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JP7618971B2 - Abnormality diagnosis device and abnormality diagnosis system - Google Patents
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Description

本発明は、異常診断装置及び異常診断システムに関する。 The present invention relates to an abnormality diagnosis device and an abnormality diagnosis system.

電動機等の振動を検出する振動センサから出力された振動データに対し、高速フーリエ級数変換を施したデータに基づいて異常診断を実行する方法が知られている。 A method is known in which abnormality diagnosis is performed based on data obtained by performing a fast Fourier series transform on vibration data output from a vibration sensor that detects vibrations in an electric motor, etc.

例えば特許文献1に記載された方法(方法1)では、正常時の振動データに対するフーリエスペクトルの統計量(例えば、平均値、最大値等)に、多変量統計的プロセス管理(MSPC)を適用することによって診断モデルが生成される。そして、方法1では、当該診断モデルを用いて、診断対象の振動データに対する異常診断を実行する。 For example, in the method (Method 1) described in Patent Document 1, a diagnostic model is generated by applying multivariate statistical process control (MSPC) to statistics (e.g., average, maximum, etc.) of the Fourier spectrum for vibration data under normal conditions. Then, in Method 1, this diagnostic model is used to perform an abnormality diagnosis on the vibration data to be diagnosed.

また、特許文献2に記載された方法(方法2)では、正常時の振動データに対するフーリエスペクトルと、診断対象の振動データに対するフーリエスペクトルとの相関係数に基づいて、診断対象の振動データに対する異常診断を実行する。 In addition, in the method (Method 2) described in Patent Document 2, an abnormality diagnosis is performed on the vibration data of the diagnosis target based on the correlation coefficient between the Fourier spectrum of the vibration data under normal conditions and the Fourier spectrum of the vibration data of the diagnosis target.

特開2004-279056号公報JP 2004-279056 A 特開2018-091033号公報JP 2018-091033 A

しかしながら、方法1では、電動機の異常により、診断対象の振動データに対するフーリエスペクトルの形状が正常データのそれとは大きく異なる場合であっても、平均値や最大値といった統計量が正常の範囲であれば、異常であるにもかかわらず正常であると診断される場合がある。尚、方法1においてこのような誤診断が発生する頻度は、正常データのサンプル数に依らない。 However, in method 1, even if the shape of the Fourier spectrum for the vibration data to be diagnosed is significantly different from that of normal data due to an abnormality in the motor, if the statistics such as the average and maximum values are within the normal range, the data may be diagnosed as normal even though it is abnormal. Note that the frequency with which such a misdiagnosis occurs in method 1 does not depend on the number of samples of normal data.

また、方法1は、方法2に比べて、必要な正常データのサンプルが多く、正常データのサンプル数が不足すると判別性能が著しく劣化する。 In addition, method 1 requires more samples of normal data than method 2, and if the number of normal data samples is insufficient, the discrimination performance deteriorates significantly.

また、方法2は、診断対象の振動データに対するフーリエスペクトルの形状を考慮した診断をすることができるため、上述のような誤診断を抑制することができる。しかし、方法2は、方法1に比べて、判別性能は一般に劣る。 In addition, method 2 can perform a diagnosis that takes into account the shape of the Fourier spectrum for the vibration data of the diagnosis target, thereby suppressing the above-mentioned misdiagnosis. However, method 2 generally has inferior discrimination performance compared to method 1.

本発明の目的は、正常データのサンプル数に依らずに発生する誤診断を抑制し、且つ正常データのサンプル数の不足に伴う判別性能の劣化を抑制することができる異常診断装置を提供することである。 The objective of the present invention is to provide an anomaly diagnosis device that can suppress misdiagnosis that occurs regardless of the number of normal data samples, and can suppress deterioration of discrimination performance due to an insufficient number of normal data samples.

上記目的を達成するための一の発明は、対象装置の振動の周波数スペクトルを示す診断データと、前記対象装置が正常時の前記対象装置の振動の周波数スペクトルを示す正常データに基づいて構築された第1モデルと、の類似度を示す第1の指標を計算する第1処理部と、前記正常データ及び前記対象装置が異常時の前記対象装置の振動の周波数スペクトルを示す異常データに基づいて構築された第2モデルと、前記診断データと、に基づいて、前記対象装置の異常度を示す第2の指標を計算する第2処理部と、前記第1の指標と、前記第2の指標とに基づいて、前記対象装置が異常であるか否かを診断する診断部と、を備えた異常診断装置である。本発明の他の特徴については、本明細書の記載により明らかにする。 One invention for achieving the above object is an abnormality diagnosis device including a first processing unit that calculates a first index indicating the degree of similarity between diagnostic data indicating the frequency spectrum of vibrations of a target device and a first model constructed based on normal data indicating the frequency spectrum of vibrations of the target device when the target device is normal, a second processing unit that calculates a second index indicating the degree of abnormality of the target device based on the normal data and abnormal data indicating the frequency spectrum of vibrations of the target device when the target device is abnormal, and the diagnostic data, and a diagnosis unit that diagnoses whether the target device is abnormal based on the first index and the second index. Other features of the present invention will be made clear by the description in this specification.

本発明によれば、正常データのサンプル数に依らずに発生する誤診断を抑制し、且つ正常データのサンプル数の不足に伴う判別性能の劣化を抑制することができる異常診断装置を提供することができる。 The present invention provides an anomaly diagnosis device that can suppress misdiagnosis that occurs regardless of the number of normal data samples, and can suppress deterioration of discrimination performance due to an insufficient number of normal data samples.

異常診断システムの概要を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an overview of an abnormality diagnosis system. 異常診断装置のハードウェア構成の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of an abnormality diagnosis device. 異常診断装置に実現される機能ブロックの一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a functional block realized in the abnormality diagnosis device. 診断データの一例を説明する図である。FIG. 11 is a diagram illustrating an example of diagnostic data. 加工後の診断データの一例を説明する図である。FIG. 11 is a diagram illustrating an example of processed diagnostic data. 診断データと正常データの一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of diagnostic data and normal data. 相関係数の計算結果の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a calculation result of a correlation coefficient. Q統計量の計算結果の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a calculation result of Q statistics. 異常診断装置で実行される処理の一例を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing an example of a process executed by the abnormality diagnosis device. 異常診断装置に実現される機能ブロックの一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a functional block realized in the abnormality diagnosis device. 異常診断装置で実行される処理の一例を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing an example of a process executed by the abnormality diagnosis device.

==第1実施形態==
<異常診断システム>
図1は、本実施形態の異常診断システム1の概要を示す図である。異常診断システム1は、圧延設備等の生産設備において、インバータ61によって駆動する電動機62の振動を検出する振動センサ2からの情報に基づいて、電動機62のベアリング異常等の異常を検出するためのシステムである。異常診断システム1は、振動センサ2と、異常診断装置3と、を備えている。以下、夫々について説明する。
First Embodiment
<Abnormality diagnosis system>
1 is a diagram showing an overview of an abnormality diagnosis system 1 according to the present embodiment. The abnormality diagnosis system 1 is a system for detecting abnormalities, such as a bearing abnormality, of an electric motor 62 driven by an inverter 61 in a production facility such as a rolling facility, based on information from a vibration sensor 2 that detects vibrations of the electric motor 62. The abnormality diagnosis system 1 includes the vibration sensor 2 and an abnormality diagnosis device 3. Each of these will be described below.

[振動センサ]
振動センサ2は、負荷を駆動するための駆動装置6に設けられている。駆動装置6は、電源設備60、インバータ61及び電動機62を有している。インバータ61は、所定のスイッチング周波数で動作するスイッチング回路を有し、電動機62を駆動する。尚、本実施形態において、電動機62が異常診断の対象となる「対象装置(または対象機器)」に相当する。
[Vibration sensor]
The vibration sensor 2 is provided in a drive device 6 for driving a load. The drive device 6 has a power supply facility 60, an inverter 61, and an electric motor 62. The inverter 61 has a switching circuit that operates at a predetermined switching frequency, and drives the electric motor 62. In this embodiment, the electric motor 62 corresponds to a "target device (or target equipment)" that is the target of an abnormality diagnosis.

