DE112021000876T5 - Anomaliediagnosevorrichtung und wartungsmanagementsystem - Google Patents

Abstract

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Fehlerdiagnosevorrichtung für ein System mit rotierenden Maschinen zu schaffen, das die Zuverlässigkeit der Diagnose verglichen mit früher erhöhen kann, indem es den Grad der Genauigkeit einer Fehlerdiagnose bestimmen kann. Daher weist eine Fehlerdiagnosevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung Folgendes auf, um dieses Problem zu lösen: eine Datenmesseinheit, die Ausgangssignale eines Sensors misst, der an einer zu diagnostizierenden Einrichtung befestigt ist; eine Frequenzauflösungseinheit, die das Messsignal von der Datenmesseinheit in Frequenzkomponenten auflöst; eine Spitzendetektionseinheit, die Spitzen der Frequenzkomponenten detektiert, die durch die Frequenzauflösungseinheit aufgelöst werden; eine Fehlerdiagnoseeinheit, die auf der Grundlage der Stärke der Spitzen, die durch die Spitzendetektionseinheit detektiert werden, den Fehlergrad der zu diagnostizierenden Einrichtung diagnostiziert; und eine Diagnosegenauigkeits-Bestimmungseinheit, die auf der Grundlage einer Veränderung der Frequenzen der Spitzen, die durch die Spitzendetektionseinheit detektiert werden, die Genauigkeit des Fehlergrads bestimmt.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anomaliediagnosevorrichtung, die eine Anomalie einer Diagnosezielanlage diagnostiziert, und ein Wartungsmanagementsystem, das diese verwendet.
• Hlntergrundgebiet
• Das Managen einer Produktionsanlage ist wichtig, derart, dass ein Verschlechterungsfehler verhindert werden kann und die Produktion fortgesetzt werden kann. Daher ist für eine Produktionsanlage, die eine rotierende Maschine enthält, ein Verfahren zum Detektieren vorab einer Anomalie eines Systems mit rotierenden Maschinen, das aus der rotierenden Maschine und einer Beschickungsvorrichtung besteht, entwickelt worden.
• Wie z. B. im Anspruch 1 und dergleichen der Patentliteratur 1 angegeben ist, gibt es ein Verfahren des Diagnostizierens einer Anomalie des Systems mit rotierenden Maschinen, das auf eine Tatsache fokussiert, dass ein Signal in einem spezifischen Frequenzbereich zunimmt, wenn eine Verschlechterung der Anlage fortschreitet. Zur Anomaliediagnose werden Signalquellen wie etwa Strom, Schwingung, Akustik und Drehmoment verwendet (siehe Absätze 0002, 0003 und dergleichen der Patentliteratur 1), und das Vorhandensein/Nichtvorhandensein einer Anomalie und ein Verschlechterungsgrad werden abhängig von einer Größe der erhöhten Signalintensität bestimmt.
• Beispiele für die Anomalie, die durch ein derartiges Anomaliediagnoseverfahren detektiert werden kann, enthalten eine Verschlechterung eines Lagers, eine schlechte Verbindung zwischen der rotierenden Maschine und der Beschickungsvorrichtung, eine Verschlechterung der Beschickungsvorrichtung und dergleichen.
• Entgegenhaltungsliste
• Patentliteratur
• Patentliteratur 1: das Japanische Patent Nr. 4782218
• Zusammenfassung der Erfindung
• Technisches Problem
• Bei der oben beschriebenen herkömmlichen Anomaliediagnose, die die Zunahme des Signals in einem spezifischen Frequenzbereich unter Verwendung diverser Signalquellen detektiert, kann die Diagnose genau durchgeführt werden, weil die erhöhte Signalintensität ebenfalls zunimmt, während die Verschlechterung der Anlage fortschreitet.
• Wenn jedoch die Verschlechterung gering ist oder wenn ein Rauschen der Signalquellen groß ist, können die erhöhte Signalintensität in Zuordnung zur Anlagenverschlechterung und ein Rauschpegel, der ursprünglich in den Signalquellen enthalten ist, nicht unterschieden werden und die Anomalie der Anlage wird übermäßig bestimmt, wobei das Problem erzeugt wird, dass die Zuverlässigkeit eines Diagnoseergebnisses abnimmt.
• Daher ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anomaliediagnosevorrichtung für ein System mit rotierenden Maschinen zu schaffen, die das Bestimmen einer Genauigkeit einer Anomaliediagnose sicherstellt und die Zuverlässigkeit der Diagnose mehr als vorher verbessert.
• Lösung des Problems
• Um das oben beschriebene Problem zu lösen, enthält eine Anomaliediagnosevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung Folgendes: eine Datenmesseinheit, die ein Ausgangssignal eines Sensors misst, der an einer Diagnosezielanlage befestigt ist; eine Frequenzauflösungseinheit, die ein Messsignal der Datenmesseinheit in eine Frequenzkomponente auflöst; eine Spitzendetektionseinheit, die eine Spitze der Frequenzkomponente detektiert, die durch die Frequenzauflösungseinheit aufgelöst wird; eine Anomaliediagnoseeinheit, die auf der Grundlage einer Intensität der Spitze, die durch die Spitzendetektionseinheit detektiert wird, einen Anomaliegrad der Diagnosezielanlage diagnostiziert; und eine Diagnosegenauigkeits-Bestimmungseinheit, die auf der Grundlage einer Veränderung der Frequenz der Spitze, die durch die Spitzendetektionseinheit detektiert wird, eine Genauigkeit des Anomaliegrads bestimmt.
