(57)【要約】【課題】音響データから対象機器の異常の有無を正確に判定できる異常検知装置及び異常検知方法を提供すること。【解決手段】対象機器の動作音の音響データを取得する音響データ取得部１１と、取得した音響データから、時間変化に対応する音圧レベル変化を示す音圧レベルデータと、各周波数に対応する音圧レベルを示す周波数スペクトルデータとをそれぞれ生成するデータ変換部１２と、音圧レベルデータ及び周波数スペクトルデータを、事前に取得した音圧レベル初期データ及び周波数スペクトル初期データとそれぞれ比較し、これらの比較結果に基づいて対象機器の異常を判定する判定部１３と、を備えた。【選択図】図１
2017156315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象機器の動作音の音響データを取得する音響データ取得部と、
取得した音響データから、時間変化に対応する音圧レベル変化を示す音圧レベルデータと、各周波数に対応する音圧レベルを示す周波数スペクトルデータとをそれぞれ生成するデータ生成部と、
前記音圧レベルデータ及び前記周波数スペクトルデータを、事前に取得した音圧レベル初期データ及び周波数スペクトル初期データとそれぞれ比較し、これらの比較結果に基づいて前記対象機器の異常を判定する判定部と、
を備えることを特徴とする異常検知装置。
【請求項２】
前記判定部は、前記音圧レベルデータ及び前記音圧レベル初期データについて、所定時間分の前記音圧レベルの積分値をそれぞれ演算し、これら積分値の差分値が所定のしきい値を超えた場合に、前記対象機器の異常を判定することを特徴とする請求項１に記載の異常検知装置。
【請求項３】
前記判定部は、前記周波数スペクトルデータ及び前記周波数スペクトル初期データについて、所定の周波数帯域ごとに前記音圧レベルの積分値をそれぞれ演算し、周波数帯域における前記積分値の差分値が所定のしきい値を超えた場合に、前記対象機器の異常を判定することを特徴とする請求項１または２に記載の異常検知装置。
【請求項４】
前記音響データ取得部は、所定のイベントを起点とした所定時間における前記音響データを取得することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の異常検知装置。
【請求項５】
前記イベントは、前記対象機器の起動指示動作または停止指示動作であることを特徴とする請求項４に記載の異常検知装置。
【請求項６】
前記判定部が異常を判定した場合、該異常の情報が前記対象機器と対応づけられて記憶される異常履歴記憶部を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の異常検知装置。
【請求項７】
対象機器の動作音の音響データを取得する工程と、
取得した音響データから、時間変化に対応する音圧レベル変化を示す音圧レベルデータと、各周波数に対応する音圧レベルを示す周波数スペクトルデータとをそれぞれ生成する工程と、
前記音圧レベルデータ及び前記周波数スペクトルデータを、事前に取得した音圧レベル初期データ及び周波数スペクトル初期データとそれぞれ比較し、これらの比較結果に基づいて前記対象機器の異常を判定する工程と、
を備えることを特徴とする異常検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響データから対象機器の異常の有無を検知する異常検知装置及び異常検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、プラント設備では、プラント設備を構成する各種機器（対象機器）の巡視点検が定期的に行われている。この種の巡視点検は、通常、目視によって行われており、対象機器の異常の有無は、点検員の判断に委ねられている。このため、判断の根拠となる重要な事象を見逃している可能性があり、対象機器の異常の有無が正確に判断されていない問題が生じるおそれがある。
【０００３】
このような問題を解決するために、従来、対象機器の音響データを定期的に測定し、この測定した音響データと初期音響データとの異なっているパターンを抽出して対象機器の劣化（異常）を評価する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１７４７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の技術では、音響データ及び初期音響データからそれぞれ周波数スペクトルデータを生成し、これら周波数スペクトルデータのパターン（形状）を比較して、相違点を抽出しているため、例えば、特定周波数を有するノイズが測定された場合など、対象機器の異常の有無を正確に判断できないおそれがあった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、音響データから対象機器の異常の有無を正確に