(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドキュメント処理システムを診断するためのハイブリッド診断システムであって、
前記ドキュメント処理システムより発せされる制御コマンドを転送するシステムコントローラと、
前記制御コマンドに応答した前記ドキュメント処理システムにおける制御データと、監視データと、環境/動作状態データとを含むデータを転送する、少なくとも１つのシステムセンサと、
前記ドキュメント処理システムの接地電流、センサ信号、アクチュエータ信号、及び、前記データについて分析を行い、有用な診断情報を包含する特徴を抽出する、少なくとも１つのバーチャル・センサと、
前記制御コマンド、前記データ、及び、前記特徴を取得し、記憶し、前記ドキュメント処理システムの動作に対応する離散事象へ変換し、前記離散事象を適切な順序で転送する、事象ジェネレータと、
前記事象ジェネレータが変換した前記離散事象を分析し、前記離散事象に基づいて前記ドキュメント処理システムの状態を評価する、診断システムと、
前記診断システムの前記評価の結果を出力する出力デバイスと、
を含む、ハイブリッド診断システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、診断システムに関する。特に、本発明は、ハイブリッド診断技術を用いてシステムを診断するためのシステム及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタや写真複写機といった現行の電子システムは、故障が発生すれば運転が停止する。マシンに１つ又はそれ以上の故障が発生すると、マシン内の専用センサが、監視中のコンポーネント（構成要素）に故障が生じたことを表すエラーメッセージを例えばユーザインタフェースに表示する。このエラーメッセージは故障した監視中のコンポーネントに関する包括的な情報を含む。ユーザはこのエラーメッセージの内容に基づき自ら修理を行ったり、又は例えばカスタマーサービス技師に連絡をとり、マシンについてのサービスコールを利用することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のシステムは感知できるコンポーネントについては有用であるが、故障箇所が監視中のコンポーネントでない場合には、どのコンポーネントに故障が発生したかを判断することができない。又、上記のシステムは事後的に故障を認識するため、故障又は潜在的な故障を動的にリアルタイムで診断することはできない。従って、サービスにかかる時間、コストは共に増大し、又マシンのダウン時間も長くなる。こういった事態はカスタマーの不満につながる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（１つ又は複数の）電子システムの１つ又はそれ以上のコンポーネントの状態を診断し及び/又は予知するハイブリッド診断方式において、質的モデルベースの推論と量的分析技術を組み合わせて用いるシステム及び方法を提供する。量的方式は、例えば従来の監視装置から送られるマシンデータの分析に依拠する。このハイブリッド診断方式では、マシンの通常運転に必要なセンサ以外にセンサをほとんど或いは全く用いずに、個々のコンポーネントレベルに至るまで診断及び予知を行うことができる。このハイブリッド技術により、例えばサービスコストの低減、マシンの動作可能時間の延長、及びカスタマー満足度の改善のため、電子システムはカスタマージョブの実行動作中に自己診断ができるようになる。或いは、本発明のシステム及び方法は、マシンの製造過程及び耐用期間中のあらゆる段階において、直接監視の有無を問わず、例えば個々のコンポーネントレベルに至るまで故障の診断を補助するために用いることができる。
【０００５】
本発明のシステム及び方法は、リアルタイムでの故障診断及び予知を行うことのできるハイブリッド診断方式を達成するため、質に関する離散事象システム診断方法論を量的分析方法論と組み合わせて用いている。
【０００６】
本発明は、プリンタ、写真複写機、スキャナ、ファクシミリ機などのドキュメント処理システムを診断するハイブリッド診断方式において、質的モデルベースの推論と量的分析を組み合わせて用いるシステム及び方法を別個に提供する。
【０００７】
本発明の診断システム及び方法は、知的自己診断機の設計及び製造を可能とする。特に、本発明の診断システム及び方法は１つ又はそれ以上のマシンのコンポーネントの信号変化を監視し追跡する。この監視はリアルタイムで、或いは所定の間隔、又はユーザの選択した間隔で行うことができる。監視はデバイスの通常動作モードで、又は特別な診断モードで行うことができる。
【０００８】
本発明のシステム及び方法は、システム中で発生する「事象」（例えば、コマンド、制御信号、センサの読込み、高から低の信号変化、試験結果、故障のフラグ、カウンタ、パラメータの変化など）を調べることにより１つ又はそれ以上のシステムの動作を監視する診断方法論を利用する。診断システムは、これらの事象の発生に基づいてシステム状態を評価することができ、この状態評価から、故障などシステムの現在の動作状態を推定する。
【０００９】