振動センサ2は、電動機62の振動を検出する。振動センサ2は、接触式であってもよいし、非接触式であってもよい。振動センサ2は、検出した振動の時系列データを、振動データとして異常診断装置3の取得部40(後述)に出力する。 The vibration sensor 2 detects the vibration of the electric motor 62. The vibration sensor 2 may be of a contact type or a non-contact type. The vibration sensor 2 outputs time series data of the detected vibration as vibration data to an acquisition unit 40 (described later) of the abnormality diagnosis device 3.

[異常診断装置]
図2は、異常診断装置3のハードウェア構成の一例を示す図である。異常診断装置3は、CPU(Central Processing Unit)30、メモリ31、記憶装置32、入力装置33、表示装置34、及び通信装置35を含むコンピュータである。
[Abnormality diagnosis device]
2 is a diagram showing an example of a hardware configuration of the abnormality diagnosis device 3. The abnormality diagnosis device 3 is a computer including a CPU (Central Processing Unit) 30, a memory 31, a storage device 32, an input device 33, a display device 34, and a communication device 35.

CPU30は、メモリ31や記憶装置32に格納されたプログラムを実行することにより、異常診断装置3における様々機能を実現する。 The CPU 30 executes programs stored in the memory 31 and the storage device 32 to realize various functions of the abnormality diagnosis device 3.

メモリ31は、例えばRAM(Random-Aaccess Mmemory)等であり、プログラムやデータ等の一時的な記憶領域として用いられる。 Memory 31 is, for example, a RAM (Random Access Memory) and is used as a temporary storage area for programs, data, etc.

記憶装置32は、後述する第1モデルM1、第2モデルM2、第3モデルM3、CPU30によって実行あるいは処理される異常診断プログラムP等を格納する不揮発性の記憶装置32である。 The storage device 32 is a non-volatile storage device 32 that stores the first model M1, the second model M2, the third model M3, and the abnormality diagnosis program P executed or processed by the CPU 30, which will be described later.

異常診断プログラムPは、異常診断装置3が有する各種機能を実現するためのプログラムであり、例えば、OS(Operating System)等を含む。 The abnormality diagnosis program P is a program for implementing various functions possessed by the abnormality diagnosis device 3, and includes, for example, an OS (Operating System), etc.

入力装置33は、ユーザによるコマンドやデータの入力を受け付ける装置であり、キーボード、タッチパネルディスプレイ上でのタッチ位置を検出するタッチセンサなどの入力インタフェースを含む。 The input device 33 is a device that accepts commands and data input by the user, and includes input interfaces such as a keyboard and a touch sensor that detects the touch position on a touch panel display.

表示装置34は、例えばディスプレイ等の装置である。通信装置35は、ネットワークを介して、振動センサ2や他のコンピュータとデータや各種プログラムの受け渡しを行う。 The display device 34 is, for example, a display device. The communication device 35 exchanges data and various programs with the vibration sensor 2 and other computers via a network.

図3は、異常診断装置3に実現される機能ブロックの一例を示す図である。異常診断装置3のCPU30が、異常診断プログラムPを実行することにより、異常診断装置3には、取得部40と、診断データ生成部41と、第1処理部42と、第2処理部43と、第3処理部44と、診断部45と、が実現される。 Figure 3 is a diagram showing an example of a functional block realized in the abnormality diagnosis device 3. When the CPU 30 of the abnormality diagnosis device 3 executes the abnormality diagnosis program P, the abnormality diagnosis device 3 realizes an acquisition unit 40, a diagnostic data generation unit 41, a first processing unit 42, a second processing unit 43, a third processing unit 44, and a diagnosis unit 45.

取得部40は、振動センサ2が出力する振動データを取得する。取得部40は、駆動装置6が稼働中に出力される振動データを常に取得してもよいし、一定時間に出力される振動データを所定の周期で取得してもよい。取得部40は、振動データを取得すると、振動データを診断データ生成部41に出力する。 The acquisition unit 40 acquires the vibration data output by the vibration sensor 2. The acquisition unit 40 may constantly acquire the vibration data output while the drive device 6 is in operation, or may acquire the vibration data output at a fixed time at a specified cycle. When the acquisition unit 40 acquires the vibration data, it outputs the vibration data to the diagnostic data generation unit 41.

診断データ生成部41は、振動データに基づいて診断データを生成する。診断データは、電動機62の振動の周波数スペクトルを示すデータである。以下、図4を用いて、診断データについて説明する。図4は、診断データの一例を説明する図である。 The diagnostic data generating unit 41 generates diagnostic data based on the vibration data. The diagnostic data is data that indicates the frequency spectrum of the vibration of the electric motor 62. The diagnostic data will be described below with reference to FIG. 4. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of diagnostic data.

診断データ生成部41は、振動データx(t)のうち、時刻tから所定の時間間隔T[sec]に亘る範囲に対して下記(式1)に示すフーリエ変換を施すことによって、診断データainを生成する。

Figure 0007618971000001
The diagnostic data generating unit 41 generates diagnostic data a in by performing a Fourier transform shown in the following (Equation 1) on the vibration data x(t) in a range from time ti to a predetermined time interval T [sec].
Figure 0007618971000001

診断データainにおいて、添字iは、時刻tから時刻t+Tの振動データx(t)に基づく診断データであることを示している。また、添字nは、n/T[Hz]の周波数成分に対応することを示している。nは、0から所定の上限nmaxまでの整数である。 In the diagnostic data a in , the subscript i indicates that the diagnostic data is based on the vibration data x(t) from time ti to time ti +T. The subscript n indicates that the diagnostic data corresponds to a frequency component of n/T [Hz], where n is an integer from 0 to a predetermined upper limit n max .

本実施形態では、時間間隔Tを50μsecとした。そして、nmaxを200とした。そうすると、診断データain(n=0~200)は、0~10kHzの範囲における周波数スペクトルから、50Hzの間隔で抽出されたデータである。 In this embodiment, the time interval T is set to 50 μsec, and n max is set to 200. Then, the diagnostic data a in (n=0 to 200) is data extracted at intervals of 50 Hz from a frequency spectrum in the range of 0 to 10 kHz.

診断データ生成部41は、上記のフーリエ変換の処理を、高速フーリエ変換のアルゴリズムを用いて実行する。 The diagnostic data generation unit 41 performs the above-mentioned Fourier transform processing using a fast Fourier transform algorithm.

尚、本実施形態の診断データ生成部41は、振動データをフーリエ変換して得られた図4に示した診断データを加工し、加工後の診断データを生成する。以下、図4及び図5を用いて詳細に説明する。 The diagnostic data generating unit 41 of this embodiment processes the diagnostic data shown in FIG. 4 obtained by Fourier transforming the vibration data, and generates the processed diagnostic data. This will be described in detail below with reference to FIG. 4 and FIG. 5.

図4に示した診断データは加工前の診断データであり、加工前の診断データは、4kHz、6kHz、8kHz、10kHzの夫々の周波数の近傍において鋭いピークを有する。これらのピークは、インバータ61が有するスイッチング回路のスイッチング周波数に起因するノイズである。つまり、このようなノイズは、電動機62の異常に起因するものではない。 The diagnostic data shown in FIG. 4 is unprocessed diagnostic data, and the unprocessed diagnostic data has sharp peaks near the frequencies of 4 kHz, 6 kHz, 8 kHz, and 10 kHz. These peaks are noise caused by the switching frequency of the switching circuit of the inverter 61. In other words, such noise is not caused by an abnormality in the electric motor 62.

そこで、スイッチング回路のスイッチング周波数に起因するノイズの寄与が、後述する異常診断処理において反映されないように、診断データを加工する。具体的には、本実施形態の診断データは、電動機62の振動の周波数スペクトルを示すデータのうち、インバータ61が有するスイッチング回路のスイッチング周波数に応じた周波数帯の周波数スペクトルが抑制されたデータとする。 Therefore, the diagnostic data is processed so that the contribution of noise caused by the switching frequency of the switching circuit is not reflected in the abnormality diagnosis process described below. Specifically, the diagnostic data in this embodiment is data that indicates the frequency spectrum of the vibration of the electric motor 62, and in which the frequency spectrum of the frequency band corresponding to the switching frequency of the switching circuit of the inverter 61 is suppressed.

