WO2012147751A1 - 稼働機械及び保守点検情報生成装置 - Google Patents

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WO2012147751A1
WO2012147751A1 PCT/JP2012/060990 JP2012060990W WO2012147751A1 WO 2012147751 A1 WO2012147751 A1 WO 2012147751A1 JP 2012060990 W JP2012060990 W JP 2012060990W WO 2012147751 A1 WO2012147751 A1 WO 2012147751A1
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WO
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life
usage mode
target
estimated
target part
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PCT/JP2012/060990
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English (en)
French (fr)
Inventor
鈴木 英明
中村 浩三
晋也 湯田
宏樹 内山
崇 佐伯
今朝明 峰村
藤原 淳輔
Original Assignee
日立建機株式会社
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Publication date
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Priority to DE112012001901.6T priority patent/DE112012001901T5/de
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B15/00Systems controlled by a computer
    • G05B15/02Systems controlled by a computer electric
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26Indicating devices
    • E02F9/267Diagnosing or detecting failure of vehicles
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06QINFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00Administration; Management
    • G06Q10/20Administration of product repair or maintenance

Definitions

  • the present invention relates to an operating machine and a maintenance inspection information generating device for providing information on maintenance of the operating machine based on the operating state of the operating machine.
  • Maintenance is generally performed on a regular basis mainly based on the operating time, and inspection, maintenance, and replacement of each part defined in the design standard are performed according to the operating time of the machine.
  • the machine should not fail because a good condition is maintained, but in practice a failure stop can not be avoided. For example, if the machine is used at a load higher than that assumed in the design standard, parts may be depleted earlier than expected, leading to a failure and stop. That is, the cause of component failure is that the assumed design criteria do not match the operating conditions of the actual use environment.
  • invention according to the invention International Publication No. 01/073215 pamphlet
  • International Publication No. 01/073215 pamphlet which calculates and utilizes the actual parts life by statistical processing by totaling the maintenance exchange time for each part of machine and parts according to operation time and place
  • An invention for estimating the life Japanese Patent Laid-Open No. 2005-173979
  • an invention is disclosed that estimates the use limit from the reference value of the sensor with respect to the model of the machine and the failure mode of the part and the change rate of the sensor value (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-352024).
  • This invention is made in view of such a subject, and an object of this invention is to provide the working machine and maintenance inspection information generation apparatus with high estimation accuracy of the component life which concerns on a working machine.
  • the present invention is an operating machine composed of a plurality of parts in order to achieve the above object, wherein the operation history of a target part which is included in the plurality of parts and whose lifetime is to be estimated, and the operation history
  • a storage device in which a discrimination threshold value used to classify the usage mode of the target component into a plurality of types and an estimated life by usage mode indicating the estimated life of the target component for each usage mode, and an operation history of the target component
  • processing for calculating the operation time of the target component for each usage mode based on the determination threshold, and based on the operation time of the target component for each usage mode calculated by the processing and the estimated life according to the usage mode
  • an arithmetic and control unit that executes a process of estimating the life of the target part.
  • the component life is estimated according to the utilization form of each operating machine, it is possible to improve the life estimation accuracy of the part related to the operating machine.
  • FIG. 3 is a detailed view of the hardware configuration shown in FIG. 2;
  • FIG. 3 is a view showing an example of data items stored in the storage device according to the first embodiment of the present invention. The figure which showed the operation
  • FIG. 2 is a detailed diagram of a maintenance and inspection information generation device 100 and a hardware configuration around it.
  • generation apparatus 100 which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.
  • An example of the flowchart of the process performed when the estimated life calculating unit according to the second embodiment of the present invention calculates the average operation time for each usage mode.
  • FIG. 1 is a block diagram of a working machine according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic view of a control device according to the first embodiment of the present invention and hardware configuration around it.
  • FIG. 3 is a detailed view of the hardware configuration shown in FIG.
  • FIG. 1 an embodiment using a hydraulic shovel which is a construction machine as an operating machine will be described.
  • the hydraulic shovel (operating machine) 1 shown in FIG. 1 is composed of a plurality of parts, and includes a lower traveling body 7, an upper revolving body 5 pivotally attached to the upper portion of the lower traveling body 7, and an upper revolving body Output from each sensor in the sensor group 4 consisting of a plurality of sensors for detecting the operation history of each component constituting the hydraulic shovel 1 and the articulated work apparatus 6 pivotally attached to 5
  • the control device 2 generates maintenance and inspection information (for example, the lifetime of each component) related to each part of the hydraulic shovel 1 based on the operation history to be selected, and the display device 3 displays the maintenance and inspection information generated by the control device 2 ing.
  • the sensors in the sensor group 4 are, for example, an engine rotational speed sensor 41 (see FIG. 2) that detects the rotational speed of the engine (not shown) of the hydraulic shovel 1, and a hydraulic pump driven by the engine There is a pressure sensor 42 (see FIG. 2) that detects the discharge pressure of a unit (not shown) that supplies hydraulic fluid to a hydraulic actuator (for example, a hydraulic cylinder for driving the work device 6) of the hydraulic shovel 1.
  • a hydraulic actuator for example, a hydraulic cylinder for driving the work device 6
  • the control device 2 performs various processes for generating maintenance inspection information of the operating machine according to a storage device 20 configured by a hard disk, a RAM, a ROM, and the like, and a program stored in the storage device 20.
  • An arithmetic control unit (for example, CPU) 10 to be executed is provided.
  • the operation history of each component output from each sensor in the sensor group 4 is output to the control device 2 and stored in the storage device 20.
  • the storage device 20 includes a configuration information storage unit 21, an operation history storage unit 22, a sensor related information storage unit 23, an exchange history storage unit 24, and an estimated life storage unit 25 classified by use mode.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of data items stored in the storage device 20. As shown in FIG.
  • the configuration information storage unit 21 stores the configuration information 210 in FIG.
  • the configuration information 210 represents identification information of each hydraulic shovel 1 (operating machine) and what parts each hydraulic shovel 1 is configured from, and includes identification numbers (machine numbers) of the hydraulic shovels 1 and The identification number (part number) of the part included in the hydraulic shovel 1 and the type (part type) of the part included in each hydraulic shovel 1 are included.
  • the hydraulic shovel 1 is composed of structures such as arms, booms, turning wheels, crawlers and heat exchangers, main parts such as engines, hydraulic pumps, buckets and hydraulic cylinders, and consumable parts such as oil and filters. Each part is assigned and managed with an identification number (part number). In order to maintain the performance of each operating machine, it is necessary to carry out maintenance work, and in maintenance work, replace worn or broken parts with new ones.
  • the operation history storage unit 22 stores operation history information 220 of each component constituting each hydraulic excavator 1.
  • the operation history information 220 includes a machine number, a sensor item, sensor data (sensor detection value), and a recording date of sensor data.
  • the sensor items of the hydraulic shovel 1 include the outside air temperature, the outside air pressure, the engine speed, the operating oil temperature, the coolant temperature, the pump pressure, the operating pressure and the like.
  • the sensor data is sensing data of each component detected by each sensor of the sensor group 4.
  • the sensor data is data that can be acquired for each measurement unit time, and the collection of a large number of sensor data for each sensor item in chronological order corresponds to the operation history.
  • FIG. 5 is a graph showing the operation history of the engine rotational speed and the pump pressure (discharge pressure of the hydraulic pump) in the hydraulic shovel 1.
  • the operation history shown in this figure is stored based on sensor data detected by the engine speed sensor 41 and the pressure sensor 42.
  • the engine speed history 401 shows the change of the engine speed detected by the engine speed sensor 41.
  • the values change at times T1 and T2.
  • the pump pressure history 402 indicates the change in pump pressure detected by the pressure sensor 42.
  • the values change at times T1 and T2 as in the case of the engine speed.
  • the sensor related information storage unit 23 stores component sensor related information 230 in FIG. 4.
  • the part sensor related information 230 is information related to sensor items and the like associated with wear and failure of parts, and includes a part type, a sensor item, and a determination threshold.
  • the determination threshold is a boundary value of sensor data used to classify the usage mode of the component into a plurality of types based on the operation history of the component, and is a value set for each component type and each sensor item. That is, the determination threshold indicates a boundary condition of sensor data for discriminating how to put a load on a part (that is, the degree of wear).
  • the usage mode of each component is classified into a plurality of types according to the magnitude of sensor data using the discrimination threshold, and consumption / deterioration of each component based on the degree of time for which each component is operated in each usage mode. I measure the degree.
  • the determination threshold of the engine rotational speed shown in FIG. 5 is R1 and R2 (R1> R2), and the determination threshold of the pump pressure is P1.
  • the usage mode of the engine is classified into a plurality of types based on the operation history of the engine speed and the determination threshold values R1 and R2. Specifically, it can be classified into three sections Sa, Sb, and Sc with the time T1 and T2 as boundaries. That is, a section Sa from time T1 to T2 is a section at which the engine speed is R1 or more, a section Sb after time T2 is a section at least R2 and less than R1, and a section Sc until time T1 has an engine speed R2 It is less than the section.
