JPWO2016199210A1 - データ収集システムおよび方法、計測データ量の削減方法 - Google Patents

Abstract

機器に設置したセンサから収集した計測データにおいて、計測データ量を削減した上で、保全サービスに必要なデータの損失を防ぐ技術を提供する。機械システムの損傷からなる余寿命と、異常を検知する頻度により故障確率を求め、故障確率が高い時には、計測データの異常検知時刻から遡る計測データを保存または送信する期間を長く、故障確率が低い時は、計測データの異常検知時刻から遡る計測データを保存または送信する期間を短くするものである。

Description

本発明は、機械システムなどの構造物の状態や損傷などの時系列計測データを収集し、通信回線を経由して計測データをサーバ装置に保存するシステムにおけるデータ量削減方法に関する。

風力発電や火力発電などの発電装置、鉱山で稼働するショベルやダンプトラックなどの建設機械など（以下、機械システムと称す）は昼夜問わず連続して稼働する。このため故障や損傷などの異常が発生した場合、修理による停止により多大な損害が発生する。また、事故が発生した場合には、再発防止のため事故の原因が解明されるまで、同じ環境で稼働している別の機械システムや事故が発生した同型の機械システムを再発防止のため停止せねばならず、多大な損害が発生する。

したがって、円滑な修理や、故障や損傷または事故の発生を未然に防ぐことが、修理による出費や機械システムの停止による時間損失の削減と、稼働率の向上による利益を増加させる上で重要である。

修理を円滑に行うには、故障や損傷時の状況を把握し、適切な部品の調達、速やかな修理作業が必要である。そのためには、故障や損傷の原因を解明する必要がある。また、同様の故障や損傷または事故の発生を予防するためには、故障や損傷または事故の原因を解明し、設計での故障や損傷の原因対策、稼働中の機械システムでの故障や損傷の予防対策に生かすことにより、修理の円滑化、故障や損傷または事故の未然防止ができる。

故障や損傷または事故の原因を解明するためには、稼働中の機械システムの状態や損傷などを計測し、計測データを利用して調査する必要がある。機械システムの故障や損傷または事故の発生は突然起こるものでは無く、少しずつ損傷が蓄積されて発生することが多い。したがって、原因を解明するには故障や損傷または事故の発生時から時間を遡り計測データを保存しておく必要がある。

国内、海外を問わず稼働現場において稼働している機械システムの状態を計測し、通信網を経由して計測データを稼働現場に設置されたサーバ装置に保存する。稼働現場に設置されたサーバ装置に保存された計測データは、センタ装置で収集して故障や損傷の原因の調査を実施する。調査を集中して実施することにより、原因調査を調査人員の削減など調査費用の削減が期待できる。また、原因の調査においてサイト間で比較することによる原因調査の技術力の向上が期待できる。

しかしながら、例えば風力発電では、通信環境が整っていない僻地に設置されることが多い。また、ダンプトラックなども炭鉱などの鉱山で稼働するため通信環境が整っていないことが多い。そのため、地方の作業環境からセンタ装置までの通信帯域の制限や通信コストの問題がある。

さらに、保全サービスにおいて、１サイトあたり数万点規模の稼働データを毎秒収集している。稼働データをそのままサーバに送信すると毎日数ギガバイトのデータ量を送信し、サーバ上のストレージには数ギガバイトのデータが毎日蓄積されることになる。そのため、テラバイト級のストレージが必要になり、本来ならば保全サービスのために数年間のデータをストレージに蓄積しておきたいにもかかわらず、数ヶ月前のデータを削除せざるを得ないといった問題が起きている。稼働する機械システムの台数増加、機械システムの高機能化により設置するセンサ数が増加することになれば、送信データ量や保存に必要なストレージ量はさらに増加する。

データ量を削減する方法には、特許文献１に記載のような、圧縮時と非圧縮データでの異常予兆の誤差を計算し、誤差が基準以下の場合にデータを圧縮するような圧縮方法が提案されている。

また、特許文献２に記載のような、通信負荷を軽減するため、径年稼働による故障確率の変化により送信間隔を調整し通信の負荷を軽減する方法が提案されている。

米国出願第２０１３/００９７１２８号明細書 特開２００２−１８０５０２号公報

特許文献１では、正常時には高圧縮、異常時には異常予兆診断技術を用いて、データ圧縮されたデータを使った異常予兆の検出結果と、圧縮していないデータを使った異常予兆検出結果の誤差が許容値以上であれば圧縮しないことにより、異常予兆検出の精度を落とさず、保全サービスに必要なデータの損失を回避しつつデータ量を削減できる。

しかし、異常予兆の診断結果に基づいてデータ圧縮を実施するのには、あらかじめ異常の予兆となる現象が判明している場合には有効であるが、異常の予兆となる現象が不明の場合、保全サービスに必要なデータが損失する可能性がある。

