JP2024028566A - ショベルの管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】使用状況に応じた保証内容を設定できるショベルの管理システムを提供すること。
【解決手段】本発明の実施形態に係るショベルの管理システムは、評価対象のショベルの作動状態を検出する状態検出装置と、前記検出された前記作動状態に基づき前記ショベルのアタッチメントの疲労度を算出し、前記算出された前記疲労度と関連付けられた保証内容情報を算出する制御装置と、前記算出された前記保証内容情報を表示する表示装置と、を備え、前記疲労度と関連付けられた保証内容情報は、前記疲労度と関連付けられた前記アタッチメントの保証期間、前記疲労度及び補修時期と関連付けられた前記アタッチメントの補修費用、及び前記疲労度と関連付けられた使用料金の少なくとも１つを含む。
【選択図】図４

Description

本開示は、ショベルの管理システムに関する。

従来、ショベルの作動状態を複数のセンサで検出し、解析モデルを用いて解析することにより、ショベルの部品に加わる応力を算出する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４－８５２９３号公報

ところで、従来のショベルの保証期間は、予め定められた期間で一義的に決められている。しかしながら、上記のようなショベルでは、ブレーカ作業のように構造部材への負荷が大きい作業や、仕上げ作業、積み込み作業、均し作業のように構造部材への負荷が小さい作業等、種々の作業が存在する。

そこで、上記事情に鑑み、使用状況に応じた保証内容を設定できるショベルの管理システムを提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係るショベルの管理システムは、評価対象のショベルの作動状態を検出する状態検出装置と、前記検出された前記作動状態に基づき前記ショベルのアタッチメントの疲労度を算出し、前記算出された前記疲労度と関連付けられた保証内容情報を算出する制御装置と、前記算出された前記保証内容情報を表示する表示装置と、を備え、前記疲労度と関連付けられた保証内容情報は、前記疲労度と関連付けられた前記アタッチメントの保証期間、前記疲労度及び補修時期と関連付けられた前記アタッチメントの補修費用、及び前記疲労度と関連付けられた使用料金の少なくとも１つを含む。

上述のショベルの管理システムによれば、使用状況に応じた保証内容を設定できる。

一実施形態のショベルの管理システムを示す図 一実施形態のショベルの管理システムのブロック図 疲労度算出処理の一例を示すフローチャート 一実施形態の表示画面の一例を示す図 一実施形態の表示画面の別の例を示す図 一実施形態の表示画面の更に別の例を示す図

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

図１を参照し、一実施形態のショベルの管理システム（以下、単に「管理システム」ともいう。）について説明する。図１は、一実施形態のショベルの管理システムを示す図である。

管理システム３００は、管理対象のショベル１００及び管理装置２００を含む。ショベル１００及び管理装置２００は、通信ネットワークＮＷを介して相互に通信を行う。

ショベル１００の下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が旋回可能に搭載されている。上部旋回体３には、ブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット６が取り付けられている。

ブーム４、アーム５及びバケット６は、アタッチメントの一例としての掘削アタッチメントを構成する。ブーム４はブームシリンダ７により駆動され、アーム５はアームシリンダ８により駆動され、バケット６はバケットシリンダ９により駆動される。ブーム４にはブーム角度センサＳ１が取り付けられ、アーム５にはアーム角度センサＳ２が取り付けられ、バケット６にはバケット角度センサＳ３が取り付けられている。ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２及びバケット角度センサＳ３は、集合的に「姿勢センサ」とも称される。アタッチメントの姿勢を特定する際に利用されるためである。

ブーム角度センサＳ１は、ブーム４の回動角度を検出する。本実施形態では、ブーム角度センサＳ１は加速度センサであり、上部旋回体３に対するブーム４の回動角度（以下、「ブーム角度」とする。）を検出する。ブーム角度は、例えば、ブーム４を最も下げたときに最小角度となり、ブーム４を上げるにつれて大きくなる。

アーム角度センサＳ２は、アーム５の回動角度を検出する。本実施形態では、アーム角度センサＳ２は加速度センサであり、ブーム４に対するアーム５の回動角度（以下、「アーム角度」とする。）を検出する。アーム角度は、例えば、アーム５を最も閉じたときに最小角度となり、アーム５を開くにつれて大きくなる。

バケット角度センサＳ３は、バケット６の回動角度を検出する。本実施形態では、バケット角度センサＳ３は加速度センサであり、アーム５に対するバケット６の回動角度（以下、「バケット角度」とする。）を検出する。バケット角度は、例えば、バケット６を最も閉じたときに最小角度となり、バケット６を開くにつれて大きくなる。

ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２及びバケット角度センサＳ３は、それぞれ可変抵抗器を利用したポテンショメータ、対応する油圧シリンダのストローク量を検出するストロークセンサ、連結ピン回りの回動角度を検出するロータリエンコーダ、ジャイロセンサ、加速度センサとジャイロセンサの組み合わせで構成される慣性計測装置等であってもよい。

ブームシリンダ７には、ブームロッド圧センサＳ７Ｒ及びブームボトム圧センサＳ７Ｂが取り付けられている。アームシリンダ８には、アームロッド圧センサＳ８Ｒ及びアームボトム圧センサＳ８Ｂが取り付けられている。バケットシリンダ９には、バケットロッド圧センサＳ９Ｒ及びバケットボトム圧センサＳ９Ｂが取り付けられている。ブームロッド圧センサＳ７Ｒ、ブームボトム圧センサＳ７Ｂ、アームロッド圧センサＳ８Ｒ、アームボトム圧センサＳ８Ｂ、バケットロッド圧センサＳ９Ｒ及びバケットボトム圧センサＳ９Ｂは、集合的に「シリンダ圧センサ」とも称される。