• Eine weitere Anomaliediagnosevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält Folgendes: eine Datenmesseinheit, die ein Ausgangssignal eines Sensors misst, der an einer Diagnosezielanlage befestigt ist; eine Frequenzauflösungseinheit, die ein Messsignal der Datenmesseinheit in eine Kombination von Grundwellenformen auflöst; eine Frequenzsuchbandbreiten-Eingabeeinheit, die einen Suchbereich der Grundwellenform, die durch die Frequenzauflösungseinheit aufgelöst werden soll, spezifiziert; eine Anomaliediagnoseeinheit, die auf der Grundlage einer Intensität einer Spitze der Grundwellenform, die durch die Frequenzauflösungseinheit aufgelöst wird, einen Anomaliegrad der Diagnosezielanlage diagnostiziert; und eine Diagnosegenauigkeits-Bestimmungseinheit, die auf der Grundlage einer Veränderung der Frequenz der Spitze der Grundwellenform, die durch die Frequenzauflösungseinheit aufgelöst wird, eine Genauigkeit des Anomaliegrads bestimmt.
• Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
• Die Anomaliediagnosevorrichtung der vorliegenden Erfindung stellt das Bestimmen einer Diagnosegenauigkeit einer Anomaliediagnose und das Verbessern der Zuverlässigkeit der Diagnose besser als vorher sicher.
• Figurenliste
• 1 ist eine beispielhafte Konfiguration einer Anomaliediagnosevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
• 2 ist ein Beispiel für eine Frequenzauflösung und Spitzendetektion, wenn eine Anlagenverschlechterung schwerwiegend ist.
• 3 ist ein Beispiel für eine Frequenzauflösung und Spitzendetektion, wenn eine Anlagenverschlechterung gering ist.
• 4 sind Beispiele für einen Anomaliegrad, eine Diagnosegenauigkeit und ein Anomalierisiko.
• 5 ist eine beispielhafte Konfiguration einer Anomaliediagnosevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
• 6 ist ein Beispiel für eine Frequenzsuchbandbreite einer dritten Ausführungsform.
• 7 ist eine beispielhafte Konfiguration einer Anomaliediagnosevorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform.
• 8 ist eine beispielhafte Konfiguration eines Anomaliediagnosesystems gemäß einer fünften Ausführungsform.
• 9 ist eine beispielhafte Konfiguration einer Anomaliediagnosevorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform.
• 10 ist ein Berechnungsbeispiel für einen Anomaliegrad und eine Diagnosegenauigkeit für jede Verschlechterung in der fünften Ausführungsform.
• 11 ist eine beispielhafte Konfiguration von Aufzeichnungsdaten eines Wartungsmanagementsystems gemäß einer sechsten Ausführungsform.
• 12 ist eine beispielhafte Konfiguration von Aufzeichnungsdaten des Wartungsmanagementsystems gemäß der sechsten Ausführungsform.
• Beschreibung der Ausführungsformen
• Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.
• Erste Ausführungsform
• Eine Anomaliediagnosevorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung der 1-4 beschrieben.
• 1 ist ein Funktionsblockdiagramm, das einen Umriss eines Anomaliediagnosesystems dieser Ausführungsform veranschaulicht. Das System enthält einen Sensor 2, der an einer Diagnosezielanlage befestigt ist, die Anomaliediagnosevorrichtung 1, die ein Ausgangssignal des Sensors 2 diagnostiziert, und eine Anzeigevorrichtung 3, die ein Diagnoseergebnis der Diagnosezielanlage von der Anomaliediagnosevorrichtung 1 anzeigt. Die Anomaliediagnosevorrichtung 1 enthält eine Datenmesseinheit 11, eine Frequenzauflösungseinheit 12, eine Spitzendetektionseinheit 13, eine Anomaliediagnoseeinheit 14, eine Diagnosegenauigkeits-Bestimmungseinheit 15 und eine Anomalierisiko-Bearbeitungseinheit 16.
• Insbesondere ist die Anomaliediagnosevorrichtung 1 eine arithmetische Vorrichtung wie etwa eine CPU, eine Hauptspeichereinheit wie etwa ein Halbleiter-Datenspeicher, eine Hilfsspeichereinheit und ein Computer wie etwa ein Personal Computer, die Hardware enthält, wie etwa eine Kommunikationsvorrichtung. Daraufhin führt die arithmetische Vorrichtung ein Programm aus, das in der Hauptspeichereinheit geladen ist, während auf eine Datenbank Bezug genommen wird, die in der Hilfsspeichereinheit aufgezeichnet ist, wodurch die oben beschriebenen jeweiligen Funktionen (wie etwa die Anomaliediagnoseeinheit 14 und die Diagnosegenauigkeits-Bestimmungseinheit 15) realisiert werden. Jedoch wird in der folgenden Beschreibung eine derartige wohlbekannte Technik in einem Computergebiet nach Bedarf weggelassen.
