可変運転条件における設備の異常早期検出法及び異常診断法に関する研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650144
• Research Institution: Kyushu Institute of Technology
• Principal Investigator: 陳山 鵬 九州工業大学, 情報工学部, 助教授 (50231428)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 二保 知也 九州工業大学, 情報工学部, 助手 (60295011)
• Keywords: 可変運転条件における設備 / 異常診断 / 短時間フーリエ変換 / ウェーブレット解析 / ウィーグナ分布 / 瞬間パワースペクトル / 遺伝的プログラミング / 頻度情報量

Research Abstract

本研究では,可変運転条件における機械設備の異常診断のために,まず周波数領域の特徴パラメータを定義し、K・L展開による特徴パラメータの統合により、従来非定常振動解析に用いられる短時間フーリエ変換,ウェーブレット解析及びWigner分布の異常診断精度を比較検討した。また、従来異常診断用の良い特徴パラメータの抽出が困難な問題点を解決するために,幅広い探索空間のなかで最適解を求める強力な手法である遺伝的プログラミング(GP)を用いて,各異常の特徴を敏感に反映できるロバストなGP特徴パラメータを自己組織的に生成する方法を提案し、多種類の異常を効率的に特定する逐次診断法を提案した。異常が発生している瞬間の特徴成分を抽出することができる瞬間パワースペクトルと頻度情報量による異常信号の特徴周波数帯域の抽出法を検討し、従来の手法で可変運転条件の軸受の異常識別率が最大86.0%であったが,本手法により逐次診断の各2状態において,識別率99.9%の逐次診断用GP特徴パラメータの生成を行うことができた.更にウェーブレット解析を用いて、ウェーブレット逆変換で得られた各レベル(周波数帯域)の波形に対して、時間領域の特徴パラメータを定義し、遺伝的プログラミングにより異常診断に十分な識別能力を持つ逐次診断用特徴パラメータの生成,および識別に最適な最適周波数帯域の決定法を提案し、実機実験により得られた振動信号から逐次診断用特徴パラメータ,および最適周波数帯域を求め異常識別実験により,それらの有効性が確認された.以上の結果より,本研究で提案した諸手法は可変運転条件における機械設備の異常診断法として有効であることが確認できた.

