DE112020007492T5

DE112020007492T5 - Synchronisationsvorrichtung und speichermedium

Info

Publication number: DE112020007492T5
Application number: DE112020007492.7T
Authority: DE
Inventors: Yuichi Kizu; Takashi Kai; Hiroyuki Sekiguchi; Hidetoshi Ikeda
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-08-04
Filing date: 2020-08-04
Publication date: 2023-06-15
Also published as: WO2022029873A1; JPWO2022029873A1; US20230258538A1; CN116157759A; JP6956914B1

Abstract

Eine Synchronisationsvorrichtung (1) umfasst eine Maschinendatenerfassungseinheit (11), eine Messdatenerfassungseinheit (12), eine Korrelationsberechnungseinheit (13) und eine Ausgabeeinheit (14) für synchronisierte Daten. Die Maschinendatenerfassungseinheit (11) erfasst als Maschinendaten Zeitreiheninformationen über den Antrieb einer Maschine. Die Messdatenerfassungseinheit (12) erfasst als Messdaten Zeitreiheninformationen über einen Zustand der Maschine. Die Korrelationsberechnungseinheit (13) berechnet eine Korrelationszeitdifferenz, die eine Zeitdifferenz ist, wenn die Stärke der Korrelation zwischen den Maschinendaten und den Messdaten maximal ist, auf der Basis der Maschinendaten, der Messdaten und einer Zeitdifferenz, wenn eines von den Maschinendaten und den Messdaten in einer positiven oder negativen Richtung einer Zeitachse versetzt ist. Die Ausgabeeinheit (14) für synchronisierte Daten gibt als synchronisierte Maschinendaten die Maschinendaten aus, die mit den Messdaten auf der Basis der Korrelationszeitdifferenz synchronisiert sind, und gibt als synchronisierte Messdaten die Messdaten aus, die mit den Maschinendaten auf der Basis der Korrelationszeitdifferenz synchronisiert sind.

Description

Gebiet der Technik
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Synchronisationsvorrichtung, die eine Vielzahl von Zeitreihendatenstücken synchron ausgibt, ein Synchronisationsverfahren und ein Programm dafür.
Stand der Technik
Es ist bekannt, dass im Allgemeinen bei einer Vorrichtung, die eine Kraftquelle wie z. B. einen Motor enthält, ein Antriebsgeräusch des Motors oder einer Maschine als ein durch den Motor anzutreibendes Objekt eine Menge Informationen bezüglich der Zustände der Kraftquelle und des anzutreibenden Objekts enthält. Dementsprechend besteht ein Bedarf an einer Technik, bei der zur Bestimmung des Zustands einer Vorrichtung Messdaten, d. h. Daten über ein Antriebsgeräusch oder eine Vibration eines Motors oder einer Maschine, die von einem Sensor oder ähnlichem gemessen werden, erfasst werden, während Maschinendaten wie z. B. eine Position, eine Geschwindigkeit oder ein Drehmoment des Motors oder der Maschine erfasst werden, und diese Datenstücke synchron analysiert werden. Da es sich jedoch bei einem System zur Erfassung von Maschinendaten und einem System zur Erfassung von Messdaten um grundlegend unterschiedliche Systeme handelt, ist eine gewisse Erfindungsgabe erforderlich. Vor diesem technischen Hintergrund offenbart die nachstehende Patentliteratur 1 eine Technik, bei der ein Zeitpunkt, an dem ein vorgegebenes Merkmal auftritt, aus den jeweiligen Maschinendaten und Messdaten, die von verschiedenen Systemen gemessen werden, extrahiert wird, wodurch diese beiden Datenstücke miteinander synchronisiert werden.
Liste der Anführungen
Patentliteratur
Patentliteratur 1: offengelegte japanische Patenanmeldung Nr. 2019-219725
Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
Bei dem Verfahren von Patentliteratur 1 wird ein Zeitpunkt, an dem die Lautstärke eines Bearbeitungsgeräusches einen Schwellenwert überschreitet, oder ein Zeitpunkt, an dem die Beschleunigung der Vibration eines Werkzeugs einen Schwellenwert überschreitet, als ein Beispiel für den Zeitpunkt genannt, an dem ein vorbestimmtes Merkmal auftritt. Die Zeitpunkte, an denen diese Merkmale auftreten, variieren jedoch in Abhängigkeit von den Antriebsbedingungen wie z. B. einer Maschinenkonfiguration, der Art des für die Bearbeitung verwendeten Werkzeugs, einem Werkstoff für ein zu bearbeitendes Werkstück und einem Arbeitsgangmuster. Daher besteht bei dem Verfahren von Patentliteratur 1 das Problem, dass es notwendig ist, den Zeitpunkt, an dem ein Merkmal auftritt, in Abhängigkeit von solchen Antriebsbedingungen neu festzulegen. Das heißt, das Verfahren von Patentliteratur 1 weist das Problem auf, dass Einstellarbeiten zur Vorbereitung einer Messung vor der Messung erforderlich sind und somit ein Synchronisationsprozess nicht effizient durchgeführt werden kann.
Die vorliegende Offenbarung wurde im Hinblick auf die obigen Ausführungen gemacht, und ein Ziel davon ist es, eine Synchronisationsvorrichtung zu erhalten, die in der Lage ist, einen Synchronisationsprozess effizient durchzuführen.
Lösung der Aufgabe
Um das oben beschriebene Problem zu lösen und das Ziel zu erreichen, enthält eine Synchronisationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Maschinendatenerfassungseinheit, eine Messdatenerfassungseinheit, eine Korrelationsberechnungseinheit und eine Ausgabeeinheit für synchronisierte Daten. Die Maschinendatenerfassungseinheit erfasst als Maschinendaten Zeitreiheninformationen über den Antrieb einer Maschine. Die Messdatenerfassungseinheit erfasst als Messdaten Zeitreiheninformationen über den Zustand der Maschine als Messdaten. Die Korrelationsberechnungseinheit berechnet eine Korrelationszeitdifferenz, die eine Zeitdifferenz ist, wenn die Stärke der Korrelation zwischen den Maschinendaten und den Messdaten maximal ist, auf der Basis der Maschinendaten, der Messdaten und einer Zeitdifferenz, wenn eines von den Maschinendaten und den Messdaten in einer positiven oder negativen Richtung einer Zeitachse versetzt ist. Die Ausgabeeinheit für synchronisierte Daten gibt als synchronisierte Maschinendaten die Maschinendaten aus, die mit den Messdaten auf der Basis der Korrelationszeitdifferenz synchronisiert sind. Darüber hinaus gibt die Ausgabeeinheit für synchronisierte Daten als synchronisierte Messdaten die Messdaten aus, die mit den Maschinendaten auf der Basis der Korrelationszeitdifferenz synchronisiert sind.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die Synchronisationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung erzielt den Effekt, dass es möglich ist, einen Synchronisationsprozess effizient durchzuführen.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine funktionale Konfiguration einer Synchronisationsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 ist eine Ansicht, die eine Beispielkonfiguration eines Antriebssystems darstellt, das eine Antriebsvorrichtung mit einer Funktion der Synchronisationsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform umfasst.
3 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine funktionale Konfiguration der Antriebsvorrichtung gemäß der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform zeigt.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für einen Verarbeitungsablauf eines Synchronisationsprozesses in der ersten Ausführungsform darstellt.
5 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel für Maschinendaten zeigt, die zur Beschreibung von 4 verwendet werden.
6 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel für Messdaten zeigt, die zur Beschreibung von 4 verwendet werden.
7 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine funktionale Konfiguration einer Korrelationsberechnungseinheit in der ersten Ausführungsform zeigt.
8 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für einen Verarbeitungsablauf einer in 4 dargestellten Korrelationsberechnung zeigt.
9 ist ein Wellenformdiagramm, das zur Beschreibung eines Prozesses der Ausgabe synchronisierter Daten in der ersten Ausführungsform verwendet wird.
10 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine funktionale Konfiguration einer Synchronisationsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
11 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine funktionale Konfiguration einer Korrelationsberechnungseinheit in der zweiten Ausführungsform darstellt.
12 ist eine Ansicht, die eine Beispielkonfiguration eines Datenanalysesystems zeigt, das eine Datenanalysevorrichtung mit einer Funktion der Synchronisationsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform einschließt.
13 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine funktionale Konfiguration der in 12 dargestellten Datenanalysevorrichtung zeigt.
14 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine funktionale Konfiguration eines Visualisierungsterminals gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
15 ist ein Diagramm, das ein Anzeigebeispiel des Visualisierungsterminals darstellt, das auf einem Analyseergebnis der Datenanalysevorrichtung in der zweiten Ausführungsform basiert.
16 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine funktionale Konfiguration einer Synchronisationsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
17 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine funktionale Konfiguration einer Korrelationsberechnungseinheit in der dritten Ausführungsform zeigt.
18 ist eine Ansicht, die eine Beispielkonfiguration eines Simulationssystems darstellt, das ein Simulationsterminal mit einer Funktion der Synchronisationsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform einschließt.
19 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine funktionale Konfiguration des Simulationsterminals gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend werden eine Synchronisationsvorrichtung, ein Synchronisationsverfahren und ein Programm dafür gemäß jeder Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben werden.
Erste Ausführungsform.
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine funktionale Konfiguration einer Synchronisationsvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt. Die Synchronisationsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst eine Maschinendatenerfassungseinheit 11, eine Messdatenerfassungseinheit 12, eine Korrelationsberechnungseinheit 13 und eine Ausgabeeinheit 14 für synchronisierte Daten.
Die Maschinendatenerfassungseinheit 11 erfasst als Maschinendaten Zeitreiheninformationen über den Betrieb einer mit der Synchronisationsvorrichtung 1 verbundenen Maschine (nicht dargestellt). Die Maschinendaten werden auf der Basis erster Zeitinformationen verwaltet. Die ersten Zeitinformationen sind Informationen, die den Erfassungszeitpunkt der Maschinendaten angeben. Die Maschinendaten sind Informationen über den Antrieb einer Maschine, die von einer Kraftquelle wie einem Motor angetrieben wird. Beispiele für die Maschinendaten sind ein Befehlswert, der sich auf den Drehwinkel, eine Position, eine Drehzahl, einen Strom und eine Schubkraft eines an die Maschine angeschlossenen Motors oder Messwerte davon bezieht. Die Maschinendatenerfassungseinheit 11 erfasst mindestens eine Art von Maschinendaten. Zum Beispiel sind die Maschinendaten über den Drehwinkel und die Maschinendaten über die Position verschiedene Arten von Maschinendaten und sind Stücke von Maschinendaten über den Drehwinkel in verschiedenen Zeiträumen die gleiche Art von Maschinendaten. Im Falle der Erfassung einer Vielzahl von Maschinendatenarten wird jede der Vielzahl von Maschinendatenarten durch die ersten Zeitinformationen mit jeder anderen verknüpft und wird jede der Vielzahl von Maschinendatenarten mit einer vorgegebenen Abtastperiode erfasst.
