JP2015133115A - 残存耐用寿命決定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】部品の残存耐用寿命を決定するように構成された、さらなる方法および／またはコンピュータに基づくシステムが提供される。【解決手段】本開示は、残存耐用寿命予測システム１００に対する方法に関する。本システム１００は、部品の残存耐用寿命（ＲＵＬ）を計算するように構成されたハードウェアとソフトウェアとの組み合わせを含む。システムは、部品の工学的設計（形状、材料、設計荷重）、部品の過去の劣化プロファイルの実測値、部品の予測荷重使用の推定値、および部品の残存構造荷重保持能力の概算値を特性化する情報を入力として受信するように構成されてもよい。本方法は、部品特性データ、部品の過去の劣化測定値、部品の予測荷重使用の推定値、部品の残存構造荷重保持能力の概算値を受信し、受信されたこれらのうちの少なくとも１つの分析に基づいて部品の残存耐用寿命を決定し、ディスプレイを介して決定された残存耐用寿命を表示することを含む。【選択図】図１

Description

本開示は、機器の一部品または一個の機具の残存耐用寿命を決定することに関する。

多くの場合、今後の機器発送および予備部品の在庫管理の効率的な計画のために、意思決定者に対して利用可能な情報が不足している。例えば、機器内の一部品または複数の部品が、機器がもはやその機能を実行することが不可能になるような障害を被るまでの残存時間を詳述する情報は、従来欠如している。この残存時間は、部品の残存耐用寿命（Ｒｅｍａｉｎｉｎｇ Ｕｓｅｆｕｌ Ｌｉｆｅ）（ＲＵＬ）と呼ばれる。ＲＵＬは、予測機能と見なされる。

部品の残存耐用寿命を決定するように構成された、さらなる方法および／またはコンピュータに基づくシステムが求められている。

本開示は、部品の残存耐用寿命を決定するように構成された方法および／またはコンピュータに基づくシステムに関する。様々な実施形態に従って、この方法は、コンピュータに基づくシステムの計画および使用モジュールによって、部品の使用計画および使用報告のうちの少なくとも１つを受信することを含み得る。この方法は、コンピュータに基づくシステムの検出モジュールによって、部品に関連するセンサを介して測定データを受信することを含み得る。この方法は、コンピュータに基づくシステムの観察記録活動モジュールによって、部品に関連する記録された観察可能な現象を受信することを含み得る。この方法は、コンピュータに基づくシステムの特性モジュールによって、部品の材料特性に関連するデータを受信することを含み得る。

様々な実施形態に従って、この方法は、部品特性データ、部品の過去の劣化測定値、部品の予測荷重使用の推定値、および部品の残存構造荷重保持能力の概算値のうちの少なくとも１つを受信することを含み得る。この情報は、相関比較および処理されてもよい。この方法は、部品の残存耐用寿命を計算することを含み得る。

本開示の主題は、本明細書の結論部分において詳細に指摘され、明確に請求される。しかしながら、本開示のより完全な理解は、同一の数字が同一の要素を示す図面と関連付けて考慮されるときに、詳細な説明および特許請求の範囲を参照することによって、最良に取得され得る。

様々な実施形態に従って、本明細書に記載されるシステムの工程フローを描写する図である。 様々な実施形態に従って構成された、コンピュータに基づくシステムを描写する図である。

本明細書の例示的な実施形態に関する詳細な記述は、図面およびそれらの最良の実施態様によって例示的な実施形態を示す、添付図面を参照する。これらの例示的な実施形態は、当業者が本開示を実施することを可能にするために十分詳細に記載されているが、他の実施形態が実現され得ること、さらに、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、論理的変更がなされ得ることが理解されるべきである。したがって、本明細書の詳細な説明は、限定ではなく例示の目的でのみ提示される。例えば、方法または工程の説明のいずれかに記載された手順は、どの順序で実行されてもよく、必ずしも提示された順序に限定されるものではない。さらに、単数への言及は複数の実施形態を含み、１つより多い構成要素または手順への言及は、単数の実施形態または手順を含み得る。