判定できる異常検知装置及び異常検知方法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】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る異常検知装置は、対象機器の動作音の音響データを取得する音響データ取得部と、取得した音響データから、時間変化に対応する音圧レベル変化を示す音圧レベルデータと、各周波数に対応する音圧レベルを示す周波数スペクトルデータとをそれぞれ生成するデータ生成部と、音圧レベルデータ及び周波数スペクトルデータを、事前に取得した音圧レベル初期データ及び周波数スペクトル初期データとそれぞれ比較し、これらの比較結果に基づいて対象機器の異常を判定する判定部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、音圧レベルデータと周波数スペクトルデータとの２つのデータをそれぞれ初期データと比較することにより、２つのデータから対象機器の異常を複合的に判定できるため、対象機器の異常の有無を正確に判定できる。
【０００９】
この構成において、判定部は、音圧レベルデータ及び音圧レベル初期データについて、所定時間分の音圧レベルの積分値をそれぞれ演算し、これら積分値の差分値が所定のしきい値を超えた場合に、対象機器の異常を判定してもよい。
【００１０】
また、判定部は、周波数スペクトルデータ及び周波数スペクトル初期データについて、所定の周波数帯域ごとに音圧レベルの積分値をそれぞれ演算し、各周波数帯域における積分値の差分値が所定のしきい値を超えた場合に、対象機器の異常を判定してもよい。
【００１１】
また、音響データ取得部は、所定のイベントを起点とした所定時間における音響データを取得してもよい。この場合、イベントは、対象機器の起動指示動作または停止指示動作であってもよい。
【００１２】
また、判定部が異常を判定した場合、該異常の情報が対象機器と対応づけられて記憶される異常履歴記憶部を備えてもよい。
【００１３】
また、本発明に係る異常検知方法は、対象機器の動作音の音響データを取得する工程と、取得した音響データから、時間変化に対応する音圧レベル変化を示す音圧レベルデータと、各周波数に対応する音圧レベルを示す周波数スペクトルデータとをそれぞれ生成する工程と、音圧レベルデータ及び周波数スペクトルデータを、事前に取得した音圧レベル初期データ及び周波数スペクトル初期データとそれぞれ比較し、これらの比較結果に基づいて対象機器の異常を判定する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、音圧レベルデータと周波数スペクトルデータとの２つのデータをそれぞれ初期データと比較することにより、２つのデータから対象機器の異常を複合的に判定できるため、対象機器の異常の有無を正確に判定できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、音圧レベルデータと周波数スペクトルデータとの２つのデータをそれぞれ初期データと比較することにより、２つのデータから対象機器の異常を複合的に判定できるため、対象機器の異常の有無を正確に判定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本実施形態に係る異常検知装置の機能構成を示す図である。
【図２】図２は、音響データによる対象機器の異常の有無を判定する手順を示すフローチャートである。
【図３】図３は、事前に取得した音圧レベル初期データの一例を示す図である。
【図４】図４は、新たに取得した音圧レベルデータの一例を示す図である。
【図５】図５は、事前に取得した周波数スペクトル初期データの一例を示す図である。
【図６】図６は、新たに取得した周波数スペクトルデータの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００１８】
図１は、本実施形態に係る異常検知装置の機能構成を示す図である。異常検知装置１０は、プラント設備の巡視点検時に、プラント設備に設けられる対象機器（例えば、電動モータ；不図示）の動作音の音響データを定期的に取得し、この音響データから対象機器の異常の有無を検知するものである。これにより、点検員が対象機器の異常の有無を判断する必要がなく、点検員の負荷が軽減される。対象機器としては、上記した電動モータのような回転機械や、内部を流体が流通する配管機器などが挙げられる。
【００１９】
異常検知装置１０は、点検員が巡視点検時に携帯し、対象機器の動作音から異常の有無を検知するものであり、本実施形態では、タブレット型の情報処理端末として構成される。また、異常検知装置１０は、図１に示すように、音響データ取得部１１、データ変換部（データ生成部）１２、判定部１３、報知部１４、制御部１５、及び、記憶部１６を備える。この記憶部１６は、初期データ記憶部１７と異常履歴記憶部１８とを備える。また、異常検知装置１０は、図示は省略するが、外部装置と無線通信を行う無線通信部、各種情報を表示する表示パネル、及び、この表示パネルを触れることで各種情報を入力する情報入力部を備える構成としてもよい。