  • the usage form of the hydraulic pump can be classified into three sections Sa, Sb, and Sc with time T1 and T2 as boundaries based on the operation history of the pump pressure and the determination threshold P1. That is, the section Sa is a section in which the pump rotational speed is P1 or more, and the sections Sb and Sc are sections in which the pump rotational speed is less than P1.
  • FIG. 6 is a diagram showing a classification table when the operation histories of the engine and hydraulic pump are classified into a plurality of usage forms based on the determination thresholds R1, R2, and P1.
  • the usage forms of the engine and hydraulic pump of the hydraulic shovel according to the present embodiment are classified into three usage forms as shown in FIG. 6 according to the operation history of FIG. 5 and the determination threshold value.
  • a classification number is used to distinguish each use form, and a classification number is given to each classified use form as information for identifying each use form.
  • 1, 2 and 3 are assigned as classification numbers. In this case, the smaller the assigned classification number is, the larger the load on the part is (ie, the load of classification number 1 is maximum).
  • the usage history is classified by associating the operation history of two parts (operation history of the engine speed and the pump pressure), but if necessary, based on the operation history of one part
  • the usage mode may be classified, or three or more operation histories may be associated to classify the usage mode.
  • the part replacement history information 240 storing the results of part replacement of each hydraulic excavator 1 is stored in the replacement history storage unit 24.
  • the parts replacement history information 240 includes the date and time of replacement (replacement date and time) of parts (replaced parts) operated in the past in each hydraulic shovel 1, machine number where the parts operated, and
  • the part operation time includes the part number of the part, the part type of the part, and the operation time of the part.
  • the part operation time indicates the actual value of the time actually operating from the time when the operation of the part started to the time it is replaced (that is, the life of the part).
  • the estimated life information storage unit 25 stores estimated life information 250 used when calculating the estimated life of each component operated by the hydraulic excavator 1.
  • the estimated life information 250 includes, as shown in FIG. 4, the part type, the classification number, and the estimated life according to the usage mode.
  • the estimated life by usage form indicates the estimated operation time (estimated life) of the part when the part is used in only each usage form, and in the present embodiment, the type and use form of each part It is determined in association with (classification number).
  • FIG. 7 is a view showing the estimated life according to the use form according to the engine and the hydraulic pump for each classification number. As shown in this figure, for example, if the engine is continued to be used in the mode of use according to classification number 1, it can be seen that the life of the engine is LEa.
  • the arithmetic and control unit 10 mainly operates the operation time calculation unit (target component operation time calculation unit) 11 of the part (target component) whose lifetime is to be estimated, and the life estimation unit (target component operation time) It functions as a target part life calculation unit 12).
  • the operation time calculation unit 11 is based on the operation history of the target component stored in the operation history storage unit 22 and the determination threshold of the target component stored in the sensor related information storage unit 23 for each usage mode. It is a part which performs processing which computes operation time of object parts, respectively.
  • FIG. 8 is a view showing an example of the operation history of the engine and the hydraulic pump in the hydraulic shovel 1.
  • the operation history for each target component is classified using the determination threshold to calculate the operation time for each usage mode (classification number) for each day ing.
  • the operation time of the target part for each usage mode is calculated by integrating the operation time of each day. For example, in FIG. 8, on the first day (d01) when utilization of the target part was started, the time operated with classification number 1 was Sa_d01, the time operated with classification number 2 was Sb_d01, and the time operated with classification number 3 The time is Sc_d01.
  • the operation time in the use form according to classification number 1 is Ta, and in the use form according to classification number 2
  • the operating time is Tb, and the operating time in the utilization mode according to classification number 3 is Tc.
  • the operating time for each usage mode may be calculated by classifying the operation history from the first day to the Nth day at one time.
  • the life estimation unit 12 determines the target based on the operation time of the target part for each usage type calculated by the operation time calculation unit 11 and the estimated life according to the usage type stored in the usage type estimated life storage unit 25. It is a part that executes a process of estimating the life of the part.
  • the consumption life of the target part is calculated, and the remaining life of the target part is calculated from the consumption life.
  • the operation time (for example, Ta, Tb, Tc in FIG. 8) of each use form (classification number) calculated by the operation time calculation unit 11 is estimated according to the use form corresponding to each use form.
  • the consumption life ratio for each usage mode is calculated by dividing by the life (for example, LEa, LEb, LEc in FIG.
  • the consumption life ratio of the target part is calculated by integrating the calculated consumption life ratio (for example, CE (described later) is calculated. Then, the remaining life of the target part is calculated by subtracting the calculated consumption life ratio from the average life of the target part. The consumed life and the remaining life calculated are output to the display device 3.
  • FIG. 9 is an example of a flowchart of processing executed by the control device 2 according to the first embodiment of the present invention.
  • the operation time calculation unit 11 inputs the operation history of the engine and the hydraulic pump that are the target parts via the engine speed sensor 41 and the pressure sensor 42, it determines the input operation history.
  • the utilization modes of the engine and the hydraulic pump are classified into three as shown in the classification table of FIG. 6 using the threshold values R1, R2 and P1 (S601).
  • the operating time calculation unit 11 calculates the operating time of the engine and hydraulic pump for each of the classified usage forms.
  • the operation time for each usage form from the first day (d01) when operation of the target part (engine and hydraulic pump) is started to the present day (the Nth day (dN)) is calculated (S602) .
  • the operating time of the utilization form related to classification number 1 is Ta
  • the operating time of the utilization form related to classification number 2 is Tb
  • the operating time of the utilization form related to classification number 3 is Tc It becomes.
  • the operating time calculation unit 11 outputs the calculated operating times Ta, Tb, and Tc for each usage mode to the life estimation unit 12.
  • the life estimation unit 12 uses the operation time (Ta, Tb, Tc) for each usage type calculated in S602, and the usage type set for each component type and each usage type (classification number) as shown in the table of FIG.
  • the consumption life ratio CE of the engine and the consumption life ratio CP of the hydraulic pump are calculated using the estimated life (LEa, LEb, LEc, LPa, LPb, LPc).
  • the consumption life ratio is calculated (S603), and the consumption life ratio of each target component is calculated by integrating the calculated consumption life ratio. Thereby, the consumption life ratio CE of the engine and the consumption life ratio CP of the hydraulic pump can be calculated (S604).
  • the life estimation unit 12 calculates the remaining life ratio of each target part using the consumption life ratios CE and CP calculated in S604. As a method of calculating the remaining life ratio, there is a method of subtracting the consumption life ratios CE and CP from one. Here, the life estimation unit 12 further calculates the remaining life of each target part by multiplying the remaining life ratio by the average life of each target part (S605). The average life of each target part can be calculated, for example, by averaging the part operation time of the same type of replaced part. Then, the life estimation unit 12 outputs the remaining life calculated in S605 to the display device 3, and displays the remaining life of the engine and the hydraulic pump on the display device 3 (S606). Next, a display example of the life of the target part will be described with reference to the drawings.
  • FIG. 10 is a display example of the life of the target part on the display device 3.
  • a band graph 800 shown in this figure is a portion that displays the consumption life of the target part and is a portion that displays the consumption life display portion 800a hatched and the remaining life of the target part and the remaining life without hatching It comprises the display part 800b, and the length of the band shows the life of the object part.
  • the life of the target part can be easily grasped by an operator, a manager or the like of the operating machine.
  • the replacement time of the target part estimated from the life may be displayed.
  • the operating time for each usage mode of the target part is calculated from the operation history of the target part and the determination threshold, and the operating time for each usage mode and estimation by usage mode
  • the remaining life of the target part is calculated by using the life.
  • the ratio of the consumption life to the total life and the ratio of the remaining life can be easily grasped by an operator, a manager, or the like.
  • the consumption life is displayed together with the remaining life as shown in FIG. 10, first, the consumption life is calculated by multiplying the consumption life ratio calculated in S604 by the average life used in S605. A process of displaying the calculated consumption life together with the remaining life may be executed.
  • FIG. 11 is another display example of the life of the target part on the display device 3.
  • a plurality of band graphs 801, 802, 803 shown in this figure are times when the same parts are subjected to life prediction at predetermined times t1, t2, t3, t4, t5, t6 and t7 from the start of operation of the hydraulic shovel 1
  • the consumption life and the remaining life at t5, t6 and t7 are shown.
  • the upper band graph 801 in the figure shows the life at time t5
  • the middle band graph 802 shows the life at time t6,
  • the lower band graph 803 shows the life at time t7.
  • the length of each band represents the length of time.
  • the hatched part is the consumption life part that displays the consumption life
  • the part that is not hatched is the remaining life part that displays the remaining life.
  • the operating time of the target part for each usage pattern calculated by the arithmetic and control unit 10 (operating time calculator 11) (for example, S602 in the previous example)
  • the operation times Ta, Tb, Tc) calculated in the above are displayed.
  • the operation time of the target part for each usage pattern in FIG. 11 is displayed in association with the consumption life. That is, the density of the hatching applied to the consumption life part indicates the classification of the utilization form of the operation time, and the length of the band of the hatched part in the consumption life part is the length of the operation time. It shows. Further, the darker hatching indicates that the application mode is such that the load on the component is larger.
  • the utilization form of consumption life part U3 is the largest in terms of load on components
  • the utilization form of consumption life part U1 is the smallest in load
  • the utilization form of consumption life part U2 is intermediate between the two.