• Die Anomaliediagnosevorrichtung 1 diagnostiziert eine Anomalie der Diagnosezielanlage, wie unten beschrieben ist. Zuerst misst die Datenmesseinheit 11 das Ausgangssignal des Sensors 2 und die Frequenzauflösungseinheit 12 erhält Frequenzkomponenten des Messsignals und löst die Frequenzkomponenten in eine Kombination mehrerer Grundwellenformen auf. Ein Verfahren der Frequenzauflösung, das hier verwendet wird, ist z. B. eine Fourier-Transformation. Die Spitzendetektionseinheit 13 detektiert Spitzen P der Frequenzkomponenten und gibt für jede der Spitzen P eine Spitzenintensität und eine Veränderung der Spitzenfrequenz aus. Die Anomaliediagnoseeinheit 14 diagnostiziert auf der Grundlage der Spitzenintensitäten in einem spezifischen Frequenzbereich einen Anomaliegrad der Diagnosezielanlage. Die Diagnosegenauigkeits-Bestimmungseinheit 15 bestimmt auf der Grundlage der Veränderungen der Spitzenfrequenz eine Diagnosegenauigkeit. Ferner bearbeitet die Anomalierisiko-Bearbeitungseinheit 16 auf der Grundlage der Ausgänge der Anomaliediagnoseeinheit 14 und der Diagnosegenauigkeits-Bestimmungseinheit 15 ein Anomalierisiko. Als ein Ergebnis werden der Anomaliegrad, die Diagnosegenauigkeit und das Anomalierisiko der Diagnosezielanlage auf der Anzeigevorrichtung 3 angezeigt. Die Anomalierisiko-Bearbeitungseinheit 16 kann weggelassen werden und in diesem Fall werden der Anomaliegrad und die Diagnosegenauigkeit der Diagnosezielanlage auf der Anzeigevorrichtung 3 angezeigt.
• <wenn die Anlagenverschlechterung schwerwiegend ist>
• 2 ist ein Beispiel für die Frequenzauflösung und Spitzendetektion, wenn die Verschlechterung der Diagnosezielanlage schwerwiegend ist, und die schwarzen Punkte geben die Spitzen P an, die durch die Spitzendetektionseinheit 13 detektiert werden. Dieses Beispiel ist eine Grafik, die durch die Kombination von fünf Grundwellenformen ausgedrückt wird und zusätzlich zu den natürlichen Spitzen P₁, die beobachtet werden, wenn die Diagnosezielanlage regulär ist, werden Verschlechterungsspitzen P₂ innerhalb eines Bereichs des spezifischen Frequenzbereichs sichtbar, wenn die Verschlechterungen der Diagnosezielanlage ebenfalls beobachtet werden. Da die Frequenzen der Verschlechterungsspitzen P₂ Verschlechterungsfaktoren entsprechen, kann die Anomaliediagnoseeinheit 14 auf der Grundlage der Spitzenintensitäten der Verschlechterungsspitzen P₂ das Vorhandensein/Nichtvorhandensein einer Anomalie für jeden Verschlechterungsfaktor diagnostizieren.
• <wenn die Anlagenverschlechterung gering ist>
• Andererseits ist 3 ein Beispiel für die Frequenzauflösung und die Spitzendetektion, wenn die Verschlechterung der Diagnosezielanlage gering ist. In diesem Fall sind die Spitzenintensitäten der Verschlechterungsspitzen P₂ klein, weil sich die Anlage in einem frühen Stadium der Verschlechterung befindet, und sind mit Rauschsignalintensitäten vermischt, während die natürlichen Spitzen P₁ ,die ungeachtet des Grads der Anlagenverschlechterung beobachtet werden, sichtbar werden.
• Hier wird eine Situation angenommen, in der die Spitzendetektionseinheit 13 die natürlichen Spitzen P₁ und die Verschlechterungsspitzen P₂ für jedes Ausgangssignal (im Folgenden als „Zeitraumdaten“ bezeichnet) detektiert, das in verschiedenen Zeiträumen durch den Sensor 2 extrahiert wird. In diesem Fall sind, wie in 3 veranschaulicht ist, die natürlichen Spitzen P₁ und die Verschlechterungsspitzen P₂, die aus jedem Zeitraumdatensatz detektiert werden, in spezifischen Bereichen konzentriert.
• Bezüglich der natürlichen Spitzen P₁ werden mehrere Spitzen P mit verschiedenen Spitzenintensitäten in einem relativ engen Frequenzbereich (Veränderung Δf₁) detektiert.
• Da andererseits bezüglich der Verschlechterungsspitzen P₂ im frühen Stadium der Verschlechterung die Spitzenintensitäten mit den Rauschsignalintensitäten vermischt sind, werden die Verschlechterungsspitzen P₂, die deutlich verschiedene Frequenzen aufweisen, für jeden Zeitraumdatensatz detektiert, obwohl die Spitzenintensitäten der Verschlechterungsspitzen P₂ näherungsweise konstant sind. Daher können die Spitzenintensitäten und die Rauschsignalintensitäten selbst dann, wenn die Verschlechterungsspitzen P₂ aus 3 direkt verwendet werden, nicht unterschieden werden und die Genauigkeit der Anomaliediagnose nimmt ab, was eine Anomaliebestimmung erschwert.
• Daher wird in dieser Ausführungsform durch Fokussieren auf eine Tatsache, dass dann, wenn die Verschlechterung der Diagnosezielanlage gering ist, die Veränderungen Δf₂ der Frequenz der Verschlechterungsspitzen P₂, die aus mehreren Einheiten der Zeitraumdaten detektiert werden, groß werden und die Veränderungen Δf₂ klein werden, wenn die Verschlechterung fortschreitet, die Zuverlässigkeit der Diagnose zur Zeit der geringen Verschlechterung verbessert, indem auf der Grundlage der Veränderungen Δf₂ die Genauigkeit der Anomaliediagnose berechnet wird.
• Die Berechnung der Diagnosegenauigkeit kann aus einem Verhältnis einer Veränderung Δf₀ der Frequenz der Spitzen P, wenn die Anlage regulär ist, und einer Veränderung Δf_t der Frequenz der aktuellen Spitzen P und dergleichen z. B. durch die folgende Formel erhalten werden.
• $$\text{Aktuelle Diagnosegenauigkeit }\left(\%\right)=\left(\Delta {\text{f}}_0-\Delta {\text{f}}_{\text{t}}\right)/\Delta {\text{f}}_0\times 100$$