ブームロッド圧センサＳ７Ｒはブームシリンダ７のロッド側油室の圧力（以下、「ブームロッド圧」とする。）を検出し、ブームボトム圧センサＳ７Ｂはブームシリンダ７のボトム側油室の圧力（以下、「ブームボトム圧」とする。）を検出する。アームロッド圧センサＳ８Ｒはアームシリンダ８のロッド側油室の圧力（以下、「アームロッド圧」とする。）を検出し、アームボトム圧センサＳ８Ｂはアームシリンダ８のボトム側油室の圧力（以下、「アームボトム圧」とする。）を検出する。バケットロッド圧センサＳ９Ｒはバケットシリンダ９のロッド側油室の圧力（以下、「バケットロッド圧」とする。）を検出し、バケットボトム圧センサＳ９Ｂはバケットシリンダ９のボトム側油室の圧力（以下、「バケットボトム圧」とする。）を検出する。

振動センサＳ１０は、旋回減速機２０の振動を検出する。本実施形態では、振動センサＳ１０は、加速度センサで構成されている。圧電素子を利用したアコースティックエミッション（ＡＥ）センサであってもよい。振動センサＳ１０は、旋回減速機２０を定期的に診断できるように、旋回減速機２０にワンタッチで着脱できるように構成されている。但し、振動センサＳ１０は、ショベル１００の稼働中にも旋回減速機２０の振動を検出できるように旋回減速機２０に固定されていてもよい。

上部旋回体３には、運転室であるキャビン１０が設けられ且つエンジン１１等の動力源が搭載されている。また、上部旋回体３には、コントローラ３０、表示装置４０、入力装置４２、音出力装置４３、記憶装置４７、測位装置Ｐ１、機体傾斜センサＳ４、旋回角速度センサＳ５、撮像装置Ｓ６及び通信装置Ｔ１が取り付けられている。

コントローラ３０は、ショベル１００の駆動制御を行う主制御部として機能する。本実施形態では、コントローラ３０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を含むコンピュータで構成されている。コントローラ３０における１又は複数の機能は、例えば、ＲＯＭに格納されたプログラムをＣＰＵが実行することで実現される。

表示装置４０は、情報を表示する。表示装置４０は、ＣＡＮ等の通信ネットワークを介してコントローラ３０に接続されていてもよく、専用線を介してコントローラ３０に接続されていてもよい。

入力装置４２は、操作者が情報をコントローラ３０に入力できるようにする。入力装置４２は、キャビン１０内に設置されたタッチパネル、ノブスイッチ、メンブレンスイッチ等を含む。

音出力装置４３は、各種の音情報を出力する装置である。音出力装置４３は、例えば、コントローラ３０に接続される車載スピーカであってもよく、ブザー等の警報器であってもよい。本実施形態では、音出力装置４３は、コントローラ３０からの音出力指令に応じて各種音情報を出力する。

記憶装置４７は、情報を記憶するための装置である。記憶装置４７は、例えば、半導体メモリ等の不揮発性記憶媒体である。記憶装置４７は、ショベル１００の動作中に１又は複数の機器が出力する情報を記憶してもよく、ショベル１００の動作が開始される前に１又は複数の機器を介して取得する或いは入力される情報を記憶してもよい。記憶装置４７は、例えば、通信装置Ｔ１等を介して取得される目標施工面に関するデータを記憶していてもよい。目標施工面は、ショベル１００の操作者が設定したものであってもよく、施工管理者等が設定したものであってもよい。

測位装置Ｐ１は、上部旋回体３の位置及び向きを測定する。測位装置Ｐ１は、例えばＧＮＳＳコンパスであり、上部旋回体３の位置及び向きを検出し、検出値をコントローラ３０に対して出力する。そのため、測位装置Ｐ１は、上部旋回体３の向きを検出する向き検出装置として機能し得る。向き検出装置は、上部旋回体３に取り付けられた方位センサであってもよい。

機体傾斜センサＳ４は、水平面に対する上部旋回体３の傾斜を検出する。本実施形態では、機体傾斜センサＳ４は上部旋回体３の前後軸回りの前後傾斜角及び左右軸回りの左右傾斜角を検出する加速度センサである。上部旋回体３の前後軸及び左右軸は、例えば、ショベル１００の旋回軸上の一点であるショベル中心点で互いに直交する。機体傾斜センサＳ４は、加速度センサとジャイロセンサの組み合わせで構成される慣性計測装置であってもよい。

旋回角速度センサＳ５は、上部旋回体３の旋回角速度及び旋回角度を検出する。本実施形態では、ジャイロセンサである。レゾルバ、ロータリエンコーダ等であってもよい。

撮像装置Ｓ６は、ショベル１００の周辺の画像を取得する。本実施形態では、撮像装置Ｓ６は、ショベル１００の前方の空間を撮像する前カメラＳ６Ｆ、ショベル１００の左方の空間を撮像する左カメラＳ６Ｌ、ショベル１００の右方の空間を撮像する右カメラＳ６Ｒ、及びショベル１００の後方の空間を撮像する後カメラＳ６Ｂを含む。

撮像装置Ｓ６は、例えば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子を有する単眼カメラであり、撮像した画像を表示装置４０に出力する。撮像装置Ｓ６は、ステレオカメラ、距離画像カメラ等であってもよい。

前カメラＳ６Ｆは、例えば、キャビン１０の天井、すなわちキャビン１０の内部に取り付けられている。但し、キャビン１０の屋根、ブーム４の側面等、キャビン１０の外部に取り付けられていてもよい。左カメラＳ６Ｌは上部旋回体３の上面左端に取り付けられ、右カメラＳ６Ｒは上部旋回体３の上面右端に取り付けられ、後カメラＳ６Ｂは上部旋回体３の上面後端に取り付けられている。

通信装置Ｔ１は、ショベル１００の外部にある外部機器との通信を制御する。本実施形態では、通信装置Ｔ１は、衛星通信網、携帯電話通信網、インターネット網等を介した外部機器との通信を制御する。

図２は、一実施形態のショベルの管理システム３００のブロック図である。なお、機械的動力伝達ライン、作動油ライン、パイロットライン、電気制御ライン及び通信ラインをそれぞれ二重線、実線、破線、点線及び一点鎖線で示している。

ショベル１００の基本システムは、主に、エンジン１１、レギュレータ１３、メインポンプ１４、パイロットポンプ１５、コントロールバルブ１７、操作装置２６、吐出圧センサ２８、操作圧センサ２９、コントローラ３０等を含む。

