JP2008180024A - 建設機械の監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】消耗部品の保守を適切に実施すること。
【解決手段】管理対象となる建設機械に搭載された端末装置と、端末装置を通じて建設機械の保守管理を行う管理サーバ４０とを備えた建設機械の監視システムであって、管理サーバ４０は、各地の位置情報と地盤情報とを対応付けた地盤データベースを有し、移動体情報を受信した場合にその位置情報から地盤情報を特定し、特定した地盤情報と稼働情報とに基づいて消耗部品の交換時期を演算する管理制御部４３を備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、建設機械を監視するシステムに関するもので、より詳細には建設機械で適用される消耗部品の保守を行うための建設機械の監視システムに関する。

この種の従来技術としては、建設機械に端末装置を搭載し、この端末装置が取得する建設機械の稼働情報に基づいて消耗部品の保守を行うようにしたものがある。消耗部品には、それぞれ標準となる保守時間が予め設定されている。

この建設機械の監視システムでは、端末装置が取得した建設機械の稼働時間が管理装置に送信され、消耗部品の保守時間との比較が行われる。建設機械の稼働時間の積算値が消耗部品の保守時間と一致した場合には、当該消耗部品を交換する等の保守作業が実施される（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１１９８３１号公報

ところで、走行履帯やバケットツース等の建設機械で適用される消耗部品は、それぞれの使用環境に応じて消耗の度合いが大きく異なる場合が多い。このため、建設機械の稼働時間を基準とする監視システムにあっては、必ずしも消耗部品の保守作業が適切であるとは限らない。例えば、建設機械の使用環境が比較的軽微である場合には、消耗部品の消耗度合いも小さいものとなるため、十分な寿命が残っている状態で消耗部品の交換が行われる虞れがある。逆に、建設機械の使用環境が厳しい場合には、消耗度合いが大きくなるため、残余使用時間を過ぎた消耗部品を継続使用する事態を招来する虞れがある。

本発明は、上記実情に鑑みて、消耗部品の保守を適切に実施することのできる建設機械の監視システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係る建設機械の監視システムは、管理対象となる建設機械に搭載された端末装置と、前記端末装置を通じて建設機械の保守管理を行う管理装置とを備えた建設機械の監視システムであって、前記端末装置は、建設機械が稼働した場合にその稼働情報及び建設機械の位置情報を取得する情報取得手段と、前記情報取得手段が取得した建設機械の稼働情報及び位置情報を前記管理装置に対して送信する情報送信手段とを備え、前記管理装置は、各地の位置情報と地盤情報とを対応付けた地盤データベースを有し、建設機械の情報を受信した場合にその位置情報から地盤情報を特定し、特定した地盤情報と稼働情報とに基づいて消耗部品の残余使用時間を演算する制御手段を備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る建設機械の監視システムは、上述した請求項１において、前記建設機械は、走行履帯を介して走行するものであり、前記情報取得手段は、建設機械の走行時間、走行速度及び牽引力のうちの少なくとも一つを稼働情報として取得するものであり、前記制御手段は、位置情報から特定した地盤の強度係数と建設機械の稼働情報とに基づいて消耗部品である走行履帯の残余使用時間を演算することを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る建設機械の監視システムは、上述した請求項１において、前記建設機械は、バケットによって掘削作業を行うものであり、前記情報取得手段は、バケットに関してその掘削時間、掘削速度及び負荷圧力のうちの少なくとも一つを稼働情報として取得するものであり、前記制御手段は、位置情報から特定した地盤の強度係数と建設機械の稼働情報とに基づいて消耗部品であるバケットツースの残余使用時間を演算することを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る建設機械の監視システムは、上述した請求項１において、前記管理装置は、演算した消耗部品の残余使用時間が所定の閾値以下となった場合に当該残余使用時間を保守情報として報知する保守情報監視手段を備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項５に係る建設機械の監視システムは、上述した請求項４において、前記建設機械は、表示手段を備え、前記端末装置は、保守情報を受信した場合に残余使用時間を表示するための表示情報を前記表示手段に与えることを特徴とする。

本発明によれば、消耗部品の使用環境である地盤情報を加味して残余使用時間を演算するようにしているため、消耗部品の保守をより適切に実施することが可能となる。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る建設機械の監視システムの好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態である建設機械の監視システムの概要構成を示したものである。ここで例示する監視システムは、走行履帯１１を介して走行し、かつ作業機として掘削用のバケット１２を備えた建設機械１０を監視対象とし、その保守・管理を行うものである。

