(57)【要約】【課題】監視対象の状態を監視する方法、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、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にて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。転がり軸受け等の監視対象の振動データをセンサ３１で計測してデータ表示装置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と一の大信号当たりの信号数ｍとから、標準の信号列の正規化ｎ次モーメントを得られた信号列の正規化ｎ次モーメントで除したパラメータＺＬ  （ｎ）を簡易式により計算する。ＺＬ  （ｎ）はバイコヒーレンスと同様の挙動を示し、ＺＬ  （ｎ）の値が所定値よりも小さ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７
2004295427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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り、他の信号よりも絶対値が大きい大信号を所定数の信号毎に含む信号列に基づいて、前記監視対象の状態を監視する方法であって、
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を受付部にて受け付け、
一の大信号当たりに前記信号列に含まれる信号数を記憶部に記憶し、
ｎを自然数として、前記信号列の平均値まわりのｎ次モーメントを前記信号列の分散のｎ／２で除した値である正規化ｎ次モーメントで、大信号を含まない標準信号列の正規化ｎ次モーメントを除した値であるパラメータを、前記倍率および前記信号数を用いて演算部にて計算し、
計算したパラメータ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２】
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、複数の信号からなり、他の信号よりも絶対値が大きい大信号を含む信号列について、前記信号間の関係を示すパラメータを計算する方法であって、大信号をｍ個毎に含むＬ個の信号からなる第１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、
一の大信号当たりに第１信号列に含まれる信号数ｍを記憶部に記憶し、
ｎを自然数として、大信号を含まないＮ個の信号からなる標準信号列に第１信号列を加えて構成される第２信号列の平均値まわりのｎ次モーメントを第２信号列の分散のｎ／２乗で除した値である正規化ｎ次モーメントで、標準信号列の正規化ｎ次モーメントを除した値であるパラメータＺＮ＋Ｌ  （ｎ）を、以下の式
【数１】
2004295427.tif 000031
に基づいて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３】
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、複数の信号からなり、他の信号よりも絶対値が大きい大信号を所定数の信号毎に含む信号列について、前記信号間の関係を示すパラメータを計算する方法であって、
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、
一の大信号当たりに前記信号列に含まれる信号数ｍを記憶部に記憶し、
ｎを自然数として、前記信号列の平均値まわりのｎ次モーメントを前記信号列の分散のｎ／２で除した値である正規化ｎ次モーメントで、大信号を含まない標準信号列の正規化ｎ次モーメントを除した値であるパラメータＺＬ  （ｎ）を、以下の式
【数２】
2004295427.tif 000032
に基づいて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４】
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り、他の信号よりも絶対値が大きい大信号を含む信号列に基づいて、前記監視対象の状態を監視する方法であって、
大信号をｍ個毎に含むＬ個の信号からなる第１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、
一の大信号当たりに第１信号列に含まれる信号数ｍを記憶部に記憶し、
ｎを自然数として、大信号を含まないＮ個の信号からなる標準信号列に第１信号列を加えて構成される第２信号列の平均値まわりのｎ次モーメントを第２信号列の分散のｎ／２乗で除した値である正規化ｎ次モーメントで、標準信号列の正規化ｎ次モーメントを除した値であるパラメータＺＮ＋Ｌ  （ｎ）を、以下の式
【数３】
2004295427.tif 000033
に基づいて演算部にて計算し、
計算したパラメータＺＮ＋Ｌ  （ｎ）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５】
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り、他の信号よりも絶対値が大きい大信号を所定数の信号毎に含む信号列に基づいて、前記監視対象の状態を監視する方法であって、
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、
一の大信号当たりに前記信号列に含まれる信号数ｍを記憶部に記憶し、
ｎを自然数として、前記信号列の平均値まわりのｎ次モーメントを前記信号列の分散のｎ／２で除した値である正規化ｎ次モーメントで、大信号を含まない標準信号列の正規化ｎ次モーメントを除した値であるパラメータＺＬ  （ｎ）を、以下の式
【数４】
2004295427.tif 000034
に基づいて演算部にて計算し、
計算したパラメータＺＬ  （ｎ）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６】
複数の信号からなり、他の信号よりも絶対値が大きい大信号を含む信号列について、前記信号間の関係を示すパラメータを計算する装置であって、
大信号をｍ個毎に含むＬ個の信号からなる第１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を受け付ける手段と、
一の大信号当たりに第１信号列に含まれる信号数ｍを記憶する手段と、
ｎを自然数として、大信号を含まないＮ個の信号からなる標準信号列に第１信号列を加えて構成される第２信号列の平均値まわりのｎ次モーメントを第２信号列の分散のｎ／２乗で除した値である正規化ｎ次モーメントで、標準信号列の正規化ｎ次モーメントを除した値であるパラメータＺＮ＋Ｌ  （ｎ）を、以下の式
【数５】
2004295427.tif 000035
に基づいて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７】
複数の信号からなり、他の信号よりも絶対値が大きい大信号を所定数の信号毎に含む信号列について、前記信号間の関係を示すパラメータを計算する装置であって、
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を受け付ける手段と、
一の大信号当たりに前記信号列に含まれる信号数ｍを記憶する手段と、
ｎを自然数として、前記信号列の平均値まわりのｎ次モーメントを前記信号列の分散のｎ／２で除した値である正規化ｎ次モーメントで、大信号を含まない標準信号列の正規化ｎ次モーメントを除した値であるパラメータＺＬ  （ｎ）を、以下の式
【数６】
2004295427.tif 000036
に基づいて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８】