本発明の診断システム及び方法はハイブリッド方式による診断に依拠するため、診断システムは多数の診断情報源に対処し、例えば１つ又はそれ以上のバーチャル・センサから送られる１つ又はそれ以上の監視中の信号変化及びその他の情報に基づいてマシン状態を評価することができる。従って、診断システムはセンサ数及び/又はバーチャル・センサによる入力数によって制限されない。本発明のシステム及び方法におけるバーチャル・センサの使用はマシンセンサへの補助となり、又センサを追加設置する必要性を低減し又はなくしながら、個々のコンポーネントレベルでのマシンの診断を助ける。
【００１０】
従って、該診断システムは１つ又はそれ以上のシステムの動的追跡を行うことができ、又センサ、バーチャル・センサ及びインディケータなどの多数の情報源から推測することができる。更に、診断システムは、少なくとも故障したコンポーネント（例えば現場交換可能なユニットやカスタマー交換可能ユニットなど）にまで遡って、マシン状態（故障、故障の疑い又は予知された故障など）を識別することができる。
【００１１】
特に、システムコントローラ、システムセンサ及びバーチャル・センサのうち少なくとも１つが、１つ又はそれ以上のシステムから、又は必要に応じてサブシステムから事象ジェネレータへ情報を送る。事象ジェネレータは１つ又はそれ以上のシステム、コントローラセンサ、及び/又はバーチャル・センサからの情報をコンパイルし、受け取った情報に基づいて「事象」を発生する。この「事象」は診断システムへ送られる。診断システムは、事象を分析し、例えばシステム中の１つ又はそれ以上のコンポーネントの有限状態マシンモデル、システムの拘束ベースモデル、ルールベースのシステムなどに基づいてシステム状態を評価することができる。例えば、正常状態、故障モード、又は予知された故障モードなど、システム状態を反映する状態評価は、１つ又はそれ以上の出力デバイスへ出力されることができる。更に、システム状態に関する情報はユーザ、システムオペレータ、サービス及びカスタマーサポートの提供者、自律修復エージェント、連結された或いは遠隔の受け手、又は本願と同時係属中の代理人事件番号１０３２４４号（同出願の全文を参照として本明細書中に援用する）に記載されているような分散ネットワークのうち、少なくとも１つ又はそれ以上に送られる。
【００１２】
従って、本発明のハイブリッド診断システム及び方法は、例えば診断サーバに「フロントエンド」を提供することができる。この「フロントエンド」は、カスタマー、自律修復エージェント、サービス提供者及び/又は消耗部品の供給業者のうち１つ又はそれ以上に、特定のデータタイプを直接的或いは間接的に伝送するための適切な動作を決定し、故障を予知された、又は故障したシステムへの適切な補助、修理、又は部品供給業者に、マシンの修理又は整備のための適切な情報又は部品を通知することができる。
【００１３】
本発明の上述の及び他の特徴及び利点は、好適な実施形態を詳述した以下の記載より明らかとなろう。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施形態を、添付の図面を適宜参照しながら以下に詳述する。
本発明のシステム及び方法は、ハイブリッド診断方法論を用いることにより、システムに関する状態データを取得することを必要とするプリンタ、写真複写機、又は他の任意のシステムなどのマシンの１つ又はそれ以上のコンポーネントの動作状態の決定に必要なデータを取得及び処理することができる。従って、本発明のシステム及び方法は、効率よく予知、診断、修理、計画を行い、及び/又は１つ又はそれ以上の監視中のシステムへサービス及び/又は部品を届けるために、複数のエンドユーザ、サービス/部品供給業者、及び/又は１つ又はそれ以上の診断サーバ及び２次情報源間で種々の状態データタイプを取得、処理及び巡回させることを可能とする「フロントエンド」を提供することができる。
【００１５】
図１は本発明に従ったハイブリッド診断システム１のシステム概観を示す。この例示的実施形態では、監視中のシステム５は診断システムとは別体である。但し、本発明のシステム及び方法に関連して記述される種々のコンポーネントは、監視中の実デバイス又はシステム内、例えば１つ又はそれ以上の配線により、或いはワイヤレス方式（ネットワーク、インターネット、イントラネット、或いは接続されたコンポーネント間で情報を伝達することのできる他の任意の公知のリンク、又は将来的に開発されるリンクなど）でシステム５に接続された専用診断デバイス上、及びそれらの組合せを含む、どの位置に置かれてもよいことを理解されたい。ハイブリッド診断システム１はシステムコントローラ２０、１つ又はそれ以上のシステムセンサ３０、１つ又はそれ以上のバーチャル・センサ１００、事象ジェネレータ２００、診断システム３００及び出力デバイス４００を含む。
【００１６】
