３５）。

この時刻情報の計測データへの負荷方法は計測データをブロックとして扱い、各構成機器のサンプリング開始時刻、サンプリング周期をデータとして付加しても良いし、個別計測データ毎にサンプリング時刻、またはサンプリング開始からの番号を負荷しても良いが、計測データとしてファイル保存後、個別データの時刻が判別できる時刻データが計測データに負荷されれば良い。

また、個別計測データの判別性は計測開始時刻、およびサンプリング周期によりその時間的同期性を保たせているために、計測制御データ管理システムを構成する個々分散型計測制御機器の基準時間は全て同期しておくことが必要である。

この時刻データを負荷された計測データが計測制御部７を介して計測定義ファイルで設定されるシステム制御部のファイル保存場所にデータ転送され保存される（６１６）。この際、計測データのサンプリング周期に応じて定常・低速ファイル（１０ｍｓｅｃ計測レーヤ）、マクロデータファイル（１００μｓｅｃ計測レーヤ）、ミクロデータファイル（１μｓｅｃ計測レーヤ）と区分して保存される。

この際、保存されるファイルには計測定義ファイルで設定される初期条件、及び計測条件、計測ｃｈ、および計測サンプリング周期に基づいてファイル名がシステム制御部１１内の計測データ登録手段により登録される。このファイル名称は、データ読み出しの際の検索として使用され計測制御データ管理システム１内でファイル名が重複されないように登録される。

以上の処理を計測制御対象物についての制御信号、および計測信号が計測制御機器、及び計測信号が個別計測器、個別監視機器により計測ごとに繰り返して計測データのサンプリング周期に応じて定常・低速ファイル、マクロデータファイル、ミクロデータファイルと区分して時系列データがそれぞれ保存され、記録媒体において階層的な時系列データベースが構築される。

この保存された計測データは計測制御データ管理システム１で使用される目的に応じてシステム制御部１１により計測データファイルマネージャーを用いて読み出される。

読み出し方法は、計測データファイルマネージャーを用いてシステム制御部１１内の計測データ登録手段により登録されたファイル名、および計測項目、計測ｃｈ、計測開始時間および計測サンプリング周期でも、検索し読み出すことが出来る。保存された階層的な時系列データベースからデータを読み出す際の処理は、階層的に保存された時系列データに対して、データ読み出し要求が与えられた場合、システム制御部１１に設けられた計測データファイルマネージャにより、どのサンプリング周期で読み出すことが最適かを判断し、その最適なサンプリング周期の時系列データのファイルにアクセスして読み出す。

この読み出された計測データは保存される保存レーヤでサンプリング周期は異なるデータも読み出されるが、保存時に計測開始時間および計測サンプリング周期を負荷していることにより同期性は保たれている。

これにより、時系列データを予め複数のサンプリング周期で保存することにで、多様なデータ読み出し要求に対しても、任意の時期の最適なサンプリング周期のデータを容易に選択して読み出すことができるので、無駄なデータ読み出し処理を削減でき、効率良くデータ読み出しを行うことができる。よって、大量のデータを保存する場合であっても、必要なデータの読み出しにかかる一連の処理を非常に高速化することが可能となる。

読み出された計測データは計測定義ファイルで定義されたシーケンスに従って、複数個の計測データを用いて信号処理を行うこともでき、モデル・シミュレーション部８０でのモデル作成用に用いることもできる。

計測データをシステム制御部のファイル保存場所に保存する際に、時刻情報の計測データへの負荷方法は計測データをブロックとして扱い、各構成機器のサンプリング開始時刻、サンプリング周期をデータとして付加しても良いし、個別計測データ毎にサンプリング時刻、またはサンプリング開始からの番号を負荷しても良いが、この個別計測データ毎にサンプリング時刻、またはサンプリング開始からの番号の負荷は計測データの読み出し時に負荷する方法でも良く、読み出された個別データが個別データの時刻が判別できる方法であれば良い。

