JP5802619B2 - 設備維持管理業務支援システム - Google Patents

Description

本発明は、現有資産の状態、価値を定量化し、設備更新需要および財政収支情報から、中長期的観点で上下水道事業の適切な維持管理、更新計画立案が可能な維持管理支援システムに関する。

これまで上下水道事業は普及拡大・能力の向上を主目的とし、大規模な施設・設備の整備を実施してきた。高度経済成長期から昭和５０年代にかけて整備された上下水道設備は、３０〜４０年以上の高経年化設備が大半を占め、性能劣化、構造的劣化が進行し、今後は新規投資額が減少し、更新／改築需要が集中すると考えられる。

また、水道事業収益が減少傾向を辿り、公共事業費が抑制される状況で、維持管理や設備保全に必要かつ十分な予算を充てることは困難な状況となってきており、更新投資、維持管理投資の増大に対する、予算の確保が上下水道事業体にとって大きな課題となっている。

このため、高経年化設備を延命化する効率的管理と、更新需要時期の集中を平準化（適正化）する経営手法が求められており、これらを財政収支見通しおよび更新需要見通しなどの定量的指標に基づき管理する維持管理手法の確立が急務となっている。

維持管理業務（アセットマネジメント）の分野における国際標準プロセスとしては、ＩＳＯ５５０００シリーズの制定のための動きが活発化している。また、日本国内においては上水道分野におけるガイドラインとして、厚生労働省／健康局水道課が平成２１年７月に「水道事業におけるアセットマネジメント手法に関する手引き」、および下水道分野においては、国土交通省／水管理・国土保全局下水道部が平成２３年９月に「下水道施設のストックマネジメント手法に関する手引き（案）」を発行している。

特開２００５−３２７２０１号公報 特開２００６−３２３７４１号公報

［特許文献１］に記載の従来技術は、設備または機器に関する点検／保守作業実施時期を設定し、当該設備または機器の信頼性を向上させることが可能となっている。しかしながら、上下水道施設における重要管理指標の１つでもある水質レベルに大きな影響を与える設備の点検／保守時期、または故障による運転停止を未然に防ぐための予防保全作業の優先度を決定できないという問題がある。

［特許文献２］に記載の従来技術は、巨大構造物の代表でもある橋梁の材料の劣化診断を、公知の劣化モデル評価式を適用して実施しているが、上下水道施設に関する設備や機器等は、コンクリート構造物、大型機械／電機設備、ポンプ、計測用機器、センサー等、多岐にわたっており、材料の劣化のみならず、電子回路を構成する半導体素子、高機能材料等の影響も考慮する必要がある。

一般的に、機械・電気を構成する部品、素子等はメーカ推奨値に基づき、特定の制約条件または環境下で劣化の状況が定式化されているが、損傷の種類が限定されており、劣化の分布が考慮されないため、実態にそぐわない状態が発生する。そのため、点検作業やモニタリングによって実際の劣化状況を把握した後、実測値による統計的劣化モデルを構築するなど、双方の劣化モデルの欠点を補完しなければ、劣化予測の精度は向上しないものと考えられる。

国内における設備の維持管理手法は、従来から法定耐用年数をベースとした時間計画保全の考え方に基づいて行われてきたが、設備を構成する部品やユニット等の品質と耐久性が向上したこともあり、耐用年数を超過しても大きな問題も無く健全な状態で稼働している設備の比率が高くなってきている。実態は、上下水道事業体の財政が非常に厳しくなってきたことで、更新のための予算を十分に確保することが困難であるという背景が招いた受身的な状態に過ぎず、本来のアセットマネジメントとはいえない。

そのため近年では適切な点検および保守作業を実施して、設備の故障や停止を未然に防ぐ予防保全の考え方がクローズアップされてきており、適切な対策を講じてプロアクティブな設備管理を実施することが求められてきている。

設備保全には前記の予防保全と、故障やトラブルが発生した後に対策を講じる事後保全の２種類に区別されるが、設備保全の全コストに占める、予防保全コストの比率が高いほど、適切な設備管理が実施されているといえる。しかしながら、予防保全を実施するための条件としては、設備の稼働状態をモニタリングするための各種点検作業、センシングによるプラントデータの収集、当該データに基づく設備の健全度診断および耐用年数予測等の高度な分析手段の確立が不可欠であり、当該データの収集に必要とされる莫大なコスト等、クリアすべき課題が多く存在する。

また、当該設備が停止することによる社会的影響度も考慮し、故障またはトラブルが発生後の事後保全が許されない場合や、状態監視が困難な状態にある設備については時間計画保全に基づき対応するなど、柔軟な意思決定が必要となる。

通常、上下水道事業体では設備を維持管理していくための人材育成、管理レベルの維持は運用・管理マニュアル等にしたがって行われている。しかし、上下水道の設備管理や水質維持には、通常センシングしている項目以外の影響によって、異常事象、トラブルが発生することもある。これらに対しては、管理ノウハウとして蓄積された実践的な知識を活かして、上下水道事業のサービスレベルを維持、向上する合理的な対応がなされていると考えられており、運用・管理マニュアルだけではサポートしきれない、いわば熟練した者が長年に渡り積み上げてきたノウハウが、設備の正常運用、管理に一役かっていると言っても過言ではない。そのため、当該ノウハウを有する熟練職員が減少する前に、局内の管理レベルを維持するための施策を講ずることが重要である。

上述のとおり、上下水道事業体のアセットマネジメントでは設備維持管理のための稼働状態の把握、および担当者が均一的で合理的に判断することが可能な環境の構築が急務となっており、技術継承も含めたシームレスな情報システムを適用していくことが推奨される。また、厳しくなる財政収支状況と将来的に増大し続けることが予想される更新需要見通しから、設備保全コストが特定の年度に集中する状態を回避し、中長期的観点でのコスト平準化を実現する維持管理手法を確立することが重要となってきいている。

