JP6219865B2 - 制御装置の故障予測システム - Google Patents

Description

本発明は、制御装置の故障予測システムに関する。

自動車に代表される製造分野では、製品の製造ラインで使用されている機械や制御装置等の故障による生産性の低下を避けるため、制御装置等に対して致命的なエラーが発生する前に、事前に対策を講じることが近年強く求められている。

このような予防保守に関する技術としては、制御装置で発生した回復可能なエラーをサーバに通知し、致命的なエラーが起こる前に制御装置に対して部品交換やパラメータ変更等の対策を行う方法が知られている。

例えば、特許文献１には、サーバが一定周期で端末の情報を取得して劣化進行度を算出し、これに基づいて故障対策を実施するシステムが開示されている。特許文献２には、ＡＴＭのリトライ発生が監視サーバに送信され、予防保守情報が閾値を超えると紙幣送りモータの回転速度を変更し、障害発生を未然に防ぐ技術が開示されている。

また、特許文献３には、サーバから各端末に対して一定間隔で保守情報送信命令を送信し、該保守情報送信命令に応答して端末が検査データとメッセージをサーバに返信すると、サーバが受信した検査データを閾値とを比較して各端末の故障を予測する技術が開示されている。特許文献４には、各端末において回復可能障害をカウントし、該カウントが閾値を超えるとサーバに通知するシステムが開示されている。

なお、故障予測に関連する事項として、訂正可能なエラーについて、例えばＤＲＡＭでは、ある月に訂正可能なエラーが発生した場合、同じ月に訂正不可能なエラーが発生する確率が高いことが知られており、訂正可能なエラーの発生状況から、訂正不可能な致命的なエラーの発生を予測することは、有意義である（非特許文献１参照）。

特開２０１２−１７８０１４号公報 特開２００３−００６１３９号公報 特開２００６−１６３５２０号公報 特開平０５−１４３３７７号公報

「ＤＲＡＭエラーは珍しくない・Ｇｏｏｇｌｅ社が大規模調査」，日経エレクトロニクス，日経ＢＰ社，２０１０年１月１１日，第１０２１号，ｐｐ．８１〜８８

しかしながら、従来技術では、ある制御装置で回復可能なエラーが発生した場合に、その制御装置について対策を実施することは可能であるが、エラーが制御装置に実装されたメモリ等の部品不良に起因する場合や制御装置が取り付けられた機械の機種等に依存する場合には、同一ロットの部品を使った制御装置等においても、同様に致命的なエラーが発生する可能性があり、これらへの対策は難しい。また、エラーが設計上の問題に起因する場合は、使用条件や磨耗具合やハードウェア構成が近い制御装置でも同様のエラーが発生する可能性がある。

そこで本発明の目的は、これらの問題点を解消するものであり、訂正可能なエラーが発生した制御装置から得られる情報から、将来エラーが発生する可能性のある制御装置を予測することである。

本願の請求項１に係る発明は、複数の制御装置がネットワークを介してサーバ装置と接続された、制御装置の故障予測システムであって、前記制御装置は、少なくとも一つのエラー訂正手段と、前記制御装置に発生した訂正可能なエラー内容と前記制御装置を特定する装置識別番号を含むエラー情報を前記サーバ装置に送信するエラー送信手段と、を備え、前記サーバ装置は、少なくとも前記制御装置が取り付けられた機械の機種名を含む製造情報を記憶する製造情報記憶手段と、前記制御装置から送信されてきたエラー情報を記録するエラー情報記憶手段と、前記製造情報記憶手段に記録された製造情報と、前記エラー情報記憶手段に記録された前記エラー情報とに基づいて統計処理を実行する統計処理手段と、前記統計処理の結果に基づいて、上記エラー情報と同様のエラーが発生していない制御装置で構成される制御装置群に属する制御装置の故障を予測する故障予測手段と、を有し、前記制御装置は、少なくとも振動レベルを含む環境情報を測定する環境情報測定手段を更に備え、前記エラー情報は、前記環境情報測定手段により測定した前記環境情報をさらに含み、前記サーバ装置は、前記エラーの発生していない制御装置群から前記環境情報を収集する環境情報収集手段を更に備え、前記故障予測手段は、前記統計処理の結果と、前記環境情報収集手段が前記エラーの発生していない制御装置群から収集した前記環境情報に基づいて、前記エラーの発生していない制御装置群に属する制御装置の故障を予測する、ことを特徴とする制御装置の故障予測システムである。

