WO2015159377A1 - 設計支援装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a technology for supporting design, and more particularly to a technology for improving the accuracy of analysis using measurement data of product operating conditions.
- Patent Document 1 proposes a technology to improve the analysis conditions by attaching sensors to existing products and using various data on their operating conditions, one of which is heat conduction using measurement data. There is one that corrects the boundary condition of analysis to improve accuracy (Patent Document 1).
- the operation mode represents the operation state of the product.
- a hydraulic excavator has operation modes such as a traveling mode and a horizontal pulling mode. Therefore, it is necessary to perform analysis and design examination in each operation mode.
- the behavior and state of the product change depending on the order of transition of the operation mode. Therefore, in the analysis in the design study, it is necessary to consider the analysis process in consideration of the analysis conditions in each operation mode and the operation mode transition.
- the operation status measurement data is usually a huge amount of time series data. If data corresponding to the input of analysis is used in this data and analysis is performed for the entire time when the data is acquired, analysis can be performed for all operation modes and operation mode transition patterns. However, in many cases, an extremely long time is required for the analysis, compared with the time when the operation state measurement data is acquired, which is not practical for use in the design. In consideration of product design that must be performed in a limited time, it is preferable to proceed with analysis under a certain finite number of analysis conditions. Therefore, it is necessary to create an analysis condition and an analysis process for each operation mode from the operation status measurement data which is a huge amount of time series data.
- the conventional method of correcting the boundary condition of the analysis using the operation status measurement data does not classify a plurality of operation status measurement data into a plurality of operation modes. Therefore, the analysis conditions and analysis processes for each operation mode as described above cannot be created.
- the present invention has been made in view of such circumstances, and from one or more analysis scenarios and analysis conditions representative of the operation status, from the operation status measurement data of the product, which is a large amount of time-series data.
- the purpose is to extract.
- the design support apparatus of the present invention clusters operation status measurement data that is data of various operation statuses of existing products measured by an external measurement device, and supports each operation mode.
- Operation mode classification unit analysis condition creation unit for creating analysis conditions for each operation mode from operation state measurement data for each operation mode
- analysis scenario creation unit for creating analysis scenarios from operation state measurement data for each operation mode
- an analysis execution unit that performs analysis in accordance with the analysis condition of each operation mode and the analysis scenario.
- the analysis considering the operation status can be performed in a short time by performing the analysis based on the extracted scenario and analysis conditions for the analysis.
- the design support apparatus clusters operation status measurement data that is data of various operation statuses of an existing product measured by an external measurement device, and is associated with each operation mode.
- An analysis condition creation unit for creating an analysis condition for each operation mode from the operation status measurement data for each operation mode
- an analysis scenario creation unit for creating an analysis scenario from the operation status measurement data for each operation mode
- an analysis execution unit that performs analysis according to the analysis conditions of the operation mode and the analysis scenario.
- a configuration may be further provided with a tactical mode classification unit that classifies the operational status measurement data into each tactical mode using operational status data.
- a control input / disturbance estimation unit that predicts a control input and a disturbance that could not be measured as the operation status measurement data from the operation status measurement data may be further provided.
- the measuring device may be a sensor configured to be able to measure the operating status of the existing product.
- FIG. 1 is a configuration diagram of Example 1 which is the first embodiment of the design support apparatus of the present invention.
- FIG. 2 shows the main data flow in the processing of this embodiment.
- the design support apparatus in the present embodiment mainly includes an input unit 110, an output unit 120, an arithmetic processing unit 130, and a storage unit 140. These may be connected to each other via a network such as the Internet or an intranet.
- the input unit 110 includes various input devices such as a communication cable, a hard disk drive device, a CD-ROM device, a DVD device, a memory card reader, and a keyboard, such as a sensor attached to a product in operation. This is used to input operation / operation state measurement data obtained from a measurement device outside the design support device to the processing unit 130. It is also used when the user of this design support apparatus makes some input regarding the design support apparatus.
- various input devices such as a communication cable, a hard disk drive device, a CD-ROM device, a DVD device, a memory card reader, and a keyboard, such as a sensor attached to a product in operation. This is used to input operation / operation state measurement data obtained from a measurement device outside the design support device to the processing unit 130. It is also used when the user of this design support apparatus makes some input regarding the design support apparatus.
- the output unit 120 is an output device such as a display device, and displays a process or result of processing by the arithmetic processing unit 130 or a screen for interactive processing by the user.