本発明は前記の課題を解決するための発明であって、上下水道施設内に設置されている設備等に関するモニタリングデータ等を取得することによって、当該設備の健全度を定量的に診断する技術と、当該設備が機能を保証できる時期を予測する劣化診断予測技術、および当該劣化診断予測結果に基づき延命化が可能となった設備に関連するデータを統計し、理論的もしくは統計的劣化モデルを構築することが可能な設備維持管理業務支援システムを提供することである。

本発明は、上記目的を達成するため、上下水道事業が管理する施設および設備の設備維持管理業務支援システムにおいて、データ入力手段と、情報表示手段と、データベースを記憶した記憶手段と、演算処理手段とを備えた計算機システムと、前記計算機システムと上下水道施設との情報通信を行う情報ネットワークとを備え、前記記憶手段には、前記上下水道施設にて所有、管理する施設、設備、機器に関する情報が格納されており、設備名称、諸元、仕様、設置時期（年度）、設置箇所に関する情報を格納する設備情報データベースと、前記上下水道施設における設備の点検・保守作業の実施スケジュールと点検・保守実施時に得られた各種計測データまたはモニタリングデータを格納する点検・保守情報データベースと、 前記上下水道施設の各プロセスから、データ毎に決められている監視周期に合わせ取得する各種管理データ（水質、流量、圧力等を含む計測値）を格納するプラント情報データベースと、前記上下水道施設の設備故障に関する情報、警報内容を格納する故障情報データベースと、前記上下水道施設の設備稼働状態に関する点検・保守データ、および設備に関するプラントデータやモニタリングデータおよび水質データに基づき評価された、設備に対する健全度評価情報を格納する健全度評価情報データベースと、前記上下水道施設の点検・保守データ、および設備に関するプラントデータやモニタリングデータおよび水質データに基づき評価された、設備に対する劣化診断情報を格納する劣化診断情報データベースと、前記上下水道施設の設備毎に評価されたリスク情報と、当該リスク評価に必要となる設備故障もしくはトラブルの発生頻度、および当該設備が故障によって停止した場合の管理運用上の観点における社会的影響情報を格納するリスク評価情報データベースと、前記上下水道施設の設備毎のコスト（設備単価等）、保守品と予備品に関するコスト情報、および設備導入に関する計画立案から、設備設置〜維持管理〜設備撤去／更新に至るまでの生涯に必要となるコスト情報を格納するコスト情報データベースが記憶されており、前記演算処理手段には、上水道または下水道施設に関する設備の点検・保守情報データ、設備の稼働状態を示すプラント情報データを、監視制御サーバから前記情報ネットワークを経由して収集するデータ処理部と、 前記設備情報データベース、前記点検・保守情報データベースおよび前記プラント情報データベースの情報に基づき、上下水道施設にて管理する設備毎に複数の状態監視データ項目に基づき、統計的手法によって定量的健全度を評価する健全度評価処理部と、点検・保守情報データおよびプラント情報データを蓄積し、統計的分析により、当該設備の健全度が経年に伴い、どのような劣化傾向となるかを予測し、かつ上下水道施設の管理運用を継続するために、最低限の機能を提供できる当該設備の稼働限界時期を予測する劣化診断予測処理部と、 前記故障情報データベースに格納されている設備故障もしくはトラブルの発生頻度、および当該設備が故障によって停止した場合の管理運用上の観点における社会的影響情報に基づき、上下水道施設を正常に継続稼動させるためのリスク管理指標と、設備更新の優先度を決定する際の定量的なリスクレベルを評価するリスク評価処理部と、設備情報データベース、コスト情報データベースに格納されている設備毎のライフサイクルコストから、今後必要となる年度毎の設備コストを積算し、中長期的な設備の更新需要予測、および年度毎の更新需要コストが、設備更新のための予算の範囲内に納まるように、更新時期の前倒し、又は先送り判定を演算するコスト平準化処理部とを備え、前記劣化診断予測処理部は、前記設備情報データベースから設備仕様データを取得し、前記点検・保守情報データベースおよびプラント情報データベースから、点検・保守、モニタリングデータを取得し、あらかじめ設定されている劣化診断手法選択のためのデータ数比較基準値と、前記点検・保守、モニタリングデータの実測サンプル数とを比較し、当該基準値よりも少ない場合には法定耐用年数をベースとする時間計画保全に基づく劣化診断手法を採用し、当該基準値よりも実測サンプル数が多ければ劣化モデルを適用した状態監視保全に基づく劣化診断手法を採用し、法定耐用年数による劣化診断結果あるいは劣化モデルシミュレーションによる劣化診断結果から、設備毎の耐用年数を予測し、前記点検・保守、モニタリングデータの蓄積が行われ、経年に伴う設備の劣化傾向および特性を把握することが可能となった場合に、法定耐用年数をベースとした耐用年数の評価手法から、統計的劣化モデルへと劣化診断手法の高度化を図り、点検・保守作業の実施によって、設備の健全度の回復または劣化速度の緩和が実現できる場合の理論的および統計的耐用年数を評価し、設備の提供する機能が保証できる年数（期間）を予測し、上下水道施設の設備管理運用上の観点でのリスクに応じて、当該予測された耐用年数を選択できることを特徴とする。

本発明によれば、上下水施設に含まれる機械設備、電気設備、各種計測機器、管路等の多岐にわたる設備機器を対象とし、これらの維持管理に必要となる健全度の評価、劣化診断予測、リスク評価が可能となり、当該結果により算出された更新需要時期に基づき、当該更新に必要なコストの見積りとコスト最適化を図ることができる。