本発明の好適な実施例として、計測制御対象物２としてエンジンを用いたエンジン計測システムを図７に示す。
図７は、エンジンの自動測定方法を実行できるエンジン計測システム２１の概略接続構成を示す図である。エンジン計システム２１は、試験対象たるエンジン２２、エンジン２２に接続されたダイナモメータ２３、エンジン２２及びダイナモメータ２３を固定する架台（エンジンベンチ）２４を備える。このエンジン計測システム２１は、エンジン２２以外の実機部分（トランスミッション、タイヤ等）を接続することなくエンジン２２単体での性能測定・評価を行なう台上試験において用いられる。

本実施の形態では、エンジン２２の出力軸には、ユニバーサルジョイント等の連結手段を介してトルク伝達軸２５の一端が接続されており、トルク伝達軸２５の他端には回転数検出器、トルクメータ等の各種検出器３１が接続され、検出器３１を介してダイナモメータ２３に接続している。また、トルク伝達軸２５には、検出器３１の他、クラッチ、変速機、各種の連結手段等が台上試験の目的に応じて挿入されていてもよい。

更に、エンジン計測システム２１は、エンジン制御部４1、ダイナモメータ制御部４2、計測制御部４３、システム制御部１１、表示部１０、操作部１２、エンジン２２の排気温度を測定するセンサ３２と、エンジン２２のノッキングを検出するセンサ３３（図示はしていない）を備えている。

エンジン制御部４１は、エンジン２２に接続され、エンジン２２のスロットル開度を制御する手段である。エンジン制御部４１がエンジン２２に所定のスロットル開度を与えることによって、エンジン２２は所定の回転数で動作し、そのトルクはトルク伝達軸２５を介してダイナモメータ２３に伝達される。つまり、エンジン２２の回転数は、スロットル開度を制御することによって制御されるものである。

ダイナモメータ制御部４２は、ダイナモメータ２３に接続され、ダイナモメータ２３に印加する電流・電圧を可変制御する手段である。ダイナモメータ２３の電流・電圧を可変制御することによってダイナモメータ２３に接続されたエンジン２２の負荷トルクが制御される。

計測制御部４３は、エンジン制御部４１の制御、ダイナモメータ制御部４１の制御、後述するシステム制御部１１、表示部１０の制御を総合的に行なう手段である。なお、計測制御部４３は、例えば、図示しない操作入力部からの指示に基づいて動作するものであってもよい。

また、計測制御部４３は、エンジン計測システム２１を用いてエンジン２２を自動運転して計測するためのモデル駆動するための、後述するモデル作成機能、モデル修正機能、モデルで計測システムを制御するためのモデル・シミュレーション部（図２の８０）を備えている。つまり、計測制御部４３は、モデルシミュレーション部８０、システム制御部１１によりエンジン制御部３を介してエンジン２２の制御することによってエンジンを動作させるものである。

計測制御部４３は、詳細は図１に示す計測制御データ管理システム１の計測制御部７の構成、機能、内容は同じであり図２にその構成が示される。図２に示すように、計測部７０、メモリ７２、信号処理部７３、データ保存７４を備えており、システム制御部１１の指令に基づき装置制御部７５により動作する。尚、計測部７０や表示部１０を制御するシステム制御部が、エンジン制御部４１とダイナモメータ制御部４２を制御するシステム制御部１１と別に用意されていてもよい。

図７の例に示すように計測制御部４３により、システム制御部１１の指令に基づきネットワークを介してエンジン制御部４１及びダイナモメータ制御部４２の制御を行い、予め決められた試験条件下で試験が行なわれている間に検出器、例えばエンジン排気温度センサ３２、トルクメータ３１から得られた計測データの収集、及び、同期間にエンジン制御部4３からエンジン２２に与えられたスロットル開度等の制御の時系列データが収集される。尚、これらの計測制御対象物としてエンジン２２の制御のための時系列データ、及び計測データが同時に収集できればよく、その目的に合わせて図２に示すような各種センサ、個別計測器からの信号を収集する計測制御システムが構築される。