図２に示すように、建設機械１０は、操作入力部１３、エンジン制御部１４及び作業制御部１５を備えている。操作入力部１３は、操作レバー、フットペダル、キーボード等、建設機械１０の操作者が所望の建設作業を実施するための指令やデータを入力するためのものである。エンジン制御部１４は、操作入力部１３から与えられた駆動指令に応じてエンジン１６を駆動することにより、建設機械１０の走行や牽引力を操作者の意に従って制御するものである。作業制御部１５は、操作入力部１３から与えられた駆動指令に応じてバケット用油圧シリンダ１７を駆動することにより、バケット１２の移動や掘削力を操作者の意に従って制御するものである。建設機械１０のエンジン１６は、キースイッチ１８をオンすることにより、エンジン制御部１４から始動信号が出力されて始動する。建設機械１０のエンジン１６が稼働状態にある場合には、エンジン１６に付設した発電機１９が駆動し、建設機械１０の電源であるバッテリ２０が充電されることになる。

また建設機械１０には、ＧＰＳセンサ２１、端末側送受信機２２、端末装置３０、表示手段２３が搭載してある。ＧＰＳセンサ２１は、図１及び図２に示すように、複数のＧＰＳ衛星ＧＳから送られる情報をＧＰＳアンテナ２４によって取得し、該取得した情報から自己の位置情報を検知するものである。端末側送受信機２２は、通信アンテナ２５、通信衛星ＣＳ及び地上局ＥＳを通じてインターネット等のネットワークＮＷに通信接続されており、このネットワークＮＷに接続された各種機器、例えば後述する管理者側の管理サーバ（管理装置）４０との間において情報や指令の送受信処理を行うものである。

端末装置３０は、管理サーバ４０との間において監視システムを構築するもので、図２に示すように、監視制御部３１を備えている。監視制御部３１は、建設機械１０に関する情報の収集を主機能とするもので、監視情報取得部３２及び通信処理部３３を有している。

監視情報取得部３２は、各種センサを通じて予め設定された情報の収集処理を行い、収集した情報を端末記憶部３４に「移動体情報」として格納するものである。本実施の形態では、予め設定した所定の取得時間ごとに監視情報取得部３２が、エンジン制御部１４及び作業制御部１５を通じて建設機械１０の稼働状況を示す稼働情報の収集を行うとともに、ＧＰＳセンサ２１を通じて建設機械１０の位置情報を収集するようにしている。エンジン制御部１４を通じて監視情報取得部３２が取得する稼働情報は、建設機械１０の走行時間、走行速度、牽引力を含むものである。作業制御部１５を通じて監視情報取得部３２が取得する稼働情報は、バケット１２による掘削時間、バケット１２の動作速度（作業機速度）、バケット１２に加えられた負荷圧力を含むものである。

通信処理部３３は、予め設定した送信タイミングで、端末記憶部３４に格納した移動体情報を管理サーバ４０に送信する処理を行うものである。本実施の形態では、予め設定した時間間隔で、あるいは建設機械１０の移動をトリガにして、通信処理部３３が自身の識別情報を含めて移動体情報の送信処理を実施するように設定してある。尚、エンジン１６が停止状態にある場合には、エンジン１６が稼働状態にある場合に比べて送信処理を行う時間間隔が大きくなるように設定してある。

表示手段２３は、端末装置３０から表示情報が与えられた場合にこれを可視表示するためのものである。

一方、管理サーバ４０は、建設機械１０の管理者が所有するもので、図３に示すように、管理記憶部４１、管理側送受信機４２、管理制御部４３を備えている。

管理記憶部４１は、各種情報を格納するもので、予め入力手段４８を通じて設定した車両情報、地盤データベース、コンポーネントライフ値情報、移動体履歴情報を有している。車両情報は、建設機械１０ごとにその識別情報、所有者情報を対応付けて格納したもので、表示手段４９を通じて適宜視認することが可能である。識別情報は、建設機械１０を識別するための符号である。所有者情報は、建設機械１０の所有者を特定するための情報である。所有者情報には、所有者が所有する携帯電話等の所有者端末装置５０（図１参照）に対して情報を送信するためのアドレス（メールアドレス）が含まれている。地盤データベースは、各地の位置情報と地盤情報とを対応付けて格納したものである。地盤情報とは、地盤の種類に応じて設定した地盤の強度係数であり、例えば図４に示すように、標準値を１．０とした正規化値として設定してある。コンポーネントライフ値情報とは、材質や寸法によって決定される消耗部品のコンポーネントライフ値（寿命）を示す情報であり、消耗部品の種類ごとに管理記憶部４１に格納してある。本実施の形態では、消耗部品として建設機械１０の走行履帯１１及びバケットツース１２ａ（図１参照）に関してそれぞれのコンポーネントライフ値が予め格納してある。走行履帯１１のコンポーネントライフ値は、地盤強度係数、建設機械１０の走行速度、建設機械１０の牽引力をそれぞれ標準値とした場合の最大使用時間であり、地盤強度係数（正規化値）×走行速度（正規化値）×牽引力（正規化値）×最大使用時間として与えられる。バケットツース１２ａのコンポーネントライフ値は、地盤強度係数、バケット１２の動作速度、バケット１２に加えられる負荷圧力をそれぞれ標準値とした場合の最大使用時間であり、地盤強度係数（正規化値）×動作速度（正規化値）×負荷圧力（正規化値）×最大使用時間として与えられる。

