JP6642717B2 - 異常検出プログラム、異常検出装置、及び異常検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、異常検出プログラム、異常検出装置、及び異常検出方法に関する。

モータなどの回転する回転部品を備えている、例えば、半導体製造装置、真空ポンプ、遠心機などの異常の発生を監視する対象である監視対象機器の振動をセンサで計測し、計測した振動データから監視対象機器の異常を検出するための技術が開発されている。また、例えば、半導体製造装置等などの監視対象機器では、作動中に作動条件が変更され、複数の工程が実行されることがあり、そのような、作動中に作動条件が変更され複数の工程が実行される監視対象機器において異常を検出するための技術も開発されている。

特開２０１３−８８４３１号公報 特開平７−２１８３３３号公報

しかしながら、監視対象機器の異常に起因する振動データの変動を、監視対象機器の作動条件の変更に伴う振動データの変動と誤検出してしまうことがある。１つの側面では、本発明は、監視対象機器の異常の検出精度を向上させることを目的とする。

本発明の一つの態様の異常検出プログラムは、記憶部を参照し、所定の順序と、各工程に対する複数の判定基準とに基づいて、センサで計測された振動データから監視対象機器の異常の発生を検出する処理をコンピュータに実行させる。監視対象機器は、回転する回転部品を用いて所定の順序で複数の工程を実行する。記憶部は、監視対象機器の振動をセンサで計測した振動データの周波数スペクトルから特定された、複数の工程の各工程における回転部品の回転周波数と回転周波数の高調波の周波数とに基づく各工程に対する複数の判定基準を記憶している。

監視対象機器の異常の検出精度を向上させる。

例示的な異常検出システムを示す図である。 振動データからの特徴量の抽出を例示する図である。 複数の工程を実行した場合の特徴量の変動を例示する図である。 特徴量を用いた工程の切り替えと異常との検出を例示する図である。 正常な振動の波形と異常時の振動の波形とを例示する図である。 正常な振動の波形と異常時の振動の波形とから変換された周波数スペクトルを例示する図である。 インバータによる高調波の合成によるひずみ波の生成を例示する図である。 高調波の合成に起因する高調波のピークを例示する図である。 実施形態に係る異常検出装置の機能ブロック構成を例示する図である。 実施形態に係る回転周波数と回転周波数の高調波のピークの探索について例示する図である。 実施形態に係る学習処理の動作フローを例示する図である。 実施形態に係る判定基準情報生成処理の動作フローを例示する図である。 実施形態に係る判定基準情報を例示する図である。 特徴量情報を例示する図である。 実施形態に係る異常検出処理の動作フローを例示する図である。 実施形態に係る判定基準情報の別の例を示す図である。 実施形態に係る異常検出装置を実現するためのコンピュータのハードウェア構成を例示する図である。

以下、図面を参照しながら、本発明のいくつかの実施形態について詳細に説明する。なお、複数の図面において対応する要素には同一の符号を付す。

図１は、例示的な異常検出システム１００を示す図である。異常検出システム１００は、例えば、監視対象機器１０１と、中継装置１０２と、異常検出装置１０３と、管理装置１０４と、作業者の端末１０５とを含む。監視対象機器１０１は、例えば、モータなどの回転部品を含む機器であってよく、半導体製造装置、真空ポンプ、遠心機などであってよい。監視対象機器１０１には、例えば、加速度センサ、及び変位センサなどの監視対象機器１０１の振動を検出するセンサ１１０が備えられていてよい。そして、センサ１１０は、検出した振動に関する振動データを、例えば、無線通信によりゲートウェイなどの中継装置１０２を介して異常検出装置１０３に通知する。なお、センサ１１０は、例えば、監視対象機器１０１の回転部品の回転に起因する振動に関するデータを計測してよい。即ち、監視対象機器１０１を稼働させた状態において、センサ１１０では、例えば、回転部品の回転速度（例えば、ｒｐｍ：revolution per minute）と対応する振動成分を含む振動データが計測されてよい。回転部品の回転に起因する振動成分は、例えば、回転部品の回転周波数の周期で振動する回転周波数の成分と、その高調波の成分とを含んでよい。

異常検出装置１０３は、例えば、通知された振動データに基づいて、監視対象機器１０１の異常を検出し、管理装置１０４に異常を通知する。管理装置１０４では、例えば、管理者などが異常の通知に応じて、状況の可視化、監視対象機器１０１の整備が推奨される時期の予測、故障個所の解析などを行う。そして、状況に応じて、作業者の保持する端末１０５や監視対象機器１０１に指示を出す。指示としては、例えば、部品の交換作業、部品の事前発注、及び監視対象機器１０１の緊急停止などであってよい。作業者は、端末１０５に通知されてきた指示に従って、部品の交換や発注などの作業を行ってよい。また、監視対象機器１０１は、例えば、緊急停止指示を受けると、緊急停止してよい。

また、監視対象機器１０１の異常の検出に用いられる振動データはデータ量が多いため、振動データからの異常の検出は、例えば、振動データをフーリエ変換して得られた周波数スペクトルから特徴量を抽出し、抽出した特徴量を用いて実行されることがある。図２は、振動データからの特徴量の抽出を例示する図である。図２に示す様に、例えば、振動データ（図２（ａ））を時間領域からフーリエ変換により周波数領域に変換することで周波数スペクトル（図２（ｂ））が得られる。そして、例えば、周波数スペクトルの所定の周波数範囲の強度を積算するなどして周波数スペクトルから特徴量を得ることができる。例えば、図２（ｃ）には、センサ１１０で検出された所定期間の振動データから得られた周波数スペクトルの１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚまでの強度総和と、全周波数帯域の強度総和とを特徴量として抽出した例が示されている。