監視対象の状態を示す複数の信号からなり、他の信号よりも絶対値が大きい大信号を含む信号列に基づいて、前記監視対象の状態を監視する装置であって、
大信号をｍ個毎に含むＬ個の信号からなる第１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を受け付ける手段と、
一の大信号当たりに第１信号列に含まれる信号数ｍを記憶する手段と、
ｎを自然数として、大信号を含まないＮ個の信号からなる標準信号列に第１信号列を加えて構成される第２信号列の平均値まわりのｎ次モーメントを第２信号列の分散のｎ／２乗で除した値である正規化ｎ次モーメントで、標準信号列の正規化ｎ次モーメントを除した値であるパラメータＺＮ＋Ｌ  （ｎ）を、以下の式
【数７】
2004295427.tif 000037
に基づいて計算する手段と、
計算したパラメータＺＮ＋Ｌ  （ｎ）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９】
監視対象の状態を示す複数の信号からなり、他の信号よりも絶対値が大きい大信号を所定数の信号毎に含む信号列に基づいて、前記監視対象の状態を監視する装置であって、
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を受け付ける手段と、
一の大信号当たりに前記信号列に含まれる信号数ｍを記憶する手段と、
ｎを自然数として、前記信号列の平均値まわりのｎ次モーメントを前記信号列の分散のｎ／２で除した値である正規化ｎ次モーメントで、大信号を含まない標準信号列の正規化ｎ次モーメントを除した値であるパラメータＺＬ  （ｎ）を、以下の式
【数８】
2004295427.tif 000038
に基づいて計算する手段と、
計算したパラメータＺＬ  （ｎ）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１０】
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小さい場合に、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８又は９に記載の状態監視装置。
【請求項１１】
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８乃至１０のいずれか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１２】
大信号が前記信号列に含まれていた場合に、一の大信号当たりに前記信号列に含まれる信号数を計測する手段と、
計測した信号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１１に記載の状態監視システム。
【請求項１３】
コンピュータに、複数の信号からなり、他の信号よりも絶対値が大きい大信号を含む信号列について、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であって、
コンピュータに、大信号をｍ個毎に含む第１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、第１信号列に含まれる信号数Ｌ、及び一の大信号当たりに第１信号列に含まれる信号数ｍを読み込ませる手順と、
コンピュータに、自然数ｎ、及び大信号を含まない標準信号列に含まれる信号数Ｎを読み込ませる手順と、
コンピュータに、標準信号列に第１信号列を加えて構成される第２信号列の平均値まわりのｎ次モーメントを第２信号列の分散のｎ／２乗で除した値である正規化ｎ次モーメントで、標準信号列の正規化ｎ次モーメントを除した値であるパラメータＺＮ＋Ｌ  （ｎ）を、以下の式
【数９】
2004295427.tif 000039
に基づいて計算させる手順と
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１４】
コンピュータに、複数の信号からなり、他の信号よりも絶対値が大きい大信号を所定数の信号毎に含む信号列について、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であって、
コンピュータに、自然数ｎ、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前記大信号の絶対値の倍率ｓ、及び一の大信号当たりに前記信号列に含まれる信号数ｍを読み込ませる手順と、
コンピュータに、前記信号列の平均値まわりのｎ次モーメントを前記信号列の分散のｎ／２で除した値である正規化ｎ次モーメントで、大信号を含まない標準信号列の正規化ｎ次モーメントを除した値であるパラメータＺＬ  （ｎ）を、以下の式
【数１０】
2004295427.tif 000040
に基づいて計算させる手順と
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１５】
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り、他の信号よりも絶対値が大きい大信号を含む信号列に基づいて、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であって、
コンピュータに、大信号をｍ個毎に含む第１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、第１信号列に含まれる信号数Ｌ、及び一の大信号当たりに第１信号列に含まれる信号数ｍを読み込ませる手順と、
コンピュータに、自然数ｎ、及び大信号を含まない標準信号列に含まれる信号数Ｎを読み込ませる手順と、
コンピュータに、標準信号列に第１信号列を加えて構成される第２信号列の平均値まわりのｎ次モーメントを第２信号列の分散のｎ／２乗で除した値である正規化ｎ次モーメントで、標準信号列の正規化ｎ次モーメントを除した値であるパラメータＺＮ＋Ｌ  （ｎ）を、以下の式
【数１１】
2004295427.tif 000041
に基づいて計算させる手順と
コンピュータに、計算したパラメータＺＮ＋Ｌ  （ｎ）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１６】
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り、他の信号よりも絶対値が大きい大信号を所定数の信号毎に含む信号列に基づいて、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であって、
コンピュータに、自然数ｎ、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前記大信号の絶対値の倍率ｓ、及び一の大信号当たりに前記信号列に含まれる信号数ｍを読み込ませる手順と、
コンピュータに、前記信号列の平均値まわりのｎ次モーメントを前記信号列の分散のｎ／２で除した値である正規化ｎ次モーメントで、大信号を含まない標準信号列の正規化ｎ次モーメントを除した値であるパラメータＺＬ  （ｎ）を、以下の式
【数１２】
2004295427.tif 000042
に基づいて計算させる手順と
コンピュータに、計算したパラメータＺＬ  （ｎ）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１７】
コンピュータに、複数の信号からなり、他の信号よりも絶対値が大きい大信号を含む信号列について、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であって、
コンピュータに、大信号をｍ個毎に含む第１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、第１信号列に含まれる信号数Ｌ、及び一の大信号当たりに第１信号列に含まれる信号数ｍを読み込ませる手順と、
