JP4306407B2 - 機器監視装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、機器監視装置及び方法に関する。

例えば複数のエンジン（機器）を搭載した航空機（設備）の場合、各エンジンの動作状態は以下のように監視されている。すなわち、航空機に搭乗しているパイロットあるいは機上整備員が各エンジンの動作状態を示す各計器の指示値を読み取り、パイロットあるいは機上整備員がこの指示値を適正値と比較・判断することによってエンジンの動作状態が正常状態にあるかあるいは異常な状態にあるのかが判断される。
また、ＦＡＤＥＣシステム（Full Authority Digital Electronic Control System）やＥＭＳ（Engine Monitoring System）が搭載された航空機においては、上記パイロットあるいは機上整備員に頼ることなく、システムが自動的に各エンジンの動作状態を判定するが、完全な異常状態に至る前段階の異常兆候を判定するためには、過去のフライトデータを利用したドレンド解析を行う必要がある。このようなドレンド解析は、航空機のフライト間に地上で行われることが多い。

なお、上記ドレンド解析については、例えば以下の公知文献に詳細が紹介されている。
ＵＳＡＦ ＩＴＡＤＳ（Intelligent Trending And Diagnostic System）

ところで、上記パイロットあるいは機上整備員の判断によるエンジン監視方法は、監視員たるパイロットあるいは機上整備員にエンジンに対する高度の知識と経験を要するものであり、また監視員の負担が大きい。
一方、ＦＡＤＥＣシステムやＥＭＳを用いたドレンド解析による監視方法は、オフライン監視つまりフライト中にエンジン状態を監視するオンライン監視ではないため、リアルタイム性を欠くものである。また、このドレンド解析は、航空機の離陸時や巡航飛行時等の予め決められた動作条件で取得したエンジン動作データに対する解析であり、つまりエンジンの限定された動作条件に対する解析であり、十分に実効のあるエンジン監視ではない。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、以下の点を目的とするものである。
（１）機器の動作状態を人手に頼ることなく自動的にオンライン監視する。
（２）時々刻々と変化する機器の動作状態を監視する。
（３）過去の動作データを用いることなく、機器動作データの簡単な演算処理によって機器の動作状態を監視する。

上記目的を達成するために、本発明では、複数の機器が並行運転される設備において各機器の動作状態を監視する場合において、監視部が、各機器の動作状態を示す機器動作データを相互比較し、その差異が所定のしきい値を超えるか否かに基づいて何れかの機器に異常あるいは異常兆候が発生しているか否かを判定し、当該判定の結果を外部に出力する、という解決手段を採用する。

このような解決手段によれば、並行運転される複数の機器に対して各機器の機器動作データを相互比較するという極めて簡単な演算処理によって何れかの機器に異常あるいは異常兆候が発生しているか否かを判定することができる。
また、監視部が各機器の機器動作データを相互比較するという構成を採用しているので、人手に頼ることなく自動的に機器の動作状態を監視することが可能であるばかりか、時々刻々と変化する機器の動作状態をオンライン監視することが可能である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
なお、本実施形態は、４基のエンジン（機器）を搭載した航空機（設備）に本発明を適用したものである。

図1は、本実施形態に係わるエンジン監視装置のブロック図である。この図において、符号Ｅ1は第1エンジン、Ｅ2は第２エンジン、Ｅ3は第３エンジン、Ｅ4は第４エンジン、Ｌ1〜Ｌ4はスロットルレバー、Ｋは監視部、Ｈは報知部である。各エンジンは各々にＦＡＤＥＣ装置及びセンサを備えている。すなわち、第1エンジンＥ1はＦＡＤＥＣ装置１ａ及びセンサ１ｂを、第２エンジンＥ2はＦＡＤＥＣ装置２ａ及びセンサ２ｂを、第３エンジンＥ3はＦＡＤＥＣ装置３ａ及びセンサ３ｂを、また第４エンジンＥ4はＦＡＤＥＣ装置４ａ及びセンサ４ｂをそれぞれ備えている。

また、各エンジンのＦＡＤＥＣ装置１ａ〜４ａにはスロットルレバーがそれぞれ接続されており、スロットル位置がＦＡＤＥＣ装置１ａ〜４ａに供給されるようになっている。すなわち、ＦＡＤＥＣ装置１ａにはスロットルレバーＬ1が接続され、スロットルレバーＬ1のスロットル位置がＦＡＤＥＣ装置１ａに供給され、ＦＡＤＥＣ装置２ａにはスロットルレバーＬ2が接続され、スロットルレバーＬ2のスロットル位置がＦＡＤＥＣ装置２ａに供給され、ＦＡＤＥＣ装置３ａにはスロットルレバーＬ3が接続され、スロットルレバーＬ3のスロットル位置がＦＡＤＥＣ装置３ａに供給され、またＦＡＤＥＣ装置４ａにはスロットルレバーＬ4が接続され、スロットルレバーＬ4のスロットル位置がＦＡＤＥＣ装置４ａに供給されている。

