JP6791770B2 - Status monitoring method and status monitoring device - Google Patents

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Description

本発明は、状態監視方法および状態監視装置に関する。 The present invention relates to a condition monitoring method and a condition monitoring device.

従来、回転機械や設備およびそれらを含むプラントでは、各種センサを用いて物理量を測定することによって状態を監視している。 Conventionally, rotating machines and equipment and plants including them monitor the state by measuring physical quantities using various sensors.

状態監視の方法としては、物理量の正常状態のモデルを作成し、新たに測定した物理量が正常状態のモデルからどの程度乖離しているかを算出することによって異常を判別する方法がある(例えば特許文献1を参照)。また、軸受の損傷や軸の振れにより発生する特性周波数ピークの値を状態監視システムに記憶させ、同ピークの変化を見ることによって異常を特定する方法もある(例えば特許文献2を参照)。 As a method of condition monitoring, there is a method of creating a model of a normal state of a physical quantity and determining an abnormality by calculating how much the newly measured physical quantity deviates from the model of the normal state (for example, Patent Document). See 1). There is also a method of storing the value of the characteristic frequency peak generated by bearing damage or shaft runout in a condition monitoring system and identifying an abnormality by observing the change of the peak (see, for example, Patent Document 2).

特許5431235号公報Japanese Patent No. 5431235 特許5780870号公報Japanese Patent No. 5780870

しかし、運転状況やノイズの影響を受ける回転機械においては、正常な状態でも物理量が変動するため、異常を示す物理量が正常状態のモデルの中に埋もれたり、作成した正常状態のモデルによっては、正常状態を異常と誤判別する可能性がある。 However, in a rotating machine that is affected by operating conditions and noise, the physical quantity fluctuates even in the normal state, so the physical quantity indicating an abnormality is buried in the model in the normal state, or it is normal depending on the created model in the normal state. There is a possibility that the condition will be mistaken for abnormal.

運転状況やノイズの影響を受ける回転機械において、可能な限り誤判別をなくし、かつ微細な損傷を判別できる状態監視手法が望まれている。 For rotating machines affected by operating conditions and noise, a condition monitoring method that can eliminate erroneous discrimination as much as possible and discriminate minute damage is desired.

この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、誤判別率が低減した状態監視方法および状態監視装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a condition monitoring method and a condition monitoring device having a reduced erroneous discrimination rate.

この発明は、状態監視方法であって、被試験対象物が正常である時に、被試験対象物に設置したセンサから第1時間長の複数の第1の測定データを互いに異なるタイミングで取得する第1工程と、被試験対象物の診断時に、第1時間長の複数の第2の測定データを互いに異なるタイミングで取得する第2工程と、複数の第1の測定データから複数の学習データをランダムに選択する第3工程と、複数の第2の測定データから複数のテストデータをランダムに選択する第4工程と、複数の学習データの各々を第1時間長よりも短い第2時間長毎のセグメントデータに分割し、分割後の各セグメントデータに対して複数の特徴量を含む第1の特徴量ベクトルを作成する第5工程と、複数の学習データについてセグメントデータ毎に作成された複数の第1の特徴量ベクトルから、正常と異常とを分類する分類境界、および異常判別しきい値を作成する第6工程と、複数のテストデータの各々を第2時間長毎のセグメントデータに分割し、分割後の各セグメントデータに対して複数の特徴量を含む第2の特徴量ベクトルを作成する第7工程と、第2の特徴量ベクトルに対して分類境界からの距離である異常度を算出し、複数のテストデータの各々に対して、第2の特徴量ベクトルの異常度が異常判別しきい値を超える数が第2の特徴量ベクトルの総数に対する割合である異常率を算出する第8工程と、第3〜第8工程を繰り返し複数回実行し、得られた異常率の平均値が所定の値を超えた場合に被試験対象物を異常と判別する第9工程とを備える。 The present invention is a state monitoring method, wherein when the object to be tested is normal, a plurality of first measurement data having a length of one time are acquired from a sensor installed on the object to be tested at different timings. One step, a second step of acquiring a plurality of second measurement data having a length of the first time at different timings at the time of diagnosing the object to be tested, and a plurality of learning data randomly selected from the plurality of first measurement data. The third step of selecting the data, the fourth step of randomly selecting a plurality of test data from the plurality of second measurement data, and each of the plurality of training data for each second hour length shorter than the first time length. The fifth step of dividing into segment data and creating a first feature quantity vector containing a plurality of feature quantities for each segment data after division, and a plurality of first steps created for each segment data for a plurality of training data. From the feature quantity vector of 1, the sixth step of creating the classification boundary for classifying normal and abnormal and the abnormality discrimination threshold, and each of the plurality of test data are divided into segment data for each second time length. The seventh step of creating a second feature quantity vector containing a plurality of feature quantities for each segment data after division, and the anomaly degree which is the distance from the classification boundary for the second feature quantity vector are calculated. , Eighth step of calculating the abnormality rate in which the number of abnormalities of the second feature quantity vector exceeding the abnormality discrimination threshold is the ratio to the total number of the second feature quantity vectors for each of the plurality of test data. And a ninth step of repeatedly executing the third to eighth steps a plurality of times and determining the object to be tested as an abnormality when the average value of the obtained abnormality rates exceeds a predetermined value.

この発明の他の局面における状態監視方法は、被試験対象物が正常である時に、被試験対象物に設置したセンサから第1時間長の複数の第1の測定データを互いに異なるタイミングで取得する第1工程と、被試験対象物の診断時に、第1時間長の複数の第2の測定データを互いに異なるタイミングで取得する第2工程と、複数の第1の測定データから複数の学習データをランダムに選択する第3工程と、複数の第2の測定データから複数のテストデータをランダムに選択する第4工程と、複数の学習データの各々を第1時間長よりも短い第2時間長毎のセグメントデータに分割し、分割後の各セグメントデータに対して複数の特徴量を含む第1の特徴量ベクトルを作成し、連続する複数のセグメントデータの第1の特徴量ベクトルをまとめて、第3の特徴量ベクトルを作成する第5工程と、複数の学習データについて連続する複数のセグメントデータ毎に作成された複数の第3の特徴量ベクトルから、正常と異常とを分類する分類境界、および異常判別しきい値を作成する第6工程と、複数のテストデータの各々を第2時間長毎のセグメントデータに分割し、分割後の各セグメントデータに対して複数の特徴量を含む第2の特徴量ベクトルを作成し、連続する複数のセグメントデータの第2の特徴量ベクトルをまとめて第4の特徴量ベクトルを作成する第7工程と、第4の特徴量ベクトルに対して分類境界からの距離である異常度を算出し、複数のテストデータの各々に対して、第4の特徴量ベクトルの異常度が異常判別しきい値を超える数が第4の特徴量ベクトルの総数に対する割合である異常率を算出する第8工程と、第3〜第8工程を繰り返し複数回実行し、得られた異常率の平均値が所定の値を超えた場合に被試験対象物を異常と判別する第9工程とを備える。 The state monitoring method in another aspect of the present invention acquires a plurality of first measurement data having a first time length from a sensor installed on the test object at different timings when the test object is normal. A plurality of learning data are obtained from the first step, the second step of acquiring a plurality of second measurement data having a length of the first time at different timings at the time of diagnosing the object to be tested, and the plurality of first measurement data. The third step of randomly selecting, the fourth step of randomly selecting a plurality of test data from a plurality of second measurement data, and each of the plurality of training data for each second hour length shorter than the first time length. A first feature quantity vector containing a plurality of feature quantities is created for each segment data after the division, and the first feature quantity vectors of a plurality of consecutive segment data are put together to form a first feature quantity vector. From the fifth step of creating the feature quantity vector of 3, the classification boundary for classifying normal and abnormal from the plurality of third feature quantity vectors created for each of a plurality of consecutive segment data for the plurality of training data, and The sixth step of creating the abnormality discrimination threshold, and the second step of dividing each of the plurality of test data into segment data for each second time length and including a plurality of feature amounts for each segment data after the division. The seventh step of creating a feature quantity vector and combining the second feature quantity vectors of a plurality of consecutive segment data to create a fourth feature quantity vector, and the fourth feature quantity vector from the classification boundary. The degree of anomaly, which is the distance, is calculated, and for each of the plurality of test data, the number of the degree of abnormality of the fourth feature amount vector exceeding the abnormality determination threshold value is the ratio to the total number of the fourth feature amount vectors. The eighth step of calculating the abnormality rate and the third to eighth steps are repeatedly executed a plurality of times, and when the average value of the obtained abnormality rates exceeds a predetermined value, the object to be tested is determined to be abnormal. It has 9 steps.