コンピュータに、自然数ｎ、及び大信号を含まない標準信号列に含まれる信号数Ｎを読み込ませる手順と、
コンピュータに、標準信号列に第１信号列を加えて構成される第２信号列の平均値まわりのｎ次モーメントを第２信号列の分散のｎ／２乗で除した値である正規化ｎ次モーメントで、標準信号列の正規化ｎ次モーメントを除した値であるパラメータＺＮ＋Ｌ  （ｎ）を、以下の式
【数１３】
2004295427.tif 000043
に基づいて計算させる手順と
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、及び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。指標の例として、取得したデータの周波数成分間の相関を正規化したバイコヒーレンスが知られている。時間ｔの関数であるデータｘ（ｔ）、取得したデータに含まれる任意の二つの周波数ｆ１  ，ｆ２  及び基本周期Ｔについて、バイコヒーレンスＢｉｃｘｘｘ  （ｆ１  ，ｆ２  ）は、
【０００５】
【数１４】
2004295427.tif 000003
【０００６】
で定義される。バイコヒーレンスは、各周波数の関わり合いを示すバイスペクトルをパワースペクトルで正規化した値であり、各周波数の関わりあいの大きさを示している。バイコヒーレンスの値は、
０＜Ｂｉｃｘｘｘ  （ｆ１  ，ｆ２  ）＜１
であり、周波数ｆ１  とｆ２  との関わりあいが大きい場合にバイコヒーレンスの値は１に近づき、関わりあいが小さい場合に０に近づく。特許文献１及び特許文献２では、設備が正常である間は、バイコヒーレンスの値は１に近く、設備に異常が生じたときには、バイコヒーレンスの値が０へ近づき、データからバイコヒーレンスを計算することで感度良く設備の異常を検知できることが示されている。
【０００７】
また、他の指標の例として、取得したデータの平均値まわりのモーメントを正規化した値が従来から用いられている。連続的なデータｘの確率密度関数ｐ（ｘ）、及びデータｘの平均値バーｘについて、
【０００８】
【数１５】
2004295427.tif 000004
【０００９】
で定義される歪度（Ｓｋｅｗｎｅｓｓ）ＳＫは、データの平均値まわりの３次モーメントを標準偏差の３乗で正規化した値であり、データの分布の非対称性を示している。設備に異常が生じて振幅の大きいデータが混在するときには、データの対称性が崩れ、データから歪度ＳＫを計算することにより、設備の異常を検出することができる。また、以下の式
【００１０】
【数１６】
2004295427.tif 000005
【００１１】
で定義される尖度（Ｋｕｒｔｏｓｉｓ）ＫＴは、データの平均値まわりの４次モーメントを標準偏差の４乗（分散の２乗）で正規化した値であり、データの分布の尖りぐあいを示している。設備に異常が生じて振幅の大きいデータが混在するときには、データの分布の尖りぐあいが正規分布からずれ、データから尖度ＫＴを計算することにより、設備の異常を検出することができる。
【００１２】
【特許文献１】
特公昭６２−６００１１号公報
【特許文献２】
特公昭６４−４６１１号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
工場内でＣＢＭを行う場合は、各設備にセンサーを備え、センサー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。工場内の設備の挙動は高速であり、演算能力が低い演算装置を用いていた場合は、演算装置が行う処理の速度に比べてデータが蓄積する速度が速いために、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。また、尖度またはバイコヒーレンス等の設備の異常を検出するためのパラメータを計算する式が複雑であるため、データを見た作業員がデータから直接に尖度を計算して設備の状態を把握することが困難であるという問題がある。
【００１４】
また、設備異常を判定する指標として、歪度および尖度と同様にして、６次又は８次等のモーメントを正規化した値を考えることができる。正規化されたモーメントの値は、次数が大きくなるほどデータの変化に対して値の変化が大きくなるため、より大きい次数のモーメントを指標として用いることにより、設備の異常をより敏感に検出できることが予想される。しかし、次数が大きくなるにつれて、正規化されたモーメントの値も大きくなるため、得られた値のみから設備異常を簡易的に判定することができず、歪度および尖度を含む正規化されたモーメントの値は、０から１の間で変化するバイコヒーレンスの値に比べて普遍性が低いという問題がある。
【００１５】
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、設備の異常を検出するための指標として、データの平均値まわりのｎ次モーメントを正規化した正規化ｎ次モーメントと標準的な挙動を示す設備から得られるデータの正規化ｎ次モーメントとの比を逆数にした普遍性が高い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。
【００１６】
更に、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、状態監視装置、状態監視システム、コンピュータを前記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を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る状態監視方法は、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り、他の信号よりも絶対値が大きい大信号を所定数の信号毎に含む信号列に基づいて、前記監視対象の状態を監視する方法であって、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を受付部にて受け付け、一の大信号当たりに前記信号列に含まれる信号数を記憶部に記憶し、ｎを自然数として、前記信号列の平均値まわりのｎ次モーメントを前記信号列の分散のｎ／２で除した値である正規化ｎ次モーメントで、大信号を含まない標準信号列の正規化ｎ次モーメントを除した値であるパラメータを、前記倍率および前記信号数を用いて演算部にて計算し、計算したパラメータ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２発明に係るパラメータ計算方法は、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、複数の信号からなり、他の信号よりも絶対値が大きい大信号を含む信号列について、前記信号間の関係を示すパラメータを計算する方法であって、大信号をｍ個毎に含むＬ個の信号からなる第１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、一の大信号当たりに第１信号列に含まれる信号数ｍを記憶部に記憶し、ｎを自然数として、大信号を含まないＮ個の信号からなる標準信号列に第１信号列を加えて構成される第２信号列の平均値まわりのｎ次モーメントを第２信号列の分散のｎ／２乗で除した値である正規化ｎ次モーメントで、標準信号列の正規化ｎ次モーメントを除した値であるパラメータＺＮ＋Ｌ  （ｎ）を、以下の式
【００１９】
【数１７】
2004295427.tif 000006
【００２０】
に基づいて演算部にて計算することを特徴とする。
【００２１】
第３発明に係るパラメータ計算方法は、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、複数の信号からなり、他の信号よりも絶対値が大きい大信号を所定数の信号毎に含む信号列について、前記信号間の関係を示すパラメータを計算する方法であって、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、一の大信号当たりに前記信号列に含まれる信号数ｍを記憶部に記憶し、ｎを自然数として、前記信号列の平均値まわりのｎ次モーメントを前記信号列の分散のｎ／２で除した値である正規化ｎ次モーメントで、大信号を含まない標準信号列の正規化ｎ次モーメントを除した値であるパラメータＺＬ  （ｎ）を、以下の式
