JP6178277B2 - Influence factor information acquisition method and influence factor information acquisition apparatus in failure analysis - Google Patents
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Description
本発明は、故障解析における影響因子情報取得方法および影響因子情報取得装置に関し、特に劣化因子等が不明な物品・設備等を対象にワイブル分析に類する分析を行う際、その分析結果から劣化因子等の存在確率等を表す情報を得る、故障解析における影響因子情報取得方法および影響因子情報取得装置に関する。 The present invention relates to an influence factor information acquisition method and an influence factor information acquisition apparatus in failure analysis, and in particular, when performing analysis similar to Weibull analysis on articles, equipment, etc. whose deterioration factors are unknown, deterioration factors, etc. The present invention relates to an influence factor information acquisition method and an influence factor information acquisition apparatus in failure analysis, which obtain information indicating the existence probability of the fault.
従来、ある物品や設備等の劣化や故障の分析(以下、故障解析と呼ぶ。)の際、いわゆるワイブル分析や累積ハザード分析等が行われる(例えば、特許文献1乃至3を参照)。これは、故障の発生等の要因となる対象の劣化を表す指標と、対象の劣化に関係すると考えられる使用時間等を表す指標との関係性の分析である。
Conventionally, when analyzing deterioration or failure of an article or equipment (hereinafter referred to as failure analysis), so-called Weibull analysis, cumulative hazard analysis, or the like is performed (see, for example,
これらの分析結果は、ワイブル確率紙等でプロットグラフとして表すことができる。プロットグラフが全体的に直線回帰に沿っていれば、分析対象はこの分析方法で分析可能と言え、そこから故障解析に有用なパラメータや関数式等を導くことができる。 These analysis results can be expressed as a plot graph on Weibull probability paper or the like. If the plot graph as a whole follows linear regression, it can be said that the analysis object can be analyzed by this analysis method, and parameters, function expressions, etc. useful for failure analysis can be derived therefrom.
一方、プロットグラフが直線回帰に沿っていない場合は、(1)分析手法が不適であるか、(2)あるいは分析データに異なる原因による故障・劣化や異なる影響因子等が混在していると解釈される。特に、1本の直線回帰ではなく、複数の直線の組み合わせで表せるようなプロットグラフの場合、(2)の可能性を考慮する。 On the other hand, if the plot graph does not follow the linear regression, it is interpreted that (1) the analysis method is inappropriate, or (2) or the analysis data contains failure / deterioration due to different causes, different influence factors, etc. Is done. In particular, in the case of a plot graph that can be represented by a combination of a plurality of straight lines instead of a single linear regression, the possibility of (2) is considered.
しかしながら、上述した(2)の場合、分析対象によっては、故障・劣化の原因や影響因子を特定あるいは推定することが困難な場合がある。たとえば、屋外で使用されている対象の場合、その対象の故障・劣化に影響を及ぼした環境条件等を特定し、さらにこの環境条件に基づいて分析データを仕分けすることは困難な作業であった。 However, in the case of (2) described above, depending on the analysis target, it may be difficult to identify or estimate the cause of failure / deterioration and the influencing factors. For example, in the case of a subject used outdoors, it was difficult to identify the environmental conditions that affected the failure or deterioration of the subject and to sort the analysis data based on these environmental conditions. .
また、プロットの形状によっては、一つの分布で全体を分析するのではなく複合分布による分析を行うことも考慮する(例えば非特許文献1を参照)。複合分布による分析を行うためには、プロットの傾向が不連続となる変曲点の使用年数等を設定しなければならないが、複合分布となる理由(たとえば分析データに混在している異なる故障パターンとその特徴)が既知でなく、よって不連続となる変曲点が分からない場合はそもそも使用年数等を設定できなかった。 In addition, depending on the shape of the plot, it is also considered to perform analysis using a composite distribution instead of analyzing the whole with one distribution (see, for example, Non-Patent Document 1). In order to perform analysis using a composite distribution, it is necessary to set the age of inflection points where the trend of the plot becomes discontinuous, but the reason for the composite distribution (for example, different failure patterns mixed in the analysis data) If the inflection point that is discontinuous is not known, the years of use etc. could not be set in the first place.
従来のワイブル分析等に関する技術は、ワイブル分析等の結果を如何に用いるかが対象であり(特許文献1乃至3参照)、本提案のように、ワイブル分析等の結果に見られるプロットの直線回帰からの乖離に関して、その背後にある影響因子の仮定を通して上述した問題を解決する技術的提案は見当たらない。
The conventional technique related to Weibull analysis and the like is how to use the result of Weibull analysis and the like (see
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、故障解析を進めるために、プロットの傾向を変化させている影響因子を表す情報(以下、これを影響因子情報と呼ぶ。)を得るための故障解析における影響因子情報取得方法および影響因子情報取得装置を提案することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and in order to proceed with failure analysis, information representing an influence factor that changes the tendency of the plot (hereinafter referred to as influence factor information). An object of the present invention is to propose an influence factor information acquisition method and influence factor information acquisition apparatus in failure analysis to obtain the above.
