製品の紹介

振動測定による設備の予知保全技術の報告
ネットワーク型予知保全システムの紹介

2. 予知保全システムの概要

1. はじめに生産工場などにおける設備や機器の保守保全のあり方

2-1）
システムの構成
ネットワーク型予知保全システムの運用時の模式図を産能力の低下や不良品が発生した後にメンテナンスと修繕

Figure1に示す。基本的な構成は、「振動センサー」と「センを行う事後保全から、故障の兆候を事前に検知して適切なサーユニット」、「予知保全解析プログラム」（PCにインストールタイミングで修理やメンテナンスを行う「予知保全」へとシフトして使用する）である。センサーとユニットは付属のローノイズが進んできている。当社においても、これまでにタブレット型のケーブルで接続する。ユニットとプログラム
（PC）
は、
LANネッ

１）

トワークを用いて接続する。LANは既設のネットワークを利用全活動をする現場において、その場で保全対象の振動状態することも可能である。基本構成だけで運用を開始することをセンサーにより計測して解析を行い、状態の時系列的変化ができて、取り扱い性の良い構成としている。なお、スイッチをチャートと数値で確認して、異常の際にはその度合いに応ングハブを用いて、センサーユニットの台数を増やすことで、じた表示により予知保全を計画的に実施できるシステムであ保全対象やセンシングポイントを増やしたり、ネットワーク先かる。いわゆるポータブル式の予知保全システムであるが、市ら別 PCにてWEB 画面を通して状態を確認したり、保全対場ではセンシングとIoT 技術の進歩によりネットワークを介して象の異常度に応じたアラートをメールで受ける（メールサーサーバーやクラウドにデータを蓄積して解析するモデルによるバーは必要となる）ことも可能となる。

No.41

サービスが広く始まっている。ネットワーク先の遠隔から状態確認と予知保全が可能となるものであるが、実際のお客さまの現場においては、多様な事情により、センシングデータを外2-2）構成要素以下に、構成要素３点を紹介する。

部のネットワーク先やクラウドにアップすることが出来ない、または許されてない場合も多いという現実がある。そういった現場においても、ローカルのネットワークを使って予知保全の導入を進めていくことができるシステムの開発を行った。

2-2-1）有機圧電型振動センサー

振動センサーには、有機圧電素子２）用いた薄型・小型軽量で、レトロフィットによる後付けも容易な振動センサーの開発

本報では、ネットワーク型予知保全システムの紹介と搭載している予知保全技術を紹介する。

を行った。相手面に張り付けて固定するが、柔軟性があるた
め、少しの曲面であれば固定が可能であり、専用のマグネッ

Figure1

Summer 2021

異常振動検知システムの開発 を行ってきた。巡回式で保バルカー技術誌

が、定期や定時で保全を行う予防保全や、故障もしくは生予知保全システムの模式図
12振動測定による設備の予知保全技術の報告

ネットワーク型予知保全システムの紹介

ト式ブラケットを用いれば 磁 力による固 定も可 能となる

Maintenance, Danger の状態に変化するたび）には保全（Figure2）。

担当者にアラートメールの配信が可能である。

2-2-2）センサユニット

1 ユニットに8chの入力を備え、全入力にチャージアンプを内蔵しているため、電荷出力型のセンサーがそのまま接続可能である。そのため、先述の有機圧電型振動センサー以外にも、市販の振動・加速度センサーも使用可能である。ユニットにおいて、センサー信号がデジタル変換され、LAN 端子からネットワークを通じて解析側のPCに伝送される。LAN（パイロットモデル）

接続により、ユニットの分散配置も可能であり、多点センシン

Figure2

グの環境構築に柔軟に、またコストを抑えて実施することが有機圧電型振動センサー

バルカー技術誌

可能である（Figure3）。
2-2-3）予知保全解析プログラム

振動のセンシングデータからオクターブ解析をし、そのデータから「MT 法（異常度解析）」と「トレンド分析（状態解析）」をすることで予知保全を行う。画面のダッシュボードにて、計Summer 2021

測ポイント毎に「時間波形」「FFT 解析」「オクターブ解析」「MT 法」「トレンド分析」が確認出来る（Figure4）。
また、環境からのバックグランド振動を外乱信号として除去するため、データを差分する機能（Figure5）を持ち、保全対象の現状確認については、しきい値に対応した状態表示とアラートレベルが 画 面に表 示され、 異 常 時（Caution,No.41

マグネット式ブラケット（パイロットモデル）

Figure3 センサーユニット（パイロットモデル）

Figure413

予知保全解析プログラム

Figure5 バックグランド振動の除去

製品の紹介3. 予知保全の手法

常度を数値的に捉えることで、予知保全の確度を高めている。

保全対象の振動状態の変化から予知保全を行うため、保全対象の振動の状態変化をセンシングデータから捉える必要がある。本システムにおいては、振動データをオクターブ

4. 使用機会と事前検証活動解析したものを用いている。振動解析で広く使われるFFT

本予知保全システムで想定している保全対象は、ポンプ解析のデータ量と比べて非常にコンパクトとなり、後述するトやモータ、機関などと言った、振動により状態センシングが可レンド分析とMT 法で解析するのに適していることから採用し能なものである。しかしながら、実際にお客さまの現場においている。て、本当に保全対象の予知保全が可能な対象かどうかの事
前検証は非常に重要となるため、導入を検討されているお3-1）
トレンド分析（状態解析）
保全対象の正常（定常）
稼働時の振動データをリファレンスお願いしている。