なお、特徴量の抽出に用いる周波数範囲は、任意の範囲に設定されてよく、例えば、国際標準化機構（ＩＳＯ：International Organization for Standardization）で規定されている周波数範囲が特徴量として用いられてよい。そして、例えば、監視対象機器１０１が正常に動作している際に特徴量を取得して学習し、学習した特徴量に応じて閾値を設定する。それにより、監視対象機器１０１の稼働中に閾値を超えて特徴量が変動した場合に異常と判定することが可能である。

また、例えば、半導体製造装置等などの監視対象機器１０１では、作動中に作動条件を変更して複数の工程が実行されることがある。図３は、複数の工程を実行した場合の特徴量の変動を例示する図である。図３において、矢印３０１は、工程の切り替えのタイミングを示しており、図３に示す様に、工程の切り替えとともに特徴量が変動している。

なお、監視対象機器１０１によるこの様な複数の工程の実行では、生産計画などにより各工程の条件が変動する場合があり、例えば、各工程を実行する時間は様々である。そのため、予め時間によって工程の切り替えタイミングを設定しておくことが難しい状況がある。しかしながら、監視対象機器１０１によるこの様な複数の工程の実行では、工程を実施する時間は様々であったとしても、実施される工程の順序は固定されている場合が多い。そのため、例えば、工程の順番と、各工程での特徴量を保持しておくことで、特徴量の変動から、工程の切り替えや、監視対象機器１０１の異常を検出することが可能である。

図４は、特徴量を用いた工程の切り替えと異常との検出を例示する図である。例えば、正常に監視対象機器１０１が動作している状態でセンサ１１０から振動データを取得し、振動データの周波数スペクトルから、工程の切り替え時の所定の周波数領域における特徴量を学習する。なお、複数の周波数範囲を設定し、複数の特徴量が取得されてもよい。そして、学習により得られた特徴量に基づいて閾値を設定する。例えば、図４（ａ）では、特徴量１と特徴量２の２つの特徴量が示されており、また、特徴量１及び特徴量２のそれぞれに対して閾値１と閾値２が設定されている。そして、図４（ａ）に示す様に、例えば、工程の切り替え前の特徴量の正常な値を示していた振動データが、その工程の正常な値から外れたとする。この場合にも、外れた先の特徴量が、閾値を超えて次の工程の特徴量の正常な値に変動していれば、振動データの変動は工程の切り替えに起因するものだと判定することができる。一方、例えば、図４（ｂ）では、特徴量２は、次の工程の特徴量の正常な値を示しているが、特徴量１は閾値１を下回っており、次の工程の特徴量の正常な値から大きく外れている。そのため、図４（ｂ）は、異常と判定することができる。この様に、振動データから抽出した特徴量を用いて、工程の切り替えや、監視対象機器１０１の異常を検出することができる。

しかしながら、例えば、異常の発生による特徴量の変化が、次の工程の特徴量の正常な値と類似した値になってしまうなど、工程の切り替えに起因する特徴量の変動か、異常の発生に起因する特徴量の変動かの識別が難しいことがある。図５は、正常な振動の波形と異常時の振動の波形とを例示する図である。図５（ａ）は、例えば、正常な振動の波形を示している。また、図５（ｂ）は、例えば、堆積物などが監視対象機器１０１に落下したりして外部から衝撃が加わった場合の異常時の波形を示している。外部から突然衝撃が加わった場合、例えば、図５（ｂ）に示す様に、短期間の大振動が突然現れる。

また、図６は、図５の正常な振動の波形と異常時の振動の波形とを周波数スペクトルに変換したものである。図６（ａ）は、例えば、正常時の周波数スペクトルを示している。また、図６（ｂ）は、図５（ｂ）と対応する衝撃が加わった場合の異常時の周波数スペクトルを示している。そして、外部から衝撃が加わった場合、例えば、周波数スペクトルにおいて図６（ｂ）に示す様に、メインピークは図６（ａ）の正常時と一致しているが、異常なピークがメインピークとは異なるピークとして現れている。そして、例えば、この様な異常なピークが発生している状況で任意の所定の周波数範囲の信号強度を特徴量として用いた場合、その領域に異常なピークが入ってしまった結果、特徴量が次の工程の特徴量と類似する値に変動してしまうことがある。そして、例えば、この様な場合、任意の所定の周波数範囲から得られた特徴量に基づいて異常の検出を行うと、異常が発生しているにもかかわらず、次の工程への切り替えによる変動で正常であると誤判定してしまう恐れがある。そのため、例えば、この様な場合にも、高い精度で監視対象機器１０１の異常を検出することのできる技術が望まれている。

また更に、例えば、監視対象機器１０１に備えられたモータなどの回転部品の回転数を、インバータなどを用いて制御することがある。この場合、例えば、図７に示す様に、基本波形に、インバータを用いて高調波（図７では５次の高調波）の波形を合成してひずみ波を生成することで回転数が制御される。このように高調波を合成した場合、図８に示すように、合成した高調波の波形が周波数スペクトルにおいて巨大なピークとしてでてしまう。そして、例えば、インバータに起因する高調波のピークを含む領域で特徴量の変化をモニタした場合、インバータに起因する高調波のピークが大きくでてしまう。その結果、インバータに起因する高調波のピークに比して、異常に起因する特徴量の変動が相対的に小さくなってしまい、異常が検知できなくなることがある。そのため、インバータなどを用いて波形を加工した場合にも、異常を高い精度で検出することのできる技術が望まれている。