Die Messdatenerfassungseinheit 12 erfasst als Messdaten Zeitreiheninformationen über einen Zustand der mit der Synchronisationsvorrichtung 1 verbundenen Maschine. Die Messdaten werden auf der Basis zweiter Zeitinformationen verwaltet. Die zweiten Zeitinformationen sind Informationen, die den Erfassungszeitpunkt der Messdaten angeben, und werden zusammen mit den Messdaten erfasst. Die Messdaten sind Informationen, die durch die Messung eines Zustands einer Maschine, die von einer Kraftquelle wie einem Motor angetrieben wird, durch die Maschine oder einen an der Maschine angebrachten Sensor erhalten werden. Beispiele für die Messdaten sind ein Antriebsgeräusch der Maschine, eine Position eines beweglichen Teils der Maschine, eine Vibrationsbeschleunigung im beweglichen Teil der Maschine, eine Kraft und ein Druck, die vom beweglichen Teil der Maschine aufgenommen werden, und ein erfasstes Bewegtbild eines Antriebszustands der Maschine. Als Messdaten kann ein berechneter Wert verwendet werden, der unter Verwendung eines oder mehrerer Messwerte berechnet wird, anstatt einen vom Sensor gemessenen Messwert direkt zu verwenden. Die Messdatenerfassungseinheit 12 erfasst mindestens eine Art von Messdaten. Zum Beispiel sind die Messdaten über das Antriebsgeräusch der Maschine und die Messdaten über die Position des beweglichen Teils der Maschine verschiedene Arten von Messdaten und sind Stücke der Messdaten über das Antriebsgeräusch der Maschine in verschiedenen Zeiträumen die gleiche Art von Messdaten. Die Messdaten werden mit einer vorgegebenen Abtastperiode erfasst. Die Abtastperiode der Messdaten kann eine Periode sein, die von der Abtastperiode der Maschinendaten abweicht.
Die Korrelationsberechnungseinheit 13 berechnet einen Korrelationsbewertungswert auf der Basis der von der Maschinendatenerfassungseinheit 11 erfassten Maschinendaten und der von der Messdatenerfassungseinheit 12 erfassten Messdaten. Der Korrelationsbewertungswert ist ein Wert, der den Grad der Stärke der Korrelation zwischen den Maschinendaten und den Messdaten angibt. Der Korrelationsbewertungswert wird auf der Basis einer Art von Zeitreihendaten der Maschinendaten und einer Art von Zeitreihendaten der Messdaten berechnet. Was die beiden Datenstücke betrifft, auf deren Basis ein Korrelationswert berechnet wird, kann jede beliebige Kombination verwendet werden, solange eine Korrelation zwischen den beiden Datenstücken auftritt. Jedes der oben beschriebenen Beispiele der Maschinendaten und der Messdaten kann in beliebiger Weise kombiniert werden.
Des Weiteren ändert die Korrelationsberechnungseinheit 13 eine Zeitdifferenz, wenn eines von den Maschinendaten und den Messdaten in einer positiven oder negativen Richtung einer Zeitachse versetzt ist, und berechnet den Korrelationsbewertungswert auf der Basis der geänderten Zeitdifferenz. Das heißt, durch Änderung der Zeitdifferenz kann eine Vielzahl von Korrelationsbewertungswerten erhalten werden. Außerdem berechnet die Korrelationsberechnungseinheit 13 einen Korrelationswert mit der maximalen Korrelationsstärke zwischen den Maschinendaten und den Messdaten und berechnet eine Korrelationszeitdifferenz, die eine Zeitdifferenz ist, wenn der Korrelationswert erhalten wird.
Die Ausgabeeinheit 14 für synchronisierte Daten synchronisiert die Maschinendaten mit den Messdaten auf der Basis der Korrelationszeitdifferenz, die von der Korrelationsberechnungseinheit 13 berechnet wurde. Die Ausgabeeinheit 14 für synchronisierte Daten bestimmt als synchronisierte Maschinendaten die Maschinendaten, die mit den Messdaten synchronisiert sind, auf der Basis der Korrelationszeitdifferenz und gibt die synchronisierten Maschinendaten an die Außenseite der Synchronisationsvorrichtung 1 aus. Darüber hinaus bestimmt die Ausgabeeinheit 14 für synchronisierte Daten als synchronisierte Messdaten die Messdaten, die mit den Maschinendaten synchronisiert sind, auf der Basis der Korrelationszeitdifferenz und gibt die synchronisierten Messdaten an die Außenseite der Synchronisationsvorrichtung 1 aus. Stücke der Maschinendaten und Stücke der Messdaten können durch die ersten Zeitinformationen und die zweiten Zeitinformationen sowie durch Informationen über die Korrelationszeitdifferenz einander zugeordnet werden. Daher kann ein Synchronisationsprozess zwischen verschiedenen Datenarten auch auf der Basis der von der Korrelationsberechnungseinheit 13 berechneten Informationen über die Korrelationszeitdifferenz durchgeführt werden.
2 ist eine Ansicht, die eine Beispielkonfiguration eines Antriebssystems 500 darstellt, das eine Antriebsvorrichtung 510 mit einer Funktion der Synchronisationsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst. In 2 umfasst das Antriebssystem 500 ein Gebläse 15 und die Antriebsvorrichtung 510, die das Gebläse 15 antreibt. Die Antriebsvorrichtung 510 umfasst eine Steuervorrichtung 16, die Messdatenerfassungseinheit 12 und ein Inspektionsterminal 18. Das Gebläse 15 umfasst ein Flügelrad 15a und einen mit dem Flügelrad 15a verbundenen Motor 15b. Das Gebläse 15 und das Inspektionsterminal 18 sind elektrisch mit der Steuervorrichtung 16 verbunden.
Die Steuervorrichtung 16 enthält einen Wechselrichter (nicht dargestellt). Die Steuervorrichtung 16 treibt den Motor 15b an, indem sie ein elektrisches Signal an den Motor 15b liefert. Das Flügelrad 15a wird durch den Motor 15b in Drehung versetzt und dreht sich mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit. Die Drehzahl des Flügelrads 15a ändert sich in Abhängigkeit von dem elektrischen Signal, das von der Steuervorrichtung 16 ausgegeben wird, und gleichzeitig ändert sich auch ein Geräusch, das durch das Blasen von Luft verursacht wird.
Die Messdatenerfassungseinheit 12 misst den Schalldruck eines Geräusches, das von dem Gebläse 15 und/oder der Steuervorrichtung 16 abgegeben wird. Ein Beispiel für die Messdatenerfassungseinheit 12 ist ein Mikrofon. Die Messdatenerfassungseinheit 12 kann an einer vorgegebenen festen Position in der Konfiguration des Antriebssystems 500 installiert sein oder kann an einer beliebigen Position entsprechend der Konfiguration des Antriebssystems 500 installiert sein. Die Messdatenerfassungseinheit 12 ist wünschenswerterweise in der Nähe des Gebläses 15 oder der Steuervorrichtung 16 installiert, die jeweils eine Quelle des zu messenden Schalls darstellen. Bei Verwendung eines Mikrofons als Messdatenerfassungseinheit 12 ist es wünschenswert, dass das Mikrofon eine Richtwirkung hat. In einem Fall, in dem das Mikrofon eine Richtwirkung hat, ist es möglich, die Vermischung von Umgebungsgeräuschen mit den zu erfassenden Messdaten zu reduzieren.
Das Inspektionsterminal 18 ist ein Endgerät, das einen Inspekteur des Gebläses 15 mit den für die Inspektion notwendigen Informationen versorgt. Das Inspektionsterminal 18 umfasst einen Kabelanschluss 21 und ist über ein abnehmbares Kabel 19a mit der Steuervorrichtung 16 verbunden. Das Inspektionsterminal 18 erfasst über das Kabel 19a Steuerdaten der Steuervorrichtung 16. Beispiele für das Inspektionsterminal 18 sind ein Smartphone, ein Tablet-Endgerät und ein Laptop-Computer.
Das Inspektionsterminal 18 ist über ein Kabel 19b mit der Messdatenerfassungseinheit 12 verbunden. Das Inspektionsterminal 18 erfasst die von der Messdatenerfassungseinheit 12 gemessenen Schalldruckdaten.
Als Kabel 19a und 19b können Kabel verwendet werden, die für den Datenaustausch zwischen Informationsterminals verwendet werden, wie z. B. ein USB(Universal Serial Bus)-Kabel, ein LAN(Local Area Netzwerk)-Kabel und ein SPI(Serial Peripheral Interface)-Kommunikationskabel. Das Inspektionsterminal 18 umfasst einen Steckverbinder vom erforderlichen Standard, der von dem für die Verbindung verwendeten Kabel abhängt. Die Verbindung zwischen dem Inspektionsterminal 18 und der Messdatenerfassungseinheit 12 und die Verbindung zwischen dem Inspektionsterminal 18 und der Steuervorrichtung 16 kann durch drahtlose Kommunikation ohne Verwendung eines Kabels hergestellt werden.
Des Weiteren kann ein in das Inspektionsterminal 18 eingebautes Mikrofon als Messdatenerfassungseinheit 12 verwendet werden. In diesem Fall sind nur das Inspektionsterminal 18 und das Kabel 19a, das die Steuervorrichtung 16 und das Inspektionsterminal 18 verbindet, die Vorrichtungen, die zum Zeitpunkt der Inspektion mitgeführt werden müssen, und somit kann die Anzahl der Zubehörteile reduziert werden. Infolgedessen kann die Inspektion einfacher durchgeführt werden.
3 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine funktionale Konfiguration der Antriebsvorrichtung 510 gemäß der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform zeigt. Wie in 3 dargestellt, umfasst die Antriebsvorrichtung 510 die Messdatenerfassungseinheit 12, die Steuervorrichtung 16 und das Inspektionsterminal 18. Die Steuervorrichtung 16 umfasst eine Steuereinheit 161, und das Inspektionsterminal 18 umfasst eine Steuereinheit 181, eine Speichereinheit 182 und einen Monitor 183.
Die Steuereinheit 161 ist eine Komponente, die die Gesamtheit der Steuervorrichtung 16 integral steuert. Die Steuereinheit 161 umfasst eine Motorantriebseinheit 162 und die Maschinendatenerfassungseinheit 11. Die Motorantriebseinheit 162 ist eine Komponente, die ein elektrisches Signal zur Steuerung eines Antriebszustands eines mit der Steuervorrichtung 16 verbundenen Motors auf der Basis eines Befehls eines Benutzers der Antriebsvorrichtung 510 oder einer übergeordneten Steuerung erzeugt.
Die Maschinendatenerfassungseinheit 11 ist mit der Motorantriebseinheit 162 verbunden und erfasst Daten über den Antrieb durch die Steuervorrichtung 16 in Zeitreihen. Die Maschinendatenerfassungseinheit 11 speichert in Zeitreihen gesammelte Maschinendaten zusammen mit den von der Steuervorrichtung 16 verwalteten ersten Zeitinformationen. Die Messdatenerfassungseinheit 12 speichert in Zeitreihen gesammelte Messdaten zusammen mit den zweiten Zeitinformationen.
Im Inspektionsterminal 18 ist die Steuereinheit 181 eine Komponente, die die Gesamtheit des Inspektionsterminals 18 integral steuert. Die Steuereinheit 181 umfasst eine Synchronisationseinheit 10, eine Anomaliediagnoseeinheit 184, eine Anzeigeeinheit 185, eine Maschinendatenkommunikationseinheit 186 und eine Messdatenkommunikationseinheit 187. Die Synchronisationseinheit 10 umfasst die Korrelationsberechnungseinheit 13 und die Ausgabeeinheit 14 für synchronisierte Daten. Bei der Konfiguration von 3 sind die Funktionen der Maschinendatenerfassungseinheit 11 und der Messdatenerfassungseinheit 12 außerhalb des Inspektionsterminals 18 vorgesehen. Folglich sind die Maschinendatenerfassungseinheit 11 und die Messdatenerfassungseinheit 12 aus der Synchronisationseinheit 10 entfernt. Andererseits enthält die Synchronisationseinheit 10 die Korrelationsberechnungseinheit 13 und die Ausgabeeinheit 14 für synchronisierte Daten und hat daher die Funktion, synchronisierte Maschinendaten und synchronisierte Messdaten auszugeben. Daher kann die Synchronisationseinheit 10 als eine Komponente betrachtet werden, die der Synchronisationsvorrichtung 1 entspricht.
