(57)【要約】【課題】損傷状態を模擬した対象物を用意することなく、異常診断を行うことのできる異常診断システム、及びその方法並びにプログラムを提供することを目的とする。【解決手段】複数のアクチュエータＡによって駆動される構造体１の異常診断装置であって、構造体１に予め設定した複数の評価位置に対応し、各アクチュエータＡを駆動した場合における複数の物理量の正常な相関に係る情報である基準情報に基づいて、各アクチュエータＡの動作状態に対応した各評価位置における物理量の基準状態を推定する推定部と、基準状態と各評価位置における物理量の計測値とに基づいて構造体１における異常発生箇所を特定する特定部とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアクチュエータによって駆動される対象物の異常診断システムであって、
前記対象物に予め設定した複数の評価位置に対応し、各前記アクチュエータを駆動した場合における複数の物理量の正常な相関に係る情報である基準情報に基づいて、各前記アクチュエータの動作状態に対応した各前記評価位置における前記物理量の基準状態を推定する推定部と、
前記基準状態と、各前記評価位置における前記物理量の計測値とに基づいて前記対象物における異常発生箇所を特定する特定部と、
を備える異常診断システム。
【請求項２】
複数の前記物理量は、前記評価位置における荷重状態、変位状態、及びひずみ状態の少なくともいずれか２つである請求項１に記載の異常診断システム。
【請求項３】
前記対象物における前記物理量の正常値の集合体である基準集団と、前記物理量の計測値とに基づいて、前記対象物における異常の有無を判定する判定部を備え、
前記特定部は、前記判定部において異常が有と判定された場合に、異常発生箇所を特定する請求項１または２に記載の異常診断システム。
【請求項４】
前記判定部は、前記基準集団に対する前記物理量の計測値の類似性に基づいて、前記物理量の計測値が異常か否かを判定する請求項３に記載の異常診断システム。
【請求項５】
前記基準情報は、正常状態である前記対象物を各前記アクチュエータを用いて異常が発生しない範囲で駆動した場合における各前記評価位置に対応した各前記物理量の相関に係る情報である請求項１から４のいずれか１項に記載の異常診断システム。
【請求項６】
前記特定部は、各前記評価位置において前記基準状態と前記物理量の計測値との差分を算出し、前記対象物において、前記差分が予め設定した閾値以上となる前記評価位置と、前記差分が前記閾値未満となる前記評価位置との間の位置を異常発生箇所として特定する請求項１から５のいずれか１項に記載の異常診断システム。
【請求項７】
前記基準情報は、各前記アクチュエータを駆動した場合において変形が生ずる前記対象物の前記評価位置における各前記物理量の相関に係る情報として設定される請求項１から６のいずれか１項に記載の異常診断システム。
【請求項８】
複数のアクチュエータによって駆動される対象物の異常診断方法であって、
前記対象物に予め設定した複数の評価位置に対応し、各前記アクチュエータを駆動した場合における複数の物理量の正常な相関に係る情報である基準情報に基づいて、各前記アクチュエータの動作状態に対応した各前記評価位置における前記物理量の基準状態を推定する推定工程と、
前記基準状態と、各前記評価位置における前記物理量の計測値とに基づいて前記対象物における異常発生箇所を特定する特定工程と、
を有する異常診断方法。
【請求項９】
複数のアクチュエータによって駆動される対象物の異常診断プログラムであって、
前記対象物に予め設定した複数の評価位置に対応し、各前記アクチュエータを駆動した場合における複数の物理量の正常な相関に係る情報である基準情報に基づいて、各前記アクチュエータの動作状態に対応した各前記評価位置における前記物理量の基準状態を推定する推定処理と、
前記基準状態と、各前記評価位置における前記物理量の計測値とに基づいて前記対象物における異常発生箇所を特定する特定処理と、
をコンピュータに実行させるための異常診断プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異常診断システム、及びその方法並びにプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アミューズメント施設における遊具等の構造体ではアクチュエータによって支持及び駆動されており、アクチュエータの駆動によって構造体に様々な状態の負荷がかかる。このような構造体においては、より正確に異常の有無を判定することが望まれている。
【０００３】
特許文献１では、不良品のテスト結果と、シミュレーションの結果とを比較することにより、故障箇所を特定することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５２７０４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、不良状態である対象物のテスト結果を取得する必要があるために、不良状態（異常が発生している状態）となっている対象物を用意する必要がある。しかしながら、不良状態（損傷状態等）とすることができないような対象物の場合には、不良状態におけるテスト結果を取得することは困難である。また、不良状態の対象物を用意できたとしても、不良状態でのテスト結果を得るために膨大な時間を要する可能性がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、損傷状態を模擬した対象物を用意することなく、異常診断を行うことのできる異常診断システム、及びその方法並びにプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１態様は、複数のアクチュエータによって駆動される対象物の異常診断システムであって、前記対象物に予め設定した複数の評価位置に対応し、各前記アクチュエータを駆動した場合における複数の物理量の正常な相関に係る情報である基準情報に基づいて、各前記アクチュエータの動作状態に対応した各前記評価位置における前記物理量の基準状態を推定する推定部と、前記基準状態と、各前記評価位置における前記物理量の計測値とに基づいて前記対象物における異常発生箇所を特定する特定部と、を備える異常診断システムである。
