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JP6620290B2 - Vibro-acoustic analysis method and apparatus, and apparatus abnormal part estimation method and apparatus - Google Patents

Vibro-acoustic analysis method and apparatus, and apparatus abnormal part estimation method and apparatus Download PDF

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JP6620290B2
JP6620290B2 JP2017144124A JP2017144124A JP6620290B2 JP 6620290 B2 JP6620290 B2 JP 6620290B2 JP 2017144124 A JP2017144124 A JP 2017144124A JP 2017144124 A JP2017144124 A JP 2017144124A JP 6620290 B2 JP6620290 B2 JP 6620290B2
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藤井 幹
幹 藤井
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IHI Power Systems Co Ltd
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Description

本発明は、振動音響解析方法及び装置と機器異常部位推定方法及び装置に関するものである。   The present invention relates to a vibroacoustic analysis method and apparatus, and an apparatus abnormal part estimation method and apparatus.

一般に、エンジン等の回転体を含む機器において、異常を検知するために、歪を含む振動や音響を計測し時系列データを取ることが行われている。   In general, in a device including a rotating body such as an engine, in order to detect an abnormality, vibration and sound including distortion are measured and time series data is taken.

前記時系列データの解析には、フーリエ変換等を用いたスペクトル解析が行われることが多い。単純なスペクトル解析では、時間領域の情報が欠損してしまうことがある。又、単純なスペクトル解析では、計測データに含まれる周波数分布が広い場合には、適切なスペクトル解析が得にくくなることがある。   In the analysis of the time series data, spectrum analysis using Fourier transform or the like is often performed. In simple spectral analysis, information in the time domain may be lost. Further, in a simple spectrum analysis, if the frequency distribution included in the measurement data is wide, it may be difficult to obtain an appropriate spectrum analysis.

これに対して、ウェーブレット変換を用いた手法が提案されている。該ウェーブレット変換では、前記フーリエ変換によって周波数特性を求める際に失われる時間領域の情報を残すことができ、該時間領域と周波数領域とに分解して解析が行われる。   On the other hand, a method using wavelet transform has been proposed. In the wavelet transform, information on the time domain lost when the frequency characteristic is obtained by the Fourier transform can be left, and the analysis is performed by decomposing the information into the time domain and the frequency domain.

尚、前記ウェーブレット変換を用いた手法と関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献1がある。   For example, Patent Document 1 shows a general technical level related to the technique using the wavelet transform.

特開2010−48684号公報JP 2010-48684 A

しかしながら、エンジン等の回転体を含む機器は、軸受部、ギア部、動力発生部といった多数の部品により構成されており、計測した振動音響データには各部からの情報が混在しているため、不適切な解析結果が示される場合があった。又、前記機器は、使用状態に応じて出力が増減され、振動音響の大きさが著しく変化するため、計測される振動音響データの大小のみで異常部位の推定を行うことは精度の面で適切な対応であるとは言えなかった。   However, equipment including a rotating body such as an engine is composed of a large number of parts such as a bearing part, a gear part, and a power generation part, and information from each part is mixed in the measured vibroacoustic data. Appropriate analysis results were sometimes shown. In addition, since the output of the device is increased or decreased depending on the usage state, and the magnitude of the vibrational sound changes significantly, it is appropriate in terms of accuracy to estimate the abnormal part only by the magnitude of the measured vibrational sound data. It could not be said that it was a correct response.

因みに、回転速度が数百[min−1]程度となる比較的低速の軸受等において、その振動音響データには、数[kHz]〜数十[kHz]の高周波帯に大きな成分が現れることが多い。これは、傷等による振動音響信号はパルス状の起振源により軸受部周囲がその固有振動数で振動し、主に高周波成分で構成されることが多いためである。このため、計測信号をスペクトル解析しても、回転速度付近の低周波領域のピーク周波数と振幅とを適切に抽出できないことがある。この対策としては、例えば、ローパスフィルタ等を用いてエンベロープ処理を行った後にスペクトル解析を行うことで低周期のピーク周波数と振幅とを抽出することが一般的である。この手法は、低周波領域の解析には適している反面、高周波領域の信号を解析することができない。又、ローパスフィルタの性能や特性により、ピーク周波数と振幅とが正しい値ではなくなり、評価に利用することが困難となる場合がある。 Incidentally, in a relatively low speed bearing having a rotational speed of about several hundred [min −1 ], a large component appears in a high frequency band of several [kHz] to several tens [kHz] in the vibration acoustic data. Many. This is because vibroacoustic signals due to scratches or the like often vibrate around the bearing portion at its natural frequency due to a pulsed vibration source, and are mainly composed of high-frequency components. For this reason, even if the measurement signal is subjected to spectrum analysis, the peak frequency and amplitude in the low frequency region near the rotation speed may not be appropriately extracted. As a countermeasure, for example, it is common to extract a peak frequency and amplitude of a low cycle by performing spectrum analysis after performing envelope processing using a low-pass filter or the like. Although this method is suitable for analysis in the low frequency region, it cannot analyze signals in the high frequency region. In addition, the peak frequency and amplitude may not be correct values due to the performance and characteristics of the low-pass filter, making it difficult to use for evaluation.

これに対し、本発明者等の研究により、以下のことが判明した。即ち、計測された時系列データをウェーブレット変換にて時間領域と周波数領域との複数のベクトルに分解し、続いて、各周波数帯の時系列ベクトルに対してスペクトル解析を行うことで、低周波領域から高周波領域までの広い範囲でピーク周波数と振幅とを適切に抽出することが可能となる。   On the other hand, the following has been found by the study of the present inventors. That is, the measured time-series data is decomposed into a plurality of vectors in the time domain and the frequency domain by wavelet transform, and then the spectrum analysis is performed on the time-series vectors in each frequency band, so that the low frequency domain It is possible to appropriately extract the peak frequency and amplitude in a wide range from the high frequency region to the high frequency region.

但し、ウェーブレット変換による解析を行うことで一つの時系列データが多数の時系列データに分解されるため、この解析結果を人が判定することは多大な労力を必要とし、実用的であるとは言えなかった。   However, since one time-series data is decomposed into a large number of time-series data by performing analysis by wavelet transform, it is necessary for humans to judge this analysis result and it is practical. I could not say.

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、ウェーブレット変換により歪を含む振動音響解析と機器の異常部位の推定とを精度良く且つ容易に行うことができ、異常部位の早期発見による二次損傷の防止、並びに余寿命予測による計画的保守を実現し得る振動音響解析方法及び装置と機器異常部位推定方法及び装置を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and can perform vibroacoustic analysis including distortion and estimation of an abnormal part of a device accurately and easily by wavelet transformation, and early detection of an abnormal part. It is an object of the present invention to provide a vibroacoustic analysis method and apparatus, and an apparatus abnormal part estimation method and apparatus that can realize secondary damage prevention and planned maintenance based on remaining life prediction.

上記目的を達成するために、本発明の振動音響解析方法は、運転中の機器において計測された振動音響の時系列データから特徴量を抽出する特徴量抽出処理工程と、
該特徴量抽出処理工程で抽出され且つ前記機器が正常に作動している状態での特徴量と前記機器の一般計測データとを蓄積し、機械学習により前記機器正常作動状態での特徴量と一般計測データとの相関関係に関する確率分布モデルを構築し、該確率分布モデルに前記機器の一般計測データと前記特徴量抽出処理工程で抽出された特徴量とを与え、前記確率分布モデルに基づいて異常度を算出する機械学習診断工程と
を有する。
In order to achieve the above object, the vibroacoustic analysis method of the present invention includes a feature quantity extraction processing step for extracting feature quantities from time-series data of vibroacoustics measured in an operating device,
The feature amount extracted in the feature amount extraction processing step and the feature amount when the device is operating normally and the general measurement data of the device are accumulated, and the feature amount when the device is operating normally by machine learning Build a probability distribution model related to the correlation with the measurement data, give the general distribution data of the device and the feature quantity extracted in the feature quantity extraction processing step to the probability distribution model, and anomaly based on the probability distribution model A machine learning diagnosis step for calculating the degree.