設備維持管理業務支援システムの基本形態を示す機能ブロック図。 各データベースの格納項目の概要を示す説明図。 設備の健全度評価に関する処理手順を示すフローチャート。 健全度分割数と各データ項目の状態レベル数の概要を示す説明図。 定性的基準の状態レベル分けの概要を示す説明図。 設備の劣化診断予測に関する処理手順を示すフローチャート。 劣化診断手法の高度化手順を示す説明図。 リスク考慮型の耐用年数評価を示す説明図。 設備のリスク評価に関する処理手順を示すフローチャート。 故障発生確率のレベル分類テーブルを示す説明図。 社会的影響度のレベル分類テーブルを示す説明図。 健全度→発生頻度への変換テーブルを示す説明図。 コスト平準化に関する処理手順を示すフローチャート。 コスト平準化の手順（更新先送り）を示す説明図。 コスト平準化の手順（更新先送りと前倒しを同時に実施）を示す説明図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、設備維持管理業務支援システムの基本形態を示す機能ブロック図である。本実施形態では水道施設として上下水道施設を例にして説明する。管理業務支援システム５００は、計算機システム１００と、上水道または下水道施設２００とを含んで構成されている。

計算機システム１００は、情報ネットワーク２１０を介して、原水から浄水を生成、または下水から処理水へと処理するプロセスを備えた上水道または下水道施設２００に接続され、監視制御サーバ２０１から、当該浄水施設の水処理設備の複数の工程処理データを受信する。

また、計算機システム１００は、データ入力手段１、情報表示手段２、データベース１０（記憶手段）、演算処理手段２０から構成される。

データ入力手段１は、計算機システム１００において、データベース１０に必要な情報を入力するために用いるもので、通常の計算機のキーボード等を用いても構成可能である。情報表示手段２は、データベース１０の内容に基づいて、各プロセスにおいて実施した一連の管理操作内容を、上下水道施設の管理・運用者等に表示するためのもので、通常の情報処理システムのディスプレイ等で構成可能である。

データベース１０は、設備情報データベース１１、点検・保守情報データベース１２、プラント情報データベース１３、故障情報データベース１４、健全度評価情報データベース１５、劣化診断情報データベース１６、リスク評価情報データベース１７、コスト情報データベース１８を備える。

演算処理手段２０は、データ収集処理部２１、健全度評価処理部２２、劣化診断予測処理部２３、リスク評価処理部２４、コスト平準化処理部２５を含んで構成される。

〔データベースの構成〕
図２は、各データベースの格納項目の概要を示す説明図である。適宜図１を参照して説明する。設備情報データベースには上下水道事業体が所有、管理する施設、設備、機器に関する情報が格納されており、設備名称、諸元、仕様、設置時期（年度）、設置箇所に関する情報を含み、データ入力手段１により入力する。

点検・保守情報データベース１２には、設備の点検・保守作業の実施スケジュールと点検・保守実施時に得られた各種計測データまたはモニタリングデータを含み、データ入力手段１またはデータ収集処理部２１によって監視制御サーバ２０１から取得し、格納される。当該データは設備の健全度および劣化診断予測を行うための重要指標となり、稼働状態を正確に把握するためのデータとして利用される。

プラント情報データベース１３には、上下水道施設内の各工程における水質分析項目、水質分析結果、測定場所、測定日時を含み、上下水道施設２００の管理・運用中に実施される水質検査結果およびモニタリングデータが記録され、定期的な危害分析や管理基準値の見直し等に必要なデータを集積し、保存するために利用される。

故障情報データベース１４には、設備故障に関する情報、警報発生日時、警報内容を含み、上下水道施設２００において原水または下水２０２に対して施された操作履歴を経時的に記録され、当該操作が実施されたプロセス（処理工程）が記録され、また、上下水道施設２００のプラントデータが基準値範囲外であることを検出した警報出力日時および警報内容が記録される。

健全度評価情報データベース１５には、点検・保守データ、および設備に関するプラントデータやモニタリングデータおよび水質データに基づき評価された、設備に対する健全度評価情報が記録される。評価情報としては、設備毎の稼働状態を示す複数のデータ項目（例として、温度、振動数、累積運転時間、漏水等）を定性的または定量的な観点で設定されたしきい値によって状態のレベル分けを実施し、統計的手法または多変量分析などにより当該設備に対する定量的な健全度となる。また、健全度評価過程における中間生成データ（レベル分けされたデータ項目群）も含む。

劣化診断情報データベース１６には、点検・保守データ、および設備に関するプラントデータやモニタリングデータおよび水質データに基づき評価された、設備に対する劣化診断情報が記録される。具体的な内容は、経年数に対する設備劣化の度合いおよび当該設備が最低限の機能を保証する期間と、統計的手法によってモデル化された各健全度レベルから他の健全度へと推移する確率である。

リスク評価情報データベース１７には、設備毎に評価されたリスク情報と、当該リスク評価に必要となる設備故障もしくはトラブルの発生頻度、および当該設備が故障によって停止した場合の管理運用上の観点における社会的影響情報が格納されている。当該リスク情報は、設備の運用を管理する部門における管理レベルとして適用される定量的指標であり、上下水道施設を正常に継続稼動させるためのリスク管理の目安となる。他方、設備の老朽化によって、更新が必要となった場合、更新に関する予算の制約条件を受ける状況下において、更新の優先度を決定する際の判断指標としても適用されるものである。

コスト情報データベース１８には、設備コスト（設備単価等）、保守品と予備品に関するコスト情報、および設備導入に関する計画立案から、設備設置コスト、維持管理に必要なランイングコスト、設備撤去／更新に至るまでに必要となるライフサイクルコスト情報と、上下水道事業体の財政収支データおよび更新需要データが格納されている。

〔各処理部の詳細〕
次に、図１を参照して処理手段２０の各部を説明する。
データ収集処理部２１は、情報ネットワーク２１０を介して監視制御サーバ２０１から送信されてくる上下水道施設２００の設備関連の計測データ、モニタリングデータ、水質分析結果およびプラントデータ（警報履歴含む）を収集し、各々点検・保守情報データベース１２とプロセス情報データベース１３へ格納する機能を有する。

図３の健全度評価処理のフローチャートを参照して健全度評価処理部２２の処理ステップを説明する。

上下水道施設にて管理運用されている設備毎の健全度を定量的に評価する処理であり、まず、ステップＳ１０１において、健全度評価処理部２２は設備情報データベース１１から設備仕様データを取得し、ステップＳ１０２において、点検・保守情報データベース１２、およびプラント情報データベース１３から点検・保守データおよびモニタリングデータを取得する。