各ＦＡＤＥＣ装置１ａ〜４ａは、各々にエンジンを自動制御すると共に、当該エンジン制御に関する操作量をエンジンの動作状態を示すエンジン動作データＤ11〜Ｄ41の1つとして監視部Ｋに出力する。すなわち、ＦＡＤＥＣ装置１ａは第1エンジンＥ1の操作量を示すエンジン動作データＤ11を、ＦＡＤＥＣ装置２ａは第２エンジンＥ2の操作量を示すエンジン動作データＤ21をＦＡＤＥＣ装置３ａは第３エンジンＥ3の操作量を示すエンジン動作データＤ31を、ＦＡＤＥＣ装置４ａは第４エンジンＥ4の操作量を示すエンジン動作データＤ41をそれぞれ監視部Ｋに出力する。

ここで、上記動作データＤ11〜Ｄ41は、各スロットルレバーＬ1〜Ｌ4のスロットル位置及び各エンジンの制御モード（動作モード）をも操作量の1つとして含んでいる。本実施形態の航空機のように複数のエンジンを搭載した航空機の場合、各エンジンのフライト時の調子に応じて、例えばエンジンの出力範囲を規定する動作モードをエンジン毎に切り替えることが行われる。図示していないが、この動作モードの切り替えはコックピットの操作盤が操作されることによって行われ、その操作情報つまり動作モードの設定情報がＦＡＤＥＣ装置１ａ〜４ａに入力されるようになっている。

各センサ１ｂ〜４ｂは、各々にエンジンの各部温度や圧力、燃料供給量等、エンジン動作に関する各種制御量を検出するものであり、当該各種制御量をエンジンの動作状態を示すエンジン動作データＤ12〜Ｄ42の１つとして監視部Ｋに出力する。すなわち、本実施形態におけるエンジン動作データＤ11〜Ｄ41，Ｄ12〜Ｄ42は、各エンジンの動作状態を示す各種操作量と各種制御量とから構成されている。このようなエンジン動作データＤ11〜Ｄ41，Ｄ12〜Ｄ42は、各エンジンの動作状態を監視するための監視データとして監視部Ｋに入力されている。

本エンジン監視装置は、図示するように監視部Ｋ及び報知部Ｈから構成されている。監視部Ｋは、上述したエンジン動作データＤ11〜Ｄ41，Ｄ12〜Ｄ42に基づいて何れかのエンジンに異常あるいは異常兆候が発生しているか否かを判定すると共に異常あるいは異常兆候が発生している異常エンジンを特定し、当該判定結果及び特定結果を監視結果として報知部Ｈに出力する。この監視部Ｋは、特定の監視プログラムに基づいてエンジン動作データＤ11〜Ｄ41，Ｄ12〜Ｄ42に演算処理を施すことによってエンジンの異常あるいは異常兆候を判定すると共に異常エンジンを特定する一種のコンピュータである。

また、当該監視部Ｋは、何れかのエンジンの異常あるいは異常兆候を判定すると、当該判定を示すアラーム信号及び異常あるいは異常兆候を示している操作量あるいは制御量（異常動作量）を報知部Ｈに出力すると共に，異常エンジンを特定すると当該異常エンジンのエンジン番号を報知部Ｈに出力する。なお、このような監視部Ｋの処理動作については、以下に詳説する。

報知部Ｈは、例えば航空機のコックピットに備えられ、上記アラーム信号に基づいてエンジンの異常あるいは異常兆候を発音によって搭乗員に知らせる発音装置及び上記異常動作量及び異常エンジンのエンジン番号を表示する表示装置から構成されている。

次に、このように構成されたエンジン監視装置の動作（主に監視部Ｋの処理動作）について、図２に示すフローチャートに沿って詳しく説明する。なお、このフローチャートは、監視部Ｋの特徴的な処理動作を示すものである。

監視部Ｋには時系列的に順次変化する各エンジン動作データＤ11〜Ｄ41，Ｄ12〜Ｄ42が常時入力されるが、監視部Ｋは、このような各エンジン動作データＤ11〜Ｄ41，Ｄ12〜Ｄ42を所定のタイムインターバルで取り込み、対応するエンジン動作データＤ11〜Ｄ41，Ｄ12〜Ｄ42同士を相対比較する（ステップＳ1）。

