(57)【要約】【課題】監視対象の状態を示すパラメータを簡易的に計算する方法、該パラメータを用いて監視対象を監視する方法、パラメータ計算装置、状態監視装置、状態監視システム、コンピュータプログラム、及び記録媒体を提供する。【解決手段】ｍ個の転動体を有する転がり軸受けの振動を観測し、初期故障として一の転動体に異常が発生したときには、ｍ個毎に大信号を含む振動データが得られる。転がり軸受け等の周期運動体である監視対象の振動などのデータをセンサ３１で計測し、計測したデータをデータ表示装置５１に表示し、大信号以外の信号の絶対値に対する大信号の絶対値の倍率ｓと大信号の信号間隔数ｍから、衝撃劣化指数の比であるパラメータｈ（ｍ，ｓ）を簡易式により計算し、ｈ（ｍ，ｓ）の値が所定値よりも大きいときは監視対象に異常が発生したと判定する。【選択図】　　　　図４
2004046653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から情報を受け付ける受付部、記憶部及び演算部を備えた計算装置を用いて、複数の信号からなる信号列について前記信号間の関係を示すパラメータを計算する方法において、
他の信号よりも絶対値が大きい大信号をｍ個毎に含む信号列について、前記大信号以外の信号の絶対値に対する前記大信号の絶対値の倍率ｓを受付部にて受け付け、
前記信号列に含まれる大信号間の信号間隔数ｍを記憶部に記憶し、
前記信号列に含まれる複数の信号間の関係を示すパラメータｈ（ｍ，ｓ）を、
【数１】
2004046653.tif 000018
と演算部にて計算することを特徴とするパラメータ計算方法。
【請求項２】
外部から情報を受け付ける受付部、記憶部及び演算部を備えた計算装置を用いて、監視対象の状態を示す複数の信号からなる信号列に基づいて前記監視対象の状態を監視する方法において、
他の信号よりも絶対値が大きい大信号をｍ個毎に含む信号列について、前記大信号以外の信号の絶対値に対する前記大信号の絶対値の倍率ｓを受付部にて受け付け、
前記信号列に含まれる大信号間の信号間隔数ｍを記憶部に記憶し、
前記信号列に含まれる複数の信号間の関係を示すパラメータｈ（ｍ，ｓ）を、
【数２】
2004046653.tif 000019
と演算部にて計算し、
計算したパラメータｈ（ｍ，ｓ）に応じて前記監視対象の状態を演算部にて判定することを特徴とする状態監視方法。
【請求項３】
複数の信号からなる信号列について前記信号間の関係を示すパラメータを計算する装置において、
他の信号よりも絶対値が大きい大信号をｍ個毎に含む信号列について、前記大信号以外の信号の絶対値に対する前記大信号の絶対値の倍率ｓを外部から受け付ける手段と、
前記信号列に含まれる大信号間の信号間隔数ｍを記憶する手段と、
前記信号列に含まれる複数の信号間の関係を示すパラメータｈ（ｍ，ｓ）を、
【数３】
2004046653.tif 000020
と計算する手段と
を備えることを特徴とするパラメータ計算装置。
【請求項４】
監視対象の状態を示す複数の信号からなる信号列に基づいて前記監視対象の状態を監視する装置において、
他の信号よりも絶対値が大きい大信号をｍ個毎に含む信号列について、前記大信号以外の信号の絶対値に対する前記大信号の絶対値の倍率ｓを外部から受け付ける手段と、
前記信号列に含まれる大信号間の信号間隔数ｍを記憶する手段と、
前記信号列に含まれる複数の信号間の関係を示すパラメータｈ（ｍ，ｓ）を、
【数４】
2004046653.tif 000021
と計算する手段と、
計算したパラメータｈ（ｍ，ｓ）に応じて前記監視対象の状態を判定する判定手段と
を備えることを特徴とする状態監視装置。
【請求項５】
前記判定手段は、
計算した前記パラメータを所定値と比較する手段と、
前記パラメータが所定値より大きい場合に、前記監視対象が異常であると判定する手段と
を備えることを特徴とする請求項４に記載の状態監視装置。
【請求項６】
監視対象の状態を示す複数の信号からなる信号列に基づいて前記監視対象の状態を監視するシステムにおいて、
請求項４又は５に記載の状態監視装置と、
監視対象の状態を示す複数の信号からなる信号列を取得する手段と、
信号の絶対値が所定の範囲を超える大信号が前記信号列に含まれているか否かを判定する手段と、
大信号が前記信号列に含まれていた場合に、前記信号列に含まれる大信号以外の信号の絶対値に対する大信号の絶対値の倍率を計測する手段と、
計測した倍率を前記状態監視装置へ入力する手段と
を備えることを特徴とする状態監視システム。
【請求項７】
大信号が前記信号列に含まれていた場合に、前記信号列に含まれる複数の大信号間の信号間隔数を計測する手段と、
計測した信号間隔数を前記状態監視装置へ入力する手段と
を備えることを特徴とする請求項６に記載の状態監視システム。
【請求項８】
コンピュータに、複数の信号からなる信号列について前記信号間の関係を示すパラメータを計算させるコンピュータプログラムにおいて、