この発明は、他の局面においては、上記のいずれかの方法を用いて、被試験対象物を診断する、状態監視装置である。 The present invention is a condition monitoring device that, in other aspects, diagnoses an object under test using any of the above methods.

本発明の状態監視方法は、運転状況やノイズの影響を受ける監視対象装置において、より早期に測定データから異常を判別でき、状態監視システムの精度を向上できる。 The condition monitoring method of the present invention can discriminate an abnormality from measurement data at an earlier stage in a monitored device affected by operating conditions and noise, and can improve the accuracy of the condition monitoring system.

本実施の形態に係る状態監視装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the state monitoring apparatus which concerns on this embodiment. データ演算部の詳細を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detail of a data calculation part. 測定データとセグメントデータの関係を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the relationship between the measurement data and segment data. 特徴量ベクトルについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating the feature vector. OC−SVMの基本概念を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the basic concept of OC-SVM. 図1のデータ取得部が行なう処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the process performed by the data acquisition part of FIG. 図2の学習部が行なう処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the process performed by the learning part of FIG. 図2の異常度算出部が行なう処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the process performed by the abnormality degree calculation part of FIG. 図2の判別部が行なう処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the process performed by the discriminant part of FIG. 異常率平均を算出する効果を示すグラフである。It is a graph which shows the effect of calculating an abnormality rate average. セグメントセットごとに特徴量ベクトルを求めることを説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating that the feature vector is obtained for each segment set. 異常判別結果を示す図である。It is a figure which shows the abnormality determination result.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings below, the same or corresponding parts are given the same reference numbers, and the explanations are not repeated.

[状態監視装置の基本構成]
図1は、本実施の形態に係る状態監視装置の構成を示すブロック図である。図1を参照して、状態監視装置100は、被試験装置10に設置された振動センサ20から信号を受けて、被試験装置10の状態を監視し、異常を検出する。被試験装置10は、例えば工場や発電所などに設置された回転機器を含む設備であり、振動センサ20は、回転時に生じる異常振動を検出することができる。なお、本実施の形態では、監視対象として振動を例示するが、設備の運転状況を確認できる出力信号であれば振動センサ以外の検出信号であっても良い。たとえば、音響、温度、負荷トルク、モータ電力等を検出するセンサを振動センサ20に代えて使用しても良い。
[Basic configuration of condition monitoring device]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a condition monitoring device according to the present embodiment. With reference to FIG. 1, the condition monitoring device 100 receives a signal from the vibration sensor 20 installed in the test device 10 to monitor the state of the test device 10 and detect an abnormality. The device under test 10 is equipment including a rotating device installed in, for example, a factory or a power plant, and the vibration sensor 20 can detect abnormal vibration generated during rotation. In the present embodiment, vibration is illustrated as a monitoring target, but a detection signal other than the vibration sensor may be used as long as it is an output signal that can confirm the operating status of the equipment. For example, a sensor that detects sound, temperature, load torque, motor power, and the like may be used instead of the vibration sensor 20.

状態監視装置100は、A/Dコンバータ110と、データ取得部120と、記憶装置130と、データ演算部140と、表示部150とを含む。 The condition monitoring device 100 includes an A / D converter 110, a data acquisition unit 120, a storage device 130, a data calculation unit 140, and a display unit 150.

A/Dコンバータ110は、振動センサ20の出力信号を受ける。データ取得部120は、A/Dコンバータ110からデジタル信号を受けてフィルタ処理を行ない、記憶装置130に測定データを記録する。データ演算部140は、記憶装置130から正常時に測定しておいた測定データを読み出して、異常を判別する異常判別しきい値を作成したり、異常判別しきい値を用いてテスト時に測定した測定データから被試験装置10の異常の有無を判断したりする。データ演算部140は、異常の有無を判断した場合、表示部150にその結果を表示させる。 The A / D converter 110 receives the output signal of the vibration sensor 20. The data acquisition unit 120 receives a digital signal from the A / D converter 110, performs filtering processing, and records the measurement data in the storage device 130. The data calculation unit 140 reads the measurement data measured at the time of normal from the storage device 130 to create an abnormality discrimination threshold value for discriminating an abnormality, or uses the abnormality discrimination threshold value to measure the measurement during the test. From the data, it is determined whether or not there is an abnormality in the device under test 10. When the data calculation unit 140 determines the presence or absence of an abnormality, the data calculation unit 140 causes the display unit 150 to display the result.

図2は、データ演算部の詳細を示すブロック図である。データ演算部140は、学習部142と、しきい値記憶部144と、異常度算出部146と、判別部148とを含む。 FIG. 2 is a block diagram showing details of the data calculation unit. The data calculation unit 140 includes a learning unit 142, a threshold value storage unit 144, an abnormality degree calculation unit 146, and a discrimination unit 148.

学習部142は、記憶装置130から被試験装置10が正常時(初期状態など)に取得しておいたデータ(正常データ)に基づいて正常と異常とを分類する境界である分類境界と、分類境界からの距離に相当する異常度を判別するための異常判別しきい値とを生成し、しきい値記憶部144に記憶させる。 The learning unit 142 classifies the classification boundary, which is the boundary for classifying normal and abnormal based on the data (normal data) acquired from the storage device 130 by the test device 10 in the normal state (initial state, etc.). An abnormality determination threshold value for determining the degree of abnormality corresponding to the distance from the boundary is generated and stored in the threshold value storage unit 144.

異常度算出部146は、記憶装置130から被試験装置10の診断時に取得したデータ(テストデータ)に分類境界を適用し、分類境界からの距離に相当する異常度を算出し、判別部148に送る。 The abnormality degree calculation unit 146 applies the classification boundary to the data (test data) acquired from the storage device 130 at the time of diagnosis of the test device 10, calculates the abnormality degree corresponding to the distance from the classification boundary, and causes the discrimination unit 148 to calculate the abnormality degree. send.

判別部148は、異常度と異常判別しきい値とを比較した結果にもとづいて被試験装置10の異常判定を行なう。 The determination unit 148 determines the abnormality of the device under test 10 based on the result of comparing the degree of abnormality and the abnormality determination threshold value.

本実施の形態の状態監視装置100は、測定データを処理するときに全体をひとまとめにして処理せず、測定データ全体を複数のセグメントに分割し、セグメントごとに処理することが一つの特徴である。以下セグメントについて説明する。 One of the features of the condition monitoring device 100 of the present embodiment is that when processing the measurement data, the entire measurement data is not processed as a whole, but the entire measurement data is divided into a plurality of segments and processed for each segment. .. The segments will be described below.