そこで、本発明では、データ量を削減した上で保全サービスに必要なデータの損失を防ぐ技術を提供することを目的とする。

本発明の一側面は、少なくとも一つのセンサから取得された時系列な計測値を取得するデータ受信部と、計測値に基づいて異常度を計算する異常度計算部と、異常度に基づいて異常を検知する異常検知部と、検知された異常に基づいて異常頻度を計測する異常頻度計測部と、異常度に基づいて余寿命を計算する余寿命計算部と、異常頻度と余寿命に基づいて、データ期間を制御するデータ期間設定部とを有する。そして、（１）データ期間の間の計測値を送信する送信部、および、（２）データ期間の間の計測値を記憶するデータ記憶部の、少なくとも一つを備える、データ収集システムである。

以下、データ期間とは、例えば、時系列な計測値であるデータの、計測（取得）開始時から計測（取得）終了時までの期間と定義することができる。なお、計測値がそのまま異常値として利用できるときは、データ受信部が異常度計算部を兼ねる。

具体的な例によれば、データ期間設定部は、予め定められた複数のデータ期間から選択することにより、データ期間を制御する。

他の具体的な例によれば、異常検知部は、異常度と閾値の比較により異常の有無を判断する構成であり、データ期間設定部は、異常検知部の閾値を制御し、制御された閾値を前記異常値が上回るタイミングから下回るタイミングまでの期間を、データ期間とする。

他の具体的な例では、データ受信部と、異常度計算部と、異常検知部と、異常頻度計測部と、余寿命計算部と、データ期間設定部と、送信部を備えるデータ収集装置を有する。送信部は、通信回線により接続されているセンタ装置に対して、データ期間の間の計測値を送信する。

他の具体的な例では、データ受信部と、送信部を備えるデータ収集装置を有する。また、異常度計算部と、異常検知部と、異常頻度計測部と、余寿命計算部と、データ期間設定部とを備えるセンタ装置を有する。データ収集装置の送信部は、通信回線により接続されているセンタ装置に対して、計測値を送信する。センタ装置は、送信された計測値を受信するセンタ側受信部と、受信した計測値を記憶する一時記憶部と、一時記憶部に記憶された計測値のうち、データ期間設定部により設定されたデータ期間の間の計測値を選択する選択部と、選択部で選択された計測値を記憶するデータ記憶部を有する。

本発明の他の一側面は、機器に設置した１個または複数のセンサから、時系列な測定データを収集するデータ収集方法である。この方法では、
センサから測定データを入力する第１のステップ、
入力された測定データから異常度を計算する第２のステップ、
異常度から前記機器の余寿命を計算する第３のステップ、
異常度から異常検知を行う第４のステップ、
第３のステップにより計算された余寿命が、予め定められた期間のうちいずれに該当するかを判定する第５のステップ、
第４のステップにより検知された異常の頻度を計算する第６のステップ、
第５のステップにより判定された期間と、第６のステップにより計算された異常の頻度の両方に基づいて、送信すべき前記測定データのデータ期間、および、記憶すべき前記測定データのデータ期間の少なくともひとつを制御する第７のステップ、
を備える。なお、計測値がそのまま異常値として利用できるときは第１のステップは第２のステップを兼ねる。

具体的な構成例では、第７のステップにおいて、予め設定されたデータ期間から適用するデータ期間を選択することにより、前記データ期間を制御する。

他の具体的な構成例では、第７のステップにおいて、第４のステップで異常検知を行うための閾値を制御し、検知された異常に対応する測定データが含まれるように、データ期間を制御する。

本発明の他の一側面は、入力装置、処理装置、記憶装置、出力装置を備える情報処理装置を用い、機器に設置した１個またはそれ以上のセンサから、入力装置を介して収集した計測データに対して、処理装置と記憶装置を少なくとも用いて故障予兆診断と寿命診断を行い、その診断結果を用いて、計測データの削減を管理する計測データの削減方法である。この方法では、故障予兆の検出時に計測データを保持するとともに、寿命診断結果の余寿命により計測データの保持期間あるいは送信期間の少なくとも一つを決定し、さらに、決定において故障予兆診断の結果を参酌することを特徴とする。

寿命診断には、例えば計測データとしての応力波形を用いることができる。

本発明の他の一側面は、計測データ量の削減方法であって、機械システムの損傷からなる余寿命と、異常を検知する頻度により故障確率を求め、故障確率が高い時には、計測データの異常検知時刻から遡る計測データを保存する期間を長く、故障確率が低い時は、計測データの異常検知時刻から遡る計測データを保存する期間を短くするものである。

本発明によれば、故障の確率が高い時において、保全サービスに必要な計測データの損失を抑え、故障の確率が低い時においては、通信量や記憶量の削減が可能になる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