図5は、加工後の診断データの一例を説明する図である。図5に示す加工後の診断データは、図4に示した加工前の診断データに対し、4kHz、6kHz、8kHz、10kHzの夫々の周波数の前後400Hzの周波数帯に対応する周波数スペクトルを0としている。つまり、加工後の診断データain(n=0~200)は、n=76~85、116~124、156~164、196~200の成分を0としている。以下、加工後の診断データを、単に診断データと称する。 Fig. 5 is a diagram for explaining an example of the processed diagnostic data. In the processed diagnostic data shown in Fig. 5, the frequency spectrum corresponding to the frequency band of 400 Hz around each of the frequencies of 4 kHz, 6 kHz, 8 kHz, and 10 kHz is set to 0, compared to the unprocessed diagnostic data shown in Fig. 4. That is, in the processed diagnostic data a in (n=0 to 200), the components of n=76 to 85, 116 to 124, 156 to 164, and 196 to 200 are set to 0. Hereinafter, the processed diagnostic data will be simply referred to as diagnostic data.

第1処理部42は、診断データと、第1モデルM1と、の類似度を示す第1の指標を計算する。第1モデルM1は、正常データに基づいて構築されたモデルである。正常データは、電動機626が正常時の電動機62の振動の周波数スペクトルを示すデータである。以下、詳細に説明する。 The first processing unit 42 calculates a first index indicating the degree of similarity between the diagnostic data and the first model M1. The first model M1 is a model constructed based on normal data. The normal data is data indicating the frequency spectrum of the vibration of the electric motor 62 when the electric motor 626 is normal. This will be explained in detail below.

先ず、正常データについて説明する。図6は、診断データと正常データの一例を示す図である。図6において、診断データの一例が実線で示され、正常データの一例が破線で示されている。 First, we will explain normal data. Figure 6 is a diagram showing an example of diagnostic data and normal data. In Figure 6, an example of diagnostic data is shown by a solid line, and an example of normal data is shown by a dashed line.

以下の説明において、正常データを、bjn(j=1~jmax、n=0~nmax)と表現する。ここで、添字jは、複数の正常データを区別するための添字であり、複数の正常データの夫々は、異なる時刻に出力された振動データに基づいている。また、添字nは、診断データと同様に、周波数成分がn/T[Hz]の振幅であることを示している。正常データbjnは、電動機62が正常時に振動センサ2が出力した振動データを、上記(式1)と同様にフーリエ変換を施すことによって得られたデータである。 In the following description, normal data is expressed as b jn (j=1 to j max , n=0 to n max ). Here, the subscript j is a subscript for distinguishing between multiple normal data, each of which is based on vibration data output at a different time. The subscript n indicates that the frequency component has an amplitude of n/T [Hz], similar to the diagnostic data. The normal data b jn is data obtained by applying a Fourier transform to the vibration data output by the vibration sensor 2 when the electric motor 62 is normal, in the same manner as in the above (Equation 1).

次いで、第1モデルM1について説明する。本実施形態の第1モデルM1は、複数の正常データbjnの平均値であって、M1(n=0~nmax)と表現される。ここで、添字nは、診断データと同様に、周波数成分がn/T[Hz]の振幅であることを示している。つまり、第1モデルM1は、複数の正常データbjnのjについての総和を、jmaxで除した値である。 Next, the first model M1 will be described. The first model M1 in this embodiment is the average value of multiple normal data b jn , and is expressed as M1 n (n=0 to n max ). Here, the subscript n indicates that the frequency component has an amplitude of n/T [Hz], similar to the diagnostic data. In other words, the first model M1 n is the value obtained by dividing the sum of multiple normal data b jn for j by j max .

次いで、類似度を示す第1の指標について説明する。本実施形態では、第1処理部42は、診断データajn(n=0~nmax)と、第1モデルM1(n=0~nmax)と、の類似度を示す相関係数rを、第1の指標として計算する。当該相関係数rは、下記(式2)で定義される。

Figure 0007618971000002
(式2)において、
Figure 0007618971000003
と定義される。 Next, the first index indicating the similarity will be described. In this embodiment, the first processing unit 42 calculates a correlation coefficient r i indicating the similarity between the diagnostic data a jn (n=0 to n max ) and the first model M1 n (n=0 to n max ) as the first index. The correlation coefficient r i is defined by the following (Equation 2).
Figure 0007618971000002
In formula 2,
Figure 0007618971000003
It is defined as:

相関係数は、0以上1以下の値であり、1に近いほど、診断データと、第1モデルM1と、の類似度が高い。つまり、相関係数rが1に近いほど、当該診断データの基づく騒動データが出力された時点の電動機62は、正常に動作している可能性が高い。特に、相関係数が、0.6程度以上であれば、正常に動作していると考えることができる。また、相関係数が1のとき、診断データajn(n=0~nmax)と、第1モデルM1(n=0~nmax)と、は一致する。 The correlation coefficient is a value between 0 and 1, and the closer to 1 the correlation coefficient is, the higher the similarity between the diagnostic data and the first model M1. In other words, the closer the correlation coefficient r is to 1, the more likely it is that the motor 62 is operating normally at the time when the disturbance data on which the diagnostic data is based is output. In particular, if the correlation coefficient is about 0.6 or more, it can be considered that the motor is operating normally. Furthermore, when the correlation coefficient is 1, the diagnostic data a jn (n=0 to n max ) and the first model M1 n (n=0 to n max ) match.

第1処理部42は、以上の手順で、診断データ生成部41から順次出力される診断データについて、相関係数を計算する。図7は、相関係数の計算結果の一例を示す図である。図7は、サンプル番号が1~17の、順次出力された診断データの各々に対して計算された相関係数を示している。また、図中の破線は、相関係数が0.6の位置を示している。ここでのサンプル番号は、診断データainの添字iに対応する。 The first processing unit 42 calculates correlation coefficients for the diagnostic data sequentially output from the diagnostic data generating unit 41 according to the above procedure. Fig. 7 is a diagram showing an example of the calculation result of the correlation coefficient. Fig. 7 shows the correlation coefficients calculated for each of the diagnostic data sequentially output with sample numbers 1 to 17. The dashed line in the figure indicates the position where the correlation coefficient is 0.6. The sample number here corresponds to the subscript i of the diagnostic data a in .

以上、類似度を示す第1の指標として、本実施形態では相関係数を例示したが、これに限定されるものではない。他の例として、内積(余弦類似度)を用いてもよい。この場合、診断データajn(n=0~nmax)と、第1モデルM1(n=0~nmax)と、の内積nは、下記(式5)で定義される。

Figure 0007618971000004
In the above, the correlation coefficient has been exemplified as the first index indicating the similarity in this embodiment, but the present invention is not limited to this. As another example, the inner product (cosine similarity) may be used. In this case, the inner product n i of the diagnosis data a jn (n=0 to n max ) and the first model M1 n (n=0 to n max ) is defined by the following (Equation 5).
Figure 0007618971000004

第2処理部43は、第2モデルM2と、診断データと、に基づいて、電動機62の異常度を示す第2の指標を計算する。第2モデルM2は、正常データ及び異常データに基づいて構築されたモデルである。異常データは、電動機62が異常時の電動機62の振動の周波数スペクトルを示すデータである。 The second processing unit 43 calculates a second index indicating the degree of abnormality of the electric motor 62 based on the second model M2 and the diagnostic data. The second model M2 is a model constructed based on normal data and abnormal data. The abnormal data is data indicating the frequency spectrum of the vibration of the electric motor 62 when the electric motor 62 is abnormal.