図3は、測定データとセグメントデータの関係を示す概念図である。図3を参照して、測定データは、時間長T1のデータであり、振動センサ20からの出力信号がA/Dコンバータ110でA/D変換され、データ取得部120でフィルタ処理された後に、記憶装置130に記憶されたデータである。 FIG. 3 is a conceptual diagram showing the relationship between the measurement data and the segment data. With reference to FIG. 3, the measurement data is data having a time length of T1, and after the output signal from the vibration sensor 20 is A / D converted by the A / D converter 110 and filtered by the data acquisition unit 120, This is the data stored in the storage device 130.

記憶装置130に記憶されている測定データは、学習データとテストデータとを含む。学習データは、被試験装置10が正常であることが分かっている時(たとえば初期状態など)に取得した測定データである。テストデータは、被試験装置10の正常/異常を判別したいときに取得した測定データである。学習データによって、後述の分類境界や異常判別しきい値が定められる。この分類境界および異常判別しきい値を用いてテストデータに対して所定の処理が行なわれた結果、被試験装置10の正常/異常が判断される。 The measurement data stored in the storage device 130 includes training data and test data. The learning data is measurement data acquired when the device under test 10 is known to be normal (for example, in the initial state). The test data is measurement data acquired when it is desired to determine the normality / abnormality of the device under test 10. The training data determines the classification boundaries and abnormality discrimination thresholds described later. As a result of performing predetermined processing on the test data using the classification boundary and the abnormality discrimination threshold value, the normality / abnormality of the test device 10 is determined.

時間長T1の測定データは、学習部142および異常度算出部146において処理される際に、図3に示すように時間長T1より短い時間長T2のセグメントに分割される。たとえば、時間長T1が20秒である場合に、時間長T2を0.2秒とすることができる。この場合、測定データ1個は、セグメントデータ100個に分割される。測定データの分割後、学習部142および異常度算出部146において、さらにセグメントごとに特徴量ベクトルが作成される。 The measurement data of the time length T1 is divided into segments of the time length T2 shorter than the time length T1 as shown in FIG. 3 when processed by the learning unit 142 and the abnormality degree calculation unit 146. For example, when the time length T1 is 20 seconds, the time length T2 can be set to 0.2 seconds. In this case, one measurement data is divided into 100 segment data. After the measurement data is divided, the learning unit 142 and the abnormality degree calculation unit 146 further create a feature amount vector for each segment.

図4は、特徴量ベクトルについて説明するための図である。図4では、測定データがm個のセグメントに分割され、特徴量がn個である例を示している。 FIG. 4 is a diagram for explaining the feature quantity vector. FIG. 4 shows an example in which the measurement data is divided into m segments and the feature amount is n.

特徴量は、たとえば、測定データが振動の場合には、実効値(OA)、最大値(Max)、波高率(Crest factor)、尖度、歪度、およびこれらの信号処理後(FFT処理、ケフレンシ処理)の値とすることができる。特徴量ベクトルは、複数の特徴量を一組のベクトルとして扱うものである。これらの特徴量ベクトルが異常判定に使用される。測定データ1個に対して、m個の特徴量ベクトル1〜mが作成される。 The features are, for example, effective value (OA), maximum value (Max), crest factor, kurtosis, skewness, and after these signal processing (FFT processing, when the measurement data is vibration). It can be a value of kurtosis processing). The feature amount vector treats a plurality of feature amounts as a set of vectors. These feature vectors are used for abnormality determination. For one measurement data, m feature quantity vectors 1 to m are created.

特徴量の抽出および特徴量ベクトルの作成を、測定データ全体をひとまとめにして処理すると、突発的な異常が生じたときに測定データ全体が診断に使用できなくなってしまう虞がある。したがって、本実施の形態では、測定データをセグメントに分割し、セグメントを単位として特徴量の抽出と特徴量ベクトルの算出を行なう。たとえば、回転機器を振動センサで監視している場合に、測定データ取得中に工具などを落としたなどの一時的な衝撃が突発的な振動として振動センサに検出される場合がある。セグメントに分けて特徴量を抽出していれば、このような場合でも突発異常時以外の時間では正しい特徴量が抽出できるとともに、特徴量をセグメントごとに比較することによって、突発異常に相当するセグメントを除去して評価することも可能となる。 If the extraction of the feature amount and the creation of the feature amount vector are processed together with the entire measurement data, there is a risk that the entire measurement data cannot be used for diagnosis when a sudden abnormality occurs. Therefore, in the present embodiment, the measurement data is divided into segments, and the feature amount is extracted and the feature amount vector is calculated for each segment. For example, when a rotating device is monitored by a vibration sensor, a temporary impact such as dropping a tool or the like during acquisition of measurement data may be detected by the vibration sensor as a sudden vibration. If the features are extracted by dividing them into segments, the correct features can be extracted at times other than the time of sudden abnormality even in such a case, and by comparing the features for each segment, the segment corresponding to the sudden abnormality can be extracted. It is also possible to remove and evaluate.

特徴量ベクトル1〜mに対して分類境界に基づいて異常度1〜mが演算される。分類境界は、既知の異常検出手法(One Class Support Vector Machine:OC−SVM)で使用される異常判別を行なうための指標である。 The degree of abnormality 1 to m is calculated for the feature vector 1 to m based on the classification boundary. The classification boundary is an index for performing anomaly discrimination used in a known anomaly detection method (One Class Support Vector Machine: OC-SVM).

図5は、OC−SVMの基本概念を説明するための図である。図5において、丸印「○」で示されるのは、被試験装置10が正常であることが分かっている時に正常状態を学習するために取得された学習データであり、四角印および三角印「□、△」で示されるのは、診断対象であるテストデータである。なおテストデータのうち、「□」は異常を示すデータであり、「△」は正常を示すデータであるとする。 FIG. 5 is a diagram for explaining the basic concept of OC-SVM. In FIG. 5, circled “○” indicates learning data acquired for learning the normal state when the device under test 10 is known to be normal, and square and triangular marks “◯”. □, △ ”indicates the test data to be diagnosed. Of the test data, "□" is data indicating abnormality, and "Δ" is data indicating normality.

たとえば、左の図5(a)に示すように、特徴量が2個の場合の二次元の散布図上では、学習データおよびテストデータには正常/異常を分類できる境界線が引けない場合を考える。診断対象および運転条件によって、有用な特徴量が異なるので、適切な特徴量を選択する。適切な特徴量を含む多次元の特徴空間に各学習データおよびテストデータを写像することによって、正常/異常を分類できる分類境界面が生成できるようになる。各学習データおよびテストデータに対しては、分類境界からの距離である異常度を算出することができる。分類境界上では異常度はゼロとなり、分類境界よりも正常側では異常度は負(−)の値となり、異常側では異常度は正(+)の値となる。 For example, as shown in Fig. 5 (a) on the left, on a two-dimensional scatter plot when there are two features, the training data and the test data may not have a boundary line that can classify normal / abnormal. Think. Since useful features differ depending on the diagnosis target and operating conditions, an appropriate feature is selected. By mapping each training data and test data to a multidimensional feature space containing appropriate features, it becomes possible to generate a classification interface that can classify normal / abnormal. For each training data and test data, the degree of anomaly, which is the distance from the classification boundary, can be calculated. The degree of abnormality is zero on the classification boundary, the degree of abnormality is a negative (-) value on the normal side of the classification boundary, and the degree of abnormality is a positive (+) value on the abnormal side.