稼働時間と故障確率との関係を示すグラフ図 稼働時間と計測データの選択期間の関係を例示するグラフ図 第２期における計測データの選択期間を例示するグラフ図 風力発電システムの構成例ブロック図 計測データ収集システムの構成例ブロック図 実施例１の期間設定部の動作フロー流れ図 余寿命計算の説明図 累積損傷度による異常検出の期間の設定例のグラフ図 操作・表示部の画面の例の平面図 実施例２の閾値設定例グラフ図 実施例２の処理手順の実施の形態を示すフローチャート 実施例３の計測データ収集システムの構成例ブロック図

以下、実施例を図面を用いて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。

以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、重複する説明は省略することがある。

本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」などの表記は、構成要素を識別するために付するものであり、必ずしも、数または順序を限定するものではない。また、構成要素の識別のための番号は文脈毎に用いられ、一つの文脈で用いた番号が、他の文脈で必ずしも同一の構成を示すとは限らない。また、ある番号で識別された構成要素が、他の番号で識別された構成要素の機能を兼ねることを妨げるものではない。

図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。

実施例１を図１乃至図９を用いて説明する。

図１は、稼働時間と故障確率との関係を示すグラフである。図１において、機械システムなどの製品は稼働時間により故障確率が変化する。稼働開始の余寿命が長い第１期３０１は、組み付けの不具合などによる初期不良が多い期間であり故障確率が大きい。時間が経過に伴い故障確率は低下し、第２期３０２の故障確率が低く安定した期間になる。余寿命が短い稼働時間の後期の第３期３０３は、各部品の疲労が蓄積し各部の故障確率が増加する期間である。

図２は、稼働時間と計測データの選択期間の関係を例示するグラフである。図２において、異常度が閾値３２０を超えた場合には異常を検知する。異常度を示す計測データは例えば温度データまたは温度データから計算された値であり、閾値は例えば摂氏２００度のように設定し、閾値を超えた時に異常と認識して異常検知する。

計測データを送信する期間として、第１の期間３１１と第２の期間３１２を例示する。第１の期間３１１と第２の期間３１２の関係は、第１の期間３１１＞第２の期間３１２、である。

故障確率が高い第１期３０１および第３期３０３においては、異常検知時に第１の期間３１１を設定する。故障確率が低い第２期３０２においては、異常検知時に第２の期間３１２を設定する。

図３は、第２期３０２における計測データの選択期間を例示するグラフである。図３において、異常度が閾値３２０を超え異常を検知した場合、第２の期間３１２を設定する。異常の検知の回数が頻度評価期間において異常の検知の上限回数を超えた場合、故障確率が増加したとして第１の期間３１１を設定する。

以上のように、本実施例では、余寿命と異常頻度の両方を考慮して、計測データを送信する期間を設定する。上記では、比較的長い第１の期間と比較的短い第２の期間の２種類を設定したが、さらに細かく設定してもよい。例えば、第１期のデータ送信期間より第２期のデータ送信期間を長くするなどしてもよい。あるいは、以上頻度係数値に基づいて、データ送信期間を変えてもよい。

図４は、風力発電システムの構成例である。図４において、１あるいは複数のウィンドファーム１Ａ〜１Ｂには、それぞれ少なくとも１基以上の風車１０が設置される。それぞれの風車にはセンサが取り付けられ、風車タワー各部のひずみなど損傷の度合いの計測値、モータ回転数や位置などの状態を示す計測値、風向、風速などの稼働時の環境状態を示す計測値、稼働時間などを取得する。

ウィンドファーム１のセンサ１１−１〜１１−ｎで取得された計測値は、風車毎に時系列で計測装置１５により収集される。ウィンドファーム１Ａ内の風車１０毎の計測装置１５で収集された計測データは、通信回線１２を経由してデータ収集装置２０に収集される。さらに、ウィンドファーム１Ａ〜１Ｂのデータ収集装置で収集された計測データは、データ収集装置２０からネットワーク４０を経由して、センタ装置３０に送信され保存される。

通信回線１２は、ウィンドファーム内の短距離通信であって、例えば無線ＬＡＮ、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）といった無線回線、有線ＬＡＮなどの有線回線など、あるいはこれらの混在で構成されるが、他の通信回線で構成しても良い。

ネットワーク４０は、広域通信であって、例えば携帯無線網、専用線、固定電話網あるいはこれらの混在で構成されるが、他のネットワークで構成しても良い。

なお、図４では、ウィンドファームとして１Ａと１Ｂの２つを例示したが、ウィンドファームの数を制限するものではない。また、ウィンドファームで稼働する風車１０の数を制限するものではない。また、ウィンドファームにおいて、データ収集装置２０を一つとしたが、データ収集装置の個数を制限するものではない。