【０００８】
上記のような構成によれば、基準情報として、各アクチュエータを駆動した場合における対象物の各評価位置に対応した複数の物理量の正常な相関に係る情報を用いることで、各評価位置における正常な各物理量間の相関状態を把握することができる。基準情報を用いることで、各アクチュエータの動作状態に応じた各評価位置の正常な物理量を基準状態として推定することが可能となる。すなわち、基準情報に基づくことで、故障等の異常が発生していない正常な対象物の各評価位置における物理量（基準状態）を推定することが可能となる。そして、各評価位置における物理量の基準状態と計測値とに基づいて、対象物における異常発生箇所を特定することが可能となる。
【０００９】
また、基準情報は、正常な状態における対象物に対応した各物理量の相関に係る情報のため、対象物に損傷等の異常を発生させることなく取得することができる。このため、損傷状態を模擬した対象物を用意することなく、異常診断を行うことができる。
【００１０】
上記異常診断システムにおいて、複数の前記物理量は、前記評価位置における荷重状態、変位状態、及びひずみ状態の少なくともいずれか２つであることとしてもよい。
【００１１】
上記のような構成によれば、複数の物理量の正常な相関に係る情報を基準情報として用いることとしているため、例えば、１つの物理量（例えば荷重状態）で異常診断する場合と比較して、異常診断の精度を向上させることが可能となる。例えば、複数の物理量として荷重状態と変形状態を用いることで、荷重状態及び変形状態の両方を考慮して異常診断を行うことが可能となる。
【００１２】
上記異常診断システムにおいて、前記対象物における前記物理量の正常値の集合体である基準集団と、前記物理量の計測値とに基づいて、前記対象物における異常の有無を判定する判定部を備え、前記特定部は、前記判定部において異常が有と判定された場合に、異常発生箇所を特定することとしてもよい。
【００１３】
上記のような構成によれば、対象物における物理量の正常値の集合体である基準集団を用いることで、物理量の計測値から対象物における異常の有無を判定することが可能となる。そして、対象物に異常が有と判定された場合に異常発生箇所を特定することとすることで、必要な場合に異常発生箇所を特定する処理を実行することが可能となる。すなわち、異常診断に係る処置負担を軽減し、効率的に異常診断を実行することが可能となる。
【００１４】
上記異常診断システムにおいて、前記判定部は、前記基準集団に対する前記物理量の計測値の類似性に基づいて、前記物理量の計測値が異常か否かを判定することとしてもよい。
【００１５】
上記のような構成によれば、基準集団に対する物理量の計測値の類似性に基づくことで、基準集団に対して計測値が異常か否かを判定することが可能となる。類似性とは、例えばＭＴ法（マハラノビス・タグチ法）におけるマハラノビス距離である。
【００１６】
上記異常診断システムにおいて、前記基準情報は、正常状態である前記対象物を各前記アクチュエータを用いて異常が発生しない範囲で駆動した場合における各前記評価位置に対応した各前記物理量の相関に係る情報であることとしてもよい。
【００１７】
上記のような構成によれば、基準情報は、各アクチュエータを用いて異常が発生しない範囲で駆動された場合の各評価位置に対応した物理量の相関に係る情報となるため、損傷状態を模擬した対象物を用意することなく、基準情報に基づいて異常診断を行うことができる。損傷状態を模擬した対象物が不要となるため、事前試験に要する時間の短縮化を期待することができる。
【００１８】
上記異常診断システムにおいて、前記特定部は、各前記評価位置において前記基準状態と前記物理量の計測値との差分を算出し、前記対象物において、前記差分が予め設定した閾値以上となる前記評価位置と、前記差分が前記閾値未満となる前記評価位置との間の位置を異常発生箇所として特定することとしてもよい。
【００１９】
上記のような構成によれば、各評価位置において基準状態と物理量の計測値との差分に基づくことで、差分が閾値以上となる評価位置と差分が閾値未満となる評価位置とを容易に特定することができる。このため、差分が閾値以上となる評価位置と差分が閾値未満となる評価位置との間の位置において異常が発生していると推定することが可能となる。
【００２０】
上記異常診断システムにおいて、前記基準情報は、各前記アクチュエータを駆動した場合において変形が生ずる前記対象物の前記評価位置における各前記物理量の相関に係る情報として設定されることとしてもよい。
【００２１】
上記のような構成によれば、基準情報は、各アクチュエータを駆動した場合において変形が生ずる対象物の評価位置における物理量の相関に係る情報が含まれるように構成されるため、各アクチュエータを駆動により変形が生じない対象物の評価位置を省略することができる。このため、基準情報のデータ量を抑制することができ、処理負担を軽減することが可能となる。
【００２２】