計測制御部４３は、図１に示す計測制御データ管理システム１の計測制御部７の構成、機能、内容は同じであり図２にその構成が示されように、計測データがアナログ信号である場合には、Ａ／Ｄ変換器を備えており、デジタル信号に変換される。測定データがデジタル信号である場合にはＡ／Ｄ変換器は不要であるが、いずれにせよ、入力される複数の測定データは、信号処理部７３の処理のため、相互に時間的同期がとれている必要がある。

メモリ７２は、計測制御部４３で収集された計測データ及び信号処理部７３で演算されたデータを一時格納する手段であり、信号処理部７３は、メモリ７２に格納されたデータに基づいて、各種の演算を行なう手段である。

表示部１０は、計測データや、信号処理部７３での演算結果や、データ保存７４での保存データを表示する手段である。具体的に、表示部１０は、個々の計測データや演算結果のみならず、複数のデータの関係グラフや、軌跡や、度数分布表や、標準偏差グラフ等を表示することが出来る。もちろん、計測データと信号処理部７３での演算結果とは、同一時間におけるものであれば、組み合わせて同一画面に表示することも可能である。

表示部１０において、例えば、スロットル開度をパラメータとした時のエンジントルクと回転数の関係特性をグラフ表示することによって、エンジン２２の基本性能を視覚的に一目で把握することが可能となる。また、同様に、試験条件、制御データ、及び計測データ、有効ないし妥当なものであるか否かを容易に把握することが可能となる。

以下、エンジン計測システム２１を用いてのエンジンの自動計測方法について、エンジン２２を運転して、エンジン性能を表わすトルク、回転数とエンジンの制御特性を示す燃料注入量、空気注入量、燃料と空気の混合比、更にガソリンエンジンの場合には点火時間、ジーゼルエンジンの場合には燃料噴射制御方法等の制御パラメータの計測を行うことで、エンジンの特性を求める方法を図８のフローチャートを参照して説明する。

エンジン計測システム２１を用いてのモデル駆動型エンジンの性能試験は、図８に示すモデルの作成（Ｓ２００）、作成したモデル以外の統合モデルの作成と、作成したモデルへのフィードバック（Ｓ３００）、及び統合モデルと作成したモデルを組み合わせたシミュレーションと各モデルへのフィードバック（Ｓ４００）の大まかなフローにより実施される。以下、各フローの詳細について説明する。

まず、エンジン計測システム２１は、作成したいモデルのための計測データを取得するための試験条件を設定する（Ｓ２１０）。本実施例での試験条件は、システム制御部１１で実験計画法等の公知の手法に従って設定される。この試験条件の設定例は前述の図５に示される計測定義ファイルの設定方法で行われても良い。

このように設定された試験条件に従って、システム制御部１１が、エンジン制御部３及びダイナモメータ制御部４を駆動制御して、台上試験を実施し、各種データを計測して、時系列データとして入力部７１に入力し、メモリ７２に格納する（Ｓ２２０）。

次に、信号処理部７３で、計測されたデータについて、ノイズ除去等の信号処理を行い（Ｓ２３０）、モデル作成部８１は、計測データにより個別モデル作成を行なうとともに、モデルの精度向上・モデル修正のためのシミュレーションを行なう（Ｓ２４０）。

作成されたモデルは、予め保存されているその他の部分モデル、もしくは全体モデルの変更を含め全体モデルに統合され、個別モデルの場合と同様にモデルの精度向上・モデル修正のためのシミュレーションを行なう（Ｓ３４０）。これらのその他の部分モデル、もしくは全体モデルは新たに作成しても、また保存されているモデル（Ｓ３１０）を用いても良い。

