風力発電機の遠隔監視に関するニーズや課題に対する取り組みをご紹介します。
ニーズと課題
風力発電機などの大型の機械設備は常に故障なく運転することが求められます。
メンテナンスの方法として、定期的にメンテナンスを行うTime Based Maintenance(TBM)が一般的で、法律などにより点検が義務付けられている機械もあります。また、機械の調子の悪いときにだけ、臨時でメンテナンスを受けるスポット保守をとる現場もあります。これらのメンテナンスの方法は、保守を行ったタイミングでは健全性が保証されますが、時間の経過とともに故障するリスクが大きくなります。
一方で機械の状態を監視してメンテナンスを行うCondition Based Maintenance(CBM)という方法があります。この方法は、機械の状態をセンサーにより計測し、経時変化を捉え、未然に故障を防止したり、故障が発生しても故障の影響を低くするなど対策を行う方法です。CBMに用いられる機械の状態を精密にモニタリングするシステムはCondition Monitoring System(CMS)と呼ばれています。
大型の機械装置は多数の機械要素から構成され、発生する音も様々です。CMSは専門性が高く、従来、機械要素ごとに（例えばベアリングや直動機構など）開発されています。しかし、大型機械では多くの機械要素が組み合わされて製造されており、CMSを導入する場合、機械要素ごとに導入しなくてはならず費用や運用面で課題があります。
一方で、従来より、メンテナンスの担当者は音で装置の異常を検知することを経験的にやっており、大型機械全体の異常を音で判別することが出来ます。音によりこの熟練の技術者の能力が代替出来れば、メンテナンスの担当者を現場に派遣しなくても異常の切り分けが可能です。Mononeは音による状態をモニタリングするCMSを目指して開発しており、以下のニーズを実現します。
- 全国にある大型機械の異音を収集し、リアルタイムに異常を検知したい。
- 過去の音と比較して現在の音がどの程度変化したのか、定量的に知りたい。
- 複数の類似の装置と比較して、ある装置の音の違いがあるかどうかを知りたい。
- ユーザが誤った使用方法をしている場合の証跡を残したい。
NTTデータCCSのソリューション
高騒音下でも対応出来ます
高騒音下で装置の音を収集し判断する場合、通常のマイクでは低周波ノイズが多く乗ってしまいます。その音をそのまま使用することは出来ないのでノイズを取り除く工夫が必要ですが、一旦ノイズが混ざった音から装置の音だけを取り出すことは困難です。そこで、弊社では接触式マイクを開発しました。これは医者の聴診器のように装置に直接接触させて音を収集するため明瞭に音を捉えることが出来ます。
接触式マイクと空間伝播マイクの比較
以下は屋外横型ポンプのポンプ側について非接触式マイクと接触式マイクの波形の違いを比較した図になります。 非接触式のマイクでは接触式マイクと比較して、周辺音（低周波数成分）が多く含まれていることが判ります。そのため、機器は一定の動作をしているにも関わらず音圧が一定ではありません。
一方、接触式マイクではノイズの影響がないため音圧が安定しています。
正常音のみでも大丈夫です
現場の装置は、適切にメンテナンスして運用していれば故障することは稀です。故障する前後で装置の音を録音出来れば判定精度は上がりますが、故障が発生するまで録音を常時継続することは現実的ではありません。弊社では教師データなしの機械学習モデルにより音を判別します。この方法は、正常時の音を集め、その音から正常音のモデルを作り、測定した音と正常音モデルが、どの程度異なっているのかを統計的に計算し数値化する方法です。この方法を用いれば、故障時の音を録音することは必須ではありません。
異常判定のアルゴリズム
装置から取得したデータを特徴量に変換し、特徴量空間から音の状態値を計算します。特徴量の計算には【FLAC】や【変動音解析】を、状態値の計算には【GMM】や【CNN】を装置特性やニーズによって組み合わせて使用します。計算によって求められた乖離値から閾値を定め正常・異常を判別します。
個体間の違いや経時変化が定量化出来ます
装置の様々な運転モードの音を用いてモデルを作ることにより、運転モードが変化しても正常時からの状態変化を数値化することが可能です。また、基準となる正常音モデルで検査時の音を評価することで、人によらない定量的な評価が可能となり、個体間の差や経時変化も数値化出来るため適切な保守タイミングの判断に用いることが出来ます。
クラウドの活用
実績
出荷検査
出荷検査業務への適用
（モーター）
異音検知をモーター又はモーターを組み込んだ商品の出荷検査業務に適用する事例をご紹介します。
保守点検
巡視点検業務への適用
（プラント）
製油所や化学プラントなど、広大な敷地に設置された設備の巡視点検業務に異音検知を活用する取り組みをご紹介します。
稼働確認
遠隔監視業務への適用
（風力発電）
風力発電機の遠隔監視に関するニーズや課題に対する取り組みをご紹介します。
