JP2002182736A - 設備診断装置および設備診断プログラム記憶媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は１台以上、典型的には複数台の機器
が設置され運転モードが時間的に切り換えられながら稼
動する設備の、正常、異常を診断する設備診断装置等に
関し、正常状態が一義的に定まらず運転状態が次々と移
り変わる設備についてもその異常の有無を精度良く判定
する。 【解決手段】 １つの部屋内等に設置される複数の機器
からなる設備を構成する各機器の運転状態の相違１つず
つを全て運転モードの相違としてとらえ、各運転モード
ごとに、逆フィルタ等の基準データを求めておき、異常
の有無の判定を行なうにあたっては、そのときに得られ
た信号と、そのときの運転モードと同一の運転モードに
ついて求めておいた基準データとに基づいて異常の有無
の判定を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は１台以上、典型的に
は複数台の機器が設置され運転モードが時間的に切り換
えられながら稼動する設備の、正常、異常を診断する設
備診断装置、およびコンピュータをそのような設備診断
装置として動作させる設備診断プログラムが記憶された
設備診断プログラム記憶媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より機器や設備の異常の有無を判定
する様々な設備診断手法による設備診断が実行され、あ
るいは提案されている。この設備診断においては、設備
が破壊され、あるいは直ちに停止する必要がある重大故
障のみを検出対象とするのではなく、むしろ、そのよう
な重大故障に至る前の、例えば回転機械におけるベアリ
ングに傷が入ったり、あるいはある可動部分の摩耗が進
んできたといった程度の、今のところまだ十分に稼動を
続けることができるが、そのままにしておくと将来重大
故障につながるおそれがある異常を検出対象とする必要
がある。

【０００３】そのような設備診断手法の典型例として、
例えばその機器や設備が正常状態にあるときの音響振動
波形を得、その音響振動波形をスペクトル解析してその
特徴を調べておき、異常の有無を検出する際にその機器
や設備の音響振動波形を得てスペクトル解析を行い、そ
のスペクトル中に、正常時には見られない特定の周波数
成分のピークが存在するか否か、あるいはピークの組合
せが正常時のそれと同じであるか否か等により異常の検
出を行なうことが知られている。

【０００４】また、特開平７−４３２５９号公報には、
その機器や設備が正常状態にあるときの音響振動波形を
得、その音響振動波形に基づいて逆フィルタを作成して
おき、異常の有無を検出する際にその機器や設備の音響
振動波形を得、その音響振動波形にあらかじめ求めてお
いた逆フィルタを作用させて残差信号を求め、この残差
信号を解析することによって機器や設備の異常を検出す
ることが提案されている。

【０００５】さらに、特開平８−３０４１２４号公報に
は、その機器や設備が正常状態にあるときの複数の音響
振動波形を得、それら複数の音響振動波形のうちの例え
ば１つの音響振動波形に基づいて逆フィルタを作成し
て、その逆フィルタを例えば残りの複数の音響振動波形
に作用させることにより複数の残差信号を求め、それら
複数の残差信号それぞれに基づいて統計的変量を複数求
めておき、異常の有無を検出する際においても、その機
器や設備の複数の音響振動波形を得、あらかじめ求めて
おいた上記の逆フィルタをそれら複数の音響振動波形に
作用させて複数の残差信号を求め、それら複数の残差信
号に基づいて複数の統計的変量を求め、正常状態にある
ときに求めた複数の統計的変量と異常の有無の検出の際
に求めた複数の統計的変量との間で、例えばＦ検定やｔ
検定等の手法による検定あるいは推定を行なうことによ
り、その機器や設備の異常の有無を検出することが提案
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のスペクトル解析
を行なうことによって機器や設備の異常を検出する手法
も、その診断対象機器や設備の性質によってはかなり有
効な手法であり、上記の逆フィルタを作成しておく手法
や統計的検定等を行なう手法はさらに有効な手法であ
る。

【０００７】ところが、上記のいずれの手法も、正常状
態と比較して相違点の有無を検出する手法であるのに対
し、どの状態を正常状態とするかが一義的には定まらな
い場合がある。

【０００８】例えばレシプロコンプレッサやターボコン
プレッサ等のコンプレッサが複数台設置されたコンプレ
ッサ室を例に挙げて説明する。

【０００９】大型のレシプロコンプレッサには複数のピ
ストンが存在し、それら複数のピストンそれぞれについ
て空気を実際に圧縮している状態と単に空運転している
状態が存在し、さらには、大規模な工場のコンプレック
サ室には、そのようなレシプロコンプレッサやその他の
ターボコンプレッサ等が複数台設置されていることが多
く、設備によっては同じ部屋内に例えばモータやポンプ
といった他の機器が設置されていることもある。このよ
うな設備は極めて大きな騒音を発生するため１つの部屋
に区切ってその部屋内に設置することにより、騒音をそ
の部屋に封じ込めることが行われている。

【００１０】そのような多数の機器が様々な状態で運転
されあるいは停止されるという状況にある場合、どの状
態をもって正常状態とするか決めるのは極めて困難であ
る。あるいは通常の状態においてはそれらのどの状態も
全てが正常状態である。