本開示は、残存耐用寿命予測（Ｒｅｍａｉｎｉｎｇ Ｕｓｅｆｕｌ Ｌｉｆｅ Ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ）（ＲＵＬＦ）システム１００に関する。様々な実施形態に従って、図１を参照すると、ＲＵＬＦシステム１００は、部品の残存耐用寿命（ＲＵＬ）を計算するように構成された機能構成要素の組み合わせを含む。ＲＵＬＦシステム１００は、部品の工学的設計（形状、材料、設計荷重）、部品の過去の劣化プロファイルの実測値、部品の予測荷重使用の推定値、および部品の残存構造荷重保持能力の概算値を特性化する情報などの、様々な入力を受信するように構成されてもよい。ＲＵＬＦシステム１００は、このデータ、情報、および計算機能を１つのシステムに統合するためのシステム、プロセッサ、および／またはモジュールを備える。

ＲＵＬＦシステム１００は、例えば、部品の現在の劣化レベル（残存荷重保持能力）、荷重状態履歴、および特性モデル情報などを、データベース内に格納するように構成されてもよい。クエリーの受信に応答して、これらのデータベースは、現在および将来の荷重保持能力の変化率を決定するためにＲＵＬ計算機能によって使用される、情報およびモデルを提供する。これらの変化率を表す、材料力学に基づく等式は、部品の材料特性、形状、環境（例えば、温度）、荷重状態推定値、材料力学関係、および時間の関数である。これらの等式は、荷重保持能力が障害を示す閾値に達するまで、時間の関数として数値積分される。現在の時間から、関数がその能力に達する時間までの経過時間がＲＵＬである。荷重モードに基づく荷重保持能力変化率の等式は、式：
ｄｎ／ｄｔ＝ｆ（ｎ^Mode，ｆ_geometry，ｆ_environment，ｆ_material，Ｆ）
によって表され、式中、ｎは荷重保持能力であり、Ｍｏｄｅは荷重の種類に基づく指数因子であり、ｆ_geometry、ｆ_enviromnent、およびｆ_materialは、モデルに基づく定式であり、さらにＦは一般化された荷重状態である。ｄｎ／ｄｔの等式は、荷重保持能力が障害を示す閾値に達するまで、時間の関数として数値積分されてもよい。関数が、この能力に達するおよび／または接近する時間が、部品の残存耐用寿命（ＲＵＬ）１９０である。これは、ディスプレイを介して、例えばユーザなどに送信および／または出力されてもよい。

様々な実施形態に従って、ＲＵＬＦシステム１００は、以下の要素、つまりコンピューティングハードウェア、センサハードウェア、および様々な処理機能を実行するように構成された論理モジュール、の組み合わせであってもよい。システムの異なる機能は、これらの要素のうちの１つ、または組み合わせで実行されてもよい。これらの要素は、標的機器に統合され、標的機器または遠隔コンピューティングプラットフォームのモバイルコンピューティングプラットフォームに提供されてもよい。各機能は、別の下流機能で使用するための、または最終ＲＵＬ計算で使用するための情報に、データや情報を変換する。

ＲＵＬ計算機能１８０がデータおよび情報を受信するデータベースは、部品荷重状態履歴データベース１５５、部品劣化履歴データベース１６５、および部品特性化モデルデータベース１７５である。これらのデータベース１５５、１６５、１７５は、支持機能からのデータおよび情報が追加される。部品荷重状態履歴データベース１５５のデータは、部品が経時的に経験する圧力および環境に関して荷重履歴を特性化するために、計画および使用コンパイル機能１１５および検出機能１２５からのデータおよび情報を使用する、荷重状態特性化機能１５０によって生成される。部品劣化履歴データベース１６５のデータは、荷重保持能力に関して部品の劣化を記録する活動を記録する検出機能１２５および観測記録活動機能１３５からのデータを使用する、劣化推定機能１６０および観察記録活動機能１３５によって生成される。部品特性モデルデータベース１７５は、工学モデル発展努力、特性モデル発展機能１４５によって提供されたデータを使用して生成され、これは工学データおよび材料力学の概念に関してバルク材料損失率モデルを特性化する。