Die Synchronisationseinheit 10 ist über die Maschinendatenkommunikationseinheit 186 mit der Maschinendatenerfassungseinheit 11 verbunden. Die Maschinendatenkommunikationseinheit 186 erfasst die Maschinendaten von der Maschinendatenerfassungseinheit 11 durch Kommunikation. Die Synchronisationseinheit 10 erfasst die Maschinendaten von der Maschinendatenkommunikationseinheit 186 in einem angeforderten Takt und speichert die Maschinendaten in der Speichereinheit 182. Außerdem ist die Synchronisationseinheit 10 über die Messdatenkommunikationseinheit 187 mit der Messdatenerfassungseinheit 12 verbunden. Die Messdatenkommunikationseinheit 187 erfasst Messdaten von der Messdatenerfassungseinheit 12 durch Kommunikation. Die Synchronisationseinheit 10 erfasst die Messdaten von der Messdatenkommunikationseinheit 187 in einem angeforderten Takt und speichert die Messdaten in der Speichereinheit 182.
Die ersten Zeitinformationen, die von der Steuervorrichtung 16 verwaltet werden, und die zweiten Zeitinformationen, die von der Messdatenerfassungseinheit 12 verwaltet werden, werden von unterschiedlichen Systemen verwaltet und sind daher voneinander verschiedene Zeitinformationsstücke. Hinsichtlich der Maschinendaten und der Messdaten, die auf unterschiedlichen Zeitinformationsstücken basieren, führt die Synchronisationseinheit 10 einen Synchronisationsprozess in einem später zu beschreibenden Verfahren auf der Basis der von der Korrelationsberechnungseinheit 13 berechneten Informationen über die Zeitdifferenz durch. Die dem Synchronisationsprozess unterzogenen Maschinendaten und Messdaten werden von der Ausgabeeinheit 14 für synchronisierte Daten als synchronisierte Maschinendaten bzw. synchronisierte Messdaten ausgegeben.
Die Anomaliediagnoseeinheit 184 diagnostiziert einen Zustand des Gebläses 15 oder der Steuervorrichtung 16 unter Verwendung der synchronisierten Maschinendaten und der synchronisierten Messdaten. Zum Beispiel kann in einem Fall, in dem sich der Schalldruck des Antriebsgeräusches des Gebläses 15, d. h. die Messdaten, nicht ändert, obwohl sich die Drehzahl des Motors 15b, d. h. die Maschinendaten, vom Stillstand zu einer vom Benutzer befohlenen Drehzahl geändert hat, diagnostiziert werden, dass eine Anomalie beim Gebläse 15 aufgetreten ist. Obwohl dem Gebläse 15 ein Befehl zum Starten des Blasens erteilt wurde, ertönt kein Blasgeräusch und es erfolgt kein Blasen, so dass eine solche Diagnose gestellt werden kann. Die Diagnose durch die Anomaliediagnoseeinheit 184 muss nur eine Anomaliediagnose unter Verwendung der synchronisierten Maschinendaten und der synchronisierten Messdaten sein, und es genügt, eine notwendige Diagnose in Abhängigkeit von einer Gerätekonfiguration oder einem Antriebsmuster durchzuführen.
Die Anzeigeeinheit 185 visualisiert und zeigt ein Diagnoseergebnis der von der Anomaliediagnoseeinheit 184 durchgeführten Anomaliediagnose an. Dabei können die synchronisierten Maschinendaten und die synchronisierten Messdaten, die durch die Synchronisationseinheit 10 synchronisiert wurden, als Basis des Diagnoseergebnisses durch die Anzeigeeinheit 185 unter Verwendung eines Mittels wie z. B. einer Grafik angezeigt werden. Die Anzeige der synchronisierten Maschinendaten und der synchronisierten Messdaten ermöglicht es dem Inspekteur, die Ursache des Diagnoseergebnisses weiter zu verstehen. Dabei ist es wünschenswert, dass die synchronisierten Maschinendaten und die synchronisierten Messdaten gleichzeitig in vertikaler oder horizontaler Richtung angeordnet sind und als parallel angeordnete oder überlagerte Graphen angezeigt werden können. Wenn eine solche Darstellung möglich ist, kann der Inspekteur den Zustand der Maschine auf eine leichter verständliche Weise überprüfen.
Die Speichereinheit 182 ist mit der Steuereinheit 181 verbunden, speichert Maschinendaten oder Messdaten als Reaktion auf eine Anforderung von der Steuereinheit 181 und speichert erforderlichenfalls ein Anomaliediagnoseergebnis oder dergleichen. Die Speichereinheit 182 umfasst einen Festwertspeicher (ROM) oder einen Arbeitsspeicher (RAM) und kann durch weitere Verwendung eines Flash-Speichers, eines Festplattenlaufwerks (HDD) oder eines Solid-State-Laufwerks (SSD) gebildet werden.
Der Monitor 183 wird von der Anzeigeeinheit 185 gesteuert. Der Monitor 183 zeigt dem Inspekteur das von der Anomaliediagnoseeinheit 184 erhaltene Anomaliediagnoseergebnis an. Ein Beispiel für den Monitor 183 ist eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung. Der Monitor 183 muss nur in der Lage sein, dem Inspekteur das Diagnoseergebnis mitzuteilen, und kann durch Verwendung einer Leuchtdiode (LED), eines Tonwiedergabemittels oder dergleichen gebildet werden.
Die jeweiligen Funktionen der Steuereinheiten 161 und 181 können durch Software realisiert werden. In einem Fall, in dem die Funktionen durch Software realisiert werden, wird ein Programm, das die Software bildet, auf einem Computer installiert, der die Funktionen der Steuereinheiten 161 und 181 ausführt. Hinsichtlich der jeweiligen Funktionen der Steuereinheiten 161 und 181 besteht keine Beschränkung auf die Realisierung durch Software. Die jeweiligen Funktionen der Steuereinheiten 161 und 181 können durch eine elektronische Schaltung wie z. B. einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA) oder einen komplexen programmierbaren Logikbaustein (CPLD) realisiert werden.
Als Nächstes wird der Synchronisationsprozess in der ersten Ausführungsform unter weiterer Bezugnahme auf 4 bis 9 zusätzlich zu 2 und 3 beschrieben. 4 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für einen Verarbeitungsablauf des Synchronisationsprozesses in der ersten Ausführungsform darstellt. 5 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel für Maschinendaten zeigt, die zur Beschreibung von 4 verwendet werden. 6 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel für Messdaten zeigt, die zur Beschreibung von 4 verwendet werden. 7 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine funktionale Konfiguration der Korrelationsberechnungseinheit 13 in der ersten Ausführungsform zeigt. 8 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für einen Verarbeitungsablauf einer in 4 dargestellten Korrelationsberechnung zeigt. 9 ist ein Wellenformdiagramm, das zur Beschreibung eines Prozesses der Ausgabe synchronisierter Daten in der ersten Ausführungsform verwendet wird.
Zunächst erfasst die Maschinendatenerfassungseinheit 11 in Schritt S11 Maschinendaten. 5 zeigt als Beispiel für die Maschinendaten Stromdaten, die die Stärke eines Stroms angeben, der von der Motorantriebseinheit 162 an den Motor 15b geliefert wird. Die horizontale Achse in 5 stellt die Zeit dar. 5 zeigt eine Wellenform in einem Fall, in dem das Gebläse 15 zu einem Zeitpunkt t₀ eingeschaltet wird, eine Zeit lang mit einem konstanten Strom betrieben wird und dann zu einem Zeitpunkt t₁ ausgeschaltet wird. Zum Zeitpunkt t₁ und danach ist eine Wellenform in einem Fall dargestellt, in dem das Gebläse 15 mit einem konstanten Strom betrieben wird, wobei sich die Polarität des Stroms abwechselnd umkehrt. Die Zeiten t₀ und t₁ sind die oben beschriebenen ersten Zeitinformationen.
Die Stromdaten werden von der Maschinendatenerfassungseinheit 11 abgetastet. In der ersten Ausführungsform wird eine Abtastfrequenz für die Stromdaten von 100 Hz angenommen. Die Abtastfrequenz muss nicht zwingend 100 Hz betragen, und es kann jede beliebige Abtastfrequenz in Abhängigkeit von der Datengenauigkeit, der Hardwareleistung und dergleichen festgelegt werden. Die in Schritt S11 erfassten Maschinendaten werden über die Maschinendatenkommunikationseinheit 186 in die Synchronisationseinheit 10 eingegeben.
In Schritt S12 erfasst die Messdatenerfassungseinheit 12 Messdaten. 6 zeigt als Beispiel für die von der Messdatenerfassungseinheit 12 gemessenen Messdaten Schalldruckdaten, die ein Antriebsgeräusch des Gebläses 15 repräsentieren, wenn das Gebläse 15 durch die Stromwellenform in 5 angetrieben wird. Die horizontale Achse in 6 stellt die Zeit dar. Die Schalldruckdaten in 6 werden in derselben Zeitspanne wie in 5 erfasst, aber die Erfassungszeitpunkte T₀ und T₁ basieren auf den zweiten Zeitinformationen, die von der Messdatenerfassungseinheit 12 verwaltet werden, und daher sind andere Zeitpunkte als jene in 5 angegeben.
In der ersten Ausführungsform wird eine Abtastfrequenz für die Messdaten von 48 kHz angenommen. Die Abtastfrequenz muss nicht zwingend 48 kHz betragen, und es kann jede beliebige Abtastfrequenz in Abhängigkeit von der Datengenauigkeit, der Hardwareleistung und dergleichen festgelegt werden. Die in Schritt S12 erfassten Messdaten werden über die Messdatenkommunikationseinheit 187 in die Synchronisationseinheit 10 eingegeben.
Der Prozess von Schritt S11 und der Prozess von Schritt S12 können in umgekehrter Reihenfolge oder gleichzeitig durchgeführt werden. Darüber hinaus sind bei den Prozessen der Schritte S11 und S12 die zu erfassenden Daten nicht notwendigerweise alle Datenstücke, die synchronisiert werden sollen, und es können nur einige Daten erfasst werden. Bei den zu diesem Zeitpunkt zu erfassenden Daten muss es sich nur um Daten auf einem Abschnitt handeln, der gleichzeitig erfasste Daten enthält. Durch die Beschränkung der zu erfassenden Daten auf einige Datenstücke ist es möglich, den Berechnungsaufwand eines von der Korrelationsberechnungseinheit 13 durchgeführten Prozesses, der später noch beschrieben wird, zu reduzieren.
In Schritt S13 führt die Korrelationsberechnungseinheit 13 eine Korrelationsberechnung unter Verwendung der Maschinendaten, die in dem Prozess von Schritt S11 erfasst wurden, und der Messdaten, die in dem Prozess von Schritt S12 erfasst wurden, durch. Die Korrelationsberechnungseinheit 13 berechnet einen Korrelationsbewertungswert, der den Grad der Stärke der Korrelation zwischen den Maschinendaten und den Messdaten angibt, und berechnet einen Korrelationswert, bei dem der Grad der Stärke der Korrelation maximal ist, und eine Korrelationszeitdifferenz auf der Basis einer Vielzahl von berechneten Korrelationsbewertungswerten. Weitere Details der Korrelationsberechnung werden später beschrieben.
In Schritt S14 gibt die Ausgabeeinheit 14 für synchronisierte Daten synchronisierte Daten auf der Basis eines Ergebnisses der in Schritt S13 durchgeführten Korrelationsberechnung aus. Die hier beschriebenen synchronisierten Daten sind die oben beschriebenen synchronisierten Maschinendaten und synchronisierten Messdaten.
Als nächstes wird der Prozess in Schritt S13 im Flussdiagramm von 4 beschrieben. Der Prozess von Schritt S13 wird von der Korrelationsberechnungseinheit 13 entsprechend dem Flussdiagramm von 8 durchgeführt. Wie in 7 dargestellt, umfasst die Korrelationsberechnungseinheit 13 eine Abtasteinstelleinheit 131, eine Normalisierungseinheit 132, eine Korrelationsbewertungswert-Berechnungseinheit 133, eine Korrelationswert-Berechnungseinheit 134 und eine Korrelationszeitdifferenz-Bestimmungseinheit 135.