【００１１】本発明は、例えば上記のような正常状態が
順次移り変わるような設備の異常の有無を高精度に検出
することのできる設備診断装置、およびコンピュータを
そのような設備診断装置として動作させる設備診断プロ
グラムが格納される設備診断プログラム記憶媒体を提供
することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の設備診断装置は、１つ以上の機器が設置され運転モ
ードが時間的に切り換えられながら稼動する設備の正
常、異常を診断する設備診断装置において、診断対象設
備から得られる、所定の物理量を担持する時系列信号を
取得する信号取得部と、診断対象設備の現在の運転モー
ドを認識するモード認識部と、信号取得部で得られる時
系列信号のうちの基準用時系列信号に基づいて、その基
準用時系列信号を得たときの運転モードに対応する基準
データを求める基準演算部と、基準演算部で求められた
基準データを、その基準データを求める基になった基準
用時系列信号を得たときの運転モードに対応づけて記憶
しておく基準記憶部と、基準記憶部に記憶された、複数
の運転モードに対応する基準データのうちの、現在の運
転モードに対応する基準データと、信号取得部で得られ
た、現在の運転モードにおける診断用時系列信号とに基
づいて、前記診断対象設備の異常の有無を判定する異常
有無判定部とを備えたことを特徴とする。

【００１３】本発明の設備診断装置は、例えば１つの部
屋内等近接した場所に設置された複数の機器からなる設
備を構成するいずれかの機器の運転状態の相違１つずつ
を全て運転モードの相違としてとらえ、各運転モードご
とに、例えば上述のスペクトル解析や逆フィルタや複数
の統計的変量等の基準データを求めておき、異常の有無
の判定を行なうにあたっては、その判定時に得られた信
号と、そのときの運転モードと同一の運転モードについ
て求めておいた基準データとに基づいて異常の有無の判
定を行なうものであるため、運転状態が順次切り換わっ
ても各運転状態における異常の有無を高精度に判定する
ことができる。

【００１４】ここで、上記の所定の物理量を担持する時
系列信号は、その設備近傍で音を収録して得た信号であ
ってもよく、あるいはその設備を構成する機器やその設
備の設置場所の床や壁等から振動や加速度をピックアッ
プして得た信号であつてもよく、特定の物理量を担持す
る信号に限定されるものではない。

【００１５】上記本発明の設備診断装置において、現在
の運転モードに対応する基準データが既に求められてい
るか否かを判定し、現在の運転モードに対応する基準デ
ータが未だ求められていないときは、基準演算部に、信
号取得部で取得された現在の運転モードにおける時系列
信号を基準用時系列信号としたときの基準データを求め
る演算の実行を指示するとともに、現在の運転モードに
対応する基準データが既に求められていたときには、異
常有無判定部に、信号取得部で取得された現在の運転モ
ードにおける時系列信号を診断用時系列信号としたとき
の異常の有無の判定を指示する信号振分部を備えること
が好ましい。

【００１６】上記のようなコンプレッサ室を例に挙げる
と、例えば運転状態が実際の運転と空運転とに互いに独
立に変化するピストンを６つ備えたレシプロコンプレッ
サの場合、理論的には、１台で６４通りの運転モードが
存在し、コンプレッサ室にそのレシプロコンプレッサが
２台存在するだけであっても６４×６４＝４０９６通り
もの運転モードが存在することになる。

【００１７】本発明では、例えばこのような多数の運転
モードを有する設備であっても、各運転モードを１つ１
つ作り出して各運転モードに対応する基準データを求め
ることが可能であるときは、設備診断を行なう前に、そ
のような基準データを作り出すための準備段階を置くこ
とを否定するものではないが、実際上は、多数の運転モ
ードそれぞれによる運転状態を１つ１つ作り出すのは極
めて困難である。一方、上記のような設備は、ほとんど
の場合は正常状態にあり、極くまれに発生するかも知れ
ない異常状態を検出しようとしている場合がほとんどで
あり、また、ある程度の短期間であれば、万一異常状態
が発生した場合であってもオペレータによる注意等によ
りその異常状態を見つけることができる場合がほとんど
である。このような背景下においては、上記の信号振分
部を備えることにより、運転モードが順次切り換えられ
ながら実際に稼動している設備から得た時系列信号に基
づいて各運転モードにおける基準データを求めることが
でき、実際の稼動前の特別の準備なしに設備診断を行な
うことができる。

【００１８】また上記本発明の設備診断装置において、
上記基準演算部は、基準用時系列信号に基づいて、その
基準用時系列信号を得たときの運転モードに対応する逆
フィルタを求める演算を含む演算により、基準データを
求めるものであり、上記異常有無判定部は、現在の運転
モードにおける診断用時系列信号に現在の運転モードと
同一の運転モードに対応する逆フィルタを作用させるこ
とにより残差信号を求める演算を含む演算を行ない、そ
の演算の結果に基づいて、診断対象設備の異常の有無を
判定するものであることが好ましい。

【００１９】ここで、上記の「逆フィルタを求める演算
を含む演算」は、逆フィルタを求める演算のみで構成さ
れている場合を含む概念であり、その場合は、逆フィル
タを上記の基準データとすることができる。また、「逆
フィルタを求める演算を含む演算」は、逆フィルタを求
める演算が含まれていればよく、前述のように複数の基
準用時系列信号のうちの例えば１つの時系列信号に基づ
いて逆フィルタを作成し、その逆フィルタを他の複数の
時系列信号に作用させて複数の統計的変量を求める演算
であってもよい、その場合は、そのようにして求めた複
数の統計的変量が基準データとなり得る。

【００２０】また、上記の「逆フィルタを作用させるこ
とにより残差信号を求める演算を含む演算」も上記と同
様であり、残差信号を求める演算のみで構成されていて
もよく、あるいは前掲の特開平７−４３２５９号公報に
記載されているように、その残差信号のパワーの移動平
均値を求めるなど、その残差信号を演算して異常の有無
を判定するのに都合のよいデータを求める演算や、ある
いは、前掲の特開平８−３０４１２４号公報に記載され
ているような複数の診断用時系列信号に逆フィルタを作
用させて複数の残差信号を求め、それら複数の残差信号
に基づいて複数の統計的変量を求める演算であってもよ
い。

