ISO 13374: 機械の状態監視および診断 - データ処理、通信および表示

まとめ

ISO 13374は、産業用IoTおよび状態監視ソフトウェアの世界で非常に影響力のある規格です。異なる監視システム、センサー、ソフトウェアプラットフォーム間の相互運用性という課題に取り組んでいます。測定技術を定義するのではなく、状態監視データの処理、保存、交換方法に関する標準化されたオープンアーキテクチャを規定しています。このアーキテクチャは、しばしば機械情報管理オープンシステムアライアンス（MIMOSA）アーキテクチャと呼ばれ、このアーキテクチャを基盤としています。その目標は、状態監視技術のための「プラグアンドプレイ」環境を構築することです。

目次（概念構造）

この規格は複数のパートに分かれており、階層化された情報アーキテクチャを定義しています。規格の中核となるのは、あらゆる状態監視システムにおけるデータフローを表す6つの主要なレイヤーを備えた機能ブロック図です。

1. 1. DA: データ取得ブロック:

   これは基礎層であり、物理マシンとデジタル監視システムの間の橋渡しとして機能します。DAブロックの主な機能は、センサー（例えば、 加速度センサー, 近接プローブDAブロックは、温度センサーや圧力トランスデューサーなどのセンサーから出力された、未処理のアナログ信号またはデジタル信号を取得します。このブロックは、センサーへの電源供給（例：加速度センサー用のIEPE電源）、増幅やフィルタリングによる不要なノイズ除去などの信号処理、アナログ-デジタル変換（ADC）の実行など、すべての低レベルハードウェアインタラクションを担当します。DAブロックの出力は、通常、デジタル化された生データストリームです。 時間波形その後、アーキテクチャ内の次の層に渡されて処理されます。

2. 2. DP: データ処理ブロック:

   このブロックは、監視システムの計算エンジンです。データ取得（DA）ブロックからデジタル化された生データストリーム（時間波形など）を受け取り、分析に適したより意味のあるデータタイプに変換します。DPブロックの中核機能は、標準化された信号処理計算を実行することです。これには、主に以下の処理が含まれます。 高速フーリエ変換（FFT） 時間領域信号を周波数領域信号に変換する スペクトラムこのブロック内で定義されている他の主要な処理タスクには、全体的なブロードバンドメトリックの計算などが含まれます。 RMS 値を計算し、デジタル積分を実行して加速度信号を速度または変位に変換し、さらに高度な特殊処理を実行する。 復調 または エンベロープ分析 転がり軸受の故障に関連する特徴的な高周波衝撃信号を検出します。

3. 3. DM: データ操作ブロック（状態検出）

   このブロックは、データ処理から自動分析への重要な移行点です。DPブロックから処理されたデータ（RMS値、特定の周波数振幅、スペクトルバンドなど）を受け取り、論理ルールを適用して機械の動作状態を判断します。ここで、問題の最初の「検出」が行われます。DMブロックの主な機能は、閾値チェックを実行することです。測定値を、例えば「ゾーン境界」で定義されたゾーン境界などの事前定義されたアラーム設定値と比較します。 ISO 10816 または、ユーザー定義によるベースラインからのパーセンテージ変化。これらの比較に基づいて、DMブロックはデータに「正常」「許容」「警告」「危険」などの個別の「状態」を割り当てます。この出力はもはや単なるデータではなく、次のレイヤーに渡して診断したり、即時通知をトリガーしたりできる実用的な情報です。

4. 4. HA: 健康評価ブロック:

   このブロックは診断システムの「頭脳」として機能し、「何が問題なのか？」という質問に答えます。データ操作（DM）ブロックから状態情報（「アラート」ステータスなど）を受け取り、分析インテリジェンスのレイヤーを適用して、異常の具体的な根本原因を特定します。ここでは、単純なルールベースのシステムから複雑な人工知能アルゴリズムまで、さまざまな診断ロジックが実行されます。例えば、DMブロックがシャフトの回転速度のちょうど2倍（2X）の周波数で高振動のアラートをフラグ付けした場合、HAブロックのルールベースのロジックはこのパターンを特定の障害と関連付け、「シャフトの異常の可能性あり」という診断結果を出力します。 ずれ同様に、アラートが特徴的なサイドバンドを伴う非同期の高周波ピークである場合、HAブロックは特定の「ベアリングの欠陥このブロックの出力は、機械コンポーネントの特定の健全性評価です。

5. 5. PA: 予後評価ブロック:

   このブロックは予知保全の最高峰であり、「あとどれくらい安全に稼働できるか」という重要な問いに答えることを目指します。ヘルスアセスメント (HA) ブロックからの特定の障害診断を取得し、それを過去の傾向データと組み合わせて、障害の今後の進行を予測します。これは最も複雑なレイヤーであり、多くの場合、高度なアルゴリズム、機械学習モデル、または故障物理モデルを使用します。目標は、現在の劣化速度を将来に外挿して、コンポーネントの残存耐用年数 (RUL) を推定することです。たとえば、HA ブロックでベアリングの欠陥が特定された場合、PA ブロックは過去数か月間の欠陥頻度の増加率を分析し、重大な故障レベルに達する時期を予測します。出力は単なる診断ではなく、具体的な対応のタイムフレームです。

6. 6. AP: アドバイザリプレゼンテーションブロック:

   これは、ユーザーの観点から見ると最終かつ最も重要なレイヤーです。基礎となるすべてのデータと分析を実用的なインテリジェンスに変換するからです。AP ブロックは、下位レイヤーの調査結果を人間のオペレーター、信頼性エンジニア、および保守計画担当者に伝える役割を担います。その主な機能は、適切な情報を適切な人に適切な形式で提示することです。これは、色分けされたヘルス インジケータ付きの直感的なダッシュボード、自動的に生成される電子メールまたはテキスト メッセージのアラート、スペクトルと波形のプロットを含む詳細な診断レポート、そして最も重要な、具体的で明確な保守推奨事項など、さまざまな形式をとることができます。効果的な AP ブロックは、ベアリングに障害があることを単に伝えるのではなく、「モーターの外側のベアリングでインナー レースの欠陥が検出されました。残存耐用年数は 45 日間と推定されます。推奨事項: 次回の計画停止時にベアリングの交換をスケジュールしてください。」などの包括的なアドバイスを提供します。

重要な概念

• 相互運用性: これが ISO 13374 の主な目標です。共通のフレームワークとデータ モデルを定義することで、企業はベンダー A のセンサー、ベンダー B のデータ収集システム、ベンダー C の分析ソフトウェアを使用し、それらをすべて連携させることができます。
• オープンアーキテクチャ: この規格は、オープンで独自仕様ではないプロトコルとデータ形式の使用を促進し、ベンダーロックインを防ぎ、状態監視業界におけるイノベーションを促進します。
• ミモザ： この規格は、MIMOSA組織の活動に大きく基づいています。MIMOSAのC-COM（共通概念オブジェクトモデル）を理解することは、ISO 13374の詳細な実装を理解する鍵となります。
• データから意思決定へ: 6 ブロック モデルは、生のセンサー測定値 (データ取得) から実用的なメンテナンス アドバイス (アドバイス プレゼンテーション) までの論理的な経路を提供し、最新の予測メンテナンス プログラムのデジタル バックボーンを形成します。

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