JP2024001949A - 機械性能診断装置、および建設機械診断システム - Google Patents

機械性能診断装置、および建設機械診断システム Download PDF

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Abstract

【課題】ヒューマンエラーが起こる可能性を低減し、かつより正確な診断結果を得る。【解決手段】本開示は、建設機械の動作の健全性を診断する機械性能診断装置であって、建設機械の複数の動作それぞれの基準波形データと、複数の動作それぞれの性能基準値および許容誤差値と、を格納する記憶デバイスと、建設機械の健全性を診断するための処理を実行するプロセッサと、を備え、プロセッサは、建設機械の実際に実行された動作をセンサで検知して得られるセンサ波形データと、記憶デバイスに保持されている基準波形データとを比較することにより、実際に実行された動作を特定する処理と、特定された動作に対応する性能基準値および許容誤差値を記憶デバイスから取得し、当該取得した性能基準値および許容誤差値と実際に実行された動作の特徴値とを比較し、建設機械の健全性を判定する処理と、を実行する、機械性能診断装置を提案する。【選択図】図2

Description

本開示は、機械性能診断装置、および建設機械診断システムに関する。
建設機械に関しては、その基本性能を測定し、潜在的な故障を事前に診断・予測し、故障前にメンテナンスを行い、工事の中断を回避することが重要である。基本性能とは、その建設機械の本来の性能や基準とするスペックである。この点、市場においては、故障の自動自己診断のためのツール(自動自己診断ツール)としては、未熟練者でも利用しやすく、安価で使いやすいものであることが求められる。
例えば、特許文献1は、自動自己診断技術として、診断時間を短縮するために、建設機械の稼動音に基づいて、当該建設機械の各部位の異常の有無を診断し、異常があると診断されたときに異常診断部位の情報に基づいて異常の原因を特定し、その特定結果を表示することを開示する。
特開2021-67614号公報
基本性能測定は、診断する部位に応じて取り得る車体の姿勢や動作、手順が異なり、それぞれの診断部位に応じた対応を行う必要がある。そのため、実施にあたっては、手順書などを確認して、診断対象毎に取り得る車体姿勢や動作、測定手順などを確認する必要があり、事前準備が煩雑となっていた。また、実際に測定作業を行う際にも、専用機器を準備したり、また、測定方法によっては診断結果に影響を及ぼすため、測定タイミングなどに注意を払う必要があるため、測定者の技量に頼る部分となって、手間と時間を要する作業となっていた。
本開示はこのような状況に鑑み、測定者の作業負担を低減し、かつより正確な診断結果を得る技術を提案する。
上記課題を解決するために、本開示は、建設機械の動作の健全性を診断する機械性能診断装置であって、建設機械の複数の動作それぞれの基準波形データと、複数の動作それぞれの性能基準値および許容誤差値と、を格納する記憶デバイスと、建設機械の健全性を診断するための処理を実行するプロセッサと、を備え、プロセッサは、建設機械の実際に実行された動作をセンサで検知して得られるセンサ波形データと、記憶デバイスに保持されている基準波形データとを比較することにより、実際に実行された動作を特定する処理と、特定された動作に対応する性能基準値および許容誤差値を記憶デバイスから取得し、当該取得した性能基準値および許容誤差値とセンサ波形データから得られる実際に実行された動作の特徴値とを比較し、建設機械の健全性を判定する処理と、を実行する、機械性能診断装置を提案する。
本開示に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、本開示の態様は、要素及び多様な要素の組み合わせ及び以降の詳細な記述と添付される特許請求の範囲の様態により達成され実現される。
本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例をいかなる意味においても限定するものではない。
本開示の技術によれば、建設機械の診断を行う際のオペレータ(ユーザ)による作業負担を軽減することができる。また、精度および信頼性の高い健全性診断を自動で実現することができるようになる。
本実施形態による建設機械診断システムの概略構成例を示す図である。 本実施形態による、建設機械の性能測定装置1の概略機能構成例を示すブロック図である。 性能測定装置1の情報取得部101の内部機能構成例を示す図である。 性能測定装置1の健全性診断部102の内部機能構成例を示す図である。 性能測定装置1の動作分類部103の内部機能構成例を示す図である。 性能測定装置1の基本性能測定診断部104の内部機能構成例を示す図である。 性能測定装置1の記憶デバイス20に含まれるデータ保存部201が保持する情報の一例である履歴ログリストの構成例を示す図である。 性能測定装置1の記憶デバイス20に含まれる性能基準値保持部202が保持する性能基準値情報801の構成例を示す図である。 性能測定装置1の記憶デバイス20に含まれる動作範囲基準値保持部203が保持する動作範囲基準値情報901の構成例を示す図である。 性能測定装置1の記憶デバイス20に含まれる動作別代表波形保持部204が保持する動作別代表波形情報1001の構成例を示す図である。 性能測定装置1の記憶デバイス20に含まれるリコメンデーション情報保持部205が保持するリコメンデーション情報1101の構成例を示す図である。 性能測定装置1の記憶デバイス20に含まれるアクションリスト保持部206が保持するアクションリスト情報(テーブル)1201の構成例を示す図である。 性能測定装置1への入力情報1301の例と当該装置1からの出力情報1302の例とを対比して示す図である。 性能測定装置1の表示画面、あるいはユーザ端末4の表示画面に表示されるGUI(Graphical User Interface)の構成例を示す図である。 本実施形態による性能測定診断処理を説明するためのフローチャートである。
<システム構成例>
図1は、本実施形態による建設機械診断システムの概略構成例を示す図である。
建設機械診断システムは、性能測定装置1と、センサ群2と、建設機械3と、ユーザ端末4と、によって構成される。図1のシステム構成例では、ユーザ端末4と性能測定装置1とを別々の装置として表しているが、ユーザ端末4に性能測定装置1の各機能および各データ保持部/保存部などを実装するようにしてもよい。
性能測定装置1は、例えば、プロセッサ10と、記憶デバイス20と、通信デバイス30と、を備える。
