JP6542096B2 - 故障診断システム - Google Patents

Description

本発明は、故障診断システムに関する。

例えばモータ、ギヤモータ、ギヤボックスなどの機器の故障を発見するための故障診断システムが知られている。従来では、例えば特許文献１に記載されるような故障診断システムが提案されている。

特開平７−１７４６１７号公報

故障診断システムは、一般に、１台または複数台の診断対象装置ごとに１台の診断ユニットを備える。診断ユニットは、診断対象装置に取り付けられたセンサが検知した診断対象情報（例えば振動に関する情報）を内部に蓄積し、蓄積された診断対象情報に所定の処理を実行して解析する。そのため、診断ユニットには診断対象情報を保持するための比較的大きなメモリが必要であり、診断対象装置の増加に伴って診断ユニットが増加すると、故障診断システムは高価になる。

本発明は、こうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的安価でありながらも診断対象装置の故障を的確に検知および解析できる故障診断システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の故障診断システムは、複数の診断対象装置の各々に設けられ、対応する診断対象装置の診断対象情報を検知するセンサと、１台または複数台の診断対象装置に対して設けられ、センサにより検知された診断対象情報に基づいて、対応する診断対象装置に異常が発生しているか否かを判定する診断ユニットと、を備える。診断ユニットは、判定結果を外部出力するとともに、特定条件が成立したときに、当該特定条件が成立した以降にセンサにより検知された診断対象情報を外部出力する。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、比較的安価でありながらも診断対象装置の故障を的確に検知および解析できる故障診断システムを提供できる。

実施の形態に係る故障診断システムの構成を示す模式図である。 図１の診断ユニットの機能および構成を示すブロック図である。 図１の受信ステーションの機能および構成を示すブロック図である。

以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、工程には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

図１は、実施の形態に係る故障診断システム１０の構成を示す模式図である。故障診断システム１０は、診断対象装置２で総称される診断対象装置２ａ、診断対象装置２ｂ、診断対象装置２ｃの異常を検知し、その解析を支援する。本実施の形態では、診断対象装置２はギヤモータである。なお、診断対象装置２は、例えばモータ、ギヤボックス、その他の装置であってもよい。

故障診断システム１０は、センサ１２で総称されるセンサ１２ａ、１２ｂ、１２ｃと、診断ユニット１４で総称される診断ユニット１４ａ、１４ｂ、１４ｃと、受信ステーション１６と、を備える。本実施の形態では、センサ１２ａ、１２ｂ、１２ｃはそれぞれ、診断ユニット１４ａ、１４ｂ、１４ｃと有線で接続される。また、診断ユニット１４ａ、１４ｂ、１４ｃはそれぞれ、受信ステーション（外部装置）１６と無線で接続される。なお、診断ユニット１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、受信ステーション１６と有線で接続されてもよい。

センサ１２ａ、１２ｂ、１２ｃはそれぞれ、診断対象装置２ａ、２ｂ、２ｃに取り付けられる。センサ１２は、本実施の形態では振動センサであり、対応する診断対象装置２に生じている振動を検知し、振動の大きさを示す振動情報を生成して対応する診断ユニット１４に送信する。なお、図１では、各診断対象装置２に１つのセンサ１２が取り付けられる場合を示しているが、各診断対象装置２に２つ以上のセンサ１２が取り付けられてもよい。もちろん、一部の診断対象装置２にだけ２つ以上のセンサ１２が取り付けられてもよい。また、診断対象装置２におけるセンサ１２の取付位置は、異常検知に適した位置を実験やシミュレーション等により定めればよい。

診断ユニット１４ａ、１４ｂ、１４ｃはそれぞれ、センサ１２ａ、１２ｂ、１２ｃから送られた振動情報に基づき、診断対象装置２ａ、２ｂ、２ｃに異常が発生しているか否かを判定し、その判定結果を受信ステーション１６に送信する。また、診断ユニット１４は、受信ステーション１６から振動情報の送信要求を受信すると、センサ１２から送られた振動情報を受信ステーション１６に送信する。診断ユニット１４の詳細な機能および構成については図２で詳述する。