コンピュータに、他の信号よりも絶対値が大きい大信号をｍ個毎に含む信号列に含まれる大信号以外の信号の絶対値に対する前記大信号の絶対値の倍率ｓ、及び前記信号列に含まれる大信号間の信号間隔数ｍを用いて、前記信号列に含まれる複数の信号間の関係を示すパラメータｈ（ｍ，ｓ）を、
【数５】
2004046653.tif 000022
と計算させる手順を含むことを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項９】
コンピュータに、監視対象の状態を示す複数の信号からなる信号列に基づいて前記監視対象の状態を監視させるコンピュータプログラムにおいて、
コンピュータに、他の信号よりも絶対値が大きい大信号をｍ個毎に含む信号列に含まれる大信号以外の信号の絶対値に対する前記大信号の絶対値の倍率ｓ、及び前記信号列に含まれる大信号間の信号間隔数ｍを用いて、前記信号列に含まれる複数の信号間の関係を示すパラメータｈ（ｍ，ｓ）を、
【数６】
2004046653.tif 000023
と計算させる手順と、
コンピュータに、計算したパラメータｈ（ｍ，ｓ）に応じて前記監視対象の状態を判定させる手順と
を含むことを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１０】
コンピュータに、複数の信号からなる信号列について前記信号間の関係を示すパラメータを計算させるコンピュータプログラムを記録してあるコンピュータでの読み取りが可能な記録媒体において、
コンピュータに、他の信号よりも絶対値が大きい大信号をｍ個毎に含む信号列に含まれる大信号以外の信号の絶対値に対する前記大信号の絶対値の倍率ｓ、及び前記信号列に含まれる大信号間の信号間隔数ｍを用いて、前記信号列に含まれる複数の信号間の関係を示すパラメータｈ（ｍ，ｓ）を、
【数７】
2004046653.tif 000024
と計算させる手順を含むコンピュータプログラムを記録してあることを特徴とするコンピュータでの読み取りが可能な記録媒体。
【請求項１１】
コンピュータに、監視対象の状態を示す複数の信号からなる信号列に基づいて前記監視対象の状態を監視させるコンピュータプログラムを記録してあるコンピュータでの読み取りが可能な記録媒体において、
コンピュータに、他の信号よりも絶対値が大きい大信号をｍ個毎に含む信号列に含まれる大信号以外の信号の絶対値に対する前記大信号の絶対値の倍率ｓ、及び前記信号列に含まれる大信号間の信号間隔数ｍを用いて、前記信号列に含まれる複数の信号間の関係を示すパラメータｈ（ｍ，ｓ）を、
【数８】
2004046653.tif 000025
と計算させる手順と、
コンピュータに、計算したパラメータｈ（ｍ，ｓ）に応じて前記監視対象の状態を判定させる手順と
を含むコンピュータプログラムを記録してあることを特徴とするコンピュータでの読み取りが可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の信号からなる信号列のパラメータを計算する方法、その実施に用いるパラメータ計算装置、コンピュータを該パラメータ計算装置として実現するためのコンピュータプログラム、及び記録媒体、並びに、計算されたパラメータを用いて工場内の設備などの監視対象の状態を監視する状態監視方法、状態監視システム、状態監視装置、コンピュータを該状態監視装置として実現するためのコンピュータプログラム、及び記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工場で用いられる生産設備又は社会で用いられる公共設備などの各種の設備を、故障の発生を予防すべく保全する方法として、定期的に設備を点検して保全する方法（ＴＢＭ：Ｔｉｍｅ　Ｂａｓｅｄ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ　Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）が従来用いられてきた。また、ＴＢＭの他に、設備の状態を恒常的に監視し、設備の状態が所定の基準まで劣化した場合に保全を行う方法（ＣＢＭ：Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　Ｂａｓｅｄ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ　Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）が知られている。ＣＢＭは、ＴＢＭに比べて、初期故障の回避が可能、又は保全コストの抑制が容易であるなどの利点があり、近年ではＴＢＭに代わってＣＢＭが普及し始めている。
【０００３】
ＣＢＭを実現するためには、設備の状態を示す動作回数、温度、又は振動などのデータを取得し、取得したデータからいち早く異常の兆候を捉えることができる設備監視方法の確立が望まれる。設備の分野によって異常を示す指標が異なるため、従来より様々な設備監視方法が提案されている。例えば振動体の分野では、振動の振幅を２乗平均した値の平方根であるＲＭＳ（Ｒｏｏｔ　Ｍｅａｎ　Ｓｑｕａｒｅ）値を用いる方法がある。ＲＭＳ値を用いて設備監視を行う場合は、振動の振幅をデータとして取得し、取得した振幅を２乗平均した値の平方根であるＲＭＳ値を計算し、計算したＲＭＳ値が基準より大きくなったときに、振幅が大きくなって設備が異常な状態であると判定することができる。
