JP6979477B2 - Status determination device, status determination method and computer program - Google Patents

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Description

本発明は、状態判定装置、状態判定方法及びコンピュータプログラムに関する。 The present invention relates to a state determination device, a state determination method, and a computer program.

従来、モータ、ポンプ、ベアリング及び歯車等の機械部品から構成される複数の装置を備える設備において、設備の運転時に生じる振動を計測し、設備の運転状況を監視するとともに、設備の磨耗、破損などの異常検知を行うことが行われている(例えば、非特許文献1参照)。機械部品から構成される装置は、使用時間とともに部品の磨耗、潤滑油の劣化等によって徐々に運転時の振動が増加する。この状態のまま運転を続けると、設備故障の発生する危険性が高まる。 Conventionally, in equipment equipped with multiple devices consisting of mechanical parts such as motors, pumps, bearings and gears, vibrations generated during operation of the equipment are measured to monitor the operating status of the equipment, and the equipment is worn or damaged. (See, for example, Non-Patent Document 1). The vibration of a device composed of mechanical parts gradually increases during operation due to wear of parts, deterioration of lubricating oil, etc. with time of use. If the operation is continued in this state, the risk of equipment failure increases.

橋爪 啓介、竹内 彰利、田中 弓弦、“状態監視システム(CMS)の取組み”、[online]、NTN TECHNICAL REVIEW No.82(2014)、[令和2年3月3日検索]、インターネット<URL:https://www.ntn.co.jp/japan/products/review/pdf/NTN_TR82_P074.pdf>Keisuke Hashizume, Akitoshi Takeuchi, Yuzuru Tanaka, "Condition Monitoring System (CMS) Initiatives", [online], NTN TECHNICAL REVIEW No.82 (2014), [Search on March 3, 2nd year of Reiwa], Internet <URL: https://www.ntn.co.jp/japan/products/review/pdf/NTN_TR82_P074.pdf >

ところで、現状の設備点検においては例えば市販の振動計を用いて振動の大きさ(振動値)を計測し、異常判定では例えばISO10816−1等で示される振動値の絶対基準を参考にすることが多い。しかしながら、実際の振動の大きさは、対象とする設備毎に大きく異なる。さらに、同じ設備であっても、負荷の違いによって発生する振動が異なる。また、振動計を設置する場所によっても測定される振動値が大きく異なる。
以上のように、単純に振動値の大きさで設備の異常診断を行う場合であっても、様々な要因により異常診断の結果に大きな影響を与えうる。そのため、診断毎にその設備にあった方法で設備の状態を判定する必要があるため、手間がかかってしまうという問題があった。
By the way, in the current equipment inspection, for example, the magnitude of vibration (vibration value) can be measured using a commercially available vibration meter, and in the abnormality determination, for example, the absolute standard of the vibration value indicated by ISO10816-1 or the like can be referred to. many. However, the actual magnitude of vibration varies greatly depending on the target equipment. Furthermore, even with the same equipment, the vibration generated differs depending on the load. In addition, the measured vibration value varies greatly depending on the location where the vibration meter is installed.
As described above, even when the abnormality diagnosis of the equipment is performed simply by the magnitude of the vibration value, the result of the abnormality diagnosis can be greatly affected by various factors. Therefore, it is necessary to determine the state of the equipment by a method suitable for the equipment for each diagnosis, which causes a problem that it takes time and effort.

上記事情に鑑み、本発明は、設備や診断場所によらず簡便に設備の状態を判定することができる技術の提供を目的としている。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a technique capable of easily determining the state of equipment regardless of the equipment or the place of diagnosis.

本発明の一態様は、設備における停止状態、始動時の過度状態又は定常運転時の状態のいずれかの状態時の基準となる基準データを設定する基準値設定部と、診断対象の設備に設置されたセンサが検出した振動に関する情報を含む複数の検出データを用いて、検出データに含まれる前記振動に関する情報で示される振幅の存在確率を表す確率分布と、前記基準データで示されるいずれかの状態時の振幅の存在確率を表す確率分布との差異を求める演算を行い、演算結果の値が所定の閾値未満となる検出データを前記設備の状態判定に用いるデータとして選択するデータ選択部と、選択された前記データを用いて前記設備の異常度合を判定する状態判定部と、を備える状態判定装置である。 One aspect of the present invention is installed in a reference value setting unit for setting reference data as a reference in any of a stopped state in the equipment, an excessive state at the start, or a state in a steady operation, and a facility to be diagnosed. Using a plurality of detection data including information on the vibration detected by the detected sensor, a probability distribution representing the existence probability of the amplitude indicated by the information on the vibration included in the detection data and one of the reference data. A data selection unit that performs an operation to obtain a difference from the probability distribution representing the probability of existence of the amplitude in the state, and selects detection data whose value of the operation result is less than a predetermined threshold value as data used for determining the state of the equipment. It is a state determination device including a state determination unit for determining the degree of abnormality of the equipment using the selected data.

本発明の一態様は、上記の状態判定装置であって、前記検出データからノイズを除去することで機械本来の振動成分を抽出するノイズ除去部をさらに備え、前記データ選択部は、前記基準データに基づいて、ノイズが除去された前記検出データの中から前記状態判定に用いるデータを選択する。 One aspect of the present invention is the above-mentioned state determination device, further including a noise removing unit for extracting noise from the detection data to extract the vibration component inherent in the machine, and the data selection unit is the reference data. The data to be used for the state determination is selected from the detection data from which noise has been removed.

本発明の一態様は、上記の状態判定装置であって、前記状態判定部は、選択された前記データを用いて回帰予測を行い、少なくとも異常が発生すると推定されるまでの期間を算出する。 One aspect of the present invention is the above-mentioned state determination device, in which the state determination unit performs regression prediction using the selected data and calculates at least a period until it is estimated that an abnormality occurs.

本発明の一態様は、上記の状態判定装置であって、前記データ選択部は、前記検出データから得られる確率分布と、複数の運転状態時のデータから得られる複数の確率分布それぞれとを比較する演算を行い、演算結果から前記検出データの運動状態を判別した後に、前記検出データから得られる確率分布と、判別した運動状態における基準データから得られる確率分布とを比較する演算を行い、演算結果の値が所定の閾値未満となる検出データを前記状態判定に用いるデータとして選択する。 One aspect of the present invention is the above-mentioned state determination device, in which the data selection unit compares a probability distribution obtained from the detection data with a plurality of probability distributions obtained from data in a plurality of operating states. After determining the motion state of the detected data from the calculation result, the calculation is performed to compare the probability distribution obtained from the detected data with the probability distribution obtained from the reference data in the determined motion state. The detection data whose resulting value is less than a predetermined threshold is selected as the data used for the state determination.

本発明の一態様は、上記の状態判定装置であって、前記基準値設定部は、前記状態判定部による処理に用いるデータの数の基準をさらに設定し、前記状態判定部は、設定された数のデータを用いて前記設備の状態を判定する。 One aspect of the present invention is the above-mentioned state determination device, in which the reference value setting unit further sets a reference for the number of data used for processing by the state determination unit, and the state determination unit is set. The state of the equipment is determined using the numerical data.

本発明の一態様は、設備における停止状態、始動時の過度状態又は定常運転時の状態のいずれかの状態時の基準となる基準データを設定する基準値設定ステップと、診断対象の設備に設置されたセンサが検出した振動に関する情報を含む複数の検出データを用いて、検出データに含まれる前記振動に関する情報で示される振幅の存在確率を表す確率分布と、前記基準データで示されるいずれかの状態時の振幅の存在確率を表す確率分布との差異を求める演算を行い、演算結果の値が所定の閾値未満となる検出データを前記設備の状態判定に用いるデータとして選択するデータ選択ステップと、選択された前記データを用いて前記設備の異常度合を判定する状態判定ステップと、を有する状態判定方法である。 One aspect of the present invention includes a reference value setting step for setting reference data as a reference in any of a stopped state in the equipment, an excessive state at the start, or a state in a steady operation, and installation in the equipment to be diagnosed. Using a plurality of detection data including information on the vibration detected by the detected sensor, a probability distribution representing the existence probability of the amplitude indicated by the information on the vibration included in the detection data and one of the reference data. A data selection step of performing an operation to obtain a difference from a probability distribution representing the probability of existence of an amplitude in a state, and selecting detection data whose value of the operation result is less than a predetermined threshold value as data used for determining the state of the equipment. It is a state determination method including a state determination step for determining the degree of abnormality of the equipment using the selected data.

本発明の一態様は、設備における停止状態、始動時の過度状態又は定常運転時の状態のいずれかの状態時の基準となる基準データを設定する基準値設定ステップと、診断対象の設備に設置されたセンサが検出した振動に関する情報を含む複数の検出データを用いて、検出データに含まれる前記振動に関する情報で示される振幅の存在確率を表す確率分布と、前記基準データで示されるいずれかの状態時の振幅の存在確率を表す確率分布との差異を求める演算を行い、演算結果の値が所定の閾値未満となる検出データを前記設備の状態判定に用いるデータとして選択するデータ選択ステップと、選択された前記データを用いて前記設備の異常度合を判定する状態判定ステップと、をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムである。 One aspect of the present invention includes a reference value setting step for setting reference data as a reference in any of a stopped state in the equipment, an excessive state at the start, or a state in a steady operation, and installation in the equipment to be diagnosed. Using a plurality of detection data including information on the vibration detected by the detected sensor, a probability distribution representing the existence probability of the amplitude indicated by the information on the vibration included in the detection data and one of the reference data. A data selection step in which an operation is performed to obtain a difference from a probability distribution representing the probability of existence of an amplitude in a state, and detection data in which the value of the operation result is less than a predetermined threshold value is selected as data used for determining the state of the equipment. It is a computer program for causing a computer to execute a state determination step of determining an abnormality degree of the equipment using the selected data.