本発明に係る故障解析における影響因子情報取得方法は、故障を引き起こす複数の影響因子の存在確率を表す確率密度関数を規定する確率密度関数規定部と、前記複数の影響因子の存在確率の相対的割合を規定する相対的割合規定部と、確率密度関数のパラメータを算出するパラメータ算出部と、前記パラメータを用いて前記複数の影響因子の存在確率を故障解析における影響因子情報として算出する影響因子情報算出部とを備える影響因子情報取得装置が実行する、故障解析における影響因子情報取得方法であって、使用期間と故障の発生頻度との間のプロットが少なくとも1つ以上の変曲点を有する場合に、前記確率密度関数規定部が、前記プロットの前記変曲点の前後それぞれの使用期間に対応した前記故障を引き起こす複数の影響因子の存在確率を表す確率密度関数を規定する確率密度関数規定ステップと、前記相対的割合規定部が、前記変曲点および前記変曲点の前後を含めた使用期間における前記複数の影響因子の存在確率の相対的割合を規定する相対的割合規定ステップと、前記パラメータ算出部が、前記複数の影響因子の存在確率の相対的割合に基づいて情報エントロピーの関数を設定し、前記プロットの情報に基づいて前記情報エントロピーの関数を満たす前記確率密度関数のパラメータを算出するパラメータ算出ステップと、前記影響因子情報算出部が、前記パラメータを用いて前記複数の影響因子の存在確率を故障解析における影響因子情報として算出する影響因子情報算出ステップとを有するようにする。 The method for acquiring influence factor information in failure analysis according to the present invention includes a probability density function defining unit that defines a probability density function that represents the existence probability of a plurality of influence factors that cause a failure, and a relative presence probability of the plurality of influence factors. A relative ratio defining section for defining a ratio, a parameter calculating section for calculating a parameter of a probability density function, and influence factor information for calculating the existence probability of the plurality of influence factors as influence factor information in failure analysis using the parameters An influence factor information acquisition method in failure analysis, executed by an influence factor information acquisition device comprising a calculation unit, wherein the plot between the period of use and the frequency of occurrence of failure has at least one inflection point to the probability density function defining portion is a plurality of impact factors causing the failure corresponding to each period of use before and after the inflection point of the plot A probability density function defined step of defining a probability density function representing the existence probability of the relative proportions specified section, the presence of the plurality of influencing factors in the use period including before and after the inflection point and the inflection point the relative proportions specified step of defining the relative proportions of the probability, the parameter calculator sets a function of information entropy based on the relative proportions of the existence probability of the plurality of influencing factors, based on the information of the plot wherein a parameter calculation step of information satisfying the functions of the entropy calculating the parameters of the probability density function, the influence factor information calculation unit, the influence factor information in the failure analysis of the existence probability of the plurality of influencing factors by using the parameter Te And an influencing factor information calculating step.
請求項1記載の影響因子情報取得方法において、前記確率密度関数規定ステップでは、前記プロットの情報と、当該プロットの情報に対する回帰直線の値との残差を用いて前記存在確率を規定するようにする。
2. The influence factor information acquisition method according to
請求項2記載の影響因子情報取得方法において、前記影響因子情報算出ステップでは、前記複数の影響因子の存在確率にそれぞれ対応した複数の確率密度関数に基づいて前記変曲点を特定するようにする。
3. The influencing factor information acquisition method according to
請求項3に記載の影響因子情報取得方法において、前記変曲点が2つ以上存在する場合に、1つの前記変曲点が必ず含まれるように分析範囲分割部が前記プロットの情報に対する分析範囲を分割する分析範囲分割ステップを更に有するようにする。
4. The influence factor information acquisition method according to
本発明に係る故障解析における影響因子情報取得装置において、使用期間と故障の発生頻度との間のプロットが少なくとも1つ以上の変曲点を有する場合に、前記プロットの前記変曲点の前後それぞれの使用期間に対応した前記故障を引き起こす複数の影響因子の存在確率を表す確率密度関数を規定する確率密度関数規定部と、前記変曲点および前記変曲点の前後を含めた使用期間における前記複数の影響因子の存在確率の相対的割合を規定する相対的割合規定部と、前記複数の影響因子の存在確率の相対的割合に基づいて情報エントロピーの関数を設定し、前記プロットの情報に基づいて前記情報エントロピーの関数を満たす前記確率密度関数のパラメータを算出するパラメータ算出部と、前記パラメータを用いて前記複数の影響因子の存在確率を故障解析における影響因子情報として算出する影響因子情報算出部とを備えるようにする。 In the influence factor information acquisition apparatus in failure analysis according to the present invention, when the plot between the period of use and the frequency of occurrence of the failure has at least one inflection point, each before and after the inflection point of the plot A probability density function defining part that defines a probability density function that represents the probability of existence of a plurality of influencing factors that cause the failure corresponding to the use period, and the inflection point and the use period including before and after the inflection point. Based on the information in the plot, a relative ratio defining unit that defines the relative ratio of the existence probabilities of a plurality of influence factors, and a function of information entropy based on the relative ratio of the existence probabilities of the plurality of influence factors A parameter calculating unit that calculates a parameter of the probability density function that satisfies the information entropy function, and the presence of the plurality of influencing factors using the parameter. So that and an influence factor information calculating unit that calculates a probability as influencing factor information in the failure analysis.
本発明によれば、故障解析に関する影響因子が明確になっていない場合でも、使用期間と故障の発生頻度との間のプロットの情報から複数の影響因子の存在確率を表す確率密度関数を高精度に見積もることができ、その確率密度関数を用いれば複数の影響因子による耐用可能な使用期間を高精度に推定することができる。 According to the present invention, even when the influence factor related to failure analysis is not clear, the probability density function representing the existence probability of a plurality of influence factors from the information of the plot between the period of use and the occurrence frequency of the failure is highly accurate. By using the probability density function, it is possible to estimate the usable period of use due to a plurality of influence factors with high accuracy.
