JP2003228485A

JP2003228485A - 故障モード解析に基づく診断ルール構築方法及び診断ルール作成プログラム並びに故障診断装置

Info

Publication number: JP2003228485A
Application number: JP2002029283A
Authority: JP
Inventors: Takao Wada; 多加夫和田; Yuichi Miyamoto; 裕一宮本; Shoji Murakami; 昭二村上; Atsufumi Sugaya; 厚文菅谷; Yoshihiko Ozaki; 嘉彦尾崎; Tsuneyoshi Sawai; 恒義澤井; Sumiaki Matsumoto; 純明松本; Takahito Yamadera; 崇仁山寺; Sei Kawamura; 聖河村; Akitoshi Kayukawa; 哲年粥川
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-02-06
Filing date: 2002-02-06
Publication date: 2003-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】故障診断ルールの作成が容易な方法及びプロ
グラムを提供する。人手を介さずに故障診断が可能な装
置を提供する。【解決手段】診断対象機器の診断木を用意する。関連
する計測項目及び部品名も準備しておく。用意した診断
木を故障モード影響解析図へ変換する。このステップ
で、整合性が取れてチェック済みの故障モード影響解析
図／診断木（計測項目付）が作成できる。作成した故障
モード影響解析図／診断木（計測項目付）と過去の故障
事例等を用いて、診断ルールを作成する。前記故障モー
ド影響解析図及び診断木と正常時のデータから作成した
模擬データを利用して模擬診断を行うことでルールをチ
ェックし、診断ルールを完成させる。作成した診断ルー
ルをセンサ計測データから故障診断が可能な装置に組み
込む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンエン
ジン、ロボット、各種発電機等、メンテナンスの対象と
なる機器の設計者が容易に準備可能な診断木又は故障モ
ード影響解析図と過去の故障事例等を活用することによ
り、誰でもある一定の水準の故障診断ルールを作成する
ことが可能な方法及びプログラム（ソフトウェア）と、
作成されたルールを利用して人手を介することなくセン
サ計測データ等から自動的に故障診断を行うことが可能
な装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンエンジン、ロボット、各種
発電機等、客先に納入する機器のメンテナンスには、２
４時間対応とすることやトラブル発生から復旧までの時
間短縮が求められている。従来は、機器のメンテナンス
はある程度遠隔監視が行えるものの、基本的に人的対応
となるため、多大な人件費等のコストが必要であった。
メンテナンス等の省力化のためには、エキスパートシス
テム等の利用が不可欠であるが、このための診断ルール
の作成・維持は担当者の能力に大きく左右されていた。

【０００３】ＦＴＡやＦＭＥＡを活用した故障診断装置
に関する従来技術としては、例えば、特開２０００−３
２２１２５号公報、特開平１０−７８３７６号公報に、
故障箇所や故障原因等の探索を容易にするための技術が
開示されているが、これらは故障診断ルールの作成機能
を有するものではない。また、特開平８−６６３５号公
報には、プラントの物理モデルを演算した上で、実デー
タとの差異から異常を発見し、ＦＭＥＡ情報ファイルを
用いて故障モードを推定する技術が開示されているが、
この技術では対象機器の物理モデルが必要であり、モデ
ル化が困難な機器の故障診断は不可能である。

【０００４】また、特開平７−２９５８２０号公報、特
開平７−２７１５９８号公報、特開平７−２７１５９０
号公報、特開平７−２７１５８７号公報には、故障樹木
解析（ＦＴＡ）や故障モード影響分析（ＦＭＥＣＡ）を
利用した故障診断装置が開示されている。さらに、特開
平５−３０７６６１号公報には、入力データに基づいて
ＦＭＥＡシートを作成する手法を用いた故障診断知識作
成装置が開示されている。しかしながら、これらの技術
では、診断ルールをひとつひとつ熟練者（エキスパー
ト）が作成する必要がある。また、診断対象機器からの
センサ計測データとのリンクが考慮されていないため、
故障診断時に人手の介入が必要となる。