  
• Indes ist der minimale Wert der Diagnosegenauigkeit 0 % und der maximale Wert ist 100 %.
• 4(a) veranschaulicht ein Beispiel für den Anomaliegrad, der durch die Anomaliediagnoseeinheit 14 unter Verwendung der Spitzenintensitäten der Verschlechterungsspitzen P₂ berechnet wird, 4(b) veranschaulicht ein Beispiel für die Diagnosegenauigkeit, die durch die Diagnosegenauigkeits-Bestimmungseinheit 15 unter Verwendung der Veränderung der Spitzenfrequenz der Verschlechterungsspitzen P₂ berechnet wird, und 4(c) veranschaulicht ein Beispiel für das Anomalierisiko, das durch die Anomalierisiko-Bearbeitungseinheit 16 bearbeitet wird.
• Der Anomaliegrad, der in 4(a) veranschaulicht ist, ist ein Wert, der aus den Spitzenintensitäten der Verschlechterungsspitzen P₂ bearbeitet wird und es wird natürlich angenommen, dass der Anomaliegrad eine Tendenz aufweist, anzusteigen, während die Verschlechterung ausgehend von einem Ausgangsstadium der Verschlechterung fortschreitet. Jedoch sind im Ausgangsstadium der Verschlechterung die Verschlechterungsspitzen P₂ kleiner als die Rauschsignalintensitäten und die Rauschsignale werden durch die Spitzendetektionseinheit 13 detektiert. Daher wird ein Anomaliegrad berechnet, der höher als der natürliche Anomaliegrad (gepunktete Linie) ist.
• Da andererseits bezüglich der Diagnosegenauigkeit, die in 4(b) veranschaulicht ist, die Veränderung Δf₂ der Frequenz der Verschlechterungsspitzen P₂ im Ausgangsstadium der Verschlechterung groß ist, wird die Diagnosegenauigkeit derart berechnet, dass sie klein ist (siehe die oben beschriebene Formel 1). Wenn die Intensitäten der Verschlechterungsspitzen P₂ größer als die Rauschintensitäten werden, nimmt die Veränderung Δf₂ der Frequenz der Verschlechterungsspitzen P₂ allmählich ab und die Diagnosegenauigkeit erhöht sich. Wenn daraufhin die Verschlechterungsspitzen P₂ konstant detektiert werden, wird die Diagnosegenauigkeit bei einem hohen Wert konstant.
• Ferner veranschaulicht 4(c) das Anomalierisiko der Diagnosezielanlage, das durch Multiplizieren des Anomaliegrads aus 4(a) mit der Diagnosegenauigkeit aus 4(b) berechnet wird. Da sowohl der Anomaliegrad als auch die Diagnosegenauigkeit im Anomalierisiko wiedergegeben werden, kann die Genauigkeit der Diagnose durch die Anomaliediagnosevorrichtung 1 lediglich durch Überwachen des Anomalierisikos grob erfasst werden.
• Somit kann die Anomaliediagnosevorrichtung dieser Ausführungsform eine Abnahme der Diagnosegenauigkeit in einem frühen Stadium der Verschlechterung, in dem ein Anomaliegrad berechnet wird, der größer als der natürliche Anomaliegrad ist, detektieren. Außerdem kann das Anomalierisiko berechnet werden, in dem die Abnahme der Diagnosegenauigkeit wiedergegeben wird. Daher kann unter Bezugnahme auf die Diagnosegenauigkeit und das Anomalierisiko eine Gegenmaßnahme wie etwa, die Anomaliediagnose nicht durchzuführen, ergriffen werden, wenn bestimmt werden kann, dass die Zuverlässigkeit des Anomaliegrads niedrig ist. Dementsprechend kann die Zuverlässigkeit der gesamten Anomaliediagnose sichergestellt werden.
• Zweite Ausführungsform
• Die Anomaliediagnosevorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung von 5 beschrieben. Es sei erwähnt, dass eine wiederholte Erklärung von Merkmalen, die mit der ersten Ausführungsform gemeinsam sind, weggelassen wird.
• In der Frequenzauflösungseinheit 12 der ersten Ausführungsform wird die Frequenzauflösung unter Verwendung der Fourier-Transformation durchgeführt. Jedoch wird in der Frequenzauflösungseinheit 12 dieser Ausführungsform nicht ein Verfahren des Auflösens eines Signals in kontinuierliche Frequenzkomponenten wie etwa die Fourier-Transformation, sondern ein Verfahren des direkten Berechnens der Spitzenintensität und der Spitzenfrequenz in einem spezifischen Frequenzbereich wie etwa eine verallgemeinerte harmonische Analyse und eine nichtharmonische Analyse verwendet.
