(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、パラメータを用いて監視対象の状態を監視する方法、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、信号数Ｎ、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及び一の大信号当たりに信号列に含まれる信号数ｍから、信号列の１次の自己相関係数であるパラメータρ１  を簡易式により計算し、ρ１  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４
2004287733.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、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、
前記信号列に含まれる信号数Ｎを記憶部に記憶し、
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、
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ρ１  を、
【数１】
2004287733.tif 000021
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】
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、
前記信号列に含まれる信号数Ｎを記憶部に記憶し、
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、
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ρ１  を、
【数２】
2004287733.tif 000022
と演算部にて計算し、
計算したパラメータρ１  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を外部から受け付ける手段と、
前記信号列に含まれる信号数Ｎを記憶する手段と、
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、
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ρ１  を、
【数３】
2004287733.tif 000023
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を外部から受け付ける手段と、
前記信号列に含まれる信号数Ｎを記憶する手段と、
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、
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ρ１  を、
【数４】
2004287733.tif 000024
と計算する手段と
計算したパラメータρ１  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ρ１  を所定値と比較する手段と、
前記パラメータρ１  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、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、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、前記信号列に含まれる信号数Ｎ、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、前記信号列に含まれる複数の信号間の関係を示すパラメータρ１  を、
【数５】
2004287733.tif 000025
と計算させる手順と
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、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、前記信号列に含まれる信号数Ｎ、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、前記信号列に含まれる複数の信号間の関係を示すパラメータρ１  を、
【数６】
2004287733.tif 000026
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ρ１  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、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、前記信号列に含まれる信号数Ｎ、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、前記信号列に含まれる複数の信号間の関係を示すパラメータρ１  を、
【数７】
2004287733.tif 000027
と計算させる手順と
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、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。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、
【０００５】
【数８】
2004287733.tif 000003
【０００６】
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。また、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、
【０００７】
【数９】
2004287733.tif 000004
【０００８】
で定義されるバイコヒーレンスＢｉｃｘｘｘ  （ｆ１  ，ｆ２  ）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。
【０００９】
【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
【００１０】
【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。
【００１１】
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、データ間の関わりあいの大きさを示し、設備の異常を検出するために利用できるパラメータである測定データの１次の自己相関係数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。
【００１２】
また、本発明の他の目的とするところは、簡易的に計算された測定データの１次の自己相関係数を用いて設備の状態を監視することにより、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、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を提供することにある。
【００１３】
【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、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、前記信号列に含まれる信号数Ｎを記憶部に記憶し、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、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ρ１  を、
【００１４】
【数１０】
2004287733.tif 000005
【００１５】
と演算部にて計算することを特徴とする。
【００１６】
第２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、前記信号列に含まれる信号数Ｎを記憶部に記憶し、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、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ρ１  を、
【００１７】
【数１１】
2004287733.tif 000006
【００１８】
と演算部にて計算し、計算したパラメータρ１  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。
【００１９】
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を外部から受け付ける手段と、前記信号列に含まれる信号数Ｎを記憶する手段と、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、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ρ１  を、
