JP6761002B2 - データ管理装置、データ管理プログラム及びデータ管理方法 - Google Patents

データ管理装置、データ管理プログラム及びデータ管理方法 Download PDF

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Description

本発明は、データ管理装置、データ管理プログラム及びデータ管理方法に関し、特にセンサデータの優先度を判断して保存方法を決定するデータ管理装置、データ管理プログラム及びデータ管理方法に関する。
工作機械等の産業機械（以下、機械という）に取付けたセンサデータを使用して機械の異常検知を行う技術が広く知られている。例えば、センサデータをそのまま使用するのではなく、センサデータの時系列値を機械の異常の度合いを表現する指標（以下、異常度という）に変換し、異常度をユーザに表示する装置（以下、データ管理装置）がある。ユーザは、データ管理装置が表示した異常度に基づいて部品交換の必要性等を判断する。
このときユーザは、異常度算出の基になったセンサデータを参照し、判断の参考にすることがある。そのため、従来のデータ管理装置は異常度算出後もセンサデータを削除せず保存している。しかしながら、機械の寿命は一般に長く、全てのセンサデータを保存するとデータ量が膨大になるという問題がある。
特許文献１には、センサデータに基づいて異常度を計算し、異常度に基づいて異常頻度や余寿命を計算し、異常頻度や余寿命に基づいて保存対象とするセンサデータを決定するシステムが記載されている。特許文献２には、センサデータに基づいて異常度を計算した後、計測時期の古さなどの基準に従ってセンサデータを消去するシステムが記載されている。
国際公開第２０１６／１９９２１０号 特開２０１７−１７３３２１号公報
しかしながら、特許文献１の手法は異常頻度や余寿命を計算できることが前提である。異常頻度や余寿命の計算を行うためには、あらかじめ機器の異常・故障についての知見が必要になる。特許文献２の手法では、保存されるセンサデータの量的上限が存在せず、記憶領域を使い尽くす可能性がある。また、記憶領域に十分な空きがある場合でも不必要にデータの間引きが行われることがある。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、センサデータの優先度を判断して保存方法を決定するデータ管理装置、データ管理プログラム及びデータ管理方法を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態にかかるデータ管理装置は、センサデータに基づく評価指標を計算可能なデータ管理装置であって、産業機械に設けられた１以上のセンサから取得したセンサデータを使用して評価指標を計算する評価指標計算部と、前記センサデータを保存するセンサデータ記憶部と、前記センサデータ記憶部において前記センサデータの総容量が上限値を超える場合に、前記センサデータ記憶部から前記センサデータを削除するセンサデータ削除部と、を有し、前記センサデータ削除部は、前記評価指標の変化度に基づいて前記センサデータの保存優先順位を決定し、前記保存優先順位に応じて前記センサデータを削除することを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかるデータ管理装置は、前記センサデータ削除部は、前記評価指標の変化度として、所定期間における前記評価指標の分散又は前記評価指標の時間微分値を用いることを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかるデータ管理装置は、前記センサデータ削除部は、前記評価指標の変化度と、前記センサデータの取得時刻からの経過時間と、に基づいて前記センサデータの保存優先順位を決定することを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかるデータ管理装置は、前記センサデータ削除部は、前記評価指標の変化度と、前記センサデータの保存密度と、に基づいて前記センサデータの保存優先順位を決定することを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかるデータ管理装置は、前記評価指標の時系列データを表示し、特定の時点の前記評価指標の選択を受け付け、前記選択された前記評価指標の計算根拠となった前記センサデータの時系列データを表示するユーザインタフェース部をさらに有し、前記ユーザインタフェース部は、前記選択された前記評価指標の計算根拠となった前記センサデータが削除されている場合、前記削除された前記センサデータに最も近い時刻に取得された他の前記センサデータを表示することを