• In diesem Fall wird der Frequenzbereich, in dem die Spitzen P gesucht werden, von einer Frequenzsuchbandbreiten-Eingabeeinheit 17 in die Frequenzauflösungseinheit 12 und die Diagnosegenauigkeits-Bestimmungseinheit 15 eingegeben und die Spitzenintensität und die Spitzenfrequenz werden direkt aus einem Ergebnis der Frequenzauflösung ohne Verwendung der Spitzendetektionseinheit 13 berechnet, um die Anomaliediagnose und die Diagnosegenauigkeitsbestimmung durchzuführen.
• Wie in der ersten Ausführungsform beschrieben ist, hängt die Berechnungsgenauigkeit der Spitzenintensität von einer zeitlichen Länge eines Messsignals ab, wenn die Fourier-Transformation in der Frequenzauflösungseinheit 12 verwendet wird. Daher ist ein Langzeit-Messsignal notwendig, um eine genaue Diagnose durchzuführen.
• Wenn andererseits, wie in dieser Ausführungsform beschrieben ist, die verallgemeinerte harmonische Analyse oder dergleichen in der Frequenzauflösungseinheit 12 verwendet wird, hängt die Berechnungsgenauigkeit der Spitzenintensität nicht von der zeitlichen Länge des Messsignals ab. Daher kann die genaue Anomaliediagnose selbst mit einem kurzzeitigeren Messsignal durchgeführt werden.
• Dritte Ausführungsform
• Die Anomaliediagnosevorrichtung 1 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung von 6 beschrieben. Es sei erwähnt, dass eine wiederholte Erklärung von Merkmalen, die mit den oben beschriebenen Ausführungsformen gemeinsam sind, weggelassen wird.
• Wie in der zweiten Ausführungsform beschrieben ist, kann selbst unter einem Verschlechterungszustand, in dem die Verschlechterungsspitze P₂ konstant detektiert wird, keine Unterscheidung darüber getroffen werden, ob die detektierte Spitzenintensität durch Verschlechterung oder ein Rauschsignal bewirkt wird, wenn die natürliche Spitze P₁ und die Verschlechterungsspitze P₂ direkt von innerhalb der gegebenen Frequenzsuchbandbreite berechnet werden. Das die Diagnosegenauigkeit ungeachtet des Verschlechterungszustands abnimmt, kann das Anomaliediagnoseergebnis nicht verwendet werden.
• Daher kann in dieser Ausführungsform durch Definieren der Diagnosegenauigkeit durch die Veränderung der Spitzenfrequenz das berechnete Anomaliediagnoseergebnis unter Verwendung eines derartigen Frequenzauflösungsverfahrens verwendet werden.
• Genauer hängt, wie in der zweiten Ausführungsform beschrieben ist, eine Zeit, die für die Berechnung erforderlich ist, von einer Breite des spezifizierten Frequenzbereichs ab, wenn das Verfahren des direkten Berechnens der Spitzenintensität und der Spitzenfrequenz in einem spezifischen Frequenzbereich wie etwa eine verallgemeinerte harmonische Analyse und eine nichtharmonische Analyse in der Frequenzauflösungseinheit 12 verwendet wird. Daher wird in dieser Ausführungsform eine Detektionszeit der Verschlechterungsspitze P₂ durch das vorbereitende Einschränken einer Suchbandbreite W auf einen Frequenzbereich, für den erwartet wird, dass die Verschlechterungsspitze P₂ darin detektiert wird, stärker verkürzt.
• Hier kann, wie in 6 veranschaulicht ist, durch Berechnen einer Spitze aus der Suchbandbreite W eines Suchfrequenzbereichs eine Frequenzsuchzeit minimiert werden. Da außerdem für jede Spitze die Verteilung der Frequenz berechnet werden kann, kann die Diagnosegenauigkeit für jede Spitze berechnet werden.
• In der Diagnosegenauigkeits-Bestimmungseinheit 15 dieser Ausführungsform kann die Diagnosegenauigkeit anstelle der Formel 1 der ersten Ausführungsform durch die folgende Formel berechnet werden. $$\text{Aktuelle Diagnosegenauigkeit }\left(\%\right)=\left(\text{W}-\Delta {\text{f}}_{\text{t}}\right)/\text{W}\times \text{100}$$