エンジン１１は、ショベルの駆動源である。本実施形態では、エンジン１１は、例えば、所定の回転数を維持するように動作するディーゼルエンジンである。また、エンジン１１の出力軸は、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５の入力軸に連結されている。

メインポンプ１４は、作動油ラインを介して作動油をコントロールバルブ１７に供給する。本実施形態では、メインポンプ１４は、斜板式可変容量型油圧ポンプである。

レギュレータ１３は、メインポンプ１４の吐出量を制御する。本実施形態では、レギュレータ１３は、コントローラ３０からの制御指令に応じてメインポンプ１４の斜板傾転角を調節することによってメインポンプ１４の吐出量を制御する。例えば、コントローラ３０は、操作圧センサ２９等の出力を受信し、必要に応じてレギュレータ１３に対して制御指令を出力し、メインポンプ１４の吐出量を変化させる。

パイロットポンプ１５は、パイロットラインを介して操作装置２６を含む１又は複数の油圧機器に作動油を供給する。本実施形態では、パイロットポンプ１５は、固定容量型油圧ポンプである。

コントロールバルブ１７は、ショベルにおける油圧システムを制御する油圧制御装置である。本実施形態では、コントロールバルブ１７は、複数の制御弁を含むバルブブロックとして構成されている。コントロールバルブ１７は、１又は複数の制御弁を通じ、メインポンプ１４が吐出する作動油を、１又は複数の油圧アクチュエータに選択的に供給する。制御弁は、メインポンプ１４から油圧アクチュエータに流れる作動油の流量及び油圧アクチュエータから作動油タンクに流れる作動油の流量を制御する。油圧アクチュエータは、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、左側走行用油圧モータ１Ｌ、右側走行用油圧モータ１Ｒ及び旋回用油圧モータ２Ａを含む。旋回用油圧モータ２Ａは、電動アクチュエータとしての旋回用電動発電機で置き換えられてもよい。

操作装置２６は、操作者がアクチュエータの操作のために用いる装置である。アクチュエータは、油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータの少なくとも一方を含む。本実施形態では、操作装置２６は、パイロットラインを介して、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、コントロールバルブ１７内の対応する制御弁のパイロットポートに供給する。パイロットポートのそれぞれに供給される作動油の圧力（パイロット圧）は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６の操作方向及び操作量に応じた圧力である。操作装置２６は、パイロットラインを介し、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、コントロールバルブ１７内の対応する制御弁のパイロットポートに供給できるように構成されている。操作装置２６は、例えば図示しない左操作レバー、右操作レバー、左走行レバー及び右走行レバーを含む。

吐出圧センサ２８は、メインポンプ１４の吐出圧を検出する。本実施形態では、吐出圧センサ２８は、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

操作圧センサ２９は、操作装置２６を用いた操作者の操作内容を検出する。本実施形態では、操作圧センサ２９は、アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６の操作方向及び操作量を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作装置２６の操作内容は、操作圧センサ以外の他のセンサを用いて検出されてもよい。

コントローラ３０は、データ処理ユニット３５、判定ユニット３６及び表示ユニット３８を機能要素として有する。本実施形態では、各機能要素は、ソフトウェアとして実現されているが、ハードウェア、ファームウェア等で実現されていてもよい。

データ処理ユニット３５は、情報取得装置が取得する情報を処理するように構成されている。本実施形態では、データ処理ユニット３５は、情報取得装置が出力するデータを判定ユニット３６及び管理装置２００の制御装置２１０のそれぞれが利用できるように、情報取得装置が出力するデータを処理する。情報取得装置が取得する情報は、ブーム角度、アーム角度、バケット角度、前後傾斜角、左右傾斜角、旋回角速度、旋回角度、撮像装置Ｓ６が撮像した画像、ブームロッド圧、ブームボトム圧、アームロッド圧、アームボトム圧、バケットロッド圧、バケットボトム圧、振動センサＳ１０が検出した旋回減速機の振動、アタッチメントやフレームに貼り付けられた歪センサの検出値、メインポンプ１４の吐出圧、操作装置２６のそれぞれに関する操作圧等のうちの少なくとも１つを含む。そして、情報取得装置は、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、バケット角度センサＳ３、機体傾斜センサＳ４、旋回角速度センサＳ５、撮像装置Ｓ６、ブームロッド圧センサＳ７Ｒ、ブームボトム圧センサＳ７Ｂ、アームロッド圧センサＳ８Ｒ、アームボトム圧センサＳ８Ｂ、バケットロッド圧センサＳ９Ｒ、バケットボトム圧センサＳ９Ｂ、振動センサＳ１０、歪センサ（図示せず）、吐出圧センサ２８、操作圧センサ２９等のうちの少なくとも１つを含む。判定ユニット３６及び制御装置２１０のそれぞれが情報取得装置からのデータを直接利用できるのであれば、データ処理ユニット３５は省略されてもよい。

データ処理ユニット３５は、情報取得装置が出力するデータを所定時間にわたって保持するように構成されている。本実施形態では、データ処理ユニット３５は、情報取得装置が出力するデータを揮発性記憶媒体に少なくとも所定時間にわたって一時的に記録する。データ処理ユニット３５は、情報取得装置が出力するデータを記憶装置４７に記録してもよい。

判定ユニット３６は、情報取得装置が出力するデータの集まり（以下、「データセット」とする。）が後述する管理装置２００の制御装置２１０による診断に適しているか否かを判定するように構成されている。例えば、判定ユニット３６は、振動センサＳ１０が出力するデータセットが制御装置２１０による診断に適しているか否かを判定する。制御装置２１０による診断に適していないデータセットが制御装置２１０に供給されてしまうのを防止するためである。

表示ユニット３８は、各種の情報を表示装置４０に表示させるように構成されている。本実施形態では、コントローラ３０からの指令に応じて所定の画面を表示装置４０に表示させる。

管理装置２００は、制御装置２１０と、通信装置２２０と、表示装置２３０と、を備えている。また、制御装置２１０は、ショベル情報管理部２１１と、疲労度算出部２１２と、繁忙期情報管理部２１３と、保証内容決定部２１４と、を機能要素として有する。なお、制御装置２１０の各機能要素は、ソフトウェアとして実現されていてもよく、ハードウェア、ファームウェア等で実現されていてもよい。