この統合モデルから、前述の制御パラメータの設定、および計測制御対象物２の運転手順を定める動作モデルがモデル作成部８１で作成され、計測制御対象物２から得られる任意の信号を、任意のタイミング、期間、分解能、サンプリング間隔等で入力するよう命令したり、ＡＤ変換器、ＤＡ変換器、Ｉ／Ｏ回路のうちどの手段のどのチャンネルを選択するか、入力感度、増幅率等のパラメータ設定はどうするか等の命令を行い（Ｓ４２０）、計測が実行される（Ｓ４３０）。計測結果が不満足な場合は、さらの計測制御対象物２の制御条件を変更して再計測が行われる（Ｓ４６０）。

このモデル駆動型のエンジン計測システム２１を用いて計測制御対象物２の特性の計測を行う場合、個別分散型計測制御機器が異なり、かつ、取り扱う計測制御項目が多く、さらに細部の測定が必要とされるシステムに使用される多岐に渡るシステムデータ、および計測データを統一的、かつ効率的に管理するために、本発明の計測制御対象物２の計測システムの時系列データをその時間領域を大別して記録時間クロックは時・分・秒、１〜１００ｍｓｅｃ 、および１〜１０μｓｅｃと大別して保存される。

この運転手順はエンジン計測システムをモデル駆動型のアプリケーションソフトで行われ、前述のモデル化、計測条件の設定はアプリケーションソフト（図３参照）に内蔵される計測定義ファイル（図４参照）を対話型で設定することにより行われる。

本発明にかかる計測データの流れの詳細を説明する。具体的には図７で示されるエンジン計測システム２１で、エンジン制御部４１、ダイナモメータ制御部４２、個別計測器６、個別監視機器８で計測される時系列データは計測制御部４３に入力され、制御モデルで設定された試験条件に従って保存される。ここで計測制御部４３の構成、および機能は図２に示す計測制御部と同一であり、時系列計測データがメモリ７２に一時的に保存され、装置制御部７５により信号処理が行われデータ保存７４に計測データとして保存される。

エンジン計測システム２１を構成する個別計測器６、個別監視機器８もアプリケーションソフト（図３参照）に内蔵される計測定義ファイル（図４参照）に基づいて、各機器に計測データとして、同様に保存される。

以下、本実施例の図７で示されるエンジン計測システム２１で計測データの保存方法の詳細について説明する。

本発明にかかるデータの計測方法は図４に示す例の構成のソフトウエアで実現される。図４の例ではソフトウエアは計測での制御項目、制御値に関する計測定義部、計測を実施し結果を表示する計測実行部、および計測計手順を定義する計測定義ファイルで構成されている。この計測定義ファイルで設定された手順によりエンジン計測システム２１についてシステム制御部（図７中１１）で運転パターンが発生され、エンジン制御部（図７中４１）、ダイナモメータ制御部（図７中４２）、およびシミュレーション部（図７中４３の計測制御部に含まれる）により実機エンジンが運転される。

計測定義部、計測実行部の設定方法については前述しているので省略するが、ここでエンジンの制御パラメータ、および計測パラメータの計測によりエンジンのモデルを作成する場合について説明する。

図１１にエンジンのモデルを作成する上での入出力信号の概念図を示す。図１１ではエンジンをＥＣＵを介して制御する制御パラメータとその出力値の計測パラメータとＥＣＵを制御するパラメータの関係を示している。
エンジンを制御する制御パラメータとしての入力信号はスロットル開度指令値、回転数、ＶＶＴ指令値、ＥＧＲ指令値、燃料噴射時間指令値、点火進角指令値等がある。また、エンジンの出力信号としての計測パラメータにはトルク、回転数、排気ガス温度、ＡＦＲ、排気ガス濃度、触媒温度、等がある。