【００２１】逆フィルタを用いると信号上から定常的な
騒音を消し去ることができ、診断対象設備の異常の有無
を一層高精度に判定することができる。

【００２２】また、上記目的を達成する本発明の設備診
断プログラム記憶媒体は、コンピュータを、１つ以上の
機器が設置され運転モードが時間的に切り換えられなが
ら稼動する設備の正常、異常を診断する設備診断装置と
して動作させる設備診断プログラムが記憶されてなる設
備診断プログラム記憶媒体であって、そこに記憶されて
いる設備診断プログラムが、診断対象設備から得られ
る、所定の物理量を担持する時系列信号を取得する信号
取得部と、診断対象設備の現在の運転モードを認識する
モード認識部と、信号取得部で得られる時系列信号のう
ちの基準用時系列信号に基づいて、その基準用時系列信
号を得たときの運転モードに対応する基準データを求め
る基準演算部と、基準演算部により求められた、複数の
運転モードに対応する基準データのうちの、現在の運転
モードに対応する基準データと、信号取得部で得られ
た、現在の運転モードにおける診断用時系列信号とに基
づいて、診断対象設備の異常の有無を判定する異常有無
判定部とを有するものであることを特徴とする。

【００２３】ここで、上記設備診断プログラムが、さら
に、現在の運転モードに対応する基準データが既に求め
られているか否かを判定し、現在の運転モードに対応す
る基準データが未だ求められていないときは、基準演算
部に、信号取得部で取得された現在の運転モードにおけ
る時系列信号を基準用時系列信号としたときの基準デー
タを求める演算の実行を指示するとともに、現在の運転
モードに対応する基準データが既に求められていたとき
には、異常有無判定部に、信号取得部で取得された現在
の運転モードにおける時系列信号を診断用時系列信号と
したときの異常の有無の判定を指示する信号振分部を有
するものであることが好ましい。

【００２４】また、上記本発明の設備診断プログラム記
憶媒体において、そこに記憶される設備診断プログラム
を構成する基準演算部は、基準用時系列信号に基づい
て、その基準用時系列信号を得たときの運転モードに対
応する逆フィルタを求める演算を含む演算により、上記
基準データを求めるものであり、また、異常有無判定部
は、現在の運転モードにおける診断用時系列信号に現在
の運転モードと同一の運転モードに対応する逆フィルタ
を作用させることにより残差信号を求める演算を含む演
算を行ない、その演算の結果に基づいて、診断対象設備
の異常の有無を判定するものであることが好ましい。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。

【００２６】図１は、本実施形態における診断対象設備
の一例を示す図である。

【００２７】ここには、コンプレッサ室１０に５台のタ
ーボコンプレッサ１２〜１５と、２台のレシプロコンプ
レッサ１６，１７が設置されている。各ターボコンプレ
ッサ１２〜１５は圧縮空気を得るための実際の運転と空
運転とに運転モードが切り換えられ、各レシプロコンプ
レッサ１６，１７は、各ピストン１６ａ，１６ｂ，…，
１６ｆ；１７ａ，１７ｂ…，，１７ｆそれぞれについて
実際の運転と空運転とに運転モードが切り換えられ、こ
のコンプレッサ室１０の設備全体としては、約７００通
りもの運転モードで運転される。それらの運転モードの
切り換えは、制御用コンピュータ２０により行われる。

【００２８】このコンプレッサ室１０に設置された複数
台のコンプレッサ１２〜１７からなる設備は、稼動中
に、制御用コンピュータ２０により、約７００も存在す
る運転モードのうちのいずれかの運転モードに順次切り
換えられる。

【００２９】また、このコンプレッサ室１０には、本実
施形態では２台の集音器２１，２２が配備されている。
これら２台の集音器２１，２２のそれぞれは、特定の方
向からの音波のみを検出するように構成されたパラボラ
型の集音フードと、その集音フードのパラボラ型の内面
の焦点に配置された、音波をピックアップする音センサ
との組み合わせで構成されている。ここでは、これら２
台の集音器２１，２１は、それぞれ、各レシプロコンプ
レッサ１６，１７から発せられた音波を捕らえる方向に
向けられている。これら２台の集音器２１，２２で得ら
れた音信号は、診断用コンピュータ１００に取り込ま
れ、その診断用コンピュータ１００内での信号解析によ
り、それら２台のレシプロコンプレッサ１６，１７の異
常の有無が検出される。

【００３０】ここでは、２台の集音器２１，２２を示し
たが、１台１台の集音器を各コンプレッサ１２〜１７に
対応して配備してもよく、あるいは何台かのコンプレッ
サからの音を一緒に集音する位置に配備してもよく、あ
るいは、その最も極端な例として、そのコンプレッサ室
１０のどのコンプレッサで発生した音をも集音する位置
および向きに１台の集音器を配置してもよい。これは、
このコンプレッサ室１０に設置されるコンプレッサをど
のように分けたグループごとに異常を検出しようとする
かという観点等から定められる。

【００３１】図２は、本発明の一実施形態の設備診断装
置として動作する診断用コンピュータの外観斜視図であ
る。本発明の一実施形態としての設備診断装置は、この
診断用コンピュータ１００のハードウェアとその内部で
実行されるソフトウェアとの組合せにより実現されてい
る。

【００３２】この診断用コンピュータ１００は、ＣＰ
Ｕ、ＲＡＭメモリ、磁気ディスク、通信用ボード等を内
蔵した本体１０１、本体からの指示によりその表示画面
１０２ａ上に画面表示を行なうＣＲＴディスプレイ１０
２、この診断用コンピュータ内に、被検者やその他のオ
ペレータの指示や文字情報を入力するためのキーボード
１０３、表示画面上の任意の位置を指定することにより
その位置に表示されているアイコン等に応じた指示を入
力するマウス１０４を備えている。