本実施形態では、第2処理部43は、多変量統計的プロセス管理によって構築された第2モデルM2を用いて第2の指標を計算する。本実施形態では、第2の指標として、Q統計量を用いる。Q統計量が小さいほど電動機62の異常度は低く、Q統計量が大きいほど電動機62の異常度が高い。特に、Q統計量が1.0×10程度以下であれば、電動機62は正常と考えることができる。 In this embodiment, the second processing unit 43 calculates the second index using the second model M2 constructed by multivariate statistical process management. In this embodiment, the Q statistic is used as the second index. The smaller the Q statistic, the lower the degree of abnormality of the motor 62, and the larger the Q statistic, the higher the degree of abnormality of the motor 62. In particular, if the Q statistic is about 1.0×10 4 or less, the motor 62 can be considered normal.

第2処理部43は、診断データ生成部41から順次出力される診断データについて、Q統計量を計算する。図8は、Q統計量の計算結果の一例を示す図である。図8は、サンプル番号が1~17の、順次出力された診断データの各々に対して計算されたQ統計量を示している。また、図中の破線は、Q統計量が1.0×10の位置を示している。ここでのサンプル番号は、診断データainの添字iに対応する。 The second processing unit 43 calculates Q statistics for the diagnostic data sequentially output from the diagnostic data generating unit 41. Fig. 8 is a diagram showing an example of the calculation result of the Q statistics. Fig. 8 shows the Q statistics calculated for each of the sequentially output diagnostic data with sample numbers 1 to 17. The dashed line in the figure indicates the position where the Q statistics is 1.0 x 104. The sample number here corresponds to the subscript i of the diagnostic data a in .

尚、本実施形態では、多変量統計的プロセス管理により第2モデルM2を構築する態様を示したが、これに限られるものではない。他の例として、サポートベクターマシーン等の機械学習モデルを用いて第2モデルM2を構築してもよい。 In the present embodiment, the second model M2 is constructed using multivariate statistical process control, but this is not limiting. As another example, the second model M2 may be constructed using a machine learning model such as a support vector machine.

第3処理部44は、診断データの統計量と、第3モデルM3の統計量と、の類似度を示す第3の指標を計算する。第3モデルM3は、正常データに基づいて構築されたモデルである。第3モデルM3は、上述した第1モデルM1と同様に、複数の正常データについて平均値を求めることにより構築される。第3モデルM3は、第1モデルM1と同一のモデルであってもよい。あるいは、第3モデルM3は、第1モデルM1を構築する際に用いた正常データの組とは異なる正常データの組を用いて構築されてもよい。 The third processing unit 44 calculates a third index indicating the degree of similarity between the statistics of the diagnostic data and the statistics of the third model M3. The third model M3 is a model constructed based on normal data. As with the first model M1 described above, the third model M3 is constructed by calculating the average value of multiple normal data. The third model M3 may be the same model as the first model M1. Alternatively, the third model M3 may be constructed using a set of normal data different from the set of normal data used when constructing the first model M1.

ここでの統計量は、平均値と、最大値と、標準偏差と、の少なくとも一を含む。ここで、診断データの平均値、最大値及び標準偏差とは、診断データainの、添字nをサンプル番号として計算された夫々の値である。第3モデルM3の平均値、最大値及び標準偏差についても同様である。 The statistics here include at least one of the average value, the maximum value, and the standard deviation. Here, the average value, the maximum value, and the standard deviation of the diagnostic data are the respective values calculated for the diagnostic data a in using the subscript n as the sample number. The same applies to the average value, the maximum value, and the standard deviation of the third model M3.

本実施形態では、統計量として、平均値を用いる。診断データain(n=1~nmax)の平均値をAとし、第3モデルM3(n=1~nmax)の平均値をaとする。そして、Aとaの比(A/a)を第3の指標とする。第3の指標は、1に近いほど当該類似度が高く、1から離れるほど当該類似度が低い。 In this embodiment, the average value is used as the statistic. The average value of the diagnostic data a in (n=1 to n max ) is A, and the average value of the third model M3 n (n=1 to n max ) is a. The ratio of A to a (A/a) is the third index. The closer the third index is to 1, the higher the similarity, and the farther it is from 1, the lower the similarity.

特に、本実施形態のように統計量として平均値を用いる場合、第3の指標(A/a)が0.5より小さいか、2より大きいと、電動機62にベアリング異常が発生している可能性が高い。 In particular, when the average value is used as a statistical quantity as in this embodiment, if the third index (A/a) is smaller than 0.5 or larger than 2, there is a high possibility that a bearing abnormality has occurred in the electric motor 62.

診断部45は、第1~第3の指標に基づいて、電動機62が異常であるか否かを診断する。例えば、診断部45は、第1の指標と、第2の指標と、第3の指標と、の各々を正規化した値に、重みづけをして得られた結果に基づいて、電動機62が異常であるか否かを診断してもよい。 The diagnosis unit 45 diagnoses whether or not the electric motor 62 is abnormal based on the first to third indices. For example, the diagnosis unit 45 may diagnose whether or not the electric motor 62 is abnormal based on the results obtained by weighting the normalized values of each of the first index, the second index, and the third index.

具体的には、第1の指標(相関係数)、第2の指標(Q統計量)及び第3の指標(統計量の類似度)を、0~1の範囲に正規化した量を夫々、α、β及びγとする。 Specifically, the first index (correlation coefficient), the second index (Q statistic), and the third index (similarity of statistics) are normalized to the range of 0 to 1 and are designated as α, β, and γ, respectively.

この正規化の際、相関係数については、第1処理部42によって計算された相関係数rを、そのままαとすればよい。Q統計量については、異常度が低いほど(Q統計量が小さいほど)、βが1に近くなるよう調整し、異常度が高いほど(Q統計量が大きいほど)、βが0に近くなるよう調整する。統計量の類似度については、統計量の類似度が1に近いほど、γが1に近くなるよう調整し、統計量の類似度が1から離れるほど、γが0に近くなるよう調整する。 In this normalization, the correlation coefficient r i calculated by the first processing unit 42 may be used as α. The Q statistics is adjusted so that β is closer to 1 as the degree of abnormality is lower (the Q statistics is smaller), and β is adjusted so that β is closer to 0 as the degree of abnormality is higher (the Q statistics is larger). The similarity of the statistics is adjusted so that γ is closer to 1 as the similarity of the statistics is closer to 1, and γ is closer to 0 as the similarity of the statistics is farther from 1.

そして、α、β及びγに対する重みを、夫々、wα、wβ及びwγとし、重みづけされた量W(=wαα+wββ+wγγ)に基づいて、電動機62が異常であるか否かが診断される。 Then, the weights for α, β, and γ are , wβ, and , respectively, and based on the weighted amount W (= wαα + wββ + wγγ ), it is diagnosed whether or not the motor 62 is abnormal.

ここで、wα、wβ及びwγの総和が1となるようにこれらの重みを決定すれば、重みづけされた量Wは、0以上1以下となる。そこで、例えば0.5といった閾値を予め設定しておき、診断部45は、重みづけされた量Wが当該閾値よりも大きい場合に正常であると診断し、それ以外の場合に異常と診断するようにしてもよい。 Here, if the weights of , wβ, and are determined so that the sum of these is 1, the weighted amount W will be equal to or greater than 0 and equal to or less than 1. Therefore, a threshold value, for example, 0.5, may be set in advance, and the diagnosing unit 45 may diagnose the weighted amount W as normal when it is greater than the threshold value, and diagnose the weighted amount W as abnormal in other cases.

重みwα、wβ及びwγを決定する方法としては、例えば、第1~第3モデル(M1~M3)を構築する際に用いられた正常データの数に応じて決定することが考えられる。以下、詳細に説明する。 A method for determining the weights w α , w β, and w γ can be, for example, determined according to the number of normal data used in constructing the first to third models (M1 to M3). This will be described in detail below.

第1~第3モデル(M1~M3)を構築する際に、必要な正常データの数は、夫々のモデルによって異なる。ここで、必要な正常データの数とは、信頼性のある指標(第1~第3の指標)の計算結果を得るために必要な正常データの数である。ここで、信頼性のある指標の計算結果とは、一定水準以上の一意性を有して再現される指標の計算結果である。 When constructing the first to third models (M1 to M3), the amount of normal data required varies depending on each model. Here, the amount of normal data required is the amount of normal data required to obtain calculation results of reliable indices (first to third indices). Here, the calculation results of reliable indices are calculation results of indices that are reproduced with a certain level of uniqueness or higher.