【０００５】また、特開平６−９５８８１号公報には、
ＦＭＥＡを作成してＦＴＡに変換し、これらを活用して
ＩＦ〜ＴＨＥＮ〜形式のルールベースを作成する機械装
置類故障診断エキスパートデータ用ルールベース作成シ
ステムが開示されているが、この技術では、診断対象機
器からのセンサ計測データとのリンクが考慮されていな
いため、故障診断時に人手の介入が必要となる。また、
ＦＭＥＡを準備することが困難な機器には適用できな
い。さらに、作成した診断ルールを模擬データ等でチェ
ックして修正する機能が無いので、診断ルールの信頼性
に問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の諸点に
鑑みなされたもので、本発明の目的は、診断対象機器の
設計者が容易に準備可能な診断木又は故障モード影響解
析図と過去の故障事例等を活用することにより、誰でも
ある一定の水準の故障診断ルールを容易に作成すること
ができる方法及びプログラムと、作成された診断ルール
を利用して人手を介することなくセンサ計測データ等か
ら自動的に故障診断を行うことが可能な装置を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の故障モード解析に基づく診断ルール構築
方法は、診断対象機器の診断木を関連する計測項目及び
部品名とともに入力して、故障モード及び故障原因に抜
けが無いことをチェックした後、診断木を故障モード影
響解析図に変換し、故障モード影響解析図について部品
及び部品毎の故障原因に抜けが無いことをチェックし
て、整合性がとれたチェック済みの故障モード影響解析
図及び診断木（計測項目付き）を作成し、作成した故障
モード影響解析図及び診断木（計測項目付き）から計測
項目と故障原因を対応させた診断ルールの原型を生成
し、生成されたルールに対応する故障事例から計測項目
の判断条件を設定し、全てのルールについて計測項目の
判断条件を設定した後、診断ルールとして価値があると
判断したものをエキスパートシステムのルールへ変換
し、前記故障モード影響解析図及び診断木と正常時のデ
ータから作成した模擬故障データを利用して模擬診断を
行うことでルールをチェックし、診断ルールを完成させ
るように構成されている。

【０００８】また、本発明の方法は、診断対象機器の故
障モード影響解析図を関連する計測項目とともに入力し
て、部品及び部品毎の故障原因に抜けが無いことをチェ
ックした後、故障モード影響解析図を診断木に変換し、
診断木について故障モード及び故障原因に抜けが無いこ
とをチェックして、整合性がとれたチェック済みの故障
モード影響解析図及び診断木（計測項目付き）を作成
し、作成した故障モード影響解析図及び診断木（計測項
目付き）から計測項目と故障原因を対応させた診断ルー
ルの原型を生成し、生成されたルールに対応する故障事
例から計測項目の判断条件を設定し、全てのルールにつ
いて計測項目の判断条件を設定した後、診断ルールとし
て価値があると判断したものをエキスパートシステムの
ルールへ変換し、前記故障モード影響解析図及び診断木
と正常時のデータから作成した模擬故障データを利用し
て模擬診断を行うことでルールをチェックし、診断ルー
ルを完成させることを特徴としている。

【０００９】上記の方法においては、故障モード及び／
又は故障原因に抜けが無いことを、故障モード及び／又
は故障原因のデータベースを利用して自動的にチェック
することが可能である。また、部品階層構造及び故障原
因のデータベースを用いることで、部品間の階層構造を
正しく反映し、かつ、故障原因の抜けの無い故障モード
影響解析図を作成することが可能である。また、上記の
方法において、部品毎の故障原因のデータベースを利用
していれば、故障モード影響解析図について部品及び部
品毎の故障原因に抜けが無いことのチェックを省略する
ことが可能である。

【００１０】本発明の故障モード解析に基づく診断ルー
ル作成プログラムは、診断対象機器の故障診断ルールを
作成するためにコンピュータを、診断木を関連する計測
項目及び部品名とともに入力する入力手段と、入力した
部品を出発点として故障モードへ逆に辿ることにより診
断木を故障モード影響解析図に変換するとともに、診断
木及び故障モード影響解析図をチェックして整合性のと
れた故障モード影響解析図及び診断木（計測項目付き）
を作成する故障モード影響解析図／診断木作成手段と、
作成した故障モード影響解析図及び診断木（計測項目付
き）と故障事例データベースを用いて診断ルールを作成
する診断ルール作成手段と、作成した診断ルールを前記
故障モード影響解析図及び診断木と正常時のデータから
作成した模擬故障データを用いて模擬診断によるチェッ
クを行い診断ルールを完成させる診断ルールチェック手
段として機能させるものである。