本発明の第２態様は、複数のアクチュエータによって駆動される対象物の異常診断方法であって、前記対象物に予め設定した複数の評価位置に対応し、各前記アクチュエータを駆動した場合における複数の物理量の正常な相関に係る情報である基準情報に基づいて、各前記アクチュエータの動作状態に対応した各前記評価位置における前記物理量の基準状態を推定する推定工程と、前記基準状態と、各前記評価位置における前記物理量の計測値とに基づいて前記対象物における異常発生箇所を特定する特定工程と、を有する異常診断方法である。
【００２３】
本発明の第３態様は、複数のアクチュエータによって駆動される対象物の異常診断プログラムであって、前記対象物に予め設定した複数の評価位置に対応し、各前記アクチュエータを駆動した場合における複数の物理量の正常な相関に係る情報である基準情報に基づいて、各前記アクチュエータの動作状態に対応した各前記評価位置における前記物理量の基準状態を推定する推定処理と、前記基準状態と、各前記評価位置における前記物理量の計測値とに基づいて前記対象物における異常発生箇所を特定する特定処理と、をコンピュータに実行させるための異常診断プログラムである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、損傷状態を模擬した対象物を用意することなく、異常診断を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る構造体の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る構造体を簡略化した図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る異常診断装置が備える機能を示した機能ブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る異常診断装置による異常発生判定の一例を示した図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る異常診断装置の基準情報を取得するための試験の例を示した図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る異常診断装置の基準情報を取得するための試験の例を示した図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る異常診断装置の基準情報を取得するための試験の例を示した図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る異常診断装置における異常発生箇所の特定例を示した図である。
【図９】本発明の第１実施形態に係る異常診断装置における異常発生箇所の特定例を示した図である。
【図１０】本発明の第１実施形態に係る異常診断装置による異常診断処理のフローチャートを示した図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る構造体の例を示した図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る構造体の例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
〔第１実施形態〕
以下に、本発明に係る異常診断システム、及びその方法並びにプログラムの第１実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る構造体１の概略構成を示す図である。なお、本実施形態において、異常診断の対象となる対象物を図１に示す構造体１として説明するが、複数のアクチュエータによって駆動される対象物であれば上記に限定されない。構造体１は、後述する異常診断装置１０によって異常診断が行われる。異常とは、構造体１において故障や損傷などが生じている状態である。
【００２７】
図１に示す構造体１は、異常診断の対象となる対象物の一例であり、アミューズメント施設に設置される遊具（乗り物）である。構造体１は複数のアクチュエータＡによって支持されており、各アクチュエータＡが動作することによって駆動されている。具体的には、アクチュエータＡの動作状態によって構造体１の傾斜等が制御される。なお、以下の説明において、各アクチュエータＡを区別して説明する場合には、アクチュエータＡ１、アクチュエータＡ２、アクチュエータＡ３と符号を付し、特に区別しない場合には、単にアクチュエータＡと符号を付す。また、以下の説明において、各評価位置Ｅを区別して説明する場合には、各評価位置Ｅ１、各評価位置Ｅ２、各評価位置Ｅ３と符号を付し、特に区別しない場合には、単に各評価位置Ｅと符号を付す。
【００２８】
図２は、図１に示す構造体１に係る構成を簡略化した図である。各アクチュエータＡは、各接続位置Ｓにおいて構造体１と接続されている。すなわち、アクチュエータＡは、構造体１の接続位置Ｓに対して負荷（荷重や変位）を与える。本実施形態では、アクチュエータＡには荷重状態の計測器及び変位状態の計測器が設けられており、各アクチュエータＡの動作状態に応じた荷重状態及び変位状態が検出される。例えば、構造体１に対して負荷として荷重を与える場合には、与えている荷重状態が計測器により検出され、負荷を与えることによって変化した変位状態が計測器によって検出される。なお、構造体１に対して負荷として変位を与える場合には、与えている変位状態が計測器により検出され、負荷を与えることによって変化した荷重状態が計測器によって検出される。
【００２９】