また、計測装置１５の入力データはセンサ１１−１〜１１−ｎで取得することを示しているが、計測装置１５を複数個で構成されてもよい。計測装置１５の入力は、センサ情報に限らず、機器の状態やアラームなどのイベントデータであってもよい。計測装置１５により収集される計測データの種類を制限するものではない。

図５は、計測データ収集システムの構成例である。

図６は、期間設定部の処理手順の実施の形態を示すフローチャートである。

図５において、データ収集装置２０は、データ受信部２１、送信部２９、受信部６１、制御部６２、期間設定部２６より構成される。送信部２９、受信部６１は、例えばインターネット４０を介して、センタ装置３０と通信するための、公知の通信機能を有する。

データ受信部２１は、各センサ１１−１〜ｎで測定され、計測装置１５を経由して、通信回線１２を介して測定データを受診する。データ受信部２１は元データ記憶部２２を有し、元データ記憶部２２に測定データを記憶する。

制御部６２と期間設定部２６は、ハードウェア構成としては、処理装置、入力装置、出力装置、記憶装置を備えるコンピュータやサーバで構成することができる。典型的な例では、期間設定部２６の各部分は、コンピュータのハードウェアをソフトウェアで制御することで実現可能である。

もっとも、本実施例中、ソフトウェアで構成した機能と同等の機能は、FPGA（Field Programmable Gate Array）、ASIC（Application Specific Integrated Circuit）などのハードウェアでも実現できる。そのような態様を排除するものではない。

期間設定部２６は、異常度計算部２３、余寿命計算部２４、異常検知部２５、異常頻度計測部２７、データ期間設定部２８を有する。

センタ装置３０は、受信部３１、受信部３２、データ記憶部３３、操作・表示部３４、送信部３５より構成される。

データ収集装置２０において、データ受信部２１は、計測装置１５により風車１０におけるセンサ１１−１〜ｎが取得した計測値を時系列に受信し、受信された計測データを元データ記憶部２２に保存する。

異常度計算部２３は、元データ記憶部２２に記憶された計測データを読み込み、異常度を計算し出力する。もっとも、計測データをそのまま異常度として用いてもよい場合もある。

余寿命計算部２４は、異常度を入力し、異常度から余寿命を計算し出力する。

異常検出部２５は、異常度を入力し、異常度とあらかじめ設定された閾値３２０とを比較することにより異常（アラーム）を検知し出力する。

異常頻度計測部２７は、異常検出部２５で検知された異常(アラーム)を入力し、異常(アラーム)の回数を計測し、異常頻度を計算して出力する。

データ期間設定部２８は、異常(アラーム)が検出された毎に、余寿命計算部２４で計算した余寿命と異常頻度計測部２７で計測した異常頻度とを入力し、第１の期間３１１または第２の期間３１２とを決定し、決定した期間を出力する。

送信部２９は、元データ記憶部２２に保管された計測データからデータ期間設定部２８が出力する期間の計測データを読み出しセンタ装置３０に送信する。

センタ装置３０において、受信部３１は、データ収集装置２０から送信された計測データを受信する。

送信部３２は、他のデータ収集装置２０から送信された計測データを受信する。

データ記憶部３３は、受信部３１で受信した計測データを保存する。

操作・表示部３４は、期間設定部２６の動作条件を表示・設定する。計測データ収集システムの操作者は操作・表示部３４に操作画面を表示し、操作画面にしたがって各種設定値を設定する。設定値は、送信部３５、データ収集装置２０の受信部６１を経由し、制御部６１に入力する。制御部６１は、操作・表示部３４で設定された設定値に従い、期間設定部２６の動作を制御する。

図９は、操作・表示部の画面の例である。図９を用いて操作・表示部３４の表示例を説明する。

図９に示すように、通信回線の帯域及び制限される帯域の設定など通信設定を行う画面を備える。また、異常の頻度を計算するための、頻度評価期間及び計算期間内に異常を検知する上限回数の設定を行う画面を備える。また、余寿命の期間設定として第１期３０１と第２期３０２と第３期３０３との期間の設定を行う画面を備える。また、異常値の閾値３２０と、第１の期間３１１と第２の期間３１２とを設定する画面を備える。図９は、操作画面の一例であり、表示内容、入力方法を制限するものではない。

異常度計算部２３(図５）において、異常度は、例えば圧力センサにより取得される機械のひずみ（応力値等）から疲労損傷度として求めることが可能である。疲労損傷度は、材質や溶接方法などにより決められた、一定振幅の正弦波状繰り返し応力を、疲労破壊するまで加えたときの応力振幅と破損までの繰り返し数の関係を示すS-N線図にて求めることができる。疲労損傷度の計算は、計測データの中でひずみセンサから取得したひずみ波形から応力波形を求める。応力波形を例えばレインフローカウント法に基づいて処理することにより、応力振幅iにおける繰り返し回数n_iを求めることができる。S-N線図から応力振幅iに対する破損までの繰り返し回数N_iを求め、応力振幅毎にn_iとN_iの比（n_i/N_i）を計算し累積すれば疲労損傷度Ｄは式１で表せる。