  • the usage pattern of the target part does not change between the times t1 to t7 at which the life prediction is performed.
  • the length of the band graph 802 is greater than that of the band graph 801. Is also displayed short. That is, the component life is shortened due to the utilization form of time t5 to t6. Further, focusing on the consumption life portion U7 of the band graph 802 at time t7, the load is lightest at times t6 to t7, and the length of the band graph 803 is displayed longer than the band graphs 801 and 802. ing. That is, the component life is extended due to the utilization form of time t6 to t7.
  • the length of the band indicating the component life changes in accordance with how the load is applied to the component (that is, the degree of wear of the component). It is an expression that displays the operation time of the target part of in relation to the consumption life. In this way, when the component life is displayed, the correlation between the form of use and the life can be known, and the operator can be urged to use the working machine to reduce the load on the component.
  • the lifetime estimated at different time is displayed simultaneously, you may display these separately.
  • the utilization form of the target part does not change between the times t1 to t7 at which the life prediction is performed, but the utilization form of the target parts changes between the times t1 to t7. May display only the utilization form that most contributed to the lifespan consumption during each of the times t1 to t7.
  • a process is executed to compare the magnitude of the value obtained by dividing the operating time in each usage mode by the estimated life according to the usage mode. What is necessary is just to compare the magnitude
  • FIG. 12 shows still another display example of the life of the target part on the display device 3.
  • a plurality of band graphs 804 and 805 shown in this figure represent the consumption life and the remaining life at time t5 when life prediction is performed for different parts at predetermined time t1 to t5 from the start of operation of the hydraulic shovel 1 .
  • the upper band graph 804 in the figure shows the life of the part A
  • the lower band graph 805 in the drawing shows the life of the part B.
  • the consumption life and the remaining life of the parts A and B displayed by the band graphs 804 and 805 are the points described in terms of the ratio when the total life (the sum of the consumption life and the remaining life) is 1, respectively. It differs from the two examples. That is, the length of each band from U1 to U5 represents the ratio of the operating time for each usage pattern to the consumption life. Further, since the band graphs 804 and 805 indicate the lifetimes of different parts A and B, even if the operation times of the parts A and B are the same, how to apply a load to each part A or B Is different. Therefore, the life ratio consumed in each is not the same.
  • the lifetime consumption is made in the same utilization form in U1 and U2, but for the part A represented by the band graph 804, in the same form in U1 and U2 Life has not been consumed.
  • the degree of how the load is applied to the parts appears as the length of the band of the consumption life portion. That is, the larger the load on the part is, the longer it is expressed, and the smaller the load is, the shorter it is expressed.
  • the life comparison with other parts becomes easy.
  • the existence of the parts can be easily recognized. Therefore, the plurality of parts can be replaced at the same time. Can be improved.
  • the lifetimes of two parts are displayed, it is needless to say that the lifetimes of three or more parts may be displayed simultaneously.
  • the estimated use life classified by use form stored in the use life estimated storage part 25 in the first embodiment is calculated from the results of parts replacement of a plurality of hydraulic shovels, and the calculated It is characterized in that the life of the target part is estimated using the estimated life according to the usage mode.
  • FIG. 13 is a block diagram of the maintenance inspection system according to the second embodiment of the present invention.
  • the maintenance and inspection system shown in this figure includes a plurality of hydraulic shovels (operating machines) 1A, 1B, ..., a maintenance and inspection information generation device 100, and a display device 3.
  • the same reference numerals are given to the same parts as those in the previous drawing, and the description will not be repeated.
  • Each of the plurality of hydraulic shovels shown in this figure includes a communication device 8 in addition to the same configuration (control device 2, sensor group 4, display device 3, etc.) as the hydraulic shovel 1 shown in FIG.
  • an alphabet A, B etc.
  • the control device 2 in each hydraulic shovel 1 outputs the operation history input from the sensor group 4 to the maintenance and inspection information generation device 100 via the communication device 8.
  • the maintenance and inspection information generation device 100 generates maintenance and inspection information (for example, the life of each component) related to each component based on the operation history of each component input from the plurality of hydraulic excavators 1. , A storage device 20, and a communication device 30.
  • the maintenance inspection information generated by the maintenance inspection information generation apparatus 100 is output to the display device 3 and displayed.
  • FIG. 14 is a detailed view of the maintenance inspection information generation apparatus 100 and the hardware configuration around it.
  • the storage unit 20 in the maintenance and inspection information generation apparatus 100 includes a configuration information storage unit 21, an operation history storage unit 22, and a sensor related information storage unit 23 as in the case shown in FIG. , An exchange history storage unit 24, and an estimated life storage unit 25 classified by use mode.
  • the operation history storage unit 22 stores operation histories of parts of the plurality of hydraulic shovels 1A, 1B,... (Parts currently operated and parts operated in the past).
  • the operation history detected by the sensor group 4 in each hydraulic excavator 1 is input to the maintenance and inspection information generation device 100 via the communication device 30, and stored in the operation history storage unit 22.
  • FIG. 15 is a diagram showing an example of data stored in the exchange history storage unit 24 in the second embodiment of the present invention.
  • the replacement history storage unit 24 includes the date and time of replacement of the replaced part which has been operated in the hydraulic excavator 1 in the past, the machine number where the replaced part has been operated, and the replaced part The part number, the part type of the replaced part, and the part operation time of the replaced part are stored.
  • the arithmetic and control unit 10 of the maintenance and inspection information generation apparatus 100 has been replaced in addition to the target component operating time calculating unit (first operating time calculating unit) 11 and the target component life calculating unit 12 described above. It functions as a part operation time calculation unit (second operation time calculation unit) 13 and a usage type estimated life calculation unit 14.
  • the replaced part operation time calculation unit (second operation time calculation unit) 13 is a part which has the same type as the target part (part for which the life is estimated) in the operation history stored in the operation history storage unit 22 (hereinafter, Target replaced parts for each usage pattern based on the operation history of “target replaced parts” and the same determination threshold as the target part among the determination thresholds stored in the sensor related information storage unit 23 Is a part that executes processing to calculate the operating time of the
  • the operation time of the target replaced part for each use mode calculated here is output to the estimated use life calculator 14 for each use mode.
  • the replaced part operating time calculation unit 12 may appropriately use the information stored in the configuration information storage unit 21 when specifying the replaced part of the same type as the target part, and identifies the operation history of the target replaced part.
  • the information stored in the exchange history storage unit 24 may be appropriately used at the time of execution.
  • FIG. 16 is a diagram showing an example of data of the operating time of the target replaced part for each usage pattern calculated by the replaced part operating time calculation unit 13 according to the second embodiment of the present invention.
  • the engine and the hydraulic pump are targeted as in the first embodiment, and the operation histories of the replaced engine and the hydraulic pump are the same as the discrimination thresholds R1 and R2 of the first embodiment.
  • P1 the operation time of the target replaced part for the three usage forms (classification numbers 1, 2 and 3) is calculated. If the operation time of each usage pattern for each target replaced part is integrated, it becomes equal to the part operation time of the part. That is, for example, the operating time for each application mode of the engine of part number e1 in FIG.
  • n parts in which the part type is "engine” are stored in total, and m parts in which the part type is "pump" are stored in total.
  • the estimated life calculation unit by usage mode 14 estimates the estimated life by usage mode by averaging the operating times of the target replaced parts for each usage mode calculated by the replaced part operating time calculation unit 13 for each usage mode. It is a part that executes the process of calculating.
  • the estimated use life by use form calculated here is stored in the use life estimated life storage unit 25.
  • the estimated life calculation portion by usage mode 14 appropriately utilizes information stored in the replacement history storage unit 24 or the like (for example, the part operation time of the target replaced part). Sometimes.
  • FIG. 17 is an example of a flowchart of estimated usage life calculation processing by usage form executed in the maintenance and inspection information generation apparatus 100 according to the second embodiment of the present invention.
  • the replaced part operating time calculation unit 13 reads a plurality of operating histories of replaced parts (engine and hydraulic pump) of the same type as the target part from the operating history storage unit 22, and each operating history Classification is made into three usage forms using the determination thresholds R1, R2, and P1 (S710). Then, based on the operation history classified in S710, the replaced part operating time calculation unit 13 integrates the operating time for each usage form for each target replaced part, and the operation for each usage mode of each target replaced part. Calculated as time (S720). An example is shown in FIG.
  • the estimated life calculating unit by usage mode 14 calculates the operation time for each usage mode for each target replaced part calculated in S720 and the component operation of each target replacement part stored in the replacement history storage unit 24. Based on the time, an average operation time for each usage mode is calculated (S730). In the present embodiment, the processing of S731 to S734 described below is specifically executed in S730.
  • FIG. 18 is an example of a flowchart of processing executed when the estimated use life calculator 14 according to the second embodiment of the present invention calculates the average operation time for each use mode.
  • the estimated life calculating unit by usage mode 14 refers to the ratio of the operation time for each usage mode to the part operation time with respect to each target replaced part ("the operation time ratio by usage mode"). Calculate). That is, based on the part operation time (LEi) and the operation time for each use form (Taei, Tbei, Tcei, Tapj, Tbpj, Tcpj) using the following formulas (3) and (4), the use form classified by use form The time ratio (Raei, Rbei, Rcei, Rapj, Rbpj, Rcpj) is calculated (S731). That is, the operation time ratio by use mode is a value obtained by dividing the operation time of each use mode by the part operation time.