アクチュエータＡによって構造体１の各接続位置Ｓに負荷が与えられるため、各接続位置Ｓに対応して構造体１に評価位置Ｅが設定される。評価位置Ｅとは、各アクチュエータＡの動作状態に応じて変化する物理量を評価するための位置である。評価位置Ｅにおける物理量を評価することで、後述する異常診断が行われる。物理量とは、具体的には荷重状態や変位状態である。すなわち、構造体１においてアクチュエータＡとの接続位置Ｓに対して評価位置Ｅを設定することによって、アクチュエータＡにおける各計測器より、評価位置Ｅにおける物理量である荷重状態や変位状態を得ることが可能となる。
【００３０】
なお、物理量としては、アクチュエータＡの動作状態によって変化し、異常の診断を行うことが可能な物性的性質を示す量であれば、荷重状態や変位状態に限定されず用いることができる。例えば、物理量としてひずみ状態を用いることとしてもよい。ひずみ状態を計測するためには、評価位置Ｅにひずみ状態の計測器（ひずみゲージ）３を設けておけばよい。すなわち、物理量は、評価位置Ｅにおける荷重状態、変位状態、及びひずみ状態の少なくともいずれか２つが用いられれば良い。複数種類の物理量を用いることによって、より正確に異常診断を行うことが可能となる。このため、特定の物理量だけでは異常と判定できない状態であっても、他の種類の物理量の状態によって異常を検知できる可能性があるため、異常診断の精度を向上させることが可能となる。
【００３１】
本実施形態では、物理量として、荷重状態及び変位状態を用いる場合につて説明する。すなわち、各評価位置Ｅにおける荷重状態及び変位状態に基づいて、異常診断を行う。
【００３２】
異常診断装置（異常診断システム）１０は、構造体１の異常診断を行う。
【００３３】
異常診断装置１０は、例えば、図示しないＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリ、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体等から構成されている。後述の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式で記録媒体等に記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線または無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。
【００３４】
図３は、異常診断装置１０が備える機能を示した機能ブロック図である。図３に示されるように、異常診断装置１０は、異常発生判定部（１次システム）１１と、異常箇所特定部（２次システム）１２とを備えている。なお、本実施形態では、異常発生判定部１１及び異常箇所特定部１２の両方を異常診断装置１０が備えることとしているが、いずれか１方を備えることとしてもよい。
【００３５】
異常発生判定部（判定部）１１は、構造体１において異常が発生している可能性があるか否かを判定する。具体的には、構造体１における各評価位置Ｅの物理量の正常値の集合体である基準集団と、各評価位置Ｅの物理量の計測値（異常診断時の状態）とに基づいて、構造体１における異常の有無を判定する。基準集団は、例えば竣工時など構造体１に異常が発生していない状態において取得される。
【００３６】
基準集団とは、例えば竣工時などの異常が発生していない（正常状態の）構造体１を、各アクチュエータＡの動作状態を複数パターン変化させて駆動した場合に取得した各評価位置Ｅにおける物理量の集合体（データ群）である。換言すると、基準集団とは、各アクチュエータＡの動作状態毎に取得された正常状態の構造体１における各評価位置Ｅの物理量の集合体である。すなわち、基準集団には、正常状態である構造体１が各アクチュエータＡの動作状態に応じて取り得る各評価位置Ｅの物理量のあらゆるパターンが示されている。基準集団を取得するためのアクチュエータＡの動作状態の数は、基準集団の精度を向上させるために、より多い方が好ましい。
【００３７】
具体的には、物理量を荷重状態及び変位状態とした場合、基準集団には、正常な構造体１の各評価位置Ｅにおける荷重状態と変位状態とが、各アクチュエータＡの動作状態毎に取得され、集合体として保有される。なお、基準集団については、各物理量の値（例えば、荷重状態）の集合体としてもよいし、各物理量間の相関（例えば、荷重状態と変位状態の関係性）の集合体としてもよい。相関とは、各物理量の組合せによって表されるデータである。
【００３８】
このように、基準集団は、構造体１が正常状態である場合における各評価位置Ｅの物理量のデータ群となる。このため、物理量の計測値が、基準集団に対して異常であるか否かを判定することが可能となる。
【００３９】
具体的には、異常発生判定部１１は、基準集団に対する物理量の計測値の類似性に基づいて、物理量の計測値が異常か否かを判定する。なお、基準集団を用いて異常の有無を判定する方法については、多変数間の相関に基づく多変量解析など様々な手法を適用することができる。本実施形態では、異常発生判定部１１は、類似性としてマハラノビス距離を用いたＭＴ法（マハラノビス・タグチ法）を用いて、異常の有無を判定する。
【００４０】
ＭＴ法では、例えば図４のように、基準集団が荷重状態と変位状態とで特定される点の集合体（点群）として設定されている場合に、集合体の散らばり具合（分散）を考慮して集合体の重心Ｇからの距離（類似性）をマハラノビス距離として表現する。図４のような基準集団の場合、マハラノビス距離が一定の線（等高線）はＣ１、Ｃ２、Ｃ３となる。物理量の計測値（荷重状態と変位状態）の計測値がＮ１及びＮ２となる場合には、Ｎ２の方がマハラノビス距離が大きいということとなり、異常と判定される。なお、Ｎ１及びＮ２は、集合体の重心Ｇからのユークリッド距離（重心Ｇからの単純距離）は等しい。しかしながら、ＭＴ法を用いてマハラノビス距離により評価することで、集合体の分散を考慮してより正確に異常か否かを判定することが可能となる。なお、ＭＴ法は図４のような２次元の場合に限定されず、１次元や多次元の場合についても適用可能である。