バルカー技術誌として初期計測を行い、その後の振動計測データとの差分値

客さまのご協力を得ながら、事前に試用計測をさせていただ
き、予知保全の可否と導入後の費用対効果も併せて検討をを用いて、どれぐらい振動強度が変化／相違したかトレンドチャートを描画しながら、しきい値と比較して予兆を捉える方法である。絶対値的な変化よりも相対変化に注目して分析するのがトレンド分析の特徴であり、このような振動の状態解析により異常の予兆を捉える。分析に使用する周波数は、オクSummer 2021

ターブ解析のデータから振動強度の変化が大きいTop5+1（1つは任意で選択可能）が自動選択される。あるいは、全て手動で選択することも可能である（Figure6）。

Figure6 トレンド分析の概要

3-2）MT 法（異常度解析）
MT（マハラノビス・タグチ）
法３） は、マハラノビス距離に基づいて、正常と異常の判断をすることを目的としたパターン認

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識手法である。各種の判定に広く使用されており、シンプルでありながら異常度の検知が容易に出来るため、上述のトレンド分析とともに、予知保全解析プログラムに取り入れている（Figure7）。

Figure7 ＭＴ法の概要

保全対象が正常（定常状態）に稼働しているときの振動データから単位空間を作成し、その後の振動をデータ空間としてマハラノビス距離（MT score）を算出していくことで、異常度を捉えるものであるが、データを前処理して解析の次元数を調整することで、異常度を示すMT scoreの出現時期を変えることが出来る点を見出した。予知保全解析プログラムには、この次元数を調整する機能を搭載しており、MT scoreによる異常の予兆を保全対象の故障前の間際、もしくは時間的余裕を持って検知出来るようになるため、お客さまの保全活動のスタイルに合わせて有効に使用していただける機能となる（Figure8）。
以上の「トレンド分析」と「MT 法」の解析手法を本システムに搭載して、同時に解析を行っている。振動状態の変化と異Figure8

解析次元の調整と予兆時期の概要
14振動測定による設備の予知保全技術の報告

5. 仕様＊仕様値はパイロットモデルのデータのため、製品と異なる場合がある。

Table1

有機圧電型振動センサーの概略仕様

有機圧電型振動センサーの仕様をTable1、センサーユ

素子

有機圧電素子、厚み0.1mm（参考値）

ニットの仕様をTable2、予知保全解析プログラムの仕様を

感度0.1pc/m/s2

（参考値）

周波数範囲

0.4 〜 10,000 Hz（参考値）

外 形 寸 法24×20×0.5mm（参考値）

ケ ー ブ ル

ローノイズタイプ 3m、延長可

（参考値）

重量

本体 1g 程度

（参考値）

入力

8ch、チャージアンプ内蔵

A/D 変換24bit、8ch 同時サンプリング

Table3に示す。実際の使用にあたっては、ユニット数とセンシング数によって、予知保全解析プログラムの実用的な計測設定とPC 台数なども決まるため、データ収集の頻度とセンシング規模について、お客さまとの確認と計画が必要となる。

6. おわりにTable2 センサーユニットの概略仕様

サンプリング周波数51.2kHz

入力周 波 数 範 囲

0.16Hz 〜 20kHzにでも製造現場で使い始めることが出来るシステムをコンセプ通信プロトコル

UDP/IPトとして開発したものであり、導入検討の指標として検討いた

イー サ ネット

1ch、10/100/1000Mbps、RJ45コネクタ

トリガ ー 入 力

フォトカプラ（電流供給の外部電源 24V 必要）

電DC24V

今回紹介した「ネットワーク型予知保全システム」は、すぐ

バルカー技術誌

Summer 2021
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ネットワーク型予知保全システムの紹介

だけると幸いである。なお、本システムは、当社における
Valqua Predictive Maintenance Systemのラインアップの一つとなるものであり、今後も各種産業の生産現場における保守保全に貢献していきたいと考える。

源

寸 法、 質 量

W：52×H：126×D：128mm、450g 程度

使 用 環 境

0-55℃、95%RH 以下（結露なき事）Table3解 析 機 能7. 参考文献

予知保全機能1）羽根田 誠（商船三井テクノトレード株式会社），佐藤 央隆，
米田 哲也，油谷 康：バルカー技術誌，No.36, 3-6（2019）

その 他 機 能

予知保全解析プログラムの概略仕様

FFT 解析、オクターブ解析（1/1、1/3、1/6、1/12、1/24）
トレンド分析
（状態解析）、MT 法（異常度解析）
しきい値によるアラート表示とメール配信
バックグランド信号の除去 ,トリガーによる計測、WEBブラウザによるリモートパネル接続［例］約 160GB/ 年
8ch、1/3オクターブ解析、10 分毎計測の設定※時間波形データの保存をしない場合

2）
田 實 佳郎，米田 哲也：バルカー技術誌 , No.26, 12-17

解 析データの保 存 容 量（2014）

動 作 環 境Windows10, Intel Core i5 相当以上

接 続 ユニット

バルカー製センサーユニット 及びNI9234（National Instruments）が接続可※接続台数は計測設定とネットワーク環境によるため事前の計画が必要

3）鈴木 真人，“独習 信号処理”，秀和システム,（2017）佐藤 央隆
研究開発本部
先行技術開発部

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新領域開発チーム