そこで、以下の実施形態では、回転部品を用いて所定の順序で複数の工程を実行する監視対象機器１０１を正常に動作させた状態で、監視対象機器１０１の振動をセンサで計測した振動データから各工程ごとの回転周波数とその高調波のピーク位置とを特定する。そして、特定した回転周波数と、その高調波のピーク位置に基づいて、各工程ごとに複数の判定基準を生成する。複数の判定基準は、例えば、各工程での回転周波数とその高調波の周波数とのそれぞれの周りに設定された各工程と対応する複数の周波数領域であってよい。例えば、センサから通知された振動データの周波数スペクトルが、或る工程と対応する複数の判定基準として設定された複数の周波数領域にピークを含む場合、その工程を実行中であると判定できる。また、例えば、その後に、センサから通知された振動データの周波数スペクトルが、或る工程と対応する複数の判定基準として設定された複数の周波数領域の少なくとも１つの周波数領域でピークを含まなくなったとする。この場合、センサからの振動データに基づく周波数スペクトルが、所定の順序における次の工程と対応する複数の判定基準として設定された複数の周波数領域にピークを含めば、監視対象機器１０１が工程を切り替えたと判定することができる。一方、例えば、センサからの振動データに基づく周波数スペクトルが、所定の順序における次の工程と対応する複数の判定基準として設定された複数の周波数領域の少なくとも１つの周波数領域でピークを含まない場合、異常と判定することができる。従って、例えば、上述した変化点の前と後で同じ任意の所定の周波数領域から得られた特徴量を用いて異常を検出する場合と異なり、工程に応じた回転周波数とその高調波ピーク位置に基づいて異常を判定するため、高い精度で異常を検出することが可能になる。

また、以下で述べる実施形態では、更に、センサで計測した振動データの周波数スペクトルにおいて、工程に応じた回転周波数とその高調波のピークのそれぞれとに対応する複数の周波数領域にピークが存在していたとする。その場合にも、複数の周波数領域に存在するピークのピーク強度が、監視対象機器１０１が正常に動作している状態で取得されたピーク強度とおおよそ同じ大きさであるか否かを判定する。そのため、例えば、回転周波数やその高調波のピークに重なって異常のピークが発生したとしても、正常時と異なるピーク強度の値から、異常を検出することができる。従って、実施形態によれば高い精度で異常を検出することが可能になる。以下、実施形態をより詳細に説明する。

図９は、実施形態に係る異常検出装置１０３の機能ブロック構成を例示する図である。異常検出装置１０３は、例えば、制御部９０１及び記憶部９０２を含んでいる。制御部９０１は、異常検出装置１０３の各部を制御する。また、異常検出装置１０３の記憶部９０２は、例えば、後述する判定基準情報１３００、及び特徴量情報１４００などの情報を記憶していてよい。更なる制御部９０１の詳細及び記憶部９０２に格納されている情報の詳細については後述する。

図１０は、実施形態に係る回転周波数と、その回転周波数の高調波のピークの探索について例示する図である。以下、制御部９０１が実行する各工程での回転周波数と、その回転周波数の高調波のピークの探索の手順を例示する。

（手順１）制御部９０１は、例えば、センサ１１０で計測された振動データの各工程における周波数スペクトルから、各工程の回転周波数のピークを探索し、特定する（例えば、図１０（ａ）において工程１のf_rAや工程２のf_rBを特定する）。例えば、制御部９０１は、低周波側からピークサーチを行い、所定の閾値以上のピークを検出することで回転周波数のピークを特定してよい。

（手順２）制御部９０１は、例えば、検出した工程に応じた回転周波数を基に、高調波のピークの初期探索位置を決定する。例えば、制御部９０１は、回転周波数を整数倍することで、高調波のピーク位置を推定し、高調波を探索するための初期探索位置として用いてよい（図１０（ａ）の破線矢印）。

（手順３）制御部９０１は、例えば、初期探索位置から周波数範囲を広げて強度総和の取得を行い、変化する強度総和の傾きが極大値となる位置を高調波のピーク位置として特定する。なお、探索の幅を広げる周波数範囲は、例えば、以下のように設定できる。例えば、制御部９０１は、周波数スペクトルの分解能に応じて、各高調波のピークと対応する探索範囲を設定してよい。例えば、上記（１）で特定した回転周波数が１００Ｈｚであり、また、周波数スペクトルの分解能が１Ｈｚである場合、実際には、回転周波数：１００Ｈｚは、９９．５Ｈｚ〜１００．４Ｈｚなどの範囲で分解能に応じた誤差を含む。そして、例えば、２次の高調波の場合には、この周波数の誤差は１９９Ｈｚ〜〜２００．８Ｈｚで狭い周波数範囲の誤差に収まるが、５０次の高調波の場合、４９７５Ｈｚ〜５０２０Ｈｚで、広い幅の周波数範囲となる。そこで、制御部９０１は、例えば、周波数スペクトルの分解能に応じた誤差範囲に、高調波の次数を掛けて得られた周波数範囲を探索範囲の上限として設定し、探索範囲を初期探索位置から探索範囲の上限まで広げながら探索を行ってよい（図１０（ｂ））。探索範囲の上限は、例えば、上記の例では、２次の高調波の場合は、１９９Ｈｚ〜〜２００．８Ｈｚの幅、及び５０次の高調波の場合は４９７５Ｈｚ〜５０２０Ｈｚで、４５Ｈｚの幅というように、設定されてよい。

以上のようにして、制御部９０１は、回転周波数と、その回転周波数の高調波のピークを特定してよい。そして、制御部９０１は、特定された回転周波数のピークと、その高調波のピークとを監視対象機器１０１が正常に動作している状態として学習する。

図１１は、実施形態に係る学習処理の動作フローを例示する図である。例えば、制御部９０１は、ユーザから学習処理の実行指示が入力されると、図１１の動作フローを開始してよい。なお、図１１の例では、動作フローの開始時点で既に監視対象機器１０１を正常に動作させた状態で複数の工程の全ての実行時の振動データがセンサ１１０から取得されているものとする。また、工程の切り替えタイミングである変化点も振動データから特定されているものとする。変化点は、例えば、振動データの周波数スペクトルの所定の周波数範囲の強度和を特徴量として用い、特徴量の変化を監視することで特定されていてよい。

ステップ１１０１（以降、ステップを“Ｓ”と記載し、例えば、Ｓ１１０１と表記する）において制御部９０１は、各変化点において、変化点の前の振動データと、変化点の後の振動データとのそれぞれをフーリエ変換して周波数スペクトルを得る。