前記振動音響解析方法において、前記特徴量抽出処理工程は、
運転中の機器において計測された振動音響の時系列データの計測加速度から特徴量として実効値、ピーク値、最大ピーク差、歪度、尖度、平均波高率、絶対平均振幅を抽出する基本特徴量抽出処理工程と、
前記時系列データをスペクトル解析した後の特徴量として最大ピーク次数及びそのピーク値、第二ピーク次数及びそのピーク値、第三ピーク次数及びそのピーク値、第四ピーク次数及びそのピーク値、・・・第nピーク次数及びそのピーク値を抽出するスペクトル解析特徴量抽出処理工程と、
前記時系列データをウェーブレット変換し複数の周波数帯に相当するスケールレベルに分解し、該スケールレベル毎のパワー時系列データを求める連続ウェーブレット変換処理工程と、
該連続ウェーブレット変換処理工程で求められたスケールレベル毎のパワー時系列データから各周波数帯の特徴量として実効値、最大値、最大波高率、絶対平均値を抽出するウェーブレット変換特徴量抽出処理工程と、
前記連続ウェーブレット変換処理工程で求められたスケールレベル毎のパワー時系列データをスペクトル解析した後の特徴量として最大ピーク次数及びそのピーク値、第二ピーク次数及びそのピーク値、第三ピーク次数及びそのピーク値、第四ピーク次数及びそのピーク値、・・・第nピーク次数及びそのピーク値を抽出するウェーブレット変換スペクトル解析特徴量抽出処理工程と
を有することができる。
In the vibroacoustic analysis method, the feature amount extraction processing step includes:
Basic features that extract effective values, peak values, maximum peak differences, skewness, kurtosis, average crest factor, and absolute average amplitude as feature values from the measured acceleration of vibro-acoustic time-series data measured on the equipment in operation An extraction process,
The maximum peak order and its peak value, the second peak order and its peak value, the third peak order and its peak value, the fourth peak order and its peak value as feature quantities after spectral analysis of the time series data, ... A spectral analysis feature extraction process step for extracting the nth peak order and its peak value;
A wavelet transform of the time series data and decomposed into scale levels corresponding to a plurality of frequency bands, and a continuous wavelet transform processing step for obtaining power time series data for each scale level;
A wavelet transform feature quantity extraction process step for extracting an effective value, maximum value, maximum crest factor, and absolute average value as feature quantities of each frequency band from the power time-series data for each scale level obtained in the continuous wavelet transform process step; ,
The maximum peak order and its peak value, the second peak order and its peak value, the third peak order and its as feature quantities after spectral analysis of the power time series data for each scale level obtained in the continuous wavelet transform processing step A peak value, a fourth peak order and its peak value, a wavelet transform spectrum analysis feature extraction process step for extracting the nth peak order and its peak value.

前記振動音響解析方法において、前記機器の一般計測データは、回転数、出力、仕事量、圧力、温度、速力の少なくとも一つとすることができる。   In the vibroacoustic analysis method, the general measurement data of the device may be at least one of a rotational speed, an output, a work amount, a pressure, a temperature, and a speed.

一方、本発明の振動音響解析装置は、運転中の機器において計測された振動音響の時系列データから特徴量を抽出する特徴量抽出処理部と、
該特徴量抽出処理部で抽出され且つ前記機器が正常に作動している状態での特徴量と前記機器の一般計測データとを蓄積し、機械学習により前記機器正常作動状態での特徴量と一般計測データとの相関関係に関する確率分布モデルを構築し、該確率分布モデルに前記機器の一般計測データと前記特徴量抽出処理部で抽出された特徴量とを与え、前記確率分布モデルに基づいて異常度を算出する機械学習診断部と
を備えることができる。
On the other hand, the vibroacoustic analysis apparatus of the present invention includes a feature amount extraction processing unit that extracts feature amounts from time-series data of vibroacoustics measured in a device in operation,
The feature amount extracted in the feature amount extraction processing unit and the feature amount in a state where the device is operating normally and the general measurement data of the device are accumulated, and the feature amount and the general state in the device normal operation state by machine learning Construct a probability distribution model related to the correlation with the measurement data, give the general measurement data of the device and the feature quantity extracted by the feature quantity extraction processing unit to the probability distribution model, and anomaly based on the probability distribution model A machine learning diagnostic unit for calculating the degree.

前記振動音響解析装置において、前記特徴量抽出処理部は、
運転中の機器において計測された振動音響の時系列データの計測加速度から特徴量として実効値、ピーク値、最大ピーク差、歪度、尖度、平均波高率、絶対平均振幅を抽出する基本特徴量抽出処理部と、
前記時系列データをスペクトル解析した後の特徴量として最大ピーク次数及びそのピーク値、第二ピーク次数及びそのピーク値、第三ピーク次数及びそのピーク値、第四ピーク次数及びそのピーク値、・・・第nピーク次数及びそのピーク値を抽出するスペクトル解析特徴量抽出処理部と、
前記時系列データをウェーブレット変換し複数の周波数帯に相当するスケールレベルに分解し、該スケールレベル毎のパワー時系列データを求める連続ウェーブレット変換処理部と、
該連続ウェーブレット変換処理部で求められたスケールレベル毎のパワー時系列データから各周波数帯の特徴量として実効値、最大値、最大波高率、絶対平均値を抽出するウェーブレット変換特徴量抽出処理部と、
前記連続ウェーブレット変換処理部で求められたスケールレベル毎のパワー時系列データをスペクトル解析した後の特徴量として最大ピーク次数及びそのピーク値、第二ピーク次数及びそのピーク値、第三ピーク次数及びそのピーク値、第四ピーク次数及びそのピーク値、・・・第nピーク次数及びそのピーク値を抽出するウェーブレット変換スペクトル解析特徴量抽出処理部と
を備えることができる。
In the vibroacoustic analysis apparatus, the feature amount extraction processing unit includes:
Basic features that extract effective values, peak values, maximum peak differences, skewness, kurtosis, average crest factor, and absolute average amplitude as feature values from the measured acceleration of vibro-acoustic time-series data measured on the equipment in operation An extraction processing unit;
The maximum peak order and its peak value, the second peak order and its peak value, the third peak order and its peak value, the fourth peak order and its peak value as feature quantities after spectral analysis of the time series data, ... A spectral analysis feature amount extraction processing unit for extracting the n-th peak order and its peak value;
A continuous wavelet transform processing unit for wavelet transforming the time series data and decomposing it into scale levels corresponding to a plurality of frequency bands, and obtaining power time series data for each scale level;
A wavelet transform feature amount extraction processing unit that extracts an effective value, a maximum value, a maximum crest factor, and an absolute average value as feature amounts of each frequency band from power time-series data for each scale level obtained by the continuous wavelet transform processing unit; ,
The maximum peak order and its peak value, the second peak order and its peak value, the third peak order and its feature as a feature after spectral analysis of the power time-series data for each scale level obtained by the continuous wavelet transform processing unit A peak value, a fourth peak order and its peak value,..., An n-th peak order and its peak value, and a wavelet transform spectrum analysis feature quantity extraction processing unit.

前記振動音響解析装置において、前記機器の一般計測データは、回転数、出力、仕事量、圧力、温度、速力の少なくとも一つとすることができる。   In the vibroacoustic analysis apparatus, the general measurement data of the device may be at least one of a rotational speed, an output, a work amount, a pressure, a temperature, and a speed.