このような手法はOC−SVMによる機械学習といわれ、多くの特徴量を1つの指標(異常度)に変換して評価することが可能となる。 Such a method is called machine learning by OC-SVM, and it is possible to convert many features into one index (abnormality) and evaluate it.

図2の学習部142は、上記の分類境界を定めるとともに、テストデータの異常度を判定するための異常判定しきい値を定める。また図2の異常度算出部146は、特徴空間における各測定データの分類境界からの距離である異常度を算出する。図2の判別部148は、異常度を異常判別しきい値と比較して、各測定データの異常率を算出し、判別結果を出力する。 The learning unit 142 of FIG. 2 defines the above classification boundary and also determines the abnormality determination threshold value for determining the degree of abnormality of the test data. Further, the abnormality degree calculation unit 146 of FIG. 2 calculates the abnormality degree which is the distance from the classification boundary of each measurement data in the feature space. The discrimination unit 148 of FIG. 2 compares the degree of abnormality with the abnormality discrimination threshold value, calculates the abnormality rate of each measurement data, and outputs the discrimination result.

図6は、図1のデータ取得部が行なう処理を説明するためのフローチャートである。データ取得部120は、ステップS1において、振動センサ20からの振動波形を含む信号がデジタルに変換されたデータを受信し、ステップS2において、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ、ハイパスフィルタ等のうち観測したい異常現象に対して適切なフィルタ処理を施して基本的なノイズを除去した状態とし、ステップS3において記憶装置130に記憶する。 FIG. 6 is a flowchart for explaining the process performed by the data acquisition unit of FIG. In step S1, the data acquisition unit 120 receives the digitally converted data of the signal including the vibration waveform from the vibration sensor 20, and in step S2, the abnormality to be observed among the low-pass filter, band-pass filter, high-pass filter, and the like. An appropriate filter process is applied to the phenomenon to remove basic noise, and the data is stored in the storage device 130 in step S3.

なお、データ取得部120は、被試験装置10の初期状態、修理完了時などの正常動作することが分かっている場合に、学習データを取得し、被試験装置10の使用中に診断を行ないたい場合に、タイマーなどで指定された時間に自動的にテストデータを取得する。 It should be noted that the data acquisition unit 120 wants to acquire learning data and make a diagnosis while using the test device 10 when it is known that the test device 10 operates normally, such as in the initial state and when the repair is completed. In that case, the test data is automatically acquired at the time specified by the timer or the like.

図7は、図2の学習部が行なう処理を説明するためのフローチャートである。学習部142は、まずステップS11において、カウント変数jを1に初期化する。そして、ステップS12において、正常時に取得した複数の測定データのうちから学習データをD1個ランダムに選択する。続いて、図3で説明したように、各学習データをセグメントに分割し(ステップS13)、セグメントごとに特徴量ベクトルを算出する(ステップS14)。 FIG. 7 is a flowchart for explaining the process performed by the learning unit of FIG. First, the learning unit 142 initializes the count variable j to 1 in step S11. Then, in step S12, D1 learning data is randomly selected from the plurality of measurement data acquired at the normal time. Subsequently, as described with reference to FIG. 3, each learning data is divided into segments (step S13), and the feature amount vector is calculated for each segment (step S14).

続いて、ステップS15において、学習部142は、選択した学習データに含まれるD1×m個の特徴量ベクトルを用いて、OC−SVMを用いた分類境界と異常判別しきい値を算出する。さらに、ステップS16において第j回の分類境界と判別しきい値が算出されると、それらにカウント変数を付与して保存する。 Subsequently, in step S15, the learning unit 142 calculates the classification boundary and the abnormality discrimination threshold value using OC-SVM using the D1 × m feature amount vectors included in the selected learning data. Further, when the jth classification boundary and the discrimination threshold value are calculated in step S16, a count variable is added to them and stored.

以上のS12〜S16の処理を繰り返し回数K1だけ繰り返すように、ステップS17においてカウント変数jが繰り返し回数K1未満である間(S16でNO)、ステップS18でカウント変数jがカウントアップされる。なおステップS12では、すでに選択された測定データの組合せは使用しない。ステップS17においてカウント変数jが繰り返し回数K1になった場合、K1個の分類境界と判別しきい値の算出が終了し、ステップS19において処理が終了する。 The count variable j is counted up in step S18 while the count variable j is less than the number of repetitions K1 in step S17 (NO in S16) so that the above processes of S12 to S16 are repeated by the number of repetitions K1. In step S12, the combination of measurement data already selected is not used. When the count variable j reaches the number of repetitions K1 in step S17, the calculation of the K1 classification boundary and the discrimination threshold value is completed, and the process is completed in step S19.

図8は、図2の異常度算出部が行なう処理を説明するためのフローチャートである。異常度算出部146は、まずステップS21において、カウント変数jを1に初期化する。そして、ステップS22において、診断時に取得した複数の測定データのうちからテストデータをD2個ランダムに選択する。続いて、図3で説明したように、各テストデータをセグメントに分割し(ステップS23)、セグメントごとに特徴量ベクトルを算出する(ステップS24)。 FIG. 8 is a flowchart for explaining the process performed by the abnormality degree calculation unit of FIG. The abnormality degree calculation unit 146 first initializes the count variable j to 1 in step S21. Then, in step S22, D2 test data are randomly selected from the plurality of measurement data acquired at the time of diagnosis. Subsequently, as described with reference to FIG. 3, each test data is divided into segments (step S23), and the feature amount vector is calculated for each segment (step S24).

続いて、ステップS25において、異常度算出部146は、学習部142が生成し、しきい値記憶部144に保持されていたj番目に選択された学習データの分類境界を使用して、テストデータの各セグメントの異常度を算出する。 Subsequently, in step S25, the abnormality degree calculation unit 146 uses the classification boundary of the jth selected learning data generated by the learning unit 142 and held in the threshold storage unit 144 to test data. Calculate the degree of anomaly in each segment of.

以上のS22〜S25の処理を繰り返し回数K1だけ繰り返すように、ステップS26においてカウント変数jが繰り返し回数K1未満である間(S16でNO)、ステップS27でカウント変数jがカウントアップされる。なおステップS22では、すでにテストデータとして選択された測定データの組合せは使用しない。 The count variable j is counted up in step S27 while the count variable j is less than the number of repetitions K1 in step S26 (NO in S16) so that the above processes of S22 to S25 are repeated by the number of repetitions K1. In step S22, the combination of measurement data already selected as test data is not used.

ステップS26において繰り返し回数K1回の各セグメントの異常度が算出されると、ステップS28において処理が終了する。 When the degree of abnormality of each segment having the number of repetitions K1 is calculated in step S26, the process ends in step S28.

図9は、図2の判別部が行なう処理を説明するためのフローチャートである。判別部148は、まずステップS31において、カウント変数i,jをともに1に初期化する。そして、j番目に選択されたテストデータ(テストデータj)を対象とし(ステップS32)、そのテストデータのi番目のセグメント(セグメントi)の異常度を、j番目に選択された学習データの異常判別しきい値と比較して異常判定を行なう(ステップS33)。以上のS32〜S35の処理を総セグメント数D2×mだけ繰り返すように、ステップS34においてカウント変数iが総セグメント数D2×m未満である間(S34でNO)、ステップS35でカウント変数iがカウントアップされる。 FIG. 9 is a flowchart for explaining the process performed by the discriminating unit of FIG. First, in step S31, the determination unit 148 initializes both the count variables i and j to 1. Then, the j-th selected test data (test data j) is targeted (step S32), and the degree of abnormality of the i-th segment (segment i) of the test data is determined by the abnormality of the j-th selected training data. An abnormality determination is made by comparing with the determination threshold value (step S33). While the count variable i is less than the total number of segments D2 × m in step S34 (NO in S34), the count variable i is counted in step S35 so that the above processes of S32 to S35 are repeated by the total number of segments D2 × m. Will be uploaded.