例えば、一般に、第2モデルM2を構築する際に必要な正常データの数は、第1モデルM1や第3モデルM3を構築する際に必要な正常データの数よりも多い。 For example, the amount of normal data required to construct the second model M2 is generally greater than the amount of normal data required to construct the first model M1 or the third model M3.

また、一般に、第2モデルM2を構築する際に必要な数の正常データを用いて計算されたQ統計量の信頼性は、同数の正常データを用いて計算された相関係数の信頼性に比べて高い。 In addition, the reliability of the Q statistic calculated using the number of normal data required to construct the second model M2 is generally higher than the reliability of the correlation coefficient calculated using the same number of normal data.

従って、第2モデルM2を構築した際に用いられた正常データの数が、第2モデルM2を構築するために必要な数以上であった場合、Q統計量を正規化した値βに最も大きな重みづけをすることが好ましい。具体例としては、(wα、wβ、wγ)=(0.25、0.50、0.25)といった重みづけを用いてもよい。 Therefore, when the number of normal data used in constructing the second model M2 is equal to or greater than the number required for constructing the second model M2, it is preferable to weight the normalized value β of the Q statistic the most. As a specific example, weights such as ( , , )=(0.25, 0.50, 0.25) may be used.

一方、用いられる正常データの数が、第2モデルM2を構築するために必要な数には満たないが、第1モデルM1を構築するために必要な数以上である場合、計算されたQ統計量の信頼性は、計算された相関係数の信頼性よりも低い。 On the other hand, if the number of normal data used is less than the number required to construct the second model M2, but is equal to or greater than the number required to construct the first model M1, the reliability of the calculated Q statistic is lower than the reliability of the calculated correlation coefficient.

従って、このような場合、Q統計量を正規化した値βに最も小さな重みづけをすることか好ましい。具体例としては、(wα、wβ、wγ)=(0.40、0.20、0.40)といった重みづけを用いてもよい。 Therefore, in such a case, it is preferable to give the smallest weight to the normalized value β of the Q statistic. As a specific example, weights such as ( , , )=(0.40, 0.20, 0.40) may be used.

<異常診断処理>
以下、各機能ブロックが実行する処理の一例を、図9等を参照しながら説明する。図9は、異常診断装置3で実行される処理の一例を示すフローチャートである。
<Abnormality Diagnosis Processing>
An example of the process executed by each functional block will be described below with reference to Fig. 9 etc. Fig. 9 is a flow chart showing an example of the process executed by the abnormality diagnostic device 3.

先ず、取得部40は、振動センサ2が出力する振動データを取得する(S10)。次いで、診断データ生成部41は、振動データに基づいて診断データainを生成する(S11)。 First, the acquisition unit 40 acquires the vibration data output by the vibration sensor 2 (S10). Next, the diagnostic data generation unit 41 generates diagnostic data a_in based on the vibration data (S11).

次いで、第1処理部42は、診断データと、第1モデルM1と、の類似度を示す第1の指標を計算する(S12)。第1モデルM1は、複数の正常データに基づいて予め構築されている。また、本実施形態の類似度を示す第1の指標とは、相関係数である。 Next, the first processing unit 42 calculates a first index indicating the similarity between the diagnostic data and the first model M1 (S12). The first model M1 is constructed in advance based on multiple normal data. In addition, the first index indicating the similarity in this embodiment is a correlation coefficient.

次いで、第2処理部43は、第2モデルM2と、診断データと、に基づいて、電動機62の異常度を示す第2の指標を計算する(S13)。第2モデルM2は、複数の正常データ及び複数の異常データを多変量統計的プロセス管理に適用することによって予め構築されている。また、本実施形態の第2の指標とは、Q統計量である。 Next, the second processing unit 43 calculates a second index indicating the degree of abnormality of the motor 62 based on the second model M2 and the diagnostic data (S13). The second model M2 is constructed in advance by applying multiple normal data and multiple abnormal data to multivariate statistical process control. In addition, the second index in this embodiment is a Q statistic.

次いで、第3処理部44は、診断データの統計量と、第3モデルM3の統計量と、の類似度を示す第3の指標を計算する(S14)。第3モデルM3は、複数の正常データに基づいて予め構築されている。また、本実施形態の類似度を示す第3の指標とは、診断データの平均値Aと、第3モデルM3の平均値aとの比(A/a)である。 Then, the third processing unit 44 calculates a third index indicating the similarity between the statistics of the diagnostic data and the statistics of the third model M3 (S14). The third model M3 is constructed in advance based on a plurality of normal data. In addition, the third index indicating the similarity in this embodiment is the ratio (A/a) of the average value A of the diagnostic data to the average value a of the third model M3.

次いで、診断部45は、第1~第3の指標に基づいて、電動機62が異常であるか否かを診断し、診断結果を出力する(S15)。診断部45は、例えば、第1の指標と、第2の指標と、第3の指標と、の各々を正規化した値に、重みづけをして得られた結果に基づいて、電動機62が異常であるか否かを診断する。 Then, the diagnosis unit 45 diagnoses whether or not the electric motor 62 is abnormal based on the first to third indexes, and outputs the diagnosis result (S15). The diagnosis unit 45 diagnoses whether or not the electric motor 62 is abnormal based on the result obtained by weighting the normalized values of each of the first index, the second index, and the third index, for example.

尚、S12、S13及びS14が実行される順序は任意であって、上記の例に限られるものではない。また、S12、S13及びS14の夫々が並行して実行されてもよい。 The order in which S12, S13, and S14 are executed is arbitrary and is not limited to the above example. In addition, S12, S13, and S14 may be executed in parallel.

==第2実施形態==
図10は、異常診断装置3に実現される本実施形態の機能ブロックの一例を示す図である。異常診断装置3に実現される本実施形態の機能は、異常診断装置3に実現される第1実施形態の機能と比べると、第1処理部52、第2処理部53、第3処理部54及び診断部55について異なっている。取得部50及び診断データ生成部51については、第1実施形態の取得部40及び診断データ生成部41と同様であるため、説明は省略する。
Second Embodiment
10 is a diagram showing an example of functional blocks of this embodiment realized in the abnormality diagnosis device 3. The functions of this embodiment realized in the abnormality diagnosis device 3 are different from the functions of the first embodiment realized in the abnormality diagnosis device 3 in a first processing unit 52, a second processing unit 53, a third processing unit 54, and a diagnosis unit 55. The acquisition unit 50 and the diagnosis data generation unit 51 are similar to the acquisition unit 40 and the diagnosis data generation unit 41 of the first embodiment, and therefore a description thereof will be omitted.

第1処理部52は、第1の指標に基づいて、電動機62が異常であるか否かを示す第1診断結果を出力する。具体的には、第1処理部52は、第1の指標と、所定の第1閾値とを比較することにより、第1診断結果を出力する。本実施形態では、第1処理部52は、相関係数が第1閾値よりも大きい場合に62が正常であると診断し、それ以外の場合に電動機62が異常であると診断する。第1閾値としては、例えば、0.6を用いることができる。 The first processing unit 52 outputs a first diagnosis result indicating whether the electric motor 62 is abnormal or not based on the first index. Specifically, the first processing unit 52 outputs the first diagnosis result by comparing the first index with a predetermined first threshold. In this embodiment, the first processing unit 52 diagnoses that the electric motor 62 is normal when the correlation coefficient is greater than the first threshold, and diagnoses that the electric motor 62 is abnormal otherwise. For example, 0.6 can be used as the first threshold.

また、第1診断結果は、本実施形態では、正常の場合は1とし、以上の場合は0とする。これは、後述する第2診断結果及び第3診断結果についても同様とする。 In addition, in this embodiment, the first diagnostic result is set to 1 if it is normal, and 0 if it is above normal. This also applies to the second and third diagnostic results described below.