〔式１〕
Ｄ＝Σ(n_i/N_i)

余寿命計算部２４を、図７、図８を用いて詳細に説明する。

図７は、余寿命計算の説明図である。

図８は、累積損傷度による異常検出の期間の設定例である。

図８において、例えば計測データの応力波形から１０分間隔毎に疲労損傷度Ｄ１〜Ｄｍを求め、求めた疲労損傷度を累積することにより累積疲労損傷度Ｄａを求めることができる。累積疲労損傷度Ｄａが１（１００％）以上であれば破壊する指標であり製品の寿命となる。例えば、異常損傷度３０％未満を第１期３０１、異常損傷度３０％以上８０％未満を第２期３０２、８０％以上を第３期３０３とすることができる。

累積疲労損傷度Ｄａを計算した時間をＴｄとすれば、予測疲労寿命Ｔｅは式２で表せる。現在までの稼働時間をＴｗとすれば余寿命Ｔｒは式３で計算できる。

〔式２〕
Ｔｅ＝Ｔｄ/Ｄa
〔式３〕
Ｔｒ＝（１− Ｔｗ/Ｔｅ）

異常頻度計測部２７における異常頻度Ｎａの計算は、例えば、あらかじめ設定された頻度評価期間Ｔｃと、頻度評価期間Ｔｃ内の異常（アラーム）が検知された回数Ｎｅから、式４で表せる。また、頻度閾値は、図９において入力する頻度評価期間と上限回数から求めることができる。例えば、頻度評価期間が１０日、異常頻度の上限回数が５０回とすれば、頻度閾値を５０／１０として計算することができる。

〔式４〕
Ｎａ＝Ｎｅ/Ｔｃ

製品余寿命については、上記のように実測が可能となる。累積疲労損傷度Ｄａが１となる値は、実機によるストレステストや設計値から製品寿命を設定しておき、同一の製品であれば同一であるとして設定しておけばよい。

図６のフロー図に基づく動作は以下のとおりである。

ステップＳ１００：操作・表示部３４は、異常検知部２３における閾値３２０、頻度評価期間と上限回数から計算で求まる異常頻度計測部２７における頻度閾値、データ期間設定部２８で選択する第１の期間３１１または第２の期間３１２の初期設定を行う。

ステップＳ１０１：異常度計算部２３は、元データ記憶部２２から計測データを取得する。

ステップＳ１０２：異常度計算部２３は、計測データから異常度を計算する。

ステップＳ１０３：余寿命計算部２４は、ステップＳ１０２で計算した異常度から製品の設計寿命までの残り寿命である余寿命を計算する。

ステップＳ１０４：異常検知部２５は、ステップＳ１０２で求めた異常度とステップＳ１００で設定した閾値とを比較し、異常度が閾値より小さければ、ステップＳ１０１に移る。そうでなければステップＳ１０４へ移る。

ステップＳ１０５：余寿命計算部２４は、ステップＳ１０３で計算した余寿命により第１期３０１、第２期３０２または第３期３０３を選択する。余寿命が第１期３０１または第３期３０３であれば、ステップＳ１０８に移る。そうでなければステップＳ１０６に移る。

ステップＳ１０６：異常頻度計測部２７は、異常検知部２５で検出した異常（アラーム）の異常頻度を計算する。

ステップＳ１０７：異常頻度計測部２７は、ステップ１０６で計算した異常頻度がステップＳ１００で設定した頻度閾値以上ならばステップＳ１０８に移る。そうでなければステップＳ１０９に移る。

ステップＳ１０８：データ期間設定部２８は、計測データ期間を第１の期間３１１に設定する。

ステップＳ１０９：データ期間設定部２８は、計測データ期間を第２の期間３１２に設定する。

ステップＳ１１０：送信部２９は、元データ記憶部２２に保存された計測データから、データ期間設定部２８により設定された第１の期間３１１または第２の期間３１２の計測データを読み出し、センタ装置３０に送信する。