本願の請求項２に係る発明は、前記エラー情報には、エラーが発生した部品の設計情報がさらに含まれている、ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置の故障予測システムである。

本発明により、まだエラーは発生していないが、近い将来エラーが発生する可能性のある装置を予測することができ、エラーが発生する前に事前の対応が可能である。また、温度や振動などの環境情報を含めて統計処理することで温度依存性等が分かると共に、エラーが発生していない制御装置の環境情報も考慮することで、故障予測の精度を高めることが出来る。更に、部品の実装位置等を分析することにより、設計上の問題を発見できる可能性があり、これらの情報を設計にフィードバックすることで、設計品質を向上することが出来る。

本発明の一実施形態における制御装置の故障予測システムの概略構成図である。 本発明の第１の実施形態における制御装置の概略ブロック図である。 本発明の第１の実施形態におけるサーバ装置の概略ブロック図である。 本発明の第１の実施形態における制御装置の故障予測システム上で実行される処理の概略フローチャートである。 本発明の第１の実施形態における統計処理の例を示す図である。 本発明の第２の実施形態における制御装置の概略ブロック図である。 本発明の第２の実施形態における統計処理の例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態における故障予測システムの概略構成を示す図である。本実施形態の故障予測システムは、サーバ装置２と第一の制御装置群を成す複数の制御装置３を備えており、該サーバ装置２と複数の制御装置３とは、ネットワーク１を介して接続されている。

制御装置３は、図２に示すように、少なくとも１つのエラー訂正回路３１を備えており、制御装置３内で発生したエラーの訂正が可能である。一般的に制御装置のエラーには回復可能なエラーと致命的なエラーが存在する。回復可能なエラーはデータ訂正や再送などにより本来の処理を続行できるエラーであり、例としてはＤＲＡＭ等のメモリ素子やバスのＥＣＣ訂正可能エラー、ＰＣＩ ＥｘｐｒｅｓｓのＡＣＫタイムアウトやＣＲＣエラーなどがある。

これに対して、致命的なエラーは本来の処理を続行することができないエラーで、例としてはＤＲＡＭ等のメモリ素子やバスのＥＣＣ訂正不能エラーやパリティエラー、チェックサムエラー、ＣＲＣエラー、ＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓのトレーニング失敗などがある。

上述したエラー訂正回路として、ＤＲＡＭのＥＣＣ機能、ＬＳＩ同士を接続するＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓの再送機能、制御装置の周辺回路で使用されるパラレルバスまたはシリアルバスのＥＣＣ機能等のいずれか一つを含む構成の他、これらを複数含んだ構成とすることも出来る。

複数の回路に異なるエラー訂正機能がある場合には、それぞれの回路での訂正可能なエラーが発生する要因は異なるため、これらのエラー発生状況を加味することで、故障予測の精度を高めるという特徴がある。

サーバ装置２は、図３に示すように、複数の制御装置３の製造時の製造情報を記録した製造情報記憶手段２１と、複数の制御装置３から受信したエラー情報を記録したエラー情報記憶手段２２とを備えている。ここで、製造情報とは、製造年月日等の一般的な情報の他、制御装置で使用されているプロセッサやメモリ等の部品のメーカ名、ロット番号、プリント基板の種類と版数、制御装置３の出荷先顧客名、顧客の機械名等に関する情報である。また制御装置の識別番号も含まれ、制御装置を特定するために用いられる。識別番号は制御装置を特定するユニークな番号であり、制御装置のＭＡＣアドレスやハードディスクのシリアル番号を個体識別番号として利用することもできる。

