JP6822294B2 - 評価プログラム、情報処理装置、及び評価方法 - Google Patents
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Description
例えば、回転体110を備える様々な収集対象装置から正常動作時の動作音である正常音のデータを収集し、記憶部202に記憶しておくことができる。また同様に、それらの収集対象装置において過去に異常が起きた際の動作音である異常音のデータを収集し、記憶部202に記憶しておくことができる。以下、正常音データと異常音データとが収集されている様々な収集対象装置のうちの或る収集対象装置の正常音データと異常音データとから異音成分に関する情報を収集する処理について説明する。
情報処理装置103の制御部201は、記憶部202から異音成分に関する情報を収集する対象である収集対象装置の正常音データと、異常音データとを読み出す。そして、制御部201は、図3に示す様に、正常音データと異常音データの差分から異音成分を抽出する。一例では、制御部201は、正常音データと異常音のデータとをフーリエ変換して周波数スペクトルを生成する。そして、制御部201は、正常音の周波数スペクトルと異常音の周波数スペクトルの差分をとり、差分に逆フーリエ変換を施すことで異音成分を抽出してよい。例えば、異音成分の抽出には、非特許文献1の逆フィルタ法を用いることができる。
続いて、制御部201は、収集対象装置の正常音と、抽出した異音成分との類似度を計算する。制御部201は、例えば、図4に示す手法で類似度を評価することができる。
人間が感じる音の大きさは、音の周波数によって変わることが知られており、人間が感じる音の大きさを表す指標として、ラウドネス値が知られている。図5は、ラウドネス値の算出を例示する図である。図5に示す等ラウドネス曲線は、周波数と音圧レベルと、ホン(ラウドネスレベル)を表すデシベル(dB)との関係を示している。ホン(phon)は、ラウドネス(音の聴覚的な強さ)のレベルの単位である。ホンは、例えば、基準音圧を20μPaとした音圧レベルのデシベル(dB)値を周波数ごとに補正した値であり、1000ヘルツの純音に対しては音圧レベルのデシベル値に等しい。同じホンの音は(個人差等もあるがほぼ)同じ大きさに聞こえる。音圧レベルのdB値とホンの関係は等ラウドネス曲線におおよそ一致する。そして、制御部201は、この様な周波数毎の人が感じる音の大きさであるホンを基に、ラウドネス値を算出することができる。また、ラウドネス値を計測するラウドネスメータなども知られており、別の実施形態ではラウドネスメータでラウドネス値が測定されてもよい。
図7は、以上で述べた工程1−1〜工程1−3の処理と対応する制御部201が実行する異音成分に関する情報の収集処理の動作フローを例示する図である。制御部201は、例えば、異音成分に関する情報の収集処理の実行指示が入力されると図7の動作フローを開始してよい。
続いて、検出対象装置101の疑似異常音データの生成処理について説明する。情報処理装置103の制御部201は、例えば、収集対象装置から得られた類似度及びラウドネス値の情報を用いて、異常の検出対象の検出対象装置101が発する異常音としてもっともらしい疑似異常音のデータを生成する。以下、疑似異常音データの生成について説明する。
情報処理装置103の制御部201は、まず、異常の検出対象の検出対象装置101について情報を取得する。例えば、制御部201は、検出対象装置101の正常音のデータ、動作時の回転体110の回転数、及びその他の仕様情報を取得する。正常音のデータは、例えば、検出対象装置101が正常に動作している状況で、集音装置102で音を録音することなどで取得することができる。
続いて、制御部201は、検出対象装置101で発生し得る異常として想定される不具合を取得する。制御部201は、例えば、取得した検出対象装置101の仕様情報(例えば、検出対象装置101の型番、ベアリングの型番、ベアリングの玉数、ファンの枚数など)から検出対象装置101の異常として想定される不具合を特定することができる。例えば、検出対象装置101が空調機及び室外機であれば、軸受けの外輪傷、回転軸のアンバランス、及びファンのゆるみ、ガタつき等の不具合を起こり得る不具合として推定できる。また、制御部201は、例えば、ユーザに検出したい不具合を入力させてもよい。