【００２２】
【数１８】
2004295427.tif 000007
【００２３】
に基づいて演算部にて計算することを特徴とする。
【００２４】
第４発明に係る状態監視方法は、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り、他の信号よりも絶対値が大きい大信号を含む信号列に基づいて、前記監視対象の状態を監視する方法であって、大信号をｍ個毎に含むＬ個の信号からなる第１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、一の大信号当たりに第１信号列に含まれる信号数ｍを記憶部に記憶し、ｎを自然数として、大信号を含まないＮ個の信号からなる標準信号列に第１信号列を加えて構成される第２信号列の平均値まわりのｎ次モーメントを第２信号列の分散のｎ／２乗で除した値である正規化ｎ次モーメントで、標準信号列の正規化ｎ次モーメントを除した値であるパラメータＺＮ＋Ｌ  （ｎ）を、以下の式
【００２５】
【数１９】
2004295427.tif 000008
【００２６】
に基づいて演算部にて計算し、計算したパラメータＺＮ＋Ｌ  （ｎ）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。
【００２７】
第５発明に係る状態監視方法は、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り、他の信号よりも絶対値が大きい大信号を所定数の信号毎に含む信号列に基づいて、前記監視対象の状態を監視する方法であって、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、一の大信号当たりに前記信号列に含まれる信号数ｍを記憶部に記憶し、ｎを自然数として、前記信号列の平均値まわりのｎ次モーメントを前記信号列の分散のｎ／２で除した値である正規化ｎ次モーメントで、大信号を含まない標準信号列の正規化ｎ次モーメントを除した値であるパラメータＺＬ  （ｎ）を、以下の式
【００２８】
【数２０】
2004295427.tif 000009
【００２９】
に基づいて演算部にて計算し、計算したパラメータＺＬ  （ｎ）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。
【００３０】
第６発明に係るパラメータ計算装置は、複数の信号からなり、他の信号よりも絶対値が大きい大信号を含む信号列について、前記信号間の関係を示すパラメータを計算する装置であって、大信号をｍ個毎に含むＬ個の信号からなる第１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を受け付ける手段と、一の大信号当たりに第１信号列に含まれる信号数ｍを記憶する手段と、ｎを自然数として、大信号を含まないＮ個の信号からなる標準信号列に第１信号列を加えて構成される第２信号列の平均値まわりのｎ次モーメントを第２信号列の分散のｎ／２乗で除した値である正規化ｎ次モーメントで、標準信号列の正規化ｎ次モーメントを除した値であるパラメータＺＮ＋Ｌ  （ｎ）を、以下の式
【００３１】
【数２１】
2004295427.tif 000010
【００３２】
に基づいて計算する手段とを備えることを特徴とする。
【００３３】
第７発明に係るパラメータ計算装置は、複数の信号からなり、他の信号よりも絶対値が大きい大信号を所定数の信号毎に含む信号列について、前記信号間の関係を示すパラメータを計算する装置であって、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を受け付ける手段と、一の大信号当たりに前記信号列に含まれる信号数ｍを記憶する手段と、ｎを自然数として、前記信号列の平均値まわりのｎ次モーメントを前記信号列の分散のｎ／２で除した値である正規化ｎ次モーメントで、大信号を含まない標準信号列の正規化ｎ次モーメントを除した値であるパラメータＺＬ  （ｎ）を、以下の式
【００３４】
【数２２】
2004295427.tif 000011
【００３５】
に基づいて計算する手段とを備えることを特徴とする。
【００３６】
第８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り、他の信号よりも絶対値が大きい大信号を含む信号列に基づいて、前記監視対象の状態を監視する装置であって、大信号をｍ個毎に含むＬ個の信号からなる第１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を受け付ける手段と、一の大信号当たりに第１信号列に含まれる信号数ｍを記憶する手段と、ｎを自然数として、大信号を含まないＮ個の信号からなる標準信号列に第１信号列を加えて構成される第２信号列の平均値まわりのｎ次モーメントを第２信号列の分散のｎ／２乗で除した値である正規化ｎ次モーメントで、標準信号列の正規化ｎ次モーメントを除した値であるパラメータＺＮ＋Ｌ  （ｎ）を、以下の式
【００３７】
【数２３】
2004295427.tif 000012
【００３８】
に基づいて計算する手段と、計算したパラメータＺＮ＋Ｌ  （ｎ）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。
【００３９】
第９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り、他の信号よりも絶対値が大きい大信号を所定数の信号毎に含む信号列に基づいて、前記監視対象の状態を監視する装置であって、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を受け付ける手段と、一の大信号当たりに前記信号列に含まれる信号数ｍを記憶する手段と、ｎを自然数として、前記信号列の平均値まわりのｎ次モーメントを前記信号列の分散のｎ／２で除した値である正規化ｎ次モーメントで、大信号を含まない標準信号列の正規化ｎ次モーメントを除した値であるパラメータＺＬ  （ｎ）を、以下の式
【００４０】
【数２４】
2004295427.tif 000013
【００４１】
に基づいて計算する手段と、計算したパラメータＺＬ  （ｎ）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。
【００４２】
第１０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小さい場合に、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。
【００４３】
第１１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８乃至第１０発明のいずれか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。
【００４４】
第１２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、一の大信号当たりに前記信号列に含まれる信号数を計測する手段と、計測した信号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。
【００４５】