第2処理部53は、第2の指標に基づいて、電動機62が異常であるか否かを示す第2診断結果を出力する。具体的には、第2処理部53は、第2の指標と所定の第2閾値を比較することにより、第2診断結果を出力する。本実施形態では、第2処理部53は、Q統計量が所定の第2閾値よりも小さい場合に電動機62が正常であると診断し、それ以外の場合に電動機62が異常であると診断する。第2閾値としては、例えば、1.0×10を用いることができる。 The second processing unit 53 outputs a second diagnosis result indicating whether or not the motor 62 is abnormal based on the second index. Specifically, the second processing unit 53 outputs the second diagnosis result by comparing the second index with a predetermined second threshold. In this embodiment, the second processing unit 53 diagnoses the motor 62 as normal when the Q statistics is smaller than the predetermined second threshold, and diagnoses the motor 62 as abnormal in other cases. For example, 1.0× 104 can be used as the second threshold.

第3処理部54は、第3の指標に基づいて、電動機62が異常であるか否かを示す第3診断結果を出力する。具体的には、第3処理部54は、第3の指標と所定の第3閾値を比較することにより、第3診断結果を出力する。本実施形態では、第3処理部54は、第1実施形態で説明した診断データの平均値Aと、第3モデルM3の平均値aとの比(A/a)が、所定の範囲内である場合に電動機62が正常であると診断し、それ以外の場合に電動機62が異常であると診断する。所定の範囲としては、例えば、0.5以上2.0以下とすることができる。 The third processing unit 54 outputs a third diagnostic result indicating whether the motor 62 is abnormal based on the third index. Specifically, the third processing unit 54 outputs the third diagnostic result by comparing the third index with a predetermined third threshold. In this embodiment, the third processing unit 54 diagnoses the motor 62 as normal when the ratio (A/a) between the average value A of the diagnostic data described in the first embodiment and the average value a of the third model M3 is within a predetermined range, and diagnoses the motor 62 as abnormal otherwise. The predetermined range can be, for example, 0.5 to 2.0.

診断部55は、第1~第3診断結果に基づいて、電動機62が異常であるか否かを示す第4診断結果を出力する。診断部55は、第1診断結果と、第2診断結果と、第3診断結果と、を加算した値に基づいて、第4診断結果を出力してもよい。前述のように、第1~第3診断結果は0(異常)又は1(正常)である。従って、第1~第3診断結果を加算した値は、0以上3以下となる。診断部55は、この加算した値が、例えば2又は3であれば、正常と診断してもよい。 The diagnostic unit 55 outputs a fourth diagnostic result indicating whether or not the motor 62 is abnormal based on the first to third diagnostic results. The diagnostic unit 55 may output the fourth diagnostic result based on the sum of the first diagnostic result, the second diagnostic result, and the third diagnostic result. As described above, the first to third diagnostic results are 0 (abnormal) or 1 (normal). Therefore, the sum of the first to third diagnostic results is a value between 0 and 3. The diagnostic unit 55 may diagnose the motor 62 as normal if this sum is, for example, 2 or 3.

あるいは、診断部55は、第1診断結果と、第2診断結果と、第3診断結果と、の各々に、正常データの数に応じた重みづけをして得られた結果に基づいて、第4診断結果を出力してもよい。 Alternatively, the diagnostic unit 55 may output a fourth diagnostic result based on the results obtained by weighting each of the first diagnostic result, the second diagnostic result, and the third diagnostic result according to the number of normal data.

具体例として、第1、第2及び第3診断結果が夫々、0(異常)、1(正常)及び1(正常)であったとする。そして、第1、第2及び第3診断結果に対する重みを、夫々、wα、wβ及びwγとする。この場合、重みづけされた量Wは、W=0×wα+1×wβ+1×wγ=wβ+wγとなる。そして、この重みづけされた量Wに基づいて、電動機62が異常であるか否かが診断される。 As a specific example, assume that the first, second, and third diagnostic results are 0 (abnormal), 1 (normal), and 1 (normal), respectively. The weights for the first, second, and third diagnostic results are , , and , respectively. In this case, the weighted amount W is W=0× +1× +1× = + . Then, based on this weighted amount W, it is diagnosed whether or not the electric motor 62 is abnormal.

ここで、重みwα、wβ及びwγを決定する方法及び異常診断をする方法としては、第1実施形態で説明した方法を用いることができる。 Here, as a method for determining the weights w α , w β, and w γ and a method for performing an abnormality diagnosis, the method described in the first embodiment can be used.

<異常診断処理>
以下、各機能ブロックが実行する処理の一例を、図11等を参照しながら説明する。図11は、異常診断装置3で実行される処理の一例を示すフローチャートである。
<Abnormality Diagnosis Processing>
An example of the process executed by each functional block will be described below with reference to Fig. 11 etc. Fig. 11 is a flowchart showing an example of the process executed by the abnormality check device 3.

図11に示すフローチャートにおいて、S22、S24及びS26は夫々、第1実施形態で図9を用いて説明したS12、S13及びS14と同様であるため、詳細な説明は省略する。 In the flowchart shown in FIG. 11, steps S22, S24, and S26 are similar to steps S12, S13, and S14, respectively, described in the first embodiment using FIG. 9, and therefore will not be described in detail.

第1処理部52は、S22で第1の指標を計算した後、第1の指標に基づいて、電動機62が異常であるか否かを示す第1診断結果を出力する(S23)。 After calculating the first index in S22, the first processing unit 52 outputs a first diagnosis result indicating whether or not the electric motor 62 is abnormal based on the first index (S23).

次いで、第2処理部53は、S24で第2の指標を計算した後、第2の指標に基づいて、電動機62が異常であるか否かを示す第2診断結果を出力する(S25)。 Next, the second processing unit 53 calculates the second index in S24, and then outputs a second diagnosis result indicating whether or not the electric motor 62 is abnormal based on the second index (S25).

次いで、第3処理部54は、S26で第3の指標を計算した後、第3の指標に基づいて、電動機62が異常であるか否かを示す第3診断結果を出力する(S27)。 Next, the third processing unit 54 calculates the third index in S26, and then outputs a third diagnosis result indicating whether or not the electric motor 62 is abnormal based on the third index (S27).

次いで、診断部55は、第1~第3診断結果に基づいて、電動機62が異常であるか否かを示す第4診断結果を出力する(S28)。診断部55は、第1診断結果と、第2診断結果と、第3診断結果と、の各々に、正常データの数に応じた重みづけをして得られた結果に基づいて、第4診断結果を出力してもよい。 Next, the diagnostic unit 55 outputs a fourth diagnostic result indicating whether or not the electric motor 62 is abnormal based on the first to third diagnostic results (S28). The diagnostic unit 55 may output the fourth diagnostic result based on the results obtained by weighting each of the first diagnostic result, the second diagnostic result, and the third diagnostic result according to the number of normal data.

尚、S23、S25及びS27はそれぞれ、S22、S24及びS26の後に実行されればよく、S22~S26の順番はこの例の順番に限られない。 Note that S23, S25, and S27 may be executed after S22, S24, and S26, respectively, and the order of S22 to S26 is not limited to that in this example.

===まとめ===
以上、第1実施形態及び第2実施形態の異常診断装置3は、対象装置の振動の周波数スペクトルを示す診断データと、対象装置が正常時の対象装置の振動の周波数スペクトルを示す正常データに基づいて構築された第1モデルと、の類似度を示す第1の指標を計算する第1処理部42と、正常データ及び対象装置が異常時の対象装置の振動の周波数スペクトルを示す異常データに基づいて構築された第2モデルと、診断データと、に基づいて、対象装置の異常度を示す第2の指標を計算する第2処理部43と、第1の指標と、第2の指標とに基づいて、対象装置が異常であるか否かを診断する診断部45と、を備える。
====Summary====
As described above, the abnormality diagnosis device 3 of the first and second embodiments includes a first processing unit 42 that calculates a first index indicating the similarity between diagnostic data indicating the frequency spectrum of vibrations of the target device and a first model constructed based on normal data indicating the frequency spectrum of vibrations of the target device when the target device is normal, a second processing unit 43 that calculates a second index indicating the degree of abnormality of the target device based on the normal data and abnormal data indicating the frequency spectrum of vibrations of the target device when the target device is abnormal, and the diagnostic data, and a diagnosis unit 45 that diagnoses whether the target device is abnormal based on the first index and the second index.