本発明により、設備や診断場所によらず簡便に設備の状態を判定することが可能となる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to easily determine the state of equipment regardless of the equipment or the place of diagnosis.

本発明における状態判定システムの構成を表す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the state determination system in this invention. 本実施形態における振動検出装置の内部構成を表す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the internal structure of the vibration detection apparatus in this embodiment. 本実施形態における状態判定装置の機能構成を表す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the functional structure of the state determination apparatus in this embodiment. 本実施形態における状態判定装置の状態判定処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the state determination processing of the state determination apparatus in this embodiment. 本実施形態における表示部に表示される表示画面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the display screen displayed on the display part in this embodiment. 本実施形態における表示部に表示される表示画面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the display screen displayed on the display part in this embodiment.

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明における状態判定システム100の構成を表す構成図である。
状態判定システム100は、振動検出装置10、中継装置20、データサーバ40及び状態判定装置50を備える。振動検出装置10と中継装置20との間は、無線により通信可能に接続される。中継装置20とデータサーバ40との間及びデータサーバ40と状態判定装置50との間は、有線により通信可能に接続される。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram showing the configuration of the state determination system 100 in the present invention.
The state determination system 100 includes a vibration detection device 10, a relay device 20, a data server 40, and a state determination device 50. The vibration detection device 10 and the relay device 20 are wirelessly connected to each other so as to be communicable. The relay device 20 and the data server 40 and the data server 40 and the state determination device 50 are connected by wire so as to be communicable.

振動検出装置10、中継装置20、データサーバ40及び状態判定装置50は、診断対象設備60を備える顧客のプラントの現場に設置される。診断対象設備60は、状態判定の対象となっている設備である。ここでいう状態判定とは、診断対象設備60の運転動作に関する判定である。例えば、診断対象設備60の運転動作が正常、少し注意が必要な状態、異常な状態等である。本実施形態においてプラントとしては、化学等の工業プラントの他、ガス田や油田等の井戸元やその周辺を管理制御するプラント、水力・火力・原子力等の発電を管理制御するプラント、太陽光や風力等の環境発電を管理制御するプラント、上下水やダム等を管理制御するプラント等がある。 The vibration detection device 10, the relay device 20, the data server 40, and the state determination device 50 are installed at the site of the customer's plant equipped with the diagnosis target equipment 60. The diagnosis target equipment 60 is equipment that is the target of the state determination. The state determination referred to here is a determination regarding the operating operation of the equipment 60 to be diagnosed. For example, the operating operation of the equipment 60 to be diagnosed is normal, a state requiring a little attention, an abnormal state, or the like. In this embodiment, the plants include industrial plants such as chemicals, plants that manage and control wells such as gas fields and oil fields and their surroundings, plants that manage and control power generation such as hydropower, thermal power, and nuclear power, solar power, and the like. There are plants that manage and control environmental power generation such as wind power, and plants that manage and control water and sewage and dams.

図1では、プラント内において診断対象設備60を1台しか示していないが、プラント内には複数の診断対象設備60が設置されていてもよい。この場合、各診断対象設備60に対して少なくとも1台の振動検出装置10が設置される。 Although FIG. 1 shows only one diagnostic target equipment 60 in the plant, a plurality of diagnostic target equipment 60 may be installed in the plant. In this case, at least one vibration detection device 10 is installed for each diagnosis target equipment 60.

振動検出装置10は、診断対象設備60の一部に設置され、設置された診断対象設備60の振動を検出する。振動検出装置10は、検出した振動のデータに対して信号処理を行い、信号処理後のデータ(以下「検出データ」という。)を所定のタイミング(例えば、10〜60分毎)で中継装置20に送信する。ここで、振動のデータは、例えば少なくとも100個のサンプル点を検出できる時間長を持つデータである。振動検出装置10が送信する検出データには、少なくとも振動検出装置10の識別情報、振動のデータが検出された時刻情報(以下「検出時刻情報」という。)及び加速度の時間波形が含まれる。加速度の時間波形は、横軸が時間、縦軸が振幅の値で示される。なお、振動検出装置10が送信する検出データには、振動検出装置10の周辺の温度情報、振動検出装置10のバッテリ残量及び電波強度の情報が含まれていてもよい。 The vibration detection device 10 is installed in a part of the diagnosis target equipment 60, and detects the vibration of the installed diagnosis target equipment 60. The vibration detection device 10 performs signal processing on the detected vibration data, and relays the data after the signal processing (hereinafter referred to as “detection data”) at a predetermined timing (for example, every 10 to 60 minutes). Send to. Here, the vibration data is data having a time length capable of detecting, for example, at least 100 sample points. The detection data transmitted by the vibration detection device 10 includes at least the identification information of the vibration detection device 10, the time information at which the vibration data is detected (hereinafter referred to as “detection time information”), and the time waveform of the acceleration. The time waveform of acceleration is shown by the time on the horizontal axis and the amplitude value on the vertical axis. The detection data transmitted by the vibration detection device 10 may include temperature information around the vibration detection device 10, information on the remaining battery level of the vibration detection device 10, and information on the radio wave intensity.

中継装置20は、振動検出装置10から送信された検出データをデータサーバ40に中継する。中継装置20は、例えばゲートウェイである。 The relay device 20 relays the detection data transmitted from the vibration detection device 10 to the data server 40. The relay device 20 is, for example, a gateway.

データサーバ40は、中継装置20から送信された検出データを蓄積する。データサーバ40は、状態判定装置50からの要求がなされたタイミング、又は、定められたタイミングで、蓄積している検出データを状態判定装置50に送信する。データサーバ40は、例えばパーソナルコンピュータ等の情報処理装置を用いて構成される。 The data server 40 stores the detection data transmitted from the relay device 20. The data server 40 transmits the accumulated detection data to the state determination device 50 at the timing when the request from the state determination device 50 is made or at the predetermined timing. The data server 40 is configured by using an information processing device such as a personal computer.

状態判定装置50は、データサーバ40から送信された検出データを用いて、診断対象設備60の状態を判定する。状態判定装置50は、例えばパーソナルコンピュータ等の情報処理装置を用いて構成される。 The state determination device 50 determines the state of the diagnosis target equipment 60 by using the detection data transmitted from the data server 40. The state determination device 50 is configured by using an information processing device such as a personal computer.

図2は、本実施形態における振動検出装置10の内部構成を表す概略ブロック図である。
振動検出装置10は、ヘッド部1及び本体部2で構成される。ヘッド部1と本体部2との間は、有線により接続される。ヘッド部1は、診断対象設備60に設置される。
ヘッド部1は、センサ11を備える。センサ11は、診断対象設備60の振動のデータを検出する。センサ11は、振動センサ、例えば加速度センサ、速度センサ及び変位センサのいずれかのセンサである。センサ11は、振動検出装置10の識別情報、検出時刻情報及び検出した振動のデータを本体部2に出力する。
FIG. 2 is a schematic block diagram showing an internal configuration of the vibration detection device 10 according to the present embodiment.
The vibration detection device 10 is composed of a head portion 1 and a main body portion 2. The head portion 1 and the main body portion 2 are connected by wire. The head portion 1 is installed in the equipment to be diagnosed 60.
The head portion 1 includes a sensor 11. The sensor 11 detects the vibration data of the equipment 60 to be diagnosed. The sensor 11 is a vibration sensor, for example, an acceleration sensor, a speed sensor, or a displacement sensor. The sensor 11 outputs the identification information, the detection time information, and the detected vibration data of the vibration detection device 10 to the main body 2.

本体部2は、信号処理部12、通信部13及び電力供給部14を備える。
信号処理部12は、センサ11により検出された振動のデータに対して信号処理を行う。具体的には、信号処理部12は、振動のデータに加え、振動検出装置10の識別情報、検出時刻情報、センサ11の周辺温度情報、電力供給部14のキャパシタ電圧情報(バッテリ残量)を対応付けて通信部13に出力する。
The main body 2 includes a signal processing unit 12, a communication unit 13, and a power supply unit 14.
The signal processing unit 12 performs signal processing on the vibration data detected by the sensor 11. Specifically, in addition to the vibration data, the signal processing unit 12 obtains identification information of the vibration detection device 10, detection time information, ambient temperature information of the sensor 11, and capacitor voltage information (remaining battery level) of the power supply unit 14. It is associated and output to the communication unit 13.

通信部13は、信号処理部12から出力された検出データを所定のタイミングで中継装置20に送信する。通信部13は、例えばLPWA(Low Power Wide Area)の通信方式の一つであるLoRa(登録商標)WAN(Low Power Wide Area Network)により検出データを中継装置20に送信する。なお、通信部13が使用する通信方式は、LoRaWANに限定される必要はなく、小電力の通信方式であればどのようの通信方式であってもよい。 The communication unit 13 transmits the detection data output from the signal processing unit 12 to the relay device 20 at a predetermined timing. The communication unit 13 transmits the detection data to the relay device 20 by, for example, LoRa (registered trademark) WAN (Low Power Wide Area Network), which is one of the communication methods of LPWA (Low Power Wide Area). The communication method used by the communication unit 13 does not have to be limited to LoRaWAN, and any communication method may be used as long as it is a low power communication method.