すなわち、監視部Ｋは、操作量に関する各エンジン動作データＤ11〜Ｄ41及び制御量に関するエンジン動作データＤ11〜Ｄ41，Ｄ12〜Ｄ42について、下式に示すように全てのエンジンの組み合わせについて差分Δを算出する。
Δ121＝Ｄ11−Ｄ21 （１）
Δ131＝Ｄ11−Ｄ31 （２）
Δ141＝Ｄ11−Ｄ41 （３）
Δ231＝Ｄ21−Ｄ31 （４）
Δ241＝Ｄ21−Ｄ41 （５）
Δ341＝Ｄ31−Ｄ41 （６）
Δ122＝Ｄ12−Ｄ22 （７）
Δ132＝Ｄ12−Ｄ32 （８）
Δ142＝Ｄ12−Ｄ42 （９）
Δ232＝Ｄ22−Ｄ32 （１０）
Δ242＝Ｄ22−Ｄ42 （１１）
Δ342＝Ｄ32−Ｄ42 （１２）
なお、個々のエンジン動作データＤ11〜Ｄ41，Ｄ12〜Ｄ42は上述したように複数の操作量や制御量を含むデータなので、上記差分Δは、より正確には各操作量及び制御量毎に算出される。

例えば式（１）で示される差分Δ121は、第1エンジンＥ1のＦＡＤＥＣ装置１ａが出力する操作量に関するエンジン動作データＤ11と第２エンジンＥ2のＦＡＤＥＣ装置２ａが出力する操作量に関するエンジン動作データＤ21との相対比較を示す値である。また、例えば式（７）で示される差分Δ122は、第1エンジンＥ1のセンサ１ｂが出力する制御量に関するエンジン動作データＤ12と第２エンジンＥ2のセンサ２ｂが出力する制御量に関するエンジン動作データＤ22との相対比較を示す値である。

このような全てのエンジンのＦＡＤＥＣ装置１ａ〜４ａ及びセンサ１ｂ〜４ｂの各組み合わせについて得られる各差分Δは、各々に２つのエンジンの動作状態に対する相対比較の結果を示すものである。

監視部Ｋは、このような各差分Δの算出が終了すると、当該各差分Δ毎に予め設定されたしきい値Ｒと各差分Δとを比較することにより、各差分Δが何れかのエンジンの異常あるいは異常兆候を示すものか否かを判定する（ステップＳ2）。一例として、差分Δ121が当該差分Δ121用に予め設定されたしきい値Ｒを上回る値であった場合、第1エンジンＥ1のＦＡＤＥＣ装置１ａが出力する操作量あるいは第２エンジンＥ2のＦＡＤＥＣ装置２ａが出力する操作量の何れか一方が異常値であることになる。

そして、この場合において、差分Δ131が当該差分Δ131用に予め設定されたしきい値Ｒを上回る値でなかった場合には、第1エンジンＥ1のＦＡＤＥＣ装置１ａが出力する操作量あるいは第３エンジンＥ3のＦＡＤＥＣ装置３ａが出力する操作量は何れも正常値であることになるので、差分Δ121と差分Δ131との比較によって第２エンジンＥ2のＦＡＤＥＣ装置２ａが出力する操作量に異常があることが検出され、この結果として第２エンジンＥ2の異常が特定される。

すなわち、差分Δ121によって第1エンジンＥ1あるいは第２エンジンＥ2の何れが異常エンジンであるかを特定することはできないが、例えば差分Δ131のように他の差分をも加味することにより異常エンジンを特定することができる。なお、可能性の問題として例えば第1エンジンＥ1と第２エンジンＥ2の何れもが同時に異常を来たすことが考えられ、この場合には差分Δ121はしきい値Ｒを上回ることがないが、２つのエンジンが同時に異常を来たすことは現実問題として極めて確率の低い事態であり、実際には考慮する必要のない事態であると考えられる。

ところで、上述した差分Δ121がしきい値Ｒを上回る値となる場合は、スロットルレバーＬ1のスロットル位置とスロットルレバーＬ2のスロットル位置とが異なっていた場合には当然に起こり得ることである。スロットルレバーＬ1は第1エンジンＥ1の出力を規定するものであり、スロットルレバーＬ1のスロットル位置に応じてＦＡＤＥＣ装置１ａの各操作量が変化すると共に、これに伴ってセンサ１ｂが検出する各制御量も変化する。このような事情は、他のエンジンについても全く同様である。

監視部Ｋは、このような事情を考慮して、上記ステップＳ2における処理が終了すると、しきい値Ｒを上回った差分Δに関連するエンジンについてスロットル位置に差異があるか否かを判断する（ステップＳ3）。この判断は、スロットル位置に関する情報を含む操作量に関するエンジン動作データＤ11〜Ｄ41の差分Δから容易に得られる。

また、スロットル位置が同一であっても各エンジンの動作モードが異なっている場合には、操作量及び制御量は異なったものとなる。このような事情を考慮して、監視部Ｋは、上記ステップＳ3の判断に引き続き、しきい値Ｒを上回った差分Δに関連するエンジンについて動作モードに差異があるか否かを判断する（ステップＳ4）。