【００２０】
音響データ取得部１１は、例えば、マイクロフォン（不図示）を通じて、対象機器の動作音の音響データを取得し、取得した音響データを一時的に記憶部１６に記憶する。一般に、対象機器の動作音は、運転継続中に大きく変動することは少ないため、本実施形態では、所定のイベントとして、対象機器の起動指示操作や停止指示操作がなされた後、所定時間（起動時間、あるいは停止時間）分の音響データを取得している。もちろん、運転継続中の音響データを所定時間分、取得してもよいことは勿論である。また、音響データ取得部１１は、マイクロフォンだけでなく、例えば、騒音測定器などのセンサデバイスを通じて音響データを取得してもよい。
【００２１】
データ変換部１２は、取得した音響データを他の種別のデータに変換するものであり、本実施形態では、データ変換部１２は、音響データを、時間変化に対応する音圧レベル変化を示す音圧レベルデータと、各周波数に対応する音圧レベルを示す周波数スペクトルデータとにそれぞれ変換する。変換された音圧レベルデータ及び周波数スペクトルデータは、それぞれ記憶部１６に一時的に記憶される。本実施形態では、取得した音響データを変換する例を示したが、取得した音響データから音圧レベルデータ及び周波数スペクトルデータをそれぞれ生成できるのであれば変換に限るものではない。
【００２２】
初期データ記憶部１７は、上記した音圧レベルデータ及び周波数スペクトルデータに相当する初期データ、すなわち、音圧レベル初期データ及び周波数スペクトル初期データをそれぞれ記憶している。これら音圧レベル初期データ及び周波数スペクトル初期データは、対象機器の異常の有無を判定する際の基準となる正常時データであり、対象機器を新規な状態（据付試運転における点検時に正常と判定した状態）で運転した際の音響データから変換して事前に取得したデータである。本実施形態では、上記した新規な状態における所定のイベントとして、対象機器の起動指示操作や停止指示操作がなされた後、所定時間（起動時間、あるいは停止時間）分の音響データから変換して、音圧レベル初期データ及び周波数スペクトル初期データが取得されている。
【００２３】
判定部１３は、新たに取得した音圧レベルデータ及び周波数スペクトルデータと、事前に取得した音圧レベル初期データ及び周波数スペクトル初期データとをそれぞれ比較して、対象機器の動作音の変化から異常の有無を判定する。判定部１３は、音圧レベルデータ及び周波数スペクトルデータの２つのデータをそれぞれ初期データと比較することにより、複合的な判定が可能となり、対象機器の異常の有無を正確に判定することができる。
【００２４】
報知部１４は、対象機器に異常有りと判定された場合に、この異常の旨を点検員に報知する。具体的には、異常検知装置１０に設けたスピーカから予め定めた音（メロディ）を発することで異常を報知してもよいし、また、異常検知装置１０が備える表示パネルに、異常が生じた旨のメッセージを表示してもよい。
【００２５】
制御部１５は、異常検知装置１０の動作を制御するものであり、点検員の操作に応じて、音響データ取得部１１、データ変換部１２、判定部１３、報知部１４、初期データ記憶部１７及び異常履歴記憶部１８の各動作を制御する。また、異常履歴記憶部１８は、判定部１３が対象機器に異常有りと判定した場合に、この異常の情報を対象機器と対応づけて記憶する。異常の情報を履歴として記憶することにより、対象機器の異常が継続しているものか否かを簡単に判断することができる。このため、異常が継続している場合には、適切なタイミングでメンテナンスや部品交換などをすることによって、異常の原因を解消することができ、対象機器及びプラント設備の信頼性が向上し、稼働率の向上を図ることができる。
【００２６】
次に、異常検知装置１０の動作について説明する。図２は、音響データによる対象機器の異常の有無を判定する手順を示すフローチャートである。図３は、事前に取得した音圧レベル初期データの一例を示す図であり、図４は、新たに取得した音圧レベルデータの一例を示す図である。また、図５は、事前に取得した周波数スペクトル初期データの一例を示す図であり、図６は、新たに取得した周波数スペクトルデータの一例を示す図である。本実施形態では、本手順を行う事前に、対象機器の新規な状態（初期）における動作音の音響データから音圧レベル初期データ（図３）及び周波数スペクトル初期データ（図５）を取得し、これら初期データが初期データ記憶部１７に記憶されている。
【００２７】