センサ群2は、建設機械の健康診断のアプリケーションで使用することができる異なる複数のセンサで構成され、例えば、加速度計21と、マイクロフォン22と、カメラ23と、を含むことができる(これらに限定されるものではない)。加速度計21は、重力と振動を検出する能力を持つ加速度を測定する、デバイスに組み込まれる可能性のある微小電子機械システム(MEMS)規模のセンサである。マイクロフォン22は、独立のマイクロフォンであってもよいし、性能測定装置1に内蔵される小型マイクロフォンであってもよい。カメラ23は、例えば、独立の小型カメラでもよいし、性能測定装置1やユーザ端末4に内蔵される小型カメラであってもよい。
建設機械3は、例えば、油圧ショベル、ホイールローダ、ブルドーザなどの各種建設機械である。建設機械3は、建設機械3の可動部(例えば、油圧ショベルの場合は、ブーム、アーム、バケットなど)の現在の角度を検知する角度センサ13を含む。ユーザ端末4は、例えば、スマートフォン、マイクロコントローラ、パーソナルコンピュータ(PC)などのコンピュータデバイスで構成することができる。
性能測定装置1のプロセッサ10、記憶デバイス20、および通信デバイス30と、センサ群2の各種センサと、建設機械3の角度センサ13とは、例えば、通信バスを介して接続される。また、通信デバイス30は、例えば、診断結果などを無線でユーザ端末4に送信することができるように構成されている。
プロセッサ10は、CPUなどの演算装置で構成され、記憶デバイス20から関連する各種プログラムを読み込み、内部メモリ(図示せず)に展開することにより、各処理部を生成する。当該各処理部は、情報取得部101と、健全性診断(検査)部102と、動作分類部103と、基本性能測定診断部104と、を含む。各処理の動作の詳細については後述する。
記憶デバイス20は、データ保存部201と、性能基準値保持部202と、動作範囲基準値保持部203と、動作別代表波形保持部204と、リコメンデーション情報保持部205と、アクションリスト保持部206と、を含む。
動作別代表波形保持部204は、例えば、新たに診断(検査)する機械動作の分類の基準となる、機械動作ごとの代表的なセンサ波形を記憶している。
リコメンデーション情報保持部205は、建設機械の健全性の状態に応じて、オペレータに提示するための推奨事項の情報を記憶している。例えば、「アームシリンダの調子が悪いようです。このレポートをメンテナンス部門に見せて、対策を取らせてください。」といった推奨事項の情報である。
アクションリスト保持部206は、特定の診断(検査)タイプに関する全ての関連動作の情報を記憶する。診断対象の動作としては、例えば、(a)アームクラウド(引き動作)、(b)アームダンプ(押し動作)、(c)ブーム上昇、(d)ブーム下降、(e)バケットクラウド、(f)バケットダンプなどが挙げられる。
<性能測定装置の構成例>
図2は、本実施形態による、建設機械の性能測定装置1の概略機能構成例を示すブロック図である。
性能測定装置1における主な機能は、情報取得部101と、健全性診断部102と、データ保存部201と、動作分類部103と、性能基準値保持部202と、動作範囲基準値保持部203と、基本性能測定診断部104と、によって実現される。
情報取得部101は、センサデータを所定の形式で集約し、処理できる状態にする。なお、センサデータの一例として、建設機械の負荷振動を検出する加速度計データが挙げられ、負荷の一例としてアームが挙げられる。
健全性診断部102は、情報取得部101から取得したデータを処理し、特定の機械の健全性と特定の負荷の健全性(健全な状態か否か)を示す診断結果を出力する。また、例えば、健全性診断部102は、加速度計を用いて、建設機械のアームの動作検査から取得した振動を処理し、そして、振動のピークレベルに基づいて、機械がアームクラウドを実行するのにどれくらいの時間がかかったかを示す情報を出力するようにする。
データ保存部201は、記憶デバイスで構成され、情報取得部101からの集約されたセンサデータを保存する。
動作分類部103は、例えば、情報取得部101および健全性診断部102から取得したデータを処理し、診断の際に行われた動作のタイプの情報を出力する。動作分類部103の処理の一例として、加速度計が検知した波形を用いて、機械動作がアームクラウドであると分類することが挙げられる。
性能基準値保持部202は、例えば、製造者(メーカ)が設定した検査すべき機械動作の健全状態の基準値(標準値)の情報を保持(格納)する。健全状態の基準値の情報の一例として、特定の建設機械のアームクラウド動作は、理想的には3.9+/-0.4秒掛かるといった情報が挙げられる。
動作範囲基準値保持部203は、例えば、建設機械の動作範囲の基準値(標準値)を保持(格納)する。動作範囲の基準値情報の一例として、ブーム上げは0度から90度までとするといった情報が挙げられる。
基本性能測定診断部104は、例えばプロセッサで(あるいはプロセッサの一部の機能として)構成され、健全性診断部102と動作分類部103の演算結果を収集し、これらを特定の基準値(性能基準値保持部202から取得した性能基準値)と比較することにより、現在の建設機械の健全状態がメーカによって設定された理想のケースからどの程度外れているかを診断(判定)する。
また、基本性能測定診断部104は、正しい動作範囲の検証のために、動作範囲基準値保持部203に対して、現在の建設機械に対応する動作範囲基準値のデータを要求する。そして、基本性能測定診断部104は、動作範囲基準値の情報を、例えばユーザ端末4(携帯端末(スマートフォン)やコンピュータ(PC))に転送してその出力画面に当該情報を表示させる(なお、ユーザ端末4に性能測定装置1が実装されている場合には、動作範囲基準値の情報などは直接表示画面に出力されることになる)。これにより、オペレータは、診断における建設機械の動作が正しい動作範囲であったか否か確認したり、建設機械が健全状態か否か把握したりすることができるようになる。
動作分類部103による動作分類処理から基本性能測定診断部104による基本性能測定診断処理までの具体例について説明する。例えば、健全性診断部102の診断によって動作時間が3.6秒という結果を得た場合、動作分類部103は、健全性診断部102の診断結果と、性能基準値保持部202に保持された対応する建設機械の動作基準値3.5±0.4秒とを比較し、診断対象の動作をアームクラウドと分類する。そして、基本性能測定診断部104は、アームクラウドの基準動作範囲を開始角度位置170度、終了角度位置15度とし、その数値を建設機械に内蔵されている角度センサで確認することにより動作範囲が正しいか否か判定する。最終的にこれらの結果がオペレータのユーザ端末の表示画面に表示される。これにより、アームクラウドを実行する建設機械のモータが健全な状態にあることをオペレータに伝えることができる。