受信ステーション１６は、各診断ユニット１４から送られた、各診断対象装置２についての判定結果をユーザに通知する。また、受信ステーション１６は、ユーザの指示にしたがって診断ユニット１４に振動情報の送信要求を送信し、その振動情報を解析する。上述のように、受信ステーション１６と診断ユニット１４とは無線で接続されるため、診断ユニット１４から比較的離れた場所に受信ステーション１６を配置しても、配線が邪魔になる事態は生じない。逆に言うと、配線が邪魔になる事態は生じないため、診断ユニット１４ひいては診断対象装置２から離れた場所に受信ステーション１６を配置できる。受信ステーション１６の詳細な機能および構成については図３で詳述する。

図２は、図１の診断ユニット１４の機能および構成を示すブロック図である。ここに示す各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。以降のブロック図についても同様である。

図２では、複数の診断ユニット１４のうちの１つを代表して示している。診断ユニット１４は、第１インタフェース部２０と、異常判定部２６と、データ転送部２７と、閾値格納部２８とを含む。第１インタフェース部２０は、センサ１２や受信ステーション１６との通信処理を実行する。

異常判定部２６は、センサ１２から送られた振動情報に基づき、診断対象装置２に異常が発生しているか否かを実質的にリアルタイムに判定する。具体的には異常判定部２６は、センサ１２から送られた振動情報を一定間隔（例えば０．１秒間隔）で確認し、振動情報が示す振動の大きさが閾値格納部２８に保持される異常閾値を越えていない場合、診断対象装置２に異常は発生していないと判定し、振動情報示す振動の大きさが異常閾値を越えている場合、診断対象装置２に異常が発生していると判定する。このとき、診断ユニット１４には、異常判定部２６による実質的にリアルタイムな異常判定に必要な最低限の振動情報を一時的に保持するだけで、診断ユニット１４は基本的には振動情報を保持せずに判定処理完了後に破棄する。なお、異常判定部２６による判定方法は、上記の例に限定されるものではなく、例えば所定期間（例えば１０秒）の振動情報の平均値やピーク値に基づいて異常判定を行ってもよいし、適宜フィルタリング処理等を行ってもよい。この場合には、診断ユニット１４は、上記所定期間の振動情報を一時的に記憶するが、判定処理完了後には一時記憶した振動情報を破棄する。

異常判定部２６は、異常が発生しているか否かの判定結果を、第１インタフェース部２０を介して受信ステーション１６に送信する。なお、異常判定部２６は、異常が発生していると判定した場合にだけ、すなわち異常が発生していることを検知した場合にだけ、判定結果を受信ステーション１６に送信してもよい。また、異常が発生したとの判定結果を送信する場合には、判定に使用した振動情報を判定結果とともに受信ステーション１６に送信するようにしてもよい。

データ転送部２７は、受信ステーション１６から振動情報の送信要求が送信されると、第１インタフェース部２０を介してその送信要求を受信する。データ転送部２７は、送信要求を受信した以降にセンサ１２によって生成された振動情報を、第１インタフェース部２０を介して受信ステーション１６に送信する。つまり、データ転送部２７は、センサ１２から送信された振動情報を受信ステーション１６に転送する。この場合も、診断ユニット１４は、転送する振動情報を一時的に記憶するだけで、受信ステーション１６への転送後に破棄する。

閾値格納部２８は、異常判定部２６による判定に用いる「異常閾値」を保持する。異常閾値は、基準値（正常値）にある係数（例えば、１．５や２．０等）を掛けた値に設定される。当該係数は、ユーザの知見や経験または実験等により、適切な値が設定されればよい。また、基準値（正常値）は、ユーザの知見や経験または実験等により、適切な値を設定してもよいし、診断ユニット１４が、自動的に正常時の振動情報を一定期間計測し、当該計測期間の平均値を基準値として設定してもよい。異常閾値は、診断対象装置２ごとに異なっていてもよい。また、１つの診断対象装置２に２つ以上のセンサ１２を取り付ける場合、各センサ１２から送られる振動情報ごとに異常閾値が異なっていてもよい。つまり、センサ１２の取付位置によって異常閾値が異なってもよい。

図３は、図１の受信ステーション１６の機能および構成を示すブロック図である。受信ステーション１６は、第２インタフェース部３０と、Ｕ／Ｉ（ユーザインタフェース）部３２と、通知部３８と、診断対象情報要求部４０と、モード切替部４２と、解析処理部４４と、モード状態格納部４６と、診断対象情報格納部４８とを含む。