様々な実施形態に従って、計画および使用コンパイル機能１１５は、コンピュータに基づくシステムの計画および使用モジュールによって実行されてもよい。検出機能１２５は、コンピュータに基づくシステムの検出モジュールによって実行されてもよい。観測記録活動機能１３５は、コンピュータに基づくシステムの観測記録活動モジュールによって実行されてもよい。特性モデル発展機能１４５は、コンピュータに基づくシステムの特性モデル発展モジュールによって実行されてもよい。

ＲＵＬＦシステム１００は、材料力学の手法を使用して部品ＲＵＬ予測を実行するために、様々な必須要素を統合する。この手法は、荷重および構造荷重保持能力の関数として、応力の概算値を求めるための材料力学理論に基づくものを含み得る。従来、部品のＲＵＬを予測する手法の大部分は、データに基づく確率論および統計的手法のみに依存および関連する。材料力学手法に基づくモデルの使用は、所与の部品のためのＲＵＬ技術開発に関連するデータセットの訓練の数および範囲を減少させる。このような幾何学的寸法、応力集中係数、および弾性率などの既知の値をＲＵＬモデルの態様に割り当てることは、ＲＵＬ計算における変動源を減少させる。

この手法は、単純、繰返し、擬似の一定振幅荷重に制約されるパリスの法則などの、他のモデルに基づく繰返し荷重技術に対する改良である。材料力学手法に基づくモデルは、一般化振幅および持続時間荷重を可能にする数値積分解法を用いることで、時間に基づく。

等式：
ｄｎ／ｄｔ＝ｆ（ｎ^Mode，ｆ_geometry，ｆ_environment，ｆ_material，Ｆ）
は、部品の現在の障害状態、および部品の形状、材料特性、環境要因および荷重などの他の要因に基づく障害状態の変化率、を予測するために一般的に使用されてもよい。ｎ^modeは、現在の障害状態および荷重の種類であってもよい。現在の障害状態は、部品劣化履歴データベース１６５に格納されてもよい。ｆ_geometryは、部品特性化モデルデータベース１７５に関連付けられてもよい。ｆ_geometryは、部品の形状、レバーアーム、および／または形態から計算された値などの工学値であってもよい。ｆ_environmentは、部品特性モデルデータベース１７５および／または部品特性化モデルデータベース１７５に格納されてもよい。ｆ_materialは、部品特性モデルデータベース１７５に格納されてもよい。「Ｆ」は、部品荷重状態履歴データベース１５５に格納された荷重に対応してもよい。

部品に経験される応力は、部品の形状関数であってもよい。構造分析、実験データ、設計荷重、および／または材料力学を含む材料特性は、データ１４０として特性モデル発展機能１４５に入力されてもよい。このデータ１４０は、分析を通して処理され、さらにＲＵＬ計算機能１８０に検索して入力され得るように、その後部品特性モデルデータベース１７５などのデータベースに格納されてもよい。

観察可能な現象は、観測記録活動機能１３５へのデータ入力１３０であってもよい。これは、しわ、変色、屈曲、ゆがみ、亀裂、および／または同類のものなどの物理的に観察される現象が観察され、さらに経時的な関数として記録される、データベースフィードを含み得る。これは、定期保守および／または検査努力の一部として記録され得る。

センサはまた、ＲＵＬＦシステム１００にデータ１２０を入力してもよい。例えば、物理現象の一態様が、障害状態と関連付けられてもよい。この態様は、既知の荷重下でより経時的に増大するひずみであり得る。分析された検出データ１２０は、部品荷重状態履歴データベース１５５および／または部品劣化履歴データベース１６５に供給されてもよい。