ショベル情報管理部２１１は、情報取得装置が出力するデータセットを記憶して管理するように構成されている。データセットは、ショベル１００の通信装置Ｔ１から送信され、通信ネットワークＮＷ、通信装置２２０を介して、ショベル情報管理部２１１に入力される。なお、通信装置Ｔ１から送信されるデータセットには判定ユニット３６での判定結果が付されていてもよい。また、判定ユニット３６により診断に適していると判定されたデータセットのみが通信装置Ｔ１から送信される構成であってもよい。

疲労度算出部２１２は、ショベル情報管理部２１１に記憶されているデータセットに基づいてアタッチメントの疲労度を算出するように構成されている。本実施形態では、疲労度算出部２１２は、ショベル１００から収集された稼働情報に基づいて、ショベル１００の各部品の疲労度を算出する。疲労度は、ショベル１００の各部品に蓄積されている累積損傷度、各部品の余寿命を含む。この評価には、現時点までに記憶装置２０３に蓄積されている稼働情報、累積損傷度等が利用される。部品に蓄積されている累積損傷度及び余寿命の評価方法については、後述する。累積損傷度及び余寿命の評価結果は、ショベル情報管理部２１１に記憶される。

繁忙期情報管理部２１３は、時期と、価格の決定に用いる繁忙期係数と、を対応付けして記憶している。例えば、時期を、繁忙期・通常期・閑散期の３段階の繁忙期情報として分類する場合、通常期における係数を繁忙期における係数よりも低く設定し、閑散期の係数を通常期よりも低く設定してもよい。例えば、会計年度末のような補修の依頼が増える時期を繁忙期と設定してもよい。また、ショベル１００の稼働率が高くなる時期を繁忙期としてもよい。

保証内容決定部２１４は、ショベル情報管理部２１１に記憶されたショベル１００の情報に基づいて、保証内容を決定する。保証内容は、例えば保証期間、補修費用、使用料金を含む。ユーザは、例えば管理装置２００にアクセスすることにより、管理装置２００の表示装置２３０に保証内容の情報（以下「保証内容情報」ともいう。）等を表示させることができる。

保証期間は、例えばブーム４、アーム５、バケット６等のアタッチメントの保証期間である。保証期間は、メーカ保証等の無償保証期間である通常保証期間と、通常保証期間に追加して設定される追加保証期間と、を含む。保証期間は、疲労度算出部２１２により算出されるアタッチメントの疲労度に基づいて設定される。例えば、疲労度算出部２１２により算出されるアタッチメントの累積損傷度が基準累積損傷度よりも小さいほど、追加保証期間が長く設定される。基準累積損傷度は、標準的な作業内容でショベル１００を作動させたときに想定される累積損傷度であり、例えばショベル１００の納品からの経過日数に応じて設定される。また、疲労度算出部２１２により算出されるアタッチメントの余寿命が基準余寿命よりも長いほど、追加保証期間が長く設定される。基準余寿命は、標準的な作業内容でショベル１００を作動させたときに想定される余寿命であり、例えばショベル１００の納品からの経過日数に応じて設定される。標準的な作業内容は、例えばブレーカ作業のように構造部材への負荷が大きい作業（高負荷作業）と、仕上げ作業、積み込み作業、均し作業のように構造部材への負荷が小さい作業（低負荷作業）とを所定の比率（例えば、１：１）で行った場合の作業内容である。

補修費用は、例えばブーム４、アーム５、バケット６等のアタッチメントの補修費用である。補修費用は、アタッチメントに亀裂が生じた後に疲労度算出部２１２により算出されたアタッチメントの余寿命に基づいて決定される補修時期に基づいて設定される。例えば、アタッチメントに亀裂が生じた直後に補修を行う場合には、補修費用は基準額に所定の第１割増額を追加した費用に設定される。また、アタッチメントに亀裂が生じた後に余寿命の範囲内で所定期間（例えば２日～１週間）アタッチメントの使用を継続した後に補修を行う場合には、補修費用は基準額に第１割増額よりも低額の第２割増額を追加した費用に設定される。また、アタッチメントに亀裂が生じた後に余寿命が長くなるように作業内容を変更し、且つ、該余寿命の範囲内で所定期間（例えば１週間～１ヶ月）アタッチメントの使用を継続した後に補修を行う場合には、補修費用は基準額に割増額を追加しない費用に設定される。さらに、補修費用は、基準額に繁忙期情報管理部２１３の繁忙期係数を積算したものとしてもよい。

使用料金は、ショベル１００の使用料金であり、例えばショベル１００をレンタルした者がレンタル会社に支払う料金、レンタル会社からショベル１００をレンタルした者に還付される還付金を含む。使用料金は、疲労度算出部２１２により算出される疲労度に基づいて設定される。例えば、疲労度算出部２１２により算出されるアタッチメントの累積損傷度が基準累積損傷度よりも小さいほど、還付金が高額に設定される。基準累積損傷度は、標準的な作業内容でショベル１００を作動させたときに想定される累積損傷度であり、例えばショベル１００をレンタルした者がショベル１００の使用を開始してからの経過日数に応じて設定される。また、疲労度算出部２１２により算出されるアタッチメントの余寿命が基準余寿命よりも長いほど、還付金が高額に設定される。基準余寿命は、標準的な作業内容でショベル１００を作動させたときに想定される余寿命であり、例えばショベル１００をレンタルした者がショベル１００の使用を開始してからの経過日数に応じて設定される。

通信装置２２０は、通信ネットワークＮＷを通じて、他の装置、例えばショベル１００と通信可能に構成されている。

表示装置２３０は、各種の情報を表示させるように構成されている。

図３を参照して、ショベル１００の疲労度を算出する処理（以下「疲労度算出処理」という。）について説明する。疲労度算出処理は、管理装置２００の制御装置２１０により実行される。図３は、疲労度算出処理の一例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳＴ１において、管理装置２００が、ショベル１００によって作業中に繰り返される一連の動作の少なくとも１周期分の測定値を、アタッチメントの姿勢センサ、アタッチメントのシリンダ圧センサ及び旋回角速度センサＳ５から取得する。これらの測定値と共に、作業種別、作業年月日、機体識別番号等の情報が取得される。