ステップS34においてテストデータjのセグメント1〜D2×mについて、各セグメントの異常度が算出されると、判別部148は、ステップS36において、テストデータjの異常率を算出する。 When the degree of abnormality of each segment is calculated for the segments 1 to D2 × m of the test data j in step S34, the determination unit 148 calculates the abnormality rate of the test data j in step S36.

異常率は、図4にも記載されているように、セグメント1〜D2×mの異常度1〜D2×mのうち異常度が異常判別しきい値を超えた数を総セグメント数D2×mで除算することによって求められる。 As shown in FIG. 4, the abnormality rate is the total number of segments D2 × m, which is the number of the abnormalities 1 to D2 × m of the segments 1 to D2 × m whose abnormality exceeds the abnormality determination threshold value. It is calculated by dividing by.

以上のS32〜S36の処理を繰り返し回数K1だけ繰り返すように、ステップS37においてカウント変数jが繰り返し回数K1未満である間(S37でNO)、ステップS38でカウント変数jがカウントアップされる。 The count variable j is counted up in step S38 while the count variable j is less than the number of repetitions K1 in step S37 (NO in S37) so that the above processes of S32 to S36 are repeated by the number of repetitions K1.

ステップS37においてテストデータ1〜K1について、各テストデータの異常率が算出されると、判別部148は、ステップS39において、異常率1〜K1を平均して異常率平均を算出し、ステップS40において処理を終了する。 When the abnormality rate of each test data is calculated for the test data 1 to K1 in step S37, the determination unit 148 averages the abnormality rates 1 to K1 in step S39 to calculate the abnormality rate average, and in step S40. End the process.

以上説明したように、学習データおよびテストデータをセグメントに分割して特徴量ベクトルを求めることによって、従来であればエラーデータとして使用できなかった測定データも使用可能となる。加えて、複数の測定データからランダムに選択して演算を行ない、異常率平均を算出することを繰り返すことによって、異常率が収れんし、判別結果が安定する。 As described above, by dividing the training data and the test data into segments and obtaining the feature quantity vector, measurement data that could not be used as error data in the past can be used. In addition, by repeating the calculation of the average abnormality rate by randomly selecting from a plurality of measurement data and performing the calculation, the abnormality rate is settled and the discrimination result is stabilized.

[実施例1]
以上説明した状態監視方法について、検証実験をおこなった。被試験装置は軸受とし、軌道面に人工の損傷を設けた軸受の状態監視事例を示す。
[Example 1]
A verification experiment was conducted on the condition monitoring method described above. The device under test is a bearing, and an example of condition monitoring of a bearing with artificial damage on the raceway surface is shown.

アンギュラ玉軸受の外輪軌道に放電加工で微細な円筒穴および矩形溝を設けた軸受を、ラジアル負荷およびアキシアル負荷のかかる状態で、一定速度で運転した時の振動加速度を測定した。放電穴直径および溝形(以下、損傷サイズ)は以下に示す5種類である。各損傷サイズで11回振動加速度を測定した。また、測定ごとに試験機の分解・再組み立てをした。運転条件および測定条件は次の通りである。 The vibration acceleration of a bearing having an outer ring raceway of an angular contact ball bearing provided with fine cylindrical holes and rectangular grooves by electric discharge machining was measured when the bearing was operated at a constant speed under a radial load and an axial load. There are five types of discharge hole diameter and groove shape (hereinafter referred to as damage size) shown below. Vibration acceleration was measured 11 times for each damage size. In addition, the testing machine was disassembled and reassembled for each measurement. The operating conditions and measurement conditions are as follows.

<運転条件>
軸受:アンギュラ玉軸受(型番7216:内径80mm、外径140mm、幅26mm)
ラジアル負荷:1.3kN
アキシアル負荷:1.3kN
回転速度:1500回転/分
損傷サイズ:0.00mm(正常)、φ0.34mm(円筒穴)、φ0.68mm(円筒穴)、
φ1.02mm(円筒穴)、φ1.35mm(円筒穴)、周方向2mm×軸方向10mm×深さ1mm(矩形溝)
<測定条件>
測定データ:振動加速度
測定方向:鉛直方向、水平方向、軸方向
データ長さ:20秒
サンプリング速度:50kHz
測定回数:11回/損傷サイズ
上記で得た各損傷サイズにおける振動加速度データを用い実施例の有用性を評価した。
<Operating conditions>
Bearing: Angular contact ball bearing (model number 7216: inner diameter 80 mm, outer diameter 140 mm, width 26 mm)
Radial load: 1.3kN
Axial load: 1.3kN
Rotation speed: 1500 rotations / minute Damage size: 0.00mm (normal), φ0.34mm (cylindrical hole), φ0.68mm (cylindrical hole),
φ1.02mm (cylindrical hole), φ1.35mm (cylindrical hole), circumferential direction 2mm x axial direction 10mm x depth 1mm (rectangular groove)
<Measurement conditions>
Measurement data: Vibration acceleration Measurement direction: Vertical direction, horizontal direction, axial direction Data length: 20 seconds Sampling speed: 50kHz
Number of measurements: 11 times / damage size The usefulness of the examples was evaluated using the vibration acceleration data for each damage size obtained above.

<学習データ、テストデータの特徴量ベクトルの算出>
1回の測定20秒で得られた振動加速度データを、周波数フィルタ処理(ローパス:20〜1000Hz、バンドパス:1000〜5000Hz、ハイパス:5000〜20000Hz)後、0.2秒(回転軸5回転)毎に100セグメントに分割し、分割した測定データ(セグメントデータ)の時間領域、周波数領域、ケフレンシ領域での特徴量(ここでは実効値OA、最大値Max、波高率Crest factor、尖度、歪度)を算出し同時刻における各フィルタ処理後、各領域の特徴量をまとめて特徴量ベクトルを得る(図3)。
<Calculation of feature vector of training data and test data>
Vibration acceleration data obtained in 20 seconds of one measurement is processed every 0.2 seconds (5 rotations of the rotation axis) after frequency filtering (low pass: 20 to 100,000 Hz, band pass: 1000 to 5000 Hz, high pass: 5000 to 20000 Hz). Divided into 100 segments, and the feature quantities (here, effective value OA, maximum value Max, crest factor, sharpness, strain) of the divided measurement data (segment data) in the time domain, frequency domain, and kefrency domain After the calculation and each filter processing at the same time, the feature amount of each region is put together to obtain the feature amount vector (Fig. 3).

<学習データの選択>
正常時において、得た11個の測定データのうち、ランダムに8個を学習データとして選択した。選択した測定データから得られる全特徴量ベクトルをまとめて学習用のデータとして利用する。
<Selection of learning data>
In the normal state, 8 of the 11 measurement data obtained were randomly selected as training data. All feature vector obtained from the selected measurement data is collectively used as learning data.

<テストデータの選択>
各種損傷サイズに対して、得られた11個の特徴量セットのうち、ランダムに3個を選択した。なお、損傷なしのデータとしては、学習データとしてランダムに8個選択した残りの3個を使用した。選択した測定データから得られる全特徴量ベクトルをテスト用のデータとして使用する。
<Selection of test data>
Three of the 11 feature sets obtained were randomly selected for various damage sizes. As the undamaged data, the remaining 3 data randomly selected as training data were used. The total feature vector obtained from the selected measurement data is used as the test data.