制御部201は、特定した検出対象装置101の回転体110の回転数と想定される不具合とから、基音情報800から基音周波数を特定する。
R:ベアリングの玉半径
E:ベアリング材質のヤング率
A:ベアリングの外輪断面積
I:ベアリング外輪の断面二次モーメント
ρ:材質密度
n:固有振動モード(通常n = 2〜5)
制御部201は、例えば、検出対象装置101のもっともらしい疑似異常音データを生成するために異常事例情報600からエントリを読み出す。一例では、制御部201は、異常事例情報600の全てのエントリを読み出してよい。或いは、制御部201は、検出対象装置101と近しい構成を有する収集対象装置から取得された情報を含むエントリを読み出してもよい。一例としては、読み出すエントリは、検出対象装置101の型番と同じ装置型番を有するエントリや、検出対象装置101のベアリングの型番と同じベアリング型番を有するエントリであってよい。或いは、読み出すエントリは、例えば、検出対象装置101とファンの枚数が同じである収集対象装置から情報が取得されたエントリや、ベアリングの玉数が同じである収集対象装置から情報が取得されたエントリなどであってよい。
制御部201は、検出対象装置101の基音周波数に基づいて、疑似異音成分を作成する。図9は、基音周波数に基づく疑似異音成分の作成を例示する図である。まず、制御部201は、例えば、基音周波数とその高調波の周波数成分とを所定の強度で含む初期周波数スペクトル(図9(a))を作成する。なお、初期周波数スペクトルには、異常の検出対象とする周波数範囲内に存在する複数の高調波が含まれていてよい。
制御部201は、工程2−5で各周波数成分の大きさが算出された疑似異音成分のラウドネス値を計算する。そして、制御部201は、疑似異音成分のラウドネス値が、異常事例情報600から読み出した参照エントリの異音成分のラウドネス値と一致するように、又は異音成分のラウドネス値にできるだけ近づくように疑似異音成分の強度を定数倍する。即ち、制御部201は、例えば、スペクトルAのラウドネス値をL(A)としたとすると、以下の式2を満たす定数αを算出する。
L(α×疑似異音成分)=参照エントリの異音成分のラウドネス値 ・・・式2
制御部201は、以上の工程2−5で類似度を用いて周波数分布を調整し、工程2−6でラウドネス値に基づいて強度を調整した疑似異音成分を、図10に示すように、検出対象装置101の正常時の動作音である正常音の周波数スペクトルに合成する。それにより、制御部201は、疑似異音合成スペクトルを得る。そして、制御部201は、得られた疑似異音合成スペクトルに逆フーリエ変換などの処理を施すことで、音の波形データに変換した疑似異常音データを記憶部202に記憶する。
制御部201は、作成した疑似異常音データを用いて異常検出装置又は異常検出ソフトウェアによる異常の検出精度を評価する。一例としては、検出対象装置101の正常音のデータと、上記のように生成した疑似異常音データとを複数用意する。そして、制御部201は、正常音のデータと疑似異常音データに異常検出を実行し、正常音を正常と判定できたかや、疑似異常音データの音を異常と判定できたかを評価してよい。なお、異常検出精度の評価は、種々の方法で実行されてよく、一例を以下に示す。
正常音をデータXとし、正常音を1分毎に分割したデータを{xi}とする(i=1,2,…,n)。また、{xi}の各正常音から作成した疑似異常音を{yi}とする(i=1,2,…,n)。そして、情報処理装置103の制御部201は、{xi}について判定を行い、正常音と判定されたデータ数N1、異常音と判定されたデータ数N2を算出する。また、制御部201は、{yi}について判定を行い、正常音と判定されたデータ数M1、異常音と判定されたデータ数M2を算出する。制御部201は、算出結果より、以下の評価値を算出する。
Precision = M2 / (N2 + M2) ・・・式3
Recall = M2 / (M1 + M2) ・・・式4
また、図11は、以上で述べた工程2−1〜工程2−8の処理と対応する制御部201が実行する検出精度評価処理の動作フローを例示する図である。制御部201は、例えば、検出精度評価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。