【００３３】本体１０１には、ＣＤ−ＲＯＭ１０５（図
３参照）が取り出し自在に装填され、装填されたＣＤ−
ＲＯＭ１０５をドライブするＣＤ−ＲＯＭドライブも内
蔵されている。

【００３４】ここでは、ＣＤ−ＲＯＭ１０５に、設備診
断プログラムが記憶されており、そのＣＤ−ＲＯＭ１０
５が本体１０１内に装填され、ＣＤ−ＲＯＭドライブに
よりそのＣＤ−ＲＯＭ１０５に記憶された設備診断プロ
グラムがその診断用コンピュータ１００の磁気ディスク
内にインストールされる。診断用コンピュータ１００の
磁気ディスク内にインストールされた設備診断プログラ
ムが起動されると、この診断用コンピュータ１００は、
本発明の設備診断装置の一実施形態として動作する。

【００３５】すなわち、設備診断プログラムを記憶した
状態にあるＣＤ−ＲＯＭは、本発明の設備診断プログラ
ム記憶媒体の一実施形態に相当し、その設備診断プログ
ラムが診断用コンピュータ１００の磁気ディスク内にイ
ンストールされると、設備診断プログラムがインストー
ルされた状態にある磁気ディスクも、本発明の設備診断
プログラム記憶媒体の一実施形態に相当する。

【００３６】図３は、図２に示す診断用コンピュータ１
００のハードウェア構成図である。

【００３７】このハードウェア構成図には、中央演算処
理装置（ＣＰＵ）１１１、ＲＡＭ１１２、磁気ディスク
コントローラ１１３、ＣＤ−ＲＯＭドライブ１１５、マ
ウスコントローラ１１６、キーボードコントローラ１１
７、ディスプレイコントローラ１１８、通信用ボード１
１９、および２つのＡ／Ｄ変換ボード１２０，１２１が
示されており、それらはバス１１０で相互に接続されて
いる。

【００３８】ＣＤ−ＲＯＭドライブ１１５は、図２を参
照して説明したように、ＣＤ−ＲＯＭ１０５が装填さ
れ、装填されたＣＤ−ＲＯＭ１０５をアクセスするもの
である。

【００３９】通信用ボード１１９は、図１に示す制御用
コンピュータ２０に接続され、制御用コンピュータ２０
から、図１に示すコンプレッサ室１０のコンプレッサ１
１〜１８全体としての現在の運転モードを表わすコード
が入力される。

【００４０】また２台のＡ／Ｄ変換ボード１２０，１２
１には、図１に示す各集音器２１，２２が接続されてい
る。これら２台のＡ／Ｄ変換ボード１２０，１２１は、
各集音器２１，２２でピックアップされた各音信号を入
力しディジタル信号に変換して内部に取り込む役割りを
担っている。

【００４１】また、図３には、磁気ディスクコントロー
ラ１１３によりアクセスされる磁気ディスク１１４、マ
ウスコントローラ１１６により制御されるマウス１０
４、キーボードコントローラ１１７により制御されるキ
ーボード１０３、およびディスプレイコントローラ１１
８により制御されるＣＲＴディスプレイ１０２も示され
ている。

【００４２】図４は、本発明の一実施形態としての設備
診断プログラム記憶媒体に記憶された設備診断プログラ
ムの構成を示す図である。

【００４３】この図４に示す設備診断プログラム記憶媒
体２００は、設備診断プログラム２１０を記憶した状態
にある、図２に示すＣＤ−ＲＯＭ１０５や、磁気ディス
ク１１４等を代表的に示すものである。

【００４４】この設備診断プログラム記憶媒体２００に
記憶された設備診断プログラム２１０は、信号取得部２
１１、コード取得部２１２、逆フィルタ有無判定部２１
３、逆フィルタ作成部２１４、および異常有無判定部２
１５から構成されている。

【００４５】これら信号取得部２１１、コード取得部２
１２、逆フィルタ有無判定部２１３、逆フィルタ作成部
２１４、および異常有無判定部２１５は、本発明の設備
診断プログラム記憶媒体に記憶された設備診断プログラ
ムにいう、それぞれ、信号取得部、モード認識部、信号
振分部、基準演算部、および異常有無判定部の各一例に
相当する。この設備診断プログラム２１０を構成する各
部２１１〜２１５の作用については後述する。

【００４６】図５は、図２、図３に示す診断用コンピュ
ータに図４に示す設備診断プログラムがインストールさ
れて実行されることにより実現された、本発明の設備診
断装置の一実施形態の機能ブロック図である。

【００４７】この図５に示す設備診断装置３００は、信
号取得部３１１、コード取得部３１２、逆フィルタ有無
判定部３１３、逆フィルタ作成部３１４、異常有無判定
部３１５、および逆フィルタ記憶部３１６から構成され
ている。

【００４８】ここで、この図５に示す設備診断装置３０
０を構成する各部３１１〜３１６のうち逆フィルタ記憶
部３１６を除く、信号取得部３１１、コード取得部３１
２、逆フィルタ有無判定部３１３、逆フィルタ作成部３
１４、および異常有無判定部３１５は、図４に示す各同
一の名称が付されている、設備診断プログラム２１０を
構成する各要素に対応する要素であるが、図５に示す設
備診断装置を構成する信号取得部３１１、コード取得部
３１２、逆フィルタ有無判定部３１３、逆フィルタ作成
部３１４、および異常有無判定部３１５は、ハードウェ
アとソフトウェアとの複合を指しており、図４に示す設
備診断プログラム２１０を構成する信号取得部２１１、
コード取得部２１２、逆フィルタ有無判定部２１３、逆
フィルタ作成部２１４、および異常判定部２１５は、ア
プリケーションプログラムとしての設備診断プログラム
２１０の各プログラム部品を指している。