<分類境界および異常判別しきい値の作成>
学習データの特徴量ベクトルからOC−SVMを用いて分類境界を作成する(図5)。また作成した分類境界により、学習データの全特徴量ベクトルの異常度を算出し、異常判別しきい値を次式(1)で算出する。
異常判別しきい値=異常度の平均値+5×異常度の標準偏差…(1)
<テストデータの異常率の算出>
分類境界を用いてテストデータの各特徴量ベクトルの異常度を算出し、次式(2)を用いてテストデータの異常率を算出する(図4)。
異常率=異常判別しきい値を超えた特徴量ベクトルの数/特徴量ベクトルの総数…(2)
<診断>
以上の処理を10回繰り返し、各損傷サイズの異常率平均を算出する。異常率平均が0.5以上であればテストデータを異常とみなす。
<Creation of classification boundaries and anomaly discrimination thresholds>
A classification boundary is created from the feature vector of the training data using OC-SVM (Fig. 5). Further, the degree of abnormality of the total feature amount vector of the training data is calculated from the created classification boundary, and the abnormality discrimination threshold value is calculated by the following equation (1).
Abnormality discrimination threshold = average value of abnormality degree + 5 x standard deviation of abnormality degree ... (1)
<Calculation of abnormal rate of test data>
The degree of abnormality of each feature vector of the test data is calculated using the classification boundary, and the abnormality rate of the test data is calculated using the following equation (2) (Fig. 4).
Abnormality rate = number of feature vector / total number of feature vectors exceeding the anomaly discrimination threshold value ... (2)
<Diagnosis>
The above process is repeated 10 times, and the average abnormality rate of each damage size is calculated. If the average abnormality rate is 0.5 or more, the test data is regarded as abnormal.

図10は、異常率平均を算出する効果を示すグラフである。図10(a)には、各計算時(10回)における異常率と人工欠陥サイズとの関係が示されている。図10(b)には、異常率平均を算出した場合の、異常率平均と人工欠陥サイズとの関係が示されている。なお、人工欠陥サイズが0beは、欠陥なしの試験体を示し、2be,4be,6be,8beは、それぞれφ0.34mm(円筒穴),φ0.68mm(円筒穴),φ1.02mm(円筒穴),φ1.35mm(円筒穴)を示し、RGeは、周方向2mm×軸方向10mm×深さ1mmの矩形溝を示す。図10(a)、(b)を比較してわかるように、異常率平均を算出する場合の方が各欠陥サイズにおいてバラツキが小さくなるので、異常率平均を異常判別に用いたほうが、判別結果が安定しやすいことが分かる。 FIG. 10 is a graph showing the effect of calculating the average abnormality rate. FIG. 10A shows the relationship between the abnormality rate and the artificial defect size at each calculation (10 times). FIG. 10B shows the relationship between the average abnormality rate and the artificial defect size when the average abnormality rate is calculated. The artificial defect size of 0be indicates a test piece without defects, and 2be, 4be, 6be, and 8be are φ0.34 mm (cylindrical hole), φ0.68 mm (cylindrical hole), and φ1.02 mm (cylindrical hole), respectively. , Φ1.35 mm (cylindrical hole), and RGe indicates a rectangular groove of 2 mm in the circumferential direction × 10 mm in the axial direction × 1 mm in depth. As can be seen by comparing FIGS. 10 (a) and 10 (b), the variation in each defect size is smaller when the anomaly rate average is calculated. Therefore, it is better to use the anomaly rate average for the abnormality discrimination. It turns out that is easy to stabilize.

[実施例2]
実施例2は、運転条件および測定条件については、実施例1と共通である。実施例1において求めた特徴量ベクトルを時系列で連続するセグメント5個(セグメントセット)単位でまとめたものを新たな特徴量ベクトルとして使用した。
[Example 2]
The operating condition and the measuring condition of the second embodiment are the same as those of the first embodiment. A new feature vector obtained by summarizing the feature vectors obtained in Example 1 in units of five consecutive segments (segment sets) in time series was used.

図11は、セグメントセットごとに特徴量ベクトルを求めることを説明するための概念図である。測定データの時間長T1を20秒とすると、セグメントの時間長T2を0.2秒とした。そしてセグメントセットの時間長T3を2秒とした。実施例2では実施例1の5つの連続するセグメントの5つの特徴量ベクトルをまとめて、セグメントセットの特徴量ベクトルとした。 FIG. 11 is a conceptual diagram for explaining that the feature amount vector is obtained for each segment set. Assuming that the time length T1 of the measurement data is 20 seconds, the time length T2 of the segment is 0.2 seconds. Then, the time length T3 of the segment set was set to 2 seconds. In Example 2, the five feature vectors of the five consecutive segments of Example 1 were put together to form a segment set feature vector.

このセグメントセットの特徴量ベクトルを使用して実施例1と同様な手順で処理を行なった。 Using the feature vector of this segment set, processing was performed in the same procedure as in Example 1.

[比較例]
比較例では、特徴量として一般に診断に用いられる実効値を用いた。比較例の算出方法を以下に示す。
[Comparison example]
In the comparative example, an effective value generally used for diagnosis was used as the feature quantity. The calculation method of the comparative example is shown below.

正常時(損傷なし)および各損傷サイズにおける鉛直方向の実効値を算出する。実効値は測定データ全体から1つの値を求める。 Calculate the vertical effective value at normal time (no damage) and at each damage size. As the effective value, one value is obtained from the entire measurement data.

正常時において得られた11個の測定データのうちランダムに8個を学習データとして選択し、選択した測定データの実効値から異常判別しきい値を次式(3)で算出する。
異常判別しきい値=実効値の平均値+5×実効値の標準偏差…(3)
正常時(損傷なし)および各損傷サイズに対して得られた測定データのうち3個をテストデータとして選択し、テストデータの実効値を用いて次式(4)で異常率を算出する。正常時については異常判別しきい値を作成したデータとは別の測定データを使用する。
異常率=異常判定閾値を超えた実効値の数/テストデータの数…(4)
異常率の算出までの処理を繰り返し、各損傷サイズの異常率平均を算出する。異常率平均が0.5以上であればテストデータを異常とみなす。
Eight of the 11 measurement data obtained in the normal state are randomly selected as learning data, and the abnormality discrimination threshold value is calculated from the effective value of the selected measurement data by the following equation (3).
Abnormality discrimination threshold = mean value of effective value + 5 x standard deviation of effective value ... (3)
Three of the measurement data obtained at normal time (no damage) and for each damage size are selected as test data, and the abnormality rate is calculated by the following equation (4) using the effective value of the test data. For normal conditions, use measurement data different from the data for which the abnormality discrimination threshold was created.
Abnormality rate = number of effective values exceeding the abnormality judgment threshold / number of test data ... (4)
The process up to the calculation of the abnormality rate is repeated, and the average abnormality rate of each damage size is calculated. If the average abnormality rate is 0.5 or more, the test data is regarded as abnormal.

[評価]
図12は、異常判別結果を示す図である。実施例1、2および比較例において、学習データ、テストデータを変更して、異常率平均を5回算出した結果が図12に示される。5回の計算で異常率平均がすべて0.5以上となった場合は○、1度でも0.5以上となった場合は△、1度も0.5を超えなかった場合は×とした。比較例に比べ、実施例1,2はいずれも異常判別精度が向上した。
[Evaluation]
FIG. 12 is a diagram showing an abnormality determination result. In Examples 1 and 2 and Comparative Example, the result of calculating the average abnormality rate 5 times by changing the training data and the test data is shown in FIG. If the average abnormality rate is 0.5 or more in all 5 calculations, it is marked as ○, if it is 0.5 or more even once, it is marked as △, and if it is not exceeded 0.5 once, it is marked as ×. .. Compared with the comparative example, the abnormality discrimination accuracy was improved in each of Examples 1 and 2.