【００１１】また、本発明のプログラムは、診断対象機
器の故障診断ルールを作成するためにコンピュータを、
故障モード影響解析図を関連する計測項目とともに入力
する入力手段と、入力した故障モードを出発点として部
品へ逆に辿ることにより故障モード影響解析図を診断木
に変換するとともに、故障モード影響解析図及び診断木
をチェックして整合性のとれた故障モード影響解析図及
び診断木（計測項目付き）を作成する故障モード影響解
析図／診断木作成手段と、作成した故障モード影響解析
図及び診断木（計測項目付き）と故障事例データベース
を用いて診断ルールを作成する診断ルール作成手段と、
作成した診断ルールを前記故障モード影響解析図及び診
断木と正常時のデータから作成した模擬故障データを用
いて模擬診断によるチェックを行い診断ルールを完成さ
せる診断ルールチェック手段として機能させるものであ
る。

【００１２】本発明の故障診断装置は、診断対象機器に
設けた各種センサからの計測データを利用して該機器の
故障診断を行うことが可能な故障診断装置であって、上
記の方法で作成された故障診断ルールがソフトウェアと
して組み込まれ、計測項目に対応した診断ルールと前記
センサの計測データを用いて自動的に故障診断が行える
ものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定さ
れるものではなく、適宜変更して実施することが可能な
ものである。図１は、本発明の実施の第１形態による故
障モード解析に基づく診断ルール構築方法の概略手順を
示すフローチャートである。本実施の形態は、診断木を
用意し、診断木を故障モード影響解析図へ変換するケー
スである。全体の概略手順は次の通りである。メンテナ
ンスの対象となる機器（本実施の形態の場合、一例とし
て、発電機）の診断木を用意する。また、これらと関連
する計測項目及び部品名も準備しておく。これらの情報
は、機器の開発担当者が容易に準備可能な情報である。
用意した診断木を故障モード影響解析図へ変換する。こ
のステップで、整合性が取れて十分チェック済みの故障
モード影響解析図／診断木（計測項目付き）を作成する
ことが可能である。作成した故障モード影響解析図／診
断木（計測項目付き）と過去の故障事例等を用いて、診
断ルールを作成する。作成した診断ルールをセンサ計測
データから故障診断が可能な装置に組み込む。

【００１４】図２は、実施の第１形態において診断木か
ら故障モード影響解析図を作成する手順を示している。
診断木を故障モード影響解析図に変換する手順は次の通
りである。用意した診断木を関連する部品や計測項目と
ともにツリー形式のフォーマットで電子化を行う。診断
木の一例を図３、図４に示す。関連する部品はツリーの
末端に追加する。計測項目は関連する故障原因のところ
に入力する。図３、図４に示す診断木を電算化した例を
それぞれ図５、図６に示す。図５において、■の右側の
記載が故障原因に対応する計測項目である（後述する図
８、図９、図１０についても同様）。つぎに、故障モー
ド及び故障原因に抜けが無いことをチェックする。抜け
がある場合は診断木を修正する。この際、故障モードや
故障原因のデータベースがあれば、自動的にチェックを
行うことが可能である。