【００４９】以下、図５に示す設備診断装置３００の各
要素について説明することで、図４に示す設備診断プロ
グラム２１０の各要素についても同時に説明する。

【００５０】信号取得部３１１は、図１に示すコンプレ
ッサ室に配備される２つの集音器２１，２２でピックア
ップされた音信号を取得する役割りをなしており、ハー
ドウェア上は、図１に示す、主としてＡ／Ｄ変換ボード
１２０，１２１がこれに相当し、これらのＡ／Ｄ変換ボ
ード１２０，１２１でディジタル信号に変換された音信
号を設備診断プログラムに取り込むプログラム部品を含
むものである。

【００５１】尚、本実施形態では、図３に示すようにＡ
／Ｄ変換ボードを２つ備え、図１に示す２つの集音器２
１，２２でピックアップされた各チャンネルごとの音信
号を各Ａ／Ｄ変換ボード１２０，１２１でディジタル信
号に変換するようにしたが、集音器が複数台であっても
Ａ／Ｄ変換ボードは１つのみとし、複数台の集音器で得
られた複数の音信号を順次切り換えてＡ／Ｄ変換ボード
に伝達する切換回路を途中に配置してもよい。

【００５２】また、コード取得部３１２は、図１に示す
制御用コンピュータ２０から、コンプレッサ室１０に設
置される複数のコンプレッサ１２〜１７からなる診断対
象設備の現在の運転モードを表わすコードを受け取るも
のである。

【００５３】逆フィルタ有無判定部３１３では、コード
取得部３１２で得られた現在のコードに対応する逆フィ
ルタが既に作成済であるか否かが判定され、そのコード
に対応する逆フィルタが未だ作成されていないときは、
信号取得部３１１で得られた２チャンネルの音信号を逆
フィルタ作成部３１４に送ってそのコードに対応する逆
フィルタの作成を指示し、一方、そのコードに対応する
逆フィルタが既に作成済であったときは、信号取得部３
１１で得られた２チャンネルの音信号を異常有無判定部
に送り、異常の有無の判定が指示される。この逆フィル
タ有無判定部３１３は、ハードウェア上は、主として、
プログラム部品としての逆フィルタ有無判定部２１３
（図４参照）を実行するＣＰＵ１１１（図３参照）等が
これに相当する。

【００５４】逆フィルタ作成部３１４では、逆フィルタ
有無判定部３１３を経由して送られてきた２チャンネル
の音信号それぞれに基づいて各チャンネルごとに逆フィ
ルタが作成される。逆フィルタの詳細説明は後に回す。
この逆フィルタ作成部３１４も、ハードウェア上は、主
として、プログラム部品としての逆フィルタ作成部２１
４（図４参照）を実行するＣＰＵ１１１（図３参照）等
がこれに相当する。この逆フィルタ作成部３１４で作成
された逆フィルタは逆フィルタ記憶部３１６に記憶され
る。この逆フィルタ記憶部３１６は、ハードウェア上
は、磁気ディスク１４等がこれに相当する。

【００５５】図６は、磁気ディスク１１４内に構築され
る逆フィルタ記憶部３１６のメモリ構造を示す図であ
る。

【００５６】ここには、２チャンネルの音信号（２台の
集音器２１，２２）のうちの１チャンネル分のメモリ構
造が示されている。

【００５７】図６（Ａ）に示すように、各コード＃１，
＃２，＃３，…と逆フィルタの格納先頭アドレスとの対
応テーブルが作成され、各先頭アドレス（ここに示す例
ではアドレスＡとアドレスＢ）以降のメモリ領域に各コ
ードに対応する逆フィルタが格納されている。ここに示
す例では、コード＃１とコード＃３については既に逆フ
ィルタが作成されており、コード＃２については逆フィ
ルタは未作成である。

【００５８】したがって、図５に示す逆フィルタ有無判
定部３１３では、逆フィルタ格納部３１６の現在の状態
が図６に示す状態であったとき、コード取得部３１２か
ら受け取ったコードがコード＃１又はコード＃３のとき
は、そのときに信号取得部３１１から受け取った音信号
は異常有無判定部３１５に送って異常の有無の判定を指
示し、一方コード取得部３１２から受け取ったコードが
コード＃２のときは、そのときに信号取得部３１１から
受け取った音信号を逆フィルタ作成部３１４に送り逆フ
ィルタの作成を指示することになる。

【００５９】異常有無判定部３１５では、逆フィルタ有
無判定部３１３からコードと２チャンネル分の音信号を
受け取ると、２分のチャンネルそれぞれについての、受
け取ったコードに対応する逆フィルタを逆フィルタ記憶
部３１６から読み出し、各チャンネルごとの逆フィルタ
を各チャンネルの音信号に作用させて各残差信号を求
め、各残差信号それぞれに異常が無いかどうか判定す
る。いずれか一方であっても残差信号に異常があったと
きは、異常があった旨通知する。この通知は、この設備
診断装置３００の表示画面１０２ａ（図２参照）に異常
があった旨表示してもよく、あるいは、この設備診断装
置３００で直接にブザーや警報ランプを駆動してオペレ
ータに知らせてもよく、あるいは、この設備診断装置２
００からは、制御用コンピュータ２０（図１参照）に異
常があった旨通知し、制御用コンピュータ２０側で異常
が発生した旨オペレータに通知し、あるいは異常が発生
したときの制御モードに移行するようにしてもよい。