  
• Indes ist der minimale Wert der Diagnosegenauigkeit 0 % und der maximale Wert ist 100 %.
• Vierte Ausführungsform
• Die Anomaliediagnosevorrichtung 1 gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung von 7 beschrieben. Es sei erwähnt, dass eine wiederholte Erklärung von Merkmalen, die mit den oben beschriebenen Ausführungsformen gemeinsam sind, weggelassen wird.
• Im frühen Stadium der Verschlechterung der Diagnosezielanlage ist die Spitzenintensität der Verschlechterungsspitze P₂ im Allgemeinen kleiner als die Spitzenintensität der natürlichen Spitze P₁. Dementsprechend wird, wie in der zweiten Ausführungsform beschrieben ist, die Detektion der Verschlechterungsspitze P₂ schwierig, wenn das Verfahren des direkten Berechnens der Spitzenintensität und der Spitzenfrequenz in einem spezifischen Frequenzbereich wie etwa eine verallgemeinerte harmonische Analyse und eine nichtharmonische Analyse in der Frequenzauflösungseinheit 12 verwendet wird.
• Daher wird in dieser Ausführungsform, wie in 7 veranschaulicht ist, zuerst die natürliche Spitze P₁ in einer Einheit 18 zum Berechnen natürlicher Spitzen aus Messdaten berechnet, eine Wellenform, die der berechneten natürlichen Spitze P₁ entspricht, wird in einer Einheit 19 zum Subtrahieren natürlicher Spitzen von den Messdaten subtrahiert und danach wird in einer Einheit 20 zum Berechnen von Verschlechterungsspitzen lediglich die Verschlechterungsspitze P₂ berechnet. Da dies das Berechnen der Verschlechterungsspitze P₂, ohne durch die natürliche Spitze P₁ beeinflusst zu werden, ermöglicht, kann eine Anomalie der Diagnosezielanlage genauer diagnostiziert werden.
• Fünfte Ausführungsform
• Ein Anomaliediagnosesystem gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung von 8 bis 10 beschrieben. Es sei erwähnt, dass eine wiederholte Erklärung von Merkmalen, die mit den oben beschriebenen Ausführungsformen gemeinsam sind, weggelassen wird.
• Während die Diagnosezielanlage der Anomaliediagnosevorrichtung 1 in den oben beschriebenen Ausführungsformen nicht spezifiziert ist, ist die Diagnosezielanlage in dieser Ausführungsform als ein System 4 mit rotierenden Maschinen definiert. Wie in 8 veranschaulicht ist, enthält das System 4 mit rotierenden Maschinen einen Motor M, eine Übertragungsvorrichtung 41, eine Beschickungsvorrichtung 42, eine Stromversorgungsleitung 43 und eine Wechselstrom-Stromversorgung 44. Der Motor M ist eine rotierende Maschine, die durch eine Dreiphasen-Wechselstromleistung angetrieben wird, die von der Wechselstrom-Stromversorgung 44 über die Stromversorgungsleitung 43 zugeführt wird, und treibt die Beschickungsvorrichtung 42 über die Übertragungsvorrichtung 41 wie etwa eine Welle und einen Riemen an.
• Der Sensor 2 ist an der Stromversorgungsleitung 43 befestigt und eine Stromwellenform während des Antreibens des Motors M, die darin gemessen wird, wird in irgendeine der Anomaliediagnosevorrichtungen 1 aus der ersten Ausführungsform bis vierten Ausführungsform eingegeben. Dementsprechend berechnet die Anomaliediagnosevorrichtung 1 den Anomaliegrad, die Diagnosegenauigkeit und das Anomalierisiko des Systems 4 mit rotierenden Maschinen und zeigt diese an. Eine Bedienperson des Systems 4 mit rotierenden Maschinen kann ein Diagnoseergebnis durch die Anomaliediagnosevorrichtung 1 über die Anzeigevorrichtung 3 erfahren. Während in diesem Beispiel die Anomalie des Systems 4 mit rotierenden Maschinen aus der Stromwellenform diagnostiziert wird, kann die Anomalie des Systems 4 mit rotierenden Maschinen auf der Grundlage von Schwingung oder Schall, die während des Antreibens des Motors M detektiert werden, diagnostiziert werden. Natürlich wird in diesen Fällen ein Schwingungssensor oder ein Mikrophon als der Sensor 2 verwendet.
• Wenn die Stromwellenform durch den Sensor 2 gemessen wird, sind die natürlichen Spitzen P₁ eine Wechselstromwelle der Wechselstrom-Stromversorgung 44, ihre höhere harmonische Welle und dergleichen. Abhängig von Verschlechterungsaspekten wie etwa einer Verschlechterung eines Lagers, einer Verschlechterung der Beschickungsvorrichtung 42 und einer Verschlechterung der Übertragungsvorrichtung 41 werden die Verschlechterungsspitzen P₂ in verschiedenen Frequenzbereichen beobachtet.
• Hier wird die natürliche Spitze P₁, die die größte Spitzenintensität von den natürlichen Spitzen P₁ aufweist, die Wechselstromwelle der Wechselstrom-Stromversorgung 44. Daher kann in der Anomaliediagnosevorrichtung 1 dieser Ausführungsform, wie in 9 veranschaulicht ist, durch Bereitstellen einer Einheit 21 zum Subtrahieren von Wechselstromwellen, die vor der Verschlechterungsspitzen-Berechnungseinheit 20 einen Einfluss der Wechselstromwelle entfernt, die Berechnungsgenauigkeit der Verschlechterungsspitzenintensität erhöht werden. Als die Einheit 21 zum Subtrahieren von Wechselstromwellen können z. B. ein Sperrfilter, eine Hüllkurvenverarbeitung, ein Verfahren des Berechnens einer Gleichstromwellenform aus mehreren Stromversorgungs-Wellenformen oder dergleichen verwendet werden.
• Außerdem können, wie in 10 (a) veranschaulicht ist, bezüglich der Verschlechterung D_A und der Verschlechterung D_B, die sich bezüglich des Abschnitts und der Art der Verschlechterung unterscheiden, deren Anomaliegrad und Diagnosegenauigkeit aus der Intensität und der Veränderung der Frequenz der Verschlechterungsspitze P₂, die zu jeder Verschlechterung gehört, erhalten werden, wie in 10 (b) veranschaulicht ist, wenn die Frequenzen der Verschlechterungsspitzen P₂ verschieden sind.