In Schritt S131 von 8 führt die Korrelationsberechnungseinheit 13 einen Prozess durch, bei dem die Abtastfrequenz der Maschinendaten und die Abtastfrequenz der Messdaten gleich gemacht werden. Dieser Prozess wird von der Abtasteinstelleinheit 131 von 7 durchgeführt.
Wie oben beschrieben, beträgt im vorliegenden Beispiel die Abtastfrequenz der Stromdaten als Maschinendaten 100 Hz und beträgt die Abtastfrequenz der Schalldruckdaten als Messdaten 48 kHz. Daher wird für die Schalldruckdaten eine Periode, in der 480 Mal abgetastet wird, als Dezimationsperiode festgelegt, und für jede Dezimationsperiode wird ein Datenstück aus den Schalldruckdaten extrahiert. Durch diesen Prozess werden die Messdaten auf 100 Hz dezimiert.
Bei dem obigen Prozess wird eine Dezimationsfrequenz, die der Kehrwert der Dezimationsperiode ist, auf 100 Hz festgelegt. Die 100 Hz sind der größte gemeinsame Teiler der Abtastfrequenz der Maschinendaten und der Abtastfrequenz der Messdaten, aber die Dezimationsfrequenz kann ein Wert sein, der kleiner als der größte gemeinsame Teiler ist. Durch Festlegen der Dezimationsfrequenz auf einen Wert, der kleiner als der größte gemeinsame Teiler ist, kann der Umfang der Berechnung, die nach einem Dezimationsprozess durch die Korrelationsberechnungseinheit 13 durchgeführt wird, reduziert werden.
Wie oben beschrieben, führt die Abtasteinstelleinheit 131 den Dezimationsprozess in Abhängigkeit von der Abtastfrequenz der Maschinendaten und der Abtastfrequenz der Messdaten durch und erzeugt Maschinendaten und Messdaten, die so angepasst sind, dass sie die gleiche Abtastperiode haben. Die hier beschriebene Abtastperiode ist eine Dezimationsperiode. Die Abtasteinstelleinheit 131 kann anstelle des Dezimationsprozesses oder zusammen mit dem Dezimationsprozess einen Interpolationsprozess durchführen, um Maschinendaten und Messdaten zu erzeugen, die so angepasst sind, dass sie die gleiche Abtastfrequenz haben.
Darüber hinaus kann die Abtasteinstelleinheit 131 vor dem Dezimationsprozess einen Filterprozess unter Verwendung eines digitalen Filters für die Maschinendaten und/oder die Messdaten durchführen. Beispiele für den digitalen Filter sind ein Tiefpassfilter, ein Hochpassfilter und ein Bandpassfilter. Durch die Durchführung des Filterprozesses ist es möglich, den Einfluss von Aliasing-Rauschen zu reduzieren, das bei der Durchführung des Dezimationsprozesses oder des Interpolationsprozesses entsteht. Zudem ist es durch die Durchführung des Filterprozesses möglich, den Einfluss von Rauschen zu reduzieren, das erzeugt wird, wenn die Maschinendatenerfassungseinheit 11 und die Messdatenerfassungseinheit 12 jeweilige Datenstücke erfassen.
In Schritt S132 von 8 normalisiert die Normalisierungseinheit 132 die Maschinendaten und die Messdaten, die so angepasst sind, dass sie die gleiche Abtastperiode haben. Die Normalisierungseinheit 132 subtrahiert von jedem der Maschinendaten und der Messdaten eine Offset-Komponente davon, um einen Durchschnittswert von jedem der Maschinendaten und der Messdaten zu Null zu machen. Darüber hinaus führt die Normalisierungseinheit 132 eine Skalierung zwischen den Maschinendaten und den Messdaten durch, indem sie die Maschinendaten und/oder die Messdaten mit einem bestimmten numerischen Wert multipliziert.
Die von der Normalisierungseinheit 132 durchgeführte Normalisierung ermöglicht es, den Einfluss eines Fehlers zu reduzieren, der dadurch entsteht, dass die Maschinendaten und die Messdaten unterschiedliche Datenarten sind, wenn ein Korrelationsbewertungswert berechnet wird. Insbesondere können die Maschinendaten und die Messdaten Daten unterschiedlicher Dimensionen sein. Der Prozess von Schritt S131 und der Prozess von Schritt S132 können in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden. Das heißt, der Prozess mit der Normalisierungseinheit 132 kann dem Prozess mit der Abtasteinstelleinheit 131 vorausgehen. Wenn jedoch der Prozess mit der Abtasteinstelleinheit 131 zuerst durchgeführt wird, kann der Umfang der Berechnung reduziert werden. Daher wird in einem Fall, in dem es erwünscht ist, eine Berechnungslast zu reduzieren, der Prozess mit der Abtasteinstelleinheit 131 wünschenswerterweise zuerst durchgeführt.
Als Nächstes berechnet in Schritt S133 von 8 die Korrelationsbewertungswert-Berechnungseinheit 133 einen Korrelationsbewertungswert, der den Grad der Stärke der Korrelation zwischen den Maschinendaten und den Messdaten anzeigt. Im nächsten Schritt S134 berechnet die Korrelationswert-Berechnungseinheit 134 eine Vielzahl von Korrelationsbewertungswerten zwischen den Maschinendaten und den Messdaten und berechnet einen Korrelationswert auf der Basis der Vielzahl von Korrelationsbewertungswerten. Das heißt, die Korrelationswert-Berechnungseinheit 134 berechnet als Korrelationswert einen Korrelationsbewertungswert mit der maximalen Korrelationsstärke unter der Vielzahl von Korrelationsbewertungswerten. Ferner bestimmt in Schritt S135 die Korrelationszeitdifferenz-Bestimmungseinheit 135 eine Korrelationszeitdifferenz auf der Basis des Korrelationswerts. Die Korrelationszeitdifferenz ist eine Information über eine Zeitdifferenz, wenn ein Korrelationswert mit der maximalen Korrelationsstärke erhalten wird.
Als Nächstes wird ein Verfahren zur Bestimmung der Korrelationszeitdifferenz näher beschrieben. Zunächst wird eines von den Maschinendaten und den Messdaten als Referenzdaten festgelegt. Es ist wünschenswert, von den Maschinendaten und den Messdaten als Referenzdaten Daten zu verwenden, die für eine kürzere Zeit gespeichert sind. Nachstehend werden die Referenzdaten der Einfachheit halber als „erste Daten“ bezeichnet und werden Daten, die nicht die Referenzdaten sind, als „zweite Daten“ bezeichnet.
Als Nächstes wird ein Korrelationsbewertungswert zwischen den Daten, die durch Versetzen der zweiten Daten um eine Abtastperiode Δt erhalten wurden, und den ersten Daten berechnet. Durch diese Berechnung wird eine Korrelationsbewertungswertfolge mit einer Vielzahl von Korrelationsbewertungswerten erhalten. Wenn der Korrelationsbewertungswert mit V bezeichnet wird, kann die Korrelationsbewertungswertfolge unter Verwendung der ganzen Zahlen M und N und der Abtastperiode Δt wie folgt ausgedrückt werden. $\begin{array}{l} {V (Δ t \times (- M)), \dots, V (Δ t \times (- 1)), V (Δ t \times 0), \\ V (Δ t \times 1), \dots, V (Δ t \times N)} \end{array}$
In der obigen Korrelationsbewertungswertfolge sind die ganzen Zahlen M und N Koeffizienten, die die maximale Zeitdifferenz zwischen einem in negativer Richtung der Zeitachse versetzten Zeitpunkt und einem in positiver Richtung der Zeitachse versetzten Zeitpunkt bestimmen. Die maximale Zeitdifferenz kann anhand der Abtastzeiten der jeweiligen Datenstücke ermittelt werden. In einem Fall, in dem die maximale Zeitdifferenz im Voraus von der Konfiguration der Vorrichtung bestimmt wird, kann deren Wert verwendet werden.
Auf einer unteren Seite von 9 sind die in 6 dargestellten Schalldruckdaten als erste Daten dargestellt. Des Weiteren sind auf der oberen Seite von 9 die in 5 dargestellten Stromdaten als zweite Daten dargestellt, und es ist eine Wellenform, die durch Versetzen der gesamten Wellenform der Stromdaten in negativer Richtung der Zeitachse um die Zeit Δt×n erhalten wird, dargestellt. Das heißt, dass bei der Wellenform von 9 der Beginn der Stromdaten, bezogen auf die Schalldruckdaten als Referenzdaten, um die Zeit Δt×n vorauseilt.
Was den Korrelationsbewertungswert betrifft, der für die ersten Daten als Referenzdaten und die zweiten, zeitlich versetzten Daten berechnet wird, so wird ein Bewertungsindex verwendet, mit dem die Ähnlichkeit zwischen den beiden Zeitreihendatenstücken ermittelt werden kann. Spezifische Beispiele für den Bewertungsindex sind ein Korrelationskoeffizient, eine Kovarianz, ein Absolutwertfehler, ein quadratischer Fehler und ein Mahalanobis-Abstand. Dabei wird für einen Abschnitt, der als Ergebnis der Versetzung um die Zeit Δt×n nur ein Datenstück von den zwei Zeitreihendatenstücken aufweist, z. B. für einen Abschnitt A in 9, ein berechneter Wert auf Null gesetzt.
Darüber hinaus kann in einem Fall, in dem die jeweiligen Datenstücke, die für die Berechnung des Korrelationsbewertungswertes verwendet werden, negative Werte aufweisen, die Berechnung durchgeführt werden, indem die Absolutwerte der jeweiligen Datenstücke ermittelt werden. In einem Fall, in dem bei einem Vergleich von Korrelationsbewertungswerten der Grad des Einflusses eines Absolutwerts hoch ist und der Grad des Einflusses auf eine Phase gering ist, kann eine geeignete Korrelationsbewertung durchgeführt werden, indem Absolutwerte der jeweiligen Datenstücke ermittelt und verglichen werden. Insbesondere in einem Fall, in dem eine Frequenzkomponente der Schalldruckdaten als Messdaten verwendet wird, enthält die Frequenzkomponente der Schalldruckdaten keine Phase, so dass es wünschenswert ist, einen Absolutwert der Maschinendaten bei der Korrelationsberechnung zu verwenden.
Als Nächstes wird ein Korrelationsbewertungswert mit der maximalen Korrelationsstärke in der berechneten Korrelationsbewertungswertfolge als Korrelationswert festgelegt und wird ein Wert einer Zeitdifferenz, wenn der Korrelationswert erhalten wird, als Korrelationszeitdifferenz festgelegt. Der Korrelationsbewertungswert mit der maximalen Korrelationsstärke ist ein Wert, bei dem der Korrelationsbewertungswert maximal oder minimal ist. Ob der Korrelationsbewertungswert maximal oder minimal ist, hängt davon ab, was als Korrelationsbewertungswert verwendet wird.
Die Korrelationszeitdifferenz wird durch das oben beschriebene Verfahren ermittelt. Bei der ersten Ausführungsform wird die Korrelationszeitdifferenz durch Berechnen der Zeitdifferenz, bei der der Korrelationsbewertungswert maximal oder minimal ist, erhalten. Die Korrelationsberechnungseinheit muss jedoch nur die Korrelationszeitdifferenz ermitteln, die eine Zeitdifferenz ist, bei der die Korrelation am stärksten ist, und könnte die Korrelationszeitdifferenz durch ein Verfahren berechnen, das den Korrelationsbewertungswert nicht ermittelt. Zum Beispiel kann die Korrelationszeitdifferenz durch Berechnung einer Phasendifferenz mittels Fourier-Transformation erhalten werden oder kann mittels eines neuronalen Faltungsnetzwerks erhalten werden. Die Ausgabeeinheit 14 für synchronisierte Daten kann die synchronisierten Maschinendaten und die synchronisierten Messdaten auf der Basis der Korrelationszeitdifferenz ausgeben. Die synchronisierten Maschinendaten sind Maschinendaten, die mit den Messdaten synchronisiert sind. Die synchronisierten Messdaten sind Messdaten, die mit den Maschinendaten synchronisiert sind. Da im obigen Beispiel die Schalldruckdaten als Referenzdaten verwendet werden, können die Schalldruckdaten und die Stromdaten synchronisiert werden, indem die Stromdaten in Bezug auf die Referenzdaten um die Korrelationszeitdifferenz versetzt werden.