電力供給部14は、センサ11、信号処理部12及び通信部13に対して、動作するために必要な電力を供給する。電力供給部14は、例えば、動作するために必要な電力を、内蔵した光発電素子により発電することによって取得する。光発電素子は、色素増感太陽電池と、スーパキャパシタ(電気二重層キャパシタ)との組み合わせで構成される。色素増感太陽電池と、スーパキャパシタ(電気二重層キャパシタ)とを用いることにより、低照度環境(例えば、100〜5000lx)下においても発電が可能となる。さらに、蓄電池を使わない防爆基準(本質安全防爆)に適合することで、防爆仕様が条件となる化学プラントにも設置することが可能である。 The power supply unit 14 supplies the sensor 11, the signal processing unit 12, and the communication unit 13 with the electric power required for operation. The power supply unit 14 acquires, for example, the electric power required for operation by generating electric power by a built-in photovoltaic element. The photovoltaic element is composed of a combination of a dye-sensitized solar cell and a super capacitor (electric double layer capacitor). By using a dye-sensitized solar cell and a supercapacitor (electric double layer capacitor), it is possible to generate electricity even in a low illuminance environment (for example, 100 to 5000 lp). Furthermore, by complying with explosion-proof standards that do not use storage batteries (intrinsically safe explosion-proof), it can be installed in chemical plants that require explosion-proof specifications.

図3は、本実施形態における状態判定装置50の機能構成を表す概略ブロック図である。
状態判定装置50は、通信部51、表示部52、操作部53、制御部54及び記憶部55を備える。
通信部51は、データサーバ40との間で通信を行う。通信部51は、データサーバ40から送信された検出データを受信する。
FIG. 3 is a schematic block diagram showing a functional configuration of the state determination device 50 in the present embodiment.
The state determination device 50 includes a communication unit 51, a display unit 52, an operation unit 53, a control unit 54, and a storage unit 55.
The communication unit 51 communicates with the data server 40. The communication unit 51 receives the detection data transmitted from the data server 40.

表示部52は、液晶ディスプレイ、有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイ等の画像表示装置である。表示部52は、各種情報を表示する。表示部52は、例えば診断対象設備60の状態に関する情報や状態判定の結果を表示する。表示部52は、画像表示装置を状態判定装置50に接続するためのインタフェースであってもよい。この場合、表示部52は、診断対象設備60の状態に関する情報や状態判定の結果を表示するための映像信号を生成し、自身に接続されている画像表示装置に映像信号を出力する。 The display unit 52 is an image display device such as a liquid crystal display or an organic EL (Electro Luminescence) display. The display unit 52 displays various information. The display unit 52 displays, for example, information on the state of the equipment 60 to be diagnosed and the result of the state determination. The display unit 52 may be an interface for connecting the image display device to the state determination device 50. In this case, the display unit 52 generates a video signal for displaying information about the state of the equipment 60 to be diagnosed and the result of the state determination, and outputs the video signal to the image display device connected to the display unit 52.

操作部53は、ユーザの指示を状態判定装置50に入力するための入力装置である。操作部53は、例えば情報の表示指示や設定の変更指示等の入力を受け付ける。操作部53は、キーボード、タッチパネル、ボタン等の既存の入力装置を用いて構成される。また、操作部53は、入力装置を状態判定装置50に接続するためのインタフェースであってもよい。この場合、操作部53は、入力装置においてユーザの入力に応じて生成された入力信号を状態判定装置50に入力する。 The operation unit 53 is an input device for inputting a user's instruction to the state determination device 50. The operation unit 53 accepts inputs such as an information display instruction and a setting change instruction. The operation unit 53 is configured by using an existing input device such as a keyboard, a touch panel, and a button. Further, the operation unit 53 may be an interface for connecting the input device to the state determination device 50. In this case, the operation unit 53 inputs the input signal generated in response to the user's input in the input device to the state determination device 50.

制御部54は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサやメモリを用いて構成される。制御部54は、プログラムを実行することによって、データ取得部541、ノイズ除去部542、データ選択部543、基準値設定部544、状態判定部545及び表示制御部546の機能を実現する。これらの機能の一部(例えば、データ取得部541、ノイズ除去部542、データ選択部543、基準値設定部544及び状態判定部545)は、予め状態判定装置50に搭載されている必要はなく、追加のアプリケーションプログラムが状態判定装置50にインストールされることで実現されてもよい。 The control unit 54 is configured by using a processor such as a CPU (Central Processing Unit) and a memory. By executing the program, the control unit 54 realizes the functions of the data acquisition unit 541, the noise removal unit 542, the data selection unit 543, the reference value setting unit 544, the state determination unit 545, and the display control unit 546. Some of these functions (for example, data acquisition unit 541, noise removal unit 542, data selection unit 543, reference value setting unit 544, and state determination unit 545) do not need to be mounted on the state determination device 50 in advance. , It may be realized by installing an additional application program in the state determination device 50.

データ取得部541は、検出データを取得する。データ取得部541は、能動的に検出データを取得してもよいし、受動的に検出データを取得してもよい。データ取得部541は、能動的に検出データを取得する場合、通信部51を介して検出データの取得指示をデータサーバ40に送信することによって検出データを取得する。データ取得部541は、受動的に検出データを取得する場合、所定のタイミングで通信部51に受信される検出データを取得する。 The data acquisition unit 541 acquires the detection data. The data acquisition unit 541 may actively acquire the detection data or passively acquire the detection data. When the data acquisition unit 541 actively acquires the detection data, the data acquisition unit 541 acquires the detection data by transmitting the detection data acquisition instruction to the data server 40 via the communication unit 51. When the data acquisition unit 541 passively acquires the detection data, the data acquisition unit 541 acquires the detection data received by the communication unit 51 at a predetermined timing.

ノイズ除去部542は、データ取得部541によって取得された検出データからノイズを除去することで機械本来の振動成分を抽出する。ノイズ除去部542が除去するノイズとは、センサ11の設置時に加速が加わっていない場合に計測される振動成分及び重力加速度である。ノイズ除去部542は、ノイズ除去後の検出データ(以下「ノイズ除去検出データ」という。)を記憶部55に蓄積するとともに、データ選択部543に出力する。ノイズ除去検出データには、ノイズが除去された加速度の時間波形のデータが含まれる。 The noise removing unit 542 extracts the vibration component inherent in the machine by removing noise from the detection data acquired by the data acquisition unit 541. The noise removed by the noise removing unit 542 is a vibration component and a gravitational acceleration measured when acceleration is not applied when the sensor 11 is installed. The noise removal unit 542 stores the detection data after noise removal (hereinafter referred to as “noise removal detection data”) in the storage unit 55 and outputs the detection data to the data selection unit 543. The noise reduction detection data includes data of the time waveform of the acceleration from which noise has been removed.

本実施形態のように通信方式としてLoRaWANを用いる場合、非常に短い離散データであるため、取得タイミングによってデータの値にばらつきが生じる。このような離散データは、ノイズの影響を受けやすいデータである。そのため、連続データと同様に分析するためにはノイズ除去部542において様々なノイズ除去処理が必要となる。 When LoRaWAN is used as the communication method as in the present embodiment, since it is very short discrete data, the value of the data varies depending on the acquisition timing. Such discrete data is susceptible to noise. Therefore, in order to analyze the continuous data in the same manner, various noise removal processes are required in the noise removal unit 542.

データ選択部543は、ノイズ除去検出データを用いて、状態判定に用いる診断対象設備60の運転状態時のデータを選択する。診断対象設備60は、運転状態として、停止状態、始動時の過度状態及び定常運転時の状態等がある。データ選択部543は、状態判定に用いる診断対象設備60の運転状態のデータとして、定常運転時のデータを選択する。この際、データ選択部543は、ノイズ除去検出データを用いて、状態判定に用いる診断対象設備60の運転状態時のデータを選択する。より具体的には、まずデータ選択部543は、ノイズ除去検出データから得られる確率分布と、基準となるデータから得られる確率分布とを比較する演算を行う。そして、データ選択部543は、演算結果の値が所定の閾値未満となるノイズ除去検出データを、状態判定に用いる診断対象設備60の運転状態のデータとして選択する。本実施形態では、検出データから得られる確率分布と、基準となるデータから得られる確率分布とを比較する演算として、KL(Kullback-Leibler)ダイバージェンスを用いる。 The data selection unit 543 selects the data in the operating state of the diagnosis target equipment 60 used for the state determination by using the noise removal detection data. The equipment 60 to be diagnosed has an operating state such as a stopped state, an excessive state at the time of starting, and a state at the time of steady operation. The data selection unit 543 selects the data during steady operation as the data of the operating state of the equipment 60 to be diagnosed used for the state determination. At this time, the data selection unit 543 selects the data in the operating state of the diagnosis target equipment 60 used for the state determination by using the noise removal detection data. More specifically, first, the data selection unit 543 performs an operation to compare the probability distribution obtained from the noise removal detection data with the probability distribution obtained from the reference data. Then, the data selection unit 543 selects the noise removal detection data in which the value of the calculation result is less than a predetermined threshold value as the data of the operating state of the diagnosis target equipment 60 used for the state determination. In this embodiment, KL (Kullback-Leibler) divergence is used as an operation for comparing the probability distribution obtained from the detection data with the probability distribution obtained from the reference data.