• Sechste Ausführungsform
• Ein Wartungsmanagementsystem gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung von 11 und 12 beschrieben. Es sei erwähnt, dass eine wiederholte Erklärung von Merkmalen, die mit den oben beschriebenen Ausführungsformen gemeinsam sind, weggelassen wird.
• Das Wartungsmanagementsystem dieser Ausführungsform unterstützt ein Wartungsmanagement des Systems 4 mit rotierenden Maschinen durch Aufzeichnen des Anomaliegrads, der Genauigkeit, des Anomalierisikos und dergleichen für jeden Motor M des Systems 4 mit rotierenden Maschinen und jede Art einer Verschlechterung, die durch das Anomaliediagnosesystem der fünften Ausführungsform erhalten werden, und Anzeigen dieser auf der Anzeigevorrichtung 3.
• Zum Beispiel ist 11 ein Beispiel für Daten über die Anomaliegrade und die Genauigkeiten der zwei Arten von Verschlechterungen D_A, D_B für jeden der zwei Motoren M_A, M_B, die durch das Wartungsmanagementsystem dieser Ausführungsform für die vergangenen drei Tage ausgehend von der Gegenwart (von heute) rückwirkend aufgezeichnet werden. Die Motoren M_A, M_B sind beliebige Motoren, bei denen dieselbe Art von Verschlechterung beobachtet wird. Die Motoren M_A, M_B können eine Kombination von Motoren sein, die in demselben System 4 mit rotierenden Maschinen angebracht sind, oder können eine Kombination von Motoren sein, die in verschiedenen Systemen 4 mit rotierenden Maschinen angebracht sind.
• Von diesen Daten bezüglich der Verschlechterung D_A des Motors M_A hat der Anomaliegrad seit drei Tagen vorher allmählich zugenommen und die Diagnosegenauigkeit ist gegenwärtig 100 % geworden. Daher ist mit einer hohen Genauigkeit zu sehen, dass die Verschlechterung auf dem Motor M_A auftritt. Andererseits ist bezüglich der Verschlechterung D_A des Motors M_B die Genauigkeit mit 60 % niedrig, während der aktuelle Anomaliegrad zu jenem des Motors M_A äquivalent ist. Daher ist zu sehen, dass der Motor M_B verglichen mit dem Motor M_A eine geringe Wahrscheinlichkeit aufweist, dass die Verschlechterung tatsächlich auftritt. Außerdem ist bezüglich der Verschlechterung D_B des Motors M_B die Genauigkeit mit 95 % hoch, während der Anomaliegrad verglichen mit jenem der Verschlechterung D_A klein ist. Daher ist zu sehen, dass die geringe Verschlechterung D_B auf dem Motor M_B auftritt.
• Andererseits ist 12 ein Beispiel für Daten über die Anomalierisiken und Wartungsarbeitspläne für jede der zwei Arten von Verschlechterung D_A, D_B für jeden der zwei Motoren M_A, M_B, die durch das Wartungsmanagementsystem dieser Ausführungsform von zwei Tagen vorher bis zwei Tage später aufgezeichnet werden. Es sei erwähnt, dass angenommen wird, dass eine Wartungsregel, derart, dass eine ungeplante Wartung durchgeführt wird, wenn das Anomalierisiko 10 überschreitet, bestimmt ist.
• Aus diesen Daten ist zu sehen, dass bezüglich der Verschlechterung D_A eine geplante Wartung einen Tag später für den Motor M_A und zwei Tage später für den Motor M_B eingeplant ist, und bezüglich der Verschlechterung D_B für keinen Motor eine geplante Wartung eingeplant ist.
• Bezüglich der Verschlechterung D_A des Motors M_B ist eine Anweisung oder Empfehlung, heute eine ungeplante Wartung durchzuführen, angeben, da das Anomalierisiko von heute 10 überschreitet, obwohl dies vor einem eingeplanten Tag der geplanten Wartung liegt. Bezüglich der Verschlechterung D_B des Motors M_A kann bestätigt werden, dass einen Tag vorher eine ungeplante Wartung durchgeführt worden ist, da das Anomalierisiko einen Tag vorher 10 überschritten hat, und dass das Anomalierisiko von heute als ein Ergebnis der ungeplanten Wartung ausgehend von jenem einen Tag vorher abnimmt. Somit kann durch das Durchführen der ungeplanten Wartung, ohne auf die geplante Wartung zu warten, abhängig vom Anomalierisiko ein Fehler oder Anhalten der Anlage aufgrund einer Verschlechterung wirksamer vermieden werden.
• Obwohl eine Notwendigkeit der ungeplanten Wartung in 12 abhängig von einer Größe des Anomalierisikos bestimmt wird, kann die Notwendigkeit der ungeplanten Wartung abhängig von der Größe des Anomaliegrads und der Diagnosegenauigkeit, wie in 11 veranschaulicht, bestimmt werden. Wenn z. B. die Diagnosegenauigkeit deutlich hoch ist, obwohl der Anomaliegrad im Bereich eines kleinen bis mittleren Grads liegt, oder wenn der Anomaliegrad deutlich hoch ist, obwohl die Diagnosegenauigkeit im Bereich eines kleinen oder mittleren Grads liegt, kann lediglich auf der Grundlage des Anomaliegrads oder der Diagnosegenauigkeit bestimmt werden, dass die ungeplante Wartung durchgeführt wird.
• Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt und enthält diverse Modifikationen. Zum Beispiel sind die oben beschriebenen Ausführungsformen zum leichten Verständnis der vorliegenden Erfindung im Einzelnen beschrieben und enthalten nicht notwendigerweise alle beschriebenen Konfigurationen. Ein Abschnitt der Konfiguration einer Ausführungsform kann durch die Konfiguration einer weiteren Ausführungsform ersetzt werden. Die Konfiguration einer weiteren Ausführungsform kann zur Konfiguration einer Ausführungsform hinzugefügt werden. Auf der Konfiguration in jeder der Ausführungsformen können Hinzufügen, Löschen oder Ersetzen einer weiteren Konfiguration durchgeführt werden.
• Bezugszeichenliste