【００６０】図７は、図５に示す設備診断装置３００の
動作フローチャートである。

【００６１】先ず、信号取得部３１１により音信号を取
得するとともに（ステップａ）、コード取得部３１２に
より運転モードを表わすコードを取得して（ステップ
ｂ）、逆フィルタ有無判定部３１３により、そのコード
に対応する逆フィルタが既に作成済か否か判定し（ステ
ップｃ）、そのコードに対応する逆フィルタが未だ作成
されていないときは、逆フィルタ作成部３１４により今
回取得した音信号に基づいて逆フィルタが作成されて記
憶され（ステップｄ）、一方、今回のコードに対応する
逆フィルタが既に作成済であるときは、異常有無判定部
３１５により設備の異常の有無が判定される（ステップ
ｃ）。その判定において、異常が発生したと判定される
ときは、上述のいずれかの方法により警報が発せられ
る。一方、正常である旨判定されたときは、ステップａ
に戻り、以上の処理が繰り返し実行される。

【００６２】次に、逆フィルタおよびその逆フィルタを
用いた異常の有無の検出方法について説明する。

【００６３】任意の時系列信号は、適当な線型系に白色
雑音を入力したときの出力と見なすことができる。与え
られた時系列信号から対応する線型系を決定すること
は、線型予測分析と呼ばれ、確立した手法が存在する。
通常そのようにして求められるものに、自己回帰モデル
（ＡＲモデル）がある。これは標本化、離散化された時
系列信号をＸ（ｎ）、ｎ＝１、２、・・・ とする時、第ｎ
時点の信号Ｘ（ｎ）をそれ以前のＭ個の時点のデータか
ら次のようにして決定するものである。

【００６４】

【数１】

【００６５】ここでｅ（ｎ）は線型系への仮想的な入力
信号で、白色雑音である。時系列信号が与えられた時、
そのデータから係数の組｛Ａｋ ｝を求めることによ
り、その時系列信号に対する自己回帰モデルが決定され
る。

【００６６】いま係数の組｛Ａｋ ｝が求まった時、時
系列信号データ｛Ｘ（ｎ）｝を用いてＹ（ｎ）を次のよ
うに定義する。この時Ｙ（ｎ）はＸ（ｎ）の線型予測値
といわれる。

【００６７】

【数２】

【００６８】そこで次のような量を計算すると、
（１）、（２）式から、 Ｘ（ｎ）−Ｙ（ｎ）＝ｅ（ｎ） …（３） となり、残差は白色雑音となる。つまり、第ｎ時点の時
系列信号データＸ（ｎ）から、それ以前のＭケのデータ
から求めた予測値Ｙ（ｎ）を減じると、入力の白色雑音
が得られる。ここでは、Ｘ（ｎ）から予測値Ｙ（ｎ）を
減じて残差ｅ（ｎ）を求めることを、逆フィルタを作用
させると称している。このようにある時系列信号を適切
な自己回帰モデルで表すことができれば、それを用いて
構成された逆フィルタを元の時系列信号に作用させるこ
とにより、白色雑音を得る。すなわち入力信号は逆フィ
ルタにより、白色化される。この場合、入力時系列信号
は逆フィルタの設計時に用いた信号そのものでなくても
よく、その自己回帰モデルが同一のものすなわち同じ特
性の信号であれば、出力として白色化された信号を得る
ことができる。ただし、時系列信号の特性が設計に用い
たそれと異なっていた場合には、逆フィルタを作用させ
ても白色化はされず、白色雑音は得られない。

【００６９】そこで、正常時の作動音や振動等（作動音
等）を担持する第１の時系列信号を用いて、逆フィルタ
を予め構成しておき、任意の時点で作動音等を担持する
新たな第２の時系列信号を得、この第２の時系列信号に
逆フィルタを作用させて出力を監視することにより、正
常時とは異なる時系列信号（残差信号）を検出すること
が出来る。

【００７０】本実施形態では、具体的には、以下の信号
処理方法を採用することができる。

【００７１】先ず、逆フィルタ作成部３１４において、
設備が正常な状態にあるときに得られた音信号データを
１０２４点用いて、ＦＦＴ（高速フーリェ変換）を行
い、それから電力スペクトルを求める。次にそれをＩＦ
ＦＴ（逆高速フーリェ変換）して自己相関関数を求め、
それを用いてＬｅｖｉｎｓｏｎのアルゴリズム（例えば
三上著「ディジタル信号処理入門」ＣＱ出版発行参照）
により計算し、逆フィルタの係数｛Ａｋ｝を求める。

【００７２】その後、異常有無判定部３１５では、その
逆フィルタを作用させて残差信号が求められるが、その
残差信号を求めるための演算は、本実施形態では、係数
｛ａ[ｋ]｝を用いて移動平均計算により行なわれる。

【００７３】ここでは残差信号のパワーの移動平均を求
めるために、まず残差信号の時系列から、１２８データ
を取り出し、ＦＦＴ、パワースペクトル計算、ＩＦＦＴ
を経て自己相関関数を求め、その原点のピーク値からパ
ワーを求める。その後データの始点を５０点ずつずらし
ながら、パワーを順次求める。

【００７４】逆フィルタとしては、一例として、次数Ｍ
＝２７、係数｛ａ[ｋ]｝は、表１のものが採用される。

【００７５】

【表１】 ａ［ ０］＝ １．００００００ ａ［ １］＝−２．８８７３３０ ａ［ ２］＝ ３．９４７３４４ ａ［ ３］＝−３．５３５２４９ ａ［ ４］＝ ２．４４７０５３ ａ［ ５］＝−１．６２０１３３ ａ［ ６］＝ １．３１５３５２ ａ［ ７］＝−１．２６８１６１ ａ［ ８］＝ ０．９３７４７１ ａ［ ９］＝−０．３８０５７３ ａ［１０］＝−０．０４０９１９ ａ［１１］＝ ０．２８４０７６ ａ［１２］＝−０．３５３６６５ ａ［１３］＝ ０．３９７８４９ ａ［１４］＝−０．５３３１８５ ａ［１５］＝ ０．５０１９０２ ａ［１６］＝−０．２３８１７８ ａ［１７］＝−０．００３０４８ ａ［１８］＝ ０．１９２４２０ ａ［１９］＝−０．１６６８５４ ａ［２０］＝−０．０１０４９８ ａ［２１］＝ ０．０６１３８３ ａ［２２］＝ ０．０１７３２３ ａ［２３］＝−０．０１４１４６ ａ［２４］＝−０．１３１２４７ ａ［２５］＝ ０．２３９１５７ ａ［２６］＝−０．２４２４４４ ａ［２７］＝ ０．１１５６７８