本実施形態の故障予測システムの動作の流れを図４に基づいて説明する。
制御装置３は発生した回復可能なエラーに関連するエラー情報４を、制御装置３の個体識別番号と共にサーバ装置２に通知する（ステップＳＡ０１，ＳＡ０２）。エラー情報は、発生した訂正可能なエラーの回数等の情報の他、エラーを引き起こしたバストランザクションのアクセス元やターゲットアドレス、データ長、データの内容、バスコマンド、バイトイネーブル、開始時刻等の情報である。

エラー情報４を通知するタイミングとしては、訂正可能なエラーが発生した時や電源ＯＮ時、ある特定の期間ごと等が考えられる。また、訂正可能なエラーが発生した回数が予め設定した閾値を超えた場合に通知することでもよい。

サーバ装置２は、制御装置３からエラー情報４の通知を受けると、該通知を受けたエラー情報４をエラー情報記憶手段２２に記録すると共に、該エラー情報４に含まれる制御装置を特定するための情報（個体識別番号など）に基づいて製造情報記憶手段２１から製造情報を引き出す。
そして、エラー情報記憶手段２２に記録されているエラーが発生した複数の制御装置３（第一の制御装置群）から収集したエラー情報４と、製造情報記憶手段２１に記録されている製造情報とに基づいて統計処理を行う（ステップＳＡ０３〜ＳＡ０５）。

具体的な統計処理方法の例を、図５に基づいて説明する。
サーバ装置２は、訂正可能なエラーが発した装置に実装された部品や基板の製造ロット、制御装置が組み込まれた機械の機種、出荷先地域、制御装置のオプション構成、経過年数等の分布を解析する。解析結果に基づき、ある特定の製造ロットにおけるエラー発生率が高ければ（図５（ａ））、部品のロット依存と判断し、保存された製造情報から同じ製造ロットの部品が実装された制御装置を特定する。一方で、ある特定の機械での発生率が高い場合には（図５（ｂ））、機械依存と判断し、製造情報から同一機種に組み込まれた装置を特定する。

この様にして得られた統計処理の結果から、いまだに同様のエラーが発生していない複数の制御装置から成る第二の制御装置群６のうち、上記統計処理により特定された同じ製造ロットの部品が実装された制御装置や、同一機種に組み込まれた制御装置について、近い将来に同様のエラーが発生する可能性があると予測することができ、エラーが発生する前に事前の対応が可能となる。第二の制御装置群６には、一度はエラーが発生したが、部品などの交換により復旧した装置も含まれる。

なお、統計処理の内容は上記に限られるものではなく、エラーが発生した制御装置の製造情報と、エラーが通知されていない制御装置の製造情報に基づいて、該製造情報に含まれる各項目とエラーとの間の相関関係を求めるようにしてもよく、エラーの傾向などが分析できるのであれば、どのような手法を採用してもよい。無論、共分散構造分析・重回帰分析・主成分分析・独立成分分析・因子分析・判別分析・数量化理論・クラスタリング・コンジョイント分析・多次元尺度構成法などの多変量解析を用いることも可能である。

また、統計処理として、ニューラルネットワーク等による機械学習の手法を用いてもよい。機械学習により、ある温度範囲においてプロセッサの製造ロットとＤＲＡＭの製造ロットとプリント基板の版数に依存してエラーが発生する、といった複雑なエラー発生条件の抽出も可能となる。

＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、制御装置３から受信したエラー情報４に基づいて特定のロットや特定の機械に依存するエラーを解析する。本実施形態では、故障予測システムに制御装置の設置環境、動作環境などに依存するエラーを解析する構成を設けた例を示す。

本実施形態の制御装置３は、図６に示すように、周囲温度、部品温度、湿度、振動レベル、電源電圧、消費電流、連続稼働時間、累積稼働時間、累積起動回数、ＩＰアドレス等の環境情報を測定する環境情報測定手段３２を備えている。環境情報の測定には、温度センサや振動センサ、湿度計、電圧計等を用いることができる。また、サーバが受信するエラー情報４にグローバルＩＰアドレスが含まれている場合には、該エラー情報を送信した制御装置３が設置されている地域を特定することが出来るため、その地域特有の情報（電源事情等）を加味することで、不具合要因を推定する精度を高めることが出来る。