1

Anomaliediagnosevorrichtung

11

Datenmesseinheit

12

Frequenzauflösungseinheit

13

Spitzendetektionseinheit

14

Anomaliediagnoseeinheit

15

Diagnosegenauigkeits-Bestimmungseinheit

16

Anomalierisiko-Bearbeitungseinheit

17

Frequenzsuchbandbreiten-Eingabeeinheit

18

Einheit zum Berechnen natürlicher Spitzen

19

Einheit zum Subtrahieren natürlicher Spitzen

20

Einheit zum Berechnen von Verschlechterungsspitzen

21

Einheit zum Subtrahieren von Wechselstromwellen

2

Sensor

3

Anzeigevorrichtung

4

System mit rotierenden Maschinen

M

Motor

41

Übertragungsvorrichtung

42

Beschickungsvorrichtung

43

Stromversorgungsleitung

44

Wechselstrom-Stromversorgung

P1

natürliche Spitze

P2

Verschlechterungsspitze

Δf, Δf1, Δf2

Veränderung

W

Frequenzsuchbandbreite

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• JP 4782218 [0005]

Claims (9)

1. Anomaliediagnosevorrichtung, die Folgendes umfasst: eine Datenmesseinheit, die ein Ausgangssignal eines Sensors misst, der an einer Diagnosezielanlage befestigt ist; eine Frequenzauflösungseinheit, die ein Messsignal der Datenmesseinheit in eine Frequenzkomponente auflöst; eine Spitzendetektionseinheit, die eine Spitze der Frequenzkomponente detektiert, die durch die Frequenzauflösungseinheit aufgelöst wird; eine Anomaliediagnoseeinheit, die auf der Grundlage einer Intensität der Spitze, die durch die Spitzendetektionseinheit detektiert wird, einen Anomaliegrad der Diagnosezielanlage diagnostiziert; und eine Diagnosegenauigkeits-Bestimmungseinheit, die auf der Grundlage einer Veränderung der Frequenz der Spitze, die durch die Spitzendetektionseinheit detektiert wird, eine Genauigkeit des Anomaliegrads bestimmt.
2. Anomaliediagnosevorrichtung, die Folgendes umfasst: eine Datenmesseinheit, die ein Ausgangssignal eines Sensors misst, der an einer Diagnosezielanlage befestigt ist; eine Frequenzauflösungseinheit, die ein Messsignal der Datenmesseinheit in eine Kombination von Grundwellenformen auflöst; eine Frequenzsuchbandbreiten-Eingabeeinheit, die einen Suchbereich der Grundwellenform, die durch die Frequenzauflösungseinheit aufgelöst werden soll, spezifiziert; eine Anomaliediagnoseeinheit, die auf der Grundlage einer Intensität einer Spitze der Grundwellenform, die durch die Frequenzauflösungseinheit aufgelöst wird, einen Anomaliegrad der Diagnosezielanlage diagnostiziert; und eine Diagnosegenauigkeits-Bestimmungseinheit, die auf der Grundlage einer Veränderung der Frequenz der Spitze der Grundwellenform, die durch die Frequenzauflösungseinheit aufgelöst wird, eine Genauigkeit des Anomaliegrads bestimmt.
3. Anomaliediagnosevorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Frequenzsuchbandbreiten-Eingabeeinheit mehrere Suchbereiche spezifiziert, und die Frequenzauflösungseinheit eine Grundwellenform für jeden der spezifizierten Suchbereiche sucht.
4. Anomaliediagnosevorrichtung nach Anspruch 2, die ferner Folgendes umfasst: eine Einheit zum Berechnen natürlicher Spitzen, die eine natürliche Spitze berechnet, die beobachtet wird, wenn die Diagnosezielanlage regulär ist; eine Einheit zum Subtrahieren natürlicher Spitzen, die die natürliche Spitze, die durch die Einheit zum Berechnen natürlicher Spitzen berechnet wird, vom Messsignal subtrahiert; und eine Einheit zum Detektieren von Verschlechterungsspitzen, die aus dem Messsignal, von dem die natürliche Spitze subtrahiert worden ist, eine Verschlechterungsspitze detektiert, wenn bei der Diagnosezielanlage eine Verschlechterung vorliegt.
5. Anomaliediagnosevorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Diagnosegenauigkeits-Bestimmungseinheit die Genauigkeit durch Vergleichen einer Breite des Suchbereichs mit der Veränderung der Frequenz der Spitze bestimmt.
6. Anomaliediagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die ferner Folgendes umfasst: eine Anomalierisiko-Bearbeitungseinheit, die auf der Grundlage des Anomaliegrads und der Genauigkeit ein Anomalierisiko bearbeitet.
7. Anomaliediagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Diagnosezielanlage ein System mit rotierenden Maschinen ist, das einen Motor und eine Wechselstrom-Stromversorgung enthält, und der Sensor eine Stromwellenform misst, die dem Motor von der Wechselstrom-Stromversorgung zugeführt wird.
8. Anomaliediagnosevorrichtung nach Anspruch 7, die Folgendes umfasst: eine Einheit zum Subtrahieren von Wechselstromwellen, die einen Einfluss einer Wechselstromfrequenz der Wechselstrom-Stromversorgung entfernt.
9. Wartungsmanagementsystem, das eine ungeplante Wartungsarbeit anweist, wenn irgendeines von einem Anomaliegrad, einer Diagnosegenauigkeit oder einem Anomalierisiko, die durch die Anomaliediagnosevorrichtung nach Anspruch 6 erzeugt werden, einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.

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