更に、本発明は、前記振動音響解析方法の前記機械学習診断工程において、機器の各部位毎に損傷時に発生する異常度の損傷時データセットを予め算出し、
前記機械学習診断工程で予め算出された異常度の損傷時データセットと、前記機器の一般計測データから算出される異常度の実計測データセットとを比較して前記機器の各部位毎の類似度を求め、該機器の各部位毎の類似度が高い順番に損傷可能性の高い部位として出力する異常部位推定工程を有する機器異常部位推定方法とすることができる。
Furthermore, in the machine learning diagnostic step of the vibroacoustic analysis method, the present invention pre-calculates a data set at the time of damage for each part of the device at the time of damage,
The degree of similarity for each part of the device by comparing the data set at the time of damage calculated in advance in the machine learning diagnosis step with the actual measurement data set of the degree of abnormality calculated from the general measurement data of the device Thus, the device abnormal part estimation method including the abnormal part estimation step of outputting as a part having a high possibility of damage in the descending order of the degree of similarity for each part of the equipment can be obtained.

又、本発明は、前記振動音響解析装置の前記機械学習診断部が、機器の各部位毎に損傷時に発生する異常度の損傷時データセットを予め算出するよう構成され、
前記機械学習診断部で予め算出された異常度の損傷時データセットと、前記機器の一般計測データから算出される異常度の実計測データセットとを比較して前記機器の各部位毎の類似度を求め、該機器の各部位毎の類似度が高い順番に損傷可能性の高い部位として出力する異常部位推定部を備える機器異常部位推定装置とすることができる。
Further, the present invention is configured such that the machine learning diagnostic unit of the vibroacoustic analysis apparatus calculates in advance a data set at the time of damage for each part of the device at the time of damage,
The degree of similarity for each part of the device by comparing the data set at the time of damage calculated in advance by the machine learning diagnostic unit with the actual measurement data set of the degree of abnormality calculated from the general measurement data of the device Thus, the device abnormal part estimation device including the abnormal part estimation unit that outputs the parts with high possibility of damage in descending order of the degree of similarity for each part of the equipment can be obtained.

本発明の振動音響解析方法及び装置と機器異常部位推定方法及び装置によれば、ウェーブレット変換により振動音響解析と機器の異常部位の推定とを精度良く且つ容易に行うことができ、異常部位の早期発見による二次損傷の防止、並びに余寿命予測による計画的保守を実現し得るという優れた効果を奏し得る。   According to the vibroacoustic analysis method and apparatus and the apparatus abnormal part estimation method and apparatus of the present invention, the vibroacoustic analysis and the estimation of the abnormal part of the apparatus can be performed accurately and easily by wavelet transform. It is possible to achieve an excellent effect of preventing secondary damage due to discovery and realizing planned maintenance by predicting the remaining life.

本発明の振動音響解析方法及び装置と機器異常部位推定方法及び装置の実施例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the Example of the vibration acoustic analysis method and apparatus of this invention, and an apparatus abnormal region estimation method and apparatus. 本発明の振動音響解析方法及び装置と機器異常部位推定方法及び装置の実施例における特徴量抽出処理の詳細を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detail of the feature-value extraction process in the Example of the vibroacoustic-analysis method and apparatus of this invention, and an apparatus abnormal region estimation method and apparatus. 本発明の振動音響解析方法及び装置と機器異常部位推定方法及び装置の実施例におけるブロック図である。It is a block diagram in the Example of the vibration acoustic analysis method and apparatus of this invention, and an apparatus abnormal region estimation method and apparatus. 本発明の振動音響解析方法及び装置と機器異常部位推定方法及び装置の実施例における計測信号の波形例及びウェーブレット変換により解析した波形例を示す線図である。It is a diagram which shows the example of a waveform analyzed by the example of the waveform of the measurement signal in the Example of the vibroacoustic analysis method and apparatus of this invention, an apparatus abnormal region estimation method, and an apparatus, and a wavelet transform. 本発明の振動音響解析方法及び装置と機器異常部位推定方法及び装置の実施例における部位の異常時のパターンを示す線図である。It is a diagram which shows the pattern at the time of the abnormality of the site | part in the Example of the vibration acoustic analysis method and apparatus of this invention, and an apparatus abnormal site | part estimation method and apparatus.

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図1〜図5は本発明の振動音響解析方法及び装置と機器異常部位推定方法及び装置の実施例である。   FIG. 1 to FIG. 5 show an embodiment of the vibroacoustic analysis method and apparatus and the apparatus abnormal part estimation method and apparatus of the present invention.

本実施例の振動音響解析方法の場合、図1に示す如く、特徴量抽出処理工程と、機械学習診断工程とを有している。   In the case of the vibroacoustic analysis method of the present embodiment, as shown in FIG. 1, it has a feature amount extraction processing step and a machine learning diagnosis step.

前記特徴量抽出処理工程は、運転中の機器において計測された振動音響の時系列データから特徴量を抽出するようになっている。   In the feature quantity extraction processing step, the feature quantity is extracted from the time-series data of the vibration and acoustics measured in the operating device.

前記機械学習診断工程は、前記特徴量抽出処理工程で抽出され且つ前記機器が正常に作動している状態での特徴量と前記機器の一般計測データ(例えば、回転数、出力、仕事量、圧力、温度、速力)とを蓄積し、機械学習により前記機器正常作動状態での特徴量と一般計測データとの相関関係に関する確率分布モデルを構築し、該確率分布モデルに前記機器の一般計測データと前記特徴量抽出処理工程で抽出された特徴量とを与え、前記確率分布モデルに基づいて異常度を算出するようになっている。   In the machine learning diagnosis step, the feature amount extracted in the feature amount extraction processing step and the device is operating normally and general measurement data of the device (for example, rotation speed, output, work amount, pressure) , Temperature, speed) and build a probability distribution model related to the correlation between the feature quantity in the normal operation state of the device and the general measurement data by machine learning, and the general measurement data of the device and the probability distribution model The feature amount extracted in the feature amount extraction processing step is given, and the degree of abnormality is calculated based on the probability distribution model.

図1の例では、ステップS10として計測を開始し、多点計測の場合は同時に計測を行うようになっている。ステップS11として一定時間の時系列データの入力を行い、ステップS12として計測を停止するようになっている。   In the example of FIG. 1, measurement is started as step S10, and in the case of multipoint measurement, measurement is performed simultaneously. In step S11, time-series data for a certain time is input, and in step S12, the measurement is stopped.

この後、ステップS13,S14として前記特徴量抽出処理工程と機械学習診断工程とを行うようになっている。   Thereafter, as the steps S13 and S14, the feature amount extraction processing step and the machine learning diagnosis step are performed.

前記機械学習診断工程で算出された異常度をステップS15として保存し蓄積するようになっている。   The degree of abnormality calculated in the machine learning diagnosis step is stored and accumulated as step S15.

前記ステップS15で異常度を保存し蓄積した後、ステップS16として設定計測間隔時間が経過したか否かを判断し、設定計測間隔時間が経過していなければ、ステップS17として一定時間待機してステップS16に戻り、前記設定計測間隔時間が経過していれば、ステップS10へ戻って計測を繰り返し行うようになっている。   After storing and accumulating the degree of abnormality in step S15, it is determined in step S16 whether or not the set measurement interval time has passed. If the set measurement interval time has not passed, the process waits for a predetermined time as step S17. Returning to S16, if the set measurement interval time has elapsed, the process returns to step S10 to repeat the measurement.

前記ステップS14の機械学習診断工程で算出された異常度を、ステップS18として定義済みの正常範囲と比較し、前記異常度が正常範囲外である場合には、ステップS19として警報を発令すると共に、ステップS20として異常部位推定工程を行うようになっている。該異常部位推定工程は、機器異常部位推定方法において行われる工程となっている。   The degree of abnormality calculated in the machine learning diagnosis step of step S14 is compared with a normal range defined as step S18. If the degree of abnormality is outside the normal range, an alarm is issued as step S19, As step S20, an abnormal site estimation step is performed. The abnormal site estimation step is a step performed in the device abnormal site estimation method.