ここでは、説明の簡略化から、多くの制御パラメータについてのエンジンモデルを作成する必要があるが、本実施例のエンジンモデルの作成方法については、試験対象のエンジン２２の性能を評価する指標のうち基本的なパラメータとされる、スロットル開度指令値、回転数、ＶＶＴ指令値、ＥＧＲ指令値、燃料噴射時間指令値、点火進角指令値とエンジンの排気温度への影響をシミュレーションできるエンジンのモデルを作成することを例として示す。

ここに例示するエンジン２２の場合、エンジンでは吸気路から空気が吸入され、噴射される燃料によって混合気になり、この混合気の点火による燃焼ガスが排気路により排気される構造となっている。この吸気通路からの空気の吸入及び排気路への排気の各タイミングは、それぞれ吸気バルブ及び排気バルブの開弁タイミングによって設定される。そして、ここに例示するエンジン２２の場合、この吸気バルブの開弁タイミングは、可変バルブタイミング機構（以下ＶＶＴという）によって可変設定されている。
また、エンジン２２の燃焼室に取り込まれる空気量は、吸気路の途中に設けられた電子制御スロットルによって調量される。また、排気路へ排出された排気の一部は、ＥＧＲバルブの開弁量によって調量せれ、ＥＧＲ通路を介して吸気路に戻されている。

エンジンには複数個の制御パラメータ、および計測パラメータがある。またエンジンは、ＥＣＵを用いて電子的に制御されるのが一般的であるが図１１の概念図で示すようにエンジンの回転数、必要トルクをアクセル信号で制御するが、エンジンの各部の制御はＥＣＵ内に格納される制御マップで決められる点火時期、燃料噴射時間指令値、点火進角指令値、ＶＶＴ指令値、ＥＧＲ指令値、等で制御される。

また、エンジンの性能評価項目としての計測される出力信号にはトルク、回転数、排気ガス温度、ＡＦＲ、排気ガス濃度、触媒温度、等がある。エンジンモデルとはこれらの入出力信号の関係を示す数式、もしくは数表表現物である。

このエンジンモデルの構成部分モデルについては、供試エンジン、エンジンの試験項目、入力信号の種類、出力信号計測用のセンサにより変更され、またモデルの使用目的により変更される。

このエンジン計測システム２１を用いてエンジンの計測を行う手順を図８に示すフローチャートで説明する。まず、エンジンを設置後（S２１０）、エンジンのモデル化および運転可能領域を探査するためにラフな計測（Ｓ２２０）が行われる。

まず、エンジン計測システム２１は、システム制御部（図７中１１）により実験計画法等で設定され、動作条件としての初期条件を設定する。本実施の形態での初期条件は、エンジン回転数が２５００ｒｐｍ、スロットル開度が２５％等のベースマップ点に燃料噴射時間指令値、点火進角指令値等の実機エンジン制御条件を設定してトルク、排気温度、ＡＦＲ値等の計測データを得ることによりエンジン性能を測定する。

この供試エンジン制御条件の項目はモデル化するエンジンの種類、エンジンの試験項目、作成するモデルの細分化程度により異なるが、前記スロットル開度指令値、燃料噴射時間指令値、回転数、点火進角指令値、に加えてＶＶＴ指令値、ＥＧＲ開度指令値、等が加えられる。
また計測データもトルク、排気温度、ノッキングセンサ値、AFR値、に加えて吸入空気量、排気圧、排気ガス成分、排気ガス触媒温度等が計測制御部４３、個別計測器６、個別監視機器８で求められる。

また供試エンジン制御条件の設定値は評価する計測データの使用目的に応じて、定常試験方法、または過渡試験方法が用いられる。図１２に示す計測データの例では、最下段の点火進角の制御指令値に定常試験方法、または過渡試験方法を使用している。

本実施例の図１２では、実機エンジン制御パラメータとして点火進角指令値として、計測データの、エンジン回転数、スロットル開度、トルク、吸入空気量、排気温度の時系列データが計測例を示している。この制御パラメータ、および計測データは実機エンジン制御条件の設定値は評価する計測データの使用目的に応じてシステム制御部（図７中１１）で設定される。また図１２では、点火進角の制御手順が過渡試験、定常試験、過渡試験という順番で試験が行なわれるようになっているが、特にこの順序に限らない。