【００４１】
異常発生判定部１１では、物理量の計測値に対して算出されたマハラノビス距離が閾値よりも大きい場合に、該計測値が正常でない、すなわち構造体１に異常が発生している可能性があると判定する。閾値は、予め設定した基準集団に基づいて、異常が発生している可能性があると考えられるマハラノビス距離の最小値として設定される。
【００４２】
異常発生判定部１１において、構造体１に異常が発生している可能性があると判定されると、後述する異常箇所特定部１２において異常発生箇所の特定が行われる。
【００４３】
異常箇所特定部１２は、各評価位置Ｅの物理量の計測値に基づいて、構造体１における異常箇所を特定する。このため、異常箇所特定部１２は、推定部１３と、特定部１４とを備えている。
【００４４】
推定部１３は、構造体１に予め設定した複数の評価位置Ｅに対応し、各アクチュエータＡを駆動した場合における複数の物理量の正常な相関に係る情報である基準情報（例えば感度マトリクス）に基づいて、各アクチュエータＡの動作状態に対応した各評価位置Ｅにおける物理量の基準状態を推定する。
【００４５】
基準情報とは、正常状態である構造体１を各アクチュエータＡを用いて異常が発生しない範囲で駆動した場合における各評価位置Ｅに対応した各物理量の相関に係る情報である。より具体的には、基準情報は、各アクチュエータＡの動作状態（構造体１に与えられる負荷状態（荷重状態や変位状態））と、該負荷状態に対応した各評価位置Ｅにおける物理量（荷重状態や変位状態、ひずみ状態）との組合せ（対応関係）によって表される情報である。
【００４６】
基準情報は、異常が発生していない構造体１に対する事前試験により予め設定される。なお、基準集合が各物理量間の相関の集合体として表される場合には、基準集合の情報に基づいて基準情報を生成することとしてもよい。基準情報は、任意の各アクチュエータＡの動作状態に対して、各評価位置Ｅの物理量の基準状態（物理量の分布状態）が推定可能であれば、感度マトリクスなど任意に適用することができる。
【００４７】
基準情報は、例えば、図５、図６、及び図７に示す各試験により取得される。なお、図５、図６、及び図７は、物理量を荷重状態と変位状態とした場合を例示している。なお、図５、図６、及び図７に示す各試験は、実際の試験として行われることとしてもよいし、解析モデルを用いたシミュレーションにより行われることとしてもよい。
【００４８】
図５は、評価位置Ｅ１に対してアクチュエータＡ１によりＰ１の荷重を負荷した場合を示している。すなわち、図５における各アクチュエータＡの動作状態は、アクチュエータＡ１のみＰ１の荷重を負荷しており、他のアクチュエータＡ２及びＡ３については荷重を負荷していない。この場合、評価位置Ｅ１に変位δ１−１、評価位置Ｅ２に変位δ１−２、評価位置Ｅ３に変位δ１−３が生じたとする。なお、変位とは、各アクチュエータＡによって負荷が与えられることに起因する各評価位置Ｅの位置変化量である。すなわち、基準情報には、評価位置Ｅ１の荷重状態がＰ１である場合に、評価位置Ｅ１が変位δ１−１、評価位置Ｅ２が変位δ１−２、評価位置Ｅ３が変位δ１−３となることが保有される。なお、アクチュエータＡ１により負荷した荷重Ｐ１は、構造体１に損傷等が生じない範囲で設定される。このため、図５による試験より取得した基準情報は、正常状態における構造体１に対応したものとなる。
【００４９】
図６は、評価位置Ｅ２に対してアクチュエータＡ２によりＰ２の荷重を負荷した場合を示している。すなわち、図６における各アクチュエータＡの動作状態は、アクチュエータＡ２のみＰ２の荷重を負荷しており、他のアクチュエータＡ１及びＡ３については荷重を負荷していない。この場合、評価位置Ｅ１に変位δ２−１、評価位置Ｅ２に変位δ２−２、評価位置Ｅ３に変位δ２−３が生じたとする。すなわち、基準情報には、評価位置Ｅ２の荷重状態がＰ２である場合に、評価位置Ｅ１が変位δ２−１、評価位置Ｅ２が変位δ２−２、評価位置Ｅ３が変位δ２−３となることが保有される。なお、アクチュエータＡ２により負荷した荷重Ｐ２は、構造体１に損傷等が生じない範囲で設定される。このため、図６による試験より取得した各物理量の状態は、正常状態における構造体１に対応した状態となる。
【００５０】
図７は、評価位置Ｅ３に対してアクチュエータＡ３によりＰ３の荷重を負荷した場合を示している。すなわち、図７における各アクチュエータＡの動作状態は、アクチュエータＡ３のみＰ３の荷重を負荷しており、他のアクチュエータＡ１及びＡ２については荷重を負荷していない。この場合、評価位置Ｅ１に変位δ３−１、評価位置Ｅ２に変位δ３−２、評価位置Ｅ３に変位δ３−３が生じたとする。すなわち、基準情報には、評価位置Ｅ３の荷重状態がＰ３である場合に、評価位置Ｅ１が変位δ３−１、評価位置Ｅ２が変位δ３−２、評価位置Ｅ３が変位δ３−３となることが保有される。なお、アクチュエータＡ３により負荷した荷重Ｐ３は、構造体１に損傷等が生じない範囲で設定される。このため、図７による試験より取得した各物理量の状態は、正常状態における構造体１に対応した状態となる。
【００５１】