前記特徴量抽出処理工程は、詳述すると、前記ステップS11において計測データとして入力された一定時間の時系列データを利用し、図2に示す如く、ステップS100としての基本特徴量抽出処理工程と、ステップS200としてのスペクトル解析特徴量抽出処理工程と、ステップS300としての連続ウェーブレット変換処理工程と、ステップS400としてのウェーブレット変換特徴量抽出処理工程と、ステップS500としてのウェーブレット変換スペクトル解析特徴量抽出処理工程とを有している。   More specifically, the feature quantity extraction processing step uses time-series data for a predetermined time input as measurement data in step S11, and as shown in FIG. 2, a basic feature quantity extraction processing step as step S100, Spectrum analysis feature quantity extraction process step as step S200, Continuous wavelet transform process step as step S300, Wavelet transform feature quantity extraction process step as step S400, Wavelet transform spectrum analysis feature quantity extraction process step as step S500 And have.

因みに、前記ステップS11において計測データとして入力された一定時間の時系列データは、機器の計測部位の数がn個である場合、該機器の計測部位の数に相当するn個だけ存在する。   Incidentally, when the number of measurement parts of the device is n, there are n pieces of time series data input as measurement data in step S11 corresponding to the number of measurement parts of the device.

前記基本特徴量抽出処理工程は、運転中の機器において計測された振動音響の時系列データの計測加速度から特徴量として実効値MP1、

Figure 0006620290


ピーク平均値MP2、
Figure 0006620290

(但し、ピークは、極大値、極小値の両方)

最大ピーク差MP3、
Figure 0006620290

(但し、x+p:サンプル期間中の最大値、x-p:サンプル期間中の最小値)

歪度MP4、
Figure 0006620290


但し、σ:標準偏差
Figure 0006620290


尖度MP5、
Figure 0006620290


平均波高率MP6、
Figure 0006620290

(但し、[波高率(Crest factor)]=[ピーク値]/[実効値]であるが、ピーク値はピーク平均値MP2を取っている。)

絶対平均振幅MP7
Figure 0006620290


を抽出するようになっている(ステップS110参照)。尚、前記ステップS100の基本特徴量抽出処理工程においては、ステップS110で抽出された特徴量を、ステップS120として定義済みの正常範囲と比較し、前記特徴量が正常範囲外である場合には、ステップS130として警報を発令するようになっている。 The basic feature amount extraction processing step includes an effective value MP1, as a feature amount, from a measured acceleration of time-series data of vibroacoustics measured in a device in operation.
Figure 0006620290


Peak average value MP2,
Figure 0006620290

(However, the peak is both maximum and minimum)

Maximum peak difference MP3,
Figure 0006620290

(Where x + p is the maximum value during the sample period, x -p is the minimum value during the sample period)

Skewness MP4,
Figure 0006620290


Where σ: standard deviation
Figure 0006620290


Kurtosis MP5,
Figure 0006620290


Average crest factor MP6,
Figure 0006620290

(However, [Crest factor] = [Peak value] / [Effective value], but the peak value is the peak average value MP2.)

Absolute average amplitude MP7
Figure 0006620290


Are extracted (see step S110). In the basic feature amount extraction process in step S100, the feature amount extracted in step S110 is compared with the normal range defined as step S120. If the feature amount is outside the normal range, In step S130, an alarm is issued.

前記スペクトル解析特徴量抽出処理工程は、前記時系列データをスペクトル解析した後の特徴量として最大ピーク次数及びそのピーク値、第二ピーク次数及びそのピーク値、第三ピーク次数及びそのピーク値、第四ピーク次数及びそのピーク値、・・・第nピーク次数及びそのピーク値を抽出するようになっている(ステップS210参照)。尚、前記ステップS200のスペクトル解析特徴量抽出処理工程においては、ステップS210で抽出された特徴量を、ステップS220として定義済みの正常範囲と比較し、前記特徴量が正常範囲外である場合には、ステップS230として警報を発令するようになっている。   The spectral analysis feature quantity extraction processing step includes a maximum peak order and its peak value, a second peak order and its peak value, a third peak order and its peak value, as feature quantities after spectral analysis of the time series data. The four peak orders and their peak values,... Nth peak order and their peak values are extracted (see step S210). In the spectrum analysis feature quantity extraction process in step S200, the feature quantity extracted in step S210 is compared with the normal range defined as step S220. If the feature quantity is outside the normal range, In step S230, an alarm is issued.

前記連続ウェーブレット変換処理工程は、前記時系列データをウェーブレット変換し複数(例えば、m個)の周波数帯に相当するスケールレベルに分解し、該スケールレベル毎のパワー時系列データを求めるようになっている(ステップS310参照)。   In the continuous wavelet transform processing step, the time-series data is subjected to wavelet transform and decomposed into scale levels corresponding to a plurality of (for example, m) frequency bands to obtain power time-series data for each scale level. (See step S310).

前記ウェーブレット変換特徴量抽出処理工程は、連続ウェーブレット変換処理工程で求められたスケールレベル毎のパワー時系列データから各周波数帯の特徴量として実効値WP1、

Figure 0006620290


最大値WP2、
Figure 0006620290


最大波高率WP3、
Figure 0006620290


絶対平均値WP4
Figure 0006620290


を抽出するようになっている(ステップS410参照)。尚、前記ステップS400のウェーブレット変換特徴量抽出処理工程においては、ステップS410で抽出された特徴量を、ステップS420として定義済みの正常範囲と比較し、前記特徴量が正常範囲外である場合には、ステップS430として警報を発令するようになっている。 The wavelet transform feature amount extraction processing step includes an effective value WP1 as a feature amount of each frequency band from the power time series data for each scale level obtained in the continuous wavelet transform processing step.
Figure 0006620290


Maximum value WP2,
Figure 0006620290


Maximum crest factor WP3,
Figure 0006620290


Absolute average value WP4
Figure 0006620290


Are extracted (see step S410). In the wavelet transform feature quantity extraction process in step S400, the feature quantity extracted in step S410 is compared with the normal range defined as step S420, and the feature quantity is outside the normal range. In step S430, an alarm is issued.

前記ウェーブレット変換スペクトル解析特徴量抽出処理工程は、前記連続ウェーブレット変換処理工程で求められたスケールレベル毎のパワー時系列データをスペクトル解析した後の特徴量として最大ピーク次数及びそのピーク値、第二ピーク次数及びそのピーク値、第三ピーク次数及びそのピーク値、第四ピーク次数及びそのピーク値、・・・第nピーク次数及びそのピーク値を抽出するようになっている(ステップS510参照)。尚、前記ステップS500のウェーブレット変換スペクトル解析特徴量抽出処理工程においては、ステップS510で抽出された特徴量を、ステップS520として定義済みの正常範囲と比較し、前記特徴量が正常範囲外である場合には、ステップS530として警報を発令するようになっている。   The wavelet transform spectrum analysis feature amount extraction processing step includes a maximum peak order and its peak value, a second peak as a feature amount after spectrum analysis of power time series data for each scale level obtained in the continuous wavelet transform processing step. The order and its peak value, the third peak order and its peak value, the fourth peak order and its peak value,... Nth peak order and its peak value are extracted (see step S510). In the wavelet transform spectrum analysis feature quantity extraction process in step S500, the feature quantity extracted in step S510 is compared with the normal range defined as step S520, and the feature quantity is outside the normal range. In step S530, an alarm is issued.

前記基本特徴量抽出処理工程で抽出された特徴量(ステップS110参照)と、前記スペクトル解析特徴量抽出処理工程で抽出された特徴量(ステップS210参照)と、前記ウェーブレット変換特徴量抽出処理工程で抽出された特徴量(ステップS410参照)と、前記ウェーブレット変換スペクトル解析特徴量抽出処理工程で抽出された特徴量(ステップS510参照)と、ステップS600として計測される機器の一般計測データ(例えば、回転数、出力、仕事量、圧力、温度、速力)とを、ステップS700として保存し蓄積するようになっている。   The feature amount extracted in the basic feature amount extraction processing step (see step S110), the feature amount extracted in the spectrum analysis feature amount extraction processing step (see step S210), and the wavelet transform feature amount extraction processing step The extracted feature quantity (see step S410), the feature quantity extracted in the wavelet transform spectrum analysis feature quantity extraction processing step (see step S510), and general measurement data of the device measured as step S600 (for example, rotation) Number, output, work, pressure, temperature, speed) are stored and accumulated as step S700.