基準値設定部544は、診断対象設備60の運転状態毎の基準となるデータを記憶部55に登録する。基準値設定部544は、ユーザの操作によって選択された運転状態毎のデータを基準となるデータとして記憶部55に登録してもよいし、過去の検出データに基づいて運転状態毎のデータを特定して記憶部55に登録してもよい。運転状態毎の基準となるデータは、基準値の確率分布(以下「基準分布」)の算出に用いられる。運転状態毎の基準となるデータは、各運転状態時の加速度の振幅波形のデータである。 The reference value setting unit 544 registers the reference data for each operating state of the equipment 60 to be diagnosed in the storage unit 55. The reference value setting unit 544 may register the data for each operating state selected by the user's operation in the storage unit 55 as reference data, or specify the data for each operating state based on the past detection data. Then, it may be registered in the storage unit 55. The reference data for each operating state is used to calculate the probability distribution of reference values (hereinafter referred to as "reference distribution"). The reference data for each operating state is the data of the amplitude waveform of the acceleration in each operating state.

状態判定部545は、データ選択部543によって選択されたノイズ除去検出データを用いて診断対象設備60の状態を判定する。例えば、状態判定部545は、選択されたノイズ除去検出データを用いて回帰予測を行い、少なくとも異常が発生すると推定されるまでの期間を算出する。 The state determination unit 545 determines the state of the equipment to be diagnosed 60 using the noise removal detection data selected by the data selection unit 543. For example, the state determination unit 545 performs regression prediction using the selected noise removal detection data, and calculates at least a period until it is estimated that an abnormality occurs.

表示制御部546は、表示部52の表示を制御する。例えば、表示制御部546は、記憶部55に記憶されているデータを用いて、表示部52に表示させるための画面データを生成し、生成した画面データを表示部52に表示させる。 The display control unit 546 controls the display of the display unit 52. For example, the display control unit 546 uses the data stored in the storage unit 55 to generate screen data for display on the display unit 52, and causes the display unit 52 to display the generated screen data.

記憶部55は、設備情報550、検出データ551、基準データ552及び判定結果553を記憶する。
設備情報550は、診断対象設備60に関する情報である。例えば、設備情報550は、診断対象設備60を識別するための識別情報、診断対象設備60に設置されている振動検出装置10のセンサ11の識別情報及び設置場所を対応付けた情報である。設備情報550は、テーブルの形式で記憶部55に記憶されていてもよい。
検出データ551は、ノイズ除去部542によって蓄積されたノイズ除去検出データである。なお、検出データ551として、センサの識別情報及び検出時刻情報が、ノイズ除去検出データに対応付けられていてもよい。
The storage unit 55 stores equipment information 550, detection data 551, reference data 552, and determination result 553.
The equipment information 550 is information about the equipment 60 to be diagnosed. For example, the equipment information 550 is identification information for identifying the equipment to be diagnosed 60, identification information of the sensor 11 of the vibration detection device 10 installed in the equipment 60 to be diagnosed, and information associated with the installation location. The equipment information 550 may be stored in the storage unit 55 in the form of a table.
The detection data 551 is the noise removal detection data accumulated by the noise removal unit 542. As the detection data 551, the sensor identification information and the detection time information may be associated with the noise removal detection data.

基準データ552は、診断対象設備60の運転状態毎に事前に基準値設定部544によって登録された各運転状態時の加速度の振幅波形のデータである。
判定結果553は、状態判定部545による状態判定の結果を示すデータである。例えば、判定結果553として、回帰予測による結果や診断対象設備60の測定時の状態の情報等がある。
The reference data 552 is data of the amplitude waveform of the acceleration in each operating state registered in advance by the reference value setting unit 544 for each operating state of the equipment 60 to be diagnosed.
The determination result 553 is data showing the result of the state determination by the state determination unit 545. For example, as the determination result 553, there is a result by regression prediction, information on a state at the time of measurement of the equipment 60 to be diagnosed, and the like.

図4は、本実施形態における状態判定装置50の状態判定処理の流れを示すフローチャートである。
データ取得部541は、通信部51によって受信された検出データを取得する(ステップS101)。データ取得部541は、取得した検出データをノイズ除去部542に出力する。ノイズ除去部542は、データ取得部541から出力された検出データからノイズを除去する(ステップS102)。具体的には、まずノイズ除去部542は、検出データに含まれる加速度の時間波形に基づいて加速度の平均値を算出する。そして、ノイズ除去部542は、検出データに含まれる加速度の時間波形から、算出した加速度の平均値(加速度の時間波形に基づく平均値)を減算することで検出データからノイズを除外する。これにより、加速度の振幅変化量の絶対値の基準を統一することができる。ノイズ除去部542は、ノイズ除去検出データを、記憶部55に蓄積するとともにデータ選択部543に出力する。ノイズ除去部542は、ステップS102の処理を検出データ毎に実行する。
FIG. 4 is a flowchart showing the flow of the state determination process of the state determination device 50 in the present embodiment.
The data acquisition unit 541 acquires the detection data received by the communication unit 51 (step S101). The data acquisition unit 541 outputs the acquired detection data to the noise removal unit 542. The noise removing unit 542 removes noise from the detection data output from the data acquisition unit 541 (step S102). Specifically, first, the noise removing unit 542 calculates the average value of the acceleration based on the time waveform of the acceleration included in the detection data. Then, the noise removing unit 542 excludes noise from the detection data by subtracting the calculated average value of the acceleration (the average value based on the time waveform of the acceleration) from the time waveform of the acceleration included in the detection data. This makes it possible to unify the standard of the absolute value of the amount of change in the amplitude of acceleration. The noise removal unit 542 stores the noise removal detection data in the storage unit 55 and outputs the noise removal detection data to the data selection unit 543. The noise removing unit 542 executes the process of step S102 for each detection data.

データ選択部543は、ノイズ除去検出データを用いて、比較用の確率分布(以下「比較分布」という。)を算出する(ステップS103)。確率分布を計算する方法としては、まずデータ選択部543は、ノイズ除去部542から得られたノイズ除去検出データのデータ列(ここでは加速度の時間波形)の度数分布(ヒストグラム)を作成する。ヒストグラムの横軸は対象とするデータ列の加速度振幅の最小値から最大値であり、横軸の幅は加速度振幅の最大値から最小値を引いた値である。ヒストグラムの形状が粗くならないよう、横軸の刻み幅は充分に細かい値とする。また、ヒストグラムの縦軸が0の場合、KLダイバージェンスにおける計算の際に結果が無限大に発散してしまう。そのため、縦軸が0となる場合には、データ選択部543は、予め設定されている充分に小さな値のオフセット値を加える。データ選択部543は、作成したヒストグラムの全成分を1として、度数分布を確率分布に変換する。 The data selection unit 543 calculates a probability distribution for comparison (hereinafter referred to as “comparison distribution”) using the noise reduction detection data (step S103). As a method of calculating the probability distribution, first, the data selection unit 543 creates a frequency distribution (histogram) of a data string (here, a time waveform of acceleration) of noise removal detection data obtained from the noise removal unit 542. The horizontal axis of the histogram is the maximum value from the minimum value of the acceleration amplitude of the target data string, and the width of the horizontal axis is the value obtained by subtracting the minimum value from the maximum value of the acceleration amplitude. Set the step size on the horizontal axis to a sufficiently fine value so that the shape of the histogram does not become rough. Further, when the vertical axis of the histogram is 0, the result diverges infinitely during the calculation in KL divergence. Therefore, when the vertical axis becomes 0, the data selection unit 543 adds a preset offset value of a sufficiently small value. The data selection unit 543 converts the frequency distribution into a probability distribution, setting all the components of the created histogram to 1.

データ選択部543は、記憶部55に記憶されている基準データ552を用いて、基準値の確率分布を算出する(ステップS104)。本実施形態では、データ選択部543は、診断対象設備60の運動状態が事前に分かっているものとする。この場合、データ選択部543は、診断対象設備60の運転状態時の加速度の振幅波形のデータを用いる。データ選択部543は、比較分布の算出時の処理と同様の処理を行うことによって基準分布を算出する。データ選択部543は、比較分布と、基準分布との差を以下の式(1)に基づいて算出する(ステップS105)。 The data selection unit 543 calculates the probability distribution of the reference value using the reference data 552 stored in the storage unit 55 (step S104). In the present embodiment, it is assumed that the data selection unit 543 knows in advance the motion state of the equipment 60 to be diagnosed. In this case, the data selection unit 543 uses the data of the amplitude waveform of the acceleration of the equipment 60 to be diagnosed in the operating state. The data selection unit 543 calculates the reference distribution by performing the same processing as the processing at the time of calculating the comparative distribution. The data selection unit 543 calculates the difference between the comparative distribution and the reference distribution based on the following equation (1) (step S105).