このように設定された試験条件に従って、システム制御部（図７中１１）が、エンジン制御部４１及びダイナモメータ制御部４２を駆動制御して、台上試験を実施し、各種データを測定して、計測制御部４３、個別計測器６、個別監視機器８に入力し、それぞれのメモリに格納する。図１２が計測結果の例を表すデータであり、最下段に示される点火進角（図１２中、Ｇ）の値に応じて、最上段から順に、Ａ／Ｆ（空燃比）（図１２中、Ａ）、エンジン回転数（図１２中、Ｂ）、スロットル開度（図１２中、Ｃ）、トルク（図１２中、Ｄ）、吸入空気量（図１２中、Ｅ）、排気温度（図１２中、Ｆ）の時系列データが計測されたことが分かる。

ラフな計測（Ｓ２２０）で得られた計測データを用いて供試エンジンのモデルが作成される。モデル化方法は、測定されたトルク（エンジン出力の計測パラメータ）を、同様に測定された回転数、アクセル開度、燃料噴射時間、点火進角等の制御パラメータの関数として表現することにより行う。
具体的なモデル作成方法については本発明者による特開２００７−１６３１６４号公報により方法の詳細が開示されていて、またモデル作成方法については本件出願については発明の構成の主要部分では無いので説明を省略する。

また、このモデルはラフな計測（Ｓ２２０）で得られた計測データを用いて新たに作成しても良いし、供試エンジンと同等と思われる同等の予め作成されているモデルを用いても良く、エンジン出力の計測パラメータと制御パラメータの数値関係を表現するものであれば良い。

次に、供試エンジンを制御する目的での作成されたモデルをエンジン計測システム２１の制御モデルに組み入れ統合され（Ｓ３３０）、シミュレーションが実施される（Ｓ３４０）。

更に、この制御モデルを用いて実機エンジンを制御して計測が行われる（Ｓ４３０）。計測されたデータは、前述のように計測定義ファイルのより定義された手順に従い予め設定された保存領域に保存される。

この計測データの保存方法はモデル駆動型の計測制御システムとしてのエンジン計測システム２１の制御信号、および、計測された計測データの中で主として表示部上に表示される一般的な計測結果、例えば図１２に示すような実験の概要を示すデータ、および例えば燃費効率、エンジン運転に対する回転数、出力トルクのトレンド値、などが計測データをもとに、信号処理されサンプリング周期１０ｍｓｅｃのデータとして図９に示す定常データ保存、および低速データ保存（１０ｍｓｅｃ計測レーヤ）に保存される。
この際に、計測定義ファイルで設定された処理条件で、計測データをブロックとして扱い、各構成機器のサンプリング開始時刻、サンプリング周期をデータとして付加しても良いし、個別計測データ毎にサンプリング時刻、またはサンプリング開始からの番号を負荷しても良いが、計測データとしてファイル保存後、個別データの時刻が判別できる時刻データが計測データに負荷されれば良い。

また同様に、計測された計測データの中で主として高速計測データとしてモデルおよび個々部分モデルを作成、および変更するためのシミュレーションモデルのための計測データはサンプリング周期１００μｓｅｃの計測データ、例えば、エンジンの制御パラメータに対する回転速度、トルク、燃焼特性、音・振動、などエンジン計測システム２１のマクロ的な、時系列データが１００μｓｅｃ保存データとして図９に示すマクロデータ保存（１００μｓｅｃ計測レーヤ）に保存される。この際に、計測定義ファイルで設定された処理条件で、計測データをブロックとして扱い、各構成機器のサンプリング開始時刻、サンプリング周期をデータとして付加しても良いし、個別計測データ毎にサンプリング時刻、またはサンプリング開始からの番号を負荷しても良いが、計測データとしてファイル保存後、個別データの時刻が判別できる時刻データが計測データに負荷されれば良いのは同じである。