前記異常部位推定工程は、前記機械学習診断工程で予め算出された異常度の損傷時データセットと、前記機器の一般計測データから算出される異常度の実計測データセットとを比較して前記機器の各部位毎の類似度を求め、該機器の各部位毎の類似度が高い順番に損傷可能性の高い部位として出力するようになっている。   The abnormal part estimation step compares the data set of the degree of abnormality calculated in advance in the machine learning diagnosis step with the actual measurement data set of the degree of abnormality calculated from the general measurement data of the device. The degree of similarity for each part of the device is obtained and output as the part having a high possibility of damage in descending order of the degree of similarity for each part of the device.

一方、図3は本実施例におけるブロック図であり、振動音響解析装置として、特徴量抽出処理部10と、機械学習診断部20とを備え、機器異常部位推定装置として、前記振動音響解析装置の特徴量抽出処理部10及び機械学習診断部20と、異常部位推定部30とを備えている。   On the other hand, FIG. 3 is a block diagram in the present embodiment, which includes a feature quantity extraction processing unit 10 and a machine learning diagnosis unit 20 as a vibroacoustic analysis device, and an apparatus abnormal site estimation device as the vibroacoustic analysis device. A feature amount extraction processing unit 10, a machine learning diagnosis unit 20, and an abnormal part estimation unit 30 are provided.

前記特徴量抽出処理部10は、運転中の機器において計測された振動音響の時系列データから特徴量を抽出するようになっている。   The feature quantity extraction processing unit 10 is configured to extract feature quantities from time-series data of vibroacoustics measured in a device in operation.

前記機械学習診断部20は、前記特徴量抽出処理部10で抽出され且つ前記機器が正常に作動している状態での特徴量と前記機器の一般計測データとを蓄積し、機械学習により前記機器正常作動状態での特徴量と一般計測データとの相関関係に関する確率分布モデルを構築し、該確率分布モデルに前記機器の一般計測データと前記特徴量抽出処理部10で抽出された特徴量とを与え、前記確率分布モデルに基づいて異常度を算出するようになっている。   The machine learning diagnosis unit 20 accumulates the feature amount and the general measurement data of the device that are extracted by the feature amount extraction processing unit 10 and the device is operating normally. A probability distribution model relating to the correlation between the feature quantity in the normal operating state and the general measurement data is constructed, and the general measurement data of the device and the feature quantity extracted by the feature quantity extraction processing unit 10 are added to the probability distribution model. Given, the degree of abnormality is calculated based on the probability distribution model.

前記特徴量抽出処理部10は、基本特徴量抽出処理部11と、スペクトル解析特徴量抽出処理部12と、連続ウェーブレット変換処理部13と、ウェーブレット変換特徴量抽出処理部14と、ウェーブレット変換スペクトル解析特徴量抽出処理部15とを備えている。   The feature amount extraction processing unit 10 includes a basic feature amount extraction processing unit 11, a spectrum analysis feature amount extraction processing unit 12, a continuous wavelet transform processing unit 13, a wavelet transform feature amount extraction processing unit 14, and a wavelet transform spectrum analysis. And a feature amount extraction processing unit 15.

前記基本特徴量抽出処理部11は、運転中の機器において計測された振動音響の時系列データの計測加速度から特徴量として実効値、ピーク値、最大ピーク差、歪度、尖度、平均波高率、絶対平均振幅を抽出するようになっている。   The basic feature amount extraction processing unit 11 has an effective value, a peak value, a maximum peak difference, a skewness, a kurtosis, and an average crest factor as a feature amount from the measured acceleration of time-series data of vibroacoustics measured in a driving device. The absolute average amplitude is extracted.

前記スペクトル解析特徴量抽出処理部12は、前記時系列データをスペクトル解析した後の特徴量として最大ピーク次数及びそのピーク値、第二ピーク次数及びそのピーク値、第三ピーク次数及びそのピーク値、第四ピーク次数及びそのピーク値、・・・第nピーク次数及びそのピーク値を抽出するようになっている。   The spectrum analysis feature amount extraction processing unit 12 has a maximum peak order and its peak value, a second peak order and its peak value, a third peak order and its peak value as a feature amount after spectral analysis of the time series data, The fourth peak order and its peak value,... Nth peak order and its peak value are extracted.

前記連続ウェーブレット変換処理部13は、前記時系列データをウェーブレット変換し複数の周波数帯に相当するスケールレベルに分解し、該スケールレベル毎のパワー時系列データを求めるようになっている。   The continuous wavelet transform processing unit 13 performs wavelet transform on the time series data, decomposes it into scale levels corresponding to a plurality of frequency bands, and obtains power time series data for each scale level.

前記ウェーブレット変換特徴量抽出処理部14は、前記連続ウェーブレット変換処理部13で求められたスケールレベル毎のパワー時系列データから各周波数帯の特徴量として実効値、最大値、最大波高率、絶対平均値を抽出するようになっている。   The wavelet transform feature quantity extraction processing unit 14 calculates the effective value, the maximum value, the maximum crest factor, and the absolute average as the feature quantity of each frequency band from the power time series data for each scale level obtained by the continuous wavelet transform processing unit 13. The value is extracted.

前記ウェーブレット変換スペクトル解析特徴量抽出処理部15は、前記連続ウェーブレット変換処理部13で求められたスケールレベル毎のパワー時系列データをスペクトル解析した後の特徴量として最大ピーク次数及びそのピーク値、第二ピーク次数及びそのピーク値、第三ピーク次数及びそのピーク値、第四ピーク次数及びそのピーク値、・・・第nピーク次数及びそのピーク値を抽出するようになっている。   The wavelet transform spectrum analysis feature quantity extraction processing unit 15 is configured to analyze the power time series data for each scale level obtained by the continuous wavelet transform processing unit 13 and analyze the maximum peak order and its peak value as a feature quantity. The second peak order and its peak value, the third peak order and its peak value, the fourth peak order and its peak value,... The n th peak order and its peak value are extracted.

前記異常部位推定部30は、前記機械学習診断部20で予め算出された異常度の損傷時データセットと、前記機器の一般計測データから算出される異常度の実計測データセットとを比較して前記機器の各部位毎の類似度を求め、該機器の各部位毎の類似度が高い順番に損傷可能性の高い部位として出力するようになっている。   The abnormal site estimation unit 30 compares the abnormality degree data set calculated in advance by the machine learning diagnosis unit 20 with the actual measurement data set of abnormality degree calculated from the general measurement data of the device. The degree of similarity for each part of the device is obtained and output as a part having a high possibility of damage in the order of the degree of similarity for each part of the device.

次に、上記実施例の作用を説明する。   Next, the operation of the above embodiment will be described.

図1において、先ず、機器の各部位の計測が開始され(ステップS10参照)、一定時間の時系列データの入力が行われ(ステップS11参照)、計測が停止された後(ステップS12参照)、特徴量抽出処理工程が行われ(ステップS13参照)、続いて、機械学習診断工程が行われる(ステップS14参照)。   In FIG. 1, first, measurement of each part of the device is started (see step S10), time series data is input for a certain time (see step S11), and measurement is stopped (see step S12). A feature amount extraction processing step is performed (see step S13), followed by a machine learning diagnosis step (see step S14).

前記機械学習診断工程で算出された異常度は保存されて蓄積され(ステップS15参照)、この後、設定計測間隔時間が経過したか否かが判断され(ステップS16参照)、設定計測間隔時間が経過していなければ、一定時間待機(ステップS17参照)してステップS16に戻り、前記設定計測間隔時間が経過していれば、ステップS10へ戻って計測が繰り返し行われる。   The degree of abnormality calculated in the machine learning diagnosis step is stored and accumulated (see step S15). Thereafter, it is determined whether or not the set measurement interval time has passed (see step S16), and the set measurement interval time is determined. If it has not elapsed, it waits for a fixed time (see step S17) and returns to step S16. If the set measurement interval time has elapsed, it returns to step S10 and measurement is repeated.