【０００４】
ＲＭＳ値は、正規化されていない指標であるため、部品の大きさ又は振動数などの条件の違いによって容易に変化し、個々の設備について基準を定める必要がある。このため、汎用的に利用できる正規化された指標が必要となる。正規化された指標についても、従来より様々な指標が提案されており、前川，中島，豊田「衝撃振動を利用した機械部品の劣化度評価方法」日本設備管理学会誌，ｐｐ．１６３−１６８，第９巻第３号（１９９７）（以下、文献１と呼ぶ）では、振幅が大きい衝撃振動が設備の劣化によって断続的に発生する振動体の分野に利用できる指標として、衝撃振動の振幅を正規化した衝撃劣化指標が提案されている。
【０００５】
図５は、振動体から得られる振動データの例を示す模式的特性図である。図中の横軸は時間を示し、縦軸は正負の値を有する振動の変位ｘを示す。振動体として転がり軸受けを観測した場合、転動体が軸に接触する都度振動が発生し、図５（ａ）に示す如き振動データが観測される。転がり軸受けの転動体に傷が生じるなどの異常が発生した場合は、運動体は振幅が大きい衝撃振動を発生する。ｍ個の転動体から構成される転がり軸受けにおいて、初期異常として一の転動体に傷が生じた場合は、該転動体が軸に接触する都度衝撃振動が発生し、図５（ｂ）に示す如く、ｍ回の振動毎に一回の衝撃振動が含まれる振動データが得られる。振動データに含まれる衝撃振動を評価する指標としては、図５（ｂ）に示した衝撃振動の振幅Ｘｐｅａｋと衝撃振動以外の振動の振幅Ｘｎとの比
Ｘｐｅａｋ／Ｘｎ
が考えられる。
【０００６】
振動体が発生する振動を平均値０の定常確率過程と仮定すると、振動の変位ｘを時間ｔの関数として、確率過程ｘ（ｔ）の確率密度関数ｐ（ｘ）を考えることができる。文献１では、振動データからＸｎの値を数学的に導出することが困難であることを理由として、Ｘｎの代わりに、確率密度関数ｐ（ｘ）の曲率が最大となるｘの値Ｘｃを用いることを提案している。図６は、確率密度関数ｐ（ｘ）の曲率Ｃ（ｘ）を示した特性図である。図中の横軸は変位ｘを示しており、縦軸は曲率Ｃ（ｘ）の値を示している。確率密度関数ｐ（ｘ）の曲率Ｃ（ｘ）は、ｐ（ｘ）の１階の導関数ｐ’（ｘ）及び２階の導関数ｐ”（ｘ）を用いて、
【０００７】
【数９】
2004046653.tif 000003
【０００８】
と表すことができる。Ｘｎは主要な振動の振幅であり、振動の変位ｘの値がＸｎより大きいときにはｐ（ｘ）の値は小さく、ｘの値がＸｎより小さいときにはｘが０に近づくに従ってｐ（ｘ）の値は急激に大きくなるため、Ｘｎの付近ではｐ（ｘ）の曲率が大きくなり、ｐ（ｘ）の曲率Ｃ（ｘ）が最大となるｘの値ＸｃをＸｎの代わりに用いることは妥当である。文献１では、ＸｐｅａｋとＸｃとの比
ＩＤ＝Ｘｐｅａｋ／Ｘｃ　　　　　　　　　　…（２）
を衝撃劣化指標（Ｉｍｐａｃｔ　Ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ　Ｆａｃｔｏｒ　）と呼び、衝撃劣化指標ＩＤが、振動体の劣化状態を判定するために良好な指標であることが示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
工場内でＣＢＭを行う場合は、各設備にセンサを備え、センサが取得したデータを、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、マイクロコンピュータ、ミニコンピュータ又はプロセスコンピュータ等の演算装置がオンラインで蓄積し、蓄積したデータを処理して設備監視を行う。異常の判定の指標として衝撃劣化指標を用いる場合は、蓄積された振動データを解析して確率密度関数ｐ（ｘ）及び曲率Ｃ（ｘ）を求め、更に曲率Ｃ（ｘ）を解析してＸｃの値を求める必要がある。このため、演算能力が低い演算装置を用いていた場合は、高速で稼働する工場内の設備から得られるデータの蓄積する速度に対して演算装置が行う処理の速度が追いつかなくなり、設備の異常を検知することに失敗する、又は異常の検知が遅れる可能性がある。