また、計測された計測データの中で主として、計測制御対象物の物理的な現象を詳細に解析するため、またエンジン計測システム２１が安全な領域で計測制御が行われているかの監視目的での高速計測データとしてサンプリング周期１μｓｅｃの計測データが図９のミクロデータ保存（１μｓｅｃ計測レーヤ）に保存される。

このミクロデータ保存領域を設定することにより、サンプリング周期が高速となり、高速性が要求される計測に対して個別計測器を適宜組込み、またデータ量が増大するための保存場所を別に設けることにより、エンジン計測システム２１の柔軟な対応を可能にしている。

この保存方法、および保存場所は、予め計測定義ファイルで定義された手順に従って行われ、計測制御対象物についての制御信号、および計測信号が計測制御機器、及び計測信号が個別計測器、個別監視機器により計測ごとに繰り返して計測データのサンプリング周期に応じて定常・低速ファイル、マクロデータファイル、ミクロデータファイルと区分して時系列データがそれぞれ保存され、記録媒体において階層的な時系列データベースが構築される。

この保存された計測データは計測制御データ管理システム１で使用される目的に応じてシステム制御部１１により計測データファイルマネージャーを用いて読み出される。

この読み出された計測データは、例えば、エンジンの特性を求める方法を図８のフローチャートの中でモデルの変更（Ｓ２７０）、統合モデルの作成（Ｓ３２０）のための計測データとして使用される。この際に計測データファイルマネージャーを用いてシステム制御部１１内の計測データ登録手段により登録されたファイル名、および計測項目、計測ｃｈ、計測開始時間および計測サンプリング周期でも、検索し読み出すことが出来る。保存された階層的な時系列データベースからデータを読み出す際の処理は、階層的に保存された時系列データに対して、データ読み出し要求が与えられた場合、システム制御部１１に設けられた計測データファイルマネージャにより、どのサンプリング周期で読み出すことが最適かを判断し、階層化区分を行い保存されたデータからその最適なサンプリング周期の時系列データのファイルにアクセスして読み出される。

この読み出された計測データは保存される保存レーヤでサンプリング周期は異なるデータも読み出されるが、保存時に計測開始時間および計測サンプリング周期を負荷していることにより同期性は保たれているために、例えばサンプリング周期の異なるデータでも信号処理をする際にサンプリング開始時刻、サンプリング周期から、個別計測データ毎のサンプリング時刻、またはサンプリング開始からの番号を判別し信号処理をすることができ、このことによりサンプリング周期の異なる複数データを用いた信号処理も行える。

このように計測データを予め設定された階層化区分を行い保存することにより、本発明では計測制御データ管理システム１での計測データについても、計測するごとに計測制御システムに使用する個別分散型計測制御機器が異なり、かつ、取り扱う計測制御項目が多く、さらに細部の測定が必要とされる計測制御システムにおいて、計測データの簡便な管理、さらにモデルに含まれる個別部分モデルの詳細な計測、および解析を目的とした個別部分モデルの作成、およびモデルの変更を行うために計測データを使用することを目的に、計測データを予め設定された階層化区分を行い保存することにより計測対象物の特性把握目的に合わせて時系列データを統一的、かつ効率的に読み出すことにより、計測者に計測対象物の特性把握目的に合わせた形態により表現が可能な計測制御データ管理システムを実現している。

以上説明したように本発明の時系列データの保存方法及び時系列データベースシステム、時系列データ表示システム、並びに時系列データの管理方法によれば、大量のデータを保存する場合に、最小限の必要構成機器で、必要なデータの読み出し処理を効率良く高速に実行可能とすることができるという効果がある。