- the arithmetic processing unit 130 is specifically a CPU (Central Processing Unit), and executes information processing in the present design support apparatus.
- an operation mode classification unit 160 In the arithmetic processing unit 130, an operation mode classification unit 160, an analysis scenario creation unit 170, an analysis condition creation unit 180, and an analysis execution unit 190 are executed.
- the operation mode classification unit 160 uses a well-known clustering method such as the k-means method for the operation state measurement data, and divides the operation state measurement data into several data groups. These data groups correspond to each operation mode of the product. These data groups are called operation status measurement data in each operation mode.
- the analysis scenario creation means 170 uses the operation status measurement data of each operation mode created by the operation mode classification means 160 to analyze the analysis scenario in which the order of operation mode transitions and the average operation time of each operation mode are described. Create
- the analysis condition creating means 180 creates analysis conditions corresponding to each operation mode from the operation state measurement data of each operation mode.
- the analysis execution means 190 performs analysis under the analysis conditions created by the analysis condition creation means 180 in accordance with the analysis scenario created by the analysis scenario creation means 170. Then, the result is displayed on the output unit 120.
- FIG. 3 shows the flow of processing in this embodiment.
- FIG. 4 shows the classification of the operation status measurement data.
- Operation status measurement data that is discrete time series data Is a control input that the user of the product inputs to the product 401 and input to other products (Disturbance 402), some value to be evaluated (Output 405), a state quantity that is not subject to evaluation, but changes in some way with respect to input 401 and disturbance 402 403 can be classified.
- Control input 401 and disturbance Enter 402 into the product Then, in S301, input the operation status measurement data.
- the operation status measurement data is classified using the data related to. Details thereof will be described with reference to FIG. First, input operational status measurement data, which is discrete time series data, It maps to the space stretched by.
- the distance between each data in the space is defined by Euclidean distance and the like, and clustering is performed based on the distance. After that, an appropriate identifier is assigned to each cluster so that they can be distinguished from each other. Each cluster corresponds to a different operation mode of the target product. Therefore, the user of this design support apparatus may give the name of the operation mode to each cluster instead of an appropriate ID.
- the analysis scenario creating means 170 creates an analysis scenario from the operation status measurement data in each operation mode (S320).
- FIG. 6 shows the process flow of S302.
- a mode transition table is created (S601). An example of the mode transition table is shown in FIG.
- the item in the i-th column and j-th row of the mode transition table represents the number of times that the operation state measurement data has transitioned from the operation mode i to the operation mode j when the time has changed from the time step t to t + 1. Therefore, when there are many operations that are shifted to the operation mode j after the operation mode i, the value of the item in the i-th column and the j-th row becomes a large value.
- an analysis scenario is created from the mode transition table (S620).
- the mode transition table uses the mode transition table to extract all possible mode transition patterns until the product starts operating in the start mode and the product stops operating in the stop mode. For example, from the transition table of FIG. 21, if the operation mode 1 is the start mode and the operation mode 4 is the stop mode, the start point is the operation mode 1 and the end point is the operation mode 4 as shown in FIG.
- two analysis scenarios analysis scenario 1 and analysis scenario 2 in which an intermediate point between the start point and the end point is set to a mode other than modes 1 and 4 can be extracted.
- how long each operation mode is executed is calculated from the data group that transitions according to each extracted analysis scenario, and is set as the average operation time of each operation mode.
- the above is the flow of the analysis scenario creation process (S320).
- the analysis condition creating means 180 creates an analysis condition corresponding to each operation mode from the operation status measurement data corresponding to each operation mode (S330).
- the analysis condition creating means 180 is input data among the operation status measurement data corresponding to each operation mode. Are processed, and the average value, probability distribution, etc. thereof are calculated as analysis conditions.
- the analysis execution unit 190 performs analysis under the analysis conditions created in S303 according to the analysis scenario created in S320 (S340).
- the analysis execution unit 190 displays the analysis scenario created by the analysis scenario creation unit 170 on the analysis scenario list display screen 910 of the analysis execution screen as shown in FIG.
- the user of this design support apparatus selects an analysis scenario 920 to be analyzed from the analysis scenario list display screen 910 and presses an analysis execution button 930.
- the analysis execution means executes analysis according to the analysis scenario selected by the user. Specifically, as shown in FIG. 10, only the average operation time is analyzed under the analysis conditions in each operation mode, and the state quantity at the final time step is determined.