【００１５】入力した部品を出発点として故障モードへ
逆に辿ることにより、診断木を故障モード影響解析図に
変換する。この際、部品階層構造及び故障原因データベ
ースがあれば、診断木で設定した部品の階層の統一が取
れていなくても、部品間の階層構造を反映し、故障原因
の抜けのない故障モード影響解析図を作成することがで
きる。例えば、図５、図６に示す診断木を故障モード影
響解析図に変換する際に、図７に示すような部品階層構
造及び故障原因データベースがあれば、図８、図９、図
１０に示すように部品階層を正しく反映し、故障原因を
追加した故障モード影響解析図が得られる。図７に示す
ようなデータベースがなければ、例えば、部品「巻線」
が部品「発電機」の子部品であり、「巻線断線」という
故障があるということを知ることができず、図８の故障
モード影響解析図が異なる結果となる。つぎに、部品及
び部品毎の故障原因に抜けが無いことをチェックする。
抜けがある場合は診断木を修正する。故障モード影響解
析図へ変換の際、部品毎の故障原因のデータベースを利
用していれば、既にチェック済みであるためこのステッ
プを省略することも可能である。全てのチェックが終了
すれば故障モード影響解析図が完成する。同時に診断木
もチェックが完了する。

【００１６】図１１は、実施の第１形態において故障モ
ード影響解析図／診断木から診断ルールを作成する手順
を示している。作成した故障モード影響解析図／診断木
（計測項目付き）から診断ルールを作成する手順は次の
通りである。故障モード影響解析図／診断木の計測項目
をＩｆ部、故障原因をＴｈｅｎ部としてルールの原型を
自動生成する。この時点では、Ｉｆ部の計測項目の判断
条件は設定できない。生成されたルールに対応する故障
事例があれば、Ｉｆ部の計測項目の状態を判断条件とし
て設定する。ルールをチェックし、問題があれば修正す
る。故障事例が無いルールについても、この段階で計測
項目の判断条件を設定する。つぎに、ルールとして価値
のあるものを選択して、エキスパート・システムのルー
ルへ変換する。ルールのＩｆ部を修正した場合、必要に
応じて元の故障モード影響解析図／診断木へ反映させ
る。診断木／故障モード影響解析図と正常時のデータを
利用して、模擬故障データを作成し、この模擬故障デー
タを利用して診断を実施する。診断結果に問題があれ
ば、ルールを修正する。

【００１７】作成した診断ルールを故障診断装置に組み
込む（図１参照）。故障診断装置は診断対象機器に設け
た各種センサからの計測データを利用して該機器の故障
診断を行うことが可能な装置であって、組み込まれた診
断ルールは計測項目と対応しており、センサ計測データ
を利用することにより、人手を介することなく故障診断
を行うことが可能である。

【００１８】図１２は、本発明の実施の第２形態による
故障モード解析に基づく診断ルール構築方法の概略手順
を示すフローチャートである。本実施の形態は、診断木
の代わりに故障モード影響解析図を用意した場合で、故
障モード影響解析図を診断木へ変換するケースである。
全体の概略手順は次の通りである。メンテナンスの対象
となる機器（本実施の形態の場合は、一例として、発電
機）の故障モード影響解析図を用意する。また、これら
と関連する計測項目も準備しておく。これらの情報は、
機器の開発担当者が容易に準備可能な情報である。用意
した故障モード影響解析図を診断木へ変換する。このス
テップで、整合性が取れて十分チェック済みの故障モー
ド影響解析図／診断木（計測項目付き）を作成すること
が可能である。作成した故障モード影響解析図／診断木
（計測項目付き）と過去の故障事例等を用いて、診断ル
ールを作成する。作成した診断ルールをセンサ計測デー
タから故障診断が可能な装置に組み込む。

【００１９】図１３は、実施の第２形態において故障モ
ード影響解析図から診断木を作成する手順を示してい
る。故障モード影響解析図を診断木に変換する手順は次
の通りである。用意した故障モード影響解析図を関連す
る計測項目とともに電子化を行う。部品及び部品毎の故
障原因に抜けが無いことをチェックする。抜けがある場
合は故障モード影響解析図を修正する。この際、部品毎
の故障原因のデータベースがあれば、自動的にチェック
を行うことが可能である。入力した故障モードを出発点
として部品へ逆に辿ることにより、故障モード影響解析
図を診断木に変換する。故障モード及び故障原因に抜け
が無いことをチェックする。抜けがある場合は故障モー
ド影響解析図を修正する。この際、故障モードや故障原
因のデータベースがあれば、自動的にチェックを行うこ
とが可能である。全てのチェックが終了すれば診断木が
完成する。同時に故障モード影響解析図もチェックが完
了する。作成した故障モード影響解析図／診断木（計測
項目付き）から診断ルールを作成する手順は、実施の第
１形態と同様である。