Figure 0006979477
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式(1)においてP(i)は比較分布を表し、Q(i)は基準分布を表す。iは振幅値を表す。データ選択部543は、比較分布と、基準分布との差が閾値以上であるか否かを判定する(ステップS106)。比較分布と、基準分布との差が閾値以上である場合(ステップS106−YES)、データ選択部543は基準分布との差が閾値以上となった比較分布のノイズ除去検出データを削除する(ステップS107)。この際、データ選択部543は、記憶部55に記憶されているノイズ除去検出データうち、基準分布との差が閾値以上となった比較分布のノイズ除去検出データも削除してよい。
一方で、比較分布と、基準分布との差が閾値未満である場合(ステップS106−NO)、データ選択部543は基準分布との差が閾値未満となった比較分布のノイズ除去検出データを状態判定部545に出力する。
In equation (1), P (i) represents a comparative distribution and Q (i) represents a reference distribution. i represents the amplitude value. The data selection unit 543 determines whether or not the difference between the comparative distribution and the reference distribution is equal to or greater than the threshold value (step S106). When the difference between the comparative distribution and the reference distribution is equal to or greater than the threshold value (step S106-YES), the data selection unit 543 deletes the noise reduction detection data of the comparative distribution in which the difference from the reference distribution is equal to or greater than the threshold value (step). S107). At this time, the data selection unit 543 may also delete the noise removal detection data of the comparative distribution in which the difference from the reference distribution is equal to or larger than the threshold value among the noise reduction detection data stored in the storage unit 55.
On the other hand, when the difference between the comparative distribution and the reference distribution is less than the threshold value (step S106-NO), the data selection unit 543 states the noise removal detection data of the comparative distribution in which the difference from the reference distribution is less than the threshold value. Output to the determination unit 545.

ステップS106の処理において基準分布との差が閾値以上となるということは、ノイズ除去検出データが、基準分布の生成元である基準データが得られた運転状態と異なる運転状態の検出データである可能性が高い。一方で、基準分布との差が閾値未満となるということは、ノイズ除去検出データが、基準分布の生成元である基準データが得られた運転状態と同じ運転状態の検出データである可能性が高い。データ選択部543は、ノイズ除去検出データを回帰予測に用いるか否かを判定するためにステップS106の判定を行っている。 The fact that the difference from the reference distribution is equal to or greater than the threshold value in the process of step S106 means that the noise removal detection data may be detection data of an operating state different from the operating state in which the reference data from which the reference distribution was generated was obtained. Highly sex. On the other hand, if the difference from the reference distribution is less than the threshold value, it is possible that the noise reduction detection data is the detection data in the same operating state as the operating state in which the reference data from which the reference distribution was generated was obtained. expensive. The data selection unit 543 makes a determination in step S106 in order to determine whether or not to use the noise removal detection data for regression prediction.

状態判定部545は、回帰予測用のデータがあるか否かを判定する(ステップS108)。具体的には、状態判定部545は、回帰予測を行うために必要となる数のノイズ除去検出データがある場合に回帰予測用のデータがあると判定し、回帰予測を行うために必要となる数のノイズ除去検出データがない場合に回帰予測用のデータがないと判定する。回帰予測を行うためには、少なくとも2つ以上のノイズ除去検出データが必要となる。 The state determination unit 545 determines whether or not there is data for regression prediction (step S108). Specifically, the state determination unit 545 determines that there is data for regression prediction when there is a number of noise removal detection data required for performing regression prediction, and is required for performing regression prediction. If there is no number of noise removal detection data, it is determined that there is no data for regression prediction. At least two or more denoising detection data are required to perform regression prediction.

回帰予測用のデータがない場合(ステップS108−NO)、状態判定装置50はステップS101以降の処理を実行する。
回帰予測用のデータがある場合(ステップS108−YES)、状態判定部545は回帰予測を行うために必要となる数のノイズ除去検出データを用いて回帰予測を行う(ステップS109)。例えば、状態判定部545は最小二乗法による回帰予測を行う。この場合、まず状態判定部545は、1つのノイズ除去検出データを用いて、加速度の振幅が最も大きい値を加速度ピーク値として取得し、ノイズ除去検出データ(ノイズ除去した加速度の時間波形)を積分し、算出した実効値を速度RMS値として取得する。状態判定部545は、この処理を回帰予測に用いるノイズ除去検出データに対して行う。
When there is no data for regression prediction (step S108-NO), the state determination device 50 executes the processes after step S101.
When there is data for regression prediction (step S108-YES), the state determination unit 545 performs regression prediction using the number of noise removal detection data required for performing regression prediction (step S109). For example, the state determination unit 545 performs regression prediction by the least squares method. In this case, first, the state determination unit 545 acquires the value having the largest acceleration amplitude as the acceleration peak value using one noise removal detection data, and integrates the noise removal detection data (time waveform of the acceleration with noise removed). Then, the calculated effective value is acquired as the speed RMS value. The state determination unit 545 performs this processing on the noise removal detection data used for the regression prediction.

そして、状態判定部545は、取得した加速度ピーク値及びRMS値それぞれを用いて、回帰予測を行う。状態判定部545は、回帰予測に用いた最新のノイズ除去検出データから得られた加速度ピーク値及びRMS値から現在の診断対象設備60の状態を判定する。また、状態判定部545は、回帰予測により得られた直線から今後の診断対象設備60の状態を判定する。 Then, the state determination unit 545 performs regression prediction using each of the acquired acceleration peak value and RMS value. The state determination unit 545 determines the current state of the equipment 60 to be diagnosed from the acceleration peak value and the RMS value obtained from the latest noise removal detection data used for the regression prediction. Further, the state determination unit 545 determines the state of the equipment 60 to be diagnosed in the future from the straight line obtained by the regression prediction.

例えば、状態判定部545は、現在の診断対象設備60の状態が、基準、注意及び危険のいずれかの状態であるかを判定する。基準、注意及び危険の判定基準は、ユーザによって適宜設定される。基準、注意及び危険の順に、診断対象設備60の運転状態に異常が発生している、又は、異常が発生する可能性が高いことを表す。状態判定部545は、判定結果を記憶部55に記録する(ステップS110)。この際、状態判定部545は、取得した加速度ピーク値及びRMS値と、ノイズ除去検出データと、判定結果とを対応付けて記憶部55に蓄積する。状態判定装置50は、ユーザの操作に応じて、記憶部55に記録されている設備情報550と判定結果553とを用いて画面データを生成し、生成した画面データを表示部52に表示する。 For example, the state determination unit 545 determines whether the current state of the equipment 60 to be diagnosed is any of the standard, caution, and danger states. Criteria, caution and danger criteria are appropriately set by the user. In the order of standard, caution and danger, it indicates that an abnormality has occurred in the operating state of the equipment 60 to be diagnosed, or that there is a high possibility that an abnormality will occur. The state determination unit 545 records the determination result in the storage unit 55 (step S110). At this time, the state determination unit 545 stores the acquired acceleration peak value and RMS value, the noise removal detection data, and the determination result in the storage unit 55 in association with each other. The state determination device 50 generates screen data using the equipment information 550 recorded in the storage unit 55 and the determination result 553 according to the operation of the user, and displays the generated screen data on the display unit 52.

図5及び図6は、本実施形態における表示部52に表示される表示画面の一例を示す図である。
表示部52の表示画面には、表示する情報を選択するための選択領域61と、選択された情報が表示される表示領域とが表示される。図5及び図6に示す選択領域61には、故障予測一覧を表示するためのボタンと、グラフを表示するためのボタンとが表示されている。図5には故障予測一覧の情報が表示領域され、図6にはグラフが表示領域されている。図5に示す測定時刻は、振動検出装置10が設置された設置場所において測定された最新の時刻を表す。図5に示す有効期間は、グラフを表示するために用いるデータの期間を表す。有効期間内のデータのみを用いて図6に示すグラフが表示される。
5 and 6 are diagrams showing an example of a display screen displayed on the display unit 52 in the present embodiment.
On the display screen of the display unit 52, a selection area 61 for selecting information to be displayed and a display area in which the selected information is displayed are displayed. In the selection area 61 shown in FIGS. 5 and 6, a button for displaying a failure prediction list and a button for displaying a graph are displayed. The information of the failure prediction list is displayed in FIG. 5, and the graph is displayed in FIG. 6. The measurement time shown in FIG. 5 represents the latest time measured at the installation location where the vibration detection device 10 is installed. The validity period shown in FIG. 5 represents the period of data used for displaying the graph. The graph shown in FIG. 6 is displayed using only the data within the valid period.

表示制御部546は、図5に示すように、診断対象設備60毎の状態を、状態判定部545による判定結果に応じて異なる表示態様で表示部52に表示する。さらに、表示制御部546は、状態判定部545により危険となる時期が推定されている場合には、危険となる時期を発生時期として表示させる。また、表示制御部546は、グラフを表示するためのボタンが選択されると、図6に示すように、対象となる診断対象設備60の振動の推移をグラフで表示させる。図6における推移線62−1は加速度ピーク値の有効期間内における過去から現在までの推移を表し、推移線62−2はRMS値の有効期間内における過去から現在までの推移を表す。さらに、図6における推移線63−1は状態判定部545の回帰予測により推定された加速度ピーク値の今後の推移を表し、推移線63−2は状態判定部545の回帰予測により推定されたRMS値の今後の推移を表す。 As shown in FIG. 5, the display control unit 546 displays the state of each diagnosis target equipment 60 on the display unit 52 in a different display mode according to the determination result by the state determination unit 545. Further, when the display control unit 546 estimates the dangerous time by the state determination unit 545, the display control unit 546 displays the dangerous time as the occurrence time. Further, when the button for displaying the graph is selected, the display control unit 546 displays the transition of the vibration of the target equipment 60 to be diagnosed as a graph, as shown in FIG. The transition line 62-1 in FIG. 6 represents the transition from the past to the present within the valid period of the acceleration peak value, and the transition line 62-2 represents the transition from the past to the present within the valid period of the RMS value. Further, the transition line 63-1 in FIG. 6 represents the future transition of the acceleration peak value estimated by the regression prediction of the state determination unit 545, and the transition line 63-2 is the RMS estimated by the regression prediction of the state determination unit 545. It shows the future transition of the value.