<情報取得部101の内部機能構成例>
図3は、性能測定装置1の情報取得部101の内部機能構成例を示す図である。
情報取得部101は、センササンプリング周波数設定部1011と、データフォーマット設定部1012と、データ取得時間設定部1013と、を備える。
センササンプリング周波数設定部1011は、センサ群2の何れか(例えば加速度計)からデータを取得するサンプリング周波数を設定する機能を有する。当該サンプリング周波数は、予め決めておいてもよいし、オペレータや他のユーザが決めるようにしてもよい。例えば、加速度計からデータを取得するためのサンプリング周波数を100サンプル/秒と設定することが考えられる。
データフォーマット設定部1012は、取得したセンサデータをどのようなフォーマットで処理するかについて設定する機能を有する。例えば、データフォーマットとして、.csvが挙げられる。
データ取得時間設定部1013は、データ取得の制限時間を設定する機能を有する。制限時間は、手動(テスト自体の長さに関係なく20秒間データを収集するなど)または自動(オペレータに、データ取得を開始し、診断(検査)を実行し、その後データ取得を停止するように求める)で設定することができる。
<健全性診断部102の内部機能構成例>
図4は、性能測定装置1の健全性診断部102の内部機能構成例を示す図である。
健全性診断部102は、ノイズ除去部1021と、特徴検出部1022と、結果抽出部1023と、を備える。
ノイズ除去部1021は、情報取得部101が取得した波形データ(波形信号)に閾値を適用し、ノイズ信号を除去する。
特徴検出部1022は、ノイズ除去された波形信号中の特徴を検出する。例えば、加速度計21による波形信号のピークを検出する処理が挙げられる。加速度計21による波形信号の中で、1つ目のピークは建設機械の動作の開始時間を示し、別のピークは動作の停止時間を示している。
結果抽出部1023は、特徴検出部1022で解析され、検出された特徴データに基づいて、建設機械の健全性の情報を抽出する。例えば、ある機械動作に要した時間は、開始時間と停止時間の差であるとすることができる。
<動作分類部103の内部機能構成例>
図5は、性能測定装置1の動作分類部103の内部機能構成例を示す図である。
動作分類部103は、特徴分析部1031と、パターンマッチング部1032と、分類部1033と、を備える。
特徴分析部1031は、様々な特徴を分析し、建設機械の動作に関する更なる情報を収集する。特徴分析の一例として、加速度計21の信号のピーク振幅とロールオフの形状の分析が挙げられる。
パターンマッチング部1032は、特徴分析部1031から取得した情報と動作別代表波形保持部204に保存されているパターンとの照合を行い、マッチする(所定誤差範囲内にある)パターンを抽出する。
分類部1033は、パターンマッチング部による照合結果に基づいて、行われている動作の種類を判定(特定)する。
<基本性能測定診断部104の内部機能構成例>
図6は、性能測定装置1の基本性能測定診断部104の内部機能構成例を示す図である。
基本性能測定診断部104は、基準比較部1041と、結果報告部1042と、動作範囲確認部1043と、リコメンデーション情報取得部1044と、を備える。
基準比較部1041は、動作分類部103による分類結果および健全性診断部102による診断(判定)結果を、性能基準値保持部202に保持されている性能基準値と比較し、診断対象の建設機械(特定の動作:例えば、アームクラウド動作)が健全な状態にあるか否かを判断する。
結果報告部1042は、当該建設機械の健全性に関するレポートを作成し、生データ(測定データ)と共に、記憶デバイス20のデータ保存部201に送信する。これにより、当該建設機械の健全性に関する履歴ログを生成することができる。
動作範囲確認部1043は、診断対象の建設機械のオペレータが正しい動作範囲で診断を行ったか否か確認するために、動作分類部103の分類結果に対応する動作範囲基準値を動作範囲基準値保持部203から取得し、その情報を出力する(表示画面上に表示する)。例えば、アームプルの場合、動作範囲基準値保持部203に保持されている基準動作範囲の情報は、開始角度位置が170度、終了角度位置が15度であり、オペレータは診断実施後に当該建設機械に内蔵されている角度センサ31で確認することができる。
リコメンデーション情報取得部1044は、基準比較部1041による比較結果に基づいて、リコメンデーション情報保持部205に予め保持されている情報セットから、今回の診断内容に対応する適切なリコメンデーション情報を取得する。
<データ保存部201が保持する情報の例>
図7は、性能測定装置1の記憶デバイス20に含まれるデータ保存部201が保持する情報の一例である履歴ログリストの構成例を示す図である。
履歴ログリストは、各建設機械(機種毎)の動作およびサンプル別の複数の履歴ファイルで構成される。例えば、図7の上図のリストに示されるファイルのうち任意のファイル(履歴ログファイル)7012を選択すると、図7の下図に示すファイル内容を閲覧することができる。
履歴ファイルは、例えば、.csvファイルとして保存され、履歴ファイルのタイトルには、日付(デバイスのOSが自動的に付与)、建設機械の機種(オペレータが設定)、動作の情報(動作分類部103から取得)、サンプル番号(オペレータによる操作不備の動作に対する診断結果を除き、実験を繰り返したい場合)、診断結果(基本性能測定診断部104から報告された情報)が記されている。
図7の下図は、履歴ファイルの例を示している。履歴ファイル7012は、データの取得時間70121と、測定データである生データ70122と、動作内容を示す動作70123と、サンプル番号70124と、診断結果を示す結果70125と、を構成項目として含む。
<性能基準値保持部202が保持する情報の例>
図8は、性能測定装置1の記憶デバイス20に含まれる性能基準値保持部202が保持する性能基準値情報801の構成例を示す図である。
性能基準値情報801は、機種8011毎に、動作8012と、基準8013と、許容誤差8014と、を含む管理情報である。
機種8011は、建設機械の機種(モデル)名を示す情報である。動作8012は、該当機種の動作であり、例えば、アームクラウド、バケットクラウドなどを含む。基準8013は、例えば、対応する動作に掛かる基準時間(例えば、3.5秒)である。許容誤差8014は、基準8013と一致していなくても正常と判断できる範囲(許容範囲:例えば、±0.4秒)を示している。