また、基準情報には、図５、図６、及び図７に示す各試験により取得された相関情報に基づいて、任意の各アクチュエータＡの動作状態に対応した各評価位置Ｅにおける物理量を推定するための情報が保有される。具体的には、評価位置Ｅ１に対してアクチュエータＡ１によりα×Ｐ１の荷重が負荷されている場合には、評価位置Ｅ１に変位α１×δ１−１が生じ、評価位置Ｅ２に変位α２×δ１−２が生じ、評価位置Ｅ３に変位α３×δ１−３が生じていると推定することができる。このため、図５に示す試験の結果を拡張し、アクチュエータＡ１により負荷される荷重Ｐ１に対する倍率αと、倍率αに対応する各評価位置Ｅの変位の倍率α１、α２、α３とを予め設定しておくことで、アクチュエータＡ１により与えられる任意の負荷である荷重に対して、各評価位置Ｅの変位を推定することが可能となる。
【００５２】
同様に、評価位置Ｅ２に対してアクチュエータＡ２によりβ×Ｐ２の荷重が負荷されている場合には、評価位置Ｅ１に変位β１×δ２−１が生じ、評価位置Ｅ２に変位β２×δ２−２が生じ、評価位置Ｅ３に変位β３×δ２−３が生じていると推定することができる。このため、図６に示す試験の結果を拡張し、アクチュエータＡ２により負荷される荷重Ｐ２に対する倍率βと、倍率βに対応する各評価位置Ｅの変位の倍率β１、β２、β３とを予め設定しておくことで、アクチュエータＡ２により与えられる任意の負荷である荷重に対して、各評価位置Ｅの変位を推定することが可能となる。
【００５３】
同様に、評価位置Ｅ３に対してアクチュエータＡ３によりγ×Ｐ３の荷重が負荷されている場合には、評価位置Ｅ１に変位γ１×δ３−１が生じ、評価位置Ｅ２に変位γ２×δ３−２が生じ、評価位置Ｅ３に変位γ３×δ３−３が生じていると推定することができる。このため、図７に示す試験の結果を拡張し、アクチュエータＡ３により負荷される荷重Ｐ３に対する倍率γと、倍率γに対応する各評価位置Ｅの変位の倍率γ１、γ２、γ３とを予め設定しておくことで、アクチュエータＡ３により与えられる任意の負荷である荷重に対して、各評価位置Ｅの変位を推定することが可能となる。
【００５４】
なお、基準情報において、任意の各アクチュエータＡの動作状態に対応した各評価位置Ｅにおける物理量を推定するための情報として倍率を用いる場合について説明したが、任意の各アクチュエータＡの動作状態に対応した各評価位置Ｅにおける物理量が推定できれば上記に限定されない。例えば、さまざまな各アクチュエータＡの動作状態に対応した各評価位置Ｅにおける物理量を試験等によって取得し、基準情報として保有することとしてもよい。
【００５５】
推定部１３では、基準情報に基づいて、各アクチュエータＡの動作状態に対応した各評価位置Ｅにおける物理量の基準状態を推定する。基準状態とは、正常状態である構造体１において、任意の各アクチュエータＡの動作状態に対応した各評価位置Ｅにおける物理量の状態を示すものである。任意の各アクチュエータＡの動作状態とは、例えば異常診断を行う際の各アクチュエータＡの動作状態である。すなわち、推定部１３では、異常診断を行う際の各アクチュエータＡの動作状態に対応した各評価位置Ｅの基準状態を推定する。
【００５６】
例えば、任意の各アクチュエータＡの動作状態が、評価位置Ｅ１に対してアクチュエータＡ１によりα×Ｐ１の荷重が負荷されており、評価位置Ｅ２に対してアクチュエータＡ２によりβ×Ｐ２の荷重が負荷されている場合であるとする。この場合には、推定部１３は、α×Ｐ１の荷重による評価位置Ｅ１の変位α１×δ１−１、評価位置Ｅ２の変位α２×δ１−２、評価位置Ｅ３の変位α３×δ１−３と、β×Ｐ２の荷重による評価位置Ｅ１の変位β１×δ２−１、評価位置Ｅ２の変位β２×δ２−２、評価位置Ｅ３の変位β３×δ２−３と、を重ね合わせることによって、各アクチュエータＡの動作状態に対応した基準状態を推定する。
【００５７】
このように、推定部１３では、特定のアクチュエータＡにより荷重を負荷した場合に生ずる各評価位置Ｅの変位を、各アクチュエータＡの動作状態に応じて重ね合わせることによって、任意の各アクチュエータＡの動作状態に対応した各評価位置Ｅにおける変位状態を推定する。
【００５８】
推定部１３によって推定された各評価位置Ｅにおける変位状態は、正常状態の構造体１に対応した変位状態である。すなわち、推定部１３によって推定された各評価位置Ｅにおける変位状態は、基準状態として特定部１４へ出力される。なお、本実施形態では、各アクチュエータＡによって負荷として荷重を与えることとしているが、負荷として変位を与えることも可能である。この場合には、推定部１３によって各評価位置Ｅにおける荷重状態（またはひずみ状態）が推定され、基準状態として用いられる。
【００５９】
特定部１４は、基準状態と、各評価位置Ｅにおける物理量の計測値とに基づいて構造体１における異常発生箇所を特定する。具体的には、特定部１４は、各評価位置Ｅにおいて基準状態と物理量の計測値との差分を算出し、構造体１において、差分が予め設定した閾値以上となる評価位置Ｅと、差分が閾値未満となる評価位置Ｅとの間の位置を異常発生箇所として特定する。閾値は、例えば、基準状態に対して±数％（例えば５％程度）として設定される。
【００６０】
すなわち、特定部１４では、推定部１３において推定した基準状態に対して、現在の各アクチュエータＡの動作状態に対応した各評価位置Ｅにおける物理量の計測値の乖離状態を推定し、乖離状態に基づいて異常発生箇所を特定する。
【００６１】
図８及び図９は、特定部１４による異常発生箇所の特定例を示している。図８では、アクチュエータＡによって評価位置Ｅ１及び評価位置Ｅ２に同方向の荷重が負荷されている状態を示している。図８のような各アクチュエータＡの動作状態に応じて、各評価位置Ｅにおける変位状態が計測される。計測された変位状態は計測状態Ｍ１として図８に示されている。そして、基準情報に基づいて、同様の各アクチュエータＡの動作状態に対応して、各評価位置Ｅにおける変位状態が推定される。推定された変位状態は、基準状態Ｓ１として図８に示されている。