以上のように構成された状態判定装置50によれば、設備や診断場所によらず簡便に設備の状態を判定することが可能になる。具体的には、状態判定装置50は、特定の運転状態時の基準となる基準データを設定し、診断対象設備60に設置されたセンサ11が検出した振動に関する情報を含む検出データから状態判定に用いるデータを選択し、選択したデータを用いて診断対象設備60の状態を判定する。このように、設備や診断場所に応じて特定の運転状態時の基準となる基準データが設定され、設定された基準データをもとに必要なデータが選択される。したがって、その場所における特定の運転状態時のデータとして適切なデータが選択される。これにより、設備や診断場所によらず設備の特定の運転状態を判定することができる。そのため、設備や診断場所によらず簡便に設備の状態を判定することが可能になる。 According to the state determination device 50 configured as described above, it is possible to easily determine the state of the equipment regardless of the equipment or the diagnosis place. Specifically, the state determination device 50 sets reference data as a reference for a specific operating state, and determines the state from the detection data including information on the vibration detected by the sensor 11 installed in the equipment to be diagnosed 60. The data to be used is selected, and the state of the equipment 60 to be diagnosed is determined using the selected data. In this way, reference data that serves as a reference for a specific operating state is set according to the equipment and the diagnosis location, and necessary data is selected based on the set reference data. Therefore, appropriate data is selected as the data for a specific operating condition at that location. This makes it possible to determine a specific operating state of the equipment regardless of the equipment or the diagnosis location. Therefore, it is possible to easily determine the state of the equipment regardless of the equipment or the diagnosis place.

状態判定装置50は、診断対象設備60の定常運転時の検出データを用いることにより設備の負荷変動や過渡的な運転時の検出データを区別する。具体的には、状態判定装置50は、定常運転時の振動の加速度データを基準値とし、基準値の加速度データの振幅値から確率分布を算出する。次に、状態判定装置50は、基準値以外の振動の加速度データを比較値とし、比較値の加速度データの振幅値から確率分布を算出する。状態判定装置50は、基準分布と比較値の確率分布の差異をKLダイバージェンスによって指標値化し、停止や起動時・停止時等の過渡的な状態における指標値を除外する。これにより、定常運転時のデータのみを区別する。このように構成されることによって、加速度センサ以外に新たなセンサを設置(例えば負荷電流を計測するクランプメータや機械温度を計測する温度センサ等)することなく運転状況を推定できる。推定除外可能な運転状況として、運転停止状態が挙げられる。運転停止状態のデータは、設備振動の傾向分析する上で除外すべきデータである。運転停止により機械振動が発生していない場合、加速度振幅は小さくかつ非周期的な挙動を示す。一方で運転により機械振動が発生した場合、加速度振幅は大きくかつ機械の回転周波数に応じた周期的な振動成分を持つ。上記2パターンを確率分布に変換し、KLダイバージェンスによって指標値化すると両者の差異が大きいことを確認することができる。 The state determination device 50 distinguishes between the load fluctuation of the equipment and the detection data during the transient operation by using the detection data of the equipment 60 to be diagnosed during the steady operation. Specifically, the state determination device 50 uses the acceleration data of vibration during steady operation as a reference value, and calculates the probability distribution from the amplitude value of the acceleration data of the reference value. Next, the state determination device 50 uses the acceleration data of the vibration other than the reference value as the comparison value, and calculates the probability distribution from the amplitude value of the acceleration data of the comparison value. The state determination device 50 converts the difference between the reference distribution and the probability distribution of the comparison value into an index value by KL divergence, and excludes the index value in a transient state such as a stop or a start / stop. This distinguishes only the data during steady operation. With this configuration, the operating condition can be estimated without installing a new sensor other than the acceleration sensor (for example, a clamp meter for measuring the load current, a temperature sensor for measuring the machine temperature, etc.). An operation stop state can be mentioned as an operation situation that can be estimated and excluded. The data in the stopped state is data that should be excluded when analyzing the tendency of equipment vibration. When no mechanical vibration is generated due to the stoppage of operation, the acceleration amplitude is small and exhibits aperiodic behavior. On the other hand, when mechanical vibration is generated by operation, the acceleration amplitude is large and has a periodic vibration component according to the rotation frequency of the machine. When the above two patterns are converted into a probability distribution and converted into index values by KL divergence, it can be confirmed that the difference between the two is large.

従来、現場では熟練工が運転音の確認や振動計(市販品)を用いた計測値などから診断を行い、設備の状態を判断し、必要に応じて部品の調整や交換を行ってきた。しかながら、このような診断は、熟練工の経験や知識の依存度が高く、全ての人が熟練工と同じレベルで診断を行うことは難しい。特に、振動データを用いて設備の診断を行う難しさは、前述のように振動値が設備により大きく異なり、かつ負荷の違いやセンサの取り付け方によって大きく異なるためである。また振動が増加する原因(磨耗、潤滑油の劣化、小さな傷)によって、振動値の変化傾向が異なると考えられる。このような背景があるために、診断に熟練工の経験が必要となる。しかしながら、熟練工の高齢化、退職によって診断ノウハウの消失することも懸念され、社会的な問題となっていた。
これに対して、本実施形態における状態判定システム100では、基準値設定部544により基準となるデータを事前に登録し、状態判定部545により得られたデータと基準のデータとの違いを求めて運転の状態を判定する。これにより、熟練工のように経験や知識が乏しくても、精度の高い状態判定が可能になる。
Conventionally, in the field, skilled workers have confirmed the operating noise and diagnosed from the measured values using a vibration meter (commercially available), judged the condition of the equipment, and adjusted or replaced the parts as necessary. However, such a diagnosis is highly dependent on the experience and knowledge of skilled workers, and it is difficult for all people to make a diagnosis at the same level as skilled workers. In particular, the difficulty of diagnosing the equipment using the vibration data is that the vibration value greatly differs depending on the equipment as described above, and also greatly differs depending on the difference in load and the mounting method of the sensor. In addition, it is considered that the tendency of the vibration value to change differs depending on the cause of the increase in vibration (wear, deterioration of lubricating oil, small scratches). Due to this background, the experience of a skilled worker is required for diagnosis. However, there is concern that diagnostic know-how will disappear due to the aging and retirement of skilled workers, which has become a social problem.
On the other hand, in the state determination system 100 in the present embodiment, the reference data is registered in advance by the reference value setting unit 544, and the difference between the data obtained by the state determination unit 545 and the reference data is obtained. Determine the operating status. This makes it possible to determine the state with high accuracy even if the skilled worker lacks experience and knowledge.

振動検出装置10は、電力供給部14における電力の供給源として、光発電素子(色素増感太陽電池とスーパキャパシタとの組み合わせ)を用いることにより、室内の暗い照明下での発電が可能となり、商用電源や電池を使わないで動作可能であることが可能になる。さらに、振動検出装置10は、内部で発電した電力を用いて動作可能であり、無線により通信を行う。そのため、診断対象設備60に簡単に設置することができるとともに、振動検出装置10自体を移動させることも容易である。 By using a photovoltaic element (combination of a dye-sensitized solar cell and a super capacitor) as a power supply source in the power supply unit 14, the vibration detection device 10 enables power generation under dark indoor lighting. It will be possible to operate without using commercial power or batteries. Further, the vibration detection device 10 can operate using the electric power generated internally, and communicates wirelessly. Therefore, it can be easily installed in the equipment to be diagnosed 60, and the vibration detection device 10 itself can be easily moved.

状態判定部545は、過去の任意の時点(例えば定期修繕、メンテナンス後の定常運転状態)から現在までのノイズ除去検出データ(加速度ピーク値、速度実効値)に対して最小二乗法による線形回帰を行い、回帰直線の傾きと切片を算出する。そして、状態判定部545は、算出した回帰直線の傾きと切片を元に将来の任意の点(例えば1ヶ月後の加速度ピーク値、速度実効値)を推定する。状態判定部545は、線形回帰による推定値と、閾値とを照合し、閾値を超える場合に、注意又は危険と判定する。表示制御部546では、基準、注意、危険のそれぞれを異なる表示態様で表示部52に表示する。これにより、故障が大きくなる前に予防保全の実施、メンテンナンス計画を効率的に策定することが可能になる。 The state determination unit 545 performs linear regression by the least squares method for noise removal detection data (acceleration peak value, velocity effective value) from an arbitrary time point in the past (for example, a steady operation state after periodic repair and maintenance) to the present. And calculate the slope and intercept of the regression line. Then, the state determination unit 545 estimates an arbitrary point in the future (for example, the acceleration peak value after one month and the velocity effective value) based on the calculated slope of the regression line and the intercept. The state determination unit 545 collates the estimated value by linear regression with the threshold value, and if it exceeds the threshold value, determines that it is caution or dangerous. The display control unit 546 displays the standard, caution, and danger on the display unit 52 in different display modes. This makes it possible to implement preventive maintenance and efficiently formulate maintenance plans before the failure becomes large.