性能基準値情報801を用いることにより、診断対象の動作を特定できるようになる。例えば、健全性診断部102の診断結果が3.6秒であった場合、対応機種における動作アームプルの性能基準値情報の基準値が3.5秒で許容誤差範囲が±0.4秒であれば、診断対象の動作がアームプルと特定できる。
<動作範囲基準値保持部203が保持する情報の例>
図9は、性能測定装置1の記憶デバイス20に含まれる動作範囲基準値保持部203が保持する動作範囲基準値情報901の構成例を示す図である。
動作範囲基準値情報901は、機種9011毎に、動作9012と、開始角度9013と、終了角度9014と、を含む管理情報である。
機種9011は、建設機械の機種(モデル)名を示す情報である。動作9012は、該当機種の動作であり、例えば、アームクラウド、バケットクラウドなどを含む。開始角度9013は、対応する動作の開始の角度を示す情報である。終了角度9014は、対応する動作の終了の角度を示す情報である。例えば、ブーム上げ動作であれば、開始角度0度、終了角度90度である。
<動作別代表波形保持部204が保持する情報の例>
図10は、性能測定装置1の記憶デバイス20に含まれる動作別代表波形保持部204が保持する動作別代表波形情報1001の構成例を示す図である。
動作別代表波形情報1001は、機種10011毎に、各動作(100111、100112)に関する、代表波形を取得した取得時間情報と、対応する波形と、によって構成される。当該動作別代表波形情報1001には、機種ごとに利用可能な全ての動作に対して、異なる波形が保存されることが想定される。
<リコメンデーション情報保持部205が保持する情報の例>
図11は、性能測定装置1の記憶デバイス20に含まれるリコメンデーション情報保持部205が保持するリコメンデーション情報1101の構成例を示す図である。
リコメンデーション情報1101は、ドリフト値11011と、ドリフト値に対応する、対処方法のリコメンデーション内容(推奨情報)11012と、によって構成される。
ドリフト値11011は、測定結果が基準値からどの程度離れているかを示す情報であり、パーセンテージで表示される。例えば、機種M1の理想的なアームクラウド持続時間は3.2秒、許容誤差は±0.3秒なので、(0.3/3.2)×100=9.4%に相当することになる。仮に測定時間が3.4秒だった場合、D1は((3.4-3.2)/3.2)×100で6.25%になる。この場合、D1はドリフト値11011で示される9.4%より低いので、この場合のリコメンデーション内容11012は「当該建設機械の当該対象部分は健全な状態にあります。対処は不要です。」となる。一方、例えば、測定時間のドリフトD2%がドリフト値11011で示される9.4%より高い場合のリコメンデーション内容11012は「当該建設機械の当該対象部分は健全性に問題があります。可能な限りメンテナンス担当に連絡し、この報告書を見せて下さい。」となる。
このように、基準値からの乖離度合いに応じて重要度(対処の重要性)を設定するなど、様々な形で推奨情報を提示することが可能となる。
<アクションリスト保持部206が保持する情報の例>
図12は、性能測定装置1の記憶デバイス20に含まれるアクションリスト保持部206が保持するアクションリスト情報(テーブル)1201の構成例を示す図である。
アクションリスト情報1201は、機種毎に、状態12011と、動作12012と、によって構成される。
状態12011は、動作の診断が完了しているか否かを示す情報である。動作診断済の場合は「〇」マークで示し、動作診断が完了していない場合は「×」マークで示すことにより、対応する動作の診断状態を示すことができる。
さらに、結果(診断結果)12013、基準(基準値)12014、許容誤差(基準値に対する許容誤差範囲)12015、その他の欄(図示せず)を追加して、ユーザが機械の全体的な状態を視覚化できるようにしてもよい。
アクションリスト情報1201により、特定の機種の建設機械に関して健全性の診断が完了しているかを提示することができる。これによって、ユーザが利用可能な動作を確認できるようにするとともに、診断実施済の動作と未実施の動作を追跡することができるようになる。
なお、性能測定装置1の記憶デバイス20は、アクションリスト保持部206に、全ての建設機械の全ての機種について、状態12011が空欄となっている(あるいは全ての動作の状態が未了(×)となっている)アクションリスト情報1201を予め保持するように構成してもよい。また、オペレータが、対象の建設機械3の診断を開始する際に、当該建設機械3の全ての動作をアクションリスト情報1201としてアクションリスト保持部106に登録するようにしてもよい。過去に診断したことがある同一機種の建設機械がある場合には、過去に使用した際のアクションリスト情報1201を流用する(前回の診断結果12013および状態12011の情報はリセット)こともできる。
<入力情報と出力情報>
図13は、性能測定装置1への入力情報1301の例と当該装置1からの出力情報1302の例とを対比して示す図である。
入力情報1301としては、例えば、建設機械の機種13011と、診断前にデータ収集を開始するための開始指示(スタートボタン押下)および診断を停止/終了させるための停止指示(ストップボタン押下)13012と、が挙げられる。ただし、入力情報1301は、これらに限定されるものではない。また、一定時間後に自動的に停止させることも可能である。
出力情報1302には、例えば、動作リスト(完了状態マーク付)13021と、建設機械の動作13022と、動作範囲基準値13023と、健全性13024と、基準値(許容誤差を含む)13025と、リコメンデーション13026と、報告書13027と、履歴ログ13028と、を含めることができる。
動作リスト13021を出力することにより、ユーザがどの機械の動作が既に診断され、どの動作の診断が完了していないかを追跡できるようになる。図12に示されるように、診断が完了している動作には、診断完了を示すマーク(「〇」)を含めることができる。
建設機械の動作13022を出力することにより、今回実施された診断で自動的に分類された建設機械の動作(例:アームクラウド)を確認することができるようになる。
動作範囲基準値13023出力することにより、建設機械のオペレータが動作を正しく行ったかを確認するための情報を提供することができる。例えば、基準開始角度と基準終了角度を出力することにより、オペレータは、建設機械3に内蔵されている角度センサ31の角度と照合し、動作範囲が基準値と合致しているか確認することができる。
健全性13024を出力することにより、対象の動作診断によって当該動作を実施する部位(例えば、アーム)が健全な状態か否かを確認するための情報を提供することができる。健全性13024を示す情報としては、例えば、最近実施した試験の結果を出力することが考えられる。
