JP2020104595A

JP2020104595A - 状態推定装置、状態推定方法及びプログラム

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Publication number: JP2020104595A
Application number: JP2018243190A
Authority: JP
Inventors: 出口　誠; Makoto Deguchi; 誠出口
Original assignee: Nabtesco Corp
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2018-12-26
Publication date: 2020-07-09
Also published as: CN111392002A; KR20200080134A

Abstract

【課題】船体の外観検査や機関の分解検査等を行うことなく、船舶の状態を簡易かつ正確に推定する。
【解決手段】状態推定装置は、船舶の機関出力、船速、及び機関に供給するエネルギー供給量の少なくとも２つの機関情報と、航行中の船舶にかかる外力とを対にして取得する取得部と、取得部で取得した対の情報を取得した時刻とともに蓄積する情報蓄積部と、情報蓄積部に蓄積された情報のうち、外力が同一又は類似で、かつそれぞれ異なる時刻に取得された少なくとも２つの機関情報の対応関係に基づいて、船舶の船体及び機関の少なくとも一方の状態を推定する状態推定部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、状態推定装置、状態推定方法及びプログラムに関する。

船舶は、長期間にわたって使用されることが多い。このため、鋼板の腐食や塗装の剥離、貝などの海洋生物の付着などによって船体が劣化する。また、エンジン等の機関も、部品の損傷や機関内部の汚濁などによって性能低下が生じる。このように、船舶を長期間使用すると、船体の損傷や劣化が起こる上に、機関の性能低下が生じるために、操縦レバー等で所望の機関出力を指令しても、その指令通りの機関出力が得られなかったり、所望の船速が得られなかったりする。

特許文献１には、実際に航行しているときの航行情報から船舶の経年劣化と汚損による推進性能低下を推定する技術が開示されている。
が劣化する上に機関の性能

特開２０１６−１３３９９２号公報

船体は、時間とともに損傷や劣化が大きくなり、機関も時間が経過するにつれて性能低下の度合いが大きくなる。また、船舶は、波の向き、波の高さ、風向き、風速等の外力の影響を受けやすく、外力が異なる条件下では、船速や機関出力等も大きく変化する。
このため、例えば船速が低下する兆候が得られた場合には、外力を同一又は類似の条件下で、船速が低下した要因を究明する必要がある。具体的には、船体側の劣化が主要因か、あるいは機関側の劣化が主要因かを推定しなければならない。そのためには、ある程度長い期間にわたって、船速に関連する種々の機関情報をモニタリングしておき、これら機関情報の対応関係を比較する必要があるが、特許文献１等の従来の技術では、長期間にわたって複数の機関情報の対応関係をモニタリングして比較することを行っておらず、船舶の状態を正しく推定できないおそれがある。

本発明が解決しようとする課題は、船体の外観検査や機関の分解検査等を行うことなく、船舶の状態を簡易かつ正確に推定可能な状態推定装置、状態推定方法及びプログラムを提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様では、船舶の機関出力、船速、及び前記機関に供給するエネルギー供給量の少なくとも２つの機関情報と、航行中の船舶にかかる外力とを対にして取得する取得部と、
前記取得部で取得した対の情報を取得した時刻とともに蓄積する情報蓄積部と、
前記情報蓄積部に蓄積された情報のうち、前記外力が同一又は類似で、かつそれぞれ異なる時刻に取得された前記少なくとも２つの機関情報の対応関係に基づいて、船舶の船体及び機関の少なくとも一方の状態を推定する状態推定部と、を備える、状態推定装置が提供される。

前記状態推定部は、前記情報蓄積部に蓄積された情報のうち、取得時刻が所定時間離れていて、かつ前記外力が同一又は類似である前記少なくとも２つの機関情報を選択してもよい。

前記状態推定部は、前記船舶の保守作業のために停舶した場合には、前記保守作業を行うために停舶する前の航行中の第１時刻と、前記保守作業が終了した後の航行中の第２時刻とにおいて、前記少なくとも２つの機関情報を選択してもよい。