旋回角速度センサＳ５から、上部旋回体３の旋回角が取得される。アタッチメントの姿勢センサ及び旋回角速度センサＳ５の検出値によって、ショベル１００の姿勢が特定される。ショベル１００の一連の動作のうち、アタッチメントの姿勢センサ、アタッチメントのシリンダ圧センサ及び旋回角速度センサＳ５で測定値を取得する時間の範囲は、管理装置２００の管理オペレータが設定してもよいし、ショベル１００の運転者または保守要員が設定してもよい。ショベル１００で繰り返される一連の動作は、例えば掘削開始、持ち上げ旋回、排土、戻り旋回を含む工程を１周期として、該工程が繰り返される。

ステップＳＴ２において、一連の動作の１周期内で、解析すべき複数の時刻（以下、「解析時刻」という。）を抽出する。例えば、シリンダ内の油圧、旋回角度の時間波形のピーク、変曲点等の特徴的な時刻を、解析時刻として抽出する。抽出する解析時刻の個数を多くすると、解析精度が向上するが、解析に要する計算時間は長くなる。管理装置２００が、ショベル１００の動作中におけるブームシリンダ７内の油圧、アーム５の先端の高さ及び旋回角度の時間波形に基づいて解析時刻を自動的に抽出するようにしてもよいし、オペレータが該時間波形を観察して解析時刻を決定し、解析時刻を入力するようにしてもよい。

ステップＳＴ３において、解析時刻の各々において、解析モデルを用い、ブーム４、アーム５等の部品の各々に加わっている応力の分布を算出する。応力の分布は、解析時刻ごとに決定されているショベル１００の特定の姿勢に基づいて計算される。すなわち、繰り返される一連の動作の１周期内に現れる種々のショベル１００の姿勢ごとに、ショベル１００の部品に加わっている荷重に基づいて、応力の分布を算出する。応力の分布の算出には、例えば有限要素法等の数値解析手法を適用できる。このとき、ショベル１００の姿勢及びショベル１００の部品に加わる荷重が解析条件として用いられる。ここで、荷重はベクトルで表される。荷重の大きさ及び向きは、油圧シリンダ内の油圧、油圧シリンダの軸方向（アタッチメントの姿勢）及び旋回角加速度により求まる。旋回角加速度は、旋回角を２回微分することにより算出される。応力は、解析モデルを構成する要素及び節点ごとに算出される。応力分布の解析結果が、解析時刻ごとに、かつ部品ごとに算出される。

ステップＳＴ４において、各部品の評価点ごとに、１周期の動作期間中に蓄積される損傷度（以下「単周期損傷度」という。）を算出する。これにより、部品内における単周期損傷度の分布が得られる。単周期損傷度は、応力の時間変化から抽出される応力の極値に基づいて算出される。単周期損傷度は、公知の方法により算出できる。

ステップＳＴ５において、部品の累積損傷度及び余寿命の分布を算出する。以下、累積損傷度及び余寿命の算出方法について説明する。管理装置２００は、管理対象のショベル１００の機体ごと及び部品ごとに、機体の稼働開始時点から現時点までの単周期損傷度の総和（累積損傷度）を算出する。今回のデータ収集の対象となる動作を開始するまでに蓄積された累積損傷度は、ショベル情報管理部２１１に記憶されている。ショベル１００の部品の、ある箇所の累積損傷度が１になると、その箇所で破断が生じる可能性が高くなる。１から累積損傷度を減算することにより、余寿命が求まる。

ステップＳＴ６において、ステップＳＴ５で求められた累積損傷度及び余寿命が、機体識別番号等の情報と関連付けられて、ショベル情報管理部２１１に記憶される。

図４を参照し、ショベルの管理システム３００によって生成される表示画面の表示例について説明する。図４は、一実施形態の表示画面の一例を示す図である。なお、以下の説明においては、表示画面４００は、管理装置２００の表示装置２３０に表示されるものとし、疲労度算出処理により算出された余寿命と該余寿命と関連付けられた保証期間とを含む情報を表示するものとする。

表示画面４００は、保証期間表示部４１０、最弱箇所表示部４２０、余寿命表示部４３０を有する。図４の例では、保証期間表示部４１０、最弱箇所表示部４２０及び余寿命表示部４３０は上方からこの順に配置されている。但し、保証期間表示部４１０、最弱箇所表示部４２０及び余寿命表示部４３０の配置は、図４に示される配置に限定されるものではない。

保証期間表示部４１０は、アタッチメントの保証期間に関する情報を表示する。図４の例では、保証期間表示部４１０には、アタッチメントの通常保証期間を表すバーゲージ４１１及び追加保証期間を表すバーゲージ４１２が表示されている。通常保証期間は、例えばメーカ保証等の無償保証期間であり、予め設定された保証期間に基づいて表示される。追加保証期間は、疲労度算出処理で算出されるアタッチメントの余寿命に基づいて表示される。

例えば、疲労度算出処理で算出されるアタッチメントの余寿命が基準余寿命よりも長い場合、追加保証期間を表すバーゲージ４１２は算出された余寿命と基準余寿命との差に応じた長さで、通常保証期間を表すバーゲージ４１１の右側に表示される。一方、疲労度算出処理で算出されるアタッチメントの余寿命が基準余寿命よりも短い場合、追加保証期間を表すバーゲージ４１２は表示されない。基準余寿命は、標準的な作業内容でショベル１００を作動させたときに想定される余寿命であり、例えばショベル１００の納品からの経過日数に応じて設定される。標準的な作業内容は、例えばブレーカ作業のように構造部材への負荷が大きい作業（高負荷作業）と、仕上げ作業、積み込み作業、均し作業のように構造部材への負荷が小さい作業（低負荷作業）とを所定の比率（例えば、１：１）で行った場合の作業内容である。