以上説明したように、本発明の状態監視方法は、運転状況やノイズの影響を受ける回転機械において、測定データからより早期に異常を判別でき、状態監視システムの精度を向上できる。 As described above, the condition monitoring method of the present invention can determine an abnormality from the measurement data at an earlier stage in a rotating machine affected by operating conditions and noise, and can improve the accuracy of the condition monitoring system.

[作用・効果]
本発明では運転状況やノイズの影響を受ける回転機械において、従来は判別できない微細な損傷の判別を可能とした。
[Action / Effect]
In the present invention, in a rotating machine affected by operating conditions and noise, it is possible to discriminate minute damage that cannot be discriminated in the past.

本実施の形態に係る状態監視方法は、第1〜第9工程を備える。第1工程(S1)は、被試験対象物が正常である時に、被試験対象物に設置したセンサから第1時間長の複数の第1の測定データを互いに異なるタイミングで取得する。 The condition monitoring method according to the present embodiment includes the first to ninth steps. In the first step (S1), when the object to be tested is normal, a plurality of first measurement data having a first time length are acquired from the sensor installed on the object to be tested at different timings.

第2工程(S1)は、被試験対象物の診断時に、第1時間長の複数の第2の測定データを互いに異なるタイミングで取得する。 In the second step (S1), at the time of diagnosing the object to be tested, a plurality of second measurement data having a first time length are acquired at different timings.

第3工程(S12)は、複数の第1の測定データから複数の学習データをランダムに選択する。第4工程(S22)は、複数の第2の測定データから複数のテストデータをランダムに選択する。第5工程(S13,S14)は、複数の学習データの各々を第1時間長T1よりも短い第2時間長T2毎のセグメントデータに分割し、分割後の各セグメントデータに対して複数の特徴量を含む第1の特徴量ベクトルを作成する。第6工程(S15)は、複数の学習データについてセグメントデータ毎に作成された複数の第1の特徴量ベクトルから、正常と異常とを分類する分類境界、および異常判別しきい値を作成する。第7工程(S23,S24)は、複数のテストデータの各々を第2時間長毎のセグメントデータに分割し、分割後の各セグメントデータに対して複数の特徴量を含む第2の特徴量ベクトルを作成する。第8工程(S25,S36)は、第2の特徴量ベクトルに対して分類境界からの距離である異常度を算出し、複数のテストデータの各々に対して、第2の特徴量ベクトルの異常度が異常判別しきい値を超える数が第2の特徴量ベクトルの総数に対する割合である異常率を算出する。第9工程(S37〜S39)は、第3〜第8工程を繰り返し複数回実行し、得られた異常率の平均値が所定の値を超えた場合に被試験対象物を異常と判別する。 In the third step (S12), a plurality of training data are randomly selected from the plurality of first measurement data. In the fourth step (S22), a plurality of test data are randomly selected from the plurality of second measurement data. In the fifth step (S13, S14), each of the plurality of training data is divided into segment data for each second time length T2 shorter than the first time length T1, and a plurality of features for each segment data after the division. Create a first feature vector containing the quantity. In the sixth step (S15), a classification boundary for classifying normal and abnormal and an abnormality discrimination threshold value are created from a plurality of first feature quantity vectors created for each segment data for the plurality of training data. In the seventh step (S23, S24), each of the plurality of test data is divided into segment data for each second time length, and a second feature amount vector including a plurality of feature amounts for each segment data after the division. To create. In the eighth step (S25, S36), the degree of abnormality, which is the distance from the classification boundary, is calculated for the second feature vector, and the abnormality of the second feature vector is found for each of the plurality of test data. The anomaly rate is calculated in which the number of degrees exceeding the anomaly discrimination threshold is the ratio to the total number of the second feature vector. In the ninth step (S37 to S39), the third to eighth steps are repeatedly executed a plurality of times, and when the average value of the obtained abnormality rates exceeds a predetermined value, the object to be tested is determined to be abnormal.

第5工程(S13,S14),第7工程(S23,S24)は、例えば一定の時間長T1で測定したデータを、回転周期、サイクルなどの時間長T2で分割し特徴量ベクトルを算出した後、特徴量セットとして扱うことで、時間的な特徴量の変動を評価することが可能になる。 In the fifth step (S13, S14) and the seventh step (S23, S24), for example, the data measured with a fixed time length T1 is divided by the time length T2 such as a rotation cycle and a cycle, and then the feature quantity vector is calculated. By treating it as a feature set, it becomes possible to evaluate changes in features over time.

時間長T2は、回転周期や運転サイクルの整数倍とすることが望ましい。
第5工程(S13,S14),第7工程(S23,S24)における特徴量として、例えば生の測定データまたはバンドパスフィルタ後の時間領域、周波数領域、ケフレンシ領域における、実効値、最大値、波高率、尖度、歪度を例示できる。
The time length T2 is preferably an integral multiple of the rotation cycle and the operation cycle.
The feature quantities in the 5th step (S13, S14) and the 7th step (S23, S24) are, for example, the effective value, the maximum value, and the wave height in the time domain, the frequency domain, and the kurtosis region after the raw measurement data or the bandpass filter. The rate, kurtosis, and skewness can be exemplified.

第3工程(S12)は、段取や、停止・再開を含めた長期間の出力信号から、ランダムに特徴量ベクトル選択することで、機械の特性の変化を考慮した正常モデルを作成することが可能になる。 In the third step (S12), a normal model can be created in consideration of changes in machine characteristics by randomly selecting a feature vector from long-term output signals including setup and stop / restart. It will be possible.

第4工程(S22)は、第3工程(S12)同様、段取や、停止・再開を含めた長期間のデータからランダムに特徴量ベクトルを選択することで、機械の特性の変化を考慮したテストデータを作成することが可能になる。 In the fourth step (S22), as in the third step (S12), changes in machine characteristics are taken into consideration by randomly selecting feature vector from long-term data including setup and stop / restart. It becomes possible to create test data.

正常モデルの学習と異常判別指標、異常判別しきい値の作成に使用する手法として、SVM以外にも、ランダムフォレスト、ロジスティック回帰、決定木、ニューラルネットワークを例示できる。 In addition to SVM, random forest, logistic regression, decision tree, and neural network can be exemplified as methods used for learning a normal model and creating an abnormality discrimination index and an abnormality discrimination threshold value.

第9工程(S37〜S39)は正常モデル、テストデータを変更して複数回異常率を算出し、平均化することにより運転状況が変動する機械において、誤評価を防ぐことが可能になる。 In the ninth step (S37 to S39), the normal model and test data are changed, the abnormality rate is calculated a plurality of times, and the abnormality rate is averaged to prevent erroneous evaluation in a machine whose operating condition fluctuates.

なお、状態監視に用いるセンサの出力信号は、回転機械、設備の運転状況を確認できる出力信号であれば良く、振動、音響、温度、負荷トルク、モータ電力を例示できる。 The output signal of the sensor used for condition monitoring may be any output signal that can confirm the operating status of the rotating machine and equipment, and vibration, sound, temperature, load torque, and motor power can be exemplified.