【００７６】図８〜図１１は正常状態にある設備から得
られる波形の一例を示すものであり、図８は正常状態に
ある設備から採取された音信号の信号波形、図９はこの
音信号に逆フィルタを作用させた後の残差信号の信号波
形、図１０はこの残差信号の電力スペクトル、図１１は
残差信号の電力の移動平均を示している。

【００７７】図１２〜図１５は、設備が異常状態にある
ときに得られた波形の一例を示すもので、各図は、それ
ぞれ図８〜図１１と同じ形式の信号波形を示している。
正常状態及び異常状態にある設備からそれぞれ得られた
音信号の波形を示す図８及び図１２を直接比較しても、
これらから直ちに正常・異常を判断することは困難であ
る。しかし、これらに逆フィルタを作用させて得られた
残差信号を示す図９及び図１３相互を分析することによ
り、正常・異常の判断が可能となる。

【００７８】図９及び図１３を比較すると容易に理解で
きるように、設備が正常状態にあるときは、残差信号の
振幅は極めて小さいが、これと比較し、設備が異常状態
になるとその振幅は極めて大きくなる。従って、残差信
号における電力の最大値を基準として正常・異常の判断
が可能となる。例えば設備が正常状態にあるときに得ら
れた信号の最大電力よりも１０ｄＢ以上大きな残差信号
の振幅を有する場合を異常、これ未満の残差信号の振幅
を有する場合を正常と判定することで、正常・異常の判
断を行なうことができる。

【００７９】また、図１０及び図１４に示されたよう
に、残差信号をフーリエ変換して得られたスペクトルに
おいては、異常が発生すると電力スペクトルの増大が生
ずる。例えば、図１０の電力のピークは１００ｄＢ以下
であるが、図１４においては電力のピークはほぼ１２０
ｄＢに達している。

【００８０】更に、残差信号の電力の移動平均を示す図
１１及び図１５相互の比較を行うと、異常によってこの
移動平均が増大することがわかる。例えば、設備が正常
状態にあるときの移動平均の最大値よりも２０ｄＢ以上
大きな移動平均データを示す場合は異常、これ未満のデ
ータを示す場合は正常と判定できる。この方法を採用す
ると、異常の有無の判定が特に容易となり、短時間での
異常検出が可能であるため、現場における実時間的な検
出を行うことができて、特に好適である。なお、異常の
種類によっては、電力の移動平均の分析よりも上記電力
スペクトルの分析による検出の方が、より正確に欠陥の
存在を検出できる。

【００８１】以上説明した実施形態は、本発明にいう基
準データとして逆フィルタを作成しておき、残差信号を
求めてその残差信号に基づいて異常の有無の検出を行な
うものであるが、本発明は必ずしもこの検出方法を採用
する必要はなく、例えば前述したスペクトル解析の手法
や、統計的推定又は検定を行なう手法を採用してもよ
い。

【００８２】また、上記の実施形態は、各運転モード
（各コード）についての、初回に得た音信号に基づいて
基準データ（逆フィルタ）を作成し、２回目以降を異常
有無の判定対象としたが、各運転モード（各コード）を
あらかじめ作り出すことができるときは、全ての運転モ
ード（コード）に対する基準データ（逆フィルタ）をあ
らかじめ作成する準備段階を置いてもよい。

【００８３】さらに、上記実施形態では、コンプレッサ
室内の騒音をピックアップして得た音信号に基づいて異
常の有無の検出を行なったが、音信号以外にも、その設
備を構成するコンプレッサや床の振動等をピックアップ
して得た信号に基づいて異常の有無の検出を行なっても
よい。

【００８４】さらに、本発明はコンプレッサの異常の有
無の判定のみでなく、複数の運転モードを有し運転モー
ドが順次切り換えられる設備一般の診断に適用すること
ができる。

【００８５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
正常状態が一義的に定まらず運転状態が次々と移り変わ
る設備についてもその異常の有無を精度良く判定するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】診断対象設備の一例を示す図である。