  • the operation time for each usage mode is a value calculated in S720
  • the component operation time is a value that can be read out from the replacement history storage unit 24.
  • Formula (3) is an operation time ratio according to use mode corresponding to components classification "engine”
  • Formula (4) is an operation time ratio according to usage mode corresponding to components classification "pump.”
  • the estimated usage life calculation unit 14 configures a sample set in which the usage time ratio by usage mode and the component operation time are grouped for each usage mode, with respect to the usage time ratio by usage mode calculated in S731, Based on the sample set for each usage mode, an approximation formula by a quadratic polynomial is derived for each usage mode (S732).
  • the approximate expression obtained in S732 is an expression showing the relationship between the usage time ratio by usage mode and the component operation time, and in this approximate expression, the component working time when the operation time ratio by usage mode is 1 is calculated. As the estimated part operation time for each usage pattern (S733). Then, the estimated component operating time for each usage mode calculated in S733 is output as the average operating time for each usage mode (S734).
  • the average operation time (estimated component operation time for each usage mode) for each usage mode in S730 After calculating the average operation time (estimated component operation time for each usage mode) for each usage mode in S730, it is output and stored as the estimated life according to the usage mode of the target part in the usage estimated life storage unit 25 (S740) ).
  • the estimated life of the target part engine and hydraulic pump
  • the same processing as the processing described in the first embodiment is performed in the target part operation time calculation unit 11 and the target part life estimation unit 12.
  • the life of the target part can be calculated.
  • the life of the target part is displayed on the display device 3 based on the life of the target part calculated by the maintenance and inspection information generation apparatus 100, the same effects as those described in the first embodiment can be obtained. can do.
  • the estimated life according to the usage form of each part is corrected by using the actual value of the life of the parts actually used in a plurality of operating machines. Therefore, the life estimation accuracy of each part can be further improved.
  • the life of the target part is displayed via the display device 3 connected to the maintenance and inspection information generation device 100
  • the life of the target part calculated by the maintenance and inspection information generation device 100 is It is configured to transmit to another display device (for example, a display device installed in the hydraulic shovel 1) via communication means such as wireless communication, and to display the life of the target component on the other display device. It is also good.
  • the maintenance inspection information generation apparatus 100 executes a series of processing up to the calculation of the life of the target part, but the maintenance inspection information generation apparatus 100 performs the average operation time for each usage type It is limited to calculating the estimated life), and the calculated estimated life according to the use mode is transmitted to the hydraulic shovel 1 (operating machine) via communication means such as wireless communication, and the subsequent processing until the life calculation is the hydraulic shovel 1 And may be configured to execute. That is, in this case, the estimated use life classified by use form transmitted from the maintenance inspection information generation device 100 is stored in the estimated use life classified by use form storage unit 25 in the hydraulic shovel 1 described in the first embodiment. As a result, the hydraulic excavator 1 calculates the life of the target part based on the estimated life according to the usage mode.

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Abstract

 複数の部品で構成される油圧ショベル(1)において、複数の部品に含まれ寿命推定対象である対象部品の稼働履歴、当該稼働履歴に基づいて当該対象部品の利用形態を複数に分類するために用いられる判別閾値、及び当該利用形態ごとの対象部品の推定寿命を示す利用形態別推定寿命が記憶された記憶装置(20)と、対象部品の稼働履歴及び判別閾値に基づいて利用形態ごとの対象部品の稼働時間をそれぞれ算出する処理、並びに、当該処理で算出した利用形態ごとの対象部品の稼働時間及び利用形態別推定寿命に基づいて対象部品の寿命を推定する処理を実行する演算制御装置(10)とを備える。これにより稼働機械に係る部品寿命の推定精度を向上できる。

Description

稼働機械及び保守点検情報生成装置
 本発明は、稼働機械と、稼働機械の稼働状態に基づいて当該機械の保守に関する情報を提供する保守点検情報生成装置に関する。