管理側送受信機４２は、インターネット等のネットワークＮＷに通信接続されており、このネットワークＮＷに接続された各種機器、例えば上述した端末装置３０や所有者端末装置５０との間において情報や指令の送受信処理を行うものである。

管理制御部４３は、端末装置３０を通じて建設機械１０の管理を行うもので、受信処理部４４、演算処理部４５、保守情報監視部４６及びＷｅｂクライアント部４７を有している。

受信処理部４４は、端末装置３０の通信処理部３３から送信された移動体情報を受信した場合、受信した移動体情報を建設機械１０の識別情報に対応付けて順次管理記憶部４１に移動体履歴情報として格納するものである。

演算処理部４５は、所定のタイミングで管理記憶部４１に格納された移動体履歴情報を読み出し、該読み出した移動体履歴情報に基づいて消耗部品の残余使用時間を演算するものである。さらに演算処理部４５は、演算した消耗部品の残余使用時間をその識別情報とともに建設機械１０の識別情報に対応付けて移動体履歴情報に追加格納する処理を行う。本実施の形態では、建設機械１０の端末装置３０から送信された移動体情報を受信した場合に都度消耗部品の残余使用時間を演算するようにしている。

保守情報監視部４６は、演算処理部４５が演算した残余使用時間を常時監視し、該残余使用時間が所定の閾値以下となった場合に該当する消耗部品を搭載した建設機械１０の端末装置３０及びその所有者が所有する所有者端末装置５０に対して保守情報を送信するものである。保守情報とは、残余使用時間を報知するための情報である。

Ｗｅｂクライアント部４７は、管理サーバ４０に対して外部から閲覧要求が与えられた場合、管理記憶部４１に格納した建設機械１０の移動体履歴情報を閲覧表示するためのコンテンツを提供するものである。建設機械１０の移動体履歴情報には、上述した演算処理部４５が算出した建設機械１０の保守情報も含まれている。

図５は、上述した管理サーバ４０の管理制御部４３が実施する消耗部品の保守管理処理を示すフローチャートである。まず、管理サーバ４０の管理制御部４３は、管理側送受信機４２を通じて建設機械１０から移動体情報を受信すると（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、当該受信した移動体情報に含まれる位置情報と管理記憶部４１に格納された地盤データベースとに基づいて現在建設機械１０が配置されている地盤の強度係数を特定する（ステップＳ１０２）。さらに管理制御部４３は、特定した地盤の強度係数が変化しているか否か、あるいは移動体情報に含まれる稼働情報から現在の建設機械１０の稼働状況に大幅な変化があるか否かを判断する（ステップＳ１０３）。地盤強度係数や稼働状況に変化があった場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、管理制御部４３はフラグをＯＮし（ステップＳ１０４）、その後に手順をステップＳ１０５に移行する。一方、地盤強度係数に変化がなかった場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、管理制御部４３はステップＳ１０４の処理を経ることなく手順をステップＳ１０５に移行する。尚、最初に移動体情報を受信した場合には、比較する地盤強度係数や稼働状況が存在しないため、これらに変化があり（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、ステップＳ１０４においてフラグをＯＮするものとする。

ステップＳ１０５において管理制御部４３は、ステップＳ１０１で受信した移動体情報に基づいて管理記憶部４１の移動体履歴情報を更新し、この更新した移動体履歴情報に基づいて経年負荷値を算出する（ステップＳ１０６）。さらに管理制御部４３は、算出した経年負荷値に基づいて消耗部品の残余使用時間を演算する（ステップＳ１０７）。