システムコントローラ２０、システムセンサ３０及び/又はバーチャル・センサ１００はシステム５の状態に関する情報を収集し、この情報を事象ジェネレータ２００に送る。特に、システムコントローラ２００は、例えばシステム及びサブシステムコントローラ（図示せず）より発せられるコマンド、アクチュエータ信号、設定値信号、スケジューリング及びタイミングデータ、ジョブ情報、マシン動作モードなどのデータを事象ジェネレータ２００へ送る。制御コマンドはシステムのリアルタイム動作の一部として発せられてもよく、或いは特別な試験モード又は診断モードにおいて発せられる特別なコマンドであってもよい。更に、システムセンサ３０は、制御コマンド及び/又は試験コマンドに応答した信号変化、処理制御データなどの制御データと、特別の診断センサ及びカウンタからの出力、故障に応答した信号変化、摩耗情報、故障情報、状態情報などの監視データと、温度情報、湿度情報などの環境/動作状態データとを含むデータを事象ジェネレータ２００へ送る。センサ信号はアナログ/デジタルの別を問わず、又システムの正常動作の一部として、或いは特定の試験モード又は診断モードにおいて発せられる特別なコマンドに応答して生成される。
【００１７】
１つ又は複数のバーチャル・センサ１００は、分析手段即ち実システム情報の量的及び/又は質的処理を行うことにより、診断情報を事象ジェネレータに供給する。バーチャル・センサは１つ又はそれ以上のシステムコントローラ２０及びシステムセンサ３０より与えられる情報を補う。特に、１つ又はそれ以上のバーチャル・センサ１００は、例えば直接監視の有無に関わらずシステム５内の特定のコンポーネントに対し故障の分離を行うために、システムコントローラ２０及びシステムセンサ３０から得られるデータを用いて実行することのできる診断を改良する上での助けとなる。即ち、バーチャル・センサは「配線による」システムセンサにより供給される情報を補うために「間隙を埋める」のである。バーチャル・センサ１００に関しては種々の選択が可能である。最も簡単なバーチャル・センサ１００の例は、カウンタである。例えば、カウンタは診断目的のために印刷エンジンにおいて頻繁に用いられている。或いは、バーチャル・センサは閾値分析設計に依拠したものであってもよい。閾値分析では、システム５からの信号を所定値と比較し、信号値が上限或いは下限を越えているか否かを決定する。次いで、システム５の状態に関する有用な診断情報を提供するためにこの比較情報を分析することができる。或いは、バーチャル・センサ１００は符号分析モデルに依拠したものでもよい。ここでは、接地電流、センサ信号、アクチュエータ信号など、関連するあらゆるシステム信号及び/又はデータについて符号分析がなされ、有用な診断情報を包含する特徴が抽出される。更に、バーチャル・センサ技術１００は、システム５から得られるデータの統計的分析に依拠することもできる。例えば、平均分析及び分散分析、統計評価などは有用な診断指針であることが多い。或いは、バーチャル・センサは傾向分析、タイミング分析、及び速度分析に依拠してもよい。或いは、バーチャル・センサは、線形代数、微分学、質的計算、ロジック方程式、位相分析などの計算技術に依拠してもよい。
【００１８】
又、バーチャル・センサ１００は本願と同時係属中の代理人事件番号１０３０５９号、同１０４７０７号、同１０４７０８号、同１０４７０９号、同１０４７１０号、同１０４７５９号、同１０４７２８号（これらの出願の全文を参照として本明細書中に援用する）に記載されるような画像品質分析技術に基づいたものであってもよい。この場合、例えばプリンタ又は写真複写機からの出力画像に画像品質分析及び/又は欠陥認識分析を施す。この分析により得られたマトリックスを、システム５の状態を判断する助けとなるよう、事象ジェネレータ２００へ送ることができる。センサ信号を用いる場合、バーチャル・センサ信号はシステムの正常動作の一部として生成されてもよく、又は特別な試験モード又は診断モードにおいて発せられる特別なコマンドに応答する形で生成されてもよい。
【００１９】
事象ジェネレータ２００は、システムコントローラ２０、システムセンサ３０及びバーチャル・センサ１００から送られる１つ又はそれ以上のタイプのデータを取得し、分析する。事象ジェネレータ２００は、種々のセンサ、バーチャル・センサ、及び/又はコントローラから得られるデータを収集し、必要に応じて記憶するために、連続的に或いは所定の時系列で動作することができる。事象ジェネレータはこのデータを診断システム３００が認識できるフォーマットに変換する。この変換の例として、１つ又はそれ以上のセンサから得られるアナログデータを離散させ、質的な値へ変換することが挙げられる。或いは、この変換の例として、例えば高から低、オンからオフへの変化のような特別な信号変化を検出することにより、機械信号を離散事象のシーケンスへ変換することが挙げられる。
【００２０】
或いは、事象ジェネレータは、適切にフォーマットされたパス又はフェイル値などの特別なシステム試験結果を診断システム３００へ送ってもよい。最後に、事象ジェネレータ２００はバーチャル・センサの分析結果を診断システム３００のための量的フォーマットに変換することができる。事象ジェネレータにより送られるデータは、診断システム３００の性質及び要求に応じたものであれば、時刻を伴っているか否かは問わない。従って、事象ジェネレータ２００はセンサ、バーチャル・センサ、及びコントローラのうち１つ又はそれ以上からのデータを、システム５の動作に対応する離散事象へ変換する。これらの事象を適切な順序で診断システムへ送るため、例えば種々のコマンドやセンサ変化などの関連する信号変換、及びそれらの発生順序、試験シーケンス、及びバーチャル・センサ出力の順序は、例えば診断のための運転の開始時に参照されるテーブルなどに予め規定されている。このテーブルは、例えば診断システム３００が認識する「事象」のリストを含む。