前記外力は、波の向き、波の高さ、波の周期、風向き、風速、前記船舶の喫水、舵向き、及び燃料油の種類の少なくとも１つを含んでもよい。

前記状態推定部は、前記外力に所定の範囲を設定して、前記所定の範囲内の前記外力を同一又は類似すると判断してもよい。

本発明の他の一態様では、船舶の機関出力、船速、及び前記機関に供給するエネルギー供給量の少なくとも２つの機関情報と、航行中の船舶にかかる外力とを対にして取得し、
前記取得した対の情報を取得した時刻とともに情報蓄積部に蓄積し、
前記情報蓄積部に蓄積された情報のうち、前記外力が同一又は類似で、かつそれぞれ異なる時刻に取得された前記少なくとも２つの機関情報の対応関係に基づいて、船舶の船体及び機関の少なくとも一方の状態を推定する、状態推定方法が提供される。

コンピュータに、
本発明の一態様では、船舶の機関出力、船速、及び前記機関に供給するエネルギー供給量の少なくとも２つの機関情報と、航行中の船舶にかかる外力とを対にして取得するステップと、
前記取得した対の情報を取得した時刻とともに情報蓄積部に蓄積するステップと、
前記情報蓄積部に蓄積された情報のうち、前記外力が同一又は類似で、かつそれぞれ異なる時刻に取得された前記少なくとも２つの機関情報の対応関係に基づいて、船舶の船体及び機関の少なくとも一方の状態を推定するステップと、をコンピュータに実行させるためのプログラムが提供される。

本発明によれば、船体の外観検査や機関の分解検査等を行うことなく、船舶の状態を簡易かつ正確に推定できる。

本発明の一実施形態による状態推定装置１を備えた船舶制御システム２の概略構成を示すブロック図。（ａ）〜（ｅ）は２つの機関情報の対応関係を示すグラフ。状態推定装置１の処理動作の一例を示すフローチャート。

以下、図面を参照して本開示の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。また、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「同一」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態による状態推定装置１を備えた船舶制御システム２の概略構成を示すブロック図である。図１の船舶制御システム２は、例えば船舶に搭載され、船舶の船体と機関の少なくとも一方の状態を推定する。

図１の船舶制御システム２は、状態推定装置１と、エンジンコントローラ３と、エンジン４と、操縦レバー５と、入力部６と、喫水計７と、表示部８とを備えている。状態推定装置１と、操縦レバー５と、入力部６と、喫水計７と、表示部８とは、例えば船舶のブリッジ又は機関制御室などに設けられている。エンジンコントローラ３は、例えばエンジン制御室に設けられている。

状態推定装置１は、制御部１１と情報蓄積部１２を備えている。制御部１１は、船舶制御システム２内の各部を制御するものであり、取得部１３と状態推定部１４を有する。取得部１３は、船舶の機関出力、船速、及び機関に供給するエネルギー供給量の少なくとも２つの機関情報と、航行中の船舶にかかる外力とを対にして取得する。機関とはエンジン４を意味し、機関出力とは機関出力を意味する。外力は、波の向き、波の高さ、波の周期、風向き、風速、前記船舶の喫水、舵向き、及び燃料油の種類の少なくとも１つを含んでいる。

例えば、取得部１３が取得する機関情報は、エンジン４への燃料供給量と機関出力を含んでいてもよいし、燃料供給量と船速を含んでいてもよいし、操縦レバー５の操縦量と機関出力を含んでいてもよいし、操縦量と船速を含んでいてもよい。取得部１３が少なくとも２つの機関情報と外力とを対応づけて取得するのは、船舶にかかる外力に応じて機関情報が変化するためである。例えば、向かい風を受けた場合と追い風を受けた場合では、同じ機関出力でも船速が変化するため、取得部１３は、機関情報を外力と対にして出力する。

取得部１３は、予め定めたタイミングで機関情報や外力を取得してもよいし、あるいは作業員の指示に応じて機関情報や外力を取得してもよい。取得部１３は、種々のセンサ、計測器、通信装置等を介して機関情報や外力を取得する。