振動異常の別のパターンとして、機械部品に微小な傷が発生すると運転時の振動に急な変化が生じることがあり、これを起因として短時間に設備故障が発生する場合がある。従来、現場で行われている定期点検では、このような突発的な異常振動の発生を迅速に捉えることができない。一方、突発的な振動の変化を捉える方法として、定期点検以外に設備に多数の振動センサを常時設置し、リアルタイムに振動データを収集し監視する方法がある。しかしながら、発生頻度が低い突発的な振動を監視するために、監視装置を設置し、常時振動を監視する必要があるが、このような方法はコストがかかることから大型発電設備など重要設備に限られている。
これに対して、本実施形態における状態判定システム100では、電力供給部14が自立して発電するため電力の供給源が限定されない。さらに、商用電源や通信ネットワーク環境のない現場にも簡単に設置でき、また設置場所の移設も容易である。そのため、コストを抑えることができる。
As another pattern of vibration abnormality, when a minute scratch is generated on a mechanical part, a sudden change may occur in the vibration during operation, which may cause an equipment failure in a short time. Conventionally, periodic inspections performed on-site cannot quickly detect the occurrence of such sudden abnormal vibrations. On the other hand, as a method of capturing sudden changes in vibration, there is a method of constantly installing a large number of vibration sensors in the equipment and collecting and monitoring vibration data in real time, in addition to the periodic inspection. However, in order to monitor sudden vibrations that occur infrequently, it is necessary to install a monitoring device and constantly monitor the vibrations, but such a method is costly and is limited to important equipment such as large power generation equipment. Has been done.
On the other hand, in the state determination system 100 in the present embodiment, the power supply unit 14 independently generates power, so that the power supply source is not limited. Furthermore, it can be easily installed in a site where there is no commercial power supply or communication network environment, and it is easy to relocate the installation location. Therefore, the cost can be suppressed.

<変形例>
データサーバ40及び状態判定装置50は、一体化されて構成されてもよい。状態判定装置50の一部の機能部が他の装置に実装されてもよい。例えば、状態判定装置50が備える表示制御部546及び表示部52が他の装置に実装されてもよい。この場合、表示制御部546及び表示部52を備える他の装置は、状態判定装置50に対して表示部52に表示するためのデータを要求する。表示部52に表示するためのデータとは、例えば、図5及び図6を表示するために必要となるデータである。
<Modification example>
The data server 40 and the state determination device 50 may be integrated and configured. A part of the functional part of the state determination device 50 may be mounted on another device. For example, the display control unit 546 and the display unit 52 included in the state determination device 50 may be mounted on another device. In this case, another device including the display control unit 546 and the display unit 52 requests the state determination device 50 for data to be displayed on the display unit 52. The data to be displayed on the display unit 52 is, for example, data necessary for displaying FIGS. 5 and 6.

本実施形態では、電力供給部14として、色素増感太陽電池とスーパキャパシタとの組み合わせを例に説明したが、振動検出装置10の動作に必要な電力を供給できるものであればどのようなものであってもよい。例えば、商用電源が確保できる環境下であれば、電力供給部14は商用電源から供給された電力を各機能部に供給してもよい。例えば、電力供給部14は電池から供給された電力を各機能部に供給してもよい。 In the present embodiment, the combination of the dye-sensitized solar cell and the supercapacitor has been described as an example of the power supply unit 14, but any power supply unit 14 can supply the power required for the operation of the vibration detection device 10. It may be. For example, in an environment where a commercial power source can be secured, the power supply unit 14 may supply the electric power supplied from the commercial power source to each functional unit. For example, the electric power supply unit 14 may supply the electric power supplied from the battery to each functional unit.

ノイズ除去部542は、ノイズを除去するための具体的な方法として平均化処理を行ってもよい。これにより、取得タイミングによるデータの値のばらつきを軽減することができる。さらに、平均化処理によってノイズに埋もれた固有の振動が強化され、データ時間長の不足を補うことが可能になる。 The noise removing unit 542 may perform an averaging process as a specific method for removing noise. This makes it possible to reduce variations in data values due to acquisition timing. In addition, the averaging process enhances the natural vibrations buried in the noise, making it possible to make up for the lack of data time.

データ選択部543は、基準となるデータから得られる確率分布と、検出データから得られる確率分布との差異を、KLダイバージェンスを用いて算出しているが、他の手法を用いてもよい。例えば、データ選択部543は、ピアソン距離、相対ピアソン距離、L2距離等の手法を用いて、基準となるデータから得られる確率分布と、検出データから得られる確率分布との差異を算出してもよい。 The data selection unit 543 calculates the difference between the probability distribution obtained from the reference data and the probability distribution obtained from the detection data using KL divergence, but other methods may be used. For example, the data selection unit 543 may calculate the difference between the probability distribution obtained from the reference data and the probability distribution obtained from the detection data by using methods such as Pearson distance, relative Pearson distance, and L2 distance. good.

上記の実施形態では、状態判定装置50が、検出データが得られる度にステップS102からステップS107までの処理を繰り返す構成を記載したが、状態判定装置50は所定の数以上の検出データが得られた時点でステップS102の処理を開始してもよい。所定の数は、例えば回帰予測が可能な数であってもよいし、予め設定された数であってもよい。 In the above embodiment, the state determination device 50 describes the configuration in which the processing from step S102 to step S107 is repeated every time the detection data is obtained, but the state determination device 50 can obtain a predetermined number or more of detection data. At that point, the process of step S102 may be started. The predetermined number may be, for example, a number capable of regression prediction or a preset number.

上記の実施形態では、データ選択部543が定常状態時のノイズ除去検出データを用いる構成を示したが、データ選択部543はまず複数の運動状態のうち、得られたノイズ除去検出データを対応する運動状態のグループに分類した後に、分類されたグループの基準データを用いて状態判定に用いる診断対象設備60の運転状態時のデータを選択してもよい。具体的には、データ選択部543は、ノイズ除去検出データから得られる確率分布(比較分布)と、異なる運転状態時(停止、始動時などの過渡状態、定常運転時)のデータそれぞれから得られる複数の確率分布それぞれとを比較する。これにより、データ選択部543は、ノイズ除去検出データがどの運転状態時のデータに該当するのか分類する。データ選択部543は、演算結果からノイズ除去検出データの運動状態を判別した後に、比較分布と、判別した運動状態における基準となるデータから得られる確率分布(基準分布)とを比較する演算を行う。そして、データ選択部543は、演算結果の値が所定の閾値未満となるノイズ除去検出データを、状態判定に用いる診断対象設備60の運転状態時のデータとして選択する。
このように構成されることによって、定常状態だけでなく、過渡状態や停止状態における異常振動を検知することが可能になる。なお、確率分布が共通するグループに分類する方法として、クラスタリング手法として知られるK−mean法を用いてもよいし、機械学習により得られる学習済みモデルを用いてもよい。学習済みモデルは、例えば予め運転状態を分類する際に、作業員が運転状況を入力し、その運転状況を正解としてディープラーニングなどにより学習させればよい。
In the above embodiment, the data selection unit 543 shows the configuration using the noise reduction detection data in the steady state, but the data selection unit 543 first corresponds to the noise reduction detection data obtained from the plurality of motion states. After classifying into the exercise state group, the data at the time of the operating state of the equipment to be diagnosed 60 used for the state determination may be selected by using the reference data of the classified group. Specifically, the data selection unit 543 is obtained from each of the probability distribution (comparative distribution) obtained from the noise removal detection data and the data in different operating states (transient state such as stop and start, steady operation). Compare each of multiple probability distributions. As a result, the data selection unit 543 classifies which operating state data the noise reduction detection data corresponds to. The data selection unit 543 determines the motion state of the noise removal detection data from the calculation result, and then performs an operation to compare the comparative distribution with the probability distribution (reference distribution) obtained from the reference data in the determined motion state. .. Then, the data selection unit 543 selects the noise removal detection data in which the value of the calculation result is less than a predetermined threshold value as the data in the operating state of the diagnosis target equipment 60 used for the state determination.
With this configuration, it is possible to detect abnormal vibration not only in the steady state but also in the transient state and the stopped state. As a method of classifying into groups having a common probability distribution, a K-means method known as a clustering method may be used, or a trained model obtained by machine learning may be used. For the trained model, for example, when classifying the operating state in advance, the worker may input the operating state and learn the operating state by deep learning or the like as the correct answer.