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかるデータ管理装置は、前記評価指標は異常度であることを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかるデータ管理プログラムは、センサデータに基づく評価指標を計算する処理をコンピュータに実行させるデータ管理プログラムにおいて、産業機械に設けられた１以上のセンサから取得したセンサデータを使用して評価指標を計算する第１ステップと、前記センサデータをセンサデータ記憶部に保存する第２ステップと、前記センサデータ記憶部において前記センサデータの総容量が上限値を超える場合に、前記センサデータ記憶部から前記センサデータを削除する第３ステップと、をコンピュータに実行させるデータ管理プログラムであって、前記第３ステップでは、前記評価指標の変化度に基づいて前記センサデータの保存優先順位を決定し、前記保存優先順位に応じて前記センサデータを削除することを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかるデータ管理方法は、センサデータに基づく評価指標を計算するデータ管理方法において、産業機械に設けられた１以上のセンサから取得したセンサデータを使用して評価指標を計算する第１ステップと、前記センサデータをセンサデータ記憶部に保存する第２ステップと、前記センサデータ記憶部において前記センサデータの総容量が上限値を超える場合に、前記センサデータ記憶部から前記センサデータを削除する第３ステップと、を実行するデータ管理方法であって、前記第３ステップでは、前記評価指標の変化度に基づいて前記センサデータの保存優先順位を決定し、前記保存優先順位に応じて前記センサデータを削除することを特徴とする。
本発明により、センサデータの優先度を判断して保存方法を決定するデータ管理装置を提供することができる。
データ管理装置１のハードウェア構成の一例を示す図である。 データ管理装置１の機能構成の一例を示す図である。 異常度の表示例を示す図である。 センサデータの表示例を示す図である。 異常度の変化度と保存優先順位との関連を示す図である。 データ管理装置１の動作の一例を示すフローチャートである。
図１は、データ管理装置１の要部を示す概略的なハードウェア構成図である。データ管理装置１は、機械から取得したセンサデータを使用した各種処理を行う情報処理装置であり、例えばＰＣ（パーソナルコンピュータ）や数値制御装置等が含まれる。データ管理装置１は、ＣＰＵ１１、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、不揮発性メモリ１４、入出力装置１５、インタフェース１６、バス１０を有する。データ管理装置１には、１以上のセンサ６０が接続される。
ＣＰＵ１１は、データ管理装置１を全体的に制御するプロセッサである。典型的には、ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に格納されたシステム・プログラムをバス１０を介して読み出し、システム・プログラムに従ってデータ管理装置１全体を制御する。
ＲＯＭ１２は、システム・プログラムを予め格納している。
ＲＡＭ１３は、一時的な計算データや表示データ、後述する入出力装置１５を介してオペレータが入力したデータやプログラム等を一時的に格納する。
不揮発性メモリ１４は、例えば図示しないバッテリでバックアップされており、データ管理装置１の電源が遮断されても記憶状態を保持する。例えば、不揮発性メモリ１４は、入出力装置１５から入力されるデータやプログラム等を格納する。不揮発性メモリ１４に記憶されたプログラムやデータは、実行時及び利用時にはＲＡＭ１３に展開されても良い。
入出力装置１５は、ディスプレイ等の表示装置、キーボード等の入力装置を含むデータ入出力装置である。例えば入出力装置１５は、ＣＰＵ１１から受けた情報をディスプレイに表示する。また、キーボードから入力されたデータをＣＰＵ１１に渡す。プレイに表示させ、ハードウェアキーにより編集することができる。
センサ６０は、機械の各所に取付けられたセンサであり、例えば温度センサ、速度センサ、加速度センサ等である。１以上のセンサ６０が有線又は無線の通信手段によりインタフェース１６に接続される。センサ６０が出力するセンサデータは、インタフェース１６を介してＣＰＵ１１に渡される。
図２は、データ管理装置１の概略的な機能構成を示すブロック図である。データ管理装置１は、センサデータ取得部１０１、評価指標計算部１０２、センサデータ記憶部１０３、センサデータ削除部１０４、評価指標記憶部１０５、ユーザインタフェース部１０６を有する。