情報蓄積部１２は、取得部１３で取得した対の情報を、取得した時刻とともに蓄積する。情報蓄積部１２は、船舶が運航を開始してから、定期的又は不定期的に取得部１３で取得した対の情報を逐次蓄積する。これにより、情報蓄積部１２には、種々の機関情報が外力及び時間により変化した履歴情報が逐次記憶されることになる。情報蓄積部１２としては、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の磁気記録装置や、光ディスク装置、磁気テープ装置、半導体記憶装置など、汎用の種々の記録装置を用いることができる。

状態推定部１４は、情報蓄積部１２に蓄積された情報のうち、外力が同一又は類似で、かつそれぞれ異なる時刻に取得された少なくとも２つの機関情報の対応関係に基づいて、船舶の船体及び機関の少なくとも一方の状態を推定する。ここで、状態とは、例えば船体の劣化の度合いや機関の性能低下の度合いを示している。

例えば、状態推定部１４は、情報蓄積部１２に蓄積された情報のうち、取得時刻が所定時間離れていて、かつ外力が同一又は類似である少なくとも２つの機関情報を選択してもよい。所定時間とは、半年や１年などの予め定めた時間でもよいし、船舶の航海ごとでもよい。

また、状態推定部１４は、船舶の保守作業のために停舶した場合には、保守作業を行うために停舶する前の航行中の第１時刻と、保守作業が終了した後の航行中の第２時刻とにおいて、それぞれ少なくとも２つの機関情報を選択してもよい。保守作業を始める直前と直後に、それぞれ少なくとも２つの機関情報を選択することで、保守作業によって機関情報が改善したか否かを確認することができる。

さらに、状態推定部１４は、外力に所定の範囲を設定して、所定の範囲内の外力を同一又は類似すると判断してもよい。波の高さや風速等の外力が完全に同一になる可能性は極めて低い。そこで、外力が同一か類似かを判断する範囲にある程度の幅を持たせて、この範囲内に含まれる外力については、同一又は類似とみなして、情報蓄積部１２から情報を読み出してもよい。

操縦レバー５は、エンジン４の始動、停止、逆転、回転数の指令を行う。操縦レバー５を所定位置まで操作すると、その位置に対応する速度になるように、エンジンコントローラ３に回転数指令信号が送られる。入力部６は、操縦モードの選択などを行う。喫水計７は、船舶の積載量（船舶に積載された貨物の量）または重量（貨物以外に、バラスト水等を含む、船舶全体の重量）を計測する機器である。積載物が流体である場合にはその流量が積載量に含まれ、コンテナ船の場合にはコンテナの個数も積載量に含まれる。制御部１１は、喫水計７からの計測信号に基づいて、船舶の積載量または重量を検出する。表示部８は、船舶の航行に必要な各種の情報が表示される。表示部８は、一つでも複数でもよい。

状態推定部１４は、外力が同一又は類似で、かつ異なる時刻の少なくとも２つの機関情報を読み出して、その対応関係を検出することで、図２（ａ）〜図２（ｅ）のようなグラフを生成することができる。図２（ａ）は時刻ｔ１とｔ２での燃料供給量と機関出力との対応関係を示すグラフである。時刻ｔ２は時刻ｔ１よりも遅れた時刻である。図２（ａ）に示すように、エンジン４への燃料供給量が増えるに従って機関出力は線形に増加するが、時間が経過するに従ってエンジン４の燃焼室等の汚濁の量が増えたり、ピストンが摩耗したりするため、同じ燃料供給量であっても、機関出力は低下する。よって、状態推定部１４は、例えば、燃料供給量の変化に対する機関出力の変化の割合により、エンジン４の経年劣化の度合いを推定する。

図２（ｂ）は時刻ｔ１とｔ２での燃料供給量と船速との対応関係を示すグラフである。エンジン４への燃料供給量が増えるに従って船速が速くなるが、燃料供給量の変化に対する船速の変化の割合は時間が経つにつれて小さくなる。燃料供給量が同じでも、船速が遅くなる要因には、エンジン４の燃焼室等の汚濁の量が増える等の機関側の要因と、船体に貝等の海洋生物が付着したり、スクリューの軸が摩耗する等の船体側の要因がある。このため、状態推定部１４は、機関側又は船体側の要因で船速が低下したと推定する。