基準値(許容誤差を含む)13025の情報を出力することにより、特定の建設機械の特定の動作に対する、診断のための基準値(許容誤差を含む)を確認するための情報を提供することができる。
リコメンデーション13026を出力することにより、オペレータ(ユーザ)が健全性13024の情報を解釈し、メンテナンスに連絡する必要があるかどうか決定ためのする情報(推奨事項)を提供することができる。
報告書13027は、上述のすべての出力13021から13026に生データを追加した情報として出力することができる。
履歴ログ13028を出力することにより、ユーザが過去の全ての診断内容を追跡するのに役立つ情報を提供することができる。
<GUIの構成例>
図14は、性能測定装置1の表示画面、あるいはユーザ端末4の表示画面に表示されるGUI(Graphical User Interface)の構成例を示す図である。GUIとしては、例えば、入力用GUI(入力画面)_G1、実行中(実行画面)GUI_G2、および診断結果表示用GUI(結果画面)_G3が挙げられる。
入力用GUI(入力画面)_G1では、建設機械の機種(型番)を入力することができる。また、入力用GUI(入力画面)_G1では、診断済の動作と、診断未了の動作を確認することができる。図14の例では、6つの動作が用意されており、最初の2つだけが診断済であることが示されている。なお、入力用GUI(入力画面)_G1においては、診断を開始する方法を表示するようにしてもよいし、単純に開始ボタンを押下することにより診断を開始させるようにしてもよい。
実行中(実行画面)GUI_G2では、ユーザ(またはオペレータ)が選択した建設機械の動作が実行中であることが示される。動作終了後、オペレータは停止ボタンを押すことになる。
診断結果表示用GUI(結果画面)_G3には、分類された動作、およびオペレータが確認するための基準範囲が表示されるが、オペレータに動作範囲の確認を求める指示を表示するようにしてもよい。また、診断結果は、参考として、基準と許容範囲とともに表示され、ドリフト値とリコメンデーションも表示される。さらに、アクションリスト(テーブル:図12参照)が、完了(〇)あるいは未了(×)のマークされた動作の情報とともに表示される。図14の例では、動作A13が完了(〇)とマークされ、診断結果がアクションリストに記入されている。
診断結果表示GUI(結果画面)_G3には、保存ボタンや繰り返し実行指示ボタンを含めることができる。オペレータ(ユーザ)が保存ボタンを押下すると、報告書および生データが履歴ログに保存される。測定が正しく行われなかった場合、動作範囲が正しくなかった場合、あるいはその他の問題が生じたような場合には、オペレータ(ユーザ)が繰り返しボタンを押下することにより、当該誤った測定結果等を記録することなく、表示画面が入力用GUI(入力画面)_G1に遷移するように構成することができる。
<性能測定診断処理>
図15は、本実施形態による性能測定診断処理を説明するためのフローチャートである。
(i)ステップS1501
オペレータが、性能測定装置1(あるいは同装置の機能が実装された端末(加速度計内蔵のスマートフォン))を診断対象の建設機械の所定の場所(例えば、キャビネットのカップホルダ内や床に設けられたボックス内等)に、建設機械の動作中の振動を検知できる(拾える)ように適切に載置し、性能測定装置1に対して診断スタートを指示する(例えば、診断スタートボタンを押下する)と、プロセッサ10は、当該指示を受け付ける。なお、載置場所は、センサの種類に応じて異なるようにしてもよい。
(ii)ステップS1502
プロセッサ10は、オペレータに対して、建設機械の機種入力(選択)を促し、当該オペレータによる建設機械の機種情報の入力を受け付ける。
(iii)ステップS1503
オペレータが、アクションリスト情報1201(図12参照)から対象の建設機械の診断未了の動作を確認し、次に診断すべき動作を選択する。アクションリスト情報1201には診断対象の全ての動作がリストアップされており、診断済の動作には完了(〇)のマークが付され、診断未了の動作には未了(×)のマークが付されている。オペレータによって診断対象動作が選択されると、プロセッサ10は、当該選択を受け付ける。なお、オペレータが選択する建設機械の動作には、例えば、アームクラウド、アームダンプ、ブーム上昇、ブーム下降、バケットクラウド、バケットダンプなどがある。
(iv)ステップS1504
プロセッサ10の情報取得部101は、関連データの取得を開始する。例えば、オペレータが性能測定装置1(スマートフォン)の画面上でデータ取得開始ボタンを押下すると、情報取得部101は、センサ群2のうち少なくとも1つ(例えば、加速度計21)を動作させ、当該センサによって取得されたデータを収集する。
(v)ステップS1505
オペレータは、建設機械を操作し、ステップS1504で選択した動作(例えば、アームクラウド)を実行すると、健全性診断部102は、動作中にセンサ群2の少なくとも1つによって取得されたデータを収集し、データ保存部201に格納する。
(vi)ステップS1506
プロセッサ10は、ステップS1505で収集したデータを分析し、いくつかの分析結果を生成する。
例えば、健全性診断部102は、センサが取得したデータ(例えば、加速度計によって取得された振動波形のピーク値)から動作に掛かった時間を算出し、当該分析データ(振動波形とピーク間時間)をデータ保存部201に格納するとともに、動作分類部103に受け渡す。
動作分類部103は、健全性診断部102で取得した分析データを取得し、当該分析データ(例えば、振動波形)と予め動作別代表波形保持部204に保持されている波形とを比較してマッチングを取り、診断対象の動作を特定する。
基本性能測定診断部104は、動作範囲基準値保持部203から、動作分類部103によって特定された動作に対応する動作範囲基準値のデータを取得し、当該動作範囲基準値と分析データとを比較し、当該動作に関して診断対象の建設機械が健全な状態であるか(健全な状態からどの程度外れているか)判断する。
(vii)ステップS1507
プロセッサ10は、動作分類部103によって特定された動作、基本性能測定診断部104によって判断された健全性、および動作範囲(動作範囲基準値の情報を含む)を、例えばユーザ端末4(携帯端末(スマートフォン)やコンピュータ(PC))に転送してその出力画面に当該情報を表示する。
より具体的には、オペレータ(ユーザ)がどの動作を選択したか、オペレータが正しく動作したかを確認するための動作範囲(開始位置と停止位置)、および建設機械の健全性(動作の実行時間)を基準値(製造時の基準値)との比較を出力する。これらの情報により、どのような状態が健全性ありでどのような状態が健全性なしなのかの判断の参考にすることができる。
