JP6974732B2 - 影響因子混在範囲分析方法及び影響因子混在範囲分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、劣化や故障の影響因子等が不明な物品・設備等を対象にワイブル分析に類する分析を行う際に、影響因子の混在する範囲あるいは混在しない範囲を推定する技術に関する。

物品および設備等の劣化や故障の分析（以下、故障解析と記す）の際、ワイブル分析や累積ハザード分析等の信頼性分析がよく行われる。信頼性分析は、故障の発生等の対象の劣化を表す指標と、使用時間等の劣化に関係すると考えられる指標との関係性の分析である。これらの分析結果はワイブル確率紙等でプロットグラフとして表すことができる。プロットが全体的に回帰直線に沿っていれば、分析対象はこの分析方法で分析可能と言え、そこから故障解析に有用なパラメータや関数式等を導くことができる。

一方、プロットが回帰直線に沿わず屈曲している場合は、分析手法が不適であるか、分析データに異なる原因による故障・劣化や異なる影響因子等が混在（以下、混合データと記す）していると解釈される。分析データが混合データの場合、影響因子ごとに分析データを分割（層別）し、それぞれでワイブル分析等を実施すればよい（非特許文献１）。

国際公開第０３／０８５５４８号 特開平１０−０３４１２２号公報 特開２００３−３３１０８７号公報 特許第６１７８２７７号公報

田中健次著、「入門 信頼性」、日科技連出版社、pp. 93-94

しかしながら、故障・劣化に影響を及ぼしている影響因子を特定することが困難な場合がある。たとえば、分析対象が屋外に設置されたものであると、様々な影響因子の存在が考えられるとともに、影響因子の存在範囲を特定・推定することも困難となることがある。このような場合、混合データを影響因子ごとに層別すること自体が不可となる。

従来のワイブル分析等に関する技術の多くは、ワイブル分析等の結果を如何に用いるかが対象であり（たとえば特許文献１〜３）、ワイブル分析等の結果に見られるプロットの回帰直線からの乖離への対応に関して定めるものではない。

特許文献４は、影響因子の存在確率を用いて、ワイブル分析等のプロットの回帰直線からの乖離への対応に資する情報を得る方法を示している。しかしながら、本提案のように、異なる影響因子が混在しない範囲を推定するものではなく、混合データの層別を可能とするものではない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、故障解析において異なる影響因子が混在する混合データを影響因子ごとに層別できるようにすることを目的とする。

本発明に係る影響因子混在範囲分析方法は、コンピュータが実行する影響因子混在範囲分析方法であって、分析対象エリア内に第１エリアを設定するステップと、前記第１エリアにおいて対象の劣化を表す指標と劣化に関係すると考えられる指標との関係性を分析するステップと、分析結果のプロットの回帰直線からの乖離程度を指標として、前記第１エリアが異なる影響因子の混在しないエリアであるか否かを判定するステップと、前記第１エリアが所定の大きさに達するまで、前記第１エリアを異なる影響因子の混在しないエリアに保ちつつ、前記第１エリアを拡大するステップと、を有することを特徴とする。

本発明に係る影響因子混在範囲分析装置は、分析対象エリア内に第１エリアを設定する設定手段と、前記第１エリアにおいて対象の劣化を表す指標と劣化に関係すると考えられる指標との関係性を分析する分析手段と、分析結果のプロットの回帰直線からの乖離程度を指標として、前記第１エリアが異なる影響因子の混在しないエリアであるか否かを判定する判定手段と、前記第１エリアが所定の大きさに達するまで、前記第１エリアを異なる影響因子の混在しないエリアに保ちつつ、前記第１エリアを拡大する拡大手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、故障解析において異なる影響因子が混在する混合データを影響因子ごとに層別できるようになる。