図２（ｃ）は時刻ｔ１とｔ２での操縦レバー５の操縦量と機関出力との対応関係を示すグラフである。操縦レバー５の操縦量が大きいほど、機関出力は大きくなるが、操縦量の変化に対する機関出力の変化の割合は時間が経つにつれて小さくなる。操縦量が同じでも、機関出力が小さくなるのは、エンジン４の燃焼室等の汚濁の量が増える等の機関側の要因である。そこで、状態推定部１４は、時間が経つにつれて操縦量の変化に対する機関出力の変化の割合が低下する場合には、機関側に経年劣化が起きたと推定する。

図２（ｄ）は時刻ｔ１とｔ２での操縦レバー５の操縦量と船速との対応関係を示すグラフである。操縦レバー５の操縦量が大きいほど、船速は速くなるが、操縦量の変化に対する船速の変化の割合は時間が経つにつれて小さくなる。状態推定部１４は、操縦レバー５の操縦量が同じなのに、船速が遅くなる兆候が得られた場合は、機関側の性能劣化か、又は船体側の経年劣化が生じたと推定する。

図２（ｅ）は時刻ｔ１とｔ２での機関出力と船速との対応関係を示すグラフである。機関出力が大きくなるほど、船速が速くなるが、機関出力の変化に対する船速の変化の割合は時間が経つにつれて小さくなる。状態推定部１４は、機関出力が同じなのに、船速が遅くなる兆候が得られた場合は、機関側の性能劣化か、又は船体側の経年劣化が生じたと推定する。

図２（ａ）〜図２（ｅ）は機関情報の対応関係の一例であり、状態推定部１４は、図２（ａ）〜図２（ｅ）以外の機関情報の対応関係に基づいて、船体及び機関の少なくとも一方の状態を推定してもよい。

図３は状態推定装置１の処理動作の一例を示すフローチャートである。なお、図３のフローチャートの処理を実行するにあたって、情報蓄積部１２には、取得部１３で取得した機関情報と外力とを対にした情報が時刻とともに定期的又は不定期的に蓄積されているものとする。

まず、状態推定部１４は、現状の外力を検出する（ステップＳ１）。外力には、種々の情報が含まれるため、状態推定部１４は、複数のセンサや計測器、無線装置等を用いて種々の情報を含む外力を取得してもよい。例えば、取得部１３は、風速計から風速を取得し、波浪計から波の高さを取得し、喫水計７から船舶の喫水を取得してもよい。

次に、状態推定部１４は、情報蓄積部１２から、ステップＳ１で検出した外力と同一又は類似で、かつそれぞれ異なる時刻に取得された少なくとも２つの機関情報を読み出す（ステップＳ２）。そして、状態推定部１４は、読み出した少なくとも２つの機関情報の対応関係を確認する（ステップＳ３）。例えば、このステップＳ３では、図２（ａ）〜図２（ｅ）に示すようなグラフを生成する。

次に、状態推定部１４は、少なくとも２つの機関情報の対応関係に基づいて、船舶の船体及び機関の少なくとも一方の状態を推定する（ステップＳ４）。次に、状態推定部１４は、ステップＳ４で推定した結果を表示部８に表示する（ステップＳ５）。このステップＳ５では、例えば、エンジン４の性能低下が生じていると推定される場合には、エンジン４の点検を促すような表示を行う。あるいは、船体側の経年劣化が生じていると推定される場合には、船体の点検を促すような表示を行う。

図１では、状態推定装置１を船舶制御システム２に内蔵する例を説明したが、本実施形態による状態推定装置１は、船舶とは異なる場所、例えば陸上の施設内に設けられていてもよい。例えば、複数の船舶と無線通信を行う施設内に状態推定装置１を備えて、この状態推定装置１にて各船舶の状態を推定してもよい。この施設は、船舶の保守点検を行うドック内に設けられてもよい。ドックにて各船舶の保守点検を行う際に、状態推定部１４で船体及び機関の状態を推定し、その推定結果に基づいて、船舶の保守点検を行ってもよい。