【００２１】
次いで、診断システム３００は事象ジェネレータ２００が決定した離散事象を分析し、これらの事象に基づいてシステム５の状態を評価する。評価された状態は、例えば正常状態、故障モード、又は予知された故障モードなど、システム状態を反映している。診断システムは、モデルベースの推論、離散事象システム診断技術、拘束プログラミング、ベイズのネットワーク、因果関係ネットワーク、ニューラルネットワーク、エキスパートシステムなどのような質的推論方式に依拠している。殊に離散事象システムベースの診断エンジンは、共にM.Sampathらの「Diagnosibility of Discrete Event System(IEEE,1995)」及び「Failure Diagnosis Using Discrete Event Models(IEEE,1996)」（両文献の全文を参照として本明細書中に援用する）に議論されているように設計及び製造することができる。診断システムの出力（例えば故障モードなど）は、ユーザインタフェース、連結された或いは遠隔の監視位置又はユーザインタフェース、サービス技師、部品供給業者、ウエブページ、Ｅメールアドレスなどの出力デバイス４００へ出力され得る。或いは、又はこれに加えて、診断システムの出力は、故障に応じて適切な修復動作を決定する修復計画モジュール５００へ伝えられてもよい。修復動作はカスタマーによる修理、サービスコールの設置、及び/又は例えば自律修復エージェントにより行われる自律修復のうち１つ又はそれ以上、或いはこれらの組合せとすることができる。修復計画モジュール５００の出力は、例えばカスタマーへの「部品交換」メッセージであってもよく、或いは自動セットアップ手順の実行を含んでいてもよい。修復動作が決定されると、修復計画システムの出力は代理人事件番号１０３２４４号に記載されているような適切な受け手に送られる。
【００２２】
図２は、バーチャル・センサ技術を多数の特定の例として示したハイブリッド診断システムのブロック図である。特に、ハイブリッド診断システムは診断システム３００、事象ジェネレータ２００、１つ又はそれ以上のバーチャル・センサ１００、システム５、及びシステム５からバーチャルセンサ１００への１つ又はそれ以上の組のデータストリーム（例えば、アナログデータストリーム１０５０及びデジタルデータストリーム１０６０）を含む。バーチャル・センサ１００は符号分析モジュール１００５、統計分析モジュール１０１０、閾値分析モジュール１０１５、速度分析モジュール１０２０、量的状態評価モジュール１０２５、制御シーケンス監視モジュール１０３０、閾値分析モジュール１０３５、事象カウンタモジュール１０４０、及びタイマーモジュール１０４５のうち１つ又はそれ以上、或いはこれらの組合せとしてもよい。
【００２３】
符号分析モジュール１００５は、アナログ信号ストリーム１０５０から送られる信号を分析し、例えば感知した信号を記憶されている信号の符号と比較し、又は信号の所定パラメータを算出することができる。符号分析はアナログストリーム１０５０から送られる生の信号に対して、或いは例えば生の信号から抽出された１組の所定の特徴的変数に対して実行することができる。統計分析モジュール１０１０はアナログデータストリーム１０５０から１つ又はそれ以上のアナログ信号を受け取り、統計分析に基づいて（１つ又は複数の）データストリームの特徴（平均、分散、白色度など）を決定する。閾値分析モジュール１０１５は受け取ったデータを閾値と比較することにより状態情報を推論する。速度分析センサ１０２０は１つ又はそれ以上のシステム変数の増加/減少などの変化の速度を監視する。量的状態評価モジュール１０２５は例えばルエンベルガー(Luenberger)の観測器、ロバスト観測器、カルマン・フィルタ、故障検出フィルタ、パリティ空間方式、パラメータ推定技術などの方式に基づいた分析冗長度に依拠したものであってよい。制御シーケンス監視センサ１０３０はシステム制御コマンドを監視し、例えばシーケンス外れコマンド又はミッシングコマンドを決定する。閾値分析センサ１０３５は受け取ったデータを閾値と比較することにより状態情報を導出する。事象カウンタセンサ１０４０はシステム事象を計数し、タイマーセンサ１０４５はシステム５の事象のタイミングを監視し分析する。
【００２４】
図３は本発明に従った診断システムの別の例を示している。この例示的実施形態はシステム５、１つ又はそれ以上のシステムセンサ３０、ここでは状態評価部(estimator)１００であるバーチャル・センサ、フィードバックコントローラ９５、事象ジェネレータ２００及び診断エンジン３００を含む。特に、この実施形態は、閉ループ制御システムと例えばカルマン・フィルタのようなバーチャル・センサに基づいた統計による状態評価との相互作用を示している。
【００２５】