Ｓ１１０２において制御部９０１は、各変化点について、変化点の前と後のそれぞれの周波数スペクトルを、低周波数側からサーチして所定の閾値よりも大きい値を有するピークを監視対象機器１０１に備えられた回転部品の回転周波数として特定する。

Ｓ１１０３において制御部９０１は、各変化点について、変化点の前と後の周波数スペクトルで特定した回転周波数に基づき、回転周波数の高調波のピークを探索するための初期探索位置と、ピーク位置を探索する探索範囲の上限を示す誤差範囲とを特定する。例えば、制御部９０１は、回転周波数を整数倍することで高調波のピーク位置を推定し、高調波を探索するための初期探索位置として用いてよい。また、制御部９０１は、周波数スペクトルの分解能に基づく誤差範囲に、高調波の次数を掛けて得られた周波数範囲を探索範囲の上限を示す誤差範囲として用いてよい。

例えば、Ｓ１１０２で特定された回転周波数が１００Ｈｚであり、また、周波数スペクトルの分解能が１Ｈｚである場合、実際には、回転周波数：１００Ｈｚには、９９．５Ｈｚ〜１００．４Ｈｚなど分解能に応じた範囲で誤差が含まれている可能性がある。そして、例えば、高調波が２次の高調波である場合には、制御部９０１は、この誤差範囲を２倍して１９９Ｈｚ〜〜２００．８Ｈｚの範囲を２次の高調波のピークを探索する上限の誤差範囲として設定してよい。また、例えば、５０次の高調波の場合、９９．５Ｈｚ〜１００．４Ｈｚなど分解能に応じた誤差範囲を５０倍して４９７５Ｈｚ〜５０２０Ｈｚを５０次の高調波のピークを探索する上限の誤差範囲として設定してよい。

Ｓ１１０４において制御部９０１は、各変化点の変化点の前と後の周波数スペクトルにおいて、各高調波に対して設定された初期探索位置を含む、初期探索位置の周りの所定の周波数領域を探索範囲として高調波のピークの位置の探索を開始する。

Ｓ１１０５において制御部９０１は、探索範囲を所定周波数だけ拡張する。なお、図１１の動作フローを開始してからＳ１１０５の処理を最初に実行する場合、Ｓ１１０５における周波数範囲の拡張は実行されなくてもよい。また、探索範囲の拡張は、例えば、Ｓ１１０４で設定した誤差範囲まで徐々に拡張されてよい。

Ｓ１１０６において制御部９０１は、拡張後の探索範囲内でのピークの強度総和（積分値）を求め、探索範囲の拡張に応じた強度総和の傾きが極大値を含むか否かを判定する。Ｓ１１０６において極大値を含まない場合（Ｓ１１０６がＮＯ）、フローはＳ１１０５に戻り、探索範囲を拡張して処理を繰り返す。一方、Ｓ１１０６において極大値を含む場合（Ｓ１１０６がＹＥＳ）、フローはＳ１１０７に進む。

Ｓ１１０７において制御部９０１は、各変化点について、変化点の前と後のそれぞれにおいてＳ１１０６で特定された各高調波に対する極大値の位置を、その高調波のピーク位置として特定し、また、その高調波のピークの強度を取得する。

Ｓ１１０８において制御部９０１は、例えば、Ｓ１１０２で特定した変化点の前と後の回転周波数、及びＳ１１０７で特定した各高調波のピークの変化点の前と後のピーク位置と、その強度とを含むピーク情報を記憶部９０２に記録し、本動作フローは終了する。

続いて、図１２は、実施形態に係る判定基準情報１３００の生成処理の動作フローを例示する図である。例えば、制御部９０１は、ユーザから判定基準情報１３００の生成処理の実行指示が入力されると、図１２の動作フローを開始してよい。

Ｓ１２０１において制御部９０１は、所定の順序で実行される複数の工程に対して図１１の動作フローを複数回実行して記憶部９０２に記録された過去の複数のピーク情報を読み出す。Ｓ１２０２において制御部９０１は、読み出したピーク情報のそれぞれに含まれる各変化点前後の回転周波数と高調波のピーク位置と強度とから、各変化点前後の回転周波数と高調波のピーク位置及び強度の代表値と、代表値の誤差範囲とを算出する。例えば、制御部９０１は、変化点の前後の回転周波数と高調波のピーク位置及び強度とを、各ピーク情報から取得し、ピーク位置とピーク強度のそれぞれについて平均値を算出して代表値として用いてよい。また、その標準偏差を代表値の誤差範囲として用いてよい。なお、代表値は、平均値に限定されるものではなく、例えば、最大値、最小値、中央値、及び最頻値などのその他の統計値であってもよい。また、誤差範囲も、標準偏差に限定されるものではなく、例えば、ピーク位置とピーク強度のそれぞれについて、各ピーク情報から得られた工程に対する最大値から最小値までの範囲を誤差範囲として設定してもよい。

Ｓ１２０３において制御部９０１は、Ｓ１２０２で算出した変化点の前後の回転周波数と高調波のピーク位置及び強度に対する代表値と誤差範囲とから、各変化点毎に判定基準情報１３００を生成して記憶部９０２に記憶し、本動作フローは終了する。

図１３は、実施形態に係る判定基準情報１３００を例示する図である。図１３の判定基準情報１３００は、例えば、所定の順序における１つ目の変化点である変化点１に対する判定基準情報１３００である。判定基準情報１３００には、回転周波数又は各高調波毎にエントリが登録されている。エントリは、判定基準情報１３００に対応付けられている変化点の前と、変化点の後の回転周波数又は高調波のピーク位置と、ピーク強度とを含む。また、判定基準情報１３００は、ピーク位置とピーク強度に対する誤差範囲の情報も含む。