<影響因子情報取得装置の概要>
以下、本発明の実施の形態における影響因子情報取得装置の概要について説明する。この影響因子情報取得装置は、物品や設備等の対象の故障発生に関して複数の影響因子が存在し、故障を引き起こす要因となる稼働時間(使用年数)と、故障の発生頻度との間のプロットが少なくとも1つ以上の変曲点を有する場合に、当該プロットから得られる情報に対して変曲点前後のそれぞれの領域に対応する影響因子の存在確率を表す確率密度関数と、当該変曲点も含めたプロットグラフの各点(使用年数)における複数の影響因子に関する存在確率の相対的な割合(影響比)を規定したうえで、情報エントロピー理論を用いて複数の影響因子に関する存在確率の確率密度関数を求めるためのパラメータを算出し、当該プロットの傾向を最も良く反映した当該複数の影響因子の存在確率と影響比を高精度に算出するものである。
<Outline of influence factor information acquisition device>
The outline of the influence factor information acquisition apparatus in the embodiment of the present invention will be described below. This influencing factor information acquisition device has a plurality of influencing factors regarding the occurrence of a failure of an object such as an article or facility, and a plot between the operating time (the number of years of use) that causes the failure and the frequency of occurrence of the failure is When having at least one or more inflection points, a probability density function representing the existence probability of influencing factors corresponding to the respective areas before and after the inflection points with respect to the information obtained from the plot, and the inflection points After specifying the relative ratio (influence ratio) of existence probabilities for multiple influencing factors at each point (year of use) in the included plot graph, the probability density of existence probabilities for multiple influencing factors using information entropy theory Parameters for obtaining the function are calculated, and the existence probabilities and the influence ratios of the plurality of influence factors that best reflect the tendency of the plot are calculated with high accuracy.
<第1の実施の形態>
<影響因子情報取得装置の構成>
図1に示すように、影響因子情報取得装置1は計算機能部10において故障解析における影響因子情報(後術する)を取得するための計算の元となる設備(対象)に関するデータ(以下、これを「設備データ」と呼ぶ。)、その設備の仕様に関するデータ(以下、これを「設備仕様データ」と呼ぶ。)、その設備の点検に関するデータ(以下、これを「設備点検データ」と呼ぶ。)等が格納されたハードディスクドライブからなるデータ蓄積部100、当該計算機能部10、当該計算機能部10により計算された全算出過程、結果をデータ蓄積部100に記録する全算出過程・結果記録機能部70、および当該計算機能部10により求めた影響因子情報等を表示または出力する表示・出力機能部80によって構成されている。
<First Embodiment>
<Configuration of influence factor information acquisition device>
As shown in FIG. 1, the influence factor
なお、影響因子情報取得装置1は、CPU(Central Processing Unit)、メモリ、インタフェース等からなるコンピュータ(ハードウェア)にコンピュータプログラム(ソフトウェア)をインストールすることによって実現され、当該影響因子情報取得装置1の各部は、コンピュータの各種ハードウェア資源とコンピュータプログラムとが協働することによって実現される。また、コンピュータプログラムは、コンピュータ読取可能な記録媒体や記憶装置に格納された状態で提供されても良く、或いは電気通信回線を介して提供されても良い。
The influence factor
計算機能部10は、分析対象の設備データに対して例えばワイブル分析等の分析方法により分析を行う分析実行機能部20、その分析結果のプロットと回帰直線との残差eおよびその調整残差Oeを算出する残差算出機能部30、分析実行機能部20によるワイブル分析等の結果である調整残差Oeのプロットが上に凸となっているか下に凸となっているかの形状を判別する残差プロット形状判別機能部40、その分析範囲において故障の原因となる影響因子A、Bの存在確率、存在確率の相対割合(影響比)、および影響因子A、Bの影響比に基づいて設定される情報エントロピーと調整残差Oeのプロットとを最も良く一致させるように調整係数αを乗算した調整情報エントロピーを設定する設定機能部50、調整情報エントロピーを満たす確率分布(正規分布)を規定する各種パラメータを算出するパラメータ等算出機能部60によって構成されている。
The
分析実行機能部20は、故障や劣化に影響を及ぼしている影響因子が明確には分かっておらず、これらの異なる影響因子による影響が混在していると考えられるような設備の故障に関する累積ハザード分析を行う。
The analysis
ここで、図2に累積ハザード分析による分析結果を示す。図2では、横軸が設備の使用年数tの対数値Lоgt、縦軸が故障発生頻度を表す使用年数tにおける累積ハザード値H(t)を表しており、プロットグラフの回帰直線Y(t)が最少二乗法等により求められる。なお、この場合における回帰直線の線形回帰式は、Y(t)=6.740*Lоgt−23.81で表される。なお、使用期間として使用年数tではなく、使用月数や使用日数を用いることも可能である。 Here, FIG. 2 shows an analysis result by cumulative hazard analysis. In FIG. 2, the horizontal axis represents the logarithmic value L gt of the equipment usage years t, and the vertical axis represents the cumulative hazard value H (t) in the usage years t representing the failure occurrence frequency, and the regression line Y (t) of the plot graph Is obtained by the least square method or the like. In this case, the linear regression equation of the regression line is represented by Y (t) = 6.740 * Lotegt-23.81. In addition, it is also possible to use the number of months of use or the number of days of use instead of the number of years of use t as the usage period.
ここで、累積ハザード分析については例えば分析対象のデータの性質に一致する既知のワイブル分析により行えばよく、さらに図2におけるプロットの各軸は累積ハザード値H(t)や使用年数tに限るものではなく、対象の劣化を表す指標および対象の劣化に関係すると考えられる指標であればよく、既知の各種の確率紙に従ってもよい。 Here, the cumulative hazard analysis may be performed by, for example, a known Weibull analysis that matches the nature of the data to be analyzed, and each axis of the plot in FIG. 2 is limited to the cumulative hazard value H (t) or the number of years of use t. Instead, it may be an index representing the deterioration of the object and an index considered to be related to the deterioration of the object, and may follow various known probability sheets.