【００１０】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、得られたデータの衝撃劣化指標と標準的な挙動を示す設備から得られるデータの衝撃劣化指標との比であるパラメータを簡易的に計算する方法、その実施に用いるパラメータ計算装置、コンピュータを該パラメータ計算装置として実現するためのコンピュータプログラム、及び記録媒体を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の他の目的とするところは、計算された前記パラメータを用いることにより、確実に設備の状態の変化を検知することができる状態監視方法、状態監視システム、状態監視装置、コンピュータを該状態監視装置として実現するためのコンピュータプログラム、及び記録媒体を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係るパラメータ計算方法は、外部から情報を受け付ける受付部、記憶部及び演算部を備えた計算装置を用いて、複数の信号からなる信号列について前記信号間の関係を示すパラメータを計算する方法において、他の信号よりも絶対値が大きい大信号をｍ個毎に含む信号列について、前記大信号以外の信号の絶対値に対する前記大信号の絶対値の倍率ｓを受付部にて受け付け、前記信号列に含まれる大信号間の信号間隔数ｍを記憶部に記憶し、前記信号列に含まれる複数の信号間の関係を示すパラメータｈ（ｍ，ｓ）を、
【００１３】
【数１０】
2004046653.tif 000004
【００１４】
と演算部にて計算することを特徴とする。
【００１５】
第２発明に係る状態監視方法は、外部から情報を受け付ける受付部、記憶部及び演算部を備えた計算装置を用いて、監視対象の状態を示す複数の信号からなる信号列に基づいて前記監視対象の状態を監視する方法において、他の信号よりも絶対値が大きい大信号をｍ個毎に含む信号列について、前記大信号以外の信号の絶対値に対する前記大信号の絶対値の倍率ｓを受付部にて受け付け、前記信号列に含まれる大信号間の信号間隔数ｍを記憶部に記憶し、前記信号列に含まれる複数の信号間の関係を示すパラメータｈ（ｍ，ｓ）を、
【００１６】
【数１１】
2004046653.tif 000005
【００１７】
と演算部にて計算し、計算したパラメータｈ（ｍ，ｓ）に応じて前記監視対象の状態を演算部にて判定することを特徴とする。
【００１８】
第３発明に係るパラメータ計算装置は、複数の信号からなる信号列について前記信号間の関係を示すパラメータを計算する装置において、他の信号よりも絶対値が大きい大信号をｍ個毎に含む信号列について、前記大信号以外の信号の絶対値に対する前記大信号の絶対値の倍率ｓを外部から受け付ける手段と、前記信号列に含まれる大信号間の信号間隔数ｍを記憶する手段と、前記信号列に含まれる複数の信号間の関係を示すパラメータｈ（ｍ，ｓ）を、
【００１９】
【数１２】
2004046653.tif 000006
【００２０】
と計算する手段とを備えることを特徴とする。
【００２１】
第４発明に係る状態監視装置は、監視対象の状態を示す複数の信号からなる信号列に基づいて前記監視対象の状態を監視する装置において、他の信号よりも絶対値が大きい大信号をｍ個毎に含む信号列について、前記大信号以外の信号の絶対値に対する前記大信号の絶対値の倍率ｓを外部から受け付ける手段と、前記信号列に含まれる大信号間の信号間隔数ｍを記憶する手段と、前記信号列に含まれる複数の信号間の関係を示すパラメータｈ（ｍ，ｓ）を、
【００２２】
【数１３】
2004046653.tif 000007
【００２３】
と計算する手段と、計算したパラメータｈ（ｍ，ｓ）に応じて前記監視対象の状態を判定する判定手段とを備えることを特徴とする。
【００２４】
第５発明に係る状態監視装置は、前記判定手段は、計算した前記パラメータを所定値と比較する手段と、前記パラメータが所定値より大きい場合に、前記監視対象が異常であると判定する手段とを備えることを特徴とする。
【００２５】
第６発明に係る状態監視システムは、監視対象の状態を示す複数の信号からなる信号列に基づいて前記監視対象の状態を監視するシステムにおいて、第４又は第５発明に係る状態監視装置と、監視対象の状態を示す複数の信号からなる信号列を取得する手段と、信号の絶対値が所定の範囲を超える大信号が前記信号列に含まれているか否かを判定する手段と、大信号が前記信号列に含まれていた場合に、前記信号列に含まれる大信号以外の信号の絶対値に対する大信号の絶対値の倍率を計測する手段と、計測した倍率を前記状態監視装置へ入力する手段とを備えることを特徴とする。
【００２６】
第７発明に係る状態監視システムは、大信号が前記信号列に含まれていた場合に、前記信号列に含まれる複数の大信号間の信号間隔数を計測する手段と、計測した信号間隔数を前記状態監視装置へ入力する手段とを備えることを特徴とする。
【００２７】
第８発明に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、複数の信号からなる信号列について前記信号間の関係を示すパラメータを計算させるコンピュータプログラムにおいて、コンピュータに、他の信号よりも絶対値が大きい大信号をｍ個毎に含む信号列に含まれる大信号以外の信号の絶対値に対する前記大信号の絶対値の倍率ｓ、及び前記信号列に含まれる大信号間の信号間隔数ｍを用いて、前記信号列に含まれる複数の信号間の関係を示すパラメータｈ（ｍ，ｓ）を、
【００２８】
【数１４】
2004046653.tif 000008
【００２９】
と計算させる手順を含むことを特徴とする。
【００３０】