- analysis in the next operation mode is started.
- the analysis result is presented to the user of the design support apparatus using the output unit 120 or the like.
- the above is the flow of the analysis execution process (S340). In this way, by analyzing the average operation time in each operation mode according to the transition of the operation mode registered in the representative analysis scenario, the analysis considering the actual usage environment can be performed. It is possible to accurately predict the behavior and performance in the operating state.
- FIG. 11 shows an outline of a hydraulic excavator engine room to be analyzed.
- the engine room to be analyzed includes a heat exchanger 1110 that cools hydraulic oil and the like, a fan 1120 that cools the heat exchanger, an opening 1130 opened in the engine room to take in outside air, an engine 1140, In order to discharge the heated air, it is composed of an opening portion 1150 or the like opened in the engine room downstream of the fan.
- the heat exchanger is cooled, and after passing through the fan, the outside air is discharged from the opening 1150 downstream of the fan to the outside of the engine room.
- the engine room analysis model uses the air temperature outside the engine room (outside air temperature), fan speed, and heat exchanger heat generation as input to analyze the heat flow in the engine room and to analyze the fluid that passes through the heat exchanger such as hydraulic oil. Calculate the temperature.
- the outside air temperature as a disturbance
- the heat exchanger heat generation the fan rotation speed as a control input
- the temperature at multiple locations in the engine room as the state quantity
- the heat exchanger as an output
- the internal fluid temperature can be measured.
- the operation mode classification means clusters the operation status measurement data using the control input, the outside air temperature corresponding to the disturbance, the heat exchanger heat generation amount, and the fan rotation speed in the operation status measurement data.
- FIG. 12 the operation status measurement data includes the operation mode 1 in which both the heat exchanger heat generation amount and the fan rotation number are low, the fan rotation number is high and the heat exchanger heat generation amount is low, the fan rotation number, and the heat exchanger.
- Clustering is possible in operation mode 3 in which both the heat generation amount is high, and in operation mode 4 in which the fan rotation number is low and the heat exchanger heat generation amount is large.
- the operation mode 1 is a start and stop mode.
- the analysis scenario creation means creates an analysis scenario.
- FIG. 22 shows an example of the mode transition table. If this mode transition table is used, three analysis scenarios of analysis scenario 1310, analysis scenario 1320, and analysis scenario 1330 shown in FIG. 13 can be created.
- the analysis condition creating means takes the average values of the outside air temperature, the heat exchange heat generation amount, and the fan rotation speed of the operation state measurement data corresponding to each operation mode, and sets it as the analysis condition for each operation mode.
- the analysis execution means displays all analysis scenarios to the user of the design support apparatus using the analysis execution screen. Then, the user selects an analysis scenario for analysis.
- the analysis execution means performs analysis under the analysis conditions created by the analysis condition creation means according to the analysis scenario selected by the user.
- An example of an analysis result when an analysis is performed in the analysis scenario 1310 is shown in FIG.
- FIG. 15 is a block diagram showing a design support apparatus in Example 2 which is the second embodiment of the present invention.
- FIG. 16 shows the main data flow in the second embodiment.
- the second embodiment includes an input unit 110, an output unit 120, an arithmetic processing unit 130, and a storage unit 140.
- the arithmetic processing unit 130 includes a strategy mode classification unit 1210, an operation mode classification unit 160, an analysis scenario generation unit 170, and an analysis condition generation. It comprises means 180 and analysis execution means 190.
- the tactic mode classification means classifies the operation status measurement data into each tactic mode by using the operation status data.
- the operation status data is time series data that is not operation status measurement data such as data describing the type of work using the product and the date on which the work was performed, and weather conditions.
- the tactic mode represents the purpose and environment of the product, such as work items and weather conditions. Multiple driving modes belong to one tactical mode.
- the operation mode data is used to classify the operation status measurement data, thereby classifying the maneuver mode in detail. It is possible to create more accurate analysis scenarios and analysis conditions.
- FIG. 17 shows the flow of processing in this embodiment. Note that, in FIG. 17, the description of the parts denoted by the same reference numerals and the same processes shown in FIG. 3 described above is omitted.