なお、図６の例では第１の期間と第２の期間の２種類を選択可能としたが、先に述べたように、さらに細かく条件設定し、３以上の期間を選択可能としてもよい。

本実施例は、計測データ期間を設定する代わりに、計測データ期間を自動的に決定するものである。

図１０は実施例２の閾値設定例である。

図１１は、実施例２の処理手順の実施の形態を示すフローチャートである。

図１０において、異常検知部２５における閾値は、第１の閾値と第２の閾値からなり、さらに第１の閾値と第２の閾値は高閾値と低閾値からなる。第１の閾値の高閾値が第１の高閾値４０１、第１の閾値の低閾値が第１の低閾値４１１、第２の閾値の高閾値が第２の高閾値４０２、第２の閾値の低閾値が第２の低閾値４１２である。故障確率の高い時は、第１の高閾値４０１と低閾値が第１の低閾値４１１を選択する。故障確率の低い時は、第２の高閾値４０２と低閾値が第２の低閾値４１２を選択する。

図１１において、図５、図１０を参照し、実施例１から変更があるステップのみ、以下に示す。

ステップＳ１００：操作・表示部３４は、異常検知部２３における閾値、異常頻度計測部２７における異常頻度の頻度閾値の初期設定を行う。

ステップＳ１１０：余寿命計算部２４は、ステップＳ１０３で計算した余寿命により第１期３０１、第２期３０２または第３期３０３を決定する。余寿命が第１期３０１または第３期３０３であれば、ステップＳ１１１に移る。そうでなければステップＳ１０６に移る。

ステップＳ１１８：異常頻度計測部２７は、ステップ１０６で計算した異常頻度がステップＳ１００で設定した頻度閾値以上ならばステップＳ１１１に移る。そうでなければステップＳ１１２に移る。

ステップＳ１１１：異常検知部２５における高閾値を第１の高閾値４０１、低閾値を第１の低閾値４１１に設定する。

ステップＳ１１２：異常検知部２５における高閾値を第２の高閾値４０２、低閾値を第２の低閾値４１２に設定する。

ステップＳ１１３：異常検知部２５は、ステップＳ１０２で求めた異常度と低閾値とを比較し、異常度が低閾値より小さければ、ステップＳ１０１に移る。そうでなければステップＳ１１４へ移る。

ステップＳ１１４：異常検知部２５は、ステップＳ１０２で求めた異常度と高閾値とを比較し、異常度が高閾値より小さければ、ステップＳ１１５に移る。そうでなければステップＳ１１６へ移る。

ステップＳ１１５： データ期間設定部２８は、計測データ期間の開始時刻をステップＳ１０２で異常度を計算した時刻に設定する。

ステップＳ１１６：データ期間設定部２８は、計測データ期間の終了時刻をステップＳ１０２で異常度を計算した時刻に設定する。すなわちステップＳ１１５で設定した開始時刻と合わせて、計測データ期間を決定する。

ステップＳ１１７：送信部２９は、元データ記憶部２２に保存された計測データから、ステップＳ１１６で決定した計測データ期間の計測データを読み出し、センタ装置３０に送信する。

このように、閾値を高閾値と低閾値の２つ設定することにより、計測データ期間をあらかじめ決めなくとも計測データを送信する期間を自動的に決定することができる。

すなわち、図１０に示したように、故障確率が大きいと判断される場合には、異常度が第１の低閾値４１１より大きくなったタイミングから、第２の高閾値４０１より小さくなったタイミングまでのデータを送信する。故障確率が小さいと判断される場合には、異常度が第２の低閾値４１２より大きくなったタイミングから、第２の高閾値４０２より小さくなったタイミングまでのデータを送信する。このような制御によると、故障確率が大きいと判断される場合には、小さいと判断される場合よりも、多くの情報をセンタ装置に送信することが可能となる。

以上の実施例１及び２では、監視対象となる機器が設置されているサイト（ファーム）から、センタ装置まで送信するデータを、機器保全上重要度の高いデータに限定して送信することが可能となる。これにより、サイトの通信環境が悪い場合であっても、通信効率と機器保全の両方の要求を満たすことができる。

本実施例は、データ収集装置２０で送信部２９が送信する計測データを調整することで計測データ量を削減する代わりに、センタ装置３０でデータ記憶部３３に記憶する計測データを設定することで計測データ量を削減するものである。

図１２は、実施例３の計測データ収集システムの構成例である。再度図５を参照し、図１２の各部の動作を説明する。同一機能には同一番号を付した。実施例１から変更がある構成のみ以下に示す。

データ収集装置２０は、データ受信部２１、送信部６５から構成される。

センタ装置は、受信部３６、選択部３８、期間設定部２６、制御部６２、データ記憶部３３、操作・表示部３４から構成される。受信部３６は、一時記憶部３７を備える。

データ収集装置２０において、送信部６５は、元データ記憶部２２に記憶された計測データをセンタ装置３０に送信する。

センタ装置３０において、受信部３６は、送信部６５で送信された計測データを受信し、受信された計測データを一時記憶部３７に保存する。

期間設定部２６は、一時記憶部３７から計測データを読み取り、データ記憶部３３に保管する計測データの期間を設定する。

選択部３８は、一時記憶部３７から期間設定部２６で設定された期間の計測データを読み込み、データ記憶部３３に記憶する。

このように、センタ装置３０において、短期には全ての計測データを保存し、保全のために必要な長期保管のために計測データ量を削減することができる。

上述の実施例１から３では、異常度として、疲労損傷度を例示したが、例えば発電機の温度を異常度とすることも可能である。また、例えば、風速に対する疲労損傷度の確率分布をあらかじめ学習し、風速毎の疲労損傷度を確率分布に対する外れ度合を用いることも可能である。 異常度とする計測データを制限するものではない。また、異常度とする計測データの数を制限するものではない。