この場合、プロットは全体的に回帰直線Y(t)に対し緩く屈曲しており、線形回帰に沿っているとはいえない結果となっている。本実施の形態においては、故障に影響を与える異なる2つの影響因子A、Bがこのような結果を導いていると仮定する。図2からは、3.50<Lоgt<3.57付近に屈曲点(変曲点)があるものと想定されるが、プロット上は明確ではない(従来法では、目視により屈曲点(変曲点)の使用年数tを判読して、この使用年数tを閾値として分析データの分離を行うこともある)。 In this case, the plot is bent gently with respect to the regression line Y (t) as a whole, and it cannot be said that the plot is along linear regression. In the present embodiment, it is assumed that two different influence factors A and B that affect a failure lead to such a result. From FIG. 2, it is assumed that there is an inflection point (inflection point) in the vicinity of 3.50 <L <gt <3.57, but it is not clear on the plot (in the conventional method, the inflection point (inflection point is invisible)). The point of use (t) may be read and the analysis data may be separated using the use year t as a threshold value).
残差算出機能部30では、使用年数tに対応つけられた累積ハザード値H(t)と、使用年数tのときの線形回帰式による算出値Y(t)との差分を求めることにより使用年数tのときの残差etを(式1)に従って求める。
The residual
et=LogH(t)−Y(t)…………………………………………………(式1)
et:使用年数tのときの残差
H(t):使用年数tのときの累積ハザード値
Y(t):使用年数tのときの線形回帰式(Y(t)=6.740*Lоgt−23.81)による算出値
et = LogH (t) -Y (t) ......... (Equation 1)
et: Residual error when using years t H (t): Cumulative hazard value when using years t Y (t): Linear regression equation when using years t (Y (t) = 6.740 * L gt− Calculated value according to 23.81)
続いて残差算出機能部30では、図3に示すように、横軸を使用年数t、縦軸を残差eとしてプロットする。このとき残差プロット形状判別機能部40により残差eのプロットグラフの形状が下に凸であると判別した場合、残差算出機能部30は、次の(式2)にしたがって残差eを再計算する。これにより残差算出機能部30は、プロットの線形回帰からの乖離に関する分析を、乖離幅(残差e)を用いた上に凸の最大値を有する最大値問題として捉えることができる。
Subsequently, as shown in FIG. 3, the residual
et=−[LogH(t)−Y(t)]……………………………………………(式2) et = − [LogH (t) −Y (t)] ………………………………………… (Formula 2)
ここで残差eに負の値がある場合、残差算出機能部30は、次の(式3)により、残差eの最小値eminの床関数(ある実数に対し、その実数以下の最大の整数を表し、例えばeminが「−1.2」のとき、その床関数は「−2」となる)を当該残差eから減算し、調整残差Oeを導く。
When the residual e has a negative value, the residual
Oet=et−[emin]……………………………………………(式3)
Oet:使用年数tのときの調整残差
Oet = et− [emin] ……………………………………… (Formula 3)
Oet: Adjustment residual for years of service t
これにより調整残差Oeは、図4に示すように、横軸を使用年数t、縦軸を調整残差Oeとした場合、常に正の値となり、かつ上に凸の分布となる。 As a result, as shown in FIG. 4, the adjustment residual Oe is always a positive value and has an upwardly convex distribution when the horizontal axis is the service life t and the vertical axis is the adjustment residual Oe.
ここで、調整残差Oeは、最大値(変曲点)を境にして単調増加と単調減少の2つの領域に分かれる。図2における線形近似からの乖離が、分析データに異なる原因による故障・劣化や異なる2つの影響因子(影響因子)AおよびBが混在していることによると仮定すると、図5に示すように、調整残差Oeの分布は、最大値点Pmaxの左側が影響因子Aによる影響が支配的な故障による領域であり、また最大値点Pmaxの右側が影響因子Bによる影響が支配的な故障による領域であり、そして最大値点Pmaxは影響因子AとBの影響力が拮抗する(すなわち入れ替わる)点であると解釈できる。 Here, the adjustment residual Oe is divided into two regions of monotonic increase and monotonic decrease with the maximum value (inflection point) as a boundary. Assuming that the deviation from the linear approximation in FIG. 2 is due to failure / deterioration due to different causes and two different influencing factors (influencing factors) A and B in the analysis data, as shown in FIG. The distribution of the adjustment residual Oe is a region due to a failure where the influence of the influence factor A is dominant on the left side of the maximum value point Pmax, and a region due to the failure where the influence of the influence factor B is dominant on the right side of the maximum value point Pmax. And the maximum value point Pmax can be interpreted as a point where the influence of the influence factors A and B antagonize (ie, interchange).
ここで、影響因子AおよびBの存在が確率で表現できるとする。本実施の形態では、この確率は正規分布に従うものとし、影響因子Aの存在確率を存在確率A、影響因子Bの存在確率を存在確率Bと呼び、設定機能部50では、存在確率Aおよび存在確率Bの算出式を(式4)に示すように設定する。
Here, it is assumed that the presence of the influence factors A and B can be expressed by a probability. In this embodiment, this probability follows a normal distribution, the existence probability of the influencing factor A is called the existence probability A, the existence probability of the influencing factor B is called the existence probability B, and the
ただし、Pjt:影響因子jの使用年数tのときの存在確率
N(t, μj, σj 2):使用年数tを変数とする、平均μj、標準偏差σjの正規分布
j:AあるいはB
μA≠μB
However, Pjt: Existence probability when the influence factor j is the number of years of use t
N (t, μ j , σ j 2 ): Normal distribution of mean μ j and standard deviation σ j with years of service t as variables j: A or B
μA ≠ μB
この場合、図6に存在確率A(PAt)、B(PBt)の確率密度関数PDF−A、PDF−Bを示す。すなわち、存在確率A(PAt)の確率密度関数PDF−Aと存在確率B(PBt)の確率密度関数PDF−Bとの交点が、影響因子AとBの影響力が拮抗する(すなわち入れ替わる)点(使用年数t)である。ただし、存在確率Pjtにおける平均μjおよび標準偏差σj等のパラメータが不明であるため、この存在確率A(PAt)およびB(PBt)の確率密度関数PDF−AおよびPDF−Bだけからその交点を直接求めることはできない。 In this case, FIG. 6 shows the probability density functions PDF-A and PDF-B of the existence probabilities A (PAt) and B (PBt). That is, the intersection between the probability density function PDF-A of the existence probability A (PAt) and the probability density function PDF-B of the existence probability B (PBt) is the point where the influence of the influence factors A and B antagonizes (ie, interchanges). (Year of use t). However, since parameters such as the average μj and the standard deviation σj in the existence probability Pjt are unknown, the intersection point is directly determined from only the probability density functions PDF-A and PDF-B of the existence probabilities A (PAt) and B (PBt). I can't ask for it.