第１３発明に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、複数の信号からなり、他の信号よりも絶対値が大きい大信号を含む信号列について、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であって、コンピュータに、大信号をｍ個毎に含む第１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、第１信号列に含まれる信号数Ｌ、及び一の大信号当たりに第１信号列に含まれる信号数ｍを読み込ませる手順と、コンピュータに、自然数ｎ、及び大信号を含まない標準信号列に含まれる信号数Ｎを読み込ませる手順と、コンピュータに、標準信号列に第１信号列を加えて構成される第２信号列の平均値まわりのｎ次モーメントを第２信号列の分散のｎ／２乗で除した値である正規化ｎ次モーメントで、標準信号列の正規化ｎ次モーメントを除した値であるパラメータＺＮ＋Ｌ  （ｎ）を、以下の式
【００４６】
【数２５】
2004295427.tif 000014
【００４７】
に基づいて計算させる手順とを含むことを特徴とする。
【００４８】
第１４発明に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、複数の信号からなり、他の信号よりも絶対値が大きい大信号を所定数の信号毎に含む信号列について、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であって、コンピュータに、自然数ｎ、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前記大信号の絶対値の倍率ｓ、及び一の大信号当たりに前記信号列に含まれる信号数ｍを読み込ませる手順と、コンピュータに、前記信号列の平均値まわりのｎ次モーメントを前記信号列の分散のｎ／２で除した値である正規化ｎ次モーメントで、大信号を含まない標準信号列の正規化ｎ次モーメントを除した値であるパラメータＺＬ  （ｎ）を、以下の式
【００４９】
【数２６】
2004295427.tif 000015
【００５０】
に基づいて計算させる手順とを含むことを特徴とする。
【００５１】
第１５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り、他の信号よりも絶対値が大きい大信号を含む信号列に基づいて、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であって、コンピュータに、大信号をｍ個毎に含む第１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、第１信号列に含まれる信号数Ｌ、及び一の大信号当たりに第１信号列に含まれる信号数ｍを読み込ませる手順と、コンピュータに、自然数ｎ、及び大信号を含まない標準信号列に含まれる信号数Ｎを読み込ませる手順と、コンピュータに、標準信号列に第１信号列を加えて構成される第２信号列の平均値まわりのｎ次モーメントを第２信号列の分散のｎ／２乗で除した値である正規化ｎ次モーメントで、標準信号列の正規化ｎ次モーメントを除した値であるパラメータＺＮ＋Ｌ  （ｎ）を、以下の式
【００５２】
【数２７】
2004295427.tif 000016
【００５３】
に基づいて計算させる手順とコンピュータに、計算したパラメータＺＮ＋Ｌ  （ｎ）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。
【００５４】
第１６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り、他の信号よりも絶対値が大きい大信号を所定数の信号毎に含む信号列に基づいて、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であって、コンピュータに、自然数ｎ、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前記大信号の絶対値の倍率ｓ、及び一の大信号当たりに前記信号列に含まれる信号数ｍを読み込ませる手順と、コンピュータに、前記信号列の平均値まわりのｎ次モーメントを前記信号列の分散のｎ／２で除した値である正規化ｎ次モーメントで、大信号を含まない標準信号列の正規化ｎ次モーメントを除した値であるパラメータＺＬ  （ｎ）を、以下の式
【００５５】
【数２８】
2004295427.tif 000017
【００５６】
に基づいて計算させる手順とコンピュータに、計算したパラメータＺＬ  （ｎ）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。
【００５７】
第１７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、複数の信号からなり、他の信号よりも絶対値が大きい大信号を含む信号列について、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であって、コンピュータに、大信号をｍ個毎に含む第１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、第１信号列に含まれる信号数Ｌ、及び一の大信号当たりに第１信号列に含まれる信号数ｍを読み込ませる手順と、コンピュータに、自然数ｎ、及び大信号を含まない標準信号列に含まれる信号数Ｎを読み込ませる手順と、コンピュータに、標準信号列に第１信号列を加えて構成される第２信号列の平均値まわりのｎ次モーメントを第２信号列の分散のｎ／２乗で除した値である正規化ｎ次モーメントで、標準信号列の正規化ｎ次モーメントを除した値であるパラメータＺＮ＋Ｌ  （ｎ）を、以下の式
【００５８】
【数２９】
2004295427.tif 000018
【００５９】
に基づいて計算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。
【００６０】
本発明者は、周期運動体から得られるデータについて、前記周期運動体である監視対象の異常を検出するための指標として、歪度および尖度などの指標を一般化した、データの平均値まわりのｎ次モーメントを分散のｎ／２乗で除した値である正規化ｎ次モーメントを簡易的に計算する計算式を導出し、更に、監視対象の異常を判定しやすい指標となる新たなパラメータを提案する。監視対象から得られた信号を時間ｔの関数ｘ（ｔ）、平均値バーｘの定常確率過程とし、その確率密度関数をｐ（ｘ）とする。このとき、平均値バーｘは、
【００６１】
【数３０】
2004295427.tif 000019
【００６２】
である。信号が離散的に得られた場合は、サンプリング間隔をΔｔとすると、離散データｘｋ  は、
ｘｋ  ＝ｘ（ｋΔｔ）  ｋ＝１，２，…
であり、平均値バーｘは、
【００６３】
【数３１】
2004295427.tif 000020
【００６４】
である。歪度および尖度の場合と同様に、正規化された確率密度関数のｎ次モーメントＱ（ｎ）は、
【００６５】
【数３２】
2004295427.tif 000021
【００６６】
である。Ｑ（ｎ）を離散データから求めた場合は、Ｑ（ｎ）は、
【００６７】
【数３３】
2004295427.tif 000022
【００６８】
となる。離散的なＮ個の信号が得られたときに、得られたＮ個の信号から計算したＱ（ｎ）をＱＮ  （ｎ）とおくと、ＱＮ  （ｎ）は、以下の式で定義できる。
【００６９】
【数３４】
2004295427.tif 000023
【００７０】