図４は、本発明に従ったシステムモデル及び診断システムの開発を示す、例示的な流れ図である。特に、システムモデルの生成のために、コンポーネントモデル、コントローラモデル、及び１つ又はそれ以上の故障徴候テーブルがコンパイルされている。コンポーネントモデルはシステムコンポーネントの正常モードと故障モードの両方を捕捉する。コントローラモジュールは、システムの正常動作の一部として、或いは動作の特別な試験又は診断モードの間に発せられる種々の順序の制御コマンドを捕捉する。コントローラモデルは診断システムの設計及び実施に応じて任意に用いるべきものであり、コントローラを明瞭に作成する際に必須のものでないことに留意されたい。故障徴候テーブルは、システム動作の正常モードと同様に、種々の故障モードのために診断システムが用いるセンサ及びバーチャル・センサからの出力が列挙されている。次いでこのシステムモデルは、診断要求の一覧表と共に、診断推定エンジンを生成するために用いられる。診断要求は、例えば各故障を個別に診断するべきか否か、或いは１区分の故障のうちの１つが発生しているか否かを決定することで十分か否かなど、それによって故障を診断すべき解決方法を特定する。特に、離散事象システム診断方式の場合、システムモデル及び診断エンジンの生成は、共にM. Sampathらによる「Diagnosibility of Discrete Event System(IEEE,1995)」及び「Failure Diagnosis Using Discrete Event Models(IEEE,1996)」（両文献の全文を参照として本明細書中に援用する）で議論されているアルゴリズムに従って行われる。又、診断エンジンは、システムモデルを生成する中間フェーズなしに、コンポーネントモデル、コントローラモデル及び故障徴候テーブルから直接合成されてもよいことに留意されたい。
【００２６】
図５乃至図１１は、例示的な簡単な電子システムにおける本発明に従ったシステムの作業の仕方を示したものである。特に、例示的電子システムはプリンタ及び写真複写機であり、診断されるサブシステムはプリンタや写真複写機中の給紙アセンブリである。
【００２７】
特に、図５は診断システムを組み込んだ給紙システムの例示的機能ブロック図を示す。この場合、システムコントローラにより発せられる制御コマンドは、種々の給紙システムコンポーネントを駆動する給紙モータ、用紙トレイ内の積み重ねた用紙を持ち上げるエレベータ・モータ、及びオンとオフで給紙を制御する取得ソレノイドを回転させるコマンドである。システム内のセンサは、用紙の到着を検出する待機ステーションセンサ、及び用紙トレイ内の用紙の高さを検査する積層高さセンサである。このシステムでは２種類のバーチャル・センサが用いられている。１つは特徴抽出及び判別分析ベースのバーチャル・センサ、もう１つは１組のカウンタ・センサである。１つのカウンタが連続した給紙について積層高さセンサの読取値を追跡し、他方のカウンタが給紙された紙数を追跡する。診断される故障としては、モータの空転、ソレノイドの破損及び劣化、給紙ローラの損傷、及び紙ずれが挙げられる。
【００２８】
図６は、図５の診断システムをより詳細に図示している。図５に関して既に議論したように、印刷システム１０は給紙サブシステム２０、給紙システムコントローラ３０、給紙システムセンサ４０を含む。更に、システム１０の診断部はバーチャル・センサシステム１００、事象ジェネレータシステム２００、診断システム３００及び出力デバイス４００を含む。これらは全てリンク５０で相互接続されている。
【００２９】
リンク５０は配線によるものでも、ワイヤレスリンクであっても、或いは接続されたコンポーネント間で電子データを授受することのできる他の公知の又は将来的に開発される（１つ又は複数の）要素であってもよい。
【００３０】
バーチャル・センサシステム１００はデータ収集デバイス１１０、特徴抽出デバイス１２０、判別分析デバイス１３０、ピーク電流検出回路１４０、パワースペクトル振幅決定回路１５０、分類回路１６０、給紙カウンタ１７０及び積層高さセンサカウンタ１８０を含む。
【００３１】
事象ジェネレータシステム２００は制御データ変換回路２１０、センサデータ変換回路２２０、バーチャル・センサ変換回路２３０及び事象シーケンサ回路２４０を含む。診断システム３００はコントローラ３１０、Ｉ/Ｏコントローラ３２０、状態評価部３３０、及びシステム状態情報アセンブラ３４０を含む。
【００３２】
前述の如く、給紙システムコントローラ３０、給紙システムセンサ４０、及びバーチャル・センサ１００からの情報は事象ジェネレータシステム２００へ送られる。即ち、その中から「事象」を直接的に相関させることのできる情報が事象ジェネレータシステム２００に直接送られる。
【００３３】
システムコントローラやセンサによって直接的に検出できる、或いは直接的には検出できない更なるシステム「事象」を生成するため、センサ４０からの情報、及び更に全ての給紙システムコンポーネントにより引き出される電流の集合体である接地電流からの情報がバーチャル・センサデバイス１００に送られる。データ収集デバイス１１０がこの情報を追跡し記憶する。取得したデータを用いて、又更に進んだシステム状態の決定のため、給紙カウンタ１７０、積層高さセンサカウンタ１８０、特徴抽出デバイス１２０及び判別分析デバイス１３０を用いて、システムコントローラ１２０及びシステムセンサ３０のうち１つ又はそれ以上からは容易に得ることのできないシステム状態に関する情報を抽出する。積層高さカウンタ１８０は、連続した給紙に関する積層高さセンサの読取値を追跡し、給紙カウンタ１７０は連続した給紙に関して待機ステーションセンサを監視することにより、給紙された紙数を追跡する。