巡視点検において、点検員が異常検知装置１０を操作することにより、音響データ取得部１１は、制御部１５の制御下、対象機器のイベント開始から所定時間の音響データを取得する（ステップＳ１）。取得した音響データは、記憶部１６に一時的に記憶される。本実施形態では、対象機器の起動開始操作（起動開始動作）がなされてから所定の起動時間の音響データが取得される。この場合、点検員は、異常検知装置１０を対象機器に対して予め定めた位置に構える。これにより、点検時の位置変動に伴う検知誤差を抑制できる。
【００２８】
次に、データ変換部１２は、取得された音響データを音圧レベルデータと、周波数スペクトルデータとにそれぞれ変換する（ステップＳ２）。音圧レベルデータは、図４に示すように、時間変化に対応する音圧レベル変化を示すデータである。また、周波数スペクトルデータは、図６に示すように、各周波数に対応する音圧レベル変化を示すデータである。変換された音圧レベルデータ及び周波数スペクトルデータは、それぞれ記憶部１６に一時的に記憶される。
【００２９】
次に、制御部１５は、初期データ記憶部１７から音圧レベル初期データ及び周波数スペクトル初期データを読み出し（ステップＳ３）、判定部１３は、記憶部１６に記憶した音圧レベルデータと音圧レベル初期データとを比較する（ステップＳ４）。また、判定部１３は、記憶部１６に記憶した周波数スペクトルデータと周波数スペクトル初期データとを比較する（ステップＳ５）。
【００３０】
具体的には、判定部１３は、図３に示すように、音圧レベル初期データについて、時間ｔ０からｔ１までの所定時間（例えば１分間）分の音圧レベルの積分値ＳＡ０を演算する。同様に、判定部１３は、図４に示すように、音圧レベルデータについて、時間ｔ０からｔ１までの所定時間（例えば１分間）分の音圧レベルの積分値ＳＡを演算する。そして、判定部１３は、演算した積分値ＳＡ０と積分値ＳＡとの差分値（ＳＡ−ＳＡ０）が所定のしきい値を超えた場合、音圧レベルデータに関して対象機器に異常が有ると判定する。また、差分値（ＳＡ−ＳＡ０）が所定のしきい値を超えていない場合、音圧レベルデータに関して対象機器に異常は無いと判定する。
【００３１】
また、判定部１３は、周波数スペクトル初期データについて、予め設定された周波数帯域ごとに音圧レベルの積分値をそれぞれ演算する。例えば、周波数帯域を５００（Ｈｚ）に設定した場合には、図５に示すように、２５００から３０００（Ｈｚ）における音圧レベルの積分値ＳＢ０を演算する。同様に、判定部１３は、図６に示すように、周波数スペクトルデータについて、２５００から３０００（Ｈｚ）における音圧レベルの積分値ＳＢを演算する。なお、図５、図６には記載していないが、０から５００（Ｈｚ）、５００から１０００（Ｈｚ）、１０００から１５００（Ｈｚ）・・・の各周波数帯域における積分値ＳＢ０，ＳＢもそれぞれ演算される。そして、判定部１３は、周波数帯域ごとに、演算した積分値ＳＢ０と積分値ＳＢとの差分値（ＳＢ−ＳＢ０）を演算し、いずれかの周波数帯域において、差分値（ＳＢ−ＳＢ０）が所定のしきい値を超えた場合、周波数スペクトルデータに関して対象機器に異常が有ると判定する。また、いずれの周波数帯域においても、差分値（ＳＢ−ＳＢ０）が所定のしきい値を超えていない場合、周波数スペクトルデータに関して対象機器に異常は無いと判定する。本実施形態では、周波数帯域を５００（Ｈｚ）に設定した例を示したが、これに限るものではない。周波数帯域を広く設定すれば判定処理の速度が向上し、周波数帯域を狭く設定すればより精度良く異常の有無を判定できる。
【００３２】
次に、判定部１３は、音圧レベルデータ、周波数スペクトルデータの少なくとも一方に異常が有ったか否かを判定する（ステップＳ６）。この判定において、音圧レベルデータ及び周波数スペクトルデータのいずれにも異常が無かった場合（ステップＳ６；Ｎｏ）には、判定部１３は、対象機器の動作は正常と判断して処理を終了する。
【００３３】
音圧レベルデータ及び周波数スペクトルデータの少なくとも一方に異常が有った場合（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、判定部１３は、対象機器の動作は異常と判定し、この異常を、報知部１４を通じて点検員に報知する（ステップＳ７）、具体的には、異常検知装置１０に設けたスピーカから予め定めた音（メロディ）を発することで異常を報知したり、異常検知装置１０が備える表示パネルに異常が生じた旨のメッセージを表示する。
【００３４】