得られるデータとして転がり軸受けの振動などの周期運動体から得られるデータを考える。図８は、周期振動体から得られるデータの例を示す模式的特性図であり、横軸は時間を示し、縦軸は得られたデータの値を示す。転がり軸受けの場合、転動体が軸に接触する都度振動が発生し、振動をセンサで測定したときには図８（ａ）に示す如き振動の変位を縦軸としたデータが得られる。振動の変位を信号ｘｎ  の値としたときには、平均値が０の信号列｛ｘｎ  ｝が得られる。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、周期運動体は大きい振動を発生する。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大きい振動が発生し、図８（ｂ）に示す如く、ｍ回の振動毎に一回の大きい振動が含まれる振動のデータが得られる。この場合において、発生する振動の周期に略一致した周期で振動の変位ｘｎ  をサンプリングした場合は、平均値が０であって他の信号よりも絶対値が大きい大信号をｍ個毎に含む信号列が得られる。正常な周期運動体から得られたＮ個の信号からなる信号列｛ｘｎ  ：ｎ＝１，２，…，Ｎ｝を標準信号列、異常な周期運動体から得られたｍ個毎に大信号を含むＬ個の信号からなる信号列｛ｘｎ  ：ｎ＝Ｎ＋１，…，Ｎ＋Ｌ｝を第１信号列とし、標準信号列に第１信号列を加えて構成される信号列｛ｘｎ  ：ｎ＝１，２，…，Ｎ，…，Ｎ＋Ｌ｝を第２信号列とする。標準信号列における平均、分散、及びｎ次モーメントを、バーｘＮ  ，σＮ２，及びＭＮ  （ｎ）とおき、第１信号列における平均、分散、及びｎ次モーメントを、バーｘＮ／Ｌ  ，σＮ／Ｌ２，及びＭＮ／Ｌ  （ｎ）とおく。ここで、
【００７１】
【数３５】
2004295427.tif 000024
【００７２】
である。従って、（１）式より、標準信号列の正規化ｎ次モーメントＱＮ  （ｎ）は、
ＱＮ  （ｎ）＝ＭＮ  （ｎ）／（σＮ２）ｎ／２…（２）
となる。
【００７３】
標準信号列と第１信号列とにおけるｘｎ  の平均値は共に等しく０であると仮定し、標準信号列における分散と、第１信号列の大信号以外の部分における分散とは等しいと仮定する。更に、標準信号列の平均値まわりのｎ次モーメントと、第１信号列の大信号以外の部分の平均値まわりのｎ次モーメントとは等しいと仮定する。このとき、第１信号列における分散σＮ／Ｌ２は、
【００７４】
【数３６】
2004295427.tif 000025
【００７５】
と表すことができる。（３）式中のｘ’ｉは大信号以外の信号を示し、Ｘｉ  は大信号を示している。（３）式の第一項は、大信号以外の部分を示しており、標準信号列の分散に（１−１／ｍ）を掛けた値で表現することができる。第二項は大信号の部分を示しており、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ｓとしたときには、大信号の絶対値はｓ倍になるため、Ｘｉ＝ｓｘ’ｉとなる。バーｘ＝０であるため、（３）式は更に、次の式で表すことができる。
【００７６】
【数３７】
2004295427.tif 000026
【００７７】
同様にして、第１信号列の平均値まわりのｎ次モーメントＭＮ／Ｌ  （ｎ）は、以下の式で表すことができる。
【００７８】
【数３８】
2004295427.tif 000027
【００７９】
従って、第２信号列の正規化ｎ次モーメントをＱＮ＋Ｌ  （ｎ）とおくと、（２）式、（３）式および（５）式より、ＱＮ＋Ｌ  （ｎ）は、
【００８０】
【数３９】
2004295427.tif 000028
【００８１】
と表すことができる。（６）式を用いることにより、複雑な計算を行うことなく第２信号列の正規化ｎ次モーメントＱＮ＋Ｌ  （ｎ）を簡易的に計算することができる。このときｎ＝３とすればＱＮ＋Ｌ  （３）は歪度であり、ｎ＝４とすればＱＮ＋Ｌ  （４）は尖度である。次に、第２信号列の正規化ｎ次モーメントＱＮ＋Ｌ  （ｎ）と、標準信号列の正規化ｎ次モーメントＱＮ  （ｎ）との比Ｆａを考える。比Ｆａは、
Ｆａ＝ＱＮ＋Ｌ  （ｎ）／ＱＮ  （ｎ）  …（７）
である。本発明者は、周期運動体である監視対象の異常を検出するための指標として、Ｆａの逆数であるパラメータＺＮ＋Ｌ  （ｎ）＝１／Ｆａを提案する。（６）式および（７）式より、第２信号列に係るパラメータＺＮ＋Ｌ  （ｎ）は、
【００８２】
【数４０】
2004295427.tif 000029
【００８３】
である。ＺＮ＋Ｌ  （ｎ）の値は、
ｓ＝１のとき、ＺＮ＋Ｌ  （ｎ）＝１
ｓ→∞のとき、ＺＮ＋Ｌ  （ｎ）→｛Ｌ／ｍ（Ｎ＋Ｌ）｝（ｎ／２）−１  ≒０
となる。即ち、ｓ＝１であって大きい信号の発生がなく監視対象が正常である場合にＺＮ＋Ｌ  （ｎ）＝１となり、ｓが大きくなって設備に異常が生じた場合にＺＮ＋Ｌ  （ｎ）は０へ近づき、バイコヒーレンスと同様の挙動を示す。また、第１信号列に係るパラメータＺＬ  （ｎ）は、（８）式においてＮ＝０とすることにより、
【００８４】
【数４１】
2004295427.tif 000030
【００８５】
となる。パラメータＺＬ  （ｎ）の値は、
ｓ＝１のとき、ＺＬ  （ｎ）＝１
ｓ→∞のとき、ＺＬ  （ｎ）→ｍ１−（ｎ／２）  ≒０
であり、ＺＮ＋Ｌ  （ｎ）と同様の挙動を示す。従って、得られたデータからＺＮ＋Ｌ  （ｎ）又はＺＬ  （ｎ）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。
【００８６】
第１発明においては、監視対象の状態を示す信号列から、前記信号列の平均値まわりのｎ次モーメントを前記信号列の分散のｎ／２で除した値である正規化ｎ次モーメントで、大信号を含まない標準信号列の正規化ｎ次モーメントを除した値であるパラメータを計算し、計算したパラメータを用いて監視対象の状態を判定する。
【００８７】
第２、第６、第１３及び第１７発明においては、標準信号列の正規化ｎ次モーメントを、大信号を所定数毎に含む第１信号列を標準信号列に加えて構成される第２信号列の正規化ｎ次モーメントで除した値であるパラメータＺＮ＋Ｌ  （ｎ）を、（８）式を用いることにより簡易的に計算する。
【００８８】
第３、第７及び第１４発明においては、監視対象の状態を示す信号列から、標準信号列の正規化ｎ次モーメントを前記信号列の正規化ｎ次モーメントで除した値であるパラメータＺＬ  （ｎ）を、（９）式を用いることにより簡易的に計算する。
【００８９】
第４、第５、第８、第９、第１１、第１２、第１５及び第１６発明においては、簡易的に計算されるパラメータの値に基づいて、監視対象の状態を高速で判定する。
【００９０】
第１０発明においては、計算したパラメータは、監視対象が正常である場合に１となり、監視対象が異常である場合に０へ近づくため、パラメータの値が所定値よりも小さい場合に監視対象が異常であると判定する。
【００９１】
【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。
【００９２】
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ＣＰＵ（演算部）１１と、演算に伴って発生する一時的な情報を記憶するＲＡＭ（記憶部）１２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。内部記憶装置１４は、監視対象の設備に応じて、状態の監視を行うために計算するパラメータとして利用する信号列のモーメントの次数となる自然数ｎと、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た、初期異常時に発生する信号列について一の大信号当たりの信号数ｍを記憶してある。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。
【００９３】
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。
【００９４】