 建設機械をはじめとする産業用の稼働機械は、故障などによって停止した場合に影響が大きいため、保守によって機器を最適な状態にする予防保全の措置が取られることが多い。保守は、主として稼働時間を基準にした定期保守が一般的であり、設計基準で定められた各部品の点検や整備・交換が機械の稼働時間に応じて行われる。
 予防保全を実施すれば、良好な状態が維持されるため機械は故障しないはずであるが、実際には故障停止が避けられない。例えば、設計基準で想定した以上の負荷で機械を使用すれば、想定よりも早く部品が消耗して故障停止に至ることがある。すなわち、部品が故障する要因は、想定された設計基準と実使用環境の動作条件とが一致しないことによる。
 これに対して、機械の部品ごとの保守交換時間を集計して統計処理によって実際の部品寿命を求めて活用する発明(国際公開第01/073215号パンフレット)や、稼働時間と場所に応じて部品寿命を推定する発明(特開2005-173979号公報)がなされている。また、機械の機種と部品の故障モードに対するセンサの基準値とセンサ値の変化率から使用限界を推定する発明が開示されている(特開2002-352024号公報)。
国際公開第01/073215号パンフレット 特開2005-173979号公報 特開2002-352024号公報
 しかし、上記の各発明では、利用状態が異なる稼働機械、すなわち故障確率の異なる対象を母集団とした統計処理がなされている。そのため、稼働機械の利用形態に応じて部品寿命の推定精度にばらつきが生じる可能性や、寿命予測の基準作成が煩雑なために実際には利用しづらいといった課題があった。
 本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、稼働機械に係る部品寿命の推定精度が高い稼働機械及び保守点検情報生成装置を提供することを目的とする。
 本発明は、上記目的を達成するために、複数の部品で構成される稼働機械であって、前記複数の部品に含まれ寿命推定対象である対象部品の稼働履歴、当該稼働履歴に基づいて当該対象部品の利用形態を複数に分類するために用いられる判別閾値、及び当該利用形態ごとの前記対象部品の推定寿命を示す利用形態別推定寿命が記憶された記憶装置と、前記対象部品の稼働履歴及び判別閾値に基づいて前記利用形態ごとの前記対象部品の稼働時間をそれぞれ算出する処理、並びに、当該処理で算出した前記利用形態ごとの前記対象部品の稼働時間及び前記利用形態別推定寿命に基づいて前記対象部品の寿命を推定する処理を実行する演算制御装置とを備えるものとする。
 本発明によれば、各稼働機械の利用形態に応じて部品寿命が推定されるので、稼働機械に係る部品の寿命推定精度を向上することができる。
本発明の第1の実施の形態に係る稼働機械の構成図。 本発明の第1の実施の形態に係る制御装置及びその周辺のハードウェア構成の概略図。 図2に示したハードウェア構成の詳細図。 本発明の第1の実施の形態に係る記憶装置に記憶されているデータ項目の例を示す図。 油圧ショベル1におけるエンジン回転数及びポンプ圧力(油圧ポンプの吐出圧)の稼働履歴をグラフ形式に示した図。 エンジン及び油圧ポンプの稼働履歴を判別閾値R1,R2,P1に基づいて複数の利用形態に分類したときの分類表を示す図。 エンジン及び油圧ポンプに係る利用形態別推定寿命を分類番号ごとに示した図。 油圧ショベル1におけるエンジン及び油圧ポンプの稼働履歴の一例を示す図。 本発明の第1の実施の形態に係る制御装置2によって実行される処理のフローチャートの一例。 表示装置3への対象部品の寿命の表示例。 表示装置3への対象部品の寿命の他の表示例。 表示装置3への対象部品の寿命のさらに他の表示例。 本発明の第2の実施の形態に係る保守点検システムの構成図。 保守点検情報生成装置100及びその周辺のハードウェア構成の詳細図。 本発明の第2の実施の形態における交換履歴記憶部24に記憶されたデータの一例を示す図。 本発明の第2の実施の形態における交換済部品稼働時間算出部13によって算出される利用形態ごとの対象交換済部品の稼働時間のデータ例を示す図。 本発明の第2の実施の形態に係る保守点検情報生成装置100において実行される利用形態別推定寿命算出処理のフローチャートの一例。 本発明の第2の実施の形態に係る利用形態別推定寿命算出部14が利用形態ごとの平均稼働時間を算出する際に実行する処理のフローチャートの一例。
 以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
 図1は本発明の第1の実施の形態に係る稼働機械の構成図であり、図2は本発明の第1の実施の形態に係る制御装置及びその周辺のハードウェア構成の概略図であり、図3は図2に示したハードウェア構成の詳細図である。ここでは、図1に示すように、稼働機械として建設機械である油圧ショベルを利用した実施の形態について説明する。
 図1に示す油圧ショベル(稼働機械)1は、複数の部品で構成されており、下部走行体7と、下部走行体7の上部に旋回可能に取り付けられた上部旋回体5と、上部旋回体5に揺動可能に取り付けられた多関節型の作業装置6と、油圧ショベル1を構成する各部品の稼働履歴を検出する複数のセンサから成るセンサ群4と、センサ群4における各センサから出力される稼働履歴に基づいて油圧ショベル1の各部品に係る保守点検情報(例えば各部品の寿命)を生成する制御装置2と、制御装置2が生成した保守点検情報を表示する表示装置3を備えている。
 センサ群4におけるセンサとしては、例えば、油圧ショベル1のエンジン(図示せず)の回転数を検出するエンジン回転数センサ41(図2参照)と、当該エンジンによって駆動される油圧ポンプであって、油圧ショベル1の油圧アクチュエータ(例えば、作業装置6を駆動するための油圧シリンダ)に作動油を供給するもの(図示せず)の吐出圧を検出する圧力センサ42(図2参照)がある。
 図2に示すように、制御装置2は、ハードディスク、RAM及びROM等で構成される記憶装置20と、記憶装置20に記憶されたプログラムに従って稼働機械の保守点検情報を生成するための各種処理を実行する演算制御装置(例えばCPU)10を備えている。センサ群4における各センサから出力される各部品の稼働履歴は、制御装置2に出力されており、記憶装置20に記憶される。
 図3に示すように、記憶装置20は、構成情報記憶部21と、稼働履歴記憶部22と、センサ関連情報記憶部23と、交換履歴記憶部24と、利用形態別推定寿命記憶部25を備えている。図4は記憶装置20に記憶されているデータ項目の例を示す図である。
 構成情報記憶部21には、図4における構成情報210が記憶されている。構成情報210は、各油圧ショベル1(稼働機械)の識別情報と各油圧ショベル1がどのような部品から構成されているかを表すもので、各油圧ショベル1の識別番号(機械番号)と、各油圧ショベル1に含まれる部品の識別番号(部品番号)と、各油圧ショベル1に含まれる部品の種類(部品種別)を含んでいる。例えば、油圧ショベル1は、アーム、ブーム、旋回輪、クローラ及び熱交換器などの構造物と、エンジン、油圧ポンプ、バケット及び油圧シリンダなど基幹部品と、オイル及びフィルタなどの消耗部品などから構成されており、各部品には識別番号(部品番号)が付けられて管理されている。各稼働機械の性能維持のためには保守作業を行う必要があり、保守作業では消耗・故障した部品を新しい部品と交換する。
 稼働履歴記憶部22には、各油圧ショベル1を構成する各部品の稼働履歴情報220が記憶されている。稼働履歴情報220には、図4に示すように、機械番号と、センサ項目と、センサデータ(センサ検出値)と、センサデータの記録日時が含まれている。本実施の形態では、油圧ショベル1のセンサ項目として、外気温度、外気圧、エンジン回転数、作動油温度、冷却水温度、ポンプ圧力、操作圧力などを含んでいる。センサデータは、センサ群4の各センサによって検出される各部品のセンシングデータである。センサデータは、計測単位時間ごとに取得できるデータであり、センサ項目毎のセンサデータを時系列順に多数集めたものが稼働履歴に相当する。
 図5は、油圧ショベル1におけるエンジン回転数及びポンプ圧力(油圧ポンプの吐出圧)の稼働履歴をグラフ形式に示した図である。この図に示す稼働履歴は、エンジン回転数センサ41と圧力センサ42によって検出されたセンサデータに基づいて記憶されたものである。この図において、エンジン回転数履歴401は、エンジン回転数センサ41によって検出されたエンジン回転数の変化を示したもので、この図の例では時刻T1及びT2で値が変化している。ポンプ圧力履歴402は、圧力センサ42によって検出されたポンプ圧力の変化を示したもので、この図の例ではエンジン回転数と同様に時刻T1及びT2で値が変化している。
 センサ関連情報記憶部23には、図4における部品センサ関連情報230が記憶されている。部品センサ関連情報230は、部品の消耗・故障と関連しているセンサ項目等に係る情報であり、部品種別と、センサ項目と、判別閾値を含んでいる。判別閾値は、部品の稼働履歴に基づいて当該部品の利用形態を複数に分類するために用いられるセンサデータの境界値であり、部品種別毎及びセンサ項目毎に設定されている値である。すなわち、判別閾値は、部品への負荷の掛かり方(すなわち消耗度合い)を弁別するためのセンサデータの境界条件を示している。本実施の形態では、判別閾値を利用してセンサデータの大小によって各部品の利用形態を複数に分類し、各利用形態で各部品を稼働させた時間の多少に基づいて各部品の消耗・劣化度合いを測っている。
 例えば、図5に示したエンジン回転数の判別閾値はR1とR2(R1>R2)であり、ポンプ圧力の判別閾値はP1である。これにより、エンジンの利用形態は、エンジン回転数の稼働履歴及び判別閾値R1,R2に基づいて複数に分類される。具体的には、時刻T1及びT2を境界にして3つの区間Sa,Sb,Scに分類することができる。すなわち、時刻T1からT2までの区間Saはエンジン回転数がR1以上の区間であり、時刻T2以降の区間SbはR2以上R1未満の区間であり、時刻T1までの区間Scはエンジン回転数がR2未満の区間となる。また、油圧ポンプの利用形態は、ポンプ圧力の稼働履歴及び判別閾値P1に基づいて、時刻T1及びT2を境にして3つの区間Sa,Sb,Scに分類することができる。すなわち、区間Saはポンプ回転数がP1以上の区間であり、区間Sb,Scはポンプ回転数がP1未満の区間となる。