- the tactic mode classification means classifies the operation status measurement data into the tactic mode using the operation status data (S1710). Specifically, for example, when there is an operation status material as shown in FIG. 23, data is clustered with respect to dates with values of data types 1, 2, 3,... N, and work is performed in the same tactic mode. Group dates. Then, the operation status measurement data corresponding to the grouped date is set as the operation status measurement data corresponding to each tactic mode.
- the tactical mode classification means extracts operational status measurement data corresponding to the grouped dates, and sets it as operational status measurement data corresponding to each tactical mode.
- operational status measurement data corresponding to August 27 and August 30 is extracted, and the weather The operation status measurement data corresponding to the tactical mode in which excavation work is performed when the sun is clear.
- FIG. 18 is a block diagram showing a design support apparatus in Example 3 which is the third embodiment of the present invention.
- FIG. 19 shows the main data flow in the third embodiment.
- the third embodiment includes an input unit 110, an output unit 120, a calculation processing unit 130, and a storage unit 140.
- a control input / disturbance estimation unit 1810, an operation mode classification unit 160, a use scenario creation unit 170, and an analysis Condition creating means 180 and analysis executing means 190 are executed.
- the control input / disturbance estimation means 1810 estimates the control input and disturbance necessary for the analysis that could not be measured as the operation state measurement data from the operation measurement state data, and outputs it as input / disturbance estimation data.
- a control input / disturbance estimation unit 1810 to the design support apparatus described in the first embodiment, even when information necessary for analysis input cannot be obtained from the operation status measurement data, measurable inputs and state quantities
- a feature of the design support apparatus described in this embodiment is that an input necessary for analysis can be estimated from output data, and an analysis scenario and analysis conditions can be created.
- FIG. 20 shows the flow of processing in this embodiment. Note that, in FIG. 20, the description of the processes denoted by the same reference numerals shown in FIG. In this example, a model that predicts control inputs and disturbances from operating status measurement data is created in advance by experiments, etc., and this model cannot be used as operating status measurement data from operating status measurement data. Control input and disturbance are estimated (S2010).
- the control input / disturbance estimation means uses a model that predicts the heat exchanger calorific value from the fan speed, which is the control input, and the engine room temperature, which is the state quantity. Estimate the amount of heat generated by the heat exchanger.
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Abstract