【００２０】作成した診断ルールを故障診断装置に組み
込む（図１２参照）。故障診断装置は診断対象機器に設
けた各種センサからの計測データを利用して該機器の故
障診断を行うことが可能な装置であって、組み込まれた
診断ルールは計測項目と対応しており、センサ計測デー
タを利用することにより、人手を介することなく故障診
断を行うことが可能である。

【００２１】

【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。（１）診断対象機器の設計者等が容易に準備可能な診
断木又は故障モード影響解析図と過去の故障事例を活用
して、誰でもある一定水準の故障診断ルールを作成する
ことが可能である。（２）作成した診断ルールを組み込んだ故障診断装置
では、診断対象機器からのセンサ計測データを用いるこ
とにより、人手を介することなく自動で故障診断が可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１形態による故障モード解析
に基づく診断ルール構築方法の概略手順を示すフローチ
ャートである。

【図２】本発明の実施の第１形態において診断木から故
障モード影響解析図を作成する手順を示すフローチャー
トである。

【図３】診断木の一例を示す説明図である。

【図４】診断木の他の例を示す説明図である。

【図５】図３の診断木を電算化した例を示す説明図であ
る。

【図６】図４の診断木を電算化した例を示す説明図であ
る。

【図７】部品階層構造及び故障原因データベースの一例
を示す説明図である。

【図８】図７のデータベースを用いて診断木から故障モ
ード影響解析図へ変換した例を示す説明図である。

【図９】図７のデータベースを用いて診断木から故障モ
ード影響解析図へ変換した例を示す説明図である。

【図１０】図７のデータベースを用いて診断木から故障
モード影響解析図へ変換した例を示す説明図である。

【図１１】本発明の実施の第１形態において故障モード
影響解析図／診断木から診断ルールを作成する手順を示
すフローチャートである。

【図１２】本発明の実施の第２形態による故障モード解
析に基づく診断ルール構築方法の概略手順を示すフロー
チャートである。

【図１３】本発明の実施の第２形態において故障モード
影響解析図から診断木を作成する手順を示すフローチャ
ートである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村上昭二兵庫県明石市川崎町１番１号川崎重工業株式会社明石工場内 (72)発明者菅谷厚文兵庫県明石市川崎町１番１号川崎重工業株式会社明石工場内 (72)発明者尾崎嘉彦兵庫県明石市川崎町１番１号川崎重工業株式会社明石工場内 (72)発明者澤井恒義兵庫県明石市川崎町１番１号川崎重工業株式会社明石工場内 (72)発明者松本純明兵庫県明石市川崎町１番１号川崎重工業株式会社明石工場内 (72)発明者山寺崇仁兵庫県明石市川崎町１番１号川崎重工業株式会社明石工場内 (72)発明者河村聖岐阜県各務原市川崎町１番地川崎重工業株式会社岐阜工場内 (72)発明者粥川哲年岐阜県各務原市川崎町２番地川重岐阜エンジニアリング株式会社内 (72)発明者山田幸宏岐阜県各務原市川崎町１番地川崎重工業株式会社岐阜工場内 (72)発明者石田治夫岐阜県各務原市川崎町１番地川崎重工業株式会社岐阜工場内Ｆターム(参考） 5H223 AA19 BB04 BB08 EE06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】診断対象機器の診断木を関連する計測項
目及び部品名とともに入力して、故障モード及び故障原
因に抜けが無いことをチェックした後、診断木を故障モ
ード影響解析図に変換し、故障モード影響解析図につい
て部品及び部品毎の故障原因に抜けが無いことをチェッ
クして、整合性がとれたチェック済みの故障モード影響
解析図及び診断木を作成し、作成した故障モード影響解
析図及び診断木から計測項目と故障原因を対応させた診
断ルールの原型を生成し、生成されたルールに対応する
故障事例から計測項目の判断条件を設定し、全てのルー