次に、制御部１５は、異常を対象機器と対応づけて異常履歴記憶部１８に記憶し（ステップＳ８）、処理を終了する。この構成によれば、動作音による対象機器の異常の情報がその都度、異常履歴記憶部１８に記憶されるため、次回以降の巡視点検時に、異常が継続して発生しているようであれば、適切なタイミングでメンテナンスもしくは部品交換することで異常発生の原因を解消できる。この場合、異常と判定された音圧レベルデータ及び周波数スペクトルデータを、あわせて異常履歴記憶部１８に記憶してもよい。これによれば、取得したデータを、初期データだけでなく、例えば、直近のデータと比較することにより、対象機器の異常の有無をより正確に判定できる。また、正常と判定された音圧レベルデータ及び周波数スペクトルデータ、あるいは、初期データ（正常データ）との判定結果（上記した所定のしきい値との差）を記憶部１６に記憶することとしてもよい。これによれば、取得したデータを、直近のデータ、あるいは、判定結果と比較することにより、対象機器の変化の傾向を分析できるようになり、対象機器の異常の予兆を検知することが可能となる。対象機器の異常の予兆を検知した場合には、報知部１４を通じて点検員に報知する。
【００３５】
このように、本実施形態によれば、対象機器の動作音の音響データを取得する音響データ取得部１１と、取得した音響データから、時間変化に対応する音圧レベル変化を示す音圧レベルデータと、各周波数に対応する音圧レベルを示す周波数スペクトルデータとをそれぞれ生成するデータ変換部１２と、音圧レベルデータ及び周波数スペクトルデータを、事前に取得した音圧レベル初期データ及び周波数スペクトル初期データとそれぞれ比較し、これらの比較結果に基づいて対象機器の異常を判定する判定部１３と、を備えるため、判定部１３が、音圧レベルデータ及び周波数スペクトルデータの２つのデータをそれぞれ初期データと比較することにより、複合的な判定が可能となり、対象機器の異常の有無を正確に判定することができる。
【００３６】
また、本実施形態によれば、判定部１３は、音圧レベルデータ及び音圧レベル初期データについて、所定時間分の音圧レベルの積分値ＳＡ，ＳＡ０をそれぞれ演算し、これら積分値の差分値（ＳＡ−ＳＡ０）が所定のしきい値を超えた場合に、対象機器の異常を判定するため、音圧レベルデータと音圧レベル初期データとの変化量（差分値）を定量的に判断することができる。このため、音圧レベルデータのパターンを単純に比較するものに比べて、対象機器の異常の有無をより正確に判定することができる。
【００３７】
また、本実施形態によれば、判定部１３は、周波数スペクトルデータ及び周波数スペクトル初期データについて、所定の周波数帯域ごとに音圧レベルの積分値ＳＢ，ＳＢ０をそれぞれ演算し、各周波数帯域における積分値の差分値（ＳＢ−ＳＢ０）が所定のしきい値を超えた場合に、対象機器の異常を判定するため、周波数スペクトルデータと周波数スペクトル初期データとの変化量（差分値）を定量的に判断することができる。このため、音圧レベルデータのパターンを単純に比較するものに比べて、対象機器の異常の有無をより正確に判定することができる。
【００３８】
また、本実施形態によれば、音響データ取得部１１は、所定のイベントを起点とした所定時間における音響データを取得するため、取得した音響データを比較しやすくなり、対象機器の異常の有無を容易に判定できる。
【００３９】
また、本実施形態では、イベントは、対象機器の起動指示動作または停止指示動作である。例えば、回転機械における起動指示動作や停止指示動作は、通常の運転継続中と比べて、経験則上、動作音の異常が生じやすい。このため、対象機器の起動指示動作または停止指示動作を起点とした所定時間における音響データを取得することで、対象機器の異常の有無を容易に判定できる。
【００４０】
また、本実施形態によれば、判定部１３が異常を判定した場合、該異常の情報が対象機器と対応づけられて記憶される異常履歴記憶部１８を備えるため、次回以降の巡視点検時に、異常が継続して発生しているようであれば、適切なタイミングでメンテナンスもしくは部品交換することで異常発生の原因を解消できる。
【００４１】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。本実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記した実施形態では、判定部１３は、音圧レベルデータ及び周波数スペクトルデータを初期データと比較する際に、各データの積分値の差分値に基づいて異常の有無を判定していたが、これに限るものではなく、積分値の差分値に加えて、もしくは、差分値に代えて、各データのパターンの比較から異常の有無を判定してもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１  異常検知装置
１１  音響データ取得部
１２  データ変換部（データ生成部）
１３  判定部
１４  報知部
１５  制御部
１６  記憶部
１７  初期データ記憶部
１８  異常履歴記憶部
ＳＡ、ＳＡ０、ＳＢ、ＳＢ０  積分値
【図１】
2017156315.tif 000003
【図２】
2017156315.tif 000004
【図３】
2017156315.tif 000005
【図４】
2017156315.tif 000006
【図５】
2017156315.tif 000007
【図６】
2017156315.tif 000008