これによって、正常データのサンプル数に依らずに発生する誤診断を抑制し、且つ正常データのサンプル数の不足に伴う判別性能の劣化を抑制することができる。 This makes it possible to suppress misdiagnosis that occurs regardless of the number of normal data samples, and to suppress deterioration of discrimination performance due to an insufficient number of normal data samples.

また、上記異常診断装置3において、第1処理部42は、診断データと、第1モデルとの類似度を示す相関係数を、第1の指標として計算する。相関係数を考慮することによって、用いる正常データの数が十分でない場合にも、信頼性のある診断結果を得ることができる。 In addition, in the above-mentioned abnormality diagnosis device 3, the first processing unit 42 calculates a correlation coefficient indicating the similarity between the diagnosis data and the first model as a first index. By taking the correlation coefficient into consideration, it is possible to obtain reliable diagnosis results even when the number of normal data used is insufficient.

また、上記異常診断装置3において、第2処理部43は、多変量統計的プロセス管理によって構築された第2モデルを用いて第2の指標を計算する。多変量統計的プロセス管理を用いることによって、用いる正常データの数が多いほど、診断結果の信頼性が向上する。 In addition, in the above-mentioned anomaly diagnosis device 3, the second processing unit 43 calculates the second index using a second model constructed by multivariate statistical process management. By using multivariate statistical process management, the reliability of the diagnosis result improves as the number of normal data used increases.

また、上記異常診断装置3において、診断データの統計量と、正常データに基づいて構築された第3モデルの統計量と、の類似度を示す第3の指標を計算する第3処理部44を更に備え、診断部45は、第1~第3の指標に基づいて、対象装置が異常であるか否かを診断する。これによって、直感的でわかりやすい診断方式を取り入れることができる。 The abnormality diagnosis device 3 further includes a third processing unit 44 that calculates a third index indicating the degree of similarity between the statistics of the diagnosis data and the statistics of a third model constructed based on normal data, and a diagnosis unit 45 diagnoses whether the target device is abnormal or not based on the first to third indices. This allows for the adoption of an intuitive and easy-to-understand diagnosis method.

また、上記異常診断装置において、統計量は、平均値と、最大値と、標準偏差と、の少なくとも一を含む。これによって、更に直感的でわかりやすい診断方式を取り入れることができる。 In addition, in the above-mentioned anomaly diagnosis device, the statistics include at least one of the average value, maximum value, and standard deviation. This allows for the adoption of a more intuitive and easy-to-understand diagnosis method.

また、第1実施形態の異常診断装置3において、診断部45は、第1の指標と、第2の指標と、第3の指標と、の各々を正規化した値に、正常データの数に応じた重みづけをして得られた結果に基づいて、対象装置が異常であるか否かを診断する。これによって、いずれかのモデルを構築する際、必要な正常データの数が不足しているために信頼性のある指標の寄与を小さくすることで、全体として信頼性を有する診断結果を得ることができる。 In addition, in the abnormality diagnosis device 3 of the first embodiment, the diagnosis unit 45 diagnoses whether or not the target device is abnormal based on the results obtained by weighting the normalized values of each of the first index, the second index, and the third index according to the number of normal data. As a result, when constructing any of the models, it is possible to obtain a reliable diagnosis result overall by reducing the contribution of reliable indexes due to a lack of the required number of normal data.

また、第2実施形態の異常診断装置3において、第1処理部42は、第1の指標に基づいて対象装置が異常であるか否かを示す第1診断結果を出力し、第2処理部43は、第2の指標に基づいて対象装置が異常であるか否かを示す第2診断結果を出力し、第3処理部44は、第3の指標に基づいて対象装置が異常であるか否かを示す第3診断結果を出力し、診断部45は、第1~第3診断結果に基づいて、対象装置が異常であるか否かを示す第4診断結果を出力する。夫々の診断方式による診断結果を確認することができるため、第4診断結果が異常である場合、異常と診断された原因を特定しやすくなる。 In addition, in the abnormality diagnosis device 3 of the second embodiment, the first processing unit 42 outputs a first diagnostic result indicating whether or not the target device is abnormal based on the first index, the second processing unit 43 outputs a second diagnostic result indicating whether or not the target device is abnormal based on the second index, the third processing unit 44 outputs a third diagnostic result indicating whether or not the target device is abnormal based on the third index, and the diagnosis unit 45 outputs a fourth diagnostic result indicating whether or not the target device is abnormal based on the first to third diagnostic results. Since the diagnosis results by each diagnosis method can be confirmed, if the fourth diagnostic result is abnormal, it becomes easier to identify the cause of the diagnosis of abnormality.

また、第2実施形態の異常診断装置において、診断部45は、第1診断結果と、第2診断結果と、第3診断結果と、の各々に、正常データの数に応じた重みづけをして得られた結果に基づいて、第4診断結果を出力する。これによって、いずれかのモデルを構築する際、必要な正常データの数が不足しているために信頼性のある指標の寄与を小さくすることで、全体として信頼性を有する診断結果を得ることができる。 In addition, in the abnormality diagnosis device of the second embodiment, the diagnosis unit 45 outputs a fourth diagnosis result based on the results obtained by weighting each of the first diagnosis result, the second diagnosis result, and the third diagnosis result according to the number of normal data. As a result, when constructing any model, it is possible to obtain a reliable diagnosis result overall by reducing the contribution of reliable indicators due to a lack of the required number of normal data.

また、上記異常診断装置3において、対象装置は、所定のスイッチング周波数で動作するスイッチング回路を有し、診断データは、対象装置の振動の周波数スペクトルを示すデータのうち、所定のスイッチング周波数に応じた周波数帯の周波数スペクトルが抑制されたデータである。これによって、振動データの中にスイッチングノイズが含まれても、スイッチングノイズに起因する誤診断を抑制することができる。 In addition, in the above-mentioned abnormality diagnosis device 3, the target device has a switching circuit that operates at a predetermined switching frequency, and the diagnosis data is data that indicates the frequency spectrum of the vibration of the target device, in which the frequency spectrum of the frequency band corresponding to the predetermined switching frequency is suppressed. As a result, even if switching noise is included in the vibration data, it is possible to suppress erroneous diagnosis caused by switching noise.

また、対象装置の振動の周波数スペクトルを示す診断データと、対象装置が正常時の対象装置の振動の周波数スペクトルを示す正常データに基づいて構築されたモデルと、の類似度を示す指標を計算する処理部と、当該指標に基づいて、対象装置が異常であるか否かを診断する診断部と、を備える。これによって、正常データのサンプル数の不足に伴う判別性能の劣化を抑制することができる。 The system also includes a processing unit that calculates an index indicating the degree of similarity between diagnostic data indicating the frequency spectrum of the vibration of the target device and a model constructed based on normal data indicating the frequency spectrum of the vibration of the target device when the target device is normal, and a diagnostic unit that diagnoses whether the target device is abnormal or not based on the index. This makes it possible to suppress deterioration of discrimination performance due to an insufficient number of normal data samples.

また、対象装置が正常時の対象装置の振動の周波数スペクトルを示す正常データ及び対象装置が異常時の対象装置の振動の周波数スペクトルを示す異常データに基づいて構築されたモデルと、対象装置の振動の周波数スペクトルを示す診断データと、に基づいて、対象装置の異常度を示す指標を計算する処理部と、当該指標に基づいて、対象装置が異常であるか否かを診断する診断部と、を備える。これによって、異常診断の際に周波数スペクトルの形状を考慮することができるため、正常データのサンプル数に依らずに発生する誤診断を抑制することができる。 The system also includes a processing unit that calculates an index indicating the degree of abnormality of the target device based on a model constructed based on normal data indicating the frequency spectrum of the vibration of the target device when the target device is normal and abnormal data indicating the frequency spectrum of the vibration of the target device when the target device is abnormal, and diagnostic data indicating the frequency spectrum of the vibration of the target device, and a diagnostic unit that diagnoses whether the target device is abnormal based on the index. This allows the shape of the frequency spectrum to be taken into consideration when diagnosing an abnormality, thereby suppressing erroneous diagnosis that occurs regardless of the number of samples of normal data.