【００３４】
例示的に、特徴抽出デバイス１１０はピーク電流検出回路１３０及びパワースペクトル振幅決定回路１４０を含む。但し、ピーク電流検出回路１３０とパワースペクトル振幅決定回路１４０に代えて、或いはこれらと共にパワースペクトル周波数、振動信号分析結果、時間−周波数信号などのような他の特徴を、バーチャル・センサシステム１００の動作に影響を及ぼすことなく用いることができることを理解されたい。この例では、ピーク電流検出回路１４０は、例えば給紙システムコンポーネントにより引き出されるピーク電流を監視し記憶する。更に、パワースペクトル振幅決定回路１５０は給紙システムコンポーネントにより引き出される接地電流のパワースペクトル振幅を監視し集合させる。（１つ又は複数の）所望の特徴が抽出されると、特徴は判別分析デバイス１３０へ送られる。
【００３５】
前述の如く、これらの特徴の計算を容易にし、又システムの対応する故障モードに特徴をマッピングすることを容易にするために、例えば、ピーク電流及びパワースペクトル振幅を選択する。但し、これらのマッピングはいずれも、システムの動作中に発生する特徴値における統計的変化を説明するものでなければならない。従って、判別分析デバイス１３０において多変量判別分析を行うことが好ましい。多変量解析についての議論はT. W. Andersonの「An Introduction to Multivariate Statistical Analysis」(Second Edition, 1984)及びD. Morrisonの「Multivariate Statistical Methods」(1976)を参照されたい（上記文献は何れも全文を参照として本明細書中に援用する）。
【００３６】
判別分析デバイス１２０は典型的には分類回路を含む。この例では、分類部は２次分類回路１６０である。但し、判別分析デバイスはあらゆる公知の多変量解析技術に依拠したものとすることができる。特に、この他にも、本発明の動作上の特徴に影響することなく本発明のシステム及び方法と組み合わせて用いることのできる、分類アルゴリズムが異なる数多くの、分類部の設計のためのアルゴリズムが存在する。これに関しては例えばR. Dudaの「Pattern Classification and Scene Analysis」(1973)（同文献の全文を参照として本明細書中に援用する）や先に引用した「An Introduction to Multivariate Statistical Analysis」や「Multivariate Statistical Methods」を参照されたい。実施例は線形分類、論理回帰、主成分分析、ベイズの分類などを含むが、これらに限定されない。
【００３７】
２次分類部１６０は、例えば総クラスタ数、それらに対応する識別数、クラスタの平均値及び共分散行列、及び各クラスタ毎のパラメトリック定数を含む分類部パラメータに基づいて動作する。一般的に、判別分析デバイス１３０は特徴抽出デバイス１２０により集合化されたデータを分析し、所与の特徴の標本集合の特徴変数により張られる多次元空間における各グループにより形成される領域又はクラスタからの距離に基づいて、特徴集合を所与のクラスタのうちの任意の１つに分類する。次いで、標本点を最も近似度の高いクラスタに分類する。バーチャル・センサシステム１００の場合、クラスタは異なる状態（例えば、故障モード）に対応する。クラスタ名又はクラスタ数が、バーチャル・センサシステム１００の出力である。次いで、事象ジェネレータシステム２００がこのクラスタを「事象」に変換する。
【００３８】
事象ジェネレータシステム２００はシステムセンサ、コントローラ、及びバーチャル・センサから送られた種々の情報を変換し、これらの情報を診断システム３００により認識可能な離散事象へ変換する。特に、制御データ変換回路２１０は１つ又はそれ以上のシステムコントローラからデータを受け取り、センサデータ変換回路２２０は１つ又はそれ以上のシステムセンサ３０からデータを受け取り、またバーチャル・センサ変換回路２３０はバーチャル・センサ１００のような１つ又はそれ以上のバーチャルセンサからデータを受け取る。事象ジェネレータシステム１００はこの情報を、例えばデータを「離散事象」データへ変換するためのルックアップテーブルと比較する。事象シーケンサ回路２４０は種々の事象を順に配列し、これらを正しい順序で診断システム３００へ送る。
【００３９】