次に、ステップＳ１０３において、健全度評価処理部２２は前記点検・保守データおよびモニタリングデータを各々Ｎ段階（Ｎ：設定可変）の状態レベルに分割するが、当該Ｎ段階と健全度評価の分類数とは一致させることとする。

図４に健全度分類数と、前記点検・保守データおよびモニタリングデータの状態レベル分けの関係と設定手順を示す。

手順（１）：
健全度分割数を決定（Ｎ段階：１〜Ｎ可変とし、状態レベル分割数と一致）。

ただし、健全度数が大きいほど、健全度が高いものと定義する。

手順（２）：
データ項目毎に状態レベルを分割するための定性的または定量的基準を設定。

ただし、状態レベル数が大きいほど、状態が良いものと定義する。

手順（３）：
各データ項目の状態レベルを積算し、当該積算値のべき乗根を健全度と定義する。

また、図５は健全度を評価するための各データの状態レベルが、定量的基準に則って分割できない場合の手順を示している。

手順（１）：
状態レベルを可or不可（２値判定）の場合、健全度分割数５と一致しないため、
状態レベル５〜２を「可」、状態レベル１を「不可」と定義する。

手順（２）：
判定を「可」と定義した状態レベル５〜２の定性基準を設定（任意）する。

次にステップＳ１０４において、健全度評価処理部２２は点検・保守データおよびモニタリングデータ間の相関度チェックを実施する。例えば、送水ポンプを定格の５０％もしくは１００％で運転させている場合とでは、当該ポンプの振動数ならびに発熱は異なってくる。つまり、高出力で運転している状態のモニタリングデータを適用した場合、前記モニタリングデータの状態レベル分けにおいて、悪い状態であるとの判定がなされてしまう可能性がある。そのため、高出力状態で運転する場合に限り検知されてしまう過渡的なモニタリングデータを健全度評価対象から除外する必要がある。

しかし、高出力運転状態下のデータを除外すると健全度評価のためのデータが欠測となり、健全度評価が不可能となるため、当該運転状態下において状態レベルが悪化する傾向にあるデータ項目同士の相関をチェックし、規定された相関度以上となるデータ項目については、状態レベルを「正常」と判定し、健全度評価を実施することとする。

具体的には、上記相関度の強いデータ項目において、高出力運転状態が終了し、通常レベルの運転状態に切り替わったタイミングのモニタリングデータと、前記高出力運転状態に入る前の通常レベル状態におけるモニタリングデータとを比較し、当該データ同士の偏差が規定した許容範囲内にあれば、前記高出力運転時のモニタリングデータを過渡的状態データと判定し、健全度を評価するための状態レベルデータとしては適用しないこととする。健全度評価には前記高出力運転が終了した時点でのモニタリングデータを適用する。

ただし、この場合、上下水道施設内での正規管理対象は、高出力運転時の実測データとする。

次にステップＳ１０４において、健全度評価処理部２２は点検・保守データおよびモニタリングデータの統計分析を行い、設備毎の健全度を評価し、当該評価情報を健全度評価情報データベース１５に格納する。健全度評価の算出方法は図４に示すように、各状態レベルデータを積算し、当該積算値のｎ乗根（ｎ：積算した状態レベルデータの項目数）を求めることによって得られる。

図６の劣化診断予測処理のフローチャートを参照して劣化診断予測処理部２３の処理ステップを説明する。上下水道施設にて管理運用されている設備毎の健全度がどの程度の速さで劣化していくのかを診断、予測する処理であり、前記健全度評価処理部２２で算出された定量的評価情報を適用する。

まず、ステップＳ２０１において、劣化診断予測処理部２３は設備情報データベース１１から設備仕様データを取得し、ステップＳ２０２において、点検・保守情報データベース１２、およびプラント情報データベース１３から点検・保守データおよびモニタリングデータを取得する。

次にステップＳ２０３において、劣化診断予測処理部２３は劣化診断を行うために取得した点検・保守情報もしくはモニタリングデータのサンプル数の比較を行う。これは、ステップＳ２０４の法定耐用年数による劣化診断を採用するか、あるいはステップＳ２０５の劣化モデルを適用し、劣化シミュレーションを実施するかを選択するための比較である。基準となるデータ数のしきい値は診断する設備毎にユニークに設定されており、当該基準値以上のサンプルデータ数となる場合には、Ｓ２０５の劣化モデルを適用したシミュレーションを採用して劣化診断を実施し、当該基準値よりもサンプルデータ数が少ない場合には、ステップＳ２０４の法定耐用年数による劣化診断を実施する。

法定耐用年数による劣化診断ステップＳ２０４、および劣化モデルを適用した劣化シミュレーションステップＳ２０５は、図７の劣化診断手法の高度化手順を参照して説明する。ステップＳ２０４において、劣化診断予測処理部２３は設備情報データベース１１から取得した設備毎に定められている法定耐用年数に基づき劣化診断を実施する。この手法は設備の状態監視が困難であり、当該設備の状態レベルデータを定期的に取得できない場合などに、時間計画保全の考え方を採用して設備更新を計画、実施していくものである。当該設備の重要度または故障による停止の影響が甚大である場合には、法定耐用年数内での設備更新が望ましい。

次にステップＳ２０５において、劣化診断予測処理部２３は劣化診断情報データベース１６から取得した、理論的な劣化式または公知の統計的劣化モデル（ワイブル、マルコフモデル）を適用した劣化診断を行うが、統計的劣化モデルを確立するためには、膨大な量の点検・保守情報、プラントデータ、およびモニタリングデータが必要となる。理論的モデルは不確定要因による影響を考慮しない、理論的妥当性が確保される局所的な範囲における劣化の定式化であることに対して、 統計的劣化モデルは点検・保守データ、モニタリングデータ等の結果を反映させることによって確立するため、不確定要素または把握できていない異質パラメータの影響を考慮した実態に則した劣化診断が可能となる。しかし上記理論的モデルおよび統計的モデルには欠点もあり、一概に劣化の状態を示せるものではないため、双方の欠点を補完するようなモデル確立が必要となってくる。