制御装置３は、測定した環境情報をエラー情報４に含めてサーバ装置に通知する。
サーバ装置２はエラーが発生した装置（第一の制御装置群）から送られてきた環境情報を含むエラー情報４について、統計処理を行う。また、サーバ装置はエラーが発生していない制御装置（第二の制御装置群）からも環境情報を取得する。環境情報を含めて統計処理することにより、温度や振動などの環境依存性を加味して解析することができ（図７（ａ）右、図７（ｂ）右）、将来故障の発生する可能性のある装置を予測する精度を高めることが出来る。

＜第３の実施形態＞
第１の実施形態では、制御装置３から受信したエラー情報４に基づいて特定のロットや特定の機械に依存するエラーを解析していた。本実施形態では、更に制御装置内における制御基板上の部品の実装位置、ハードウェア構成、ソフトウェアのオプション構成などの設計情報に依存するエラーを解析する構成を故障予測システムに設けた例を示す。

本実施形態の制御装置３は、サーバ装置２に通知するエラー情報４に、訂正可能なエラーが発生した部品の設計情報を含めて通知する構成とする。設計情報は、部品の制御基板上の実装位置や、ＤＲＡＭ等のメモリ素子であれば、訂正可能なエラーが発生したバイトレーン、ビット、等の情報である。

実装位置を特定することにより、制御基板上の実装位置に起因する設計上の問題やＤＲＡＭの訂正可能なエラーが発生したバイトレーンやビットの情報から、信号線の配線に起因する設計上の問題も発見できる可能性がある。

また、サーバ装置に保存する製造情報として、制御装置のハードウェアの構成やソフトウェアのオプション構成を含めることもでき、この場合にも設計に起因する問題を発見できる可能性がある。これらを設計にフィードバックすることで、設計品質を改善していくことが出来る。

１ ネットワーク
２ サーバ装置
３ 制御装置
４ エラー情報
５ 第一の制御装置群
６ 第二の制御装置群
２１ 製造情報記憶手段
２２ エラー情報記憶手段
３１ エラー訂正回路
３２ 環境情報測定手段

Claims (2)

1. 複数の制御装置がネットワークを介してサーバ装置と接続された、制御装置の故障予測システムであって、
   前記制御装置は、
   少なくとも一つのエラー訂正手段と、
   前記制御装置に発生した訂正可能なエラー内容と前記制御装置を特定する装置識別番号を含むエラー情報を前記サーバ装置に送信するエラー送信手段と、を備え、
   前記サーバ装置は、
   少なくとも前記制御装置が取り付けられた機械の機種名を含む製造情報を記憶する製造情報記憶手段と、
   前記制御装置から送信されてきたエラー情報を記録するエラー情報記憶手段と、
   前記製造情報記憶手段に記録された製造情報と、前記エラー情報記憶手段に記録された前記エラー情報とに基づいて統計処理を実行する統計処理手段と、
   前記統計処理の結果に基づいて、上記エラー情報と同様のエラーが発生していない制御装置で構成される制御装置群に属する制御装置の故障を予測する故障予測手段と、
   を有し、
   前記制御装置は、少なくとも振動レベルを含む環境情報を測定する環境情報測定手段を更に備え、
   前記エラー情報は、前記環境情報測定手段により測定した前記環境情報をさらに含み、
   前記サーバ装置は、前記エラーの発生していない制御装置群から前記環境情報を収集する環境情報収集手段を更に備え、
   前記故障予測手段は、前記統計処理の結果と、前記環境情報収集手段が前記エラーの発生していない制御装置群から収集した前記環境情報に基づいて、前記エラーの発生していない制御装置群に属する制御装置の故障を予測する、
   ことを特徴とする制御装置の故障予測システム。
2. 前記エラー情報には、エラーが発生した部品の設計情報がさらに含まれている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置の故障予測システム。