センサデータ取得部１０１は、機械に設置された１以上のセンサ６０との間で、典型的には一定時間おきに通信を行い、センサデータを取得する。センサデータ取得部１０１は、取得したセンサデータを後述のセンサデータ記憶部１０３に順次蓄積する。すなわち、センサデータ取得部１０１はセンサデータ記憶部１０３内に時系列のセンサデータを形成する。
評価指標計算部１０２は、センサデータ記憶部１０３に蓄積されたセンサデータを使用して評価指標、典型的には異常度を計算する。異常度は、時系列のセンサデータに基づいて計算される、機械の異常の度合いを示す指標である。異常度には多くの種類があるが、各種異常度の算出方法については公知であるためここでは説明を省略する。典型的な例では、評価指標計算部１０２は、一定期間の複数のセンサデータ（通常、数キロバイト程度の時系列データ）を使用して１個の異常度データを算出する。すなわち、評価指標計算部１０２は、時系列のセンサデータに基づいて、よりデータサイズの小さい時系列の異常度データを生成する。
センサデータ記憶部１０３は、センサデータ取得部１０１が取得する時系列のセンサデータを所定の記憶領域に記憶する。
センサデータ削除部１０４は、センサデータ記憶部１０３に保存されたセンサデータの総容量が規定の上限値を超えた場合、次に述べる手法により決定される保存優先順位が低いものから順に、総容量が上限値以下となるまでセンサデータを削除する。すなわち本実施の形態のセンサデータ削除部１０４は、削除の必要が生じるまでは取得されたセンサデータをそのまま保存する。
センサデータ削除部１０４は、評価指標計算部１０２が計算する評価指標（典型的には異常度）の変化度、センサデータの保存密度、センサデータの取得時刻からの経過時間の少なくとも１つに基づいて、センサデータの保存優先順位を決定する。これを数１に示す。

Ｐｒ（ｘ）は、測定点（すなわち測定時刻）ｘにおいて取得したセンサデータの保存優先順位、ｄｅｎ（ｘ）は測定点ｘ周辺のセンサデータの保存密度（例：±１２時間の保存点数）、ｄｉｆ（ｘ）は測定点ｘ周辺の評価指標の変化度（例：±１２時間の異常度の分散又は異常度の時間微分値）、Ｅｌａ（ｘ）は測定点ｘから現在までの経過時間である。
通常、機械の異常の有無を判断するためにユーザが参照するのは、センサデータそのものではなく、視認性の高い評価指標（例えば異常度の時間推移を示すグラフ）のほうである。とはいえ、ユーザは必要に応じ評価指標の計算根拠となったセンサデータを参照することがある。そのため、従来は例えば全てのセンサデータを保管しておくために膨大な記憶容量を費やしていた。この点、発明者は、多くのユーザは重要性の高い（ユーザの関心を引く）評価指標について、評価指標の計算根拠となったセンサデータを参照する傾向が強いことを発見した。重要性の高い（ユーザの関心を引く）評価指標とは、典型的には評価指標の動きが激しい、すなわち変化度の大きい時刻近傍における評価指標である。この知見に基づき、本実施の形態のセンサデータ削除部１０４は、異常度の変化度が大きい箇所ではセンサデータの保存優先順位を上げて削除されにくいようにし、異常度の変化度が小さい箇所ではセンサデータの保存優先順位を下げて削除されやすくする（図５参照）。これにより、ユーザによって参照される機会の少ないセンサデータを優先的に削除することができる。
一方、異常度の変化度が小さい箇所でも、ユーザによって参照される機会が少ないとはいえ、センサデータを一切削除してしまうと、必要が生じたときにセンサデータを参照できなくなる。少なくとも、異常度の変化度が小さい期間内に存在する幾つかの異常度データについては、その計算根拠であるセンサデータを保存しておくことが望まれる。この知見に基づき、本実施の形態のセンサデータ削除部１０４は、測定点周辺のセンサデータの保存密度（保存点数）が小さい場合ほど、センサデータの保存優先順位を上げて削除されにくくする。これにより、異常度の変化度が小さい箇所におけるセンサデータの間引き率を適正に維持し、必要なセンサデータを参照できるようにする。
また発明者は、新しい評価指標ほどセンサデータの参照頻度が高くなり、古い評価指標ほどセンサデータの参照頻度が低くなる傾向があることを発見した。この知見に基づき、本実施の形態のセンサデータ削除部１０４は、測定点から現在までの経過時間の大きいセンサデータほど、保存優先順位を下げて削除されやすくする。これにより、ユーザによって参照される機会の少ないセンサデータを優先的に削除することができる。
これらの知見を反映した、センサデータの保存優先順位の決定式の例を数２に示す。

数２によれば、測定点ｘにおいて取得されたセンサデータの保存優先順位は、異常度の変化度に比例し、経過時間に反比例し、保存密度に反比例する。保存密度については、±１２時間の保存点数が１になると優先順位は無限大になるように設定されている。
評価指標記憶部１０５は、評価指標計算部１０２が算出する時系列の異常度データを所定の記憶領域に記憶する。