ルについて計測項目の判断条件を設定した後、診断ルー
ルとして価値があると判断したものをエキスパートシス
テムのルールへ変換し、前記故障モード影響解析図及び
診断木と正常時のデータから作成した模擬故障データを
利用して模擬診断を行うことでルールをチェックし、診
断ルールを完成させることを特徴とする故障モード解析
に基づく診断ルール構築方法。
【請求項２】診断対象機器の故障モード影響解析図を
関連する計測項目とともに入力して、部品及び部品毎の
故障原因に抜けが無いことをチェックした後、故障モー
ド影響解析図を診断木に変換し、診断木について故障モ
ード及び故障原因に抜けが無いことをチェックして、整
合性がとれたチェック済みの故障モード影響解析図及び
診断木を作成し、作成した故障モード影響解析図及び診
断木から計測項目と故障原因を対応させた診断ルールの
原型を生成し、生成されたルールに対応する故障事例か
ら計測項目の判断条件を設定し、全てのルールについて
計測項目の判断条件を設定した後、診断ルールとして価
値があると判断したものをエキスパートシステムのルー
ルへ変換し、前記故障モード影響解析図及び診断木と正
常時のデータから作成した模擬故障データを利用して模
擬診断を行うことでルールをチェックし、診断ルールを
完成させることを特徴とする故障モード解析に基づく診
断ルール構築方法。
【請求項３】故障モード及び／又は故障原因に抜けが
無いことを故障モード及び／又は故障原因のデータベー
スを利用して自動的にチェックする請求項１又は２記載
の故障モード解析に基づく診断ルール構築方法。
【請求項４】部品階層構造及び故障原因のデータベー
スを用いることで、部品間の階層構造を正しく反映し、
かつ、故障原因の抜けの無い故障モード影響解析図を作
成する請求項１、２又は３記載の故障モード解析に基づ
く診断ルール構築方法。
【請求項５】故障モード影響解析図について部品及び
部品毎の故障原因に抜けが無いことのチェックを省略す
る請求項４記載の故障モード解析に基づく診断ルール構
築方法。
【請求項６】診断対象機器の故障診断ルールを作成す
るためにコンピュータを、診断木を関連する計測項目及
び部品名とともに入力する入力手段と、入力した部品を
出発点として故障モードへ逆に辿ることにより診断木を
故障モード影響解析図に変換するとともに、診断木及び
故障モード影響解析図をチェックして整合性のとれた故
障モード影響解析図及び診断木を作成する故障モード影
響解析図／診断木作成手段と、作成した故障モード影響
解析図及び診断木と故障事例データベースを用いて診断
ルールを作成する診断ルール作成手段と、作成した診断
ルールを前記故障モード影響解析図及び診断木と正常時
のデータから作成した模擬故障データを用いて模擬診断
によるチェックを行い診断ルールを完成させる診断ルー
ルチェック手段として機能させるための故障モード解析
に基づく診断ルール作成プログラム。
【請求項７】診断対象機器の故障診断ルールを作成す
るためにコンピュータを、故障モード影響解析図を関連
する計測項目とともに入力する入力手段と、入力した故
障モードを出発点として部品へ逆に辿ることにより故障
モード影響解析図を診断木に変換するとともに、故障モ
ード影響解析図及び診断木をチェックして整合性のとれ
た故障モード影響解析図及び診断木を作成する故障モー
ド影響解析図／診断木作成手段と、作成した故障モード
影響解析図及び診断木と故障事例データベースを用いて
診断ルールを作成する診断ルール作成手段と、作成した
診断ルールを前記故障モード影響解析図及び診断木と正
常時のデータから作成した模擬故障データを用いて模擬
診断によるチェックを行い診断ルールを完成させる診断
ルールチェック手段として機能させるための故障モード
解析に基づく診断ルール作成プログラム。
【請求項８】診断対象機器に設けた各種センサからの
計測データを利用して該機器の故障診断を行うことが可
能な故障診断装置であって、請求項１〜５のいずれかの
方法で作成された故障診断ルールがソフトウェアとして
組み込まれ、計測項目に対応した診断ルールと前記セン
サの計測データを用いて自動的に故障診断が行えるよう
にしたことを特徴とする故障診断装置。