(viii)ステップS1508
プロセッサ10は、リコメンデーション情報保持部205から、基本性能測定診断部104の診断結果に対応するリコメンデーション内容11012(図11参照)を取得し、例えば、ユーザ端末4の画面上に表示する(診断結果表示用GUI(結果画面)_G3(図14)参照)。
図11で説明したように、リコメンデーション内容11012は、当該建設機械の当該動作の健全性が、基準値(製造時の基準値)からどの程度ずれているかを基に生成(選択)される。例えば、建設機械の健全性が製造基準値からD%ずれた場合、「当該建設機械の当該対象部分は健全性に問題があります。可能な限り、メンテナンス担当に連絡し、この報告書を見せて下さい。」というような勧告をすることができる。
(ix)ステップS1509
オペレータは、センサデータが適切に収集されたか判断し、適切に収集されている場合には保存ボタンを押下し、適切に収集されていない場合には繰り返しボタンを押下する。プロセッサ10は、どちらのボタンが押下されたか判断する。保存ボタンが押下された場合(ステップS1509でYesの場合)、処理はステップS1510に移行する。繰り返しボタンが押下された場合(ステップS1509でNoの場合)、処理はステップS1504に移行する。
(x)ステップS1510
プロセッサ10は、報告書(建設機械の動作種別、診断結果、リコメンデーション情報)と生データを記憶デバイスに履歴ログとして保存する。これら報告書および生データは、さらなる分析が必要なときに参照することができる。
(xi)ステップS1511
プロセッサ10は、診断対象の建設機械のアクションリストにおける、診断を行った動作に対して、完了(診断済)マーク(〇)を付与する。
(xii)ステップS1512
プロセッサ10は、当該診断対象の建設機械の全動作について診断が完了しているか判断する。全動作について診断が完了している場合(ステップS1512でYesの場合)には、性能測定診断処理は終了する。未診断の動作が残っている場合(ステップS1512でNoの場合)には、処理はステップS1504に移行する。
<実施例>
A:実施例1
(1)性能測定装置1の機能を実装するデバイスの例
上述したように、性能測定装置1の機能を実装するメインデバイスの例として、スマートフォンを使用することが考えられる。スマートフォンに内蔵されたMEMS(Micro Electro Mechanical System)センサ(加速度計など)をデータ取得のためのメインセンサとして利用することができる。センサ(加速度計)で取得したデータの処理・解析は、スマートフォンのCPUで行うことができる。
スマートフォンのメモリは、生データとその結果を保存するために使用することができる。この実施例において、性能測定診断処理の機能は、スマートフォンに対してアプリケーションの形で実装されます。
(2)ユースケース
想定されるユースケース(オペレータの動作を含む)の例として以下のようなものが考えられる。
(i)オペレータは、スマートフォンを建設機械のキャビネットのカップホルダ内に載置する。
(ii)オペレータは、スマートフォンの性能測定診断処理に関するアプリケーションを起動する。
(iii)オペレータは、動作一覧から診断を行う建設機械の動作を確認(例えば、アームクラウド)する。
(iv)オペレータがスタートボタンを押すと、センサ(加速度計)がデータを取得し始める。
(v)オペレータは、建設機械を操作し、アームクラウド動作を実行する。
(vi)動作実行中は、スマートフォンの加速度計がスマートフォン筐体内部の振動を検知する。
(vii)オペレータは、アームクラウド動作完了後、停止ボタンを押してデータ取得処理を停止する。
(viii)その後、スマートフォンは、集計された加速度計のデータ(振動レベルを示すもの、アームクラウドテストの開始時刻と停止時刻を示すもの)の解析を開始する。
(ix)アルゴリズムの構成
(ix-1)建設機械の動作時間の自動測定
加速度計21のデータにより、建設機械動作の開始時間と停止時間を自動的に検出することができる。例えば、加速度計21が取得した波形データの最大点が検出され、それが閾値処理される。そして、ピーク検出が行われ、最初のピークが開始時、最後のピークが停止時であるとすることができ、これらピーク間の時間が当該建設機械の動作時間とすることができる。
(ix-2)建設機械動作の自動分類
診断対象の建設機械の動作に関し、加速度計21による波形データのピーク解析を行うことにより、どの動作が実行されたか自動的に検出することができる。例えば、波形データのピーク振幅が検出され、パターンマッチングが実行される。そして、パターンマッチング結果に基づいて、ピークの分類が行われる。
(x)画面出力
スマートフォンの画面(結果画面_G3)には、建設機械の動作の種類(例:アームクラウド)と、動作基準範囲(例:開始角度170度、終了角度10度)と、動作時間と、基準時間および許容誤差と、リコメンデーションコメント(ドリフト値を含む)と、近々に診断された動作(例:アームクラウド)に完了マーク(〇)が付され、結果表示を含むアクションリスト(更新版)と、報告書および生データを保存するための保存ボタンと、間違い(例えば、オペレータによる操作ミスなど)があった場合にテストを繰り返すためのリピートボタン(例えば、オペレータが基準と異なる動作範囲で動作を実行してしまった場合)と、が表示される(図14参照)。
B:実施例2
実施例1の変形例として、加速度計を内蔵したArduino(登録商標)などのマイクロコントローラを使用することもできる。実施例1で説明した同じ処理を、コンピュータに接続されたマイクロコンピュータで繰り返し(無線または有線)、制御と出力の可視化を行うことができる。なお、マイクロコンピュータの中には、CPUやメモリを内蔵し、表示デバイスさえ接続すれば機能するものもある。
<まとめ>
(i)本実施形態によると、性能測定装置1(機械性能診断装置)は、建設機械(例えば、油圧ショベルなど)の実際に実行された動作(例えば、アームクラウド)をセンサ(例えば、加速度計21)で検知して得られるセンサ波形データと、記憶デバイスに予め保持している基準波形データ(動作別代表波形データ)とを比較することにより、実際に実行された動作を特定する処理と、当該特定した動作に対応する性能基準値および許容誤差値(図8参照)を記憶デバイスから取得し、当該性能基準値(動作に掛かる基準時間)および許容誤差値と実際に実行された動作の特徴値(例えば、センサ波形におけるピーク間の時間:1つの動作に掛かった実際の時間(動作時間))と、を比較し、建設機械の健全性を判定する処理と、を実行する。つまり、動作の特徴値(動作時間)が基準値の許容誤差範囲内であれば、当該建設機械の当該動作は健全な状態であると判断され、そうでなければ健全性に問題ありと判断される。そして、この健全性の判定結果は、性能測定装置1を実装したスマートフォンなどのユーザ端末4の表示部に、あるいは性能測定装置1とは独立したスマートフォンなどのユーザ端末4の表示部に、出力される。これにより、オペレータは、健全性に関する判定結果を見て、建設機械のメンテナンスの必要性を判断することができるようになる。