ユーザインタフェース部１０６は、評価指標及びセンサデータをディスプレイ等に表示することによりユーザに提示する。またユーザインタフェース部１０６は、特定の評価指標の計算根拠となったセンサデータを表示するよう、データ管理装置１に対して指示するための手段を提供する。
図３及び図４は、ユーザインタフェース部１０６が表示する画面の一例である。図３は、時系列の異常度データをプロットしたグラフを表示した画面である。グラフの縦軸は異常度、横軸は時刻を示す。グラフ上でユーザが任意の点をポイントすると、ユーザインタフェース部１０６は、ポイントされた点に対応する異常度データ（又は時刻）を特定する。ユーザインタフェース部１０６は、センサデータ記憶部１０３を参照し、特定された異常度データ（又は時刻）に対応するセンサデータの取得を試行する。対応するセンサデータが存在する場合、センサデータを取得して図４に示す画面を表示する。図４は、時系列のセンサデータをプロットしたグラフを表示した画面である。グラフの縦軸はセンサデータ、横軸は時刻を示す。一方、対応するセンサデータが存在しない場合、ユーザインタフェース部１０６は、近傍の他の異常度データ（又は時刻）に対応するセンサデータの取得を、センサデータが取得できるまで繰り返し試行し、取得できたセンサデータを図４の画面に表示する。
図６のフローチャートを用いて、本実施の形態にかかるデータ管理装置１の動作について説明する。
Ｓ１：センサデータ取得部１０１が、１以上のセンサ６０からセンサデータを取得し、センサデータ記憶部１０３に蓄積する。
その後任意のタイミングで、評価指標計算部１０２が、センサデータ記憶部１０３に蓄積された時系列のセンサデータを使用して評価指標すなわち異常度を計算する。
Ｓ２：センサデータ削除部１０４は、センサデータ記憶部１０３に保存されたセンサデータの総容量を監視する。総容量が予め定められた上限値を超える場合、ステップＳ３に遷移する。総容量が上限値以下であれば処理を終了する。
Ｓ３：センサデータ削除部１０４は、評価指標計算部１０２が計算した評価指標すなわち異常度の変化度、センサデータの保存密度、センサデータの取得時刻からの経過時間の少なくとも１つに基づいて、センサデータの保存優先順位を決定する。
Ｓ４：センサデータ削除部１０４は、保存優先順位が最も低いセンサデータを削除する。
本実施の形態によれば、評価指標すなわち異常度の変化度、センサデータの保存密度、センサデータの取得時刻からの経過時間の少なくとも１つに基づいて、センサデータの保存優先順位が決定される。そして、センサデータの総容量が規定の上限値を超えて削除の必要が生じた場合に、保存優先順位の低いセンサデータを削除する。これにより、不必要なセンサデータの削除、換言すれば間引きを行わずに済む。また、センサデータのサイズが所定の上限値以下であることを保証することができる。
さらに、本実施の形態によれば、機器の異常・故障についての事前知識を必要とすることなく、取得されるセンサデータ及び異常度だけに基づいて、保存対象とするセンサデータを決定することができる。また、ある程度センサデータを保存してから削除の可否を判断するため、例えば異常度の分散などの統計値を当該判断に利用することができる。
以上、本発明の主要な実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例のみに限定されることなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。例えば、上述の実施の形態では、センサデータ削除部１０４は、センサデータ記憶部１０３に保存された全てのセンサデータを対象に削除の可否を判定したが、例えば予め指定された除外期間のセンサデータについては当該判定の対象から除外する（すなわち削除対象としない）よう構成しても良い。例えばユーザは、外部環境の変化があった日時など、センサデータを間引くことなく恒久的に保存しておいたほうが良いと思われる時期を、上記除外期間として指定することができる。又はデータ管理装置１が、所定のイベントを検知したときに、イベント発生時刻に紐づく所定の期間を上記除外期間として指定しても良い。
また、上述の実施の形態では、センサデータ削除部１０４が、センサデータを間引きしすぎることが無いよう、保存密度と保存優先順位とを反比例させた例を示した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものでなく、例えば一定期間におけるセンサデータの保存点数や保存容量の下限を設けるなどの制約を更に加えても良い。
また、上述の実施の形態では、ユーザインタフェース部１０６が評価指標及びセンサデータのグラフを表示する例を示したが、本発明はこれに限定されるものでなく、ユーザインタフェース部１０６は評価指標及びセンサデータを数値又は表などの任意の形式で表示しても良い。