【００６２】
特定部１４では、基準状態Ｓ１と計測状態Ｍ１との比較が行われる。具体的には、評価位置Ｅ１において、基準状態Ｓ１の変位状態と計測状態Ｍ１の変位状態との差分が閾値以上となっており、他の評価位置Ｅ２及びＥ３については基準状態Ｓ１の変位状態と計測状態Ｍ１との差分が閾値未満である場合には、評価位置Ｅ１と、評価位置Ｅ２との間の位置（例えばＤ１）に異常が発生していると推定する。
【００６３】
また、計測された各評価位置Ｅにおける変位状態が計測状態Ｍ２である場合についても同様に異常箇所の特定が行われる。具体的には、評価位置Ｅ１及びＥ２において、基準状態Ｓ１の変位状態と計測状態Ｍ１の変位状態との差分が閾値以上となっており、他の評価位置Ｅ３については基準状態Ｓ１の変位状態と計測状態Ｍ１との差分が閾値未満である場合には、評価位置Ｅ２と、評価位置Ｅ３との間の位置（例えばＤ２）に異常が発生していると推定する。
【００６４】
図９では、アクチュエータＡによって評価位置Ｅ１及び評価位置Ｅ２に異なる方向の荷重が負荷されている状態を示している。図９のような各アクチュエータＡの動作状態に応じて、各評価位置Ｅにおける変位状態が計測される。計測された変位状態は計測状態Ｍ３として図９に示されている。そして、同様の各アクチュエータＡの動作状態に対応して、各評価位置Ｅにおける変位状態が推定される。推定された変位状態は、基準状態Ｓ２として図９に示されている。
【００６５】
特定部１４では、基準状態Ｓ２と計測状態Ｍ３との比較が行われる。具体的には、評価位置Ｅ１において、基準状態Ｓ２の変位状態と計測状態Ｍ３の変位状態との差分が閾値以上となっており、他の評価位置Ｅ２及びＥ３については基準状態Ｓ２の変位状態と計測状態Ｍ３との差分が閾値未満である場合には、評価位置Ｅ１と、評価位置Ｅ２との間の位置（例えばＤ３）に異常が発生していると推定する。
【００６６】
また、計測された各評価位置Ｅにおける変位状態が計測状態Ｍ４である場合についても同様に異常箇所の特定が行われる。具体的には、評価位置Ｅ１及びＥ２において、基準状態Ｓ２の変位状態と計測状態Ｍ４の変位状態との差分が閾値以上となっており、他の評価位置Ｅ３については基準状態Ｓ２の変位状態と計測状態Ｍ４との差分が閾値未満である場合には、評価位置Ｅ２と、評価位置Ｅ３との間の位置（例えばＤ４）に異常が発生していると推定する。
【００６７】
このように、特定部１４では、推定された基準状態と、異常診断の際の各アクチュエータＡの動作状態に対応した各評価位置Ｅにおける物理量の計測値との乖離状態に応じて、構造体１における異常発生箇所を特定する。
【００６８】
次に、上述の異常診断装置１０による異常診断処理について図１０を参照して説明する。図１０に示すフローは、異常診断装置１０の使用者等によって異常診断処置の実行指示が入力された場合に実行される。なお、図１０に示すフローは、構造体１に対してアクチュエータＡが動作している場合に、所定の制御周期で繰り返し実行されることとしてもよい。
【００６９】
まず、異常診断の際の各アクチュエータＡの動作状態に対応した各評価位置Ｅにおける物理量の計測値を取得する（Ｓ１０１）。計測される物理量とは、荷重状態及び変位状態である。より具体的には、アクチュエータＡによって負荷として与えられる荷重状態の計測値と、負荷が与えられることによる変位状態の計測値が取得される。
【００７０】
次に、予め設定されている基準集団に基づいて、取得した物理量の計測値に対してＭＴ法を適用し、構造体１において異常が発生している可能性があるか否かを判定する（Ｓ１０２）。具体的には、取得した物理量の計測値に対してマハラノビス距離が計算され、マハラノビス距離が閾値以上である場合に異常が発生していると推定される。
【００７１】
構造体１において異常が発生している可能性がないと判定された場合（Ｓ１０２のＮＯ判定）には、処理を終了する。
【００７２】
構造体１において異常が発生している可能性があると判定された場合（Ｓ１０２のＹＥＳ判定）には、異常箇所特定処理が行われる（Ｓ１０３）。異常箇所特定処置では、異常診断の際の各アクチュエータＡの動作状態に対応した基準状態が推定され、基準状態と、取得した各評価位置Ｅにおける物理量の計測値との乖離状態（差分）に基づいて、構造体１における異常箇所が特定される。
【００７３】
異常箇所特定処理によって異常箇所が特定された場合には、異常診断装置１０の使用者等に対して異常箇所が通知される（Ｓ１０４）。
【００７４】
なお、本実施形態では、各アクチュエータＡによって構造体１に荷重を負荷することとしているが（荷重制御）、変位を負荷することとしてもよい（変位制御）。また、各評価位置Ｅにおける物理量としてひずみ状態を計測することとしてもよい。
【００７５】
以上説明したように、本実施形態に係る異常診断システム、及びその方法並びにプログラムによれば、基準情報として、各アクチュエータＡを駆動した場合における構造体１の各評価位置Ｅに対応した複数の物理量の正常な相関に係る情報を用いることで、各評価位置Ｅにおける正常な各物理量間の相関状態を把握することができる。基準情報を用いることで、各アクチュエータＡの動作状態に応じた各評価位置Ｅの正常な物理量を基準状態として推定することが可能となる。すなわち、基準情報に基づくことで、故障等の異常が発生していない正常な構造体１の各評価位置Ｅにおける物理量（基準状態）を推定することが可能となる。そして、各評価位置Ｅにおける物理量の基準状態と計測値とに基づいて、構造体１における異常発生箇所を特定することが可能となる。