 図6はエンジン及び油圧ポンプの稼働履歴を判別閾値R1,R2,P1に基づいて複数の利用形態に分類したときの分類表を示す図である。本実施の形態に係る油圧ショベルのエンジン及び油圧ポンプの利用形態は、図5の稼働履歴及び上記判別閾値によって、図6に示すように3つの利用形態に分類される。ここでは各利用形態を区別するために分類番号を利用しており、分類された各利用形態には、各利用形態を識別する情報として分類番号が付与される。図6の例では、分類番号として1,2,3が付与されている。ここでは、付与された分類番号が小さい利用形態ほど、部品への負荷の掛かり方が大きくなっている(すなわち、分類番号1の負荷が最大)。なお、この図の分類表501のうち、分類番号が割り当てられていない状態が存在するのは、該当する稼働データが存在しないためである。また、この図の例では、2つの部品の稼働履歴(エンジン回転数及びポンプ圧力の稼働履歴)を関連付けて利用形態を分類しているが、必要に応じて1つの部品の稼働履歴に基づいて利用形態を分類しても良いし、3つ以上の稼働履歴を関連付けて利用形態を分類しても良い。
 交換履歴記憶部24には、各油圧ショベル1の部品交換の実績を記録した部品交換履歴情報240が記憶されている。部品交換履歴情報240は、図4に示すように、各油圧ショベル1において過去に稼働していた部品(交換済部品)の交換日時(交換日時)と、当該部品が稼働していた機械番号と、当該部品の部品番号と、当該部品の部品種別と、当該部品の稼働時間を示す部品稼働時間を含んでいる。ここで、部品稼働時間とは、当該部品の稼働を開始した時から交換するまでに実際に稼働していた時間の実績値(すなわち、当該部品の寿命)のことを示す。
 利用形態別推定寿命記憶部25には、油圧ショベル1で稼働している各部品の推定寿命を算出する際に利用する推定寿命情報250が記憶されている。推定寿命情報250は、図4に示すように、部品種別と、分類番号と、利用形態別推定寿命を含んでいる。ここで、利用形態別推定寿命とは、各利用形態のみで当該部品を使用した際の当該部品の推定稼働時間(推定寿命)を示しており、本実施の形態では各部品の種別及び利用形態(分類番号)に関連付けて決定されている。
 図7はエンジン及び油圧ポンプに係る利用形態別推定寿命を分類番号ごとに示した図である。この図に示すように、例えば、分類番号1に係る利用形態でエンジンを使用し続けるとすると、エンジンの寿命はLEaであることが分かる。
 演算制御装置10は、図3に示したように、主に、寿命推定対象である部品(対象部品)の稼働時間算出部(対象部品稼働時間算出部)11と、対象部品の寿命推定部(対象部品寿命算出部)12として機能する。
 稼働時間算出部11は、稼働履歴記憶部22に記憶された対象部品の稼働履歴と、センサ関連情報記憶部23に記憶された当該対象部品に係る判別閾値とに基づいて、利用形態ごとの当該対象部品の稼働時間をそれぞれ算出する処理を実行する部分である。
 図8は油圧ショベル1におけるエンジン及び油圧ポンプの稼働履歴の一例を示す図である。この図の例では、まず、対象部品の1日ごと(稼働日ごと)の稼働履歴を判別閾値を用いて分類することで、利用形態(分類番号)ごとの稼働時間を1日ごとに算出している。そして、最終的に、当該1日ごとの稼働時間を積算することで、利用形態ごとの対象部品の稼働時間を算出している。例えば、図8では、対象部品の利用を開始した第1日目(d01)では、分類番号1で稼働した時間はSa_d01で、分類番号2で稼働した時間はSb_d01で、分類番号3で稼働した時間はSc_d01となっている。そして、第1日目(d01)から現在(第N日目(dN))までの稼働時間については、分類番号1に係る利用形態で稼働した時間がTaで、分類番号2に係る利用形態で稼働した時間がTbで、分類番号3に係る利用形態で稼働した時間がTcとなっている。なお、図8の例では、稼働時間の算出速度を向上させる観点から、所定の期間(1日)ごとに稼働時間を算出し、後でそれらを積算することで実際の利用形態ごとの稼働時間を算出したが、この他の算出方法を利用しても良い。例えば、第1日目から第N日目までの稼働履歴を一時に分類することで、利用形態ごとの稼働時間を算出しても良い。
 寿命推定部12は、稼働時間算出部11で算出された利用形態ごとの対象部品の稼働時間と、利用形態別推定寿命記憶部25に記憶された利用形態別推定寿命とに基づいて、当該対象部品の寿命を推定する処理を実行する部分である。本実施の形態では、まず、対象部品の消費寿命を算出し、その消費寿命から当該対象部品の残存寿命を算出する。具体的には、まず、稼働時間算出部11で算出された各利用形態(分類番号)の稼働時間(例えば、図8におけるTa,Tb,Tc)を、各利用形態に対応する利用形態別推定寿命(例えば、図7におけるLEa,LEb,LEc)で除することで利用形態別の消費寿命割合をそれぞれ算出し、さらに、その算出した消費寿命割合を積算することで対象部品の消費寿命割合(例えば、CE(後述))を算出している。そして、算出した消費寿命割合を当該対象部品の平均寿命から減じることで当該対象部品の残存寿命を算出している。算出された消費寿命及び残存寿命は表示装置3に出力される。
 次に、上記のように構成される油圧ショベル1において実行される保守点検情報生成処理について説明する。ここでは、エンジンと油圧ポンプを寿命推定の対象部品とする場合について説明する。
 図9は本発明の第1の実施の形態に係る制御装置2によって実行される処理のフローチャートの一例である。この図に示すように、まず、稼働時間算出部11は、エンジン回転数センサ41及び圧力センサ42を介して対象部品であるエンジンと油圧ポンプの稼働履歴を入力すると、当該入力した稼働履歴を判別閾値R1,R2,P1を利用して、エンジンと油圧ポンプの利用形態を図6の分類表のように3つに分類する(S601)。
 そして、稼働時間算出部11は、分類した利用形態ごとのエンジンと油圧ポンプの稼働時間をそれぞれ算出する。これにより、対象部品(エンジン及び油圧ポンプ)の稼働を開始した第1日目(d01)から現在(第N日目(dN))までの各利用形態についての稼働時間が算出される(S602)。ここでは、図8に示すように、分類番号1に係る利用形態の稼働時間はTaとなり、分類番号2に係る利用形態の稼働時間はTbとなり、分類番号3に係る利用形態の稼働時間はTcとなる。稼働時間算出部11は、算出した各利用形態についての稼働時間Ta,Tb,Tcを寿命推定部12に出力する。
 寿命推定部12は、S602で算出した利用形態ごとの稼働時間(Ta,Tb,Tc)と、図7の表のように部品種類ごと及び利用形態(分類番号)ごとに設定された利用形態別推定寿命(LEa,LEb,LEc,LPa,LPb,LPc)とを用いて、エンジンの消費寿命割合CEと油圧ポンプの消費寿命割合CPを算出する。ここでは、次式(1)及び(2)によって求めている。すなわち、まず、各対象部品についての各稼働時間(Ta,Tb,Tc)を、対応する利用形態別推定寿命(LEa,LEb,LEc又はLPa,LPb,LPc)で除することで各利用形態による消費寿命割合を算出し(S603)、算出した消費寿命割合を積算することで各対象部品の消費寿命割合を算出する。これにより、エンジンの消費寿命割合CEと油圧ポンプの消費寿命割合CPが算出できる(S604)。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
 寿命推定部12は、S604で算出した消費寿命割合CE,CPを利用して、各対象部品の残存寿命割合を算出する。残存寿命割合を算出する方法としては、消費寿命割合CE,CPを1から減じるものがある。ここでは、寿命推定部12は、さらに、残存寿命割合に各対象部品の平均寿命を乗じることで各対象部品の残存寿命を算出している(S605)。各対象部品の平均寿命は、例えば、同じ種別の交換済部品の部品稼働時間を平均することで算出できる。そして、寿命推定部12は、S605で算出した残存寿命を表示装置3に出力し、エンジンと油圧ポンプの残存寿命を表示装置3に表示する(S606)。次に図を用いて対象部品の寿命の表示例を説明する。
 図10は表示装置3への対象部品の寿命の表示例である。この図に示す帯グラフ800は、対象部品の消費寿命を表示する部分であってハッチングが施された消費寿命表示部800aと、対象部品の残存寿命を表示する部分であってハッチングの無い残存寿命表示部800bから成り、その帯の長さが対象部品の寿命を示している。このように対象部品の寿命を視覚的に表示すると、対象部品の寿命を稼働機械のオペレータや管理者等に容易に把握させることができる。なお、表示装置3の画面には、寿命から推定される対象部品の交換時期を表示しても良い。
 上記において説明したように、本実施の形態の稼働機械では、対象部品の稼働履歴及び判別閾値から対象部品の利用形態ごとの稼働時間を算出し、当該利用形態ごとの稼働時間と利用形態別推定寿命を利用することで対象部品の残存寿命を算出している。このように残存寿命を算出すると、対象部品の利用形態の実績を考慮した残存寿命を算出できるので、対象部品が各稼働機械で異なる形態で利用されてもその利用形態に即した寿命予測が可能となる。これにより、対象部品の寿命予測の推定精度を向上させることができるので、稼働機械の効率的な保守に寄与することができる。例えば、稼働機械のユーザ側では部品交換に付随するコストが削減でき、稼働機械のメーカ側では部品の在庫管理が容易になる。
 ところで、図10の例のように消費寿命と残存寿命の双方を表示すると、全寿命に対する消費寿命の割合と残存寿命の割合をオペレータや管理者等に容易に把握させることができる。なお、図10のように残存寿命に併せて消費寿命を表示する場合には、まず、S604で算出した消費寿命割合にS605で利用した平均寿命を乗じることで消費寿命を算出する処理を実行し、その算出した消費寿命を残存寿命とともに表示する処理を実行すれば良い。
 図11は表示装置3への対象部品の寿命の他の表示例である。この図に示す複数の帯グラフ801,802,803は、油圧ショベル1の稼働開始から所定の時刻t1,t2,t3,t4,t5,t6,t7において同一の部品について寿命予測をした場合の時刻t5,t6,t7における消費寿命及び残存寿命を示したものである。具体的には、図中上段の帯グラフ801は時刻t5における寿命を示しており、中段の帯グラフ802は時刻t6における寿命を示しており、下段の帯グラフ803は時刻t7における寿命を示している。各帯の長さは時間の長さを表している。また、図10と同様に、ハッチングが施された部分が消費寿命を表示する消費寿命部であり、ハッチングが無い部分が残存寿命を表示する残存寿命部である。