様々な実施形態に従って、所与の部品は、特定の経時的な荷重の種類を経験することになっている。各部品は、その部品がどのように使用されるかに応じて、異なる経時的な荷重レベルを有してもよい。例えば、ヘリコプター動力伝達装置の場合、異なる飛行状態を経験することに応答して、ヘリコプター動力伝達装置は、異なるトルクレベルを経験し得る。異なるトルクレベルは、特性化および格納されてもよい。この経時的な使用を表す使用計画および使用報告データ１１０は、使用コンパイル機能１１５を通して入力されてもよい。

部品は、経時的に劣化帯に進入してもよい。各劣化帯は、部品が進入しうる様々な閾値を有してもよい。ＲＵＬＦシステム１００の機能は、検査中の各部品に基づいて、これらの閾値を説明するために研ぎ澄まされてもよい。部品が使用されるにつれて継続的に更新および／または定期的に更新され得る情報が、データベース１５５、１６５、１７５に追加されることに応答して、荷重状態、劣化履歴および工学データは、必要に応じて部品の現在の使用との相関性を比較される。障害状態の変化率の等式は、その部品の残存耐用寿命値を生成するために利用されてもよい。

様々な実施形態に従って、この方法は、部品特性データ、すなわち部品の過去の劣化測定値、部品の予測荷重使用の推定値、および部品の残存構造荷重保持能力の概算値のうちの少なくとも１つを受信することを含み得る。この情報は、相関比較および処理されてもよい。この方法は、部品の残存耐用寿命の計算を含み得る。

利益、他の利点、および問題の解決策が、特定の実施形態に関して本明細書に記載されている。さらに、本明細書に含まれる様々な図面に示される接続線は、様々な要素間の例示的な機能的関係および／または物理的結合を表すことを意図している。多くの代替または追加の機能的関係または物理的接続が、実際のシステムに存在し得ることが留意されるべきである。しかしながら、利益、利点、問題の解決策、およびあらゆる利益、利点、または解決策が発生する、またはより顕著になることを引き起こし得るあらゆる要素は、本開示の重大な、必須の、または本質的な特徴または要素として解釈されるべきではない。本開示の範囲は、その結果、単数形の要素への言及が、そのように明言されない限り、「唯一の」ではなくむしろ「１つ以上の」を意味することが意図される、添付の特許請求の範囲以外の何によっても制限されることはない。

システム、方法、および装置が本明細書で提供される。本明細書の詳細な記述において、「様々な実施形態」、「一実施形態」、「ある実施形態」、「例示的な実施形態」、などへの言及は、記載される実施形態が、特定の特徴、構造、または特性を含み得るが、全ての実施形態が特定の特徴、構造、または特性を必ずしも含み得ないことを示す。さらに、そのような語句は、同一の実施形態に必ずしも言及しないことがある。さらに、特定の特徴、構造、または特性が、実施形態に関連して記述される際、そのような特徴、構造、または特性を、明確に記載されているか否かにかかわらず、他の実施形態に関連して達成することは、当業者の知識の範囲内であると考えられる。詳細な記述を読んだ後、当業者には、別の実施形態において本開示を実施するための方法が明らかであろう。異なるクロスハッチングが、異なる部分を示すために図面全体を通して使用されるが、必ずしも同一の材料または異なる材料を意味するものではない。

様々な実施形態に従って、図２を参照すると、本明細書に記載されるＲＵＬＦシステム１００は、コンピューティング装置（例えば、プロセッサ２１０）および関連するメモリ２０５内および／または上に具体化されてもよい。例えば、本明細書に記載された方法は、ＲＵＬを決定するように構成されたコンピュータに基づくシステム１０１内に具体化されてもよい。メモリ２０５は、コンピューティング装置（例えば、プロセッサ２１０）による実行に応答してコンピューティング装置に様々な方法を実行させる、格納された命令をその上に有する、有形の、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体を含む製品を含み得る。コンピュータに基づくシステム１０１は、ディスプレイ２１５に動作可能に結合されてもよい。コンピュータに基づくシステム１０１は、ネットワーク上などのデータの送信のために、受信機２２０および／または送信機２２５に動作可能に結合されてもよい。