第９発明に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、監視対象の状態を示す複数の信号からなる信号列に基づいて前記監視対象の状態を監視させるコンピュータプログラムにおいて、コンピュータに、他の信号よりも絶対値が大きい大信号をｍ個毎に含む信号列に含まれる大信号以外の信号の絶対値に対する前記大信号の絶対値の倍率ｓ、及び前記信号列に含まれる大信号間の信号間隔数ｍを用いて、前記信号列に含まれる複数の信号間の関係を示すパラメータｈ（ｍ，ｓ）を、
【００３１】
【数１５】
2004046653.tif 000009
【００３２】
と計算させる手順と、コンピュータに、計算したパラメータｈ（ｍ，ｓ）に応じて前記監視対象の状態を判定させる手順とを含むことを特徴とする。
【００３３】
第１０発明に係るコンピュータでの読み取りが可能な記録媒体は、コンピュータに、複数の信号からなる信号列について前記信号間の関係を示すパラメータを計算させるコンピュータプログラムを記録してあるコンピュータでの読み取りが可能な記録媒体において、コンピュータに、他の信号よりも絶対値が大きい大信号をｍ個毎に含む信号列に含まれる大信号以外の信号の絶対値に対する前記大信号の絶対値の倍率ｓ、及び前記信号列に含まれる大信号間の信号間隔数ｍを用いて、前記信号列に含まれる複数の信号間の関係を示すパラメータｈ（ｍ，ｓ）を、
【００３４】
【数１６】
2004046653.tif 000010
【００３５】
と計算させる手順を含むコンピュータプログラムを記録してあることを特徴とする。
【００３６】
第１１発明に係るコンピュータでの読み取りが可能な記録媒体は、コンピュータに、監視対象の状態を示す複数の信号からなる信号列に基づいて前記監視対象の状態を監視させるコンピュータプログラムを記録してあるコンピュータでの読み取りが可能な記録媒体において、コンピュータに、他の信号よりも絶対値が大きい大信号をｍ個毎に含む信号列に含まれる大信号以外の信号の絶対値に対する前記大信号の絶対値の倍率ｓ、及び前記信号列に含まれる大信号間の信号間隔数ｍを用いて、前記信号列に含まれる複数の信号間の関係を示すパラメータｈ（ｍ，ｓ）を、
【００３７】
【数１７】
2004046653.tif 000011
【００３８】
と計算させる手順と、コンピュータに、計算したパラメータｈ（ｍ，ｓ）に応じて前記監視対象の状態を判定させる手順とを含むコンピュータプログラムを記録してあることを特徴とする。
【００３９】
本発明者は、周期運動体から得られるデータについて、簡易的に衝撃劣化指標を計算する計算式を導出した。
まず、図５（ａ）に示す如き正常な周期運動体から得られるデータについて考える。振動の変位ｘが正規分布に従っているとき、確率密度関数ｐ（ｘ）は、
【００４０】
【数１８】
2004046653.tif 000012
【００４１】
と表すことができる。（３）式に含まれるバーｘは変位ｘの平均値であり、σは標準偏差である。（１）式および（３）式により、ｐ（ｘ）の曲率Ｃ（ｘ）、及びＣ（ｘ）の導関数Ｃ’（ｘ）は、
【００４２】
【数１９】
2004046653.tif 000013
【００４３】
と表すことができる。Ｃ’（Ｘｃ）＝０であるため、Ｃ’（ｘ）＝０となるｘを求めることでＸｃを求めることができる。本発明者は、数値計算を行うことで、
Ｘｃ＝１．９７６σ
を得た。標準偏差σに掛かる定数をＣ０　とおき、Ｘｃを、
Ｘｃ＝Ｃ０　σ　　　　　　　　　　　　　　…（５）
と表現することにする。
【００４４】
周期運動体に異常が発生し、図５（ｂ）に示す如きデータが得られた場合、確率密度関数ｐ（ｘ）の分布が乱れ、標準偏差σの値が変化する。異常時のデータとして、ｍ回のピーク毎に大ピークが発生する場合を考える。これは、例えばｍ個の転動体から構成される転がり軸受けにおいて、初期異常として一の転動体に傷が生じた場合に対応する。正常時のデータと異常時のデータとにおける変位ｘの平均値は共に等しく０であると仮定し、更に、正常時のデータにおける分散と、異常時のデータの大ピークが発生している部分以外の部分における分散とは等しいと仮定する。観測で得られるデータは離散データであるので、異常時のデータは、変位ｘが離散的に得られたＬ個の離散データ｛ｘｎ　：ｎ＝１，…，Ｌ｝から構成されるとする。このとき、Ｌ個の離散データのうち、Ｌ／ｍ個は大ピークが発生している部分に含まれる。正常時のデータにおける分散をσＮ２とおき、異常時のデータにおける分散をσＬ２とおいたときには、異常時の分散σＬ２は、
【００４５】
【数２０】
2004046653.tif 000014
【００４６】
と表すことができる。（６）式中のｘ’ｉは大ピークが発生している部分以外の部分における離散データを示し、Ｘｉ　は大ピークが発生してる部分に含まれる離散データを示している。（６）式の第一項は、大ピークが発生している部分以外の部分を示しており、正常時の分散に（１−１／ｍ）を掛けた値で表現することができる。第二項は大ピークが発生している部分を示しており、大ピーク以外のピークの振幅に対する大ピークの振幅の倍率をｓとしたときには、大ピークが発生している部分に含まれる離散データの絶対値はｓ倍になるため、Ｘｉ　＝ｓｘ’ｉとなる。バーｘ＝０であるため、（６）式は更に、次の式で表すことができる。