<勾配法に基づく解法の例>
疑似異音成分の各周波数成分の大きさは、上述のように、勾配法等を用いて算出することができる。まず、正常音スペクトルの強度をA={ai}で表し、疑似異音成分の強度をX={xi}で表すものとする(i=1,2,…,n)。また、目的値とする所定の類似度=αとする。2つのスペクトルの類似度を求める類似度関数をf(X;A)で表すものとする。なお、類似度関数fはXに関して連続で、且つ、偏微分可能であるものとする。
F (X;A) =(f(X;A)-α)^2
Step1:制御部201は、各iについて勾配gi(X;A)を算出する。
条件:0≦ xi - sgn(gi)δ
xk = xk - sgn(gi)δ
例えば、類似度がコサイン類似度で表され、且つ、疑似異音成分が基音周波数とその2倍音成分だけを含んでいるといった何らかの制約を設けた場合、制約を用いて疑似異音成分に含まれる各周波数成分の強度を求めることができる。以下の疑似異音成分に含まれる各周波数成分の強度算出の例を述べる。
コサイン似度=Σ ai * xi /{(Σ ai^2)(Σxi^2)}^(1/2)
コサイン類似度=Σ ai * xi
(ただし、Σ ai ^2 = Σ xi ^2 = 1)
Σ ai * xi = α
Σ xi^2 = 1
xi ≧ 0 for all i = 1,2,…,n
例えば、疑似異音成分が基音周波数およびその倍音のみを含んでいるとしてそれぞれの強度をp,qとする。また、正常音の対応する周波数の強度が0.1,0.2であるとする。また類似度はα= 0.2であるとする。この場合、制御部201は、以下の連立方程式を解く。
0.1p+0.2q = 0.2 ・・・(1)
p^2+q^2=1 ・・・(2)
結果を(1)式に代入し、制御部201は、(p,q) = (0,1) または (0.8,0.6)を求めることができる。基音周波数成分は0より大きいため、制御部201は、p=0.8,q=0.6を解として得ることができる。例えば、以上のようにして、制御部201は、所定の類似度となるように疑似異音成分の各周波数成分の大きさを算出することができる。
(1)記憶装置1403に予めインストールされている。
(2)着脱可能記憶媒体1405により提供される。
(3)プログラムサーバなどのサーバから提供される。
(付記1)
回転体を備える装置の異常動作時の動作音である異常音から抽出した異音成分と、正常動作時の動作音である第1正常音との周波数スペクトルにおける類似度に基づいて、第2の装置が備える第2の回転体の回転数に基づく周波数成分を含む疑似異音成分を生成し、
前記第2の装置の正常動作時の動作音である第2正常音に前記疑似異音成分を合成して得られた疑似異常音データを用いて、前記第2の装置の異常を検出する精度を評価する、
処理を、コンピュータに実行させる評価プログラム。
(付記2)
前記疑似異音成分を生成する処理は、
前記第2の回転体の前記回転数に基づく周波数及び前記周波数の高調波に対応する複数の周波数成分を含む初期周波数スペクトルと、前記第2正常音の周波数スペクトルとの第2の類似度が、前記類似度に近づくように前記複数の周波数成分のそれぞれの強度を決定することで前記疑似異音成分を生成する、
処理を含む、ことを特徴とする付記1に記載の評価プログラム。
(付記3)
前記疑似異音成分を生成する処理は、
前記疑似異音成分の第2のラウドネス値が前記ラウドネス値に近づくように、前記疑似異音成分の周波数スペクトルの強度を定数倍する、
処理を更に含む、ことを特徴とする付記2に記載の評価プログラム。
(付記4)
前記初期周波数スペクトルに含まれる前記複数の周波数成分は、前記回転数に基づく前記周波数及び前記周波数の前記高調波の周波数から所定の周波数だけ離れた位置の周波数成分を更に含む)、ことを特徴とする付記2又は3に記載の評価プログラム。
(付記5)
前記異音成分は、前記異常音と前記正常音との差分であることを特徴とする付記1から4のいずれかに記載の評価プログラム。
(付記6)
回転体を備える装置の異常動作時の動作音である異常音から抽出した異音成分と、正常動作時の動作音である第1正常音との周波数スペクトルにおける類似度に基づいて、第2の装置が備える第2の回転体の回転数に基づく周波数成分を含む疑似異音成分を生成する生成部と、