診断システム３００は、事象ジェネレータシステム２００より送られる離散事象を解釈し、それに対応するマシン状態情報を生成する。診断システムは、質的情報が「事象」を通じて提供される、システムの質的モデルに依拠している。診断システムは、離散事象システム診断技術、モデルベースの推論、ベイズの推論、拘束ベースのプログラミング、ニューラルネットワーク、及び因果関係ネットワークなどの多数の異なる技術のうちの１つ又はそれ以上に依拠している。典型的には、診断システム３００の設計及び実行にあたり、２つの方法がある。第１の方法では、１つ又はそれ以上のコンポーネントモデル、コントローラモデル、及び故障システムテーブルを診断要求と組み合わせて用い、診断推定エンジンを生成する。生成された診断推定エンジンは、例えばルックアップテーブル又はルールベースのシステムなどの、診断システム３００のメモリに記憶される。実際の診断時には、推定は事象ジェネレータシステム２００により生成された「事象」に基づいて推定エンジンの状態を更新することにより容易に行われる。或いは、完全システムモデル又はコンポーネントモデル及び故障徴候テーブルのいずれかを診断システム３００のメモリに記憶させ、「事象」としてオンラインで行われる診断計算を事象ジェネレータシステム２００から受け取ることができる。即ち、診断推定エンジンは診断プロセスの間に累加的に生成され得る。
【００４０】
診断システムからの状態情報の出力は、例えば機械が正常作動しているか否か、即ち故障のないこと、或いは何らかの故障発生の有無、何らかの故障発生の疑いの有無、或いは故障発生の予知の有無を示すことができる。システムの現在の状態が決定されると、システム状態情報アセンブラ３４０が適切なメッセージを集め、リンク５０を介して出力デバイス４００へ伝送する。
【００４１】
出力デバイス４００は、診断システム３００により出力される状態情報又は故障情報を表示するためのユーザインタフェースなどの局所出力ディスプレイモジュールとしてもよい。出力デバイス４００は、例えば高レベルの状態インディケータ及び故障リストを表示するユーザインタフェースであってもよい。適切に着色できる、或いは音声により強調することのできる高レベルのインディケータは、現在のマシン状態を特定する。例えば、状態は正常、故障疑い、確定的故障としてもよい。故障リストは故障（故障疑いと確定的故障の両方）を例えばユーザインタフェースの別々の区分に表示する。或いは、出力デバイス４００は代理人事件番号１０３２４４号に記載されるような、診断情報の受取りと通信チャネルとを有する遠隔表示モジュールとすることもできる。
【００４２】
図７は、図６のシステムと関連する例示的なフローチャートである。制御は印刷及び/又は複写ジョブが開始されるステップＳ１０から始まる。次いで、ステップＳ２０で、給紙システム制御コマンド及びセンサ信号電荷を得る。更に、ステップＳ５０で、接地線電流のサンプルを得る。次にステップＳ３０で、制御及び/又はセンサ信号を分析し、図８の例で示すような例示的な事象ジェネレータシステム出力において特定されるような事象を得る。一方、ステップＳ６０では、バーチャル・センサがピーク電流及パワースペクトル振幅特徴を接地線電流サンプルから例示的に抽出する。次いで、ステップＳ７０で、抽出された特徴を、例えば特定された分類パラメータを用いて所定数のクラスタのうちの１つに分類し、分類番号を出力する。
【００４３】
ステップＳ４０で、事象ジェネレータが制御及び/又はセンサ事象を診断システムにより特定された順に分類部の出力と組み合わせる。次いで、ステップＳ８０でこれらの事象を診断システムへ送る。更に、ステップＳ９０で、診断システムが事象に基づいてシステム状態を決定する。次いで、ステップＳ１００で、診断システムにより決定された状態情報、又は故障を出力する。
【００４４】
図８は、例示的な給紙アセンブリに関する事象ジェネレータシステムの例示的出力を示す。特に、事象ジェネレータテーブルは、給紙システムの状態を評価するために診断システム３００に送られる事象番号及び/又は事象名を含む。前述の如く状態評価部３６０によりマシン状態が決定されると、システム状態情報アセンブラ３４０が適切な状態情報を出力デバイス４００又は修復計画モジュール５００へ送る。
【００４５】
図９及び図１０は２次分類回路１６０の例示的な動作を示す。例えば、図９に示す例示的給紙システムの場合、分類部のオフライン設計段階において、各クラスタ又はグループ毎に、即ち正常モードと各故障モード毎に、プリンタ及び/又は複写機に多数の給紙が行われ、これらの給紙に関わる特徴を得る。次いで、選択した分類部構成の区分（２次、線形構成など）に対して、統計ツールを用いて分類パラメータが決定される。
【００４６】
図１０には、オフライン設計又は学習段階が完了した後の、分類部のオンライン作業中のクラスタの決定方法が示されている。特に、各クラスタからの特徴ベクトルの距離は、オフライン設計段階において計算される分類部パラメータを用いて算出される。次いで、最も近似度の高いクラスタを事象ジェネレータシステム２００に出力する。
【００４７】
図１１は図６の例示的システムのための例示的な診断システムの一部を示す。この例における診断システムは、ルールベースのシステムとして示されている。診断推定エンジンを診断部とよぶ。
【００４８】
図１２は、本発明に従った診断システムの例示的一実施形態を概略した例示的フローチャートを示す。制御はステップＳ１０００より開始され、ステップＳ１１００へ続く。ステップＳ１１００では、１つ又はそれ以上のシステムセンサ及びコントローラを監視し、必要に応じてセンサから収集されたデータを記憶する。次の、或いはステップＳ１１００と並行するステップＳ１２００では、１つ又はそれ以上のバーチャル・センサを監視し、必要に応じてセンサより収集されたデータを記憶する。次いで、ステップＳ１３００で、収集されたデータを例えば事象シーケンステーブルに基づいて事象データに変換する。制御はステップＳ１４００に進む。