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８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、設備の振動に略一致した周期などの所定の周期でセンサ３１から入力された計測データをサンプリングし（Ｓ１０１）、平均値が０である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、信号が所定数蓄積されたか否かを判定し（Ｓ１０２）、信号が所定数蓄積されていない場合は（Ｓ１０２：ＮＯ）、ステップＳ１０１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（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、複数の信号からなる信号列に所定値よりも大きい絶対値を有する大信号が含まれているか否かを判定する（Ｓ１０３）。大信号が第１信号列に含まれていない場合には（Ｓ１０３：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（Ｓ１０３：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を計測し（Ｓ１０４）、計測した倍率ｓ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（Ｓ１０５）。
【００９５】
状態監視装置１のＣＰＵ１１は、倍率ｓを入力部１５にて受信し（Ｓ１０６）、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、内部記憶装置１４に記憶してある自然数ｎ、及び一の大信号当たりの信号数ｍをＲＡＭ１２へ読み出し（Ｓ１０７）、ｓ、ｎ及びｍから、設備が正常である場合に得られる正規化ｎ次モーメントを前記信号列の正規化ｎ次モーメントで除した値であるパラメータＺＬ  （ｎ）を、（９）式を用いて計算する（Ｓ１０８）。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、計算したパラメータＺＬ  （ｎ）を予め定めてある所定値と比較し、ＺＬ  （ｎ）が所定値よりも小さいか否かを判定する（Ｓ１０９）。
【００９６】
図３は、ｍ＝１２の条件でパラメータＺＬ  （ｎ）を計算した結果を示す図表である。図表には、ｓ＝１，２，４，６のときのＺＬ  （４）及びＺＬ  （６）の値を示しており、比較のためにｎ＝４及び６のときの正規化ｎ次モーメントの値ＱＬ  （４）及びＱＬ  （６）を示している。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。ｓ＝１であって設備が正常であるときは、定義によりパラメータＺＬ  （ｎ）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ＺＬ  （ｎ）の値は小さくなって０へ近づく。従って、計算したＺＬ  （ｎ）の値から設備の異常の度合いを判定することができる。例えば、ＺＬ  （４）が０．６９より小さい場合は小規模の傷が発生しており、ＺＬ  （４）が０．１４より小さ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。
【００９７】
パラメータＺＬ  （ｎ）が所定値より小さくない場合には（Ｓ１０９：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、パラメータＺＬ  （ｎ）が所定値より小さい場合には（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１は、監視対象の設備が異常であると判定して、ＺＬ  （ｎ）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（Ｓ１１０）、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設備の異常を報知する。
【００９８】
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及び一の大信号当たりに信号列に含まれる信号数ｍを用いて簡易的にパラメータＺＬ  （ｎ）を計算し、計算したＺＬ  （ｎ）の値に応じて設備の状態を判定する。従来のバイコヒーレンスを求める式などに比べて簡便な（９）式を用いて簡易的にパラメータＺＬ  （ｎ）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ＺＬ  （ｎ）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。
【００９９】
図３に示す如く、歪度または尖度などの従来用いられていた正規化ｎ次モーメントの値は、ｎの値に応じて大きく異なった値をとるのに対して、パラメータＺＬ  （ｎ）の値は、ｎの値に関わらず、１から０の範囲で変化するため、バイコヒーレンスを用いる場合と同様に、パラメータＺＬ  （ｎ）の値から容易に設備の状態を判定することができる。また、ｎの値によって、ｓの値に対する値が変化しており、設備の異常に対する感度が異なる。図４は、傷が発生した周期運動体から得られたバイコヒーレンスＢｉｃｘｘｘ  の値を示す図表である。ｎ＝４の場合のパラメータＺＬ  （４）は、バイコヒーレンスと同様の動作をすることがわかり、パラメータＺＬ  （４）はバイコヒーレンスと同程度の感度で設備の異常を検出できることがわかる。従って、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。また、ｎの値を大きくすることによって、パラメータＺＬ  （４）はｓの値に対して減衰が早くなり、傷が小さい状態での異常を検出する必要がある設備に対しては、ｎを大きくし、多少の傷は許容できる設備に対してはｎを小さくする等して、設備の異常を検出する感度を調整することができる。このため、本発明の状態監視方法は、設備に応じて適切なｎのを用いることにより、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。
【０１００】
なお、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夫々別のコンピュータにて構成し、互いの装置間でデータを入出力して設備の状態監視を行う形態としてもよい。
【０１０１】
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。
【０１０２】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における状態監視システムの構成を示すブロック図である。実施の形態２においては、大信号を含まない標準信号列の正規化ｎ次モーメントを、標準信号列に第１信号を加えて構成される第２信号列の正規化ｎ次モーメントで除した値であるパラメータＺＮ＋Ｌ  （ｎ）を用いて、監視対象の状態監視を行う。内部記憶装置１４は、監視対象の設備に応じて、状態の監視を行うために計算するパラメータとして利用する信号列のモーメントの次数となる自然数ｎと、監視対象の設備が正常であるときにデータ取得装置３２が取得した標準信号列に含まれる信号数Ｎとを記憶している。状態監視システムのその他の構成は実施の形態１と同様であり、対応する部分に同符号を付してその説明を省略する。
【０１０３】
図６は、実施の形態２に係る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（Ｓ２０１）、平均値が０である複数の信号からなる第１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Ｌ個蓄積されたか否かを判定し（Ｓ２０２）、信号がＬ個蓄積されていない場合は（Ｓ２０２：ＮＯ）、ステップＳ２０１へ処理を戻してサンプリングを継続し、信号がＬ個蓄積されている場合は（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、第１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第１信号列に含まれているか否かを判定する（Ｓ２０３）。大信号が第１信号列に含まれていた場合には（Ｓ２０３：ＹＥＳ）、データ取得装置３２は、第１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、及び一の大信号当たりに第１信号列に含まれる信号数ｍを計測し（Ｓ２０４）、倍率ｓ及び信号数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（Ｓ２０５）。