Die Synchronisationsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform kann die Maschinendaten und die Messdaten, die auf verschiedenen Zeitinformationsstücken basieren, welche von unterschiedlichen Systemen erfasst wurden, auf der Basis der Berechnung der Korrelation zwischen beiden Datenstücken synchronisieren. Daher kann die Synchronisationsvorrichtung diese beiden Datenstücke synchron ausgeben, selbst wenn die beiden Datenstücke, die dem Synchronisationsprozess unterzogen werden sollen, Daten sind, die auf verschiedenen Zeitinformationsstücken basieren, die von unterschiedlichen Systemen erfasst wurden.
Außerdem wird gemäß der Synchronisationsvorrichtung der ersten Ausführungsform die Synchronisation durch Berechnung einer Korrelation durchgeführt, so dass es nicht notwendig ist, ein Merkmal festzulegen, das als Referenz für die Synchronisation in der Synchronisationsvorrichtung dient. Insbesondere kann der Synchronisationsprozess von einem ersten Betriebszeitpunkt an durchgeführt werden, da es nicht erforderlich ist, Maschinendaten zur Normalzeit oder Messdaten zur Normalzeit für die Synchronisation zu speichern.
Die Korrelation zwischen den Maschinendaten und den Messdaten, die in der Synchronisationsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform verwendet werden, ist eine generische. Daher kann bei einer Maschine, die die Synchronisationsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform enthält, eine Vielzahl von Zeitreihendatenstücken synchron ausgegeben werden. Zum Beispiel ist eine Beziehung zwischen einem Stromwert eines Motors und der Stärke eines vom Motor erzeugten Antriebsgeräusches eine Beziehung, bei der, wenn ein Strom durch den Motor fließt, der Motor angetrieben wird und somit das Antriebsgeräusch zunimmt, und wenn kein Strom durch den Motor fließt, der Motor stoppt und somit das Antriebsgeräusch abnimmt. Diese Beziehung hängt nicht von einem Antriebsmuster des Motors ab. Daher können bei vielen Maschinen, einschließlich Motoren, auch wenn die Konfiguration oder das Antriebsmuster der jeweiligen Maschinen geändert wird, eine Vielzahl von Zeitreihendatenstücken synchron ausgegeben werden.
Die Synchronisationsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform führt einen Synchronisationsprozess durch, indem sie eine Korrelationsberechnung zwischen Maschinendaten und Messdaten durchführt, die sich voneinander unterscheiden und von verschiedenen Systemen erfasst wurden. Daher kann das Inspektionsterminal mit der darin eingebauten Synchronisationsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform auf der Basis der synchronisierten Maschinendaten und der synchronisierten Messdaten, die von der Synchronisationsvorrichtung ausgegeben werden, eine Anomalie des Gebläses diagnostizieren. Folglich kann das Inspektionsterminal gemäß der ersten Ausführungsform eine Anomalie unter Verwendung von Maschinendaten und Messdaten, die von verschiedenen Vorrichtungen erfasst wurden, diagnostizieren, ohne dass ein Hochgeschwindigkeitsnetzwerk zur Synchronisation installiert wird. Das Inspektionsterminal gemäß der ersten Ausführungsform kann eine Anomalie diagnostizieren, ohne eine Rücksetzung für die Synchronisation vorzunehmen, selbst wenn ein Antriebsmuster des Gebläses oder eine mechanische Konfiguration des Gebläses geändert wird.
Des Weiteren ist es für das Inspektionsterminal gemäß der ersten Ausführungsform möglich, ein Mikrofon in die Nähe einer Position zu bringen, die ein möglicher Faktor für ein anomales Geräusch einer Vorrichtung ist, um das anomale Geräusch aufzuzeichnen und Schalldruckdaten des anomalen Geräusches in Synchronisation mit Maschinendaten zum Zeitpunkt des Auftretens des anomalen Geräusches anzuzeigen. Wenn also ein anomales Geräusch im Gebläse auftritt, kann der Benutzer die Maschinendaten und das anomale Geräusch visualisieren. Dann kann der Inspekteur den Grund des anomalen Geräusches abschätzen, indem er die Beziehung zwischen den Maschinendaten und dem anomalen Geräusch genau beobachtet. Insbesondere dadurch, dass die Maschinendaten und die Messdaten gleichzeitig parallel angezeigt werden, so dass sie auf einer geraden Linie in der gleichen Richtung, d. h. in vertikaler oder horizontaler Richtung, ausgerichtet sind, ist es möglich, den Zustand der Maschine in einer leichter verständlichen Weise darzustellen.
Darüber hinaus kann das Inspektionsterminal gemäß der ersten Ausführungsform einen Synchronisationsprozess zwischen eingegebenen Maschinendaten und Messdaten durchführen. Infolgedessen ist es selbst in einem Fall, in dem das Inspektionsterminal später an eine bestehende Vorrichtung angeschlossen wird, möglich, einen ähnlichen Effekt zu erzielen wie in einem Fall, in dem das Inspektionsterminal zum Zeitpunkt der Lieferung montiert wird. Insbesondere kann durch den Einbau der Messdatenerfassungseinheit in das Inspektionsterminal ein mechanischer Zustand der bestehenden Vorrichtung einfacher visualisiert werden.
Ferner kann das Inspektionsterminal gemäß der ersten Ausführungsform die Inspektion einer Vielzahl von Vorrichtungen mit einem einzigen Terminal durchführen, indem das Inspektionsterminal nacheinander über Kabel mit den Vorrichtungen verbunden wird. Dadurch kann bei der Anzahl der benötigten Inspektionsterminals gespart werden.
Die Synchronisationsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform kann die Abtasteinstelleinheit enthalten. Die von der Abtasteinstelleinheit durchgeführte Abtasteinstellung ermöglicht es, einen Korrelationsbewertungswert zu berechnen, um einen Synchronisationsprozess auch in einem Fall durchzuführen, in dem die Maschinendaten und die Messdaten unterschiedliche Abtastperioden haben.
Des Weiteren kann die Synchronisationsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform die Normalisierungseinheit enthalten. Die Normalisierung der Daten, die von der Normalisierungseinheit vor der Berechnung des Korrelationsbewertungswerts durchgeführt wird, ermöglicht es, den Einfluss eines Fehlers zu reduzieren, der in einem Fall verursacht wird, in dem die Maschinendaten und die Messdaten in unterschiedlichen Maßeinheiten vorliegen.
Zweite Ausführungsform.
10 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine funktionale Konfiguration einer Synchronisationsvorrichtung 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt. Verglichen mit der Konfiguration der Synchronisationsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist, ist bei der Synchronisationsvorrichtung 2 gemäß der zweiten Ausführungsform die Korrelationsberechnungseinheit 13 durch eine Korrelationsberechnungseinheit 23 ersetzt. Bei der zweiten Ausführungsform wird eine zeitliche Änderung in einem Frequenzspektrum als zu synchronisierende Daten verwendet. Daher berechnet die Korrelationsberechnungseinheit 23 eine Korrelation, nachdem eine Frequenztransformation an den Daten vorgenommen wurde. Andere Komponenten gleichen oder entsprechen den in 1 dargestellten. Gleiche oder entsprechende Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet, und redundante Beschreibungen derselben werden weggelassen.
11 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine funktionale Konfiguration der Korrelationsberechnungseinheit 23 in der zweiten Ausführungsform zeigt. Verglichen mit der Konfiguration der Korrelationsberechnungseinheit 13 in der ersten Ausführungsform, die in 7 dargestellt ist, enthält die Korrelationsberechnungseinheit 23 in der zweiten Ausführungsform eine Frequenztransformationseinheit 234, eine Frequenzauswahleinheit 235 und eine Hüllkurvenverarbeitungseinheit 236 zwischen der Abtasteinstelleinheit 131 und der Normalisierungseinheit 132. Andere Komponenten gleichen oder entsprechen den in 7 dargestellten. Gleiche oder entsprechende Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in 7 bezeichnet, und redundante Beschreibungen derselben werden weggelassen.
In 11 führt die Abtasteinstelleinheit 131 den Dezimationsprozess in Abhängigkeit von der Abtastfrequenz der Maschinendaten und der Abtastfrequenz der Messdaten durch und erzeugt Maschinendaten und Messdaten, die so angepasst sind, dass sie die gleiche Abtastperiode haben. Von den Maschinendaten und den Messdaten, die so angepasst sind, dass sie gleiche Abtastperiode haben, werden die Daten, die keinem Frequenztransformationsprozess unterzogen werden sollen, in die Normalisierungseinheit 132 eingegeben. Andererseits werden die Daten, die dem Frequenztransformationsprozess unterzogen werden sollen, in die Frequenztransformationseinheit 234 eingegeben.
Die Frequenztransformationseinheit 234 führt einen Prozess der Transformation von mindestens einem Stück der Zeitreihendaten der Maschinendaten oder der Messdaten in ein Frequenzspektrum von Zeitreihen durch. Als Verfahren zur Durchführung einer Transformation in ein solches Frequenzspektrum von Zeitreihen kann eine schnelle Kurzzeit-Fourier-Transformation (STFFT), eine Wavelet-Transformation, eine diskrete Cosinustransformation, ein Cepstrum oder dergleichen verwendet werden. Das von der Frequenztransformationseinheit 234 transformierte Frequenzspektrum von Zeitreihen kann zur Anzeige auf einer später beschriebenen Anzeigeeinheit 287 verwendet werden.
Die Frequenzauswahleinheit 235 wählt aus dem von der Frequenztransformationseinheit 234 berechneten Frequenzspektrum von Zeitreihen ein Frequenzspektrum in einem vorgegebenen Frequenzbereich aus und verwendet das Frequenzspektrum als Maschinendaten oder Messdaten für eine Korrelationsberechnung. Hierbei umfasst der Frequenzbereich für die Auswahl wünschenswerterweise eine Frequenz, die mit dem Betrieb einer mechanischen Vorrichtung zusammenhängt. Beispiele hierfür sind eine Resonanzfrequenz der mechanischen Vorrichtung, eine Drehfrequenz der Vorrichtung und eine Frequenz, die ein ganzzahliges Vielfaches dieser Frequenzen ist. Der Frequenzbereich für die Auswahl kann im Voraus festgelegt werden oder aus den erhaltenen Maschinendaten oder Messdaten bestimmt werden.
In einem Fall, in dem die Wavelet-Transformation oder die diskrete Cosinustransformation in der Frequenztransformationseinheit 234 verwendet wird, können der Prozess mit der Frequenztransformationseinheit 234 und der Prozess mit der Frequenzauswahleinheit 235 in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden. In einem Fall, in dem der Prozess mit der Frequenzauswahleinheit 235 zuerst durchgeführt wird, kann das berechnete Frequenzspektrum von Zeitreihen nicht für die Anzeige verwendet werden, aber die Berechnung der Frequenztransformierten kann auf den Frequenzbereich für die Auswahl beschränkt werden, so dass ein Effekt der Reduzierung des Berechnungsumfangs erzielt werden kann.
Die Hüllkurvenverarbeitungseinheit 236 erkennt eine Hüllkurve für Zeitreihendaten eines Frequenzspektrums im Frequenzbereich für die Auswahl. Beispiele für ein Hüllkurvenverfahren sind ein Tiefpassfilterverfahren und eine Hilbert-Transformation. Die Hüllkurvenverarbeitungseinheit 236 kann weggelassen werden.