経年負荷値とは、消耗部品の消耗度合いを示すものであり、本実施の形態では日々の「地盤強度係数×稼働履歴値」を積分することによって算出している。

稼働履歴値とは、消耗部品の現在までの稼働状況を示すものであり、消耗部品の種類に応じたものとなる。例えば、走行履帯１１の場合には、建設機械１０の走行時間と、建設機械１０の走行速度と、建設機械１０の牽引力との三要素の積としてその稼働履歴値を算出している。走行履帯１１の稼働履歴値は、建設機械１０の走行時間と、建設機械１０の走行速度との二要素の積として代用することもできる。建設機械１０の走行速度及び牽引力は、それぞれコンポーネントライフ値を決定する場合の標準値に対する正規化した値であり、地盤ごとの平均値を代入して稼働履歴値を算出する。バケットツース１２ａの場合には、バケット１２による掘削時間と、バケット１２の動作速度と、バケット１２に加えられた負荷圧力との三要素の積としてその稼働履歴値を算出している。バケット１２の稼働履歴値は、バケット１２による掘削時間と、バケット１２の動作速度との二要素の積として代用することもできる。バケット１２の動作速度及び負荷圧力は、それぞれコンポーネントライフ値を決定する場合の標準値に対する正規化した値であり、地盤ごとの平均値を代入して稼働履歴値を算出する。

残余使用時間は、下式で示すように、各消耗部品のコンポーネントライフ値から上述した経年負荷値を減算した後、現在の地盤強度係数とこれからの稼働条件との積で除したものである。稼働条件とは、現在までの消耗部品の平均稼働状況を示すものであり、走行履帯１１の場合、建設機械１０の走行速度と建設機械１０の牽引力との積であり、バケットツース１２ａの場合、バケット１２の動作速度とバケット１２に加えられた負荷圧力との積である。
残余使用時間＝（コンポーネントライフ値−経年負荷値）／（現在の地盤強度係数×現在の稼働状況）

上記のようにして残余使用時間を算出した管理制御部４３は、これを建設機械１０の識別情報に対応付けて移動体履歴情報に格納し（ステップＳ１０８）、その後、フラグがＯＮであるか否かを判断する（ステップＳ１０９）。フラグがＯＮでない場合（ステップＳ１０９：ＮＯ）、つまりステップＳ１０３の判断において地盤強度係数や建設機械１０の稼働状況に変化がない場合、管理制御部４３は、以下の手順を経ることなく今回の処理を終了する。

これに対してフラグがＯＮであった場合（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）、つまり、最初に移動体情報を受信した場合、あるいは地盤強度係数に変化があった場合、管理制御部４３は、さらに残余使用時間が予め設定した閾値以下であるか否かを判断する（ステップＳ１１０）。残余使用時間が閾値以下である場合、管理制御部４３は、該当する消耗部品を搭載した建設機械１０の端末装置３０及びその所有者が所有する所有者端末装置５０に対して保守情報を送信する処理を行い（ステップＳ１１０：ＹＥＳ→ステップＳ１１１）、その後にフラグをＯＦＦし（ステップＳ１１２）、今回の処理を終了する。

この結果、建設機械１０には、表示手段２３に「走行履帯の残り使用時間が＊＊時間となりました。」等、残余使用時間が残り少ない旨の表示が行われ、また所有者端末装置５０に対しては、「走行履帯の残り使用時間が＊＊時間となりました。」等、残余使用時間が残り少ない旨の電子メールが送信される。従って、該当する建設機械１０の所有者や操作者は、消耗部品の発注や交換作業を事前予約することができるようになり、上述の残余使用時間に応じた最適なタイミングで消耗部品の交換を行うことが可能になる。

さらに、保守情報として送信される残余使用時間は、単に建設機械１０の稼働時間に応じて算出したものではなく、地盤の強度係数を加味したものであり、より実際の消耗度合いに即したものとなる。従って、十分な寿命が残っている状態で消耗部品の交換が行われたり、逆に残余使用時間を過ぎた消耗部品を継続使用する事態を招来する虞れがなくなる。

ここで、例えば、岩盤等、地盤強度係数の大きな現場において作業を行っている状況下において残余使用時間が閾値以下となったとしても、その後に砂礫や湿地等、地盤強度係数の小さい現場に移動して作業を行った場合には、消耗度合いが小さくなるため、残余使用時間も延長するはずである。

上記監視システムにおいては、こうした状況下においても消耗部品の保守を適切に実施することが可能である。つまり、上述した保守情報の送信処理は、残余使用時間が一旦閾値以下となった場合であっても、地盤強度係数が変化した場合にはステップＳ１０４においてフラグがＯＮとなる。従って、その後ステップＳ１１０において残余使用時間が閾値以下であるか否かを判断し、新たな地盤強度係数での稼働条件に応じて残余使用時間が閾値以下となった場合、再び該当する消耗部品を搭載した建設機械１０の端末装置３０及びその所有者が所有する所有者端末装置５０に対して保守情報が送信されることになる（ステップＳ１１０：ＹＥＳ→ステップＳ１１１）。