【００４７】
【数２１】
2004046653.tif 000015
【００４８】
正常時のデータにおけるＸｐｅａｋの値をＸｐｅａｋＮ　とおく。（２）式および（５）式より、正常時のデータにおける衝撃劣化指標ＩＤＮ　は、正常時のデータにおける標準偏差σＮ　を用いて、
ＩＤＮ　＝ＸｐｅａｋＮ　／Ｃ０　σＮ
となる。また、異常時のデータにおけるＸｐｅａｋの値は、ｓＸｐｅａｋＮ　となる。従って、異常時のデータにおける衝撃劣化指標ＩＤＬ　は、正常時のデータにおける衝撃劣化指標ＩＤＮ　を用いて、（７）式より、
【００４９】
【数２２】
2004046653.tif 000016
【００５０】
と表すことができる。（８）式においてＩＤＮ　に掛かる係数部分をｈ（ｍ，ｓ）とおくと、
【００５１】
【数２３】
2004046653.tif 000017
【００５２】
である。ｈ（ｍ，ｓ）は、正常時の衝撃劣化指標ＩＤＮ　に対する異常時の衝撃劣化指標ＩＤＬ　の比となっている。同一の周期運動体を観測している場合、正常時の衝撃劣化指標ＩＤＮ　は常時ほぼ一定である。また、正常時にはｈ（ｍ，ｓ）は１であり、異常が発生してｓの値が大きくなったときに、ｈ（ｍ，ｓ）の値も大きくなる。従って、得られたデータからｈ（ｍ，ｓ）を計算することで、周期運動体の状態を知ることができる。
【００５３】
第１、第３、第８及び第１０発明においては、周期運動体から得られるデータの一周期分を一の信号とした、複数の信号からなる信号列について、該信号列の衝撃劣化指標と正常な信号列の衝撃劣化指標との非であるパラメータを、（９）式を用いることにより簡易的に求めることができる。
【００５４】
第２、第４、第６、第７、第９及び第１１発明においては、簡易的に計算される前記パラメータを用いて周期運動体である監視対象の状態を判定することにより、監視対象の状態を高速で判定することができる。
【００５５】
第５発明においては、振動体の劣化状態を判定するために良好な指標である衝撃劣化指標の比であるパラメータを所定値と比較して、前記パラメータが所定値よりも大きい場合に監視対象が異常であると判定することにより、初期故障を確実に検知することができる。
【００５６】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の状態監視システムの構成を示すブロック図である。本発明の状態監視システムは、転がり軸受け又は歯車等の周期運動体である工場内の設備の状態を監視し、設備に異常が生じた場合は警報を発するべく運用される。設備には、振動などの設備の状態を計測するセンサ３１が設けられている。センサ３１は、データ取得装置３２に接続されており、計測データをデータ取得装置３２へ入力すべく構成されている。データ取得装置３２は、センサ３１から入力された計測データを所定の周期でサンプリングし、複数の信号からなる信号列を作成し、作成した信号列から各種のデータを取得する機能を有している。データ取得装置３２は、工場内に備えられた通信ネットワークＮＷに接続され、通信ネットワークＮＷは本発明の状態監視装置１に接続されており、データ取得装置３２は、取得したデータを通信ネットワークＮＷを介して状態監視装置１へ送信する。
【００５７】
状態監視装置１は、本発明のパラメータ計算装置としての機能を兼ね備えており、コンピュータを用いて構成されている。状態監視装置１は、演算を行うＣＰＵ１１と、演算に伴って発生する一時的な情報を記憶するＲＡＭ１２と、ＣＤ−ＲＯＭドライブ等の外部記憶装置１３と、ハードディスク等の内部記憶装置１４とを備えており、ＣＰＵ１１は、ＣＤ−ＲＯＭ等の本発明の記録媒体２から本発明のコンピュータプログラム２０を外部記憶装置１３にて読み取り、読み取ったコンピュータプログラム２０を内部記憶装置１４に記憶し、ＲＡＭ１２にコンピュータプログラム２０をロードし、ロードしたコンピュータプログラム２０に基づいて状態監視装置１に必要な処理を実行する。また、状態監視装置１は、工場内の通信ネットワークＮＷに接続された入力部１５（受付部）を備えており、ＣＰＵ１１は、通信ネットワークＮＷを介してデータ取得装置３２から送信されたデータを入力部１５にて受信する。更に、状態監視装置１は、情報を外部へ出力する出力部１６を備えており、出力部１６は、警報装置４に接続され、ＣＰＵ１１は、設備の異常を示す情報を出力部１６から警報装置４へ送信する。警報装置４は、ブザー、ランプ、又は警報の内容を表示する表示部などを備え、状態監視装置１から受信した情報に従って設備の異常を報知する。
【００５８】
なお、状態監視装置１は、通信ネットワークＮＷに接続されている図示しない外部のサーバ装置から本発明に係るコンピュータプログラム２０をダウンロードし、ＣＰＵ１１にて処理を実行する形態であってもよい。
【００５９】