そこで、上述したように、本実施の形態では、存在確率Pjtの関係性が調整残差Oeの分布に反映されていると考えるので、設定機能部50は使用年数tにおける存在確率PAtと存在確率PBtとの相対割合(以下、これを影響比RAt、RBtと呼ぶ。)を、次の(式5)のように規定する。なお、図7に存在確率PAtの影響比RAtと存在確率PBtの影響比RBtを示す。すなわち、この場合も、影響比RAtと影響比RBtとの交点が、影響因子AとBの影響力が拮抗する(すなわち入れ替わる)点(使用年数t)である。
Therefore, as described above, in the present embodiment, since the relationship between the existence probabilities Pjt is considered to be reflected in the distribution of the adjustment residual Oe, the
Rjt:存在確率jの使用年数tのときの相対割合
k:A、B、…
Rjt: Relative ratio when the existence probability j is the number of years of use t: A, B,...
そして設定機能部50は、存在確率Pjtのパラメータである平均μj、標準偏差σjを求めるため、情報エントロピー理論を活用し、その情報エントロピーの算出式を、(式5)の存在確率Pjtの影響比Rjtを用いて、次の(式6)のように設定する。
Then, the
H(t):使用年数tにおける情報エントロピー
H (t): Information entropy in years of use t
ここで、情報エントロピーは、その情報が持つ情報的な価値を意味するものとして捉えることができる。このことを、実施の形態の状況に即して図5を用いて説明する。図5における最大値Pmax(凸型の頂点)は、ちょうど影響因子Aと影響因子Bの故障への影響力が拮抗する(入れ替わる)場所であり、どちらの要因で故障が発生するのか事前には最も予測し難い。これは、情報の価値が最も高くなること、すなわち情報エントロピーが最も大きくなることを意味する。 Here, information entropy can be understood as meaning the informational value of the information. This will be described with reference to FIG. 5 in accordance with the situation of the embodiment. The maximum value Pmax (convex apex) in FIG. 5 is a place where the influence of the influence factor A and the influence factor B on the failure is antagonized (replaced), and it is determined beforehand by which factor the failure occurs. Most difficult to predict. This means that the value of information is the highest, that is, the information entropy is the largest.
逆に、最大値Pmaxから左側に離れれば離れるほど、影響因子Aの影響による故障が発生し易くなる。つまり左側へいくほど事前に影響因子Aによる故障が発生することが予測し易くなることから、情報の価値は低くなり、情報エントロピーは低くなる。また、最大値Pmaxから右側に離れれば離れるほど、影響因子Bによる故障が予測し易くなることから、情報の価値は低くなり、情報エントロピーは低くなる。 Conversely, the further away from the maximum value Pmax, the more likely the failure due to the influence of the influence factor A occurs. That is, since it becomes easier to predict that a failure due to the influencing factor A will occur in advance toward the left side, the value of information becomes lower and the information entropy becomes lower. Further, the further away from the maximum value Pmax on the right side, the easier it is to predict a failure due to the influence factor B, so the value of information becomes lower and the information entropy becomes lower.
すなわち、図5に示されている調整残差Oeと使用時間tとの関係を表すプロットの形状は、影響比RAtおよび影響比RBtから導かれる情報エントロピーH(t)と使用時間tの関係と相似であると捉えることができる。以上より、調整残差Oeのプロットと情報エントロピーH(t)の軌跡とを最も良く一致させるような確率分布(この場合は正規分布)が、求める存在確率Aあるいは存在確率Bとなる。 That is, the shape of the plot showing the relationship between the adjustment residual Oe and the usage time t shown in FIG. 5 is the relationship between the information entropy H (t) derived from the influence ratio RAt and the influence ratio RBt and the usage time t. It can be considered similar. As described above, the probability distribution (normal distribution in this case) that best matches the plot of the adjustment residual Oe and the locus of the information entropy H (t) is the existence probability A or the existence probability B to be obtained.