【０１０４】
状態監視装置１のＣＰＵ１１は、倍率ｓ及び信号数ｍを入力部１５にて受信し（Ｓ２０６）、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、内部記憶装置１４に記憶してある自然数ｎ及び信号数ＮをＲＡＭ１２に読み出し（Ｓ２０７）、ｓ、ｍ及びＮから、監視対象の設備が正常であるときに得られたＮ個の信号からなる標準信号列の正規化ｎ次モーメントを、標準信号列に第１信号列を加えて構成される第２信号列の正規化ｎ次モーメントで除した値であるパラメータＺＮ＋Ｌ  （ｎ）を、（８）式を用いて計算する（Ｓ２０８）。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ＺＮ＋Ｌ  （ｎ）を予め定めてある所定値と比較し、ＺＮ＋Ｌ  （ｎ）が所定値よりも小さいか否かを判定する（Ｓ２０９）。
【０１０５】
ステップＳ２０９にてＺＮ＋Ｌ  （ｎ）が所定値よりも小さくない場合には（Ｓ２０９：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、内部記憶装置１４に記憶しているＮにＬを加えて信号数Ｎの値を更新し（Ｓ２１０）、処理を終了する。ＺＮ＋Ｌ  （ｎ）が所定値より小さい場合には（Ｓ２０９：ＹＥＳ）、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、監視対象の設備が異常であると判定して、ＺＮ＋Ｌ  （ｎ）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（Ｓ２１１）、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。
【０１０６】
ステップＳ２０３にて、データ取得装置３２が、大信号は第１信号列に含まれていないと判定した場合には（Ｓ２０３：ＮＯ）、データ取得装置３２は、通信ネットワークＮＷを介して異常なしを示す情報を状態監視装置１へ送信し（Ｓ２１２）、状態監視装置１の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、異常なしを示す情報を入力部１５にて受信し（Ｓ２１３）、処理をステップＳ２１０へ進める。
【０１０７】
なお、前述の処理では、設備が正常であった場合にＮの値を更新する処理を含んでいるが、設備が正常である場合にはＮの値を固定しておくこととして、ステップＳ２１０におけるＮの更新の処理を省略した処理を用いてもよい。また、前述の処理では、一の大信号当たりに第１信号列に含まれる信号数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一の大信号当たりの信号数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、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ｍの値を用いてパラメータＺＮ＋Ｌ  （ｎ）を計算する処理を用いてもよい。
【０１０８】
本実施の形態においても、簡易的にパラメータＺＮ＋Ｌ  （ｎ）を計算し、バイコヒーレンスを計算する場合と同様にして、設備の異常を判定することができる。
【０１０９】
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３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８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８（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及び一の大信号当たりにデータに含まれる信号数ｍを入力し、（９）式を用いて、パラメータＺＬ  （ｎ）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、簡単にパラメータＺＬ  （ｎ）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パラメータＺＬ  （ｎ）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。
【０１１０】
【発明の効果】
第１発明においては、監視対象の状態を示す信号列から、前記信号列の平均値まわりのｎ次モーメントを前記信号列の分散のｎ／２で除した値である正規化ｎ次モーメントで、大信号を含まない標準信号列の正規化ｎ次モーメントを除した値であるパラメータを計算し、監視対象の状態の変化に対して敏感な前記パラメータを用いて監視対象の状態を判定するため、監視対象の異常を確実に検出することができる。
【０１１１】
第２、第６、第１３及び第１７発明においては、標準信号列の正規化ｎ次モーメントを、大信号を所定数毎に含む第１信号列を標準信号列に加えて構成される第２信号列の正規化ｎ次モーメントで除した値であるパラメータを、簡易的な式を用い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計算することができる。
【０１１２】
第３、第７及び第１４発明においては、監視対象の状態を示す信号列から、標準信号列の正規化ｎ次モーメントを前記信号列の正規化ｎ次モーメントで除した値であるパラメータを、簡易的な式を用い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計算することができる。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。
【０１１３】
第４、第５、第８、第９、第１１、第１２、第１５及び第１６発明においては、簡易的に計算されるパラメータを用いて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。
【０１１４】
第１０発明においては、計算したパラメータは、監視対象が正常である場合に１となり、監視対象が異常である場合に０へ近づくため、監視対象の状態を示す値いとして普遍性が高く、バイコヒーレンスの場合と同様に、パラメータの値が０と１との間のどの位置にあるかで容易に監視対象の状態を判定することができる。また、ｎ次モーメントの次数を変化させることで、感度を調整することができるため、監視対象の構成に応じて感度良く初期故障を検出することが可能となり、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ＺＬ  （ｎ）を計算した結果を示す図表である。
【図４】傷が発生した周期運動体から得られたバイコヒーレンスＢｉｃｘｘｘ  の値を示す図表である。
【図５】本発明の実施の形態２における状態監視システムの構成を示すブロック図である。
【図６】実施の形態２に係る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７】本発明の実施の形態３における状態監視方法を示す概念図である。
【図８】周期振動体から得られるデータの例を示す模式的特性図である。
【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】
2004295427.tif 000044
【図２】
2004295427.tif 000045
【図３】
2004295427.tif 000046
【図４】
2004295427.tif 000047
【図５】
2004295427.tif 000048
【図６】
2004295427.tif 000049
【図７】
2004295427.tif 000050
【図８】
2004295427.tif 000051