上述した実施形態では、少ないデータ量の検出データを扱うことを特徴としているが、データ量が極端に少ない場合や振動が不規則に変化している場合には、計測するたびに検出データから得られる確率分布が異なる場合が想定され、振動の監視精度が低下してしまう場合もある。そこで、基準値設定部544は、状態判定部による処理に用いるデータの数の基準を設定してもよい。このように構成される場合、状態判定部545は設定された数のデータを用いて診断対象設備60の状態を判定する。より具体的には、基準値設定部544は、検出データから得られる確率分布について、平均値、分散値を算出する。さらに、基準値設定部544は、検出データの確率分布の平均値、分散値の時間変動に対して、適当な閾値を設定する。確率分布の平均値、分散値の時間変動が閾値より大きい場合、検出データのデータ長が安定に監視するには不十分であると判断し、検出データ量を増やして確率分布を算出する。振動検出装置10が送信可能なデータ長に上限がある場合には、複数に分割された検出データをあわせて確率分布を算出する。確率分布を用いている本実施形態では、分割された検出データは時間的に連続している必要はなく、離散的に観測される複数の検出データから確率分布を求めることができる。基準値設定部544は、離散的に観測される検出データの数を、1,2、・・と増加させ、検出データの確率分布の平均値、分散値の時間変動が、定めた閾値以下になるデータ数を選択するようにすればよい。
このように構成されることによって、振動の監視精度を向上させることが可能になる。
The above-described embodiment is characterized in that it handles detection data with a small amount of data, but when the amount of data is extremely small or the vibration changes irregularly, it is obtained from the detection data each time measurement is performed. It is assumed that the probability distributions will be different, and the vibration monitoring accuracy may decrease. Therefore, the reference value setting unit 544 may set a reference for the number of data used for processing by the state determination unit. When configured in this way, the state determination unit 545 determines the state of the diagnosis target equipment 60 using the set number of data. More specifically, the reference value setting unit 544 calculates the average value and the variance value of the probability distribution obtained from the detection data. Further, the reference value setting unit 544 sets an appropriate threshold value for the time variation of the average value and the variance value of the probability distribution of the detection data. When the time variation of the average value and the variance value of the probability distribution is larger than the threshold value, it is judged that the data length of the detection data is insufficient for stable monitoring, and the probability distribution is calculated by increasing the amount of detection data. When there is an upper limit to the data length that can be transmitted by the vibration detection device 10, the probability distribution is calculated by combining the detection data divided into a plurality of pieces. In the present embodiment using the probability distribution, the divided detection data does not need to be continuous in time, and the probability distribution can be obtained from a plurality of detection data observed discretely. The reference value setting unit 544 increases the number of detected data observed discretely to 1, 2, ..., And the time variation of the average value and the variance value of the probability distribution of the detected data becomes equal to or less than the set threshold value. The number of data can be selected.
With such a configuration, it becomes possible to improve the vibration monitoring accuracy.

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes designs and the like within a range that does not deviate from the gist of the present invention.

10…振動検出装置, 20…中継装置, 40…データサーバ, 50…状態判定装置, 11…センサ, 12…信号処理部, 13…通信部, 14…電力供給部, 51…通信部, 52…表示部, 53…操作部, 54…制御部, 55…記憶部, 541…データ取得部, 542…ノイズ除去部, 543…データ選択部, 544…基準値設定部, 545…状態判定部, 546…表示制御部 10 ... Vibration detection device, 20 ... Relay device, 40 ... Data server, 50 ... Status determination device, 11 ... Sensor, 12 ... Signal processing unit, 13 ... Communication unit, 14 ... Power supply unit, 51 ... Communication unit, 52 ... Display unit, 53 ... Operation unit, 54 ... Control unit, 55 ... Storage unit, 541 ... Data acquisition unit, 542 ... Noise removal unit, 543 ... Data selection unit, 544 ... Reference value setting unit, 545 ... Status determination unit, 546 … Display control unit

Claims (7)

設備における停止状態、始動時の過度状態又は定常運転時の状態のいずれかの状態時の基準となる基準データを設定する基準値設定部と、
診断対象の設備に設置されたセンサが検出した振動に関する情報を含む複数の検出データを用いて、検出データに含まれる前記振動に関する情報で示される振幅の存在確率を表す確率分布と、前記基準データで示されるいずれかの状態時の振幅の存在確率を表す確率分布との差異を求める演算を行い、演算結果の値が所定の閾値未満となる検出データを前記設備の状態判定に用いるデータとして選択するデータ選択部と、
選択された前記データを用いて前記設備の異常度合を判定する状態判定部と、
を備える状態判定装置。
A reference value setting unit that sets reference data that serves as a reference for either the stopped state, the excessive state at the start, or the state during steady operation in the equipment.
Using a plurality of detection data including information on vibration detected by the sensor installed in the equipment to be diagnosed, the probability distribution representing the existence probability of the amplitude indicated by the information on the vibration included in the detection data and the reference data. An operation is performed to obtain a difference from the probability distribution representing the existence probability of the amplitude in any of the states shown in, and the detection data in which the value of the operation result is less than a predetermined threshold is selected as the data to be used for determining the state of the equipment. Data selection section and
A state determination unit that determines the degree of abnormality of the equipment using the selected data, and
A state determination device comprising.
前記検出データからノイズを除去することで機械本来の振動成分を抽出するノイズ除去部をさらに備え、
前記データ選択部は、前記基準データに基づいて、ノイズが除去された前記検出データの中から前記状態判定に用いるデータを選択する、
請求項1に記載の状態判定装置。
It is further equipped with a noise removing unit that extracts the vibration component inherent in the machine by removing noise from the detection data.
The data selection unit selects data to be used for the state determination from the detection data from which noise has been removed based on the reference data.
The state determination device according to claim 1.
前記状態判定部は、選択された前記データを用いて回帰予測を行い、少なくとも異常が発生すると推定されるまでの期間を算出する、
請求項1又は2に記載の状態判定装置。
The state determination unit performs regression prediction using the selected data, and calculates at least a period until it is estimated that an abnormality occurs.
The state determination device according to claim 1 or 2.
前記データ選択部は、前記検出データから得られる確率分布と、複数の運転状態時のデータから得られる複数の確率分布それぞれとを比較する演算を行い、演算結果から前記検出データの運動状態を判別した後に、前記検出データから得られる確率分布と、判別した運動状態における基準データから得られる確率分布とを比較する演算を行い、演算結果の値が所定の閾値未満となる検出データを前記状態判定に用いるデータとして選択する、
請求項1から3のいずれか一項に記載の状態判定装置。
The data selection unit performs an operation to compare the probability distribution obtained from the detected data with each of the plurality of probability distributions obtained from the data in a plurality of operating states, and determines the motion state of the detected data from the calculation result. After that, an operation is performed to compare the probability distribution obtained from the detection data with the probability distribution obtained from the reference data in the determined exercise state, and the detection data in which the value of the calculation result is less than a predetermined threshold is determined. Select as the data to be used for
The state determination device according to any one of claims 1 to 3.
前記基準値設定部は、前記状態判定部による処理に用いるデータの数の基準をさらに設定し、
前記状態判定部は、設定された数のデータを用いて前記設備の状態を判定する、
請求項1から4のいずれか一項に記載の状態判定装置。
The reference value setting unit further sets a reference for the number of data used for processing by the state determination unit.
The state determination unit determines the state of the equipment using a set number of data.
The state determination device according to any one of claims 1 to 4.
設備における停止状態、始動時の過度状態又は定常運転時の状態のいずれかの状態時の基準となる基準データを設定する基準値設定ステップと、
診断対象の設備に設置されたセンサが検出した振動に関する情報を含む複数の検出データを用いて、検出データに含まれる前記振動に関する情報で示される振幅の存在確率を表す確率分布と、前記基準データで示されるいずれかの状態時の振幅の存在確率を表す確率分布との差異を求める演算を行い、演算結果の値が所定の閾値未満となる検出データを前記設備の状態判定に用いるデータとして選択するデータ選択ステップと、
選択された前記データを用いて前記設備の異常度合を判定する状態判定ステップと、
を有する状態判定方法。
A reference value setting step for setting reference data that serves as a reference for either a stopped state, an excessive state at the start, or a state during steady operation in the equipment.
Using a plurality of detection data including information on vibration detected by the sensor installed in the equipment to be diagnosed, the probability distribution representing the existence probability of the amplitude indicated by the information on the vibration included in the detection data and the reference data. An operation is performed to obtain a difference from the probability distribution representing the existence probability of the amplitude in any of the states shown in, and the detection data in which the value of the operation result is less than a predetermined threshold is selected as the data to be used for determining the state of the equipment. Data selection steps to be performed and
A state determination step for determining the degree of abnormality of the equipment using the selected data, and a state determination step.
A state determination method having.
設備における停止状態、始動時の過度状態又は定常運転時の状態のいずれかの状態時の基準となる基準データを設定する基準値設定ステップと、
診断対象の設備に設置されたセンサが検出した振動に関する情報を含む複数の検出データを用いて、検出データに含まれる前記振動に関する情報で示される振幅の存在確率を表す確率分布と、前記基準データで示されるいずれかの状態時の振幅の存在確率を表す確率分布との差異を求める演算を行い、演算結果の値が所定の閾値未満となる検出データを前記設備の状態判定に用いるデータとして選択するデータ選択ステップと、
選択された前記データを用いて前記設備の異常度合を判定する状態判定ステップと、
をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
A reference value setting step for setting reference data that serves as a reference for either a stopped state, an excessive state at the start, or a state during steady operation in the equipment.
Using a plurality of detection data including information on vibration detected by the sensor installed in the equipment to be diagnosed, the probability distribution representing the existence probability of the amplitude indicated by the information on the vibration included in the detection data and the reference data. An operation is performed to obtain a difference from the probability distribution representing the existence probability of the amplitude in any of the states shown in, and the detection data in which the value of the operation result is less than a predetermined threshold is selected as the data to be used for determining the state of the equipment. Data selection steps to be performed and
A state determination step for determining the degree of abnormality of the equipment using the selected data, and a state determination step.
A computer program that lets your computer run.
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