様々な実施形態において、実施形態は、本明細書に記載される機能を実行可能な１つ以上のコンピュータシステムに向けられる。コンピュータシステムは、プロセッサなどの、１つ以上のプロセッサを含む。プロセッサは、情報通信基盤（例えば、通信用バス、クロスオーバーバー、またはネットワーク）に接続される。様々なソフトウェアの実施形態が、この例示的コンピュータシステムに関して説明される。詳細な記述を読んだ後、他のコンピュータシステムおよび／またはアーキテクチャを使用して、様々な実施形態をどのように実装するかが当業者には明らかとなろう。コンピュータシステムは、図形、文字列、および情報通信基盤からの（または図示されていないフレームバッファからの）他のデータを、ディスプレイ装置上に表示するために転送するディスプレイインターフェースを含むことができる。

本明細書で論じられる様々なシステム部品は、以下の、ホストサーバまたは他のデジタルデータを処理するためのプロセッサを含むコンピューティングシステム、デジタルデータを格納するためにプロセッサに結合されるメモリ、デジタルデータを入力するためにプロセッサに結合される入力デジタイザ、プロセッサによってデジタルデータの処理を指示するために、メモリに格納されプロセッサによってアクセス可能なアプリケーションプログラム、プロセッサによって処理されたデジタルデータに由来する情報を表示するための、プロセッサおよびメモリに結合されるディスプレイ装置、ならびに複数のデータベース、のうち１つ以上を含み得る。当業者が理解するように、ユーザコンピュータは、オペレーティングシステム（例えば、Ｗｉｎｄｏｗｓ ＮＴ（登録商標）、Ｗｉｎｄｏｗｓ ９５／９８／２０００（登録商標）、Ｗｉｎｄｏｗｓ ＸＰ（登録商標）、Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｖｉｓｔａ（登録商標）、Ｗｉｎｄｏｗｓ ７（登録商標）、ＯＳ２、ＵＮＩＸ（登録商標）、Ｌｉｎｕｘ（登録商標）、Ｓｏｌａｒｉｓ（登録商標）、ＭａｃＯＳなど）ならびにコンピュータに通常関連付けられる様々な従来のサポートソフトウェアおよびドライバを含み得る。

さらに、本開示におけるどの要素、構成要素、または方法手順も、その要素、部品、または方法手順が特許請求の範囲に明確に列挙されているかどうかに関わらず、公有に属することは意図されない。本明細書における特許請求の範囲のいずれの要素も、その要素が、「の手段」という用語を用いて明示的に列挙されない限り、米国特許法第１１２条（ｆ）の規定の下に解釈されるべきではない。本明細書で使用される、「を含む」、「を含んでいる」、またはこれらの他のあらゆる変化形は、非排他的な包含を含めることが意図され、したがって、多数の要素の列挙を含む工程、方法、物品、または装置はこれらの要素のみを含むのではなく、明示的に列挙されない、またはそのような工程、方法、物品、または装置に特有の他の要素を含み得る。

１００…残存耐用寿命予測（ＲＵＬＦ）システム
１０１…コンピュータに基づくシステム
１１０…使用計画および使用報告データ
１１５…計画および使用コンパイル機能
１２０…データ
１２５…検出機能
１３０…データ入力
１３５…観測記録活動機能
１４０…データ
１４５…特性モデル発展機能
１５０…荷重状態特性化機能
１５５…部品荷重状態履歴データベース
１６０…劣化推定機能
１６５…部品劣化履歴データベース
１７５…部品特性化モデルデータベース
１８０…ＲＵＬ計算機能
１９０…部品の残存耐用寿命（ＲＵＬ）
２０５…メモリ
２１０…プロセッサ
２１５…ディスプレイ
２２０…受信機
２２５…送信機

Claims (15)