【００２０】
【数１２】
2004287733.tif 000007
【００２１】
と計算する手段とを備えることを特徴とする。
【００２２】
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を外部から受け付ける手段と、前記信号列に含まれる信号数Ｎを記憶する手段と、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、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ρ１  を、
【００２３】
【数１３】
2004287733.tif 000008
【００２４】
と計算する手段と計算したパラメータρ１  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。
【００２５】
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ρ１  を所定値と比較する手段と、前記パラメータρ１  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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、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。
【００２８】
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、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、前記信号列に含まれる信号数Ｎ、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、前記信号列に含まれる複数の信号間の関係を示すパラメータρ１  を、
【００２９】
【数１４】
2004287733.tif 000009
【００３０】
と計算させる手順とを含むことを特徴とする。
【００３１】
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、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、前記信号列に含まれる信号数Ｎ、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、前記信号列に含まれる複数の信号間の関係を示すパラメータρ１  を、
【００３２】
【数１５】
2004287733.tif 000010
【００３３】
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ρ１  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。
【００３４】
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、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、前記信号列に含まれる信号数Ｎ、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、前記信号列に含まれる複数の信号間の関係を示すパラメータρ１  を、
【００３５】
【数１６】
2004287733.tif 000011
【００３６】
と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。
【００３７】
本発明者は、周期運動体から連続的に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、得られたデータの１次の自己相関係数を用いることを提案し、更に、簡易的に１次の自己相関係数を計算する計算式を導出した。離散的なＮ個のデータからなる信号列｛ｘｎ  ：ｎ＝１，２，…，Ｎ｝について、ｋ次の自己相関関数Ｒｋ  は、以下の式で定義される。
【００３８】
【数１７】
2004287733.tif 000012
【００３９】
｛ｘｎ  ｝が定常確率過程であるとしたときには、Ｅ［ｘｎ  ］＝０と仮定しても一般性が失われないため、（１）式は、
【００４０】
【数１８】
2004287733.tif 000013
【００４１】
と書き換えることができる。ｋ次の自己相関関数Ｒｋ  と０次の自己相関関数Ｒ０  を用いて、ｋ次の自己相関係数は、
ρｋ  ＝Ｒｋ  ／Ｒ０      …（３）
と表すことができる。
【００４２】
信号列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た信号を考える。図５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５（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５（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。ｍ個毎に通常のｓ倍の大きさの大信号が含まれるＮ個の信号からなる信号列｛ｘｎ  ｝の分散σ２  は、
【００４３】
【数１９】
2004287733.tif 000014
【００４４】
と表すことができる。（４）式中のｘ’ｎは大信号以外の信号を示し、Ｘｎ  は大信号を示している。（４）式の第一項は、大信号以外の部分を示しており、大信号を含まない信号列の分散に（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、Ｘｎ  ＝ｓｘ’ｎとなる。バーｘ＝０であるため、正常な周期運動体から得られた大信号を含まない信号列の分散をσ０２とするときには、（４）式は更に、次の式で表すことができる。
【００４５】
【数２０】
2004287733.tif 000015
【００４６】
次に、ｍ個毎に通常のｓ倍の大きさの大信号が含まれるＮ個の信号からなる信号列｛ｘｎ  ｝の自己相関関数を考える。信号列｛ｘｎ  ｝の０次の自己相関関数Ｒ０  は、（２）式により、明らかに｛ｘｎ  ｝の分散に等しく、
Ｒ０  ＝σ２              …（６）
である。信号列｛ｘｎ  ｝の１次の自己相関関数Ｒ１  は、（１）式より、
【００４７】
【数２１】
2004287733.tif 000016
【００４８】
である。｛ｘｎ  ｝は、ｍ個毎に大信号が含まれるため、ｘｎ  の値は、ｎ＝ｍ，２ｍ，…，ｋｍ，…のときに大きい値となり、ｘｎｘｎ＋１の値は、ｘｎ  又はｘｎ＋１  のいずれかが大きい値となるｎ＝ｍ−１，ｍ，２ｍ−１，２ｍ，…，ｋｍ−１，ｋｍ，…のときに大きい値となる。即ち、ｘｎｘｎ＋１の値は、以下の如き状態となる。
・ｎ＝１〜ｍ−１の範囲では、ｘｎｘｎ＋１の値は、１個の大きい値と、（ｍ−２）個の通常の値とが存在する。
・ｎ＝１〜２ｍ−１の範囲では、ｘｎｘｎ＋１の値は、３個の大きい値と、（２ｍー４）個の通常の値とが存在する。
・ｎ＝１〜ｋｍ−１の範囲では、ｘｎｘｎ＋１の値は、（２ｋ−１）個の大きい値と、ｋ（ｍ−２）個の通常の値が存在する。
・ｎ＝１〜Ｎ−１の範囲では、ｘｎｘｎ＋１の値は、（２Ｎ／ｍ−１）個の大きい値と、（ｍ−２）Ｎ／ｍ個の値とが存在する。
通常のｓ倍の大きさの大信号が充分に通常の信号よりも大きい場合、計算を簡略化して、
【００４９】
【数２２】
2004287733.tif 000017
【００５０】
と仮定する。ｎ＝１〜Ｎ−１の範囲で、ｘｎｘｎ＋１の大きい値に対してｓ倍の重みをかけるようにして、
【００５１】
【数２３】
2004287733.tif 000018
【００５２】
とおくと、（７）式より、
【００５３】
【数２４】
2004287733.tif 000019
【００５４】
となる。バーｘ→０とし、σ０２≒ε２  と近似したものを仮定すると、信号列｛ｘｎ  ｝の１次の自己相関係数ρ１  として、（５）式および（６）式から、
【００５５】
【数２５】
2004287733.tif 000020
【００５６】
が得られる。（８）式を用いることにより、近似的に信号列｛ｘｎ  ｝の１次の自己相関係数ρ１  が求められる。ρ１  の値は、ｓ＝１即ち大きい信号の発生がなく設備が正常である場合にρ１  ＝１となり、ｓが大きくなって設備に異常が生じた場合にρ１  →０となって、バイコヒーレンスと同様の挙動を示す。
【００５７】
第１、第３、第８及び第１０発明においては、Ｎ個の信号からなる信号列について、ｍ個毎にｓ倍の信号強度を有する大信号が含まれる場合に、信号間の関係を示す信号列の１次の自己相関係数であるパラメータρ１  の値を、（８）式を用いることにより簡易的に計算する。
【００５８】