【図２】本発明の一実施形態の設備診断装置として動作
する診断用コンピュータの外観斜視図である。

【図３】図２に示す診断用コンピュータのハードウェア
構成図である。

【図４】本発明の一実施形態としての設備診断プログラ
ム記憶媒体に記憶された設備診断プログラムの構成を示
す図である。

【図５】設備診断装置の一実施形態の機能ブロック図で
ある。

【図６】磁気ディスク内に構築される逆フィルタ記憶部
のメモリ構造を示す図である。

【図７】図５に示す設備診断装置の動作フローチャート
である。

【図８】正常状態にある設備から得られた音信号の波形
図である。

【図９】図８の信号に逆フィルタを作用させて得られた
信号波形図である。

【図１０】図９の信号から得られた電力スペクトル図で
ある。

【図１１】図１０の信号から得られた電力の移動平均を
示す図である。

【図１２】異常状態にある設備から得られた音信号の波
形図である。

【図１３】図１２の信号に逆フィルタを作用させて得ら
れた信号波形図である。

【図１４】図１３の信号から得られた電力スペクトル図
である。

【図１５】図１３の信号から得られた電力の移動平均を
示す図である。

【符号の説明】

１０ コンプレッサ室 １１，１２，１３，１４，１５ ターボコンプレッサ １６，１７，１８ レシプロコンプレッサ ２０ 制御用コンピュータ ２１，２２ 集音器 １００ 診断用コンピュータ ２００ 設備診断プログラム記憶媒体 ２１０ 設備診断プログラム ２１１ 信号取得部 ２１２ コード取得部 ２１３ 逆フィルタ有無判定部 ２１４ 逆フィルタ作成部 ２１５ 異常有無判定部 ３００ 設備診断装置 ３１１ 信号取得部 ３１２ コード取得部 ３１３ 逆フィルタ記憶部 ３１４ 逆フィルタ作成部 ３１５ 異常有無判定部 ３１６ 逆フィルタ記憶部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １つ以上の機器が設置され運転モードが
   時間的に切り換えられながら稼動する設備の正常、異常
   を診断する設備診断装置において、 診断対象設備から得られる、所定の物理量を担持する時
   系列信号を取得する信号取得部と、 前記診断対象設備の現在の運転モードを認識するモード
   認識部と、 前記信号取得部で得られる時系列信号のうちの基準用時
   系列信号に基づいて、該基準用時系列信号を得たときの
   運転モードに対応する基準データを求める基準演算部
   と、 前記基準演算部で求められた基準データを、該基準デー
   タを求める基になった基準用時系列信号を得たときの運
   転モードに対応づけて記憶しておく基準記憶部と、 前記基準記憶部に記憶された、複数の運転モードに対応
   する基準データのうちの、現在の運転モードに対応する
   基準データと、前記信号取得部で得られた、現在の運転
   モードにおける診断用時系列信号とに基づいて、前記診
   断対象設備の異常の有無を判定する異常有無判定部とを
   備えたことを特徴とする設備診断装置。
2. 【請求項２】 現在の運転モードに対応する基準データ
   が既に求められているか否かを判定し、現在の運転モー
   ドに対応する基準データが未だ求められていないとき
   は、前記基準演算部に、前記信号取得部で取得された現
   在の運転モードにおける時系列信号を基準用時系列信号
   としたときの基準データを求める演算の実行を指示する
   とともに、現在の運転モードに対応する基準データが既
   に求められていたときには、前記異常有無判定部に、前
   記信号取得部で取得された現在の運転モードにおける時
   系列信号を診断用時系列信号としたときの異常の有無の
   判定を指示する信号振分部を備えたことを特徴とする請
   求項１記載の設備診断装置。
3. 【請求項３】 前記基準演算部は、前記基準用時系列信
   号に基づいて、該基準用時系列信号を得たときの運転モ
   ードに対応する逆フィルタを求める演算を含む演算によ
   り、前記基準データを求めるものであり、 前記異常有無判定部は、現在の運転モードにおける診断
   用時系列信号に現在の運転モードと同一の運転モードに
   対応する逆フィルタを作用させることにより残差信号を
   求める演算を含む演算を行ない、該演算の結果に基づい
   て、前記診断対象設備の異常の有無を判定するものであ
   ることを特徴とする請求項１又は２記載の設備診断装
   置。
4. 【請求項４】 コンピュータを、１つ以上の機器が設置
   され運転モードが時間的に切り換えられながら稼動する
   設備の正常、異常を診断する設備診断装置として動作さ
   せる設備診断プログラムが記憶されてなる設備診断プロ
   グラム記憶媒体であって、 前記設備診断プログラムが、 診断対象設備から得られる、所定の物理量を担持する時
   系列信号を取得する信号取得部と、 前記診断対象設備の現在の運転モードを認識するモード
   認識部と、 前記信号取得部で得られる時系列信号のうちの基準用時
   系列信号に基づいて、該基準用時系列信号を得たときの
   運転モードに対応する基準データを求める基準演算部
   と、 前記基準演算部により求められた、複数の運転モードに
   対応する基準データのうちの、現在の運転モードに対応
   する基準データと、前記信号取得部で得られた、現在の
   運転モードにおける診断用時系列信号とに基づいて、前
   記診断対象設備の異常の有無を判定する異常有無判定部
   とを有するものであることを特徴とする設備診断プログ
   ラム記憶媒体。
5. 【請求項５】 前記設備診断プログラムが、さらに、現
   在の運転モードに対応する基準データが既に求められて
   いるか否かを判定し、現在の運転モードに対応する基準
   データが未だ求められていないときは、前記基準演算部
   に、前記信号取得部で取得された現在の運転モードにお
   ける時系列信号を基準用時系列信号としたときの基準デ
   ータを求める演算の実行を指示するとともに、現在の運
   転モードに対応する基準データが既に求められていたと
   きには、前記異常有無判定部に、前記信号取得部で取得
   された現在の運転モードにおける時系列信号を診断用時
   系列信号としたときの異常の有無の判定を指示する信号
   振分部を有するものであることを特徴とする請求項４記
   載の設備診断プログラム記憶媒体。
6. 【請求項６】 前記基準演算部は、前記基準用時系列信
   号に基づいて、該基準用時系列信号を得たときの運転モ
   ードに対応する逆フィルタを求める演算を含む演算によ
   り、前記基準データを求めるものであり、 前記異常有無判定部は、現在の運転モードにおける診断
   用時系列信号に現在の運転モードと同一の運転モードに
   対応する逆フィルタを作用させることにより残差信号を
   求める演算を含む演算を行ない、該演算の結果に基づい
   て、前記診断対象設備の異常の有無を判定するものであ
   ることを特徴とする請求項４又は５記載の設備診断プロ
   グラム記憶媒体。