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time should be considered as exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the description of the embodiment described above, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

10 被試験装置、20 振動センサ、100 状態監視装置、110 A/Dコンバータ、120 データ取得部、130 記憶装置、140 データ演算部、142 学習部、144 値記憶部、146 異常度算出部、148 判別部、150 表示部。 10 Tested device, 20 Vibration sensor, 100 Condition monitoring device, 110 A / D converter, 120 Data acquisition unit, 130 Storage device, 140 Data calculation unit, 142 Learning unit, 144 Value storage unit, 146 Abnormality calculation unit, 148 Discrimination unit, 150 display unit.

Claims (3)

被試験対象物である回転機械が正常である時に、前記被試験対象物に設置したセンサから第1時間長の複数の第1の測定データを互いに異なるタイミングで取得する第1工程と、
前記被試験対象物の診断時に、前記第1時間長の複数の第2の測定データを互いに異なるタイミングで取得する第2工程と、
前記複数の第1の測定データから複数の学習データをランダムに選択する第3工程と、
前記複数の第2の測定データから複数のテストデータをランダムに選択する第4工程と、
前記複数の学習データの各々を前記第1時間長よりも短い第2時間長毎のセグメントデータに分割し、分割後の各セグメントデータに対して複数の特徴量である実効値、最大値、波高率、尖度、歪度を含む第1の特徴量ベクトルを作成する第5工程と、
前記複数の学習データについてセグメントデータ毎に作成された複数の第1の特徴量ベクトルから、正常と異常とを分類する分類境界、および異常判別しきい値を作成する第6工程と、
前記複数のテストデータの各々を前記第2時間長毎のセグメントデータに分割し、分割後の各セグメントデータに対して複数の特徴量である実効値、最大値、波高率、尖度、歪度を含む第2の特徴量ベクトルを作成する第7工程と、
前記第2の特徴量ベクトルに対して前記分類境界からの距離である異常度を算出し、前記複数のテストデータの各々に対して、前記第2の特徴量ベクトルの異常度が前記異常判別しきい値を超える数が前記第2の特徴量ベクトルの総数に対する割合である異常率を算出する第8工程と、
前記第3〜第8工程を繰り返し複数回実行し、得られた異常率の平均値が所定の値を超えた場合に前記被試験対象物を異常と判別する第9工程とを備える、状態監視方法。
When the rotating machine , which is the object to be tested, is normal, the first step of acquiring a plurality of first measurement data having a length of one time from the sensor installed on the object to be tested at different timings.
At the time of diagnosing the object to be tested, a second step of acquiring a plurality of second measurement data having the first time length at different timings, and
A third step of randomly selecting a plurality of training data from the plurality of first measurement data, and
A fourth step of randomly selecting a plurality of test data from the plurality of second measurement data, and
Each of the plurality of training data is divided into segment data for each second time length shorter than the first time length , and the effective value, maximum value, and wave height, which are a plurality of feature quantities , are obtained for each segment data after the division. The fifth step of creating the first feature vector including the rate, kurtosis, and skewness , and
A sixth step of creating a classification boundary for classifying normal and abnormal and an abnormality discrimination threshold value from a plurality of first feature vector created for each segment data of the plurality of training data.
Each of the plurality of test data is divided into segment data for each second time length , and the effective value, maximum value, crest factor, kurtosis, and skewness, which are a plurality of feature quantities , are obtained for each segment data after the division. A seventh step of creating a second feature vector containing
The degree of abnormality, which is the distance from the classification boundary, is calculated for the second feature amount vector, and the degree of abnormality of the second feature amount vector determines the abnormality for each of the plurality of test data. The eighth step of calculating the anomaly rate, in which the number exceeding the threshold value is the ratio to the total number of the second feature vector,
Condition monitoring including the ninth step of repeatedly executing the third to eighth steps a plurality of times and determining the object to be tested as an abnormality when the average value of the obtained abnormality rates exceeds a predetermined value. Method.
被試験対象物である回転機械が正常である時に、前記被試験対象物に設置したセンサから第1時間長の複数の第1の測定データを互いに異なるタイミングで取得する第1工程と、
前記被試験対象物の診断時に、前記第1時間長の複数の第2の測定データを互いに異なるタイミングで取得する第2工程と、
前記複数の第1の測定データから複数の学習データをランダムに選択する第3工程と、
前記複数の第2の測定データから複数のテストデータをランダムに選択する第4工程と、
前記複数の学習データの各々を前記第1時間長よりも短い第2時間長毎のセグメントデータに分割し、分割後の各セグメントデータに対して複数の特徴量である実効値、最大値、波高率、尖度、歪度を含む第1の特徴量ベクトルを作成し、連続する複数のセグメントデータの第1の特徴量ベクトルをまとめて、第3の特徴量ベクトルを作成する第5工程と、
前記複数の学習データについて前記連続する複数のセグメントデータ毎に作成された複数の第3の特徴量ベクトルから、正常と異常とを分類する分類境界、および異常判別しきい値を作成する第6工程と、
前記複数のテストデータの各々を前記第2時間長毎のセグメントデータに分割し、分割後の各セグメントデータに対して複数の特徴量である実効値、最大値、波高率、尖度、歪度を含む第2の特徴量ベクトルを作成し、連続する複数のセグメントデータの第2の特徴量ベクトルをまとめて第4の特徴量ベクトルを作成する第7工程と、
前記第4の特徴量ベクトルに対して前記分類境界からの距離である異常度を算出し、前記複数のテストデータの各々に対して、前記第4の特徴量ベクトルの異常度が前記異常判別しきい値を超える数が前記第4の特徴量ベクトルの総数に対する割合である異常率を算出する第8工程と、
前記第3〜第8工程を繰り返し複数回実行し、得られた異常率の平均値が所定の値を超えた場合に前記被試験対象物を異常と判別する第9工程とを備える、状態監視方法。
When the rotating machine , which is the object to be tested, is normal, the first step of acquiring a plurality of first measurement data having a length of one time from the sensor installed on the object to be tested at different timings.
At the time of diagnosing the object to be tested, a second step of acquiring a plurality of second measurement data having the first time length at different timings, and
A third step of randomly selecting a plurality of training data from the plurality of first measurement data, and
A fourth step of randomly selecting a plurality of test data from the plurality of second measurement data, and
Each of the plurality of training data is divided into segment data for each second time length shorter than the first time length , and the effective value, maximum value, and wave height, which are a plurality of feature quantities , are obtained for each segment data after the division. A fifth step of creating a first feature vector including rate, kurtosis, and skewness , and collecting the first feature vectors of a plurality of consecutive segment data to create a third feature vector,
A sixth step of creating a classification boundary for classifying normal and abnormal and an abnormality discrimination threshold value from a plurality of third feature vector created for each of the continuous plurality of segment data for the plurality of training data. When,
Each of the plurality of test data is divided into segment data for each second time length , and the effective value, maximum value, crest factor, sharpness, and skewness, which are a plurality of feature quantities , are obtained for each segment data after the division. A seventh step of creating a second feature vector including the above, and combining the second feature vectors of a plurality of consecutive segment data to create a fourth feature vector.
The degree of abnormality, which is the distance from the classification boundary, is calculated for the fourth feature amount vector, and the degree of abnormality of the fourth feature amount vector determines the abnormality for each of the plurality of test data. The eighth step of calculating the anomaly rate, in which the number exceeding the threshold value is the ratio to the total number of the fourth feature vector,
Condition monitoring including the ninth step of repeatedly executing the third to eighth steps a plurality of times and determining the object to be tested as an abnormality when the average value of the obtained abnormality rates exceeds a predetermined value. Method.
請求項1または2に記載の方法を用いて、前記被試験対象物を診断する、状態監視装置。 A condition monitoring device for diagnosing the object to be tested by using the method according to claim 1 or 2.
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