前記機械学習診断工程で算出された異常度は、定義済みの正常範囲と比較され(ステップS18参照)、前記異常度が正常範囲外である場合には、警報が発令されると共に(ステップS19参照)、異常部位推定工程が行われる(ステップS20参照)。   The degree of abnormality calculated in the machine learning diagnosis step is compared with a defined normal range (see step S18). If the degree of abnormality is outside the normal range, an alarm is issued (see step S19). ), An abnormal site estimation step is performed (see step S20).

前記特徴量抽出処理工程においては、計測データとして入力された一定時間の時系列データが利用され(ステップS11参照)、図2に示す如く、基本特徴量抽出処理工程(ステップS100参照)と、スペクトル解析特徴量抽出処理工程(ステップS200参照)と、連続ウェーブレット変換処理工程(ステップS300参照)と、ウェーブレット変換特徴量抽出処理工程(ステップS400参照)と、ウェーブレット変換スペクトル解析特徴量抽出処理工程(ステップS500参照)とが行われる。   In the feature quantity extraction processing step, time-series data for a predetermined time inputted as measurement data is used (see step S11), and as shown in FIG. 2, the basic feature quantity extraction processing step (see step S100), spectrum Analysis feature extraction process step (see step S200), continuous wavelet transform process step (see step S300), wavelet transform feature extraction process step (see step S400), wavelet transform spectrum analysis feature extraction process step (step (See S500).

前記基本特徴量抽出処理工程では、運転中の機器において計測された振動音響の時系列データの計測加速度から特徴量として実効値MP1([数1]参照)、ピーク平均値MP2([数2]参照)、最大ピーク差MP3([数3]参照)、歪度MP4([数4]参照)、尖度MP5([数6]参照)、平均波高率MP6([数7]参照)、絶対平均振幅MP7([数8]参照)が抽出される(ステップS110参照)。尚、前記基本特徴量抽出処理工程において抽出された特徴量は、定義済みの正常範囲と比較され(ステップS120参照)、前記特徴量が正常範囲外である場合には、警報が発令される(ステップS130参照)。   In the basic feature amount extraction processing step, an effective value MP1 (see [Equation 1]) and a peak average value MP2 ([Equation 2]) are measured as feature amounts from the measured acceleration of the vibration-sound time-series data measured in the device in operation. Reference), maximum peak difference MP3 (see [Equation 3]), skewness MP4 (see [Equation 4]), kurtosis MP5 (see [Equation 6]), average crest factor MP6 (see [Equation 7]), absolute The average amplitude MP7 (see [Equation 8]) is extracted (see step S110). The feature quantity extracted in the basic feature quantity extraction processing step is compared with a defined normal range (see step S120), and an alarm is issued when the feature quantity is outside the normal range ( (See step S130).

前記スペクトル解析特徴量抽出処理工程では、前記時系列データをスペクトル解析した後の特徴量として最大ピーク次数及びそのピーク値、第二ピーク次数及びそのピーク値、第三ピーク次数及びそのピーク値、第四ピーク次数及びそのピーク値、・・・第nピーク次数及びそのピーク値が抽出される(ステップS210参照)。尚、前記スペクトル解析特徴量抽出処理工程において抽出された特徴量は、定義済みの正常範囲と比較され(ステップS220参照)、前記特徴量が正常範囲外である場合には、警報が発令される(ステップS230参照)。   In the spectral analysis feature quantity extraction processing step, the maximum peak order and its peak value, the second peak order and its peak value, the third peak order and its peak value, as the feature quantity after spectral analysis of the time series data, The four peak orders and their peak values,... Nth peak order and their peak values are extracted (see step S210). The feature amount extracted in the spectrum analysis feature amount extraction processing step is compared with a defined normal range (see step S220), and an alarm is issued if the feature amount is outside the normal range. (See step S230).

前記連続ウェーブレット変換処理工程では、前記時系列データがウェーブレット変換され複数(例えば、m個)の周波数帯に相当するスケールレベルに分解され、該スケールレベル毎のパワー時系列データが求められる(ステップS310参照)。   In the continuous wavelet transform processing step, the time series data is wavelet transformed and decomposed into scale levels corresponding to a plurality of (for example, m) frequency bands, and power time series data for each scale level is obtained (step S310). reference).

ここで、本実施例における計測信号の波形及びウェーブレット変換により解析した波形は、例えば、図4に示すようになる。図4の例では、スケールパラメータを2(s=0〜7即ちm=8)として1オクターブ毎に分解しており、1オクターブ毎に8スケールまで解析している。但し、各波形の縦軸は同一ではなく、プロット幅に合わせて適宜調整されている。尚、分解方法は自由であり、より高周波の成分を見たい場合には、1以下のスケールパラメータも適用できる。 Here, the waveform of the measurement signal and the waveform analyzed by wavelet transform in the present embodiment are as shown in FIG. 4, for example. In the example of FIG. 4, the scale parameter is set to 2 s (s = 0 to 7, that is, m = 8), and is decomposed every octave, and analysis is performed up to 8 scales every octave. However, the vertical axis of each waveform is not the same, and is appropriately adjusted according to the plot width. It should be noted that the decomposition method is arbitrary, and a scale parameter of 1 or less can be applied when it is desired to see a higher frequency component.

前記ウェーブレット変換特徴量抽出処理工程では、連続ウェーブレット変換処理工程で求められたスケールレベル毎のパワー時系列データから各周波数帯の特徴量として実効値WP1([数9]参照)、最大値WP2([数10]参照)、最大波高率WP3([数11]参照)、絶対平均値WP4([数12]参照)が抽出される(ステップS410参照)。尚、前記ウェーブレット変換特徴量抽出処理工程において抽出された特徴量は、定義済みの正常範囲と比較され(ステップS420参照)、前記特徴量が正常範囲外である場合には、警報が発令される(ステップS430参照)。   In the wavelet transform feature quantity extraction process step, the effective value WP1 (see [Equation 9]) and the maximum value WP2 (see [Equation 9]) as the feature quantity of each frequency band from the power time series data for each scale level obtained in the continuous wavelet transform process step. The maximum crest factor WP3 (see [Expression 11]) and the absolute average value WP4 (see [Expression 12]) are extracted (see Step S410). The feature quantity extracted in the wavelet transform feature quantity extraction processing step is compared with a defined normal range (see step S420), and an alarm is issued when the feature quantity is outside the normal range. (See step S430).

前記ウェーブレット変換スペクトル解析特徴量抽出処理工程では、前記連続ウェーブレット変換処理工程で求められたスケールレベル毎のパワー時系列データをスペクトル解析した後の特徴量として最大ピーク次数及びそのピーク値、第二ピーク次数及びそのピーク値、第三ピーク次数及びそのピーク値、第四ピーク次数及びそのピーク値、・・・第nピーク次数及びそのピーク値が抽出される(ステップS510参照)。尚、前記ステップS500のウェーブレット変換スペクトル解析特徴量抽出処理工程において抽出された特徴量は、定義済みの正常範囲と比較され(ステップS520参照)、前記特徴量が正常範囲外である場合には、警報が発令される(ステップS530参照)。   In the wavelet transform spectrum analysis feature quantity extraction process step, the maximum peak order and its peak value, the second peak as the feature quantity after spectrum analysis of the power time series data for each scale level obtained in the continuous wavelet transform process step The order and its peak value, the third peak order and its peak value, the fourth peak order and its peak value,... Nth peak order and its peak value are extracted (see step S510). Note that the feature amount extracted in the wavelet transform spectrum analysis feature amount extraction processing step in step S500 is compared with a defined normal range (see step S520), and when the feature amount is outside the normal range, An alarm is issued (see step S530).