また、異常を検知する方法として、計測データから正常時における異常度の分布モデルを学習し、正常モデルからの異常度の距離を計算することにより異常を判定する方法もある。例えば、マハラノビスタグチ法、回帰分析法、最近傍法、ＳＶＭなどの正常モデルを学習する方法がある。異常を検出する方法を制限するものではない。

また、余寿命を疲労損傷度から求める方法を例示したが、余寿命を稼働時間で決定することも可能である。余寿命の計算方法を制限するものではない。

また、風車毎に計測データを送信する期間を設定する方法を例示したが、例えば、ウィンドファーム内で、異常（アラーム）の発生頻度が高い風車に合わせ、ウィンドファーム内の他の風車が送信する計測データの期間を設定することも可能である。

また、余寿命の設定期間を第１期３０１、第２期３０２、第３期３０３の３つの期間を例示したが、設定する期間を限定するものでは無い。

また、期間設定部２６において計測データの期間を設定することを例示したが、全ての計測データを対象にすることを限定するものではない。読み出す期間の設定対象とする計測データを、取捨選択することも可能である。

また、期間設定部２６において計測データの期間を異常検知の前の期間を例示したが、異常検知時から後の期間も設定しても良い。

さらに、送信時において、異常が検知されない期間であっても、例えば圧縮時に非可逆式圧縮によるデータ圧縮や、リサンプリングにより計測データを間引くことも可能である。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実装してもよい。また、上記各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現しても良い。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記憶媒体に置くことができる。

以上の情報処理の機能は、単体のコンピュータで構成してもよいし、あるいは、入力装置、出力装置、処理装置、記憶装置の任意の部分が、ネットワーク等で接続された他のコンピュータで構成されてもよい。

なお、本明細書において単数形で表される構成要素は、特段文脈で明らかに示されない限り、複数形を含むものとする。

１Ａ、１Ｂ…ウィンドファーム、１０…風車、１１−１〜１１−ｎ…センサ、１２…通信回線、１５…計測装置、２０…データ収集装置、２１…データ受信部、２２…元データ記憶部、２３…異常度計算部、２４…余寿命計算部、２５…異常検知部、２６…期間設定部、２７…異常頻度計測部、２８…データ期間設定部、２９…送信部、３０…センタ装置、３１、３２…受信部、３３…データ記憶部、３４…操作・表示部、３５…送信部、４０…ネットワーク、６１…受信部、６２…制御部

Claims (15)