また、第1実施形態及び第2実施形態の異常診断システム1は、対象装置に設けられた振動センサ2が出力する振動データを取得する取得部40と、振動データに基づいて診断データを生成する診断データ生成部41と、を更に備えた第1実施形態の異常診断装置3又は第2実施形態の異常診断装置3と、対象装置に設けられる振動センサ2と、を備える。これによって、正常データのサンプル数に依らずに発生する誤診断を抑制し、且つ正常データのサンプル数の不足に伴う判別性能の劣化を抑制することができる。 The abnormality diagnosis system 1 of the first and second embodiments further includes an abnormality diagnosis device 3 of the first embodiment or an abnormality diagnosis device 3 of the second embodiment, which further includes an acquisition unit 40 that acquires vibration data output by a vibration sensor 2 provided in the target device, and a diagnostic data generation unit 41 that generates diagnostic data based on the vibration data, and a vibration sensor 2 provided in the target device. This makes it possible to suppress erroneous diagnosis that occurs regardless of the number of normal data samples, and to suppress deterioration of discrimination performance due to an insufficient number of normal data samples.

上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。また、本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更や改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれるのはいうまでもない。 The above embodiments are intended to facilitate understanding of the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention. Furthermore, the present invention may be modified or improved without departing from the spirit of the present invention, and it goes without saying that the present invention includes equivalents.

1:異常診断システム
2:振動センサ
3:異常診断装置
30:CPU
31:メモリ
32:記憶装置
33:入力装置
34:表示装置
35:通信装置
40:取得部
41:診断データ生成部
42:第1処理部
43:第2処理部
44:第3処理部
45:診断部
50:取得部
51:診断データ生成部
52:第1処理部
53:第2処理部
54:第3処理部
55:診断部
6:駆動装置
60:電源設備
61:インバータ
62:電動機
1: Abnormality diagnosis system 2: Vibration sensor 3: Abnormality diagnosis device 30: CPU
31: Memory 32: Storage device 33: Input device 34: Display device 35: Communication device 40: Acquisition unit 41: Diagnostic data generation unit 42: First processing unit 43: Second processing unit 44: Third processing unit 45: Diagnosis unit 50: Acquisition unit 51: Diagnostic data generation unit 52: First processing unit 53: Second processing unit 54: Third processing unit 55: Diagnosis unit 6: Drive unit 60: Power supply equipment 61: Inverter 62: Electric motor

Claims (8)

対象装置の振動の周波数スペクトルを示す診断データと、前記対象装置が正常時の前記
対象装置の振動の周波数スペクトルを示す正常データに基づいて構築された第1モデルと、の類似度を示す第1の指標を計算する第1処理部と、
前記正常データ及び前記対象装置が異常時の前記対象装置の振動の周波数スペクトルを示す異常データに基づいて構築された第2モデルと、前記診断データと、に基づいて、前記対象装置の異常度を示す第2の指標を計算する第2処理部と、
前記診断データの統計量と、前記正常データに基づいて構築された第3モデルの統計量と、の類似度を示す第3の指標を計算する第3処理部と、
前記第1の指標と、前記第2の指標と、前記第3の指標と、の各々を正規化した値に、前記正常データの数に応じた重みづけをして得られた結果に基づいて、前記対象装置が異常であるか否かを診断する診断部と、
を備えた異常診断装置。
a first processing unit that calculates a first index indicating a similarity between diagnostic data indicating a frequency spectrum of a vibration of a target device and a first model constructed based on normal data indicating a frequency spectrum of a vibration of the target device when the target device is normal;
a second processing unit that calculates a second index indicating an abnormality degree of the target device based on the normal data and abnormality data indicating a frequency spectrum of vibration of the target device when the target device is abnormal, and the diagnosis data;
a third processing unit that calculates a third index indicating a similarity between statistics of the diagnostic data and statistics of a third model constructed based on the normal data;
a diagnosis unit that diagnoses whether or not the target device is abnormal based on a result obtained by weighting the normalized values of each of the first index, the second index, and the third index in accordance with the number of normal data;
An abnormality diagnosis device comprising:
前記第1処理部は、
前記診断データと、前記第1モデルとの類似度を示す相関係数を、前記第1の指標として計算する
請求項1に記載の異常診断装置。
The first processing unit is
The abnormality diagnosis device according to claim 1 , wherein a correlation coefficient indicating a similarity between the diagnosis data and the first model is calculated as the first index.
前記第2処理部は、
多変量統計的プロセス管理によって構築された前記第2モデルを用いて前記第2の指標を計算する
請求項1または請求項2に記載の異常診断装置。
The second processing unit is
3. The abnormality diagnosis device according to claim 1, wherein the second index is calculated using the second model constructed by multivariate statistical process control.
前記統計量は、平均値と、最大値と、標準偏差と、の少なくとも一を含むことを特徴とする請求項1に記載の異常診断装置。 2. The abnormality diagnosis device according to claim 1, wherein the statistics include at least one of an average value, a maximum value, and a standard deviation . 前記第1処理部は、前記第1の指標に基づいて前記対象装置が異常であるか否かを示す第1診断結果を出力し、
前記第2処理部は、前記第2の指標に基づいて前記対象装置が異常であるか否かを示す第2診断結果を出力し、
前記第3処理部は、前記第3の指標に基づいて前記対象装置が異常であるか否かを示す第3診断結果を出力し、
前記診断部は、前記第1~第3診断結果に基づいて、前記対象装置が異常であるか否かを示す第4診断結果を出力する
請求項に記載の異常診断装置。
The first processing unit outputs a first diagnosis result indicating whether or not the target device is abnormal based on the first indicator;
The second processing unit outputs a second diagnosis result indicating whether or not the target device is abnormal based on the second indicator; and
The third processing unit outputs a third diagnosis result indicating whether or not the target device is abnormal based on the third indicator; and
2. The abnormality diagnosis device according to claim 1 , wherein the diagnosis unit outputs a fourth diagnosis result indicating whether or not the target device is abnormal, based on the first to third diagnosis results .
前記診断部は、前記第1診断結果と、前記第2診断結果と、前記第3診断結果と、の各々に、前記正常データの数に応じた重みづけをして得られた結果に基づいて、前記第4診断結果を出力する請求項5に記載の異常診断装置。 6. The abnormality diagnosis device according to claim 5, wherein the diagnosis unit outputs the fourth diagnostic result based on a result obtained by weighting each of the first diagnostic result, the second diagnostic result, and the third diagnostic result in accordance with the number of normal data . 前記対象装置は、所定のスイッチング周波数で動作するスイッチング回路を有し、
前記診断データは、前記対象装置の振動の周波数スペクトルを示すデータのうち、前記所定のスイッチング周波数に応じた周波数帯の周波数スペクトルが抑制されたデータである
請求項1~6のいずれか一項に記載の異常診断装置。
the target device has a switching circuit that operates at a predetermined switching frequency;
The diagnostic data is data in which a frequency spectrum of a frequency band corresponding to the predetermined switching frequency is suppressed among data indicating a frequency spectrum of vibration of the target device.
The abnormality diagnosis device according to any one of claims 1 to 6 .
前記対象装置に設けられた振動センサが出力する振動データを取得する取得部と、
前記振動データに基づいて前記診断データを生成する診断データ生成部と、を更に備えた請求項1~7のいずれか一項に記載の異常診断装置と、
前記対象装置に設けられる前記振動センサと、を備えた異常診断システム
an acquisition unit that acquires vibration data output by a vibration sensor provided in the target device;
The abnormality diagnosis device according to any one of claims 1 to 7, further comprising: a diagnostic data generation unit that generates the diagnostic data based on the vibration data;
The vibration sensor is provided in the target device .
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