ここで、調整残差Oeのプロットと情報エントロピーH(t)が取る値とは必ずしも一致しないため、設定機能部40は、上述の(式6)に調整係数αを乗じた、次の(式7)の調整情報エントロピーCH(t)を規定する。図8には、調整情報エントロピーCH(t)のプロットを示し、図9には、調整残差Oeと使用時間tとの関係を表す図5の残差Oeのプロットと図8の調整情報エントロピーCH(t)のプロットとが相似していることを示す。
Here, since the plot of the adjustment residual Oe and the value taken by the information entropy H (t) do not necessarily match, the
CH(t):使用年数yにおける調整情報エントロピー
α:調整係数
CH (t): Adjustment information entropy α in the service life y: Adjustment coefficient
パラメータ等算出機能部60は、調整残差Oeのプロットと最も良く一致する(式7)を満たす確率分布(正規分布)を規定する各種のパラメータを最小二乗法等により導く。すなわちパラメータ等算出機能部60は、(式7)の調整情報エントロピーCH(t)による算出値と調整残差Oeのプロットとが最も良く一致するときの存在確率Pjt(正規分布)を表す確率密度関数を規定する各種のパラメータを最少二乗法により求める。
The parameter
本実施の形態では、存在確率Aおよび存在確率Bが正規分布に従うと設定していることから、パラメータ算出機能部60が求める各種のパラメータは(式4)における平均μA、標準偏差σA、平均μB、標準偏差σBとなる。なおパラメータ等算出機能部60は、各種のパラメータを最少二乗法により求めると同時に調整係数αについても求めることができる。
In the present embodiment, since the existence probability A and the existence probability B are set to follow a normal distribution, the various parameters required by the parameter
そしてパラメータ等算出機能部60は、各種のパラメータ(平均μA、標準偏差σA、平均μB、標準偏差σB)を求めたので、(式4)にしたがって存在確率A(PAt)および存在確率B(PBt)を算出するとともに、(式5)にしたがって存在確率A(PAt)および存在確率B(PBt)による影響比RAtおよび影響比RBtを必要に応じて算出する。
Since the parameter
これにより、具体的な影響因子A、Bの特定の際に重要な情報となる存在確率PAt、PBtと、故障に対する影響比RAt、RBtが決まる。仮に、具体的な影響因子A、Bの特定に至らずとも、同様の設備・故障の推定を行う際に活用することができる。また、パラメータ(平均μA、標準偏差σA、平均μB、標準偏差σB)が求められたことにより存在確率PAt、PBtの確率密度関数を(式4)により導くことができるため、その確率密度関数PDF−A、PDF−Bの交点となる使用時間t、すなわちワイブル分析等のプロット結果における変曲点となる使用時間tを明らかにすることが可能となる。 As a result, the existence probabilities PAt and PBt, which are important information when specifying the specific influence factors A and B, and the influence ratios RAt and RBt for the failure are determined. Even if specific influential factors A and B are not specified, it can be used when estimating the same equipment / failure. Further, since the parameters (average μA, standard deviation σA, average μB, standard deviation σB) are obtained, the probability density function of the existence probabilities PAt and PBt can be derived from (Equation 4). It becomes possible to clarify the usage time t that is the intersection of −A and PDF-B, that is, the usage time t that is the inflection point in the plot result of Weibull analysis or the like.
全算出過程・結果記録機能部70は、パラメータ等算出機能部60による算出過程や算出結果をデータ蓄積部100に記録するとともに、算出結果を表示・出力機能部80へ出力するものである。
The total calculation process / result
表示・出力機能部80は、パラメータ等算出機能部60による算出結果に基づいて、図6、図7に示したような確率密度関数PDF−A、PDF−Bや、影響比RAtおよび影響比RBtを視覚化してグラフ等により表示するものである。
The display /
<影響因子情報取得装置の動作>
このような構成の影響因子情報取得装置1の動作について、図10のフローチャートを用いて説明する。ステップSP1において計算機能部10の残差算出機能部30では、分析実行機能部20による設備の故障に関する累積ハザード分析の結果(図2)に基づいて、使用年数tに対応付けられた累積ハザード値H(t)と、使用年数tのときの線形回帰式による算出値Y(t)との差分を求めることにより使用年数tのときの残差etを(式1)に従って算出する。
<Operation of influence factor information acquisition device>
The operation of the influence factor
ステップSP2において残差プロット形状判別機能部40は、図3に示すように、横軸を使用年数t、縦軸を残差eとしてプロットしたとき、当該プロットが2つ以上の変曲点を有するか否かを判定し、変曲点が1つだけの場合には次のステップSP3へ移る(ステップSP2:No)。
In step SP2, the residual plot shape discriminating
ステップSP3において残差プロット形状判別機能部40は、残差eのプロットの形状が下に凸になると判別した場合(ステップSP3:No)、再度ステップSP1へ戻り、残差算出機能部30が(式2)にしたがって残差eを再計算する。これに対して残差eのプロットの形状が上に凸になると残差プロット形状判別機能部40が判別した場合(ステップSP3:Yes)、ステップSP4へ移り、残差算出機能部30は残差eの最小値eminの床関数を求め、次のステップSP5へ移る。
In step SP3, if the residual plot shape
ステップSP5において残差算出機能部30は、(式3)により、残差eの最小値eminの床関数を当該残差eから減算し、調整残差Oeを算出した後、次のステップSP6へ移る。
In step SP5, the residual
ステップSP6において設定機能部50は、調整残差Oeが最大値(変曲点)を境にして単調増加と単調減少の2つの領域に分かれ、単調増加の影響因子Aおよび単調減少の影響因子Bの存在を(式4)に基づき存在確率PAt、PBtで表現できるとし、その存在確率PAt、PBtの確率分布の候補として(式4)に示すような正規分布を設定し、次のステップSP7へ移る。
In step SP6, the
ステップSP7において設定機能部50は、使用年数tにおける存在確率PAtと存在確率PBtとの相対割合(影響比Rjt)を導く関数を(式5)にしたがって規定し、次のステップSP8へ移る。
In step SP7, the
ステップSP8において設定機能部50は、情報エントロピー理論を活用し、(式5)の存在確率Pjtの影響比Rjtおよび調整係数αを用いて(式7)のように調整情報エントロピーCH(t)の関数を設定し、次のステップSP9へ移る。
In step SP8, the
ステップSP9においてパラメータ等算出機能部60は、調整残差Oeのプロットと最も良く一致する(式7)の調整情報エントロピーCH(t)を満たす確率分布(正規分布)を規定する各種のパラメータ(平均μA、標準偏差σA、平均μB、標準偏差σB)および調整係数αの最適値を算出し、次のステップSP10へ移る。
In step SP9, the parameter
ステップSP10においてパラメータ等算出機能部60は、ステップSP9で算出した各種のパラメータ(平均μA、標準偏差σA、平均μB、標準偏差σB)を用いて、影響因子A、Bの存在確率PAt、PBtを決定し、次のステップSP11へ移る。
In step SP10, the parameter etc.