【００７６】
また、基準情報は、正常な状態における構造体１に対応した各物理量の相関に係る情報のため、構造体１に損傷等の異常を発生させることなく取得することができる。このため、損傷状態を模擬した構造体１を用意することなく、異常診断を行うことができる。
【００７７】
また、複数の物理量の正常な相関に係る情報を基準情報として用いることとしているため、例えば、１つの物理量（例えば荷重状態）で異常診断する場合と比較して、異常診断の精度を向上させることが可能となる。例えば、複数の物理量として荷重状態と変形状態を用いることで、荷重状態及び変形状態の両方を考慮して異常診断を行うことが可能となる。
【００７８】
また、構造体１における物理量の正常値の集合体である基準集団を用いることで、物理量の計測値から構造体１における異常の有無を判定することが可能となる。そして、構造体１に異常が有と判定された場合に異常発生箇所を特定することとすることで、必要な場合に異常発生箇所を特定する処理を実行することが可能となる。すなわち、異常診断に係る処置負担を軽減し、効率的に異常診断を実行することが可能となる。
【００７９】
また、各評価位置Ｅにおいて基準状態と物理量の計測値との差分に基づくことで、差分が閾値以上となる評価位置Ｅと差分が閾値未満となる評価位置Ｅとを容易に特定することができる。このため、差分が閾値以上となる評価位置Ｅと差分が閾値未満となる評価位置Ｅとの間の位置において異常が発生していると推定することが可能となる。
【００８０】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る異常診断システム、及びその方法並びにプログラムについて説明する。
本実施形態では、異常診断の対象物である構造体１が複雑化した場合について説明する。以下、本実施形態に係る異常診断システム、及びその方法並びにプログラムについて、第１実施形態と異なる点について主に説明する。
【００８１】
本実施形態における構造体１は、図１１に示すように複雑な形状を有するものとする。なお、図１１に示す構造体１は一例であり、各アクチュエータを駆動した場合に変形が発生する箇所と変形が発生しない箇所とが生じる構造体１であれば形状は限定されない。
【００８２】
図１１に示す構造体１では、Ｆ１の箇所をアクチュエータによって駆動した場合にＦ２の箇所にほとんど変形が発生しない。この場合には、変形が発生しないＦ２に対応する評価位置の物理量は変化しないこととなるため、基準情報から省略することができる。
【００８３】
また、図１２に示すように、Ｆ２の箇所をアクチュエータによって駆動した場合にＦ１の箇所にほとんど変形が発生しない。この場合には、変形が発生しないＦ１に対応する評価位置の物理量は変化しないこととなるため、基準情報から省略することができる。
【００８４】
このように、基準情報を、各アクチュエータを駆動した場合において変形が生ずる構造体１の評価位置に係る情報により構成することで、変形が生じない箇所に対応した評価位置に係る情報を省略することができ、データ量を抑制することが可能となる。
【００８５】
図１１の例では、基準情報には、Ｆ１の箇所をアクチュエータによって駆動した場合に、変形が生じたＦ１の箇所に対応する評価位置に係る情報が格納される。また、図１２の例では、基準情報には、Ｆ２の箇所をアクチュエータによって駆動した場合に、変形が生じたＦ２の箇所に対応する評価位置に係る情報が格納される。このように、アクチュエータの動作状態に対応して、変形が生じた（物理量に変化が生じた）箇所に対応した評価位置に係る情報を基準情報に含めることで、基準情報に基づく基準状態の推定処理を効率化することが可能となる。
【００８６】
以上説明したように、本実施形態に係る異常診断システム、及びその方法並びにプログラムによれば、基準情報は、各アクチュエータを駆動した場合において変形が生ずる対象物の評価位置における物理量の相関に係る情報が含まれるように構成されるため、各アクチュエータを駆動により変形が生じない対象物の評価位置を省略することができる。このため、基準情報のデータ量を抑制することができ、処理負担を軽減することが可能となる。
【００８７】
本発明は、上述の実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々変形実施が可能である。なお、各実施形態を組み合わせることも可能である。
【００８８】
上述の実施形態では、各アクチュエータＡによって負荷として荷重を与えることとしているが（荷重制御）、負荷として変位を与えることも可能である（変位制御）。この場合には、アクチュエータＡによって負荷として与えられる変位状態の計測値と、負荷が与えられることによる荷重状態の計測値が取得される。なお、負荷が与えられることにより、ひずみ状態の計測値が取得されることとしてもよい。
【符号の説明】
【００８９】
１        ：構造体
１０      ：異常診断装置
１１      ：異常発生判定部
１２      ：異常箇所特定部
１３      ：推定部
１４      ：特定部
Ａ        ：アクチュエータ
Ｅ        ：評価位置
Ｇ        ：重心
Ｍ１〜Ｍ４：計測状態
Ｓ        ：接続位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2020122746.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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