 この図に示した表示例では、対象部品の寿命に加えて、演算制御装置10(稼働時間算出部11)で算出される利用形態ごとの当該対象部品の稼働時間(例えば、先の例のS602で算出された稼働時間Ta,Tb,Tc)を表示している。具体的には、図11における利用形態ごとの対象部品の稼働時間は、消費寿命に関連づけて表示されている。すなわち、消費寿命部に施されたハッチングの濃度が当該稼働時間の利用形態の分類を示しており、消費寿命部において各ハッチングが施された部分の帯の長さが当該稼働時間の長さを示している。また、ハッチングの濃いものほど部品への負荷が大きい利用形態であることを示しており、図11の例では負荷の異なる3つの利用形態が存在している。すなわち、消費寿命部U3に係る利用形態が最も部品に対する負荷が大きく、消費寿命部U1に係る利用形態が最も負荷が小さく、消費寿命部U2に係る利用形態は両者の中間である。なお、ここでは、説明を簡単にするために、寿命予測を実施したそれぞれの時刻t1~t7間では、対象部品の利用形態は変化しないものとする。
 ここで、時刻t6における帯グラフ802の消費寿命部U6に着目すると、時刻t5~t6では最も負荷が大きい形態で利用されており、再計算の結果、帯グラフ802の長さは帯グラフ801よりも短く表示されている。すなわち、時刻t5~t6の利用形態に起因して部品寿命が短縮したことになる。また、時刻t7における帯グラフ802の消費寿命部U7に着目すると、時刻t6~t7では最も負荷が軽い形態で利用されており、帯グラフ803の長さは帯グラフ801及び802よりも長く表示されている。すなわち、時刻t6~t7の利用形態に起因して部品寿命が延長したことになる。
 このように図11の表示例では、部品への負荷の掛かり方(すなわち部品の消耗の程度)に応じて部品寿命を示す帯の長さが変化する表現となっており、さらに、利用形態ごとの対象部品の稼働時間を消費寿命と関連付けて表示する表現となっている。このように部品寿命を表示すると、利用形態と寿命の相関が分かるので、部品負荷が低減するように稼働機械を使用することをオペレータに促すことができる。
 なお、図11の例では、異なる時刻に推定した寿命を同時に表示しているが、これらは個別に表示しても良い。また、表示装置3に複数の部品のうちの1つの部品の寿命を表示する場合には、最も残存寿命が短い部品の寿命を表示することが好ましい。
 また、上記の例では、寿命予測を実施したそれぞれの時刻t1~t7間における対象部品の利用形態は変化しないものとしたが、各時刻t1~t7間において対象部品の利用形態が変化する場合には、各時刻t1~t7の間において寿命消費に最も寄与した利用形態のみを表示しても良い。このように寿命消費に最も寄与した利用形態を特定する場合には、例えば、各利用形態での稼働時間を当該利用形態に係る利用形態別推定寿命で除した値の大小を比較する処理を実行すれば良い(すなわち、上記式(1)又は(2)における右辺の各項の大きさを比較し、その中で最も大きい値に係る利用形態を消費寿命とともに表示する処理を実行すれば良い。)。
 図12は表示装置3への対象部品の寿命のさらに他の表示例である。この図に示す複数の帯グラフ804,805は、油圧ショベル1の稼働開始から所定の時刻t1~t5において異なる部品について寿命予測をした場合の時刻t5における消費寿命及び残存寿命を表示したものである。図中上段の帯グラフ804は部品Aの寿命を示しており、図中下段の帯グラフ805は部品Bの寿命を示している。
 帯グラフ804,805で表示される部品A,Bの消費寿命及び残存寿命は、それぞれの全寿命(消費寿命及び残存寿命の和)を1とした場合の割合で表示されている点で先の2つの例と異なる。すなわち、U1からU5の各帯の長さは、消費寿命に対する各利用形態ごとの稼働時間の割合を表している。また、帯グラフ804,805は異なる部品A,Bの寿命を表示しているので、例え部品A,Bの稼働時間が同じであった場合にも、各部品A,Bへの負荷の掛かり方は異なる。そのため、それぞれにおいて消費される寿命割合は同じではない。例えば、帯グラフ805で表される部品Bに対して、U1とU2で同じ利用形態で寿命消費がなされているが、帯グラフ804で表される部品Aについては、U1とU2では同じ形態で寿命消費がされていない。また、この図の表示例では、部品への負荷の掛かり方の程度が、消費寿命部の帯の長さに現れる。すなわち、部品への負荷が大きいもの程長く表現され、負荷の小さいもの程短く表現される。
 このように同一画面上に複数の部品の寿命を同時に表示すると、他の部品との寿命比較が容易になる。これにより、例えば、寿命(交換時期)が近い部品が複数存在する場合には、それらの存在を容易に認識することができるので、当該複数の部品を同時に交換することができ、メンテナンス作業の効率を向上できる。なお、図12の例では2つの部品の寿命を表示したが、3つ以上の部品の寿命を同時に表示しても良いことは言うまでもない。
 次に本発明の第2の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第1の実施の形態において利用形態別推定寿命記憶部25に記憶されていた利用形態別推定寿命を複数の油圧ショベルの部品交換の実績から算出しており、当該算出した利用形態別推定寿命を利用して対象部品の寿命を推定している点に特徴がある。
 図13は本発明の第2の実施の形態に係る保守点検システムの構成図である。この図に示す保守点検システムは、複数台の油圧ショベル(稼働機械)1A、1B、…と、保守点検情報生成装置100と、表示装置3を備えている。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して適宜説明を省略する。
 この図に示す複数台の油圧ショベルは、それぞれ、図1に示した油圧ショベル1と同じ構成(制御装置2、センサ群4、表示装置3等)に加えて通信装置8を備えている。なお、各油圧ショベルを区別する場合には各部の符号にアルファベット(A,B等)を付し、特に区別しない場合にはアルファベットを付さないことにする。各油圧ショベル1における制御装置2は、センサ群4から入力される稼働履歴を通信装置8を介して保守点検情報生成装置100に出力している。
 保守点検情報生成装置100は、複数の油圧ショベル1から入力される各部品の稼働履歴に基づいて各部品に係る保守点検情報(例えば各部品の寿命)を生成するものであり、演算制御装置10と、記憶装置20と、通信装置30を備えている。保守点検情報生成装置100で生成された保守点検情報は、表示装置3に出力されて表示される。
 図14は保守点検情報生成装置100及びその周辺のハードウェア構成の詳細図である。この図に示すように、保守点検情報生成装置100における記憶装置20は、図3に示したものと同様に、構成情報記憶部21と、稼働履歴記憶部22と、センサ関連情報記憶部23と、交換履歴記憶部24と、利用形態別推定寿命記憶部25を備えている。稼働履歴記憶部22には、複数の油圧ショベル1A、1B…の部品(現在稼働している部品及び過去に稼働していた部品)の稼働履歴が記憶されている。各油圧ショベル1におけるセンサ群4によって検出された稼働履歴は、それぞれ、通信装置30を介して保守点検情報生成装置100に入力され、稼働履歴記憶部22に記憶される。
 図15は本発明の第2の実施の形態における交換履歴記憶部24に記憶されたデータの一例を示す図である。この図に示すように交換履歴記憶部24には、各油圧ショベル1において過去に稼働していた交換済部品の交換日時と、当該交換済部品が稼働していた機械番号と、当該交換済部品の部品番号と、当該交換済部品の部品種別と、当該交換済部品の部品稼働時間が記憶されている。
 図14に戻り、保守点検情報生成装置100の演算制御装置10は、先に説明した対象部品稼働時間算出部(第1稼働時間算出部)11及び対象部品寿命算出部12に加えて、交換済部品稼働時間算出部(第2稼働時間算出部)13と、利用形態別推定寿命算出部14として機能する。
 交換済部品稼働時間算出部(第2稼働時間算出部)13は、稼働履歴記憶部22に記憶された稼働履歴のうち、対象部品(寿命推定対象の部品)と同種の交換済部品(以下、「対象交換済部品」と称することがある)の稼働履歴と、センサ関連情報記憶部23に記憶された判別閾値のうち対象部品と同じ判別閾値とに基づいて、利用形態ごとの対象交換済部品の稼働時間を算出する処理を実行する部分である。ここで算出された利用形態ごとの対象交換済部品の稼働時間は、利用形態別推定寿命算出部14に出力される。なお、交換済部品稼働時間算出部12は、対象部品と同種の交換済部品の特定に際して構成情報記憶部21に記憶された情報を適宜利用することがあり、対象交換済部品の稼働履歴を特定するに際して交換履歴記憶部24に記憶された情報を適宜利用することがある。
 図16は本発明の第2の実施の形態における交換済部品稼働時間算出部13によって算出される利用形態ごとの対象交換済部品の稼働時間のデータ例を示す図である。この図に示す例では、第1の実施の形態と同様にエンジンと油圧ポンプを対象部品としており、交換済のエンジン及び油圧ポンプの稼働履歴を第1の実施の形態と同じ判別閾値R1,R2,P1で分類することで、3つの利用形態(分類番号1,2,3)についての対象交換済部品の稼働時間が算出されている。各対象交換済部品についての、利用形態ごとの稼働時間を積算すると、当該部品の部品稼働時間と等しくなる。すなわち、例えば、図16における部品番号e1のエンジンの利用形態ごとの稼働時間はそれぞれTae1、Tbe2、Tce1であり、これらを積算したものは当該エンジンの部品稼働時間LE1(図15参照)に等しい。また、この図が示すとおり、部品種別が「エンジン」である部品は全部でn個記憶されており、部品種別が「ポンプ」である部品は全部でm個記憶されている。
 利用形態別推定寿命算出部14は、交換済部品稼働時間算出部13で算出された利用形態ごとの対象交換済部品の稼働時間を、利用形態ごとに平均化することで利用形態別推定寿命を算出する処理を実行する部分である。ここで算出された利用形態別推定寿命は、利用形態別推定寿命記憶部25に記憶される。なお、利用形態別推定寿命算出部14は、利用形態別推定寿命を算出する際に、交換履歴記憶部24等に記憶された情報(例えば、対象交換済部品の部品稼働時間)を適宜利用することがある。