12 ist eine Ansicht, die eine Beispielkonfiguration eines Datenanalysesystems 520 zeigt, das eine Datenanalysevorrichtung 281 mit einer Funktion der Synchronisationsvorrichtung 2 gemäß der zweiten Ausführungsform einschließt. In 12 umfasst das Datenanalysesystem 520 einen vierachsigen Roboter 25, eine Steuerung 261, Servoantriebe 262 bis 265, einen Beschleunigungssensor 271, eine Kamera 272, einen Logger 291, einen Datenbankserver 293, die Datenanalysevorrichtung 281 und ein Visualisierungsterminal 282. Die Datenanalysevorrichtung 281 und das Visualisierungsterminal 282 sind über den Datenbankserver 293 mit dem Logger 291 verbunden. Der Datenbankserver 293 kann ein Cloud-Server sein, der in einem Netzwerk 292 angeordnet ist.
Der vierachsige Roboter 25 ist eine Vorrichtung, die Arbeiten auf der Basis eines Befehls von der Steuerung 261 durchführt. Der vierachsige Roboter 25 umfasst vier Motoren (nicht dargestellt), die jeweilige Achsen der vier Achsen antreiben, sowie mechanische Elemente, die Kraft auf die jeweiligen Achsen übertragen. Obwohl ein tatsächlicher vierachsiger Roboter viele Teile umfasst, sind in 12 der Einfachheit der Beschreibung halber nur einige Komponenten dargestellt.
Die Steuerung 261 ist über die Servoantriebe 262 bis 265 mit dem vierachsigen Roboter 25 verbunden und steuert den Antrieb des vierachsigen Roboters 25 integral. Die Steuerung 261 verwaltet die oben beschriebenen ersten Zeitinformationen. Darüber hinaus hat die Steuerung 261 die Aufgabe, einer Achse, die dies erfordert, auf der Basis der ersten Zeitinformationen einen Befehl zu erteilen, um dadurch den vierachsigen Roboter 25 in einem von einem Befehlsgeber beabsichtigten Arbeitsablauf anzutreiben.
Die Servoantriebe 262 bis 265 sind entsprechend mit jeweiligen Motoren des vierachsigen Roboters 25 verbunden und erzeugen in Übereinstimmung mit einem Befehl der Steuerung 261 elektrische Signale, die als Befehle zum Antreiben des vierachsigen Roboters 25 dienen, und legen die elektrischen Signale an die Motoren der jeweiligen Achsen an.
Der Beschleunigungssensor 271 ist an einem beweglichen Teil eines Arms des vierachsigen Roboters 25 angebracht und misst in Zeitreihen Vibrationen, die im vierachsigen Roboter 25 durch den Antrieb der Motoren der jeweiligen Achsen erzeugten werden. Als Beschleunigungssensor 271 kann ein dreiachsiger Beschleunigungssensor verwendet werden.
Die Kamera 272 ist eine Industriekamera, die einen Arbeitsablauf des vierachsigen Roboters 25 erfasst, indem sie den vierachsigen Roboter 25 intermittierend oder kontinuierlich aufnimmt. Die Kamera 272 verwaltet die oben beschriebenen zweiten Zeitinformationen. Die Kamera 272 erfasst einen Arbeitsablauf des vierachsigen Roboters 25 zusammen mit einem Betriebsgeräusch von diesem auf der Basis der zweiten Zeitinformationen und speichert die erfassten Bild- und Tondaten als Bewegtbilddaten. Die Bewegtbilddaten werden an den Logger 291 übertragen.
Der Logger 291 ist über ein Kabel 274 mit dem Beschleunigungssensor 271 verbunden und ist über ein Kabel 275 mit der Kamera 272 verbunden. Der Logger 291 verwaltet dritte Zeitinformationen. Der Logger 291 greift sequentiell oder gleichzeitig auf die jeweiligen angeschlossenen Vorrichtungen zu, erfasst Drehzahldaten der jeweiligen Achsen im vierachsigen Roboter 25 als Maschinendaten zusammen mit Zeitinformationen und überträgt die Drehzahldaten und die Zeitinformationen an den Datenbankserver 293. Darüber hinaus erfasst der Logger 291 einen Messwert des Beschleunigungssensors 271 und die Bewegtbilddaten der Kamera 272 als Messdaten zusammen mit Zeitinformationen der Daten und überträgt die Daten und die Zeitinformationen an den Datenbankserver 293.
In der Konfiguration von 12 verfügt der Beschleunigungssensor 271 nicht über Zeitinformationen. Daher fügt der Logger 291 die dritten Zeitinformationen an die Messdaten des Beschleunigungssensors 271 an und überträgt die Messdaten mit den angefügten dritten Zeitinformationen an den Datenbankserver 293.
Der Datenbankserver 293 speichert die vom Logger 291 erfassten Maschinendaten zusammen mit den Messdaten einschließlich der daran angehängten Zeitinformationen in der Datenbank. Ein Beispiel für den Datenbankserver 293 ist ein relationales Datenbankmanagementsystem (RDBMS), und ein anderes Beispiel für den Datenbankserver 293 ist eine nicht nur strukturierte Abfragesprache (not only SQL). Beim Speichern der Daten speichert der Datenbankserver 293 die Daten zusammen mit vierten Zeitinformationen, die von dem Datenbankserver 293 verwaltet werden.
Die Datenanalysevorrichtung 281 ist eine Vorrichtung, die einen Zustand des vierachsigen Roboters 25 unter Verwendung von in der Datenbank gesammelten Daten über den vierachsigen Roboter 25 analysiert, um einen Lernvorgang durchzuführen. 13 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine funktionale Konfiguration der in 12 dargestellten Datenanalysevorrichtung 281 zeigt. Die Datenanalysevorrichtung 281 umfasst eine Eingabeeinheit 283, eine Datenbankkommunikationseinheit 284, die Synchronisationsvorrichtung 2, eine Datenanalyseeinheit 285 und eine Ausgabeeinheit 286.
Die Eingabeeinheit 283 erfasst Maschinendaten und Messdaten, die einer Datenanalyse unterzogen werden sollen. Die Maschinendaten und die Messdaten, die der Datenanalyse unterzogen werden sollen, werden vom Benutzer über die Eingabeeinheit 283 festgelegt. Dabei kann neben der Art der zu analysierenden Daten auch ein Bereich für die Erfassungszeit der Daten festgelegt werden. Durch Designieren der Erfassungszeit von Daten kann die Menge der zu analysierenden Daten reduziert werden. Folglich kann die Verarbeitungszeit reduziert werden.
Die Datenbankkommunikationseinheit 284 stellt eine Abfrage an den Datenbankserver 293 unter Verwendung eines Mittels wie SQL in Bezug auf die zu analysierenden Maschinendaten und Messdaten und erfasst die erforderlichen Datenstücke. In einem Fall, in dem der Bereich der Erfassungszeit von Daten festgelegt ist, werden zu analysierende Datenstücke auf der Basis der vierten Zeitinformationen, die vom Datenbankserver 293 verwaltet werden, erfasst. Der Datenbankserver 293 kann Datenstücke entsprechend auswählen, indem er Zeitinformationen, die allen Datenstücken gemeinsam sind, anfügt. In einem Fall, in dem der Bereich der Erfassungszeit festgelegt ist, können Daten erfasst werden, indem ein Bereich festgelegt wird, der größer ist als ein Bereich der designierten Zeit. Folglich können selbst in einem Fall, in dem ein Teil irgendwelcher Daten aufgrund der Korrelationszeitdifferenz, die zum Zeitpunkt des Synchronisationsprozesses ermittelt wird, verloren geht, Daten, die den Bereich der designierten Erfassungszeit einschließen, ohne fehlende Teile dem Benutzer zur Verfügung gestellt werden, wenn der Bereich der Erfassungszeit in Erwartung eines solchen Falles festgelegt wird.
Die Synchronisationsvorrichtung 2 kann einen Synchronisationsprozess durchführen, indem sie die Drehzahldaten, die auf den ersten Zeitinformationen basieren, die Bewegtbilddaten, die auf den zweiten Zeitinformationen basieren, und die Beschleunigungsdaten, die auf den dritten Zeitinformationen basieren, kombiniert. Hierbei kann in einem Fall, in dem die Synchronisation unter Verwendung der auf den ersten Zeitinformationen basierenden Drehzahldaten als Maschinendaten durchgeführt wird, was die Maschinendaten zum Zeitpunkt t₀ betrifft, max_i=_1,2,3,4 | ω_i (t₀) | mit dem maximalen Absolutwert der Drehzahl unter den Drehzahlen ω₁ (t₀), ω₂(t₀), ω₃(t₀) und ω₄ (t₀) der vier Achsen zum Zeitpunkt t₀ als Maschinendaten zum Zeitpunkt t₀ verwendet werden. Folglich kann zum Beispiel bei der Durchführung einer Korrelationsberechnung mit Tondaten in Bewegtbilddaten als Messdaten verhindert werden, dass ein ungeeigneter Korrelationsbewertungswert aufgrund des Einflusses eines Antriebsgeräusches berechnet wird, das durch den Betrieb einer anderen Achse erzeugt wird. Im Allgemeinen wird davon ausgegangen, dass das Antriebsgeräusch erzeugt wird, wenn mindestens ein Motor angetrieben wird. Indem der maximale Wert unter den Werten der vier Achsen ausgewählt wird, ist es daher möglich, den Korrelationsbewertungswert unter Berücksichtigung des Einflusses des Antriebsgeräusches, das durch den Betrieb einer anderen Achse erzeugt wird, zu berechnen.
Die Datenanalyseeinheit 285 analysiert den Betrieb des vierachsigen Roboters 25 unter Verwendung der synchronisierten Maschinendaten und der synchronisierten Messdaten. Die Datenanalyseeinheit 285 führt eine Datenanalyse am vierachsigen Roboter 25 unter dem Gesichtspunkt der Anomaliediagnose oder der vorausschauenden Wartung durch. Für diese Analysen kann eine bestehende Methode wie maschinelles Lernen oder statistische Analyse verwendet werden. Ein Ergebnis der von der Datenanalyseeinheit 285 durchgeführten Analyse wird über die Ausgabeeinheit 286 ausgegeben oder angezeigt.
Das Visualisierungsterminal 282 ist ein Endgerät zur Visualisierung und Anzeige des Zustands des vierachsigen Roboters 25. Beispiele für das Visualisierungsterminal 282 sind ein Display, ein Smartphone, ein Tablet-Terminal und ein Laptop-Computer. Das Visualisierungsterminal 282 zeigt den Zustand des vierachsigen Roboters 25 unter Verwendung von Daten über den vierachsigen Roboter 25, die in dem Datenbankserver 293 gesammelt wurden, und einem Analyseergebnis der Datenanalysevorrichtung 281 an.
14 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine funktionale Konfiguration des Visualisierungsterminals 282 gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. In 14 sind Komponenten mit Funktionen, die sie mit in 13 dargestellten Komponenten gemein haben, mit den gleichen Bezugszeichen wie den in 13 verwendeten bezeichnet, und redundante Beschreibungen derselben werden weggelassen.
Das Visualisierungsterminal 282 umfasst die Eingabeeinheit 283, die Datenbankkommunikationseinheit 284, die Synchronisationsvorrichtung 2 und die Anzeigeeinheit 287.
Die Synchronisationsvorrichtung 2 erfasst die synchronisierten Maschinendaten und die synchronisierten Messdaten, die in dem Datenbankserver 293 gespeichert sind, über die Datenbankkommunikationseinheit 284. Die Synchronisationsvorrichtung 2 gibt die synchronisierten Maschinendaten und die synchronisierten Messdaten aus, und die Anzeigeeinheit 287 zeigt die synchronisierten Maschinendaten und die synchronisierten Messdaten, die von der Synchronisationsvorrichtung 2 ausgegeben wurden, an.