【００４９】
ステップＳ１４００では、システムの状態を評価するために事象データを分析する。次いで、ステップＳ１５００では、システムの故障状態に関する情報を出力する。制御はステップＳ１６００に進み、制御シーケンスが終了する。
【００５０】
図１乃至図１１に示す如く、診断及び故障予知システムは単体のプログラム汎用コンピュータ又は別体のプログラムされた汎用コンピュータのいずれかにおいて実施されることが好ましい。但し、診断及び故障予知システムは専用コンピュータ、プログラムされたマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラ、及び（１つ又は複数の）周辺集積回路素子、ＡＳＩＣ及び他の集積回路、デジタル信号プロセッサ、離散素子回路などの配線による電子回路又はロジック回路、ＰＬＤ、ＰＬＡ、ＦＰＧＡ、ＰＡＬなどのプログラム可能ロジックデバイス上で実施することもできる。一般に、有限状態マシンを実施することのできる、即ち図１２に示すフローチャート及び作業流れ図を実施することのできるあらゆるデバイスを、診断及び故障予知システムの実施のために用いることができる。
【００５１】
更に、ここに開示された方法は、種々のコンピュータ又はワークステーションハードウェアプラットフォームで使用することのできるポータブルソースコードを提供するオブジェクト又はオブジェクト指向ソフトウェア開発環境を用いるソフトウェアにおいても容易に実施できる。或いは、開示された探索システムは標準的なロジック回路又はＶＬＳＩ設計を使用するハードウェアにおいて部分的に或いは完全に実施することができる。本発明に従ったシステム及び方法の実施にあたりソフトウェアを用いるかハードウェアを用いるかは、システム速度及び/又は効率上の要求、特定機能、及び利用される特定のソフトウェア又はハードウェアシステム或いはマイクロプロセッサ又はマイクロコンピュータシステムによって異なる。但し、それほど専門的な経験がなくとも、コンピュータ技術に関する一般的な知識を有する当業者は、本明細書中の機能に関する記載を読めば、上述した診断及び故障予知システム及び方法を、あらゆる公知の或いは将来的に開発されるシステム又は構造を用いるハードウェア又はソフトウェア、デバイス及び/又はソフトウェアにおいて容易に実施することができる。
【００５２】
更に、本明細書に開示された方法は、プログラムされた汎用コンピュータ、専用コンピュータ、マイクロプロセッサなどで実行されるソフトウェアとして容易に実施することができる。この場合、本発明の方法及びシステムは、Ｊａｖａ（登録商標）やＣＧＩスクリプトなどのような、パソコンに組み込まれたルーチンとして、サーバ又はワークステーションにあるリソースとして、或いは専用の診断及び故障予知システムに組み込まれたルーチンなどとして実施することができる。又、診断及び故障予知システムは、ワークステーション又は専用診断システムのハードウェア及びソフトウェアシステムなどのソフトウェア及び/又はハードウェアシステムにシステム及び方法を物理的に組み入れることにより、実施することができる。
【００５３】
よって、本発明に従って、電子システムの診断及び故障予知のためのシステム及び方法が提供されることは明らかである。本発明を好適な実施形態に関連させて記述したが、当然ながら当業者には多くの代替、修正、及び変更が可能である。従って、出願人は本発明の精神及び範囲内にある代替、修正及び変更を全て包括することを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従った診断システムの第１の実施形態を示す、機能を表すブロック図である。
【図２】本発明に従った診断システムの第２の実施形態を示す、機能を表すブロック図である。
【図３】本発明に従った診断システムの第３の実施形態を示す、機能を表すブロック図である。
【図４】本発明に従った診断システムを開発するための例示的な作業フローチャートである。
【図５】本発明に従った例示的な監視システムを示す。
【図６】図５の例示的監視システムの機能を表す詳細なブロック図である。
【図７】図６に示された例示的監視システムのための例示的な作業フローチャートである。
【図８】図６の例示的システムのための事象ジェネレータシステムの例示的な出力を示す図である。
【図９】図６に示した例示的システムのための分類部の設計を示す例示的な作業フローチャートである。
【図１０】図６に示した例示的システムのための分類部の動作を示す例示的な作業フローチャートである。
【図１１】図６に示した例示的システムのための例示的な診断システムの一部を示す。
【図１２】本発明に従った診断システムのための方法の第１の例示的実施形態の概要を示すフローチャートである。
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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