屋外に設備Ｘが分散配置された分析対象エリアの例を示す図である。 分析対象エリア全体の設備Ｘの点検データを用いたワイブル分析のプロットおよび回帰直線を示す図である。 本実施形態の影響因子混在範囲分析装置の構成を示す機能ブロック図である。 図１の分析対象エリアをメッシュで分割し、２つのグループに分けた様子を示す図である。 確定した単一エリアの一例を示す図である。 確定した単一エリアのワイブル分析のプロットおよび回帰直線を示す図である。 確定した単一エリア以外のエリアのワイブル分析のプロットおよび回帰直線を示す図である。 本実施形態の影響因子混在範囲分析装置の処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

＜影響因子混在範囲分析の概要＞
本実施形態では、屋外の広域に分散設置された設備Ｘを対象とする。

図１は、屋外に設備Ｘが分散配置された分析対象エリアの例を示す図である。図中の点は設備Ｘが設置されている位置を示す。

図２に、分析対象エリア全体の設備Ｘの点検データを用いた、累積ハザード法によるワイブル分析のプロットを示す。図２では、横軸が設備Ｘの使用年数ｔの対数値Ｌｏｇ ｔ、縦軸が使用年数ｔにおける累積ハザード値Ｈ（ｔ）を表している。図中の直線は、プロットの回帰直線である。

図２より、プロットが回帰直線から乖離して屈曲していることがわかる。これは、分析に使用した点検データが、異なる影響因子による劣化・故障が含まれた混合データであることを示唆している。しかし、プロットを屈曲させる影響因子が明確ではないため、混合データを層別することができない。

そこで、本実施形態では、分析対象エリアから任意の範囲を選択し、選択した範囲内に存在する設備Ｘの点検データの信頼性分析を行いつつ、分析結果のプロットが回帰直線から乖離しないように範囲を広げていき、屈曲が発生しないエリア、すなわちプロットが回帰直線によく沿うエリアを特定する。以下、プロットに屈曲が発生しないエリアを単一エリアと記し、屈曲が発生するエリアを混合エリアと記す。単一エリアは異なる影響因子による劣化・故障が混在していないエリアを示すと考えられる。単一エリアにおける特性等、たとえば地理的特徴等をその他のエリアと比較することで、分析対象の劣化・故障に影響を与えている因子の特定に資する情報となる。

＜影響因子混在範囲分析装置の構成＞
次に、本実施形態の影響因子混在範囲分析装置の構成について説明する。

図３は、本実施形態の影響因子混在範囲分析装置の構成を示す機能ブロック図である。同図に示す影響因子混在範囲分析装置１は、範囲設定部１１、分析部１２、判定部１３、範囲拡大部１４、及びデータベース１５を備える。影響因子混在範囲分析装置１が備える各部は、演算処理装置、記憶装置等を備えたコンピュータにより構成して、各部の処理がプログラムによって実行されるものとしてもよい。このプログラムは影響因子混在範囲分析装置１が備える記憶装置に記憶されており、磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等の記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。

範囲設定部１１は、分析対象エリアを標準地域メッシュの一つである第３次メッシュで分割し、メッシュを最小単位として分析対象エリアを２つのグループ（以下、ＡグループおよびＢグループと記す）に分ける。本実施形態では分析対象エリアを第３次メッシュで分割したが、他の方法により分析対象エリアを分割してもよい。最初のグループ分けはどのような方法でもよい。例えば、隣接する数個のメッシュを選択してＡグループを作り、Ａグループに属さないメッシュ群をＢグループとする。

図４に、分析対象エリアをメッシュで分割し、２つのグループに分けた様子を示す。図中の矩形が第３次メッシュを表す。太線内のメッシュがＡグループに属する。Ａグループに属さないメッシュがＢグループである。

隣り合った数メッシュのみで構成されたＡグループは設置環境が似たものである可能性が高いため、全エリアをまとめて分析する場合と比して、異なる影響因子等が混在している可能性が低くなる。すなわち、Ａグループは単一エリアである可能性が高くなる。なお、最初のグループ分けで設定したＡグループが単一エリアでなく混合エリアであった場合は、別のメッシュを用いてＡグループを再設定する。最初のグループ分けで設定したＡグループが単一エリアであった場合は、そのグループをＡグループとして採用する。Ａグループが単一エリアであるか否かは、分析部１２による分析結果に基づいて判定部１３が判定する。