15 ist ein Diagramm, das ein Anzeigebeispiel des Visualisierungsterminals 282 basierend auf dem Analyseergebnis der Datenanalysevorrichtung 281 in der zweiten Ausführungsform zeigt. Auf der unteren Seite von 15 sind die Drehzahldaten einer ersten Achse im vierachsigen Roboter 25, die synchronisierte Maschinendaten sind, dargestellt. Außerdem wird auf der oberen Seite von 15 ein Ergebnis der Frequenztransformation der Tondaten in den Bewegtbilddaten, die synchronisierte Messdaten sind, als Diagramm angezeigt. Ein Zeitpunkt 0, der Zeitpunkt t₀ und der Zeitpunkt t₁ sind Zeitpunkte nach der Synchronisation und sind Zeitpunkte, die den synchronisierten Maschinendaten und den synchronisierten Messdaten gemeinsam sind. Wie in 15 dargestellt, ist es möglich, den Zustand der Maschine in einer leichter verständlichen Weise darzustellen, indem die Maschinendaten und die Messdaten gleichzeitig parallel angezeigt werden, so dass sie auf einer geraden Linie in derselben Richtung, d. h. in vertikaler oder horizontaler Richtung, ausgerichtet sind. Insbesondere erleichtert die gleichzeitige simultane Anzeige der Maschinendaten und der Verteilung der Frequenzkomponenten der Tondaten die Beurteilung eines Faktors für ein anomales Geräusch oder dergleichen im Falle seines Auftretens.
Bei der zweiten Ausführungsform ist die Synchronisationsvorrichtung 2 in der Datenanalysevorrichtung 281 oder dem Visualisierungsterminal 282 angeordnet, kann aber auch in dem Logger 291 oder zwischen dem Logger 291 und dem Datenbankserver 293 angeordnet sein. In diesem Fall speichert der Datenbankserver 293 die synchronisierten Maschinendaten und Messdaten in der Datenbank, wodurch die Notwendigkeit eines Synchronisationsprozesses, der von der Datenanalysevorrichtung 281 oder dem Visualisierungsterminal 282 durchgeführt wird, wegfällt und es somit möglich ist, den Effekt zu erzielen, dass die Last des Prozesses reduziert wird und eine Reaktion auf eine Handlung des Benutzers schneller wird.
Die Synchronisationsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform führt eine Frequenztransformation von Maschinendaten und/oder Messdaten durch, um ein Frequenzspektrum von Zeitreihen zu erhalten, und führt eine Korrelationsberechnung durch. Daher können die Daten, die der Korrelationsberechnung unterzogen werden sollen, auf Daten über eine bestimmte Frequenz beschränkt werden, so dass die Synchronisationsgenauigkeit verbessert werden kann. Insbesondere durch die Durchführung der Korrelationsberechnung mit einer Frequenz, die den Betrieb einer Maschine repräsentiert, zum Beispiel einer Resonanzfrequenz einer mechanischen Vorrichtung, ist es möglich, einen Synchronisationsprozess mit höherer Genauigkeit durchzuführen.
Darüber hinaus führt die Synchronisationsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform bei der Durchführung der Frequenztransformation ein Hüllkurvenverfahren durch. Dadurch ist es möglich, den Einfluss eines Fehlers der Messdaten bei der Durchführung der Korrelationsberechnung zu reduzieren.
Des Weiteren kann die Synchronisationsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform Bewegtbilddaten mittels Tondaten mit Messwerten des Beschleunigungssensors synchronisieren. Daher kann der Benutzer durch Verwendung eines synchronisierten Bewegtbildes eines Phänomens, das in der gesamten Vorrichtung zum Zeitpunkt einer Anomalie des Beschleunigungssensors aufgetreten ist, das aufgetretene Phänomen leicht erkennen.
Die Datenanalysevorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform speichert die Drehzahldaten der vier Achsen, die Messwerte des am Arm installierten Beschleunigungssensors und die Bewegtbilddaten während des Antriebs im Datenbankserver zusammen mit deren jeweiligen Stücken von Zeitinformationen. Dadurch ist eine Konfiguration für die zeitliche Synchronisation der Zustände des vierachsigen Roboters nicht mehr erforderlich, und Antriebsdaten können mit einer einfacheren Konfiguration akkumuliert werden. Insbesondere kann eine Datenakkumulationsumgebung leicht in eine bestehende Anlage einbezogen werden.
Des Weiteren kann die Datenanalysevorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform die Maschinendaten durch die in der Analysevorrichtung und dem Visualisierungsterminal vorgesehenen Synchronisationsvorrichtungen mit den Messdaten synchronisieren. Dadurch können, wenn die Datenbank für eine Analyse, Visualisierung und dergleichen verwendet wird, die Analyse und die Visualisierung auf der Basis hochgenauer Daten durchgeführt werden. Zum Beispiel kann sich der Benutzer einen Überblick über die Daten verschaffen, indem er eine bestehende Methode zur Integration und Anzeige der in der Datenbank gesammelten Daten verwendet. Dabei wird durch die Verwendung der synchronisierten Maschinendaten und der synchronisierten Messdaten ein klarerer kausaler Zusammenhang in Bezug auf ein Phänomen hergestellt, das sich durch eine Kombination jeweiliger Datenstücke ergibt. Darüber hinaus kann der Benutzer die in der Datenbank gesammelten Daten einer Analyse, einem Lernprozess und dergleichen unterziehen. Dabei ermöglicht es die Verwendung synchronisierter Daten, die kausale Beziehung des Phänomens, das sich durch eine Kombination von Daten ergibt, in die Analyse und das Lernen einzubeziehen und somit ein genaueres Ergebnis zu erhalten.
Dritte Ausführungsform.
16 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine funktionale Konfiguration einer Synchronisationsvorrichtung 3 gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt. Verglichen mit der Konfiguration der Synchronisationsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist, ist bei der Synchronisationsvorrichtung 3 gemäß der dritten Ausführungsform die Korrelationsberechnungseinheit 13 durch eine Korrelationsberechnungseinheit 33 ersetzt. Bei der dritten Ausführungsform wird, ähnlich wie bei der zweiten Ausführungsform, eine zeitliche Änderung in einem Frequenzspektrum als zu synchronisierende Daten verwendet. Daher berechnet die Korrelationsberechnungseinheit 33 eine Korrelation, nachdem eine Frequenztransformation an den Daten vorgenommen wurde. Darüber hinaus berechnet die Korrelationsberechnungseinheit 33 automatisch eine Frequenz, die für eine Korrelationsberechnung verwendet wird, durch Peakextraktion. Andere Komponenten gleichen oder entsprechen den in 1 dargestellten. Gleiche oder entsprechende Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet, und redundante Beschreibungen derselben werden weggelassen.
17 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine funktionale Konfiguration der Korrelationsberechnungseinheit 33 in der dritten Ausführungsform zeigt. Verglichen mit der Konfiguration der Korrelationsberechnungseinheit 23 in der zweiten Ausführungsform, die in 11 dargestellt ist, ist bei der Korrelationsberechnungseinheit 33 in der dritten Ausführungsform eine Peakextraktionseinheit 337 zwischen der Frequenztransformationseinheit 234 und der Frequenzauswahleinheit 235 vorgesehen. Außerdem ist die Normalisierungseinheit 132 durch eine Normalisierungseinheit 332 ersetzt, ist die Korrelationsbewertungswert-Berechnungseinheit 133 durch eine Korrelationsbewertungswert-Berechnungseinheit 333 ersetzt, ist die Korrelationswert-Berechnungseinheit 134 durch eine Korrelationswert-Berechnungseinheit 334 ersetzt und ist die Korrelationszeitdifferenz-Bestimmungseinheit 135 durch eine Korrelationszeitdifferenz-Bestimmungseinheit 335 ersetzt. Andere Komponenten gleichen oder entsprechen den in 11 dargestellten. Gleiche oder entsprechende Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in 11 bezeichnet, und redundante Beschreibungen derselben werden weggelassen.
In 17 extrahiert die Peakextraktionseinheit 337 in Bezug auf Maschinendaten oder Messdaten, die der Frequenztransformation zu unterziehen sind, eine oder mehrere Frequenzen, bei der/denen ein Frequenzspektrum Höchstwerte aufweist. Diese Frequenz wird hier als „Peakfrequenz“ bezeichnet. Was die Peakfrequenz betrifft, so wird ein Frequenzspektrum von Zeitreihen, das das Ergebnis einer von der Frequenztransformationseinheit 234 durchgeführten Transformation ist, in einer Zeitrichtung gemittelt und für jede Frequenz als Durchschnittsleistung betrachtet, und lässt sich eine Frequenz, bei der eine solche Durchschnittsleistung einen Höchstwert erreicht, als Peakfrequenz verwenden. Alternativ kann ein Höchstwert eines Frequenzspektrums, das durch die Durchführung eines Verfahrens der schnellen Fourier-Transformation (FFT) an den gesamten Daten berechnet wurde, als Peakfrequenz berechnet werden. In einem Fall, in dem die Ergebnisse der Frequenztransformationseinheit 234 bei der Berechnung der Peakfrequenz nicht verwendet werden, können der Prozess mit der Peakextraktionseinheit 337 und der Prozess mit der Frequenztransformationseinheit 234 in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden.
Die Normalisierungseinheit 332 normalisiert die Maschinendaten und die Messdaten, die so angepasst sind, dass sie die gleiche Abtastperiode haben, in ähnlicher Weise wie die Normalisierungseinheit 132. In einem Fall, in dem zwei oder mehr Frequenzen durch die Peakextraktionseinheit 337 extrahiert werden, wird jedoch für jede Frequenz ein anderer Koeffizient multipliziert, um alle Skalierungen gleich zu machen.
Die Korrelationsbewertungswert-Berechnungseinheit 333 und die Korrelationswert-Berechnungseinheit 334 berechnen einen Korrelationsbewertungswert und einen Korrelationswert in ähnlicher Weise wie die Korrelationsbewertungswert-Berechnungseinheit 133 und die Korrelationswert-Berechnungseinheit 134. Die Korrelationszeitdifferenz-Bestimmungseinheit 335 bestimmt eine Korrelationszeitdifferenz in ähnlicher Weise wie die Korrelationszeitdifferenz-Bestimmungseinheit 135. In einem Fall, in dem zwei oder mehr Frequenzen durch die Peakextraktionseinheit 337 designiert werden, berechnet die Korrelationsbewertungswert-Berechnungseinheit 333 jedoch eine Korrelationsbewertungswertfolge für jede Frequenz. Die Korrelationswert-Berechnungseinheit 334 berechnet als Korrelationswert einen Korrelationsbewertungswert mit der maximalen Korrelationsstärke unter den Korrelationsbewertungswerten aller Frequenzen. Dann bestimmt die Korrelationszeitdifferenz-Bestimmungseinheit 335 eine dem Korrelationswert entsprechende Zeitdifferenz als Korrelationszeitdifferenz.
Die von der Peakextraktionseinheit 337 oder der Frequenzauswahleinheit 235 ausgewählte Frequenz kann in einem Speicher der Synchronisationsvorrichtung 3 gespeichert werden. Daher können durch Wahl der im Speicher gespeicherten Frequenz in einem zweiten und nachfolgenden Prozessen die von der Peakextraktionseinheit 337 und der Frequenzauswahleinheit 235 durchgeführten Prozesse übersprungen werden.
18 ist eine Ansicht, die eine Beispielkonfiguration eines Simulationssystems 530 darstellt, das ein Simulationsterminal 38 mit einer Funktion der Synchronisationsvorrichtung 3 gemäß der dritten Ausführungsform einschließt. In 18 sind Komponenten mit Funktionen, die sie mit in 12 dargestellten Komponenten gemein haben, mit den gleichen Bezugszeichen wie den in 12 verwendeten bezeichnet, und redundante Beschreibungen derselben werden weggelassen.