 次に本実施の形態における保守点検情報生成装置100で実行される利用形態別推定寿命算出処理の一例を図を用いて説明する。ここでは、先の実施の形態と同様にエンジンと油圧ポンプを寿命推定の対象部品とする場合について説明する。
 図17は本発明の第2の実施の形態に係る保守点検情報生成装置100において実行される利用形態別推定寿命算出処理のフローチャートの一例である。この図に示すように、まず、交換済部品稼働時間算出部13は、対象部品と同種の交換済部品(エンジン及び油圧ポンプ)の稼働履歴を稼働履歴記憶部22から複数読み込み、各稼働履歴を判別閾値R1,R2,P1を利用して3つの利用形態に分類する(S710)。そして、交換済部品稼働時間算出部13は、S710で分類した稼働履歴に基づいて各利用形態ごとの稼働時間を各対象交換済部品ごとに積算し、各対象交換済部品の利用形態ごとの稼働時間として算出する(S720)。図16に示したものがその例である。
 次に、利用形態別推定寿命算出部14は、S720で算出された各対象交換済部品についての利用形態ごとの稼働時間と、交換履歴記憶部24に記憶された各対象交換済部品の部品稼働時間とに基づいて、利用形態ごとの平均稼働時間を算出する(S730)。本実施の形態では、S730は具体的には下記のS731からS734までの処理が実行されている。
 図18は本発明の第2の実施の形態に係る利用形態別推定寿命算出部14が利用形態ごとの平均稼働時間を算出する際に実行する処理のフローチャートの一例である。
 この図に示すように、まず、利用形態別推定寿命算出部14は、各対象交換済部品について、部品稼働時間に対する利用形態ごとの稼働時間の割合(「利用形態別稼働時間割合」と称することがある)を算出する。すなわち、次の式(3)及び(4)を用いて、部品稼働時間(LEi)と利用形態ごとの稼働時間(Taei,Tbei,Tcei,Tapj,Tbpj,Tcpj)に基づいて、利用形態別稼働時間割合(Raei,Rbei,Rcei,Rapj,Rbpj,Rcpj)を算出する(S731)。つまり、利用形態別稼働時間割合は、各利用形態ごとの稼働時間を部品稼働時間で除した値である。なお、ここで、利用形態ごとの稼働時間はS720で算出される値であり、部品稼働時間は交換履歴記憶部24から読み出すことができる値である。また、式(3)は部品種別「エンジン」に対応する利用形態別稼働時間割合であり、式(4)は部品種別「ポンプ」に対応する利用形態別稼働時間割合である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
 次に、利用形態別推定寿命算出部14は、S731で算出した利用形態別稼働時間割合について、利用形態別稼働時間割合と部品稼働時間とを組にしたサンプル集合を利用形態ごとに構成し、その利用形態ごとのサンプル集合に基づいて2次多項式による近似式を利用形態ごとに導出する(S732)。
 S732で求めた近似式は、利用形態別稼働時間割合と部品稼働時間の関係を示す式であり、この近似式において利用形態別稼働時間割合を1とした場合の部品稼働時間を算出し、これを利用形態ごとの推定部品稼働時間とする(S733)。そして、S733で算出した利用形態ごとの推定部品稼働時間を、利用形態ごとの平均稼働時間として出力する(S734)。
 S730で利用形態ごとの平均稼働時間(利用形態ごとの推定部品稼働時間)を算出したら、それを対象部品の利用形態別推定寿命として利用形態別推定寿命記憶部25に出力して記憶する(S740)。これにより対象部品(エンジン及び油圧ポンプ)の利用形態別推定寿命が得られるので、対象部品稼働時間算出部11及び対象部品寿命推定部12において第1の実施の形態で説明した処理と同じ処理を実行することで、対象部品の寿命を算出することができる。さらに、保守点検情報生成装置100で算出された対象部品の寿命に基づいて、当該対象部品の寿命を表示装置3に表示すれば、第1の実施の形態で説明したものと同様の効果を発揮することができる。
 このように、上記のように構成した本実施の形態によれば、複数の稼働機械で実際に使用された部品の寿命の実績値を利用することで各部品の利用形態別推定寿命を補正することができるので、各部品の寿命推定精度をさらに向上させることができる。
 なお、上記第2の実施の形態では、保守点検情報生成装置100に接続された表示装置3を介して対象部品の寿命を表示したが、保守点検情報生成装置100で算出した対象部品の寿命を無線通信等の通信手段を介して他の表示装置(例えば、油圧ショベル1に設置された表示装置)に送信し、当該他の表示装置上に当該対象部品の寿命を表示するように構成してもよい。
 さらに、第2の実施の形態では、保守点検情報生成装置100で対象部品の寿命算出までの一連の処理を実行したが、保守点検情報生成装置100では利用形態ごとの平均稼働時間(利用形態別推定寿命)を算出するに留め、当該算出した利用形態別推定寿命を油圧ショベル1(稼働機械)に無線通信等の通信手段を介して送信し、以降の寿命算出までの処理は当該油圧ショベル1において実行するように構成してもよい。すなわち、この場合は、第1の実施の形態で説明した油圧ショベル1における利用形態別推定寿命記憶部25に対して、保守点検情報生成装置100から送信された利用形態別推定寿命が記憶されることになり、当該油圧ショベル1が当該利用形態別推定寿命に基づいて対象部品の寿命算出することになる。
 ところで、上記の各実施の形態では稼働機械の例として油圧ショベルを利用したものについて説明したが、本発明は各種部品によって構成される稼働機械に対して広く応用可能である。
  1   油圧ショベル
  2   制御装置
  3   表示装置
  4   センサ群
  8   通信装置
 10   演算制御装置
 11   対象部品稼働時間算出部(第1稼働時間算出部)
 12   対象部品寿命推定部
 13   交換済部品稼働時間算出部(第2稼働時間算出部)
 14   利用形態別推定寿命算出部
 20   記憶装置
 21   構成情報記憶部
 22   稼働履歴記憶部
 23   センサ関連情報記憶部
 24   交換履歴記憶部
 25   利用形態別推定寿命記憶部
 30   通信装置
 41   エンジン回転数センサ
 42   圧力センサ
100   保守点検情報生成装置

Claims (9)

  1.  複数の部品で構成される稼働機械であって、
     前記複数の部品に含まれ寿命推定対象である対象部品の稼働履歴、当該稼働履歴に基づいて当該対象部品の利用形態を複数に分類するために用いられる判別閾値、及び当該利用形態ごとの前記対象部品の推定寿命を示す利用形態別推定寿命が記憶された記憶装置と、
     前記対象部品の稼働履歴を前記判別閾値で分類することで前記利用形態ごとの前記対象部品の稼働時間をそれぞれ算出する処理、並びに、当該処理で算出した前記利用形態ごとの前記対象部品の稼働時間及び前記利用形態別推定寿命に基づいて前記対象部品の寿命を推定する処理を実行する演算制御装置とを備えることを特徴とする稼働機械。
  2.  複数の部品で構成される稼働機械であって、
     前記複数の部品に含まれ寿命推定対象である対象部品の稼働履歴を検出する検出手段と、
     前記検出手段による検出値の大小に基づいて前記対象部品の利用形態を複数に分類するために用いられる判別閾値、及び当該利用形態ごとの前記対象部品の推定寿命を示す利用形態別推定寿命が記憶された記憶装置と、
     前記検出手段による検出値を前記判別式位置で分類することで前記利用形態ごとの前記対象部品の稼働時間をそれぞれ算出する処理、並びに、当該処理で算出した前記利用形態ごとの前記対象部品の稼働時間及び前記利用形態別推定寿命に基づいて前記対象部品の寿命を推定する処理を実行する演算制御装置とを備えることを特徴とする稼働機械。
  3.  請求項1又は2に記載の稼働機械において、
     前記利用形態別推定寿命は、前記対象部品と同種の複数の交換済部品についての前記利用形態ごとの稼働時間に基づいて算出されていることを特徴とする稼働機械。
  4.  請求項1又は2に記載の稼働機械において、
     前記演算制御装置は、前記対象部品の寿命を推定する処理において、前記利用形態別推定寿命に対しての前記利用形態ごとの前記対象部品の稼働時間の割合に基づいて前記対象部品の寿命を推定することを特徴とする稼働機械。
  5.  請求項1又は2に記載の稼働機械において、
     前記演算制御装置で推定された前記対象部品の寿命を表示する表示手段をさらに備えることを特徴とする稼働機械。
  6.  請求項5に記載の稼働機械において、
     前記表示手段は、前記対象部品の寿命とともに、前記演算制御装置で算出された前記利用形態ごとの前記対象部品の稼働時間を表示することを特徴とする稼働機械。
  7.  請求項5に記載の稼働機械において、
     前記演算制御装置は、前記寿命を推定する処理として、前記対象部品の消費寿命及び残存寿命を算出する処理を実行し、
     前記表示手段は、前記演算制御装置で算出された消費寿命及び残存寿命を表示することを特徴とする稼働機械。
  8.  複数の部品で構成される稼働機械の保守点検情報生成装置において、
     前記複数の部品に含まれ寿命推定対象である対象部品の稼働履歴、当該稼働履歴に基づいて当該対象部品の利用形態を複数に分類するために用いられる判別閾値、及び当該利用形態ごとの前記対象部品の推定寿命を示す利用形態別推定寿命が記憶された記憶装置と、
     前記対象部品の稼働履歴を前記判別閾値で分類することで前記利用形態ごとの前記対象部品の稼働時間をそれぞれ算出する処理、並びに、当該処理で算出した前記利用形態ごとの前記対象部品の稼働時間及び前記利用形態別推定寿命に基づいて前記対象部品の寿命を推定する処理を実行する演算制御装置とを備えることを特徴とする保守点検情報生成装置。
  9.  請求項8に記載の保守点検情報生成装置において、
     前記記憶装置は、前記対象部品と同種の複数の交換済部品の稼働履歴を記憶しており、
     前記演算制御装置は、前記交換済部品の稼働履歴を前記判別閾値で分類することで前記利用形態ごとの前記対象部品の推定寿命を示す利用形態別推定寿命を算出する処理を実行し、当該処理で算出した前記利用形態別推定寿命と前記利用形態ごとの前記対象部品の稼働時間に基づいて前記対象部品の寿命を推定する処理を実行することを特徴とする保守点検情報生成装置。
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