分析部１２は、Ａグループのメッシュ内に存在する設備Ｘの点検データを用いて累積ハザード法によるワイブル分析を行い、設備Ｘの使用年数ｔの対数値Ｌｏｇ ｔおよび使用年数ｔにおける累積ハザード値Ｈ（ｔ）を軸とするプロットを作成するとともに、回帰直線を求める。累積ハザード法によるワイブル分析は既知の方法で行ってよく、また分析対象や分析データの性質に一致する既知の他の分析方法でも構わない。プロットの各軸は使用年数および累積ハザード値に限らず、対象の劣化を表す指標および劣化に関係すると考えられる指標であればよく、既知の各種の確率紙に従ってもよい。また、回帰直線は既知の方法で求めてよい。

なお、Ｂグループのワイブル分析等は必須ではないが、メッシュを移行した結果、Ｂグループのプロットの変化を把握できるため、Ｂグループのワイブル分析も有益である。

判定部１３は、ワイブル分析によるプロットの回帰直線からの乖離程度を指標として、Ａグループが混合エリアであるか単一エリアであるかを判定する。プロットの回帰直線からの乖離程度の指標は、従来の方法、たとえば決定係数の値や、最大偏差等を活用すればよい。本実施形態では、決定係数Ｒ^２が０．９８以上であればプロットは回帰直線に沿っている、つまり単一エリアであると判定する。

範囲拡大部１４は、最初のＡグループを設定後、Ａグループが単一エリアであることを確認しながら、ＢグループからＡグループにメッシュ（例えば１〜数個のメッシュ）を移行する処理を繰り返す。より具体的には、範囲拡大部１４がＢグループからＡグループにメッシュを移行すると、分析部１２はメッシュを移行後のＡグループを分析し、判定部１３は分析部１２の分析結果に基づいてメッシュを移行後のＡグループが単一エリアであるか否か判定する。範囲拡大部１４は、メッシュを移行後のＡグループが単一エリアである場合は移行したメッシュをＡグループとして採用する。範囲拡大部１４は、メッシュを移行後のＡグループが単一エリアでなくなった場合は移行したメッシュをＢグループへ戻す。範囲拡大部１４は、Ａグループが目標のサイズ（広さ、メッシュ数等）になるまで上記の処理を繰り返す。目標のサイズは目的に応じて設定すればよい。ただし、Ａグループが設定した目標のサイズに達しない可能性も考えられることから、目標のサイズ設定は可変とする。

範囲拡大部１４は、Ａグループが目標のサイズに達すると、ＡグループをＡ’グループとして単一エリアの範囲を確定する。図５に、確定したＡ’グループの範囲の一例を示す。図６に、確定したＡ’グループのワイブル分析のプロットを示す。図６より、Ａ’グループのプロットは回帰直線によく沿っていることがわかる。

図７に、Ｂグループのワイブル分析のプロットを示す。多くの場合、単一エリアとしてＡ’グループが確定した後も、Ｂグループは混合エリアである。Ａ’グループが確定後、範囲設定部１１はＢグループを次の分析対象エリアとして２つのグループに分け、新たな単一エリアであるＢ’グループを確定してもよい。Ｂ’グループを確定後は、同様に、Ｃ’グループ、Ｄ’グループ・・・を確定する処理を繰り返してもよい。

データベース１５は、分析対象エリア内に配置された設備Ｘの位置情報および点検データなどの信頼性分析に必要なデータを格納する。

＜影響因子混在範囲分析装置の動作＞
次に、本実施形態の影響因子混在範囲分析装置の動作について説明する。

図８は、本実施形態の影響因子混在範囲分析装置１の処理の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ１００において、分析部１２は、データベース１５に格納された分析対象エリアの全点検データを用いてワイブル分析等を実施する。