そして、このようなステップＳ3，Ｓ4の判断が「Ｙｅｓ」つまりスロットル位置及び動作モードの何れについても差異がない場合に、異常エンジンのエンジン番号、しきい値Ｒを上回った差分Δに関連するエンジン動作データ及びアラーム信号を報知部Ｈに出力する（ステップＳ5）。

すなわち、監視部Ｋは、ステップＳ1，Ｓ2の処理によって差分Δがしきい値Ｒを上回る有為的な値であることを検出しても、スロットル位置及び動作モードの何れにも差異がない場合にのみエンジンの異常あるいは異常兆候の発生を報知部Ｈに出力する。この結果、報知部Ｈは、エンジンの異常あるいは異常兆候の発生を搭乗員に音声報知すると共に、異常エンジンのエンジン番号及び異常を示しているエンジン動作データ（つまり異常を示している操作量や制御量）を表示する。

このような本実施形態によれば、監視部Ｋは、並行運転される４基のエンジン、つまり第1エンジンＥ1、第２エンジンＥ2、第３エンジンＥ3及び第４エンジンＥ4に対して、当該各エンジンのエンジン動作データＤ11〜Ｄ41，Ｄ12〜Ｄ42の各差分Δを取ることによって何れかのエンジンに異常あるいは異常兆候が発生しているか否かを判定する。すなわち、各差分Δを取るという極めて簡単な演算処理によって、またパイロットや整備員に頼ることなく、エンジンの動作状態を自動監視することが可能であると共に、時々刻々と変化するエンジンの動作状態をフライト中にオンライン監視することが可能なのでエンジンの異常あるいは異常兆候を速やかに発見することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態は航空機におけるエンジン監視に関するものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数の機器が並行運転される設備であれば如何なる設備にも適用可能である。

（２）上記実施形態では４基のエンジンについて各差分Δを取り、当該各差分Δの相互比較によって異常エンジンを特定する。しかし、異常エンジンを特定する必要がない場合には各差分Δの相互比較を行う必要はない。なお、少なくとも３基のエンジンがあれば、互いに対応する機器動作データに基づいて複数の差分が算出されるので、異常エンジンを特定することができる。

（３）２基のエンジンを搭載する航空機の場合には、何れのエンジンが異常エンジンか特定できないが、エンジンに異常あるいは異常兆候が発生していることを検出することができれば十分に目的を達する場合には、本発明は有効である。

本発明の一実施形態に係わるエンジン監視装置のブロック図である。 本発明の一実施形態に係わるエンジン監視装置の処理動作を示すフローチャートである。

符号の説明

Ｅ1…第1エンジン、Ｅ2…第２エンジン、Ｅ3…第３エンジン、Ｅ4…第４エンジン、Ｌ1〜Ｌ4…スロットルレバー、Ｋ…監視部、Ｈ…報知

Claims (5)

1. 複数のエンジンが並行運転される航空機において各エンジンの動作状態を監視する装置であって、
   各エンジンの動作状態を示すエンジン動作データを相互比較し、その差異が所定のしきい値を超えるか否かに基づいて何れかのエンジンに異常あるいは異常兆候が発生しているか否かを判定し、当該判定の結果を外部に出力する監視部を具備し、
   該監視部は、差異が所定のしきい値を超える場合は、エンジン動作データに基づいて各エンジンのスロットルレバーの位置の差異を判断し、当該スロットルレバーの位置に差異がない場合には、エンジン動作データに基づいて各エンジンの動作モードの差異を判断し、当該動作モードに差異がない場合にエンジンの異常あるいは異常兆候の発生を出力することを特徴とする機器監視装置。
2. エンジンが３台以上の場合、監視部は、各エンジンのエンジン動作データを相互比較することによって異常あるいは異常兆候が発生している異常エンジンを特定する、ことを特徴とする請求項１記載の機器監視装置。
3. 監視部の判定結果を外部に報知する報知部をさらに備える、ことを特徴とする請求項１または２記載の機器監視装置。
4. 複数のエンジンが並行運転される設備において各エンジンの動作状態を監視する方法であって、
   各エンジンの動作状態を示すエンジン動作データを相互比較し、その差異が所定のしきい値を超える場合は、エンジン動作データに基づいて各エンジンのスロットルレバーの位置の差異を判断し、当該スロットルレバーの位置に差異がない場合には、エンジン動作データに基づいて各エンジンの動作モードの差異を判断し、当該動作モードに差異がない場合にエンジンの異常あるいは異常兆候の発生を出力することを特徴とする機器監視方法。
5. エンジンが３台以上の場合には、各エンジンのエンジン動作データを相互比較することによって異常あるいは異常兆候が発生している異常エンジンを特定する、ことを特徴とする請求項４記載の機器監視方法。

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