ステップＳ２０４およびステップＳ２０５で各々の手法による診断結果から、ステップＳ２０６において、設備の耐用年数を予測する。法定耐用年数に基づく劣化診断は経年に伴い一定の割合で劣化が進行するという仮想的な考え方であるが、実態は法定耐用年数を超過しても、機能的に問題なく稼働している設備が多数存在する。そのため、設備の状態レベルをいかに正確に把握し、点検・保守データまたはモニタリングデータ等の統計的分析をするかによって、現実的な耐用年数の評価が可能となってくる。

図７に示す劣化診断手段の高度化では、モニタリングデータ等の積み上げによって統計分析を実施し、劣化予測モデルを確立する手順を示している。

また、適切な状態監視と健全度を回復させるための点検・保守作業を併せて実施することによって、法定耐用年数を超えても、モニタリングデータによる裏付け、根拠のある正常稼働を実現させることも可能となってくる。劣化モデルによって予測した理論的もしくは統計的な耐用年数結果は、劣化診断情報データベース１６に格納され、ステップＳ２０５の劣化モデルシミュレーション実施時のフィードバック情報となる。

次にステップＳ２０７において、点検・保守情報データベース１２と、健全度評価情報データベース１５から点検・保守作業実施時の設備毎の健全度レベル回復情報を取得し、経年による設備の劣化と点検・保守作業実施による健全度の回復状態を診断して、当該設備の延命化の計画を立案するための支援が可能となる。ステップＳ２０６の劣化診断に基づく耐用年数予測、およびステップＳ２０７の点検・保守実施による延命評価は必要に応じて繰返し評価を実施することで、複数回の定期点検および保守作業を実施した場合の健全度の回復と劣化の状態を鑑みた劣化診断予測が可能となる。

図８にリスク考慮型の耐用年数評価を示している。点検・保守作業を実施することで、設備の健全度は回復するが、当該回復の度合いのとらえ方によって、予測される耐用年数に幅が生じてくる。耐用年数評価において、回復度の最高ポイントを採用した劣化曲線の場合と、回復度の最低ポイントを採用した劣化曲線の場合とでは、最高ポイント採用時の耐用年数が長く、最低ポイント採用時の耐用年数は前記最高ポイント採用時の耐用年数よりも短くなる。

すなわち、健全度を高く見積もるとリスクは大きく（相対的に劣化が予測よりも速く進行している結果となり、保守、更新の前に故障、トラブルが発生する可能性が高くなる）なり、健全度を低く見積もると耐用年数が短く評価され、Safety側の配慮に基づく先手保守または更新を実施することにつながるためリスクは小さくなるといえる。長期におよぶ点検・保守データ、モニタリングデータの蓄積、および劣化診断の高度化によって健全度の回復程度の見積精度が向上した場合、劣化曲線を上方向へシフトさせ、耐用年数を長めに評価する延命化の検討も可能となる。

したがって、上下水道施設で管理されている設備の重要度や、停止時の社会的影響度、あるいは点検・保守データ、モニタリングデータによる高精度の劣化モデルの適用有無などを総合的に勘案したリスクを設定することで、ステップＳ２０７の点検・保守実施による延命評価処理において、健全度の回復レベルの最高ポイント〜最低ポイントの範囲を当該リスク値に応じて、当該劣化曲線を上下にシフトさせ、その結果から得られる理論的かつ統計的な耐用年数を設備維持管理業務の参考情報として提供することができる。

図９の劣化診断予測処理のフローチャートを参照してリスク評価処理部２４の処理ステップを説明する。上下水道施設にて管理運用されている設備毎の定量的リスクレベルを故障、トラブルの発生確率（または健全度）、および当該設備が停止することによって生じる社会的影響度の大きさから評価する。健全度がどの程度の速さで劣化していくのかを診断、予測する処理であり、前記健全度評価処理部２２で算出された定量的評価情報を適用する。当該リスクレベルは、設備の運用、維持管理部門における定量的管理指標として採用されることもあり、上下水道施設の正常な維持管理を継続させるための目安となる。他方、設備の老朽化によって、更新が必要となった場合、更新予算の制約条件下における、当該更新の優先度を決定する際の判断指標としても適用される。

まず、ステップＳ３０１において、リスク評価処理部２４は設備情報データベース１１から設備仕様データを取得し、ステップＳ３０２のデータ選択処理において、故障発生頻度として採用するデータの選択を行う。当該選択データを、実績値に基づく故障発生確率とするか、あるいは健全度を代替指標として選択するかは制御情報として初期登録されているものとする。

大型の設備などは停止時の社会的影響度が大きい傾向にあることから、故障発生前に更新またはオーバーホールなどの保守作業を実施することがあり、故障発生確率を算出するためのデータが存在しないこともあり、リスク評価のパラメータでもある発生頻度を取得することができない可能性がある。

上記問題を解決するために、故障の発生確率が経年数に応じて高くなることに着目し、前記健全度評価処理部２２において評価された健全度を、故障発生頻度の代替指標として適用するが、当該処理内容はステップＳ３０４にて説明する。

次に、ステップＳ３０３において、リスク評価処理部２４は故障情報データベース１４から設備毎の故障発生実績を取得し、故障発生確率を算出した後、レベル分類する。

図１０に故障発生確率のレベル分類、および図１１に社会的影響度のレベル分類を説明する。

図１０は故障発生のしやすさをＮ段階に階層分け（この場合は５段階）し、故障またはトラブルの実績データから故障発生確率を算出したレベル分類を示す。階層分け数および故障発生周期のしきい値、ならびにレベル値は、設備の特性、運用上の役割等を鑑み、任意に設定できるものとする。

