診断特徴デザイナーでのアンサンブルデータのインポートと可視化

診断特徴デザイナーは、多機能グラフィカルインターフェイスを使用して、特徴を作成し、状態インジケーターの候補を評価できるアプリです。

アプリはデータアンサンブルを処理します。"アンサンブル" は、さまざまな状態下でシステムを測定またはシミュレートすることによって作成されたデータセットのコレクションです。1 つの状態セットにおける 1 つのシステムを表す個々のデータセットが "メンバー" です。診断特徴デザイナーは、1 つの操作の実行時にすべてのアンサンブルメンバーを処理します。

このチュートリアルでは、診断特徴デザイナーにデータをインポートし、インポートしたデータを可視化する方法を説明します。

トランスミッションモデルデータの読み込み

この例では、Simulink を使用した故障データの生成のトランスミッションシステムモデルから生成されたデータを使用します。モデルの出力には以下のものが含まれます。

ケーシングの振動を監視するセンサーからの振動測定
シャフトが 1 回転するたびにパルスを発するタコメーターからのデータ
モデル化された故障の存在を示す故障コード

データを読み込みます。データは、モデルのさまざまな状態下での複数のシミュレーションで記録された変数を含む table です。16 個のメンバーがトランスミッションモデルのログから抽出され、アンサンブルを形成しています。それらのメンバーのうちの 4 個は健全データを表し、残りの 12 個のメンバーはさまざまなレベルのセンサードリフトを示しています。

load dfd_Tutorial dataTable

この table を MATLAB^® コマンドウィンドウで表示します。

dataTable =

  16×3 table

        Vibration               Tacho           faultCode
    __________________    __________________    _________

    {6000×1 timetable}    {6000×1 timetable}        0    
    {6000×1 timetable}    {6000×1 timetable}        1    
    {6000×1 timetable}    {6000×1 timetable}        1    
    {6000×1 timetable}    {6000×1 timetable}        1    
    {6000×1 timetable}    {6000×1 timetable}        1    
    {6000×1 timetable}    {6000×1 timetable}        1    
    {6000×1 timetable}    {6000×1 timetable}        1    
    {6000×1 timetable}    {6000×1 timetable}        1    
    {6000×1 timetable}    {6000×1 timetable}        0    
    {6000×1 timetable}    {6000×1 timetable}        0    
    {6000×1 timetable}    {6000×1 timetable}        0    
    {6000×1 timetable}    {6000×1 timetable}        1    
    {6000×1 timetable}    {6000×1 timetable}        1    
    {6000×1 timetable}    {6000×1 timetable}        1    
    {6000×1 timetable}    {6000×1 timetable}        1    
    {6000×1 timetable}    {6000×1 timetable}        1

table は 16 行で、それぞれが 1 つのメンバーを表します。各列は変数名になっています。データ変数 Vibration と Tacho は、それぞれが timetable で表され、timetable の長さはすべて同じです。3 番目の変数 faultCode は状態変数です。faultCode の値は、健全であれば 0、劣化であれば 1 です。

診断特徴デザイナーを開く

診断特徴デザイナーを開くには、コマンドウィンドウに次のコマンドを入力します。

diagnosticFeatureDesigner

データのインポート

前に読み込んだデータセットを MATLAB ワークスペースにインポートします。インポート処理を開始するには、[特徴デザイナー] タブで [新規セッション] をクリックします。

The New Session button is the leftmost item in the Feature Designer tab.

[新規セッション] ダイアログボックスが開きます。[データセットをワークスペースから選択] ペインの [ソース] リストから、[dataTable] を選択します。

The Source Choose variable list shows one entry, "dataTable".

これで、ダイアログボックスの [ソース変数を選択] ペインに、[dataTable] 内の変数が表示されます。既定では、アプリは最初にすべてのソース変数をインポート対象として選択します。

New session dialog. Source selection of dataTable is on the left. Source variables are in the middle. Source variable properties is empty.

アプリによって、メンバーの table と組み込みの timetable から変数名が抽出されます。変数 Vibration と変数 Tacho の名前の横にあるアイコンは、アプリがそれらの各変数を変数 Time と変数 Data を含む時間ベースの信号として解釈していることを示しています。この解釈については、下部の [概要] ペインで確認できます。このペインには、ソースレベルの各変数について、変数の名前、型、および独立変数が表示されます。

3 つ目の変数として [Sample (バーチャル)] もリストに表示されますが、この変数は選択されず、[概要] に表示されません。これは、アプリ内でバーチャル独立変数を生成するためのオプションとして、インポートダイアログに常に含まれる変数です。

Vibration の行を選択して、Vibration のプロパティを表示します。

The Vibration row is selected in the source variables on the left. The properties of Vibration and a table containing its first 10 values are on the right.