ステップＳ１０１において、判定部１３は、ワイブル分析等によるプロットが回帰直線に沿っているか否か判定する。プロットが回帰直線に沿っている場合（ステップＳ１０１のＹｅｓ）、ステップＳ１０２へ進む。プロットが回帰直線に沿っていない場合（ステップＳ１０１のＮｏ）、ステップＳ１０３へ進む。なお、後述のステップＳ１０９から戻ってきた場合は、単一エリアと確定していないグループ（例えばＢグループ）のワイブル分析等によるプロットが回帰直線に沿っている否か判定する。ステップＳ１０９から戻ってきた場合は、以降の記載において、グループ識別のためのアルファベットを順にずらして読み替える。具体的には、ＡグループをＢグループ、Ａ’グループをＢ’グループ、ＢグループをＣグループと読み替える。３周目以降も、同様に、グループ識別のためのアルファベットを順にずらして読み替える。

ステップＳ１０２において、範囲設定部１１は、分析対象エリアの点検データを層別する必要がないため、分析対象エリア全体を単一エリアのグループとして確定する。

ステップＳ１０３において、範囲設定部１１が分析対象エリアを任意の小範囲のＡグループとその他の範囲のＢグループに分割し、分析部１２がＡグループのワイブル分析等を実施する。

ステップＳ１０４において、判定部１３は、Ａグループの分析結果のプロットが回帰直線に沿っているか否か判定する。プロットが回帰直線に沿っている場合（ステップＳ１０４のＹｅｓ）、ステップＳ１０５へ進む。プロットが回帰直線に沿っていない場合（ステップＳ１０４のＮｏ）、ステップＳ１０３へ進み、範囲設定部１１はＡグループの範囲設定をやり直す。

ステップＳ１０５において、範囲拡大部１４は、ＢグループからＡグループへ新たにメッシュを移行し、分析部１２は、メッシュを移行後のＡグループのワイブル分析等を実施する。なお、後述のステップＳ１０７から戻ってきた場合は、範囲拡大部１４はＢグループへ戻したメッシュとは異なるメッシュをＢグループからＡグループへ移行する。

ステップＳ１０６において、範囲拡大部１４は、メッシュを移行後のＡグループの分析結果のプロットが回帰直線に沿っているか否か判定する。プロットが回帰直線に沿っている場合（ステップＳ１０６のＹｅｓ）、ステップＳ１０８へ進む。プロットが回帰直線に沿っていない場合（ステップＳ１０６のＮｏ）、ステップＳ１０７へ進む。

ステップＳ１０７において、範囲拡大部１４は、直前のステップＳ１０５でＢグループからＡグループへ移行したメッシュをＢグループへ戻し、ステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１０８において、範囲拡大部１４は、Ａグループのサイズが事前に設定した目標のサイズに達したか否か判定する。Ａグループが目標のサイズに達した場合（ステップＳ１０８のＹｅｓ）、ステップＳ１０９へ進む。Ａグループが目標のサイズに達していない場合（ステップＳ１０８のＮｏ）、ステップＳ１０５へ進み、ＢグループからＡグループへメッシュを移行する処理を繰り返す。

ステップＳ１０９において、範囲拡大部１４は、単一エリアとしてＡ’グループを確定する。

ステップＳ１１０において、範囲設定部１１は、単一エリアと確定していないＢグループに対してステップＳ１０１〜Ｓ１０９の処理を実施するか判断する。Ｂグループに対して処理を実施する場合（ステップＳ１１０のＹｅｓ）、ステップＳ１０１へ進む。Ｂグループに対して処理を実施しない場合（ステップＳ１１０のＮｏ）、ステップＳ１１１へ進む。

ステップＳ１１１において、範囲設定部１１は、Ｂグループを確定する。

以上の処理により確定された単一エリア（Ａ’グループ、Ｂ’グループ、Ｃ’グループ・・・）は、分析対象の劣化・故障に関して、ワイブル分析等で分析が可能と言える程度に影響因子が混在していない範囲となる。すなわち、混合データの層別が可能となり、ワイブル分析等による故障解析を実施することが可能となる。また、確定された単一エリアと混合エリア、あるいは単一エリア同士を比較することで、分析対象の劣化・故障に影響を与える因子の特定に資することができる。