前記基本特徴量抽出処理工程で抽出された特徴量(ステップS110参照)と、前記スペクトル解析特徴量抽出処理工程で抽出された特徴量(ステップS210参照)と、前記ウェーブレット変換特徴量抽出処理工程で抽出された特徴量(ステップS410参照)と、前記ウェーブレット変換スペクトル解析特徴量抽出処理工程で抽出された特徴量(ステップS510参照)と、例えば、回転数、出力、仕事量、圧力、温度、速力等の機器の一般計測データ(ステップS600参照)は、保存され蓄積される(ステップS700参照)。ここで、機器の計測部位の数はn個であるが、前記一般計測データは、診断対象となる機器(1ユニット)に対して1セットとなる。   The feature amount extracted in the basic feature amount extraction processing step (see step S110), the feature amount extracted in the spectrum analysis feature amount extraction processing step (see step S210), and the wavelet transform feature amount extraction processing step The extracted feature quantity (see step S410), the feature quantity extracted in the wavelet transform spectrum analysis feature quantity extraction processing step (see step S510), and the number of revolutions, output, work, pressure, temperature, speed, for example The general measurement data (see step S600) of the devices such as these are stored and accumulated (see step S700). Here, the number of measurement parts of the device is n, but the general measurement data is one set for the device (one unit) to be diagnosed.

前記異常部位推定工程においては、前記機械学習診断工程で予め算出された異常度の損傷時データセットと、前記機器の一般計測データから算出される異常度の実計測データセットとが比較されて前記機器の各部位毎の類似度が求められ、該機器の各部位毎の類似度が高い順番に損傷可能性の高い部位として出力される。   In the abnormal part estimation step, the damage degree data set calculated in advance in the machine learning diagnosis step is compared with the actual measurement data set of the abnormality degree calculated from the general measurement data of the device. The degree of similarity for each part of the device is obtained, and the part is output as a part having a high possibility of damage in descending order of the degree of similarity for each part of the device.

図5は本実施例における部位の異常時のパターンを示す線図である。図5に示す線図は、横軸を周波数レベル、縦軸を異常度とし、計測位置「イ」「ロ」・・・それぞれについて異常無の状態のデータに対し、例えば、部位Aの異常時のパターンや部位Bの異常時のパターンが表示され、どの周波数レベルでの異常度が高くなっているかにより、損傷可能性の高い部位の特定が可能となる。   FIG. 5 is a diagram showing a pattern at the time of abnormality of a part in the present embodiment. In the diagram shown in FIG. 5, the horizontal axis represents the frequency level, the vertical axis represents the degree of abnormality, and the measurement positions “A”, “B”... The pattern at the time of abnormality and the pattern at the time of abnormality of the site | part B are displayed, and the site | part with high possibility of damage is attained by the abnormality level in which frequency level is high.

これにより、本実施例では、計測された時系列データをウェーブレット変換にて時間領域と周波数領域との複数のベクトルに分解し、続いて、各周波数帯の時系列ベクトルに対してスペクトル解析を行うことで、低周波領域から高周波領域までの広い範囲でピーク周波数と振幅とを適切に抽出することが可能となる。   As a result, in this embodiment, the measured time series data is decomposed into a plurality of vectors in the time domain and the frequency domain by wavelet transform, and then spectrum analysis is performed on the time series vectors in each frequency band. Thus, it is possible to appropriately extract the peak frequency and amplitude in a wide range from the low frequency region to the high frequency region.

しかも、一つの時系列データからウェーブレット変換により分解される多数の時系列データの解析結果を人が判定しなくて済み、多大な労力を必要とせず、実用的となる。   In addition, it is not necessary for a person to determine the analysis results of a large number of time series data decomposed from one time series data by wavelet transformation, so that much labor is not required and practical.

こうして、ウェーブレット変換により歪を含む振動音響解析と機器の異常部位の推定とを精度良く且つ容易に行うことができ、異常部位の早期発見による二次損傷の防止、並びに余寿命予測による計画的保守を実現し得る。   In this way, vibroacoustic analysis including distortion and estimation of abnormal parts of equipment can be performed accurately and easily by wavelet transform, prevention of secondary damage by early detection of abnormal parts, and planned maintenance by predicting remaining life. Can be realized.

尚、本発明の振動音響解析方法及び装置と機器異常部位推定方法及び装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。   Note that the vibroacoustic analysis method and apparatus and the apparatus abnormal part estimation method and apparatus of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Of course.

10 特徴量抽出処理部
11 基本特徴量抽出処理部
12 スペクトル解析特徴量抽出処理部
13 連続ウェーブレット変換処理部
14 ウェーブレット変換特徴量抽出処理部
15 ウェーブレット変換スペクトル解析特徴量抽出処理部
20 機械学習診断部
30 異常部位推定部
10 Feature Extraction Processing Unit 11 Basic Feature Extraction Processing Unit 12 Spectrum Analysis Feature Extraction Processing Unit 13 Continuous Wavelet Transform Processing Unit 14 Wavelet Transform Feature Extraction Processing Unit 15 Wavelet Transform Spectrum Analysis Feature Extraction Processing Unit 20 Machine Learning Diagnosis Unit 30 Abnormal part estimation part

Claims (8)