1. 部品の残存耐用寿命を決定するように構成された、プロセッサおよび有形の非一時的メモリを備えるコンピュータに基づくシステムによって、部品特性データを受信し、
   前記コンピュータに基づくシステムによって、前記部品の過去の劣化測定値を受信し、
   前記コンピュータに基づくシステムによって、前記部品の予測荷重使用の推定値を受信し、
   前記コンピュータに基づくシステムによって、前記部品の残存構造荷重保持能力の概算値を受信し、
   前記コンピュータに基づくシステムによって、前記受信された部品特性データ、前記部品の前記過去の劣化測定値、前記部品の予測荷重使用の推定値、前記部品の前記残存構造荷重保持能力のうちの少なくとも１つの分析に基づいて前記部品の前記残存耐用寿命を決定し、
   前記コンピュータに基づくシステムによって、ディスプレイを介して前記部品の前記決定された残存耐用寿命を表示する、
   ことを含むことを特徴とする方法。
2. 前記部品の前記残存耐用寿命を決定することが、等式：
   ｄｎ／ｄｔ＝ｆ（ｎ^Mode，ｆ_geometry，ｆ_environment，ｆ_material，Ｆ）
   を処理することをさらに含み、式中、ｄｎ／ｄｔは、残存構造荷重保持能力であり、ｎは荷重保持能力であり、Ｍｏｄｅは荷重の種類に基づく指数因子であり、ｆ_geometry、ｆ_enviromnent、およびｆ_materialは、モデルに基づく定式であり、Ｆは一般化された荷重状態であることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. ｎ^modeが、現在の障害状態および荷重の種類に関連することを特徴とする請求項２記載の方法。
4. ｆ_geometryが、工学値であることを特徴とする請求項２記載の方法。
5. Ｆが、前記部品の荷重に関連することを特徴とする請求項２記載の方法。
6. ｄｎ／ｄｔの等式が、前記残存構造荷重保持能力が障害を示す閾値に達するまで、時間の関数として数値積分され得ることを特徴とする請求項２記載の方法。
7. 前記関数が障害を示す閾値に達する時間が、前記部品の前記残存耐用寿命であることを特徴とする請求項６記載の方法。
8. 前記過去の劣化測定値が、前記部品の残存荷重保持能力、荷重状態履歴、および特性モデル情報のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
9. 前記部品特性データが、手動検査を介して少なくとも部分的に蓄積されることを特徴とする請求項１記載の方法。
10. 前記コンピュータに基づくシステムによって、前記部品の経時的な使用を詳述する荷重使用報告を受信することをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
11. 前記部品特性データが、前記部品の形状データ、前記部品の材料データ、および前記部品の設計荷重のうちの少なくとも１つをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
12. 前記受信された部品特性データ、前記部品の前記過去の劣化測定値、前記部品の予測荷重使用の前記推定値、前記部品の前記残存構造荷重保持能力が、集約されることを特徴とする請求項１記載の方法。
13. プロセッサおよび有形の非一時的メモリを備えるコンピュータに基づくシステムの計画および使用モジュールによって、部品の使用計画および使用報告のうちの少なくとも１つを受信し、
    前記コンピュータに基づくシステムの検出モジュールによって、前記部品に関連するセンサを介して測定データを受信し、
    前記コンピュータに基づくシステムの観察記録活動モジュールによって、前記部品に関連する記録された観察可能な現象を受信し、
    前記コンピュータに基づくシステムの特性モジュールによって、前記部品の材料特性に関連するデータを受信し、
    前記コンピュータに基づくシステムによって、前記部品の残存耐用寿命を決定する、
    ことを含むことを特徴とする方法。
14. 前記部品の前記材料特性に関連するデータが、前記部品の形状データ、前記部品の材料データ、および前記部品の設計荷重のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。
15. 前記部品の前記残存耐用寿命を決定することが、等式：
    ｄｎ／ｄｔ＝ｆ（ｎ^Mode，ｆ_geometry，ｆ_environment，ｆ_material，Ｆ）
    を処理することをさらに含み、式中、ｄｎ／ｄｔは、残存構造荷重保持能力であり、ｎは荷重保持能力であり、Ｍｏｄｅは荷重の種類に基づく指数因子であり、ｆ_geometry、ｆ_enviromnent、およびｆ_materialは、モデルに基づく定式であり、Ｆは一般化された荷重状態であることを特徴とする請求項１３記載の方法。

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