また、図４の例では、通常保証期間と追加保証期間との区別を容易にするために、通常保証期間を表すバーゲージ４１１が実線で表示され、追加保証期間を表すバーゲージ４１３が破線で表示されている。但し、通常保証期間と追加保証期間の表示方法はこれに限定されず、例えば色分け表示されていてもよい。

最弱箇所表示部４２０は、アタッチメントの最弱箇所を特定する情報を表示する。図４の例では、最弱箇所表示部４２０には、アーム５の画像４２１、アーム５における最弱箇所を特定する画像４２２、ブーム４の画像４２３及びブーム４における最弱箇所を特定する画像４２４が表示されている。アーム５における最弱箇所及びブーム４における最弱箇所は、疲労度算出処理で算出される疲労度（例えば、累積損傷度、余寿命）の分布に基づいて表示される。例えば、アーム５における最弱箇所及びブーム４における最弱箇所は、疲労度算出処理で算出される累積損傷度の分布において累積損傷度が最も大きい箇所である。また、例えばアーム５における最弱箇所及びブーム４における最弱箇所は、疲労度算出処理で算出される余寿命の分布において余寿命が最も短い箇所である。なお、図４の例では、アーム５の画像４２１及びブーム４の画像４２２は左右に並んで表示されているが、これに限定されず、例えば上下に並んで表示されていてもよい。また、アーム５の画像４２１とブーム４の画像４２２のいずれか一方のみが表示されていてもよい。

余寿命表示部４３０は、アタッチメントの余寿命を表示する。図４の例では、余寿命表示部４３０には、現在のアーム５の余寿命を表すバーゲージ４３１及び現在のブーム４の余寿命を表すバーゲージ４３２が表示されている。アーム５の余寿命及びブーム４の余寿命は、疲労度算出処理で算出される余寿命の分布に基づいて表示される。例えば、現在のアーム５の余寿命及び現在のブーム４の余寿命は、それぞれ疲労度算出処理で算出される余寿命の分布における最も短い余寿命であってもよく、平均値や中央値であってもよい。また、余寿命表示部４３０には、現在のアーム５の余寿命を表すバーゲージ４３１及び現在のブーム４の余寿命を表すバーゲージ４３２に重畳して、基準余寿命を表す画像が表示されていてもよい。基準余寿命を表す画像が表示されることにより、管理者は基準余寿命に対する現在の余寿命を容易に把握できる。また、余寿命表示部４３０には、アタッチメントの余寿命に代えて、又は余寿命と共に、アタッチメントの累積損傷度が表示されるようにしてもよい。

以上に説明したように、一実施形態の管理システム３００によれば、図４に示されるように、アタッチメントの余寿命（若しくは、累積損傷度）と保証期間とが関連付けして表示される。これにより、管理者は、表示装置２３０の表示画面４００に表示された情報に基づいて、ショベル１００の使用状況に応じた保証期間を設定できる。例えば、管理者は、表示装置２３０の表示画面４００に表示されたアタッチメントの余寿命が基準余寿命よりも長い場合にアタッチメントの通常保証期間に追加保証期間を付加した保証期間を設定できる。

図４の事例では、例えば、保証期間を５０００時間とした場合、保証期間内における８０％（４０００時間）を利用した事例である。この場合でも、負荷が小さい作業を行っていると、基準として設定された保証期間内に保証された基準余寿命（１００％）のうち、ブーム４、アーム５の余寿命は６０％程度残っている。つまり、４０％程度しか利用されていない。このため、保証期間内の８０％（４０００時間）を利用した時点で、１５００時間（１３０％）の追加保証期間を設定できる。

なお、図４の例では、アタッチメントの余寿命と保証期間とを含む情報が管理装置２００の表示装置２３０に表示される場合を示したが、本開示はこれに限定されず、例えばショベル１００の表示装置４０に表示されてもよい。また、管理装置２００と通信ネットワークＮＷを通じて通信可能な他の装置に表示されてもよい。

また、図４の例では、表示装置２３０の表示画面４００に、アタッチメントの余寿命と保証期間とが関連付けされて表示される場合を示したが、本開示はこれに限定されず、例えばアタッチメントの累積損傷度と保証期間とが関連付けされて表示されてもよい。この場合、管理者は、表示装置２３０の表示画面４００に表示されたアタッチメントの累積損傷度が基準累積損傷度よりも小さい場合にアタッチメントの通常保証期間に追加保証期間を付加した保証期間を設定できる。

また、表示画面４００には日時、機番、使用者、これまでの使用時間（図示せず）が表示されてもよい。

図５を参照し、ショベルの管理システム３００によって生成される表示画面の別の表示例について説明する。図５は、一実施形態の表示画面の別の例を示す図である。なお、以下の説明においては、表示画面５００は、管理装置２００の表示装置２３０に表示されるものとし、疲労度算出処理により算出された余寿命と該余寿命と関連付けられた補修費用とを含む情報を表示するものとする。

表示画面５００は、余寿命表示部５１０、補修費用表示部５２０、最弱箇所表示部５３０を有する。図５の例では、余寿命表示部５１０、補修費用表示部５２０及び最弱箇所表示部５３０は上方からこの順に配置されている。但し、余寿命表示部５１０、補修費用表示部５２０及び最弱箇所表示部５３０の配置は、図５に示される配置に限定されるものではない。

余寿命表示部５１０は、アタッチメントの余寿命を表示する。図５の例では、余寿命表示部５１０には、バーゲージ５１１、バーゲージ５１２、図形５１３～５１５が表示されている。バーゲージ５１１は、現在の作業内容（現作業内容）でショベル１００の使用を継続した場合のアタッチメントの余寿命を表す。バーゲージ５１２は、現在の作業内容から余寿命を延ばすために推奨される作業内容（推奨作業内容）に変更してショベル１００を使用する場合のアタッチメントの余寿命を表す。推奨作業内容は、例えば、地山の掘削作業のショベルに対しては搬出作業等への変更である。岩盤作業を行っているショベルに対しては、平地掘削等への変更である。図形５１３～５１５は、それぞれ異なる補修時期を表す。図形５１３は、アタッチメントに亀裂が生じた直後に補修を行う時期（若しくは、亀裂が生じた時点）を表す。図形５１４は、アタッチメントに亀裂が生じた後に現在の作業内容でショベル１００の使用を継続した場合の余寿命の範囲内の期間（例えば２日～１週間）を表す。図形５１５は、アタッチメントに亀裂が生じた後に現在の作業内容から余寿命を延ばすために推奨される作業内容に変更した場合の余寿命の範囲内の期間（例えば１週間～１ヶ月）を表す。現在の作業でショベル１００の使用を継続した場合のアタッチメントの余寿命及び推奨される作業でショベル１００を使用する場合のアタッチメントの余寿命は、疲労度算出処理で算出される余寿命に基づいて表示される。例えば、現在の作業でショベル１００の使用を継続した場合のアタッチメントの余寿命及び推奨される作業でショベル１００を使用する場合のアタッチメントの余寿命は、それぞれ疲労度算出処理で算出される余寿命の分布における最も短い余寿命であってもよく、平均値や中央値であってもよい。