第２インタフェース部３０は、診断ユニット１４との通信処理を実行する。Ｕ／Ｉ部３２は、情報表示および操作入力を担当する。

モード状態格納部４６は、受信ステーション１６の状態を示す情報を保持する。具体的には、モード状態格納部４６は、「検知モード」または「解析モード」のいずれかを保持する。「検知モード」は、診断対象装置２で発生する異常を検知するためのモードである。「解析モード」は、振動情報を解析して異常の種類や異常が発生した部位などを特定するためのモードである。

通知部３８は、診断ユニット１４から送信された判定結果を第２インタフェース部３０を介して受信する。通知部３８は特に、モード状態格納部４６に保持されるモード状態が「検知モード」のときは診断ユニット１４から送信された判定結果を受信し、モード状態が「解析モード」のときは診断ユニット１４から送信された判定結果を受信しない。

通知部３８は、受信した判定結果をＵ／Ｉ部３２を介してユーザに通知する。例えば、通知部３８は、判定結果を所定の画面に表示したり、信号で外部出力したりすることにより判定結果をユーザに通知する。また例えば、通知部３８は、判定結果を音声で出力することにより判定結果をユーザに通知する。

ユーザは、Ｕ／Ｉ部３２を介して、振動情報を送信するべき診断ユニット１４を指定できる。例えばユーザは、通知部３８によって通知された判定結果を確認し、異常が発生している診断ユニット１４があれば、その診断ユニット１４を指定する。

診断対象情報要求部４０は、Ｕ／Ｉ部３２を介して、振動情報を送信するべき診断ユニット１４の指定を受け付ける。診断対象情報要求部４０は、指定された診断ユニット１４に、振動情報の送信要求を送信する。診断対象情報要求部４０は、送信要求に基づいて振動情報が送信されると、その振動情報を診断対象情報格納部４８に格納する。

モード切替部４２は、診断対象情報要求部４０が診断ユニット１４に送信要求を送信すると、モード状態格納部４６に保持されるデータを「検知モード」から「解析モード」に更新する。

解析処理部４４は、診断対象情報格納部４８に保持された振動情報を詳細解析する。具体的には、解析処理部４４は、振動情報に基づく振動波形に対してＦＦＴ（Fast Fourier Transform）を実行したり、振動波形の包絡線に対してＦＦＴを実行する。解析処理部４４は、解析結果をＵ／Ｉ部３２を介して所定の表示部に表示させる。ユーザは、表示部に表示された解析結果を確認することにより、診断対象装置２に発生した異常の種類や異常が発生した部位などを特定する。

以上のように構成された故障診断システム１０の動作を説明する。ここでは、複数の診断対象装置２のうち、診断対象装置２ｂに故障が発生した場合を例に説明する。

診断ユニット１４は、センサ１２から送られた振動情報に基づき、診断対象装置２に異常が発生しているか否かを実質的にリアルタイムに異常判定する。診断ユニット１４ｂは、センサ１２ｂから送られた振動情報が示す振動の大きさが異常閾値を越えていることを検知すると、異常が発生した旨の判定結果を受信ステーション１６に送信する。一方、診断ユニット１４ａ、１４ｃは、異常が発生していない旨の判定結果を受信ステーション１６に送信する。

受信ステーション１６の通知部３８は、各診断ユニット１４からの判定結果を所定の表示部に表示させる。ユーザは、表示部を確認して診断ユニット１４ｂに異常が発生したことを知ると、Ｕ／Ｉ部３２を介して診断ユニット１４ｂの振動情報を送信するよう入力する。診断対象情報要求部４０は、ユーザが指定した診断ユニット１４ｂに、振動情報の送信要求を送信する。モード切替部４２は、モード状態格納部４６のデータを「検知モード」から「解析モード」に更新する。

診断ユニット１４ｂのデータ転送部２７は、送信要求を受け付けると、それ以降にセンサ１２ｂが検知する診断対象装置２ｂの振動情報を受信ステーション１６に送信する。

受信ステーション１６の解析処理部４４は、診断ユニット１４ｂから送信された振動情報を受信する。このとき、診断ユニット１４ａ、１４ｃからは判定結果が送り続けられているが、モード状態格納部４６のデータが「解析モード」であるため、通知部３８はこの判定結果を受信しない。