第２、第４、第６、第７及び第９発明においては、監視対象の状態を示す信号列から、信号列の１次の自己相関係数であるパラメータρ１  の値を簡易的に計算し、計算したパラメータρ１  を用いて、監視対象の状態を高速に判定する。
【００５９】
第５発明においては、パラメータρ１  は、監視対象の状態の変化に対してバイコヒーレンスと同様の挙動を示すため、パラメータρ１  の値を所定値と比較して、パラメータρ１  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できる。
【００６０】
【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。
【００６１】
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。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。
【００６２】
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。
【００６３】
図２は、実施の形態１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（Ｓ１０１）、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の数Ｎ個蓄積されたか否かを判定し（Ｓ１０２）、信号がＮ個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Ｎ個蓄積されている場合は（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、取得した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（Ｓ１０３）。大信号が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、取得した信号列にて、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信号列に含まれる信号数ｍを計測し（Ｓ１０４）、取得した信号列に含まれる信号数Ｎ、倍率ｓ及び一の大信号当たりの信号数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（Ｓ１０５）。
【００６４】
状態監視装置１のＣＰＵ１１は、Ｎ、ｓ及びｍ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、受信したＮ、ｓ及びｍをＲＡＭ１２に読み込み、監視対象の設備から得られたＮ個の信号からなる信号列の１次の自己相関係数であるパラメータρ１  を、（８）式を用いて計算する（Ｓ１０７）。
【００６５】
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ρ１  を予め定めてある所定値と比較し、ρ１  が所定値よりも小さいか否かを判定する（Ｓ１０８）。図３は、ｍ＝１２の条件でパラメータρ１  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。図表には、Ｎ＝５０，１００，１０００のときにｓの値に対応したパラメータρ１  の値を示しており、設備が正常であってｓ＝１であるときは、パラメータρ１  の値は１であり、大信号の絶対値の倍率ｓが大きくなるにつれてρ１  の値は小さくなって０へ近づき、バイコヒーレンスの値を用いる場合と同様に、ρ１  の値を用いて設備の異常の度合いを判定することができる。例えば、ρ１  が０．９３より小さい場合は小規模の傷が発生しており、ρ１  が０．４５より小さい場合は大規模の傷が発生している等、設備の異常の判定をすることができる。
【００６６】
ステップＳ１０８にてρ１  が所定値よりも小さくない場合には（Ｓ１０８：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、処理を終了する。ρ１  が所定値より小さい場合には（Ｓ１０８：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、ρ１  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（Ｓ１０９）、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。
【００６７】
なお、前述の処理では、一の大信号当たりに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ρ１  を計算する処理を用いてもよい。
【００６８】
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、信号列が含む信号数Ｎ、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、信号列の１次の自己相関係数であるパラメータρ１  を計算し、計算したρ１  の値に応じて設備の状態を判定する。（８）式を用いて簡易的にパラメータρ１  を計算することにより、信号の蓄積に応じて充分高速にパラメータρ１  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、信号列の１次の自己相関係数であるパラメータρ１  の値は、設備の異常に対して、周期運動体の異常を検出するための指標として従来用いられてきたバイコヒーレンスと同様の挙動を示し、パラメータρ１  を用いた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、本発明の状態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。
【００６９】
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は、受信した複数の信号を蓄積し、所定数の信号が蓄積されたときに、Ｎ，ｓ，ｍの値をＲＡＭ１２に読み込んでパラメータρ１  を計算する処理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。
【００７０】
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。
【００７１】
（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、信号数Ｎ、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を電卓などの計算装置５２へ入力し、（８）式を用いて、信号列の１次の自己相関係数であるパラメータρ１  の値を計算装置５２にて計算する。（８）式の簡易的な式を用いることにより、簡単にパラメータρ１  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ρ１  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。
【００７２】
【発明の効果】
第１、第３、第８及び第１０発明においては、複数の信号からなる信号列について、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場合に、信号間の関係を示す信号列の１次の自己相関係数であるパラメータρ１  を、簡易的な式を用いて簡単に計算することができる。
【００７３】
第２、第４、第６、第７及び第９発明においては、簡易的に計算されるパラメータρ１  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。
【００７４】
第５発明においては、パラメータρ１  は、監視対象の状態の変化に対してバイコヒーレンスと同様の挙動を示すため、パラメータρ１  の値を所定値と比較して、パラメータρ１  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ことにより、初期故障を確実に検出することができる。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】実施の形態１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３】ｍ＝１２の条件でパラメータρ１  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】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
１１  ＣＰＵ（演算部）
１２  ＲＡＭ（記憶部）
１５  入力部（受付部）
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】
2004287733.tif 000031
【図５】
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