補修費用表示部５２０は、アタッチメントの補修費用に関する情報を表示する。図５の例では、補修費用表示部５２０には、バーゲージ５２１～５２３が表示されている。バーゲージ５２１は、余寿命表示部５１０に表示された図形５１３で示される時期にアタッチメントを補修する場合の補修費用を表す。バーゲージ５２１で表される補修費用は、基準額５２１ａに所定の第１割増額５２１ｂを追加した費用である。バーゲージ５２２は、余寿命表示部５１０に表示された図形５１４で示される期間にアタッチメントを補修する場合の補修費用を表す。バーゲージ５２２で表される補修費用は、基準額５２２ａに第１割増額５２１ｂよりも低額の第２割増額５２２ｂを追加した費用である。バーゲージ５２３は、余寿命表示部５１０に表示された図形５１５で示される期間にアタッチメントを補修する場合の補修費用を表す。バーゲージ５２３で表される補修費用は、基準額５２３ａに割増額を追加しない費用である。また、基準額５２１ａ，５２２ａ，５２３ａ、第１割増額５２１ｂ及び第２割増額５２２ｂは、繁忙期情報管理部２１３の繁忙期係数が積算されたものであってもよい。

最弱箇所表示部５３０は、アタッチメントの最弱箇所を特定する情報を表示する。図５の例では、最弱箇所表示部５３０には、ブーム４における現時点での最弱箇所を表す画像５３１及び推奨される作業内容に変更した場合の予測されるブーム４における最弱箇所を表す画像５３２が表示されている。ブーム４における最弱箇所は、疲労度算出処理で算出される疲労度（例えば、累積損傷度、余寿命）の分布に基づいて表示される。例えば、ブーム４における最弱箇所は、疲労度算出処理で算出される累積損傷度の分布において累積損傷度が最も大きい箇所である。また、例えばブーム４における最弱箇所は、疲労度算出処理で算出される余寿命の分布において余寿命が最も短い箇所である。なお、図５の例では、ブーム４における現時点での最弱箇所を表す画像５３１及び推奨される作業内容に変更した場合の予測されるブーム４における最弱箇所を表す画像５３２は左右に並んで表示されているが、これに限定されず、例えば上下に並んで表示されていてもよい。

以上に説明したように、一実施形態の管理システム３００によれば、図５に示されるように、アタッチメントの余寿命と補修費用とが関連付けして表示される。これにより、管理者は、表示装置２３０の表示画面５００に表示された情報に基づいて、ショベル１００の使用状況に応じた補修費用を設定できる。例えば、管理者は、表示装置２３０の表示画面５００に表示されたアタッチメントの余寿命及び補修時期に基づいて、基準額に割増額を追加した補修費用を設定できる。また、作業内容と補修費用とが関連付けされてもよい。また、作業内容と余寿命とが関連付けされてもよい。また、作業内容と保証期間とが関連付けされてもよい。

なお、図５の例では、アタッチメントの余寿命と補修費用とを含む情報が管理装置２００の表示装置２３０に表示される場合を示したが、本開示はこれに限定されず、例えばショベル１００の表示装置４０に表示されてもよい。また、管理装置２００と通信ネットワークＮＷを通じて通信可能な他の装置に表示されてもよい。

また、表示画面５００には日時、機番、使用者、これまでの使用時間（図示せず）が表示されてもよい。

図６を参照し、ショベルの管理システム３００によって生成される表示画面の更に別の表示例について説明する。図６は、一実施形態の表示画面の更に別の例を示す図である。なお、以下の説明においては、表示画面６００は、管理装置２００の表示装置２３０に表示されるものとし、疲労度算出処理により算出された累積損傷度と該累積損傷度と関連付けられた使用料金とを含む情報を表示するものとする。

表示画面６００は、使用料金表示部６１０、最弱箇所表示部６２０、累積損傷度表示部６３０を有する。図６の例では、使用料金表示部６１０、最弱箇所表示部６２０及び累積損傷度表示部６３０は上方からこの順に配置されている。但し、使用料金表示部６１０、最弱箇所表示部６２０及び累積損傷度表示部６３０の配置は、図６に示される配置に限定されるものではない。

使用料金表示部６１０は、ショベル１００の使用料金に関する情報を表示する。図６の例では、使用料金表示部６１０には、ショベル１００をレンタルした者がレンタル会社に支払う料金を表すバーゲージ６１１及びレンタル会社からショベル１００をレンタルした者に還付される還付金を表すバーゲージ６１２が表示されている。還付金を表すバーゲージ６１２は、疲労度算出処理で算出される疲労度（例えば、累積損傷度、余寿命）に基づいて表示される。例えば、還付金を表すバーゲージ６１２は、疲労度算出処理により算出されるアタッチメントの累積損傷度が基準累積損傷度よりも小さいほど、長いバーゲージで表示される。