解析処理部４４は、受信した振動情報に所定の解析処理を実行し、解析結果をＵ／Ｉ部３２を介して所定の表示部に表示させる。ユーザは、表示部に表示された解析結果を確認することにより、診断対象装置２ｂに発生した異常の種類や異常が生じた部位などを特定する。

以上説明した実施の形態に係る故障診断システム１０によると、診断ユニット１４は、センサ１２から送られた振動情報に基づき、実質的にリアルタイムに異常判定する。このとき、診断ユニット１４には、異常判定部２６による実質的にリアルタイムな異常判定に必要な最低限の振動情報が一時的に保持されるだけで、診断ユニット１４は基本的には振動情報を保持せずに破棄する。また、振動情報を詳細解析する場合も、診断ユニット１４では詳細解析せずに、受信ステーション１６に振動情報を送信（転送）して受信ステーション１６に振動情報を詳細解析させる。しかも、蓄積した振動情報を送信するのではなく、要求があった以降に検知された振動情報を送信し、送信後に破棄する。そのため、振動情報を詳細解析するときにも、診断ユニット１４は振動情報を保持しない。したがって、診断ユニット１４は、大容量の振動情報を保持するための大容量のメモリを必要としない。以上より、実施の形態に係る故障診断システム１０によると、診断ユニット１４のメモリ容量を小さくして診断ユニット１４を安価にしつつも、診断対象装置２の異常を的確に検知し、かつ、診断対象装置２に発生した異常の種類や異常が発生した部位などを的確に特定できる。

また、実施の形態にかかる故障診断システム１０によると、受信ステーション１６には、送信要求を送信した診断ユニット１４から振動情報が送信される。逆に言うと、受信ステーション１６には、送信要求を送信していない診断ユニット１４からは振動情報は送信されない。したがって、診断対象装置２および診断ユニット１４が多数の場合、すべての診断ユニット１４から比較的大容量である振動情報が送信されてしまうと受信ステーション１６での振動情報の受信が困難になるところ、そのような問題が生じるのを回避できる。

また、実施の形態に係る故障診断システム１０によると、受信ステーション１６は、振動情報の送信要求を出力した以降は、診断ユニット１４から判定結果を受け取らない。すなわち、受信ステーション１６は、振動情報を受信している間は、判定結果を受け取らない。これにより、受信ステーション１６の通信負荷が低減され、より確実に振動情報を受信できる。

以上、実施の形態に係る故障診断システムについて説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下変形例を示す。

（変形例１）
実施の形態では、診断ユニット１４は、受信ステーション１６から送信要求を受け付けると、受信ステーション１６に診断対象情報を送信する場合について説明したが、これに限られない。例えば、診断ユニット１４は、診断対象装置２に異常が発生したことを検知すると、当該異常を検知した以降にセンサ１２が検知した振動情報を自動的に受信ステーション１６に送信してもよい。また例えば、診断ユニット１４は、デスクトップＰＣ（Personal Computer）、ラップトップＰＣ、タブレットＰＣ、あるいは専用の解析装置や客先の制御装置などの端末（外部装置）が有線または無線で診断ユニット１４に接続されると、当該接続以降にセンサ１２が検知した振動情報をその端末に自動で送信してもよい。この例によれば、振動情報の送信要求を送信する診断ユニット１４を指定する必要がないため、ユーザの負荷が軽減される。この場合、診断ユニット１４に接続された端末が、受信ステーション１６の機能の一部を有していてもよい。具体的には、診断ユニット１４に接続された端末が、解析処理部４４の機能を有していてもよい。なお、診断ユニット１４に接続された端末が診断対象情報要求部４０の機能を有していてもよい。この場合、診断ユニット１４は、診断ユニット１４に接続された端末から送信要求を受け付けると、その端末に診断対象情報を送信してもよい。

また実施の形態では、受信ステーション１６は、ユーザの入力に基づいて振動情報の送信要求を診断ユニット１４に送信する場合について説明したが、これに限られない。例えば、受信ステーション１６は、診断ユニット１４から異常が発生した旨の判定結果を受信すると、ユーザからの入力によらずに自動で、その診断ユニット１４に振動情報の送信要求を送信してもよい。