(ii)性能測定装置1は、建設機械の動作を実際に実行した際の開始位置の建設機械の所定の部位(例えば、アームやブーム)の角度および終了位置の所定の部位の角度を角度センサで検知した値を表示部に、建設機械の健全性の判定結果と共に出力してもよい。これにより、オペレータは、正しく動作を実行したか判断することができる。正しくなかった場合には、当該動作に対する診断結果を破棄(リセット)し、同一動作に関する診断を再度実行することができる。
(iii)性能測定装置1は、記憶デバイス20に、さらに、性能基準値からの乖離度に応じた対処方法に関する、複数種類のリコメンデーション情報を保持しており、健全性の判定結果に対応するリコメンデーション情報を判定結果とともに表示部に出力するようにしてもよい。建設機械の健全性に問題がある場合には、どのような対処方法を採ればいいのか、未熟なオペレータであっても認識することができるようになる。
(iv)性能測定装置1は、記憶デバイス20に、さらに、建設機械の複数の動作のそれぞれの診断状態(診断完了か未了か)および診断結果を示すアクションリスト情報を保持し、当該アクションリスト情報において、健全性を判定する処理が完了した動作に関し、診断状態が診断完了を示す情報と判定結果を入力してアクションリスト情報を更新し、当該更新したアクションリスト情報を表示部に出力する。このようにすることにより、診断対象の建設機械において、動作全体のどの程度まで診断が完了しているか即座に認識することが可能となる。
(v)オペレータによる保存指示(結果表示画面_G3に表示される保存ボタンの押下)を検知すると、性能測定装置1は、判定結果および実際に実行された動作の検知データを診断履歴ログ(図7参照)として記憶デバイス20に保存する。診断履歴ログを参照することにより、建設機械が定期的に各動作の健全性診断を行ったか確認することができるとともに、健全性に問題がないとしても劣化が徐々に進んでいるか否かについても確認することができる。
一方、オペレータによる繰り返し指示(結果表示画面_G3に表示される繰り返しボタンの押下)を検知すると、性能測定装置1は、判定結果および特定された動作のセンサによる検知データをリセットし、同一動作について再度診断を実行する。これにより、オペレータが建設機械の診断対象の部位(例えば、アームなど)の動作を適切に実行できなかったような場合に、当該動作に関するデータを診断履歴ログに残さずに済むため、診断結果の検証が行いやすくなる。
(vi)図13に示されるように、オペレータが性能測定装置1に入力すべき情報は、建設機械の機種の情報と、診断開始および停止の指示のみである。一方、性能測定装置1の出力情報は、健全性に関する判定結果と、特定した動作の種類の情報と、特定した動作の動作範囲基準値の情報と、特定した動作の性能基準値と、判定結果に対応するリコメンデーション情報と、特定した動作のセンサによる検知データと、を含む情報となっている。このように、オペレータは最小限の情報のみを入力すれば適切な診断結果が得られる(入力項目を極限的に減らすことができる)ので、オペレータの負担を軽減することができる。また、経験が乏しいオペレータであっても適切な診断結果を得ることができる。結果として、ヒューマンエラーの可能性を低減することができる。
(vii)なお、上述の例では、履歴ログは、記憶デバイスに保存するようにしているが、サーバ/クラウドサーバに転送して管理することにより、データの一元化・集中化を図り、更新性を向上させることもできる。
(viii)本開示の実施形態の機能は、ソフトウェアのプログラムコードによっても実現できる。この場合、プログラムコードを記録した記憶媒体をシステム或は装置に提供し、そのシステム或は装置のコンピュータ(又はCPUやMPU)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出す。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、及びそれを記憶した記憶媒体は本開示を構成することになる。このようなプログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、CD-ROM、DVD-ROM、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD-R、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROMなどが用いられる。
また、プログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているOS(オペレーティングシステム)などが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現されるようにしてもよい。さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータ上のメモリに書きこまれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータのCPUなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現されるようにしてもよい。
さらに、実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを、ネットワークを介して配信することにより、それをシステム又は装置のハードディスクやメモリ等の記憶手段又はCD-RW、CD-R等の記憶媒体に格納し、使用時にそのシステム又は装置のコンピュータ(又はCPUやMPU)が当該記憶手段や当該記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行するようにしても良い。