例えば、以上のようにして、制御部９０１は、所定の順序で実行される各工程の回転周波数と、その高調波のピークの位置と、強度とを取得することができ、また、ピークの位置と、強度に対する誤差範囲も取得することができる。

続いて、実施形態に係る監視対象機器１０１の異常検出処理について説明する。
図１４は、特徴量情報１４００を例示する図である。特徴量情報１４００は、監視対象機器１０１が実行する複数の工程のそれぞれの工程に対応する特徴量を含むエントリが登録されている。なお、エントリには、１つ以上の特徴量が含まれていてよい。例えば、図２（ｃ）で例示したように、センサ１１０で検出された振動データから得られた周波数スペクトルにおける、所定の周波数領域の強度総和が特徴量として用いられてよい。特徴量として用いる周波数範囲は、任意の範囲に設定されてよく、例えば、国際標準化機構で規定されている周波数範囲が特徴量として用いられてよい。或いは、別の実施形態では、判定基準情報１３００で特定されている工程と対応する回転周波数の誤差範囲とその高調波の周波数の誤差範囲とを含まない所定の領域に、特徴量として用いる周波数範囲が設定されてもよい。例えば、このように特徴量の周波数範囲を設定した場合、インバータなどで合成された高調波に基づくピークが、特徴量に含まれないため、異常に基づくピークがインバータなどを使用して合成された高調波に基づくピークに埋もれてしまうことを抑制できる。

図１５は、実施形態に係る異常検出処理の動作フローを例示する図である。異常検出装置１０３の制御部９０１は、例えば、監視対象機器１０１の異常の検出の開始指示が入力されると、図１５の異常検出処理を開始してよい。

Ｓ１５０１において制御部９０１は、現工程の位置を確認する。例えば、異常検出装置１０３の記憶部９０２には監視対象機器１０１が実行する複数の工程の実行順序を示す工程順序情報が記憶されていてよい。また、記憶部９０２には、実行中の工程を示す工程情報が記憶されていてよく、制御部９０１は、監視対象機器１０１が実行する工程が次の工程に移行したのを検出する度に、工程情報を移行先の工程を示す情報に更新してよい。そして、Ｓ１５０１では制御部９０１は、記憶部９０２に記憶されている工程情報を参照することで現工程の位置を確認してよい。なお、図１５の動作フローにおいて、Ｓ１５０１の処理を初めて実行する場合には、工程情報に工程を示す情報が記録されていなくてよく、この場合、制御部９０１は、現工程を最初の工程と判定してよく、工程情報に最初の工程を示す情報を記録してよい。

Ｓ１５０２において制御部９０１は、現工程と、次の工程との変化点に対応する判定基準情報１３００から、変化点の前の現工程と後の次工程での回転周波数、及びその高調波のピーク位置を誤差範囲とともに取得し、また、ピーク強度を誤差範囲とともに取得する。

Ｓ１５０３において制御部９０１は、監視対象機器１０１に備えられているセンサ１１０から最新の振動データを取得する。Ｓ１５０４において制御部９０１は、取得した振動データの周波数スペクトルが、判定基準情報１３００から取得した現工程に対する回転周波数又はその高調波と対応する複数のピーク位置の誤差範囲内であるか否かを判定する。即ち、誤差範囲が標準偏差である場合には、制御部９０１は、振動データの周波数スペクトルが、現工程に対する回転周波数又はその高調波に対する複数のピーク位置から標準偏差の範囲にピークを含むか否かを判定する。取得した振動データの周波数スペクトルが、判定基準情報１３００から取得した現工程に対する回転周波数又はその高調波に対応する複数のピーク位置の少なくとも１つの誤差範囲においてピークを含まない場合（Ｓ１５０４がＮＯ）、フローはＳ１５０５に進む。なお、この場合、周波数スペクトルは、工程情報に示される現工程に対する周波数スペクトルとしては異常であることを示している。

Ｓ１５０５において制御部９０１は、取得した振動データの周波数スペクトルが、判定基準情報１３００から取得した次の工程に対する回転周波数又はその高調波と対応する複数のピーク位置の誤差範囲内であるか否かを判定する。即ち、誤差範囲が標準偏差である場合には、制御部９０１は、振動データの周波数スペクトルが、次の工程に対する回転周波数又はその高調波に対する複数のピーク位置から標準偏差の範囲にピークを含むか否かを判定する。取得した振動データの周波数スペクトルが、判定基準情報１３００から取得した次の工程に対する複数のピーク位置の少なくとも１つの誤差範囲においてピークを含まない場合（Ｓ１５０５がＮＯ）、フローはＳ１５０６に進む。Ｓ１５０６において制御部９０１は、異常を示す情報を出力し、動作フローはＳ１５０１に戻る。

また、Ｓ１５０４において振動データの周波数スペクトルが、判定基準情報１３００から取得した現在の工程の回転周波数又はその高調波に対する複数のピーク位置の誤差範囲内にピークを含む場合（Ｓ１５０４がＹＥＳ）、フローはＳ１５０７に進む。Ｓ１５０７において制御部９０１は、現工程に対する複数のピーク位置の誤差範囲内に含まれていた周波数スペクトルのピークの強度が、判定基準情報１３００の現工程の回転周波数又はその高調波に対する強度の誤差範囲内であるか否かを判定する。周波数スペクトルのピーク強度が、判定基準情報１３００の現工程の回転周波数又はその高調波に対する強度の誤差範囲内でない場合（Ｓ１５０７がＮＯ）、現工程の回転周波数又はその高調波と対応するピークに、異常に基づくピークが重なっていると考えられる。そのため、フローはＳ１５０６に進み、制御部９０１は、異常示す情報を出力する。一方、周波数スペクトルのピークの強度が、現工程の回転周波数又はその高調波に対する強度の誤差範囲内である場合（Ｓ１５０７がＹＥＳ）、フローはＳ１５０８に進む。