本実施形態では、分析対象エリアを、地表面を想定した２次元平面上のエリアとして解説したが、３次元空間を分析対象エリアとしてもよい。さらに、データ上では概念的に多次元を対象としてもよい。

以上説明したように、本実施の形態によれば、範囲設定部１１が、分析対象エリアをメッシュで分割し、メッシュを最小単位として分析対象エリアをＡグループおよびＢグループに分け、分析部１２が、Ａグループのメッシュ内に存在する設備Ｘの点検データを用いて累積ハザード法によるワイブル分析を行い、判定部１３が、ワイブル分析によるプロットの回帰直線からの乖離程度を指標として、Ａグループが混合エリアであるか単一エリアであるかを判定し、範囲拡大部１４が、Ａグループを単一エリアに保ちつつ、ＢグループからＡグループにメッシュを移行する処理を繰り返すことにより、異なる影響因子による劣化・故障が混在していない単一エリアを特定でき、ワイブル分析等による故障解析において混合データの層別が可能となり、解析を実施することが可能となる。また、各層別データが属する範囲、たとえばエリアが明確になることにより、それぞれの劣化・故障に影響を及ぼしている影響因子の特定・推定に資する効果を得られる。

１…影響因子混在範囲分析装置
１１…範囲設定部
１２…分析部
１３…判定部
１４…範囲拡大部
１５…データベース

Claims (4)

1. コンピュータが実行する影響因子混在範囲分析方法であって、
   分析対象エリア内に第１エリアを設定するステップと、
   前記第１エリアにおいて対象の劣化を表す指標と劣化に関係すると考えられる指標との関係性を分析するステップと、
   分析結果のプロットの回帰直線からの乖離程度を指標として、前記第１エリアが異なる影響因子の混在しないエリアであるか否かを判定するステップと、
   前記第１エリアが所定の大きさに達するまで、前記第１エリアを異なる影響因子の混在しないエリアに保ちつつ、前記第１エリアを拡大するステップと、
   を有することを特徴とする影響因子混在範囲分析方法。
2. 前記第１エリアを設定するステップは、前記分析対象エリアをメッシュで分割し、隣り合う数個の前記メッシュを選択して前記第１エリアを設定するとともに、前記第１エリアに属さない前記メッシュで構成される第２エリアを設定し、
   前記第１エリアを拡大するステップは、前記第２エリアから前記第１エリアに前記メッシュを移行し、前記メッシュを移行後の前記第１エリアが異なる影響因子の混在しないエリアであるか否か判定し、前記メッシュを移行後の前記第１エリアが異なる影響因子の混在しないエリアでない場合、移行した前記メッシュを前記第２エリアに戻すことを特徴とする請求項１に記載の影響因子混在範囲分析方法。
3. 分析対象エリア内に第１エリアを設定する設定手段と、
   前記第１エリアにおいて対象の劣化を表す指標と劣化に関係すると考えられる指標との関係性を分析する分析手段と、
   分析結果のプロットの回帰直線からの乖離程度を指標として、前記第１エリアが異なる影響因子の混在しないエリアであるか否かを判定する判定手段と、
   前記第１エリアが所定の大きさに達するまで、前記第１エリアを異なる影響因子の混在しないエリアに保ちつつ、前記第１エリアを拡大する拡大手段と、
   を有することを特徴とする影響因子混在範囲分析装置。
4. 前記設定手段は、前記分析対象エリアをメッシュで分割し、隣り合う数個の前記メッシュを選択して前記第１エリアを設定するとともに、前記第１エリアに属さない前記メッシュで構成される第２エリアを設定し、
   前記拡大手段は、前記第２エリアから前記第１エリアに前記メッシュを移行し、前記メッシュを移行後の前記第１エリアが異なる影響因子の混在しないエリアでない場合、移行した前記メッシュを前記第２エリアに戻すことを特徴とする請求項３に記載の影響因子混在範囲分析装置。

Images