ステップSP11においてパラメータ等算出機能部60は、存在確率PAt、PBtを決定したので、その確率密度関数PDF−A、PDF−Bの交点となる使用年数t(この場合33年)を、影響因子Aと影響因子Bの故障への影響力が拮抗する(入れ替わる)時点であると算出し、次のステップSP12へ移る。
In step SP11, since the parameter
ステップSP12においてパラメータ等算出機能部60は、ステップSP11において確率密度関数PDF−A、PDF−Bの交点となる使用年数t(この場合33年)を算出しているので、必要に応じて、存在確率PAt、PBtに基づき影響比Rjtの関数を決定し、次のステップSP13へ移る。
In step SP12, the parameter
ステップSP13において全算出過程・結果記録機能部70は、ステップSP1乃至ステップSP12までの全算出過程および結果をデータ蓄積部100に記録し、次のステップSP14へ移る。
In step SP13, the entire calculation process / result
ステップSP14において表示・出力機能部80は、存在確率A、Bの確率密度関数PDF−A、PDF−Bを表示し(図6)、必要に応じて存在確率PAtの影響比RAtと存在確率PBtの影響比RBtを表示し、一連の処理を終了する(図7)。
In step SP14, the display /
<第2の実施の形態>
<影響因子情報取得装置の構成>
図1との対応部分に同一符号を付した図11に示すように、影響因子情報取得装置200は計算機能部110において故障解析における影響因子情報を取得するための計算の元となる設備データ、設備仕様データ、設備点検データ等が格納されたデータ蓄積部100、当該計算機能部110、当該計算機能部110により計算された全算出過程、結果をデータ蓄積部100に記録する全算出過程・結果記録機能部70、および当該計算機能部110により求めた影響因子情報等を表示または出力する表示・出力機能部80によって構成されている。
<Second Embodiment>
<Configuration of influence factor information acquisition device>
As shown in FIG. 11 in which the same reference numerals are assigned to the corresponding parts in FIG. 1, the influence factor
計算機能部110では、残差プロット形状判別機能部40と設定機能部50との間に、分析範囲分割機能部90が設けられていること以外、第1の実施の形態における計算機能部10と同様の構成を有している。
The
残差プロット形状判別機能部40は、図12に示すように、分析実行機能部20によるワイブル分析等の結果によっては残差eのプロットが複数の変曲点を持つ場合があるため、このような場合には残差eのプロットが上に凸となっているか下に凸となっているかの形状を判別し、その判別結果を分析範囲分割機能部90へ出力する。
As shown in FIG. 12, the residual plot shape discriminating
分析範囲分割機能部90は、残差eのプロットが複数の変曲点を持つ場合、残差eの分析範囲を分割して分析を行う。ここで分割点は、変曲点付近の使用年数tでもよいし、変曲点の中間間付近の使用年数tでもよい。ただし、各分割範囲には、必ず一つの変曲点が含まれるようにしなければならない。この場合、上に凸の変曲点を有する分割範囲t1と、下に凸の変曲点を有する分割範囲t2とに分割されることになる。
When the plot of the residual e has a plurality of inflection points, the analysis range dividing
そして分析範囲分割機能部90は、上述した(式1)または(式2)にしたがって、分割範囲t1、t2ごとに残差eのプロットが上に凸となるようにしたうえで、第1の実施の形態と同様に分析を行う。ただし、このとき、隣り合った分割範囲t1、t2を跨る(共通する)影響因子の存在確率を示す確率密度関数は、当然ながら同じパラメータを用いて分析を行う。
Then, the analysis range dividing
そしてパラメータ等算出機能部60は、各分割範囲において、(式7)の調整情報エントロピーCH(t)による算出値と調整残差Oeのプロットとが最も良く一致するときの存在確率Pjt(正規分布)を規定する各種のパラメータを最少二乗法により求める。図13には、分割範囲t1、t2の2領域に分割した場合の、すなわち1つの影響因子を共通とする合計3つの影響因子A、B、Cにおける存在確率Pjt(j=A、B、C)の確率密度関数PDF3、PDF4、PDF5を示す。
Then, the parameter
これによりパラメータ等算出機能部60は、確率密度関数PDF3、PDF4の交点を算出することにより、影響因子A、Bの影響力が拮抗する(すなわち入れ替わる)点(使用年数t)を求めることができるとともに、確率密度関数PDF4、PDF5の交点を算出することにより、影響因子B、Cの影響力が拮抗する(すなわち入れ替わる)点(使用年数t)を求めることができる。
As a result, the parameter
<影響因子情報取得装置の動作>
このような構成の影響因子情報取得装置200の動作について、図10のフローチャートを用いて説明する。この場合、ステップSP1乃至ステップSP14の処理については共通であり、ステップSP2において残差プロット形状判別機能部40は、プロットが2つ以上の変曲点を有すると判別したので、次のステップSP15へ移る(ステップSP2:Yes)。
<Operation of influence factor information acquisition device>
The operation of the influence factor
ステップSP15において分析範囲分割機能部90は、各分割範囲に必ず一つの変曲点が含まれるように上に凸の変曲点を有する分割範囲t1と、下に凸の変曲点を有する分割範囲t2とに分割した後、再度ステップSP1に戻ってステップSP2以降の処理を行えばよい。
In step SP15, the analysis range dividing
<他の実施の形態>
なお上述した実施の形態においては、影響因子A、Bの存在確率PAt、PBtが正規分布に従うものとするようにした場合について述べたが、本発明はこれに限るものではなく、他の様々な確率分布に従うものとするようにしても良い。例えば、様々な確率分布関数をサーバ等に格納しておき、これらを最少二乗法や最尤法等により総当たりで組み合わせ計算を行い、調整残差Oeと最も良く一致した確率分布を採用するようにしてもよい。また、確率分布関数の候補が表示され、その中からどの確率分布で計算を行うのか、分析者が選択できるようにしてもよい。
<Other embodiments>
In the above-described embodiment, the case where the existence probabilities PAt and PBt of the influencing factors A and B are assumed to follow a normal distribution has been described. However, the present invention is not limited to this, and various other types are possible. You may make it follow a probability distribution. For example, various probability distribution functions are stored in a server or the like, and these are combined and calculated by brute force using the least squares method or the maximum likelihood method, and the probability distribution that best matches the adjustment residual Oe is adopted. It may be. In addition, probability distribution function candidates may be displayed, and an analyst may select which probability distribution is used for calculation.