運転中の機器において計測された振動音響の時系列データから特徴量を抽出する特徴量抽出処理工程と、
該特徴量抽出処理工程で抽出され且つ前記機器が正常に作動している状態での特徴量と前記機器の一般計測データとを蓄積し、機械学習により前記機器正常作動状態での特徴量と一般計測データとの相関関係に関する確率分布モデルを構築し、該確率分布モデルに前記機器の一般計測データと前記特徴量抽出処理工程で抽出された特徴量とを与え、前記確率分布モデルに基づいて異常度を算出する機械学習診断工程と
を有する振動音響解析方法。
A feature quantity extraction process for extracting feature quantities from time-series data of vibroacoustics measured in a driving device;
The feature amount extracted in the feature amount extraction processing step and the feature amount when the device is operating normally and the general measurement data of the device are accumulated, and the feature amount when the device is operating normally by machine learning Build a probability distribution model related to the correlation with the measurement data, give the general distribution data of the device and the feature quantity extracted in the feature quantity extraction processing step to the probability distribution model, and anomaly based on the probability distribution model A vibroacoustic analysis method comprising: a machine learning diagnosis step of calculating a degree.
前記特徴量抽出処理工程は、
運転中の機器において計測された振動音響の時系列データの計測加速度から特徴量として実効値、ピーク値、最大ピーク差、歪度、尖度、平均波高率、絶対平均振幅を抽出する基本特徴量抽出処理工程と、
前記時系列データをスペクトル解析した後の特徴量として最大ピーク次数及びそのピーク値、第二ピーク次数及びそのピーク値、第三ピーク次数及びそのピーク値、第四ピーク次数及びそのピーク値、・・・第nピーク次数及びそのピーク値を抽出するスペクトル解析特徴量抽出処理工程と、
前記時系列データをウェーブレット変換し複数の周波数帯に相当するスケールレベルに分解し、該スケールレベル毎のパワー時系列データを求める連続ウェーブレット変換処理工程と、
該連続ウェーブレット変換処理工程で求められたスケールレベル毎のパワー時系列データから各周波数帯の特徴量として実効値、最大値、最大波高率、絶対平均値を抽出するウェーブレット変換特徴量抽出処理工程と、
前記連続ウェーブレット変換処理工程で求められたスケールレベル毎のパワー時系列データをスペクトル解析した後の特徴量として最大ピーク次数及びそのピーク値、第二ピーク次数及びそのピーク値、第三ピーク次数及びそのピーク値、第四ピーク次数及びそのピーク値、・・・第nピーク次数及びそのピーク値を抽出するウェーブレット変換スペクトル解析特徴量抽出処理工程と
を有する請求項1記載の振動音響解析方法。
The feature amount extraction processing step includes:
Basic features that extract effective values, peak values, maximum peak differences, skewness, kurtosis, average crest factor, and absolute average amplitude as feature values from the measured acceleration of vibro-acoustic time-series data measured on the equipment in operation An extraction process,
The maximum peak order and its peak value, the second peak order and its peak value, the third peak order and its peak value, the fourth peak order and its peak value as feature quantities after spectral analysis of the time series data, ... A spectral analysis feature extraction process step for extracting the nth peak order and its peak value;
A wavelet transform of the time series data and decomposed into scale levels corresponding to a plurality of frequency bands, and a continuous wavelet transform processing step for obtaining power time series data for each scale level;
A wavelet transform feature quantity extraction process step for extracting an effective value, maximum value, maximum crest factor, and absolute average value as feature quantities of each frequency band from the power time-series data for each scale level obtained in the continuous wavelet transform process step; ,
The maximum peak order and its peak value, the second peak order and its peak value, the third peak order and its as feature quantities after spectral analysis of the power time series data for each scale level obtained in the continuous wavelet transform processing step The vibroacoustic analysis method according to claim 1, further comprising: a peak value, a fourth peak order and its peak value, a wavelet transform spectrum analysis feature quantity extraction process step for extracting the nth peak order and its peak value.
前記機器の一般計測データは、回転数、出力、仕事量、圧力、温度、速力の少なくとも一つである請求項1又は2記載の振動音響解析方法。   The vibroacoustic analysis method according to claim 1 or 2, wherein the general measurement data of the device is at least one of a rotation speed, an output, a work amount, a pressure, a temperature, and a speed. 運転中の機器において計測された振動音響の時系列データから特徴量を抽出する特徴量抽出処理部と、
該特徴量抽出処理部で抽出され且つ前記機器が正常に作動している状態での特徴量と前記機器の一般計測データとを蓄積し、機械学習により前記機器正常作動状態での特徴量と一般計測データとの相関関係に関する確率分布モデルを構築し、該確率分布モデルに前記機器の一般計測データと前記特徴量抽出処理部で抽出された特徴量とを与え、前記確率分布モデルに基づいて異常度を算出する機械学習診断部と
を備えた振動音響解析装置。
A feature amount extraction processing unit that extracts feature amounts from time-series data of vibroacoustics measured in a driving device;
The feature amount extracted in the feature amount extraction processing unit and the feature amount in a state where the device is operating normally and the general measurement data of the device are accumulated, and the feature amount and the general state in the device normal operation state by machine learning Construct a probability distribution model related to the correlation with the measurement data, give the general measurement data of the device and the feature quantity extracted by the feature quantity extraction processing unit to the probability distribution model, and anomaly based on the probability distribution model A vibroacoustic analysis apparatus comprising: a machine learning diagnosis unit that calculates a degree.
前記特徴量抽出処理部は、
運転中の機器において計測された振動音響の時系列データの計測加速度から特徴量として実効値、ピーク値、最大ピーク差、歪度、尖度、平均波高率、絶対平均振幅を抽出する基本特徴量抽出処理部と、
前記時系列データをスペクトル解析した後の特徴量として最大ピーク次数及びそのピーク値、第二ピーク次数及びそのピーク値、第三ピーク次数及びそのピーク値、第四ピーク次数及びそのピーク値、・・・第nピーク次数及びそのピーク値を抽出するスペクトル解析特徴量抽出処理部と、
前記時系列データをウェーブレット変換し複数の周波数帯に相当するスケールレベルに分解し、該スケールレベル毎のパワー時系列データを求める連続ウェーブレット変換処理部と、
該連続ウェーブレット変換処理部で求められたスケールレベル毎のパワー時系列データから各周波数帯の特徴量として実効値、最大値、最大波高率、絶対平均値を抽出するウェーブレット変換特徴量抽出処理部と、
前記連続ウェーブレット変換処理部で求められたスケールレベル毎のパワー時系列データをスペクトル解析した後の特徴量として最大ピーク次数及びそのピーク値、第二ピーク次数及びそのピーク値、第三ピーク次数及びそのピーク値、第四ピーク次数及びそのピーク値、・・・第nピーク次数及びそのピーク値を抽出するウェーブレット変換スペクトル解析特徴量抽出処理部と
を備えた請求項4記載の振動音響解析装置。
The feature amount extraction processing unit
Basic features that extract effective values, peak values, maximum peak differences, skewness, kurtosis, average crest factor, and absolute average amplitude as feature values from the measured acceleration of vibro-acoustic time-series data measured on the equipment in operation An extraction processing unit;
The maximum peak order and its peak value, the second peak order and its peak value, the third peak order and its peak value, the fourth peak order and its peak value as feature quantities after spectral analysis of the time series data, ... A spectral analysis feature amount extraction processing unit for extracting the n-th peak order and its peak value;
A continuous wavelet transform processing unit for wavelet transforming the time series data and decomposing it into scale levels corresponding to a plurality of frequency bands, and obtaining power time series data for each scale level;
A wavelet transform feature amount extraction processing unit that extracts an effective value, a maximum value, a maximum crest factor, and an absolute average value as feature amounts of each frequency band from power time-series data for each scale level obtained by the continuous wavelet transform processing unit; ,
The maximum peak order and its peak value, the second peak order and its peak value, the third peak order and its feature as a feature after spectral analysis of the power time-series data for each scale level obtained by the continuous wavelet transform processing unit The vibroacoustic analysis apparatus according to claim 4, further comprising: a peak value, a fourth peak order and its peak value, a wavelet transform spectrum analysis feature quantity extraction processing unit that extracts the nth peak order and its peak value.
前記機器の一般計測データは、回転数、出力、仕事量、圧力、温度、速力の少なくとも一つである請求項4又は5記載の振動音響解析装置。   6. The vibroacoustic analysis apparatus according to claim 4, wherein the general measurement data of the device is at least one of a rotational speed, an output, a work amount, a pressure, a temperature, and a speed. 請求項1〜3の何れか一項に記載の振動音響解析方法の前記機械学習診断工程において、機器の各部位毎に損傷時に発生する異常度の損傷時データセットを予め算出し、
前記機械学習診断工程で予め算出された異常度の損傷時データセットと、前記機器の一般計測データから算出される異常度の実計測データセットとを比較して前記機器の各部位毎の類似度を求め、該機器の各部位毎の類似度が高い順番に損傷可能性の高い部位として出力する異常部位推定工程を有する機器異常部位推定方法。
In the machine learning diagnostic step of the vibroacoustic analysis method according to any one of claims 1 to 3, a data set at the time of damage of the degree of abnormality occurring at the time of damage for each part of the device is calculated in advance.
The degree of similarity for each part of the device by comparing the data set at the time of damage calculated in advance in the machine learning diagnosis step with the actual measurement data set of the degree of abnormality calculated from the general measurement data of the device A device abnormal part estimation method comprising: an abnormal part estimation step for obtaining a part having a high possibility of damage in descending order of similarity for each part of the device.
請求項4〜6の何れか一項に記載の振動音響解析装置の前記機械学習診断部は、機器の各部位毎に損傷時に発生する異常度の損傷時データセットを予め算出するよう構成され、
前記機械学習診断部で予め算出された異常度の損傷時データセットと、前記機器の一般計測データから算出される異常度の実計測データセットとを比較して前記機器の各部位毎の類似度を求め、該機器の各部位毎の類似度が高い順番に損傷可能性の高い部位として出力する異常部位推定部を備えた機器異常部位推定装置。
The machine learning diagnostic unit of the vibroacoustic analysis apparatus according to any one of claims 4 to 6 is configured to calculate in advance a damage data set of an abnormality degree that occurs at the time of damage for each part of the device,
The degree of similarity for each part of the device by comparing the data set at the time of damage calculated in advance by the machine learning diagnostic unit with the actual measurement data set of the degree of abnormality calculated from the general measurement data of the device An apparatus abnormal part estimation apparatus provided with an abnormal part estimation part which calculates | requires and outputs as a part with high possibility of damage in order with the high similarity for every site | part of this apparatus.
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