Ｓ１５０８において制御部９０１は、特徴量情報１４００から取得した現工程に応じた特徴量と、振動データの周波数スペクトルの同じ周波数範囲から得られた特長量とを比較し、特徴量が所定の誤差範囲を超えて変動しているか否かを判定する。なお、判定に用いる特徴量を取得する周波数領域を、例えば、現工程の回転周波数と、その高調波のピークを含まない領域に設定し、特徴量情報１４００に登録しておくことで、インバータなどにより合成された高調波の影響を受けずに異常検出が可能である。そして、特徴量が所定の誤差範囲を超えて変動している場合（Ｓ１５０８がＹＥＳ）、現工程の回転周波数又はその高調波に対するピーク位置以外の領域で異常に基づくピークが発生していると考えられる。そのため、フローはＳ１５０６に進み、制御部９０１は、異常示す情報を出力する。一方、特徴量が所定の誤差範囲を超えて変動していない場合（Ｓ１５０８がＮＯ）、フローはＳ１５０９に進み、正常に現工程を継続中と判定し、フローはＳ１５０１に戻る。

また、Ｓ１５０５において振動データの周波数スペクトルが、判定基準情報１３００から取得した次の工程の回転周波数又はその高調波に対する複数のピーク位置の誤差範囲内にピークを含む場合（Ｓ１５０５がＹＥＳ）、フローはＳ１５１０に進む。Ｓ１５１０において制御部９０１は、次の工程に対する複数のピーク位置の誤差範囲内に含まれていた周波数スペクトルのピークの強度が、判定基準情報１３００の次の工程の回転周波数又はその高調波に対する強度の誤差範囲内であるか否かを判定する。周波数スペクトルのピークの強度が、次の工程の回転周波数又はその高調波に対する強度の誤差範囲内でない場合（Ｓ１５１０がＮＯ）、次の工程の回転周波数又はその高調波と対応するピークに、異常に基づくピークが重なって発生していると考えられる。そのため、フローはＳ１５０６に進み、制御部９０１は、異常示す情報を出力する。一方、周波数スペクトルのピークの強度が、次の工程の回転周波数又はその高調波に対する強度の誤差範囲内である場合（Ｓ１５１０がＹＥＳ）、フローはＳ１５１１に進む。

Ｓ１５１１において制御部９０１は、特徴量情報１４００から取得した次の工程に応じた特徴量と、振動データの周波数スペクトルの同じ周波数範囲から得られた特長量とを比較し、特徴量が所定の誤差範囲を超えて変動しているか否かを判定する。なお、判定に用いる特徴量を取得する周波数領域を、例えば、次工程の回転周波数と、その高調波のピークを含まない領域に設定し、特徴量情報１４００に登録しておくことで、インバータなどにより合成された高調波の影響を受けずに異常検出が可能である。特徴量が所定の誤差範囲を超えて変動している場合（Ｓ１５１１がＹＥＳ）、次の工程の回転周波数又はその高調波に対するピーク位置以外の領域で異常に基づくピークが発生していると考えられる。そのため、フローはＳ１５０６に進み、制御部９０１は、異常示す情報を出力する。一方、特徴量が所定の誤差範囲を超えて変動していない場合（Ｓ１５１１がＮＯ）、フローはＳ１５１２に進む。Ｓ１５１２において制御部９０１は、監視対象機器１０１は正常に動作しているが、次の工程への移行が発生したと判定し、工程情報を次の工程を示す情報に更新し、フローはＳ１５０１に戻る。

以上で述べた様に、実施形態によれば制御部９０１は、各工程ごとの回転部品の回転周波数とその高調波の周波数とに基づき生成された各工程に対する複数の判定基準に基づいて異常を検出する。そのため、任意の周波数領域を固定的に設定して得た特徴量を用いて判定を行う場合と比較して、高い精度で工程の切り替えと、異常の発生とを区別することが可能となる。

例えば、制御部９０１は、センサ１１０からの振動データの周波数スペクトルが、現工程と対応する回転部品の回転周波数とその高調波の周波数の周辺領域にピークが含まれることを検出したとする。この場合、この場合、制御部９０１は、現工程が継続して実行されていると判定することができる。その後、現工程と対応する回転周波数とその高調波の周波数の周辺領域のいずれかでピークが検出されなくなった場合、次の工程と対応する回転周波数とその高調波の周波数の周辺領域にピークが含まれるか否かを判定する。そして、例えば、次の工程の回転周波数とその高調波の周波数の周辺領域にピークが含まれる場合には、制御部９０１は、工程の切り替えであると判定することができる。一方、次の工程と対応する回転周波数とその高調波の周波数の周辺領域の少なくとも１つの周辺領域でピークが検出されなかった場合、異常と判定することができる。

また、例えば、上記の実施形態では制御部９０１は、振動データの周波数スペクトルが現工程の回転周波数とその高調波の周波数の周辺領域にピークを含む場合、次にピーク強度を比較し、ピーク強度が正常なピーク強度の誤差範囲内に収まっているかを判定する。そして、ピーク強度が、正常時の回転周波数とその高調波の周波数のピーク強度から所定の誤差範囲を超えて外れていた場合、異常なピークが現工程の回転周波数又はその高調波の周波数のピークに重なって発生していると考えられる。そのため、制御部９０１は、この場合も異常と判定することができる。

また、上述の実施形態では、振動データの周波数スペクトルが、次の工程の回転周波数とその高調波の周波数の周辺領域にピークを含む場合、次にピーク強度を比較し、ピーク強度が次の工程の正常なピーク強度の誤差範囲内に収まっているか否かを判定する。そのため、工程の次の工程への切り替えと同時期に、発生した異常を迅速に検出することができる。