1、200…影響因子情報取得装置、10、110…計算機能部、20…分析実行機能部、30…残差算出機能部、40…設定機能部、50…パラメータ等算出機能部、60…前算出過程・結果記録機能部、70…表示・出力機能部、80…残差プロット形状判別機能部、90…分析範囲分割機能部、100…データ蓄積部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,200 ... Influence factor
Claims (5)
使用期間と故障の発生頻度との間のプロットが少なくとも1つ以上の変曲点を有する場合に、前記確率密度関数規定部が、前記プロットの前記変曲点の前後それぞれの使用期間に対応した前記故障を引き起こす複数の影響因子の存在確率を表す確率密度関数を規定する確率密度関数規定ステップと、
前記相対的割合規定部が、前記変曲点および前記変曲点の前後を含めた使用期間における前記複数の影響因子の存在確率の相対的割合を規定する相対的割合規定ステップと、
前記パラメータ算出部が、前記複数の影響因子の存在確率の相対的割合に基づいて情報エントロピーの関数を設定し、前記プロットの情報に基づいて前記情報エントロピーの関数を満たす前記確率密度関数のパラメータを算出するパラメータ算出ステップと、
前記影響因子情報算出部が、前記パラメータを用いて前記複数の影響因子の存在確率を故障解析における影響因子情報として算出する影響因子情報算出ステップと
を有することを特徴とする故障解析における影響因子情報取得方法。 A probability density function defining part for defining a probability density function representing the existence probability of a plurality of influence factors causing a failure; a relative ratio defining part for defining a relative ratio of the existence probabilities of the plurality of influence factors; and a probability density function Executed by an influence factor information acquisition apparatus comprising: a parameter calculation unit that calculates a parameter of the calculation unit; and an influence factor information calculation unit that calculates the existence probability of the plurality of influence factors as influence factor information in failure analysis using the parameters. Influencing factor information acquisition method in failure analysis,
If the plot between the frequency of occurrence of the fault and use period having at least one inflection point, the probability density function defined portion, corresponding to each period of use before and after the inflection point of the plot A probability density function defining step defining a probability density function representing the probability of existence of a plurality of influencing factors causing the failure;
The relative proportions specified section, the relative proportions specified step of defining the relative proportions of the existence probability of the plurality of influencing factors in the use period including before and after the inflection point and the inflection point,
The parameter calculation unit sets an information entropy function based on a relative ratio of the existence probabilities of the plurality of influencing factors, and sets a parameter of the probability density function that satisfies the information entropy function based on the plot information. A parameter calculating step to calculate,
The influence factor information in failure analysis, wherein the influence factor information calculation unit has an influence factor information calculation step of calculating the existence probability of the plurality of influence factors as influence factor information in failure analysis using the parameter Acquisition method.
前記確率密度関数規定ステップでは、前記プロットの情報と、当該プロットの情報に対する回帰直線の値との残差を用いて前記存在確率を規定する
ことを特徴とする故障解析における影響因子情報取得方法。 In the influence factor information acquisition method in the failure analysis according to claim 1,
In the probability density function defining step, the existence probability is defined using a residual between the plot information and the value of the regression line corresponding to the plot information.
前記影響因子情報算出ステップでは、前記複数の影響因子の存在確率にそれぞれ対応した複数の確率密度関数に基づいて前記変曲点を特定する
ことを特徴とする故障解析における影響因子情報取得方法。 In the influence factor information acquisition method in the failure analysis according to claim 2,
In the influence factor information calculation step, the inflection point is specified based on a plurality of probability density functions respectively corresponding to the existence probabilities of the plurality of influence factors.
前記変曲点が2つ以上存在する場合に、1つの前記変曲点が必ず含まれるように分析範囲分割部が前記プロットの情報に対する分析範囲を分割する分析範囲分割ステップ
を更に有することを特徴とする故障解析における影響因子情報取得方法。 In the influence factor information acquisition method in the failure analysis according to claim 3,
The analysis range dividing step of dividing the analysis range for the information of the plot by the analysis range dividing unit so that one inflection point is always included when two or more inflection points exist. Influencing factor information acquisition method in failure analysis.
前記変曲点および前記変曲点の前後を含めた使用期間における前記複数の影響因子の存在確率の相対的割合を規定する相対的割合規定部と、
前記複数の影響因子の存在確率の相対的割合に基づいて情報エントロピーの関数を設定し、前記プロットの情報に基づいて前記情報エントロピーの関数を満たす前記確率密度関数のパラメータを算出するパラメータ算出部と、
前記パラメータを用いて前記複数の影響因子の存在確率を故障解析における影響因子情報として算出する影響因子情報算出部と
を備えることを特徴とする故障解析における影響因子情報取得装置。 A plurality of influencing factors that cause the failure corresponding to respective use periods before and after the inflection point of the plot when the plot between the use period and the frequency of occurrence of the failure has at least one or more inflection points; A probability density function defining part for defining a probability density function representing the existence probability of
A relative proportion defining section for defining a relative proportion of the existence probability of the plurality of influencing factors in the period of use including the inflection point and before and after the inflection point;
A parameter calculation unit that sets an information entropy function based on a relative ratio of the existence probabilities of the plurality of influencing factors, and calculates a parameter of the probability density function that satisfies the information entropy function based on the information of the plot; ,
An influence factor information acquisition device in failure analysis, comprising: an influence factor information calculation unit that calculates the existence probability of the plurality of influence factors as influence factor information in failure analysis using the parameter.
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