アプリが自動的にプロパティ構成用の最初の変数行を選択するため、[ソース変数のプロパティを構成] ペインに、変数の名前が Vibration、変数の型が [信号] と表示されます。Vibration では、振動データが timetable にパッケージ化されているため、[変数の型] のオプションは [信号] だけになります。[ソース変数プロパティ] には、Vibration のデータのプレビューも表示されます。

次に、faultCode の変数の型を調べます。faultCode の横のヒストグラムが描かれたアイコンは、特徴を表すものです。特徴と状態変数はどちらもスカラーで表現できるため、状態変数が categorical でない限り、アプリは両者を識別できません。変数の型を変更するには、faultCode をクリックしてそのプロパティを開き、[変数の型] で [特徴] を [状態変数] に変更します。

The faultCode row is selected on the left. The Variable type list on the right contains Feature, Condition Variable, and Independent Variable.

これで、faultCode のアイコンには状態変数を表す荷札マークが描かれるようになります。

faultCode with an icon that looks like a paper tag

[概要] でアンサンブルの指定内容を確認し、[インポート] をクリックします。

Summary window shows the ensemble name on the top left. The table below contains rows for Vibration, Tacho, and faultCode. Each row contains columns for Variable Name, Variable Type, and Independent Variable.

インポートした変数は [変数] ペインに表示され、[信号] タイプと [状態変数] タイプに整理されています。信号の横のカラーボックスは、その信号のプロットにおける色を表します。[振動] 信号と [タコメーター] 信号は、いずれも Data 列に信号データを含む timetable であるため、両方の信号名の下に [データ] が表示されます。

[振動] 信号を選択すると、[詳細] ペインには、直接インポートとしての信号の派生およびその独立変数 (IV) など、信号に関する追加情報が表示されます。また、[詳細] ペインには、フレームセグメントで処理された信号ではなく完全な信号であること、16 のメンバーを含むデータセットに属している信号であることが表示されます。

The Variables pane on the top shows Vibration and Tacho with legend boxes of different colors. The Details panel on the bottom provides information on Vibration.

データの可視化

信号を読み込んだらプロットし、すべてのアンサンブルメンバーを一緒に表示します。振動信号を表示するには、[振動] ペインの Vibration で Data を選択します。信号変数を選択すると、プロットギャラリーの [信号トレース] オプションが有効になります。[信号トレース] をクリックします。

The Signal Trace Icon is the second icon from the right in this portion of the feature designer tab.

プロット領域に、16 個のすべてのメンバーの信号トレースプロットが表示されます。カーソルをデータに移動すると、カーソルを合わせているメンバーが右下隅のインジケーターで識別されます。2 番目のインジケーターは、そのメンバーの故障コードの値を示します。

The signal trace is plotted in the pane on the right.

ズームやパンなど、MATLAB の標準のプロットツールを使用してトレースプロットを操作します。それらのツールにアクセスするには、プロットの右上のエッジにカーソルを合わせます。[信号トレース] プロットを選択すると表示される [信号トレース] タブで特別なオプションを使用することもできます。

信号トレースオプションを使用したデータの調査

[信号トレース] タブのオプションを使用してプロットのデータを調べます。

The plot on the right shows multiple signals of the same color. Data cursors intersect two major peaks of one of the members. Information about the member is in the lower right corner.

ピークが高いいずれかのメンバーについて、ピーク間の距離を測定します。

2 番目のピークのクラスターにズームインします。パナーストリップで、右のハンドルを 8 のあたりに移動します。次に、左のハンドルが 4 のあたりになるようにパナーウィンドウを移動します。これで、2 番目のピークのセットがウィンドウ内に収まります。
最初の高いピークで一時停止し、メンバーの番号をメモします。2 番目の高いピークも同じメンバートレースの続きです。
[データカーソル] をクリックし、[垂直方向のカーソル] を選択します。左のカーソルを最初の高いピークに合わせ、右のカーソルをそのメンバーの 2 番目のピークに合わせます。プロットの右下隅に間隔 dX が表示されます。
[水平方向の間隔をロック] を選択します。カーソルペアを同じメンバーのピーク 1 つ分だけ右にシフトします。右のカーソルがメンバーの 3 番目のピークに揃うことに注意してください。

健全ラベルと故障ラベルをもつ信号の異なった色での表示

faultCode の値が一致するメンバーを色分けして表示します。[グループ化] で、[faultCode] を選択します。

The Group By option is the first item on the right. The list contains items for none and faultCode.

結果の信号トレースから、高い振動のピークはいずれも劣化システムからのデータに関連していることがわかります。ただし、すべての劣化システムのピークが高いわけではありません。

The plot of the signals with two colors, one for members with faultCode = 1, and one for members with faultCode = 0

[グループ化] のようなオプションをプロットタブで使用する場合、選択は現在のプロットに限定されます。すべてのプロットに対し既定のプロットオプションを設定するには、[特徴デザイナー] タブで [プロットオプション] をクリックします。次に、[グループ化] で [faultCode] を選択します。

The Plot Options dialog box contains, from top to bottom, General, Spectrum, and Ensemble Summary preferences. Group By is at the top of the General section.