また、上述の図１１の動作フローでは、各工程の高調波の周波数を、まず回転周波数を特定し、回転周波数を整数倍した周波数を初期探索位置として、その周囲に設定された周波数スペクトルの分解能に応じた誤差範囲内でピークを探索することで特定している。そのため、高い精度で、回転周波数の高調波の周波数を特定することができる。そして、過去に正常に動作している監視対象機器１０１が実行した複数の工程の各工程における回転周波数とその高調波の周波数とを記録しておくことで、センサ１１０からの振動データの周波数スペクトルから、工程の切り替えや異常を検出することが可能となる。

また、更に、インバータなどを用いて監視対象機器１０１の回転部品の回転周波数を制御した場合にも、回転周波数、及びその高調波のピーク毎に位置と強度を比較する。そのため、例えば、インバータにより合成された高調波のピークを含まない領域に、異常に起因するピークが生じた場合、高い精度で検出することが可能である。また、上述のように、各工程において、回転周波数と、その高調波のピークを含まない領域に、特徴量を取得する周波数範囲を設定することで、インバータなどにより合成された高調波のピークの影響を受けずに異常を検出することが可能である。

なお、上述の実施形態では、各変化点毎に判定基準情報１３００が生成されており、判定基準情報１３００が、変化点の前と後の回転周波数及び高調波についての情報を含む場合を例示している。しかしながら、実施形態はこれに現地されるものではない。例えば、判定基準情報１３００は、図１６に示すように、各工程ごとに生成された回転周波数とその高調波についての情報を含むようにしてもよい。

以上において、実施形態を例示したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、上述の動作フローは例示であり、実施形態はこれに限定されるものではない。可能な場合には、動作フローは、処理の順番を変更して実行されてもよく、別に更なる処理を含んでもよく、又は、一部の処理が省略されてもよい。例えば、図１５のＳ１５０２とＳ１５０３の処理は順序を入れ替えて実行してもよい。また、図１５のＳ１５０９は省略されてもよい。

図１７は、実施形態に係る異常検出装置１０３を実現するためのコンピュータ１７００のハードウェア構成を例示する図である。図１７の異常検出装置１０３を実現するためのハードウェア構成は、例えば、プロセッサ１７０１、メモリ１７０２、記憶装置１７０３、読取装置１７０４、通信インタフェース１７０６、及び入出力インタフェース１７０７を備える。なお、プロセッサ１７０１、メモリ１７０２、記憶装置１７０３、読取装置１７０４、通信インタフェース１７０６、入出力インタフェース１７０７は、例えば、バス１７０８を介して互いに接続されている。

プロセッサ１７０１は、メモリ１７０２を利用して例えば上述の動作フローの手順を記述したプログラムを実行することにより、上述した制御部９０１の一部または全部の機能を提供する。また、上述の記憶部９０２は、例えばメモリ１７０２、記憶装置１７０３、及び着脱可能記憶媒体１７０５を含んでいる。異常検出装置１０３の記憶装置１７０３には、例えば、判定基準情報１３００、特徴量情報１４００などが格納されている。

メモリ１７０２は、例えば半導体メモリであり、ＲＡＭ領域及びＲＯＭ領域を含んでいてよい。記憶装置１７０３は、例えばハードディスク、フラッシュメモリ等の半導体メモリ、又は外部記憶装置である。なお、ＲＡＭは、Random Access Memoryの略称である。また、ＲＯＭは、Read Only Memoryの略称である。

読取装置１７０４は、プロセッサ１７０１の指示に従って着脱可能記憶媒体１７０５にアクセスする。着脱可能記憶媒体１７０５は、例えば、半導体デバイス（ＵＳＢメモリ等）、磁気的作用により情報が入出力される媒体（磁気ディスク等）、光学的作用により情報が入出力される媒体（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等）などにより実現される。なお、ＵＳＢは、Universal Serial Busの略称である。ＣＤは、Compact Discの略称である。ＤＶＤは、Digital Versatile Diskの略称である。

通信インタフェース１７０６は、プロセッサ１７０１の指示に従ってネットワーク１７２０を介してデータを送受信する。例えば、プロセッサ１７０１は、通信インタフェース１７０６介して中継装置１０２からセンサ１１０で計測された振動データを取得してよい。入出力インタフェース１７０７は、例えば、入力装置及び出力装置との間のインタフェースであってよい。入力装置は、例えばユーザからの指示を受け付けるキーボードやマウスなどのデバイスである。出力装置は、例えばディスプレーなどの表示装置、及びスピーカなどの音声装置である。

実施形態に係る各プログラムは、例えば、下記の形態で異常検出装置１０３に提供される。
（１）記憶装置１７０３に予めインストールされている。
（２）着脱可能記憶媒体１７０５により提供される。
（３）プログラムサーバ１７３０から提供される。

なお、図１７を参照して述べた異常検出装置１０３を実現するためのコンピュータ１７００のハードウェア構成は、例示であり、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、上述の機能部の一部または全部の機能がＦＰＧＡ及びＳｏＣなどによるハードウェアとして実装されてもよい。なお、ＦＰＧＡは、Field Programmable Gate Arrayの略称である。ＳｏＣは、System-on-a-chipの略称である。

以上において、いくつかの実施形態が説明される。しかしながら、実施形態は上記の実施形態に限定されるものではなく、上述の実施形態の各種変形形態及び代替形態を包含するものとして理解されるべきである。例えば、各種実施形態は、その趣旨及び範囲を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できることが理解されよう。また、前述した実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより、種々の実施形態が実施され得ることが理解されよう。更には、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除して又は置換して、或いは実施形態に示される構成要素にいくつかの構成要素を追加して種々の実施形態が実施され得ることが当業者には理解されよう。

１００ 異常検出システム
１０１ 回転機械
１０２ 中継装置
１０３ 異常検出装置
１０４ 管理装置
１０５ 端末
１１０ センサ
９０１ 制御部
９０２ 記憶部
１７００ コンピュータ
１７０１ プロセッサ
１７０２ メモリ
１７０３ 記憶装置
１７０４ 読取装置
１７０５ 着脱可能記憶媒体
１７０６ 通信インタフェース
１７０７ 入出力インタフェース
１７０８ バス