また、ここではレベル値を連続した５段階の数値としているが、影響度との積によってリスクが評価されるという性格上、レベル数は連続した値である必要は無い。

例えば、以下２種類の設備に対するリスク評価値がＡまたはＢであったと仮定する。

設備Ａのリスク：発生頻度５×影響度１＝５
設備Ｂのリスク５：発生頻度１×影響度５＝５
上記の場合、リスクは同じであるも、万が一、故障またはトラブルが発生した場合の影響度が甚大である設備Ｂに対する監視を強化することも必要となる。このようにリスクは同程度であるも、故障発生確率または影響度同士が極端に偏りすぎている設備に対してはリスク管理の観点から、レベル値を連続した数値として管理することは現実的ではない。そのため、故障発生確率または影響度が極端に高い場合の管理を強めていく場合には、レベル値を細分化して管理することが望ましく、レベル値に重みを持たせる状況も考慮する必要がある。

図１１に社会的影響度のレベル分類を示すが、このレベル分類においても図１０と同様に、レベル値を連続的に設定するよりも、影響度に応じてレベル毎に不連続な値を設定し、重みを持たせるなどして、実態のリスク評価に適した形態とすることが望ましいが、発生頻度および影響度の双方に重みを持たせることで、当該リスク値に幅が出てしまい、逆に管理を煩雑化してしまう恐れがあるため、注意が必要である。したがって、いずれか一方のレベル値のみ細分化する等、管理運用に見合った運用の検討をする必要がある。

次に、ステップＳ３０４において、発生確率の代替指標として健全度を適用する場合の処理ステップについて、図１２の健全度→発生頻度への変換テーブルを参照して説明する。

前述のように、故障発生確率を算出するためのデータが存在しない場合には、故障の発生確率が経年数に応じて高くなることに着目し、前記健全度評価処理部２２において評価された健全度を適用し、発生頻度への変換を行う。

健全度の分類数に対応した発生頻度を定義するが、詳細なリスク評価を実施する場合にはレベル値を詳細に設定するなど、管理運用の実態に応じたて設定する。

次に、ステップＳ３０５では社会的影響度を考慮したリスク評価を実施する。社会的影響度は図１１の影響度レベル分類テーブルに設定するが、ステップＳ３０３またはステップＳ３０４で算出された発生頻度、および当該社会的影響度テーブルの積によって、設備毎のリスクを評価し、リスク情報データベース１７へ格納される。上記のリスク評価方法は発生頻度（または健全度）と社会的影響度の積算によるものだが、この方法以外では、発生頻度（または健全度）と社会的影響度をパラメータとしたマトリックスを作成し、管理運用に見合ったリスクレベルをマトリックス上にユニークに定義する方法も可能である。

図１３のコスト平準化処理のフローチャートを参照してコスト平準化処理部２５の処理ステップを説明する。

まず、ステップＳ４０１において、設備情報データベース１１から、上下水道施設にて管理運用されている設備毎の更新時期情報を取得し、ステップＳ４０２において、コスト情報データベース１８から、設備毎のライフサイクルコスト情報を取得する。このライフサイクルコストには、設備の入手に関わるコスト、設備の維持運用、点検・保守に関するランニングコストおよび設備撤去、更新に関するコストが含まれている。

将来的な更新需要の見通しを得るために、ステップＳ４０３では設備毎の更新需要コストの積算を行う。各々の設備単位に、更新時期と当該更新時期までに必要となるランニングコストは上記にて取得したライフサイクルコストから明確になっているため、今後の更新需要コストを年度毎に集計できる。

ただし、経済状況によって年度毎に資産評価額が異なるため、次のステップＳ４０４にて基準となる年度のデフレータを適用し、資産価値の名目値を当該基準年度の実質的資産価値に変換するデフレータ演算を行う。デフレータは、コスト情報データベース１８から取得する。

ステップＳ４０４にて各年度の更新需要に基づく必要コストの積算結果と、各年度の予算制約条件を与える将来的予算見通し情報をコスト情報データベース１８から取得し、今後の更新需要コストを賄えるかどうかの比較判定をステップＳ４０５に実施する。

ステップＳ４０５のコスト判定の結果、集計された年度毎の更新需要コストが前記予算制約条件を満たしている場合は、当該結果に基づき更新計画の立案を行う。しかし、予算制約条件を満たしていない場合には、更新を先送りし、当該年度の更新需要コストを与えられた予算制約の範囲内に納まるようにコストの平準化を実施する。

図１４にステップＳ４０６のリスクレベル考慮型のコスト平準化処理について、コスト平準化の手順（更新先送り）を参照して説明する。

前記、リスク評価処理部２４において設備毎にリスク評価が実施されており、当該リスク情報はリスク情報データベース１６から取得できる。図１４において、Ｎ年度における更新対象案件はＡ〜Ｈの８件となっており、リスクレベルはＡ→Ｈの順に低くなっている。コスト平準化の原則は、リスクレベルが高いものに更新の優先度を与えることとするため、上位更新案件はＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４件となる。Ｆ、Ｆ、Ｇ、Ｈの４件は予算制約に入りきらないため、（Ｎ＋１）年度へ先送りすることとなる。

また、ここで先送りされた更新案件であるＦ、Ｆ、Ｇ、Ｈは、（Ｎ＋１）年度において優先的に更新対象となるわけではなく、当該年度において再度リスク評価を実施し、更新の優先度が決定される。図１４においては、更新案件Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈともに再評価後のリスクが高くなっているが、更新案件Ｋ、ＬのリスクがＨよりも高くなっていることから、Ｈは再度、次年度へ先送りされる結果となる。このように、先送り年度でのリスクをその都度実施し、常に最新の状態レベルに応じたリスク評価にて優先度は決定する処理とする。

次に、図１５にコスト平準化（更新先送り）によって、当該年度の更新需要コストが予算制約を大幅に下回った場合の処理について、コスト平準化の手順（更新先送りと前倒しを同時に実施）を参照して説明する。

図１５において、Ｎ年度の計画ではコスト平準化前では更新案件Ｄ、Ｅ、Ｆが予算制約の範囲内に納まっていないため、上記Ｄ、Ｅ、Ｆの３案件を（Ｎ＋１）年度へと先送りする（ただし更新案件Ｄは分割実施が不可とする）。