以降、上述した処理を予め設定したサイクルタイムで繰り返し実行することにより、常に建設機械１０が稼働する現場の地盤強度を加味した状態で消耗部品の保守管理処理が行われることになる。

尚、上述した実施の形態では、走行履帯１１及びバケットツース１２ａの保守管理を行うもの例示しているが、建設機械１０のその他の消耗部品に対しても同様に保守管理を行うことが可能である。

また、上述した実施の形態では、建設機械と管理サーバとの間の通信手段として通信衛星ＣＳを使用しているが、これに限らず、地上無線通信等、一般の地上無線機を介した無線通信や携帯電話器を用いた無線通信を使用してシステムを構成しても良い。

さらに、上述した実施の形態では、走行履帯の残余使用時間を演算する場合に稼働情報として、建設機械の走行時間、走行速度及び牽引力のすべてを取得するようにしているが、これら建設機械の走行時間、走行速度及び牽引力のうちの少なくとも一つを稼働情報として取得して走行履帯の残余使用時間を演算するようにしても良い。同様に、バケットについては、掘削時間、掘削速度及び負荷圧力のうちの少なくとも一つを稼働情報として取得してその残余使用時間を演算しても良い。

本発明の実施の形態である建設機械の監視システムの概要を示す概念図である。 図１に示した監視システムに適用される建設機械の構成を示すブロック図である。 図１に示した建設機械の監視システムに適用される管理装置の構成を示すブロック図である。 図３に示した管理装置が備える地盤データベースを例示した図表である。 図３に示した管理装置の管理制御部が実施する消耗部品の保守管理処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 建設機械
１１ 走行履帯
１２ バケット
１２ａ バケットツース
１３ 操作入力部
１４ エンジン制御部
１５ 作業制御部
１６ エンジン
１７ バケット用油圧シリンダ
２１ ＧＰＳセンサ
２２ 端末側送受信機
２３ 表示手段
２４ ＧＰＳアンテナ
２５ 通信アンテナ
３０ 端末装置
３１ 監視制御部
３２ 監視情報取得部
３３ 通信処理部
３４ 端末記憶部
４０ 管理サーバ
４１ 管理記憶部
４２ 管理側送受信機
４３ 管理制御部
４４ 受信処理部
４５ 演算処理部
４６ 保守情報監視部
４７ Ｗｅｂクライアント部
５０ 所有者端末装置

Claims (5)

1. 管理対象となる建設機械に搭載された端末装置と、前記端末装置を通じて建設機械の保守管理を行う管理装置とを備えた建設機械の監視システムであって、
   前記端末装置は、
   建設機械が稼働した場合にその稼働情報及び建設機械の位置情報を取得する情報取得手段と、
   前記情報取得手段が取得した建設機械の稼働情報及び位置情報を前記管理装置に対して送信する情報送信手段と
   を備え、
   前記管理装置は、
   各地の位置情報と地盤情報とを対応付けた地盤データベースを有し、
   建設機械の情報を受信した場合にその位置情報から地盤情報を特定し、特定した地盤情報と稼働情報とに基づいて消耗部品の残余使用時間を演算する制御手段を備える
   ことを特徴とする建設機械の監視システム。
2. 前記建設機械は、走行履帯を介して走行するものであり、
   前記情報取得手段は、建設機械の走行時間、走行速度及び牽引力のうちの少なくとも一つを稼働情報として取得するものであり、
   前記制御手段は、位置情報から特定した地盤の強度係数と建設機械の稼働情報とに基づいて消耗部品である走行履帯の残余使用時間を演算する
   ことを特徴とする請求項１に記載の建設機械の監視システム。
3. 前記建設機械は、バケットによって掘削作業を行うものであり、
   前記情報取得手段は、バケットに関してその掘削時間、掘削速度及び負荷圧力のうちの少なくとも一つを稼働情報として取得するものであり、
   前記制御手段は、位置情報から特定した地盤の強度係数と建設機械の稼働情報とに基づいて消耗部品であるバケットツースの残余使用時間を演算する
   ことを特徴とする請求項１に記載の建設機械の監視システム。
4. 前記管理装置は、演算した消耗部品の残余使用時間が所定の閾値以下となった場合に当該残余使用時間を保守情報として報知する保守情報監視手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の建設機械の監視システム。
5. 前記建設機械は、表示手段を備え、
   前記端末装置は、保守情報を受信した場合に残余使用時間を表示するための表示情報を前記表示手段に与える
   ことを特徴とする請求項４に記載の建設機械の監視システム。

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