Claims (8)

1. 回転する回転部品を用いて所定の順序で複数の工程を実行する監視対象機器の振動をセンサで計測した振動データの周波数スペクトルから特定された、前記複数の工程の各工程における前記回転部品の回転周波数と前記回転周波数の高調波の周波数とに基づく前記各工程に対する複数の判定基準を記憶している記憶部を参照し、前記所定の順序と、前記各工程に対する前記複数の判定基準とに基づいて、前記センサで計測された前記振動データから前記監視対象機器の異常の発生を検出する、
   処理をコンピュータに実行させる異常検出プログラム。
2. 前記各工程に対する前記複数の判定基準は、前記各工程での前記回転周波数と前記回転周波数の高調波の周波数とのそれぞれの周りに設定された前記各工程と対応する複数の周波数領域を示す情報であり、
   前記検出する処理は、
   前記センサで計測された前記振動データを変換して得られた前記周波数スペクトルが、前記複数の工程のうちの第１の工程と対応する前記複数の周波数領域にピークを含むことを検出した後、前記第１の工程と対応する前記複数の周波数領域の少なくとも１つの周波数領域でピークが検出されなくなった場合、前記周波数スペクトルが、前記第１の工程の次に実施される第２の工程と対応する前記複数の周波数領域にピークを含むか否かを判定し、
   前記周波数スペクトルが、前記第２の工程と対応する前記複数の周波数領域の少なくとも１つの周波数領域でピークを含まない場合、異常を示す情報を出力する、
   処理を含む、請求項１に記載の異常検出プログラム。
3. 前記記憶部は、更に前記第１の工程における前記回転周波数と前記回転周波数の高調波の周波数とのそれぞれに対応するピーク強度を記憶しており、
   前記検出する処理は、
   前記周波数スペクトルが、前記記憶部に記憶されている前記第１の工程と対応する前記複数の周波数領域にピークを含むことを検出した場合、前記複数の周波数領域に含まれるピークの強度が、前記第１の工程における前記回転周波数と前記回転周波数の高調波の周波数とのそれぞれに対応するピーク強度から所定の誤差範囲内でなければ、異常を示す情報を出力する、
   処理を含む、請求項２に記載の異常検出プログラム。
4. 前記記憶部は、更に前記第２の工程における前記回転周波数と前記回転周波数の高調波の周波数とのそれぞれに対応するピーク強度を記憶しており、
   前記検出する処理は、
   前記周波数スペクトルが、前記記憶部に記憶されている前記第２の工程と対応する前記複数の周波数領域にピークを含むことを検出した場合、前記第２の工程と対応する前記複数の周波数領域に含まれるピークの強度が、前記第２の工程における前記回転周波数と前記回転周波数の高調波の周波数とのそれぞれに対応するピーク強度から所定の誤差範囲内でなければ、異常を示す情報を出力する、
   処理を含む、請求項２又は３に記載の異常検出プログラム。
5. 前記記憶部は、更に、前記第１の工程と対応する前記複数の周波数領域を含まない所定の周波数領域と対応する前記第１の工程の特徴量を記憶しており、
   前記検出する処理は、
   前記周波数スペクトルが、前記記憶部に記憶されている前記第１の工程と対応する前記複数の周波数領域にピークを含むことを検出した場合、前記周波数スペクトルの前記所定の周波数領域から取得した前記特徴量が、前記記憶部に記憶されている前記第１の工程の特徴量から所定の誤差範囲内であるか否かを判定し、
   前記特徴量が、前記記憶部に記憶されている前記第１の工程の特徴量から前記所定の誤差範囲を超えた値を示した場合、異常を示す情報を出力する、
   処理を含む、請求項２又は３に記載の異常検出プログラム。
6. 過去に実行された前記第１の工程において前記センサで検出された過去の振動データから変換された過去の周波数スペクトルを低周波数側からサーチして検出された所定の強度以上のピークの周波数に基づいて前記第１の工程の前記回転周波数を特定し、
   前記第１の工程の前記回転周波数に基づいて前記第１の工程の前記回転周波数の高調波のピークを探索するための初期探索位置を決定し、
   前記初期探索位置から前記過去の周波数スペクトルの分解能に基づく所定の誤差範囲まで探索を行って検出されたピークの周波数に基づいて、前記第１の工程における前記回転周波数の高調波の周波数を特定し、
   前記第１の工程の前記回転周波数と、前記第１の工程の前記回転周波数の高調波の周波数とに基づいて設定した前記第１の工程に対する前記複数の判定基準を前記記憶部に記憶する、
   処理を更にコンピュータに実行させる請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の異常検出プログラム。
7. 回転する回転部品を用いて所定の順序で複数の工程を実行する監視対象機器の振動をセンサで計測した振動データの周波数スペクトルから特定された、前記複数の工程の各工程における前記回転部品の回転周波数と前記回転周波数の高調波の周波数とに基づく前記各工程に対する複数の判定基準を記憶している記憶部を参照し、前記所定の順序と、前記各工程に対する前記複数の判定基準とに基づいて、前記センサで計測された前記振動データから前記監視対象機器の異常の発生を検出する、
   ことを含む、コンピュータが実行する異常検出方法。
8. 回転する回転部品を用いて所定の順序で複数の工程を実行する監視対象機器の振動をセンサで計測した振動データの周波数スペクトルから特定された、前記複数の工程の各工程における前記回転部品の回転周波数と前記回転周波数の高調波の周波数とに基づく前記各工程に対する複数の判定基準を記憶している記憶部と、
   前記記憶部を参照し、前記所定の順序と、前記各工程に対する前記複数の判定基準とに基づいて、前記センサで計測された前記振動データから前記監視対象機器の異常の発生を検出する制御部と、
   含む、異常検出装置。

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