Research Products

• [Publications] Peng Chen, Toshio Toyota, Zhengja He: "Automated Function Generation of Symptom Parameters and Application to Fault Diagnosis of Machinery in Variable Operation-conditions"IEEE Transactions on System, Man and Cybernetics(Part A). 31(6). 775-781 (2001)
• [Publications] 陳 鵬: "音響・振動による機械設備の診断"日本音響学会誌. (印刷中). (2002)
• [Publications] 陳 鵬, 憑 芳, 豊田利夫: "特徴周波数帯域の抽出及び可能性理論による設備異常の逐次診断法"日本信頼性学会誌. (印刷中). (2002)
• [Publications] 陳 鵬, 憑 芳, 豊田利夫, 劉 信芳, 島津弘志, 平野竜也: "歯車装置異常時の動特性及び異常診断法に関する研究(第1報、平歯車異常時の振動方程式および偏心状態の動特性)"日本機械学会誌(C編). 66(650). 34-39 (2000)
• [Publications] 憑 芳, 陳 鵬, 豊田利夫, 劉 信芳, 嶋津弘志, 平野竜也: "平歯車異常時の動特性解明および偏心状態の判別法"日本設備管理学会誌. 12(4). 1-8 (2001)
• [Publications] 憑 芳, 陳 鵬, 豊田利夫, 劉 信芳, 島津弘志, 平野竜也: "歯車装置異常時の動特性及び異常診断法に関する研究(第2報、平歯車の摩耗状態と偏心状態の振動特性解明および診断法)"日本機械学会誌(C編). 31(6). 775-781 (2001)
• [Publications] Peng CHEN, Toshio TOYOTA, Masatoshi TANIGUTI, Feng FANG, Tomoya NIHO: "Failure Diagnosis Method for Machinery in Unsteady Operating Condition by Instantaneous Power Spectrum and Genetic Algorithms"Proc. of Fourth International Conference on Knowledge-Based Intelligent Engineering System & Allied Technologies (KES2000). 640-643 (2000)
• [Publications] Toshio TOYOTA, Tomoya NIHO, Peng CHEN: "Condition Monitoring and Diagnosis of Rotating Machinery by Gram-Charlier Expansion of Vibration Signal"Proc. of Fourth International Conference on Knowledge-Based Intelligent Engineering System & Allied Technologies (KES2000). 541-544 (2000)
• [Publications] Ryuji ARAKI, Peng CHEN, Masatosi TANIGUTI, Toshio TOYOTA: "Fuzzy Diagnosis Method for Plant Machinery in Unsteady Operating Conditions by Time-frequency Analysis and Possibility Theory"Proc. of 6th International Conference on Soft Computing. 990-995 (2000)
• [Publications] Peng CHEN, Fang FENG, Toshio TOYOTA: "Diagnosis method of gear equipment in eccentricity, wear and spot flaw states"14th International Congress and Exhibition on Condition Monitoring and Diagnostic Engineering Management. 427-432 (2001)
• [Publications] Fang FENG, Peng CHEN, Toshio TOYOTA, Xinfang LIU: "Condition Monitoring of Gear Equipment by Rough Sets and Partially-linearized Neural Network"Proc. of The 4th World Multiconference on Systemic, Cybernetics and Informatics SCI 2000 and The 6th International Conference on Information Systems, Analysis and Synthesis ISAS 2000. Vol.3. 202-206 (2000)
• [Publications] Xinfang LIU, Toshio TOYOTA, Peng CHEN, Fang FENG: "Multivariate Kullback-Leibler Information for Condition Diagnosis of Machinery"Proc. of The 4th World Multiconfernce on Systemics, Cybernetics and Informatics SCI 2000 and The 6th International Conference on Information Systems, Analysis and Synthesis ISAS 2000. Vol.4. 164-167 (2000)
• [Publications] Masatoshi TANIGUCHI, Peng CHEN, Toshio TOYOTA: "Extraction of Feature Spectra by Instantaneous Power Spectrum And Automatic Generation of Symptom Parameters by GP for Diagnosis of Machinery in Unsteady Operating Condition"Proc. IEEE/IECON2000学会誌. 1696-1700 (2000)
• [Publications] Peng CHEN, Toshio TOYOTA: "Robust Fault Diagnosis of Plant Machinery by Hidden Malcov Model"Fifth International Conference on Knowledge-Based Intelligent Information Engineering Systems & Allied Technologies. Vol.1. 652-656 (2001)
• [Publications] Peng CHEN, Fang FENG, Toshio TOYOTA: "Condition Diagnosis of Plant Machinery by Sequential Statistical Tests and Possibility Theory Using Spectra of Vibration Signal"Proc. of THE ASIA-PACIFIC VIBRATION CONFERENCE 2001. Vol.2. 825-830 (2001)
• [Publications] Toshio TYOYTA, Tomoya NIHO, Peng CHEN, Hidetomo KOMURA: "Condition Diagnosis of Rotating Machinery by Orthogonal Expansion of ibration Signal"Proc. of 14^<th> International Congress of Condition Monitoring and Diagnostic Engineering Management. 725-732 (2001)
• [Publications] Toshio TYOYTA, Tomoya NIHO, Peng CHEN, Hidetomo KOMURA: "Condition Diagnosis of Reciprocation Machinery Using Information theory"Proc. of 14^<th> International Congress of Condition Monitoring and Diagnostic Engineering Management. 657-661 (2001)
• [Publications] Toshio Toyota, Tomoya Niho, Peng Chen: "Online Lubrication Performance Monitoring of Fluid-Film Bearing by Shaft Vibration Measurement"INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON STABILITY CONTROL OF ROTATING MACHINERY. (CD-ROM). (2001)
• [Publications] Peng CHEN, Fang FENG, Toshio TOYOTA: "Dynamic analysis method of fault gear equipment"14th International Congress and Exhibition on Condition Monitoring and Diagnostic Engineering Management. 419-426 (2001)
• [Publications] 荒木竜二, 陳 鵬, 豊田利夫: "可変運転条件における機械設備の異常診断法の研究(第1報,ウェーブレット解析、瞬間FFT及びウィグナ分布による診断精度の比較及び異常診断法)"日本機械学会九州支部第54期総会講演会講演論文集. 227-228 (2000)