前記第2の装置の正常動作時の動作音である第2正常音に前記疑似異音成分を合成して得られた疑似異常音データを用いて、前記第2の装置の異常を検出する精度を評価する評価部と、
を含む、情報処理装置。
(付記7)
回転体を備える装置の異常動作時の動作音である異常音から抽出した異音成分と、正常動作時の動作音である第1正常音との周波数スペクトルにおける類似度に基づいて、第2の装置が備える第2の回転体の回転数に基づく周波数成分を含む疑似異音成分を生成し、
前記第2の装置の正常動作時の動作音である第2正常音に前記疑似異音成分を合成して得られた疑似異常音データを用いて、前記第2の装置の異常を検出する精度を評価する、
ことを含む、コンピュータが実行する評価方法。
101 検出対象装置
102 集音装置
103 情報処理装置
110 回転体
120 マイク
130 レコーダ
201 制御部
202 記憶部
211 生成部
212 評価部
1400 コンピュータ
1401 プロセッサ
1402 メモリ
1403 記憶装置
1404 読取装置
1405 着脱可能記憶媒体
1406 通信インタフェース
1407 入出力インタフェース
1408 バス
Claims (6)
- 第1の回転体を備える第1の装置の異常動作時の動作音である異常音から抽出した異音成分と、正常動作時の動作音である第1正常音との周波数スペクトルにおける類似度に基づいて、前記第1の装置とは異なる第2の装置が備える第2の回転体の回転数に基づく周波数成分を含む疑似異音成分を生成し、
前記第2の装置の正常動作時の動作音である第2正常音に前記疑似異音成分を合成して得られた疑似異常音データを用いて、前記第2の装置の異常を検出する精度を評価する、
処理を、コンピュータに実行させる評価プログラム。 - 前記疑似異音成分を生成する処理は、
前記第2の回転体の前記回転数に基づく周波数及び前記周波数の高調波に対応する複数の周波数成分を含む初期周波数スペクトルと、前記第2正常音の周波数スペクトルとの第2の類似度が、前記類似度に近づくように前記複数の周波数成分のそれぞれの強度を決定することで前記疑似異音成分を生成する、
処理を含む、ことを特徴とする請求項1に記載の評価プログラム。 - 前記疑似異音成分を生成する処理は、
前記異音成分のラウドネス値に前記疑似異音成分の第2のラウドネス値が近づくように、前記疑似異音成分の周波数スペクトルの強度を定数倍する、
処理を更に含む、ことを特徴とする請求項2に記載の評価プログラム。 - 前記初期周波数スペクトルに含まれる前記複数の周波数成分は、前記回転数に基づく前記周波数及び前記周波数の前記高調波の周波数から所定の周波数だけ離れた位置の周波数成分を更に含む、ことを特徴とする請求項2又は3に記載の評価プログラム。
- 第1の回転体を備える第1の装置の異常動作時の動作音である異常音から抽出した異音成分と、正常動作時の動作音である第1正常音との周波数スペクトルにおける類似度に基づいて、前記第1の装置とは異なる第2の装置が備える第2の回転体の回転数に基づく周波数成分を含む疑似異音成分を生成する生成部と、
前記第2の装置の正常動作時の動作音である第2正常音に前記疑似異音成分を合成して得られた疑似異常音データを用いて、前記第2の装置の異常を検出する精度を評価する評価部と、
を含む、情報処理装置。 - 第1の回転体を備える第1の装置の異常動作時の動作音である異常音から抽出した異音成分と、正常動作時の動作音である第1正常音との周波数スペクトルにおける類似度に基づいて、前記第1の装置とは異なる第2の装置が備える第2の回転体の回転数に基づく周波数成分を含む疑似異音成分を生成し、
前記第2の装置の正常動作時の動作音である第2正常音に前記疑似異音成分を合成して得られた疑似異常音データを用いて、前記第2の装置の異常を検出する精度を評価する、
ことを含む、コンピュータが実行する評価方法。
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JP2017082463A JP6822294B2 (ja) | 2017-04-19 | 2017-04-19 | 評価プログラム、情報処理装置、及び評価方法 |
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