（変形例２）
実施の形態では特に言及しなかったが、受信ステーション１６にデスクトップＰＣ、ラップトップＰＣ、タブレットＰＣ、あるいは専用の解析装置や客先の制御装置などの端末が有線または無線により接続されてもよい。この場合、受信ステーション１６に接続された端末が受信ステーション１６の機能の一部を実行してもよい。例えば、受信ステーション１６の診断対象情報要求部４０、診断対象情報格納部４８や解析処理部４４の機能を、受信ステーション１６には持たせることなく、受信ステーション１６に接続された端末が実行してもよい。この場合、当該端末は、振動情報の送信を要求する診断ユニット１４の指定をユーザから受け付け、指定された診断ユニット１４に対して振動情報の送信要求を受信ステーション１６を介して送信する。そして、診断ユニット１４から受信ステーション１６を介して送信されてきた振動情報を格納し、格納した振動情報に基づいて解析を実行し、解析結果をユーザに表示する。以上の構成によれば、受信ステーション１６には、振動情報を格納するメモリや解析処理の機能が不要となるので、受信ステーション１６の構成を簡素化し、受信ステーション１６を安価とすることができる。

（変形例３）
実施の形態では、故障診断システム１０は、診断対象装置２に生じている振動に基づいて、診断対象装置２に異常が生じているか否か診断する場合について説明したが、これに限られない。例えば、故障診断システム１０は、診断対象装置２に生じている振動に代えて、あるいは診断対象装置２に生じている振動に加えて、診断対象装置２のモータ電流、温度、潤滑油の鉄粉濃度の少なくとも１つに基づいて、診断対象装置２に異常が生じているか否かを診断してもよい。すなわち、振動に関する情報に代えて、または振動に関する情報に加えて、モータ電流、温度、または潤滑油の鉄粉濃度に関する情報の少なくとも１つを診断対象情報としてもよい。

例えば診断対象装置２の振動の代わりに診断対象装置２の温度に基づいて異常が生じているか否かを診断する場合、センサ１２として温度センサが用いられる。診断ユニット１４の異常判定部２６は、診断対象装置２の温度が所定の異常閾値を越えると、診断対象装置２に異常が発生したと判定する。

（変形例４）
実施の形態では特に言及しなかったが、受信ステーション１６の診断対象情報要求部４０は、ユーザに指定された診断ユニット１４に診断情報の送信要求を送るとともに、各診断ユニット１４に判定結果の送信の停止要求を送り、各診断ユニット１４からの判定結果の送信を停止させてもよい。

上述した実施の形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施の形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

２ 診断対象装置、 １０ 故障診断システム、 １２ センサ、 １４ 診断ユニット、 １６ 受信ステーション、 ２６ 異常判定部、 ２７ データ転送部、 ４０ 診断対象情報要求部、 ４４ 解析処理部。

Claims (5)

1. 複数の診断対象装置の各々に設けられ、対応する診断対象装置の診断対象情報を検知するセンサと、
   １台または複数台の診断対象装置に対して設けられ、センサにより検知された診断対象情報に基づいて、対応する診断対象装置に異常が発生しているか否かを判定する診断ユニットと、を備え、
   診断ユニットは、判定結果を外部出力するとともに、特定条件が成立したときに、当該特定条件が成立した以降にセンサにより検知された診断対象情報を外部出力し、
   前記診断ユニットは、前記特定条件が成立した以降にセンサにより検知された診断対象情報を一時的に保持し、外部出力後に、一時的に保持した診断対象情報を破棄することを特徴とする故障診断システム。
2. 診断ユニットと接続可能な外部装置を備え、
   前記外部装置は、複数の診断ユニットから判定結果を受信し、特定の診断ユニットに対して診断対象情報の送信要求を出力し、
   診断対象情報の送信要求を受信した診断ユニットは、送信要求を受信した以降にセンサにより検知された診断対象情報を一時的に保持するとともに、当該診断対象情報を外部装置に送信し、送信後に、一時的に保持した診断対象情報を破棄することを特徴とする請求項１に記載の故障診断システム。
3. 前記外部装置は、診断対象情報の送信要求を出力した以降、判定結果を受け取らないことを特徴とする請求項２に記載の故障診断システム。
4. 前記診断ユニットは、異常判定のための診断対象情報を一時的に保持し、異常判定後に、一時的に保持した診断対象情報を破棄することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の故障診断システム。
5. 診断ユニットと接続可能な外部装置を備え、
   診断ユニットは、判定結果を無線により外部出力し、外部装置が有線接続されたことを条件として、それ以降の診断対象情報を外部装置に送信することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の故障診断システム。

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