最弱箇所表示部６２０は、アタッチメントの最弱箇所を特定する情報を表示する。図６の例では、最弱箇所表示部６２０には、アーム５の画像６２１、アーム５における最弱箇所を特定する画像６２２、ブーム４の画像６２３及びブーム４における最弱箇所を特定する画像６２４が表示されている。アーム５における最弱箇所及びブーム４における最弱箇所は、疲労度算出処理で算出される疲労度（例えば、累積損傷度、余寿命）の分布に基づいて表示される。例えば、アーム５における最弱箇所及びブーム４における最弱箇所は、疲労度算出処理で算出される累積損傷度の分布において累積損傷度が最も大きい箇所である。また、例えばアーム５における最弱箇所及びブーム４における最弱箇所は、疲労度算出処理で算出される余寿命の分布において余寿命が最も短い箇所である。なお、図６の例では、アーム５の画像６２１及びブーム４の画像６２２は左右に並んで表示されているが、これに限定されず、例えば上下に並んで表示されていてもよい。また、アーム５の画像６２１とブーム４の画像６２２のいずれか一方のみが表示されていてもよい。

累積損傷度表示部６３０は、アタッチメントの累積損傷度を表示する。図６の例では、累積損傷度表示部６３０には、現在のアーム５の累積損傷度を表すバーゲージ６３１及び現在のブーム４の累積損傷度を表すバーゲージ６３２が表示されている。アーム５の余寿命及びブーム４の余寿命は、疲労度算出処理で算出される累積損傷度の分布に基づいて表示される。例えば、現在のアーム５の累積損傷度及び現在のブーム４の累積損傷度は、それぞれ疲労度算出処理で算出される累積損傷度の分布における最も大きい累積損傷度であってもよく、平均値や中央値であってもよい。また、累積損傷度表示部６３０には、現在のアーム５の累積損傷度を表すバーゲージ６３１及び現在のブーム４の累積損傷度を表すバーゲージ６３２に重畳して、基準累積損傷度を表す画像が表示されていてもよい。基準累積損傷度を表す画像が表示されることにより、管理者は基準累積損傷度に対する現在の累積損傷度を容易に把握できる。

以上に説明したように、一実施形態の管理システム３００によれば、図６に示されるように、アタッチメントの累積損傷度と使用料金とが関連付けして表示される。これにより、管理者は、表示装置２３０の表示画面４００に表示された情報に基づいて、ショベル１００の使用状況に応じた使用料金を設定できる。例えば、管理者は、表示装置２３０の表示画面４００に表示された所定期間（例えば、レンタル期間）におけるアタッチメントの累積損傷度が基準累積損傷度よりも大きい場合に、所定期間におけるアタッチメントの累積損傷度と基準累積損傷度との差に応じて、ショベル１００の使用料金の一部を還付する還付金を設定できる。

図６の事例では、予測される使用状況（作業内容、累積損傷度等）と実績とを対比させる事例である。図６の事例では、例えば、使用期間終了時点において、基準累積損傷度（例えば１００％）に達しない場合（例えば６０％）、使用料金を２０％還付する事例である。つまり、使用開始時に想定される累積損傷度に達しない場合、未達の度合いに応じて使用料金を還付する事例である。余寿命（若しくは、累積損傷度）と補修費用と関連付けができることで、余寿命（若しくは、累積損傷度）と使用料金とも関連付けができる。作業内容と使用料金とが関連付けされてもよい。作業内容と保証期間とが関連付けされてもよい。

なお、図６の例では、アタッチメントの累積損傷度と使用料金とを含む情報が管理装置２００の表示装置２３０に表示される場合を示したが、本開示はこれに限定されず、例えばショベル１００の表示装置４０に表示されてもよい。また、管理装置２００と通信ネットワークＮＷを通じて通信可能な他の装置に表示されてもよい。

また、図６の例では、表示装置２３０の表示画面４００に、アタッチメントの累積損傷度と使用料金とが関連付けされて表示される場合を示したが、本開示はこれに限定されず、例えばアタッチメントの余寿命と使用料金とが関連付けされて表示されてもよい。この場合、管理者は、表示装置２３０の表示画面４００に表示されたアタッチメントの余寿命が基準余寿命よりも長い場合に、所定期間におけるアタッチメントの余寿命と基準余寿命との差に応じて、ショベル１００の使用料金の一部を還付する還付金を設定できる。

また、表示画面６００には日時、機番、使用者、これまでの使用時間（図示せず）が表示されてもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施形態に種々の変更及び置換を加えることができる。

例えば、管理システム３００の表示装置として、携帯端末等の支援装置を利用してもよい。支援装置は、典型的には携帯端末装置であり、例えば、施工現場にいる作業者等が携帯するノートＰＣ、タブレットＰＣ、又はスマートフォン等である。支援装置は、ショベル１００の操作者が携帯するコンピュータであってもよい。支援装置は、固定端末装置であってもよい。

１００ ショベル
２００ 管理装置
２１０ 制御装置
２１１ ショベル情報管理部
２１２ 疲労度算出部
２１３ 繁忙期情報管理部
２１４ 保証内容決定部
２３０ 表示装置
３００ 管理システム
４００、５００、６００ 表示画面

Claims (5)

1. 評価対象のショベルの作動状態を検出する状態検出装置と、
   前記検出された前記作動状態に基づき前記ショベルのアタッチメントの疲労度を算出し、前記算出された前記疲労度と関連付けられた保証内容情報を算出する制御装置と、
   前記算出された前記保証内容情報を表示する表示装置と、
   を備え、
   前記疲労度と関連付けられた保証内容情報は、前記疲労度と関連付けられた前記アタッチメントの保証期間、前記疲労度及び補修時期と関連付けられた前記アタッチメントの補修費用、及び前記疲労度と関連付けられた使用料金の少なくとも１つを含む、
   ショベルの管理システム。
2. 前記制御装置は、前記アタッチメントに加わっている応力の分布を算出し、前記算出された応力の分布に基づいて前記疲労度を算出する、
   請求項１に記載のショベルの管理システム。
3. 前記疲労度は、少なくとも余寿命及び累積損傷度のいずれか１つを含み、
   前記表示装置には、前記余寿命が最も短い箇所又は前記累積損傷度が最も大きい箇所が表示される、
   請求項１又は２に記載のショベルの管理システム。
4. 前記表示装置には、前記算出された前記疲労度が表示される、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載のショベルの管理システム。
5. 前記保証内容情報は、繁忙期情報に基づいて算出される、
   請求項１に記載のショベルの管理システム。

Images