最後に、ここで述べたプロセス及び技術は本質的に如何なる特定の装置に関連することはなく、コンポーネントの如何なる相応しい組み合わせによってでも実装できることを理解する必要がある。更に、汎用目的の多様なタイプのデバイスがここで記述した教授に従って使用可能である。ここで述べた方法のステップを実行するのに、専用の装置を構築するのが有益であることが判るかもしれない。また、実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。本開示は、具体例に関連して記述したが、これらは、すべての観点に於いて限定の為ではなく説明の為である。本分野にスキルのある者には、本開示を実施するのに相応しいハードウェア、ソフトウェア、及びファームウエアの多数の組み合わせがあることが解るであろう。例えば、記述したソフトウェアは、アセンブラ、C/C++、perl、Shell、PHP、Java(登録商標)等の広範囲のプログラム又はスクリプト言語で実装できる。
さらに、上述の実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。全ての構成が相互に接続されていても良い。
1 性能測定装置
2 センサ群
3 建設機械
4 ユーザ端末
10 プロセッサ
20 記憶デバイス
30 通信デバイス
21 加速度計
22 マイクロフォン
23 カメラ
101 情報取得部
102 健全性診断部
103 動作分類部
104 基本性能測定診断部
201 データ保存部
202 性能基準値保持部
203 動作範囲基準値保持部
204 動作別代表波形保持部
205 リコメンデーション情報保持部
206 アクションリスト保持部

Claims (13)

  1. 建設機械の動作の健全性を診断する機械性能診断装置であって、
    前記建設機械の複数の動作それぞれの基準波形データと、前記複数の動作それぞれの性能基準値および許容誤差値と、を格納する記憶デバイスと、
    前記建設機械の健全性を診断するための処理を実行するプロセッサと、を備え、
    前記プロセッサは、
    前記建設機械の実際に実行された動作をセンサで検知して得られるセンサ波形データと、前記記憶デバイスに保持されている前記基準波形データとを比較することにより、前記実際に実行された動作を特定する処理と、
    前記特定された動作に対応する前記性能基準値および許容誤差値を前記記憶デバイスから取得し、当該取得した前記性能基準値および前記許容誤差値と前記センサ波形データから得られる実際に実行された動作における特徴値とを比較し、前記建設機械の健全性を判定する処理と、
    を実行する、機械性能診断装置。
  2. 請求項1において、
    前記プロセッサは、前記実際に実行された動作の前記センサ波形データと前記基準波形データとをパターンマッチングすることにより、前記実際に実行された動作を特定する、機械性能診断装置。
  3. 請求項1において、
    前記性能基準値は、前記複数の動作それぞれの基準時間を示し、前記許容誤差値は、前記基準時間との差がどの程度であれば動作として健全であるかを示す情報であり、
    前記プロセッサは、前記センサ波形データから前記建設機械の実際に実行された動作の開始時間と終了時間を検出し、それに応じて前記実際に実行された動作の継続時間を算出し、当該算出した継続時間を前記特徴値として前記基準時間および前記許容誤差値とを比較することにより、前記建設機械の健全性を判定する、機械性能診断装置。
  4. 請求項1において、
    前記センサ波形データは、加速度計によって前記実際に実行された動作を検知して得られるデータである、機械性能診断装置。
  5. 請求項1において、さらに、
    前記プロセッサは、前記建設機械の健全性を判定する処理による判定結果を表示部に出力する処理を実行する、機械性能診断装置。
  6. 請求項5において、
    前記プロセッサは、前記建設機械の動作を実際に実行した際の開始位置の前記建設機械の所定の部位の角度および終了位置の前記所定の部位の角度を角度センサで検知した値を前記表示部に、前記建設機械の健全性の判定結果と共に出力する、機械性能診断装置。
  7. 請求項5において、
    前記記憶デバイスは、さらに、前記性能基準値からの乖離度に応じた対処に関する、複数種類のリコメンデーション情報を格納し、
    前記プロセッサは、前記判定結果に対応する前記リコメンデーション情報を前記記憶デバイスから取得し、当該リコメンデーション情報を前記判定結果とともに前記表示部に出力する、機械性能診断装置。
  8. 請求項5において、
    前記記憶デバイスは、さらに、前記建設機械の複数の動作のそれぞれの診断状態および診断結果を示すアクションリスト情報を保持し、
    前記プロセッサは、前記アクションリスト情報において、前記健全性を判定する処理が完了した動作に関し、前記診断状態が診断完了を示す情報と前記判定結果を入力して前記アクションリスト情報を更新し、当該更新したアクションリスト情報を前記表示部に出力する、機械性能診断装置。
  9. 請求項5において、
    前記プロセッサは、保存指示を検知すると、前記判定結果および前記実際に実行された動作の検知データを診断履歴ログとして前記記憶デバイスに格納する、機械性能診断装置。
  10. 請求項5において、
    前記プロセッサは、繰り返し指示を検知すると、前記判定結果および前記特定された動作の前記センサによる検知データをリセットし、同一動作について再度診断を実行する、機械性能診断装置。
  11. 請求項5において、
    前記記憶デバイスは、さらに、前記性能基準値からの乖離度に応じた対処に関する、複数種類のリコメンデーション情報と、前記特定した動作の動作範囲の基準を示す動作範囲基準値の情報と、過去の診断結果を含む履歴ログ情報と、を保持し、
    前記プロセッサは、
    入力情報として、前記建設機械の機種の情報と、診断開始および停止の指示を受信し、
    出力情報として、前記判定結果と、前記特定した動作の種類の情報と、前記特定した動作の動作範囲基準値の情報と、前記特定した動作の前記性能基準値と、前記判定結果に対応する前記リコメンデーション情報と、前記特定した動作の前記センサによる検知データと、を出力する、機械性能診断装置。
  12. 建設機械と、
    少なくとも1つのセンサを含むセンサ群と、
    ユーザ端末と、
    請求項1に記載の機械性能診断装置と、を備え、
    前記機械性能診断装置のプロセッサは、前記建設機械の健全性を判定する処理の結果を前記ユーザ端末の表示部に出力する、建設機械診断システム。
  13. 請求項12において、
    前記センサ群と前記機械性能診断装置は、前記ユーザ端末の内部に実装されている、建設機械診断システム。
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