このように、本実施形態では、船舶の少なくとも２つの機関情報と外力とを対にした情報を情報蓄積部１２に定期的又は不定期的に逐次蓄積しておき、外力が同一又は類似で、かつそれぞれ異なる時刻に取得された少なくとも２つの機関情報を情報蓄積部１２から読み出して、読み出した２つの機関情報の対応関係に基づいて、船体及び機関の少なくとも一方の状態を推定する。これにより、船体に異物が付着するなどして船速が低下する等の船体側の劣化と、エンジン４の燃焼室等の汚濁の量の増加や機構部品の摩耗等による機関側の性能低下とを容易かつ正確に推定できる。よって、船舶の不具合の要因を迅速に特定でき、保守作業員の手間が省けるとともに、保守費用の大幅な削減が図れる。

上述した実施形態で説明した状態推定装置１の少なくとも一部は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、状態推定装置１の少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。

また、状態推定装置１の少なくとも一部の機能を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線（無線通信も含む）を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。

本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

１状態推定装置、２船舶制御システム、３エンジンコントローラ、４エンジン、５操縦レバー、６入力部、７喫水計、８表示部、１１制御部、１２情報蓄積部、１３取得部、１４状態推定部

Claims

船舶の機関出力、船速、及び機関に供給するエネルギー供給量の少なくとも２つの機関情報と、航行中の船舶にかかる外力とを対にして取得する取得部と、
前記取得部で取得した対の情報を取得した時刻とともに蓄積する情報蓄積部と、
前記情報蓄積部に蓄積された情報のうち、前記外力が同一又は類似で、かつそれぞれ異なる時刻に取得された前記少なくとも２つの機関情報の対応関係に基づいて、船舶の船体及び機関の少なくとも一方の状態を推定する状態推定部と、を備える、状態推定装置。
前記状態推定部は、前記情報蓄積部に蓄積された情報のうち、取得時刻が所定時間離れていて、かつ前記外力が同一又は類似である前記少なくとも２つの機関情報を選択する、請求項１に記載の状態推定装置。
前記状態推定部は、前記船舶の保守作業のために停舶した場合には、前記保守作業を行うために停舶する前の航行中の第１時刻と、前記保守作業が終了した後の航行中の第２時刻とにおいて、前記少なくとも２つの機関情報を選択する、請求項２に記載の状態推定装置。
前記外力は、波の向き、波の高さ、波の周期、風向き、風速、前記船舶の喫水、舵向き、及び燃料油の種類の少なくとも１つを含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の状態推定装置。
前記状態推定部は、前記外力に所定の範囲を設定して、前記所定の範囲内の前記外力を同一又は類似すると判断する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の状態推定装置。
船舶の機関出力、船速、及び機関に供給するエネルギー供給量の少なくとも２つの機関情報と、航行中の船舶にかかる外力とを対にして取得し、
前記取得した対の情報を取得した時刻とともに情報蓄積部に蓄積し、
前記情報蓄積部に蓄積された情報のうち、前記外力が同一又は類似で、かつそれぞれ異なる時刻に取得された前記少なくとも２つの機関情報の対応関係に基づいて、船舶の船体及び機関の少なくとも一方の状態を推定する、状態推定方法。
コンピュータに、
船舶の機関出力、船速、及び機関に供給するエネルギー供給量の少なくとも２つの機関情報と、航行中の船舶にかかる外力とを対にして取得するステップと、
前記取得した対の情報を取得した時刻とともに情報蓄積部に蓄積するステップと、
前記情報蓄積部に蓄積された情報のうち、前記外力が同一又は類似で、かつそれぞれ異なる時刻に取得された前記少なくとも２つの機関情報の対応関係に基づいて、船舶の船体及び機関の少なくとも一方の状態を推定するステップと、をコンピュータに実行させるためのプログラム。