また、本発明の時系列データの処理方法及び時系列データ処理システム、並びに時系列データの管理方法によれば、大量の時系列データを処理する際に、取り扱うデータ量を増大させることなく、データの保存、データの読み出し、データの転送などに関する処理を効率良く高速に実行可能となる効果がある。

また、本発明の時系列データベースシステム及び時系列データの管理方法によれば、複数計測制御システムにわたる大量の時系列データの中から必要な時系列データを効率良く自由に読み出すことが可能となる効果がある。

また、本発明の時系列データ表示システム及び時系列データの管理方法によれば、複数の時系列データのトレンドを計測者が求める形態で高速かつ容易に表示することが可能となる効果がある。

本発明にかかる個々分散型計測制御機器で構成される計測制御データ管理システムの構成例である。 計測制御部の構成を示す図である。 計測制御データ管理システムのソフトウエア構成例である。 本発明にかかるシステムの設定方法を示す例の図である。 本発明にかかる計測定義ファイルの作成方法を示すフロー図の例である。 計測制御データ管理システムと計測データの階層的保存方法を示す概念図である。 本発明にかかる実施例のエンジン計測システムの構成を示す図である。 エンジン計測システムを用いてのエンジンは機器温度特性を計測するフローチャートを示す図である。 本発明にかかる計測制御データ管理システムの計測データの保存場所を示す図である。 本発明にかかる計測制御データ管理システムの計測フローを示す図である。 エンジンの計測制御の概念図である。 本発明にかかる計測データの例である。 本発明にかかわる時系列データの時間領域を示す例の表である。 本発明にかかわるマクロ時系列データの時間領域を示す例の表である。 本発明にかかわるミクロ時系列データの時間領域を示す例の表である。

符号の説明

１：計測制御データ管理システム
２：計測制御対象物
３：計測制御対象制御機器
５：各種センサ
６：個別計測器
７：計測制御部
８：個別監視機器
９：データ管理機器・通信機器等
１０：表示部
１１：システム制御部
１２：操作部
２１：エンジン計測システム
２２：エンジン
２３：ダイナモメータ
２４：架台
２５：トルク伝達軸
３１：トルクメータ
３２：エンジン排気温度センサ
３３：ノッキング検出センサ
４１：エンジン制御部
４２：ダイナモメータ制御部
４３：計測制御部
７０：計測部
７１：入出力部
７２：メモリ
７３：信号処理部
７４：データ保存
７５：装置制御部
８０：モデル・シミュレーション部
８１：モデル作成部
８２：モデル
８３：制御値修正部
８４：シミュレーション部

Claims (4)

1. 計測対象物を含む個々分散型計測制御機器をその動作モデルを用いて制御することによって、前記計測対象物の計測を行うシステムにおいて、
   前記動作モデルを用いて前記計測対象物を制御する制御手段と、
   前記計測対象物を計測する際の計測開始時刻と前記計測制御機器の計測データを計測する手段と、
   前記計測制御機器のサンプリング周期に応じて複数の階層が設定された計測定義ファイルと、
   前記計測定義ファイルに基づいて、前記計測制御機器の計測データと計測開始時刻を、該当する階層に保存する計測データ保存手段と、を備え、
   前記保存した計測データと計測開始時間を読み出して、前記動作モデルの変更に使用することを特徴とするモデル駆動型計測制御データ管理システム。
2. 前記計測データのサンプリング周期を変更する手段を備え、変更した計測データを前記計測データ保存手段に保存することを特徴とする請求項１のモデル駆動型計測制御データ管理システム。
3. 前記複数の階層は、前記サンプリング周期が１００倍ずつ異なることを特徴とする請求項１または２のモデル駆動型計測制御データ管理システム。
4. 前記複数の階層は、前記サンプリング周期がそれぞれ１０ｍｓｅｃ、１００μｓｅｃ、１μｓｅｃであることを特徴とする請求項３のモデル駆動型計測制御データ管理システム。
   

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