In 18 umfasst das Simulationssystem 530 den vierachsigen Roboter 25, die Steuerung 261, die Servoantriebe 262 bis 265, den Beschleunigungssensor 271, den Logger 291 und das Simulationsterminal 38.
Das Simulationsterminal 38 ist mit der Steuerung 261 und dem Logger 291 verbunden. Das Simulationsterminal 38 ist ein Endgerät, das eine Antriebssimulation an dem vierachsigen Roboter 25 durchführt. Die Antriebssimulation kann auf der Basis von Befehlsdaten und Betriebsdaten wie einer Position, einer Drehzahl und einem Stromwert jedes Motors des vierachsigen Roboters 25, die auf den ersten Zeitinformationen basieren, und von Beschleunigungsdaten des vierachsigen Roboters 25, die auf den dritten Zeitinformationen basieren, durchgeführt werden. Die Befehlsdaten oder die Betriebsdaten wie eine Position, eine Drehzahl und ein Stromwert jedes Motors werden aus der Steuerung 261 erfasst. Die Beschleunigungsdaten des vierachsigen Roboters 25 werden aus dem Logger 291 erfasst. Als Simulationsterminal 38 kann ein Display, ein Smartphone, ein Tablet-Terminal oder ein Laptop-Computer verwendet werden.
19 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine funktionale Konfiguration des Simulationsterminals 38 gemäß der dritten Ausführungsform zeigt. In 19 umfasst das Simulationsterminal 38 eine Befehlsbetriebsdatenkommunikationseinheit 381, eine Beschleunigungsdatenkommunikationseinheit 382, die Synchronisationsvorrichtung 3, eine Simulationseinheit 383 und eine Anzeigeeinheit 384.
In dem Simulationsterminal 38 führt die Synchronisationsvorrichtung 3 eine Korrelationsberechnung zwischen Befehlsdaten oder Betriebsdaten, die einen Betrieb einer Maschine repräsentieren, und Beschleunigungsdaten, die einen Zustand der Maschine repräsentieren, durch, um dadurch einen Synchronisationsprozess durchzuführen. Die Simulationseinheit 383 führt eine Antriebssimulation des vierachsigen Roboters 25 unter Verwendung synchronisierter Maschinendaten und synchronisierter Messdaten durch, die von der Synchronisationsvorrichtung 3 ausgegeben werden. Ein Ergebnis der Simulation durch die Simulationseinheit 383 wird dem Benutzer durch die Anzeigeeinheit 384 angezeigt.
Die Synchronisationsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform extrahiert eine oder mehrere Frequenzen, bei denen die Frequenzen Höchstwerte aufweisen, normalisiert die extrahierten Frequenzen, so dass die Skalierungen gleich sind, und berechnet dann eine Korrelationszeitdifferenz, bei der die Korrelationsstärke maximal ist. Dadurch ist es zum Beispiel auch bei einer Vorrichtung, bei der die Peakfrequenz eines durch mechanische Resonanz oder dergleichen erzeugten Antriebsgeräusches unbekannt ist, möglich, einen hochgenauen Synchronisationsprozess zwischen Maschinendaten und Tondaten durchzuführen, ohne eine Frequenz zu designieren. In einem Fall, in dem ein Höchstwert für eine Vorrichtung mit einer unbekannten Peakfrequenz berechnet wird, kann bei Verwendung einer FFT oder dergleichen, um einen Höchstwert für ein Geräusch in einem bestimmten Abschnitt zu ermitteln, irrtümlich eine Peakfrequenz erkannt werden, die auf stationäre Geräusche wie z. B. ein Geräusch einer umgebenden Vorrichtung zurückzuführen ist, was ein Problem darstellt. Um das Problem zu beheben, extrahiert die Synchronisationsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform eine oder mehrere Frequenzen, bei denen die Frequenzen Höchstwerte aufweisen, und führt eine Korrelationsberechnung zwischen den extrahierten Frequenzdaten und den Maschinendaten durch, die einen Betrieb einer Maschine repräsentieren. Dadurch können Umgebungsgeräusche, die für den Betrieb der Maschine irrelevant sind, eliminiert werden, und somit kann die Peakfrequenz des Antriebsgeräusches zuverlässig ermittelt werden.
Darüber hinaus kann das Simulationsterminal gemäß der dritten Ausführungsform synchron Befehlsdaten und Betriebsdaten, die aus der Steuerung erfasst werden, sowie Beschleunigungsdaten, die vom Beschleunigungssensor erfasst werden, in die Simulation eingeben. Dadurch kann ein geschätzter Wert des Beschleunigungssensors, der durch die Simulation erhalten wird, mit einem tatsächlich gemessenen Wert verglichen werden, und es kann ein Simulationsmodell validiert werden. Da das Simulationsmodell validiert werden kann, ist es möglich, das Simulationsmodell auf einfache Weise auf den neuesten Stand zu bringen. Bei der Durchführung der Validierung und der Aktualisierung wird ein Datensynchronisationsprozess von der Synchronisationsvorrichtung durchgeführt, so dass die Simulationseinheit nur eine Simulation ohne den Synchronisationsprozess durchführen muss. Folglich ist es möglich, eine genaue Simulation mit einer einfacheren Vorrichtung durchzuführen. Darüber hinaus ist es in einem Fall, in dem eine Funktion eines digitalen Zwillings durch das Simulationsterminal realisiert wird, auch möglich, in einfacher Weise die Validierung des digitalen Zwillings durchzuführen.
Die in den obigen Ausführungsformen beschriebenen Konfigurationen sind lediglich Beispiele und können mit anderen bekannten Technologien kombiniert werden, die Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden, und ein Teil der Konfigurationen kann weggelassen oder modifiziert werden, ohne von ihrem Kern abzuweichen.
Bezugszeichenliste

1, 2, 3: Synchronisationsvorrichtung;
10: Synchronisationseinheit;
11: Maschinendatenerfassungseinheit;
12: Messdatenerfassungseinheit;
13,23,33: Korrelationsberechnungseinheit;
14: Ausgabeeinheit für synchronisierte Daten;
15: Gebläse;
15a: Flügelrad;
15b: Motor;
16: Steuervorrichtung;
18: Inspektionsterminal;
19a,19b, 274, 275: Kabel;
21: Kabelanschluss;
25: vierachsiger Roboter;
38: Simulationsterminal;
131: Abtasteinstelleinheit;
132, 332: Normalisierungseinheit;
133, 333: Korrelationsbewertungswert-Berechnungseinheit;
134, 334: Korrelationswert-Berechnungseinheit;
135, 335: Korrelationszeitdifferenz-Bestimmungseinheit;
161, 181: Steuereinheit;
162: Motorantriebseinheit;
182: Speichereinheit;
183: Monitor;
184: Anomaliediagnoseeinheit;
185, 287, 384: Anzeigeeinheit;
186: Maschinendatenkommunikationseinheit;
187: Messdatenkommunikationseinheit;
234: Frequenztransformationseinheit;
235: Frequenzauswahleinheit;
236: Hüllkurvenverarbeitungseinheit;
261: Steuerung;
262 bis 265: Servoantrieb;
271: Beschleunigungssensor;
272: Kamera;
281: Datenanalysevorrichtung;
282: Visualisierungsterminal;
283: Eingabeeinheit;
284: Datenbankkommunikationseinheit;
285: Datenanalyseeinheit;
286: Ausgabeeinheit;
291: Logger;
292: Netzwerk;
293: Datenbankserver;
337: Peakextraktionseinheit;
381: Befehlsbetriebsdatenkommunikationseinheit;
382: Beschleunigungsdatenkommunikationseinheit;
383: Simulationseinheit;
500: Antriebssystem;
510: Antriebsvorrichtung;
520: Datenanalysesystem;
530: Simulationssystem.

Claims

Synchronisationsvorrichtung, umfassend: eine Maschinendatenerfassungseinheit zum Erfassen von Zeitreiheninformationen über den Antrieb einer Maschine als Maschinendaten; eine Messdatenerfassungseinheit zum Erfassen von Zeitreiheninformationen über einen Zustand der Maschine als Messdaten; eine Korrelationsberechnungseinheit zum Berechnen einer Korrelationszeitdifferenz, die eine Zeitdifferenz ist, wenn die Stärke der Korrelation zwischen den Maschinendaten und den Messdaten maximal ist, auf Basis der Maschinendaten, der Messdaten und einer Zeitdifferenz, wenn eines von den Maschinendaten und den Messdaten in einer positiven oder negativen Richtung einer Zeitachse versetzt ist; und eine Ausgabeeinheit für synchronisierte Daten zum Ausgeben der Maschinendaten, die mit den Messdaten auf Basis der Korrelationszeitdifferenz synchronisiert sind, als synchronisierte Maschinendaten und zum Ausgeben der Messdaten, die mit den Maschinendaten auf Basis der Korrelationszeitdifferenz synchronisiert sind, als synchronisierte Messdaten.
Synchronisationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Korrelationsberechnungseinheit einen Korrelationsbewertungswert berechnet, der einen Grad der Stärke der Korrelation zwischen den Maschinendaten und den Messdaten anzeigt, und einen Korrelationswert mit maximaler Korrelationsstärke zwischen den Maschinendaten und den Messdaten auf Basis einer Vielzahl der durch Ändern der Zeitdifferenz erhaltenen Korrelationsbewertungswerte berechnet.
Synchronisationsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Korrelationsberechnungseinheit eine Normalisierungseinheit enthält, um die Maschinendaten und die Messdaten, die zur Berechnung des Korrelationswerts verwendet werden, zu normalisieren.
Synchronisationsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Messdaten Daten sind, die eine Stärke eines Geräusches oder einer Vibration enthalten, die Korrelationsberechnungseinheit eine Peakextraktionseinheit enthält, um eine Frequenz, bei der ein Frequenzspektrum der Messdaten Höchstwerte aufweist, aus den Messdaten zu erhalten, und der Korrelationswert auf Basis einer zeitlichen Änderung in einer Frequenzkomponente, deren Intensität in einem Frequenzspektrum der Messdaten Höchstwerte aufweist, und der Maschinendaten berechnet wird.
Synchronisationsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Maschine eine von einem Motor angetriebene Maschine ist, und der Korrelationswert auf Basis eines Absolutwerts der Maschinendaten und einer Frequenzkomponente der Messdaten berechnet wird.
Synchronisationsvorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Maschine eine von einem Motor angetriebene Maschine ist, und die Maschinendaten Daten über einen Drehwinkel, eine Drehzahl, einen Strom oder eine Kraft des Motors sind.
Programm, das einen Computer veranlasst, eine Funktion der Synchronisationsvorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.
Synchronisationsverfahren, umfassend: einen ersten Schritt des Erfassens von Zeitreiheninformationen über den Antrieb einer Maschine als Maschinendaten; einen zweiten Schritt des Erfassens von Zeitreiheninformationen über einen Zustand der Maschine als Messdaten; einen dritten Schritt des Berechnens eines Korrelationswerts mit maximaler Korrelationsstärke zwischen den Maschinendaten und den Messdaten auf Basis der Maschinendaten, der Messdaten und einer Zeitdifferenz, wenn eines von den Maschinendaten und den Messdaten in einer positiven oder negativen Richtung einer Zeitachse versetzt ist; einen vierten Schritt des Berechnens einer Korrelationszeitdifferenz, die eine Zeitdifferenz ist, wenn der Korrelationswert erhalten wird; und einen fünften Schritt des Bestimmens der Maschinendaten, die mit den Messdaten synchronisiert sind, als synchronisierte Maschinendaten auf Basis der Korrelationszeitdifferenz und des Bestimmens der Messdaten, die mit den Maschinendaten synchronisiert sind, als synchronisierte Messdaten auf Basis des Korrelationswerts.
Programm, um einen Computer zu veranlassen, eine Verarbeitungsprozedur in Übereinstimmung mit dem Synchronisationsverfahren nach Anspruch 8 auszuführen.