また、上述の実施の形態では、評価指標計算部１０２が評価指標として異常度を算出する例を主に説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、評価指標計算部１０２はセンサデータを使用しつつ任意の評価指標を算出するものであって良い。また、センサデータ削除部１０４もまた、この任意の評価指標に基づいてセンサデータの削除の有無を判断するものであって良い。
１ データ管理装置
１１ ＣＰＵ
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ 不揮発性メモリ
１５ 入出力装置
１６ インタフェース
１０ バス
６０ センサ
１０１ センサデータ取得部
１０２ 評価指標計算部
１０３ センサデータ記憶部
１０４ センサデータ削除部
１０５ 評価指標記憶部
１０６ ユーザインタフェース部

Claims (8)

  1. センサデータに基づく評価指標を計算可能なデータ管理装置であって、
    産業機械に設けられた１以上のセンサから取得したセンサデータを使用して評価指標を計算する評価指標計算部と、
    前記センサデータを保存するセンサデータ記憶部と、
    前記センサデータ記憶部において前記センサデータの総容量が上限値を超える場合に、前記センサデータ記憶部から前記センサデータを削除するセンサデータ削除部と、を有し、
    前記センサデータ削除部は、前記評価指標の変化度に基づいて前記センサデータの保存優先順位を決定し、前記保存優先順位に応じて前記センサデータを削除することを特徴とする
    データ管理装置。
  2. 前記センサデータ削除部は、前記評価指標の変化度として、所定期間における前記評価指標の分散又は前記評価指標の時間微分値を用いることを特徴とする
    請求項１記載のデータ管理装置。
  3. 前記センサデータ削除部は、前記評価指標の変化度と、前記センサデータの保存密度と、に基づいて前記センサデータの保存優先順位を決定することを特徴とする
    請求項１記載のデータ管理装置。
  4. 前記センサデータ削除部は、前記評価指標の変化度と、前記センサデータの取得時刻からの経過時間と、に基づいて前記センサデータの保存優先順位を決定することを特徴とする
    請求項１記載のデータ管理装置。
  5. 前記評価指標の時系列データを表示し、特定の時点の前記評価指標の選択を受け付け、前記選択された前記評価指標の計算根拠となった前記センサデータの時系列データを表示するユーザインタフェース部をさらに有し、
    前記ユーザインタフェース部は、前記選択された前記評価指標の計算根拠となった前記センサデータが削除されている場合、前記削除された前記センサデータに最も近い時刻に取得された他の前記センサデータを表示することを特徴とする
    請求項１記載のデータ管理装置。
  6. 前記評価指標は異常度であることを特徴とする
    請求項１記載のデータ管理装置。
  7. センサデータに基づく評価指標を計算する処理をコンピュータに実行させるデータ管理プログラムにおいて、
    産業機械に設けられた１以上のセンサから取得したセンサデータを使用して評価指標を計算する第１ステップと、
    前記センサデータをセンサデータ記憶部に保存する第２ステップと、
    前記センサデータ記憶部において前記センサデータの総容量が上限値を超える場合に、前記センサデータ記憶部から前記センサデータを削除する第３ステップと、
    をコンピュータに実行させるデータ管理プログラムであって、
    前記第３ステップでは、前記評価指標の変化度に基づいて前記センサデータの保存優先順位を決定し、前記保存優先順位に応じて前記センサデータを削除することを特徴とする
    データ管理プログラム。
  8. センサデータに基づく評価指標を計算するデータ管理方法において、
    産業機械に設けられた１以上のセンサから取得したセンサデータを使用して評価指標を計算する第１ステップと、
    前記センサデータをセンサデータ記憶部に保存する第２ステップと、
    前記センサデータ記憶部において前記センサデータの総容量が上限値を超える場合に、前記センサデータ記憶部から前記センサデータを削除する第３ステップと、
    を実行するデータ管理方法であって、
    前記第３ステップでは、前記評価指標の変化度に基づいて前記センサデータの保存優先順位を決定し、前記保存優先順位に応じて前記センサデータを削除することを特徴とする
    データ管理方法。
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