図２は、本発明の状態監視システムが行う動作を示すフローチャートである。センサ３１は、設備の稼働に伴った図５に示す如き振動などのデータを計測し、データ取得装置３２は、センサ３１から入力された計測データをサンプリングし（Ｓ１１）、ピークを有するデータの一周期分を一の信号とした複数の信号からなる信号列を取得する。データ取得装置３２は、サンプリングの結果取得した信号列に前記信号が所定数蓄積されたか否かを判定し（Ｓ１２）、信号が所定数蓄積されていない場合は（Ｓ１２：ＮＯ）、ステップＳ１１へ処理を戻してサンプリングを継続し、信号が所定数蓄積されている場合は（Ｓ１２：ＹＥＳ）、蓄積された所定数の信号からなる信号列における信号の絶対値の平均の所定倍などの所定値よりも大きい絶対値を有する大信号が前記信号列に含まれているか否かを判定する（Ｓ１３）。大信号が前記信号列に含まれていない場合には（Ｓ１３：ＮＯ）、データ取得装置３２は、設備は正常であるとして処理を終了し、大信号が前記信号列に含まれていた場合には（Ｓ１３：ＹＥＳ）、データ取得装置３２は、前記信号列にて、他の信号の絶対値に対する大信号の絶対値の倍率ｓ、及び大信号間の信号間隔数ｍを計測し（Ｓ１４）、倍率ｓ及び信号間隔数ｍを、通信ネットワークＮＷを介して状態監視装置１へ送信する（Ｓ１５）。
【００６０】
状態監視装置１のＣＰＵ１１は、倍率ｓ及び信号間隔数ｍを入力部１５にて受信し（Ｓ１６）、コンピュータプログラム２０をＲＡＭ１２へロードし、ロードしたコンピュータプログラム２０に従って、倍率ｓ及び信号間隔数ｍから、前記信号列の衝撃劣化指数と正常な設備から得られるべき信号列の衝撃劣化指数との比であるパラメータｈ（ｍ，ｓ）を、（９）式を用いて計算する（Ｓ１７）。
【００６１】
ＣＰＵ１１は、次に、ＲＡＭ１２にロードしたコンピュータプログラム２０に従って、計算したｈ（ｍ，ｓ）を予め定めてある所定値と比較し、ｈ（ｍ，ｓ）が所定値よりも大きいか否かを判定する（Ｓ１８）。図３は、ｍ＝１２の条件でパラメータｈ（ｍ，ｓ）を計算した結果を示す図表である。状態を監視している設備が転がり軸受けである場合、初期異常として複数の転動体の中の一の転動体に小さな傷が生じることがあり、初期異常が生じた転がり軸受けを使用し続けた場合は、転動体の傷が拡大し、また他の転動体へも傷が伝搬して異常が拡大していく。異常の拡大を防止するためには、初期異常を検出することが重要となる。状態を監視している設備が、転動体の数が１２個である転がり軸受けである場合、一の転動体に傷が発生したときに、１２個の信号毎に一の大信号が観測され、傷が大規模であるときにはより大きい大信号が観測される。設備が正常であるときは、定義によりパラメータｈ（ｍ，ｓ）の値は１であり、図３に示す如く、大信号の絶対値の倍率ｓが大きくなるにつれてｈ（ｍ，ｓ）の値も大きくなり、ｈ（ｍ，ｓ）の値に設備の異常の度合いを判定することができる。例えば、ｈ（ｍ，ｓ）が１．８より大きい場合は小規模の傷が発生しており、ｈ（ｍ，ｓ）が２．７より大きい場合は大規模の傷が発生しているなどの判定をすることができる。
【００６２】
ステップＳ１８にてｈ（ｍ，ｓ）が所定値より大きくない場合には（Ｓ１８：ＮＯ）、ＣＰＵ１１は、ＲＡＭ１２にロードしたコンピュータプログラム２０に従って、監視対象の設備は正常であると判定して処理を終了し、ｈ（ｍ，ｓ）が所定値よりも大きい場合には（Ｓ１８：ＹＥＳ）、監視対象の設備が異常であると判定して、ｈ（ｍ，ｓ）の値に応じた異常の度合いを示す異常情報を、出力部１６から警報装置４へ送信し（Ｓ１９）、処理を終了する。警報装置４は、状態監視装置１から受信した異常情報に従って、ブザーを鳴らす、ランプを点灯させる、又は表示部に異常情報の内容を表示する等、設備の異常を報知し、異常であると判定された設備が手動で停止されるなどの処置が行われる。
【００６３】
なお、前述の処理では、信号間隔数ｍをデータ取得装置３２にて計測する処理を含んでいるが、初期異常時に発生する大信号の信号間隔数ｍは、転がり軸受けの転動体の数または歯車の数などの既知の値に対応しているため、信号間隔数ｍの値を予め状態監視装置１の内部記憶装置１４に記憶しておき、記憶している信号間隔数ｍを用いてｈ（ｍ，ｓ）を計算する処理を用いてもよい。
【００６４】
以上詳述した如く、本発明においては、取得した信号列に大信号が含まれている場合に、大信号の絶対値の倍率ｓ及び大信号の信号間隔数ｍを用いて簡易的にパラメータｈ（ｍ，ｓ）を計算し、計算したｈ（ｍ，ｓ）の値に応じて設備の状態を判定する。（９）式を用いて簡易的にパラメータｈ（ｍ，ｓ）を計算することにより、信号が蓄積される速度に比べて充分高速にパラメータｈ（ｍ，ｓ）を計算することが可能となり、設備の異常の検知または遅れを起こすことなく設備の状態に即時的に対応する状態監視を行うことができる。また、周期運動体の劣化状態を判定するために良好な指標である衝撃劣化指数の比であるパラメータｈ（ｍ，ｓ）を用いることにより、設備の異常を確実に検出することができ、またｈ（ｍ，ｓ）の値に応じて異常の程度を判別することができる。更に、本発明の状態監視方法は、転がり軸受けの一の転動体に傷が生じた場合などの、設備の初期異常を敏感に検出することが可能であり、本発明の設備監視方法を用いて初期異常を検出することにより設備の大規模な故障を未然に防止することができる。