1. 少なくとも一つのセンサから取得された時系列な計測値を取得するデータ受信部と、
   前記計測値に基づいて異常度を計算する異常度計算部と、
   前記異常度に基づいて異常を検知する異常検知部と、
   前記検知された異常に基づいて異常頻度を計測する異常頻度計測部と、
   前記異常度に基づいて余寿命を計算する余寿命計算部と、
   前記異常頻度と前記余寿命に基づいて、データ期間を制御するデータ期間設定部と、
   前記データ期間の間の前記計測値を送信する送信部、および、前記データ期間の間の前記計測値を記憶するデータ記憶部の少なくとも一つを備える、
   データ収集システム。
2. 前記データ期間設定部は、
   予め定められた複数のデータ期間から選択することにより、前記データ期間を制御する、
   請求項１記載のデータ収集システム。
3. 前記異常検知部は、
   前記異常度と閾値の比較により異常の有無を判断する構成であり、
   前記データ期間設定部は、
   前記異常検知部の閾値を制御し、当該制御された閾値を前記異常値が上回るタイミングから下回るタイミングまでの期間を、前記データ期間とする、
   請求項１記載のデータ収集システム。
4. 前記データ受信部と、前記異常度計算部と、前記異常検知部と、前記異常頻度計測部と、前記余寿命計算部と、前記データ期間設定部と、前記送信部を備えるデータ収集装置を有し、
   前記送信部は、通信回線により接続されているセンタ装置に対して、前記データ期間の間の前記計測値を送信する、
   請求項１記載のデータ収集システム。
5. 前記データ受信部と、前記送信部を備えるデータ収集装置を有し、
   前記異常度計算部と、前記異常検知部と、前記異常頻度計測部と、前記余寿命計算部と、前記データ期間設定部とを備えるセンタ装置を有し、
   前記データ収集装置の送信部は、通信回線により接続されている前記センタ装置に対して、前記計測値を送信し、
   前記センタ装置は、
   前記送信された計測値を受信するセンタ側受信部と、
   前記受信した計測値を記憶する一時記憶部と、
   前記一時記憶部に記憶された計測値のうち、前記データ期間設定部により設定されたデータ期間の間の計測値を選択する選択部と、
   前記選択部で選択された計測値を記憶するデータ記憶部を有する、
   請求項１記載のデータ収集システム。
6. 前記センサは被測定対象毎に複数配置され、
   前記被測定対象毎に、前記複数のセンサの計測値を時系列で収集する計測装置を一つまたは複数備え、
   前記計測装置が前記計測値を前記データ収集装置に送信するための、無線回線および有線回線の少なくとも一つを備え、
   前記データ収集装置は、前記無線回線および有線回線の少なくとも一つで送信された前記計測値を前記データ受信部で受信し、前記受信した計測値を記憶する、元データ記憶部を備える、
   請求項１記載のデータ収集システム。
7. 前記データ期間設定部は、
   前記余寿命に基づいて、被測定対象の余寿命を、稼働開始直後を第１期、製品寿命直前を第３期、前記第１期と第３期の間を第２期に区分し、
   前記異常頻度が所定閾値を超えない場合には、
   第１期及び第３期のデータ期間が、第２期のデータ期間より長くなるようにデータ期間を制御する、
   請求項１記載のデータ収集システム。
8. 前記データ期間設定部は、
   前記異常頻度が前記所定閾値を超えた場合には、
   第２期のデータ期間が、第１期及び第３期のデータ期間かそれ以上に長くなるようにデータ期間を制御する、
   請求項７記載のデータ収集システム。
9. 機器に設置した１個または複数のセンサから、時系列な測定データを収集するデータ収集方法であって、
   前記センサから測定データを入力する第１のステップ、
   前記入力された測定データから異常度を計算する第２のステップ、
   前記異常度から前記機器の余寿命を計算する第３のステップ、
   前記異常度から異常検知を行う第４のステップ、
   前記第３のステップにより計算された余寿命が、予め定められた期間のうちいずれに該当するかを判定する第５のステップ、
   前記第４のステップにより検知された異常の頻度を計算する第６のステップ、
   前記第５のステップにより判定された期間と、前記第６のステップにより計算された異常の頻度の両方に基づいて、送信すべき前記測定データのデータ期間、および、記憶すべき前記測定データのデータ期間の少なくともひとつを制御する第７のステップを備える、
   データ収集方法。
10. 前記第７のステップにおいて、
    予め設定されたデータ期間から適用するデータ期間を選択することにより、前記データ期間を制御する、
    請求項９記載のデータ収集方法。
11. 前記第７のステップにおいて、
    前記第４のステップで異常検知を行うための閾値を制御し、検知された異常に対応する測定データが含まれるように、前記データ期間を制御する、
    請求項９記載のデータ収集方法。
12. 前記第１〜第６のステップは、前記機器と無線回線および有線回線の少なくとも一つで接続されるデータ収集装置で実行され、
    前記データ収集装置は、通信回線を介してセンタ装置に接続され、
    前記第７のステップにおいて制御された前記データ期間の分、前記センタ装置に測定データを送信する、
    請求項９記載のデータ収集方法。
13. 前記機器と無線回線および有線回線の少なくとも一つで接続されるデータ収集装置から、
    通信回線を介してセンタ装置に測定データを送信し、
    前記第１〜第６のステップは、前記センタ装置で実行され、
    前記第７のステップにおいて制御された前記データ期間の分、前記センタ装置が測定データを記憶する、
    請求項９記載のデータ収集方法。
14. 入力装置、処理装置、記憶装置、出力装置を備える情報処理装置を用い、機器に設置した１個またはそれ以上のセンサから、前記入力装置を介して収集した計測データに対して、前記処理装置と記憶装置を少なくとも用いて故障予兆診断と寿命診断を行い、その診断結果を用いて、前記計測データの削減を管理する計測データの削減方法において、
    前記故障予兆の検出時に前記計測データを保持するとともに、前記寿命診断結果の余寿命により計測データの保持期間あるいは送信期間の少なくとも一つを決定し、
    さらに、前記決定において故障予兆診断の結果を参酌することを特徴とする計測データ量の削減方法。
15. 前記故障予兆診断は、
    前記計測データを用いて異常度を計算し、該異常度が所定閾値を超える頻度に基づいて故障予兆を判断し、
    前記寿命診断は、
    前記計測データを用いて累積損傷度を計算し、該累積損傷度に基づいて前記余寿命を計算する、
    請求項１４記載の計測データ量の削減方法。

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