このとき、更新案件Ｄのコストが大きいことから、Ｎ年度の予算制約に対して、Ｎ年度の更新需要コストが大幅に少なくなる。そのため、当初（Ｎ＋１）年度への先送りを検討していた更新案件ＥとＦが、Ｎ年度の更新案件とすることが可能かどうかの判定をコストの余裕値の観点から実施する。

図１５に示した平準化後の積み上げ結果において、更新案件Ｄを（Ｎ＋１）年度へと先送りしたことによって生じた余裕値に更新案件ＥとＦを充てたが、それでもなお更新需要コストと予算制約との間に偏差がある（まだ積み上げが可能）場合、平準化前における（Ｎ＋１）年度の更新予定案件の前倒しが可能か否かの判定を実施する。

この場合、予算制約と更新需要コストとの偏差ΔＣを算出し、（Ｎ＋１）年度以降に予定されている更新案件で、かつ当該偏差ΔＣ以内の条件に見合うものを、リスクレベルの高いものから順番に検索する。図１５では、（Ｎ＋１）年度の最優先更新案件として位置しているＧが条件に合致するものと仮定して、Ｎ年度の更新案件として組み入れられたケースを示している。その結果、平準化後の（Ｎ＋１）年度の更新案件からＧが削除され、更新案件Ｄの次に、更新案件Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌが積み上がっていくこととなるが、更新案件Ｄが組み入れられたことによって、リスクレベルの低い更新案件であるＫとＬが翌（Ｎ＋２）年度以降へ先送りされる結果となる。

ステップＳ４０６のリスクレベル考慮型コスト平準化処理によって、年度毎に設定された予算制約の範囲内に更新需要コストが納まった後、ステップＳ４０７において、上下水道施設内で管理運用されている設備の最適な更新需要計画を立案し、提示することが可能となる。

以上の実施形態によれば、上下水道施設内に設置されている機械設備、電気設備、各種計測機器、管路等の多岐にわたる設備機器を対象とし、これらの維持管理に必要となる定量的な健全度評価、および状態監視によって取得した各種モニタリングデータに基づく劣化診断予測、および実測値または健全度を代替指標とした故障発生確率と社会的影響度に基づくリスク評価が可能となり、当該結果から算出された更新需要時期に基づき、更新需要コストの将来的な見通しと、当該コストが予算制約を超過した場合に更新需要時期の先送り、前倒し等を実施することによってコストの平準化を図ることができ、設備維持管理業務の最適化を支援することが可能となる。

また、Ｗｅｂによるシステム構成とすることで、関連部署毎に入力された定量的結果（モニタリング結果、各種分析結果等）をオンライン上で速やかに参照することが可能となる。そして、設備状態の定量的評価過程を把握することで、上下水施設内の更新需要計画立案時の設定根拠等が明確になり、担当者個人の力量によらない均一化された評価基準による維持管理体制の構築ができるとともに、熟練者のノウハウに頼らざるを得ない状況の改善、および経験が浅い担当者の運用を支援する技術継承支援手段としての効果も期待でできる設備維持管理業務支援方法の提供が可能となる。

１ データ入力手段
２ 情報表示手段
１０ データベース（記憶手段）
１１ 設備情報データベース
１２ 点検・保守情報データベース
１３ プラント情報データベース
１４ 故障情報データベース
１５ 健全度評価情報データベース
１６ 劣化診断情報データベース
１７ リスク評価情報データベース
１８ コスト情報データベース
２０ 演算処理手段
２１ データ収集処理部
２２ 健全度評価処理部
２３ 劣化診断処理部
２４ リスク評価処理部
２５ コスト平準化処理部
１００ 計算機システム
２００ 上水道または下水道施設
２０１ 監視制御サーバ
２０２ 原水または下水
２０３ 処理工程
２０４ ポンプ施設
２０５ 浄水または処理水
２１０ 情報ネットワーク
５００ 設備維持管理業務支援システム

Claims (4)