【００６５】
本実施の形態においては、一のセンサ３１が計測したデータに基づいて設備の状態を監視する形態を示しているが、これに限るものではなく、一の設備、又は複数の設備の夫々に複数のセンサ３１を備え、複数のセンサ３１の夫々をデータ取得装置３２及び通信ネットワークＮＷを介して状態監視装置１に接続させ、夫々のセンサ３１が計測した夫々のデータに基づいて一又は複数の設備の状態を監視する形態としてもよい。また、本実施の形態においては、データ取得装置３２が取得した信号を蓄積する形態を示しているが、データ取得装置３２は取得した信号を蓄積せずに状態監視装置１へ送信し、状態監視装置１が受信した複数の信号を蓄積して、所定数の信号が蓄積されたときに異常の判定を行う形態としてもよい。また、本実施の形態においては、状態監視装置１の出力部１６に警報装置４が接続されている形態を示しているが、状態監視装置１により設備が異常であると判定された場合に設備を停止させる等の設備の制御を行う制御装置を接続させる形態としてもよい。また、本実施の形態においては、状態監視装置１は、本発明のパラメータ計算装置の機能を兼ね備えている形態を示しているが、パラメータ計算装置と状態監視装置とを別々の装置にて構成してもよい。
【００６６】
また、本実施の形態においては、監視対象の設備が転がり軸受けであるとして主に説明を行っているが、歯車またはチェーン等、周期的な運動を行う他の設備に対しても本発明は適用できる。
【００６７】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における状態監視方法を示す概念図である。本実施の形態においては、電卓などの簡易的な計算装置を用いて設備の状態を把握する。設備に設けられたセンサ３１には、オシロスコープ等のデータ表示装置５１が接続されており、データ表示装置５１は、センサ３１が計測した計測データを表示する。データ表示装置５１には、図５に示す如きデータが表示され、設備に異常が発生した場合には、図５（ｂ）に示す如き大信号が含まれるデータが表示される。設備の作業員などのオペレータは、データ表示装置５１に表示されたデータから大信号の絶対値の倍率ｓを目測し、電卓などの計算装置５２へ倍率ｓ及び大信号の信号間隔数ｍを入力し、（９）式を用いて、パラメータｈ（ｍ，ｓ）を計算装置５２にて計算する。（９）式の簡易的な式を用いることにより、簡単にｈ（ｍ，ｓ）を計算することが可能となり、センサ３１が計測した計測データを直接に観測したオペレータが電卓などの簡易的な計算装置を用いてｈ（ｍ，ｓ）を計算して、設備が稼働している現場において簡単に設備の状態を把握することができる。
【００６８】
【発明の効果】
第１、第３、第８及び第１０発明においては、周期運動体から得られるデータの一周期分を一の信号とした、複数の信号からなる信号列について、該信号列の衝撃劣化指標と正常な信号列の衝撃劣化指標との非であるパラメータを、簡易的に求めることができる。特に、電卓などの簡易的な計算装置を用いて前記パラメータを計算することができる。
【００６９】
第２、第４、第６、第７、第９及び第１１発明においては、簡易的に計算される前記パラメータを用いて周期運動体である監視対象の状態を判定することにより、監視対象の状態を高速で判定することができ、設備の異常の検知または遅れを起こすことなく設備の状態に即時的に対応する状態監視を行うことができる。
【００７０】
第５発明においては、振動体の劣化状態を判定するために良好な指標である衝撃劣化指標の比であるパラメータを所定値と比較して、前記パラメータが所定値よりも大きい場合に監視対象が異常であると判定することにより、初期故障を確実に検知することができる。また前記パラメータの値に応じて異常の程度を判別することができる。更に、初期異常を検出することにより大規模な故障を未然に防止することができる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の状態監視システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の状態監視システムが行う動作を示すフローチャートである。
【図３】ｍ＝１２の条件でパラメータｈ（ｍ，ｓ）を計算した結果を示す図表である。
【図４】本発明の実施の形態２における状態監視方法を示す概念図である。
【図５】振動体から得られる振動データの例を示す模式的特性図である。
【図６】確率密度関数ｐ（ｘ）の曲率Ｃ（ｘ）を示した特性図である。
【符号の説明】
１　状態監視装置
２　記録媒体
２０　コンピュータプログラム
３１　センサ
３２　データ取得装置
４　警報装置
５１　データ表示装置
５２　計算装置
【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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