1. 上下水道事業が管理する施設および設備の設備維持管理業務支援システムにおいて、
   データ入力手段と、
   情報表示手段と、
   データベースを記憶した記憶手段と、演算処理手段とを備えた計算機システムと、
   前記計算機システムと上下水道施設との情報通信を行う情報ネットワークとを備え、
   前記記憶手段には、
   前記上下水道施設にて所有、管理する施設、設備、機器に関する情報が格納されており、設備名称、諸元、仕様、設置時期（年度）、設置箇所に関する情報を格納する設備情報データベースと、
   前記上下水道施設における設備の点検・保守作業の実施スケジュールと点検・保守実施時に得られた各種計測データまたはモニタリングデータを格納する点検・保守情報データベースと、
   前記上下水道施設の各プロセスから、データ毎に決められている監視周期に合わせ取得する各種管理データ（水質、流量、圧力等を含む計測値）を格納するプラント情報データベースと、
   前記上下水道施設の設備故障に関する情報、警報内容を格納する故障情報データベースと、
   前記上下水道施設の設備稼働状態に関する点検・保守データ、および設備に関するプラントデータやモニタリングデータおよび水質データに基づき評価された、設備に対する健全度評価情報を格納する健全度評価情報データベースと、
   前記上下水道施設の点検・保守データ、および設備に関するプラントデータやモニタリングデータおよび水質データに基づき評価された、設備に対する劣化診断情報を格納する劣化診断情報データベースと、
   前記上下水道施設の設備毎に評価されたリスク情報と、当該リスク評価に必要となる設備故障もしくはトラブルの発生頻度、および当該設備が故障によって停止した場合の管理運用上の観点における社会的影響情報を格納するリスク評価情報データベースと、
   前記上下水道施設の設備毎のコスト（設備単価等）、保守品と予備品に関するコスト情報、および設備導入に関する計画立案から、設備設置〜維持管理〜設備撤去／更新に至るまでの生涯に必要となるコスト情報を格納するコスト情報データベースが記憶されており、
   前記演算処理手段には、
   上水道または下水道施設に関する設備の点検・保守情報データ、設備の稼働状態を示すプラント情報データを、監視制御サーバから前記情報ネットワークを経由して収集するデータ処理部と、
   前記設備情報データベース、前記点検・保守情報データベースおよび前記プラント情報データベースの情報に基づき、上下水道施設にて管理する設備毎に複数の状態監視データ項目に基づき、統計的手法によって定量的健全度を評価する健全度評価処理部と、
   点検・保守情報データおよびプラント情報データを蓄積し、統計的分析により、当該設備の健全度が経年に伴い、どのような劣化傾向となるかを予測し、かつ上下水道施設の管理運用を継続するために、最低限の機能を提供できる当該設備の稼働限界時期を予測する劣化診断予測処理部と、
   前記故障情報データベースに格納されている設備故障もしくはトラブルの発生頻度、および当該設備が故障によって停止した場合の管理運用上の観点における社会的影響情報に基づき、上下水道施設を正常に継続稼動させるためのリスク管理指標と、設備更新の優先度を決定する際の定量的なリスクレベルを評価するリスク評価処理部と、
   設備情報データベース、コスト情報データベースに格納されている設備毎のライフサイクルコストから、今後必要となる年度毎の設備コストを積算し、中長期的な設備の更新需要予測、および年度毎の更新需要コストが、設備更新のための予算の範囲内に納まるように、更新時期の前倒し、又は先送り判定を演算するコスト平準化処理部とを備え、
   前記劣化診断予測処理部は、
   前記設備情報データベースから設備仕様データを取得し、
   前記点検・保守情報データベースおよびプラント情報データベースから、点検・保守、モニタリングデータを取得し、
   あらかじめ設定されている劣化診断手法選択のためのデータ数比較基準値と、前記点検・保守、モニタリングデータの実測サンプル数とを比較し、当該基準値よりも少ない場合には法定耐用年数をベースとする時間計画保全に基づく劣化診断手法を採用し、当該基準値よりも実測サンプル数が多ければ劣化モデルを適用した状態監視保全に基づく劣化診断手法を採用し、
   法定耐用年数による劣化診断結果あるいは劣化モデルシミュレーションによる劣化診断結果から、設備毎の耐用年数を予測し、
   前記点検・保守、モニタリングデータの蓄積が行われ、経年に伴う設備の劣化傾向および特性を把握することが可能となった場合に、法定耐用年数をベースとした耐用年数の評価手法から、統計的劣化モデルへと劣化診断手法の高度化を図り、
   点検・保守作業の実施によって、設備の健全度の回復または劣化速度の緩和が実現できる場合の理論的および統計的耐用年数を評価し、設備の提供する機能が保証できる年数（期間）を予測し、上下水道施設の設備管理運用上の観点でのリスクに応じて、当該予測された耐用年数を選択できることを特徴とする設備維持管理業務支援システム。
2. 請求項１の設備維持管理業務支援システムにおいて、
   前記健全度評価処理部は、
   前記設備情報データベースから、設備仕様データ取得し、
   前記点検・保守情報データベースおよびプラント情報データベースから、点検・保守、モニタリングデータを取得し、
   健全度の分類数と同数の、点検・保守データ、モニタリングデータ項目の状態レベルを定義し、定性的もしくは定量的基準によって状態レベル分けされたデータから、設備毎の定量的な健全度を算出し提示することを特徴とした設備維持管理業務支援システム。
3. 請求項１の設備維持管理業務支援システムにおいて、
   前記リスク評価処理部は、
   前記設備情報データベースから、設備仕様データを取得し、
   リスク評価に必要となる発生頻度として、実測データに基づく故障発生確率を採用するか、あるいは健全度を代替指標として採用するかの選択を行い、
   前記故障発生確率を採用する場合には、故障発生確率の定義に従って設定された発生周期とレベル値に関するテーブルを参照し、前記故障発生確率の定量的重みを決定し、
   前記健全度を発生頻度の代替指標として採用する場合には、前記健全度評価処理部にて設備毎に評価された健全度を発生頻度へ変換するためのテーブルを参照して、故障発生頻度の定量的重みを決定し、いずれかの手法によって算出した発生頻度と、設備故障時の社会的影響度から、設備毎のリスクを評価し、
   上下水道施設における管理運用上のリスク、あるいは設備更新需要案件の先送り、前倒しを決定する際の目安として提示する
   ことを特徴とする設備維持管理業務支援システム。
4. 請求項１の設備維持管理業務支援システムにおいて、
   前記コスト平準化処理部は、
   前記設備情報データベースから、設備毎の更新時期情報を取得し、
   前記コスト情報データベースから、設備毎のライフサイクルコストを取得し、
   年度毎の更新需要コストを積算し、
   前記コスト情報データベースから、デフレータ情報と、更新需要案件として積算された設備の過去の実績コスト情報を取得し、
   デフレータ演算にて、過去の名目コストを基準年度ベースの実質コストへと変換し、
   前記年度毎に積算された実質的更新需要コストの合計額が、当該年度の予算額内に納まっているか否かの判定を実施し、
   前記更新需要コストの合計値が予算額の範囲を超過している場合には、当該年度に積算されている更新需要案件毎に、
   前記リスク評価処理によって評価されたリスクを考慮して、リスクの低いものを次年度以降へ先送りし、当該年度の新需要コストの合計値が予算額以下に納まるような更新需要コストの平準化を実施し、
   前記更新需要案件の先送りを実施した場合に、当該先送りした案件のコストが大きく、当該年度における更新需要コストの合計額と、予算額に大幅なコスト偏差ΔＣ（ただし、予算額＜更新需要コスト合計）が生じた場合には、先送りを実施しようとしている更新需要案件のうち、リスクが高く、かつ前記コスト偏差ΔＣを超過しない案件を抽出し、当該年度の更新需要案件へと繰り入れる前倒しを実施し、適切な更新計画の立案を支援することを特徴とする設備維持管理業務支援システム。