従来の稼動状況計測データを用いて解析の境界条件を修正するような方法では、複数の稼動状況計測データを複数の運転モードに分類していないため、分類された各運転モードの解析条件、解析プロセスを作成することができなかった。この課題を解決するため、本発明の設計支援装置は、大量の時系列データである製品の稼動状況計測データから、稼働状況を代表する一つもしくは複数の解析のためのシナリオと解析条件を抽出する手段を備え、稼動状況計測データから解析シナリオと解析条件を作成し、それらにしたがって解析を行うことを特徴とする。これにより、抽出された解析のためのシナリオと解析条件に基づいて解析を行うことで、短時間で稼働状況を考慮した高精度な解析を行うことができる。
Description
本発明は、設計を支援する技術に関し、特に製品の稼動状況の計測データを用いて解析を高精度化する技術に関する。
従来、製品設計の解析で製品の利用シナリオや利用環境における振る舞いや性能を事前に予測する技術として、既存製品にセンサーを取り付け、その稼動状況における様々なデータを用いて解析条件を高精度化しようとするものがあった（例えば、特許文献１参照）。
製品設計においては、解析などで製品の利用シナリオや利用環境における振る舞いや性能を事前に予測し、適切な意思決定を行うことが重要である。しかし、多くの場合、製品の利用シナリオや利用環境は事前に分からないことが多く、設計上流ほど曖昧さが増す。したがって、設計上流において解析すべき解析シナリオや解析条件を適切に設定することは難しかった。このため、解析モデルが存在するのにも関わらず、製品の振る舞いや性能を正確に予測することができず、設計の手戻りや不具合の原因となっていた。
これに対して、既存製品にセンサーを取り付け、その稼動状況における様々なデータを用いることで、解析条件を高精度化する技術が提案されており、そのうちの一つに計測データを用いて熱伝導解析の境界条件を修正し高精度化するものがある（特許文献１）。
しかしながら、製品は定常的に運転されるものもあるが、複数の運転モードを持つものも多い。ここで運転モードとは、製品の運転状態を表している。例えば、油圧ショベルでは走行モード、水平引きモードなどの運転モードが存在する。したがって、各運転モードにおいて解析を行い、設計検討を行う必要がる。また、運転モードの遷移の順序によって製品の振る舞いや状態も変わってくる。したがって、設計検討における解析にあたっては、各運転モードにおける解析条件および、運転モードの遷移を考慮した解析プロセスを考える必要がある。
また、稼働状況計測データは通常膨大な時系列データである。このデータの内、解析の入力に相当するデータを用いて、データが取得された全時間において解析実行すれば、全ての運転モード、運転モードの遷移パターンに関して解析が可能である。しかし、多くの場合、稼動状況計測データが取得された時間よりも極めて長い時間が解析を行うために必要であり、設計で利用する上で現実的でない。また、限られた時間で行わなければならない製品設計を考えると、ある有限個の解析条件の下に、解析を進める方が好ましい。したがって、この膨大な時系列データである稼動状況計測データから各運転モードの解析条件、解析プロセスを作成する必要がある。
従来の稼動状況計測データを用いて解析の境界条件を修正するような方法では、複数の稼動状況計測データを複数の運転モードに分類するということはしていない。したがって、上記のような各運転モードの解析条件、解析プロセスを作成することができない。
本発明はこのような事情を鑑みて成されたもので、大量の時系列データである製品の稼動状況計測データから、稼働状況を代表する一つもしくは複数の解析のためのシナリオと解析条件を抽出することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の設計支援装置は、例えば、外部の計測装置により計測された既存製品の種々の稼動状況のデータである稼動状況計測データをクラスタリングし、それぞれ運転モードに対応づける運転モード分類部と、各運転モードの稼動状況計測データから各運転モードの解析条件を作成する解析条件作成部と、前記各運転モードの稼動状況計測データから解析シナリオを作成する解析シナリオ作成部と、前記各運転モードの解析条件および前記解析シナリオに従い解析を行う解析実行部とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、製品設計において、抽出された解析のためのシナリオと解析条件に基づいて解析を行うことで、短時間で稼働状況を考慮した解析を行うことができる。
上記の通り、本発明の設計支援装置は、例えば、外部の計測装置により計測された既存製品の種々の稼動状況のデータである稼動状況計測データをクラスタリングし、それぞれ運転モードに対応づける運転モード分類部と、各運転モードの稼動状況計測データから各運転モードの解析条件を作成する解析条件作成部と、前記各運転モードの稼動状況計測データから解析シナリオを作成する解析シナリオ作成部と、前記各運転モードの解析条件および前記解析シナリオに従い解析を行う解析実行部とを備えることを特徴とする。
上記の構成において、前記稼動状況計測データを、稼動状況資料を用いて各戦術モードに分類する戦術モード分類部を更に備える構成としてもよい。
上記の構成において、前記稼動状況計測データを、稼動状況資料を用いて各戦術モードに分類する戦術モード分類部を更に備える構成としてもよい。
また、上記の構成において、前記稼動状況計測データから、稼動状況計測データとして計測できなかった制御入力と外乱とを予測する制御入力・外乱推定部を更に備える構成としてもよい。
また、上記の構成において、前記計測装置を、前記既存製品の稼働状況を計測可能に構成されたセンサーとしてもよい。
次に、本発明の実施形態について、以下、各実施例として図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明の設計支援装置の第１実施形態である実施例１の構成図である。また、図２は本実施例の処理における主要なデータの流れである。
本実施例における設計支援装置は、主に入力部１１０、出力部１２０、演算処理部１３０、記憶部１４０から構成されている。なお、これらは互いにインターネットやイントラネットなどネットワークを介して接続されていても良い。
入力部１１０は、具体的には通信ケーブルや、ハードディスクドライブ装置、CD-ROM装置、DVD装置、メモリカード読取り装置、キーボード等の種々の入力装置であり、稼動中の製品に取り付けられたセンサー等、設計支援装置の外部の計測装置から得られる稼働稼動状況計測データを処理部１３０に入力するために用いられる。また、本設計支援装置の利用者が設計支援装置に関してなんらかの入力をする際にも用いられる。
出力部１２０は、ディスプレイ装置等の出力デバイスであり、演算処理部１３０による処理の過程や結果、あるいはユーザによる対話的な処理のための画面を表示する。
演算処理部１３０は、具体的には、CPU（Central Processing Unit）であり、本設計支援装置における情報処理を実行する。この演算処理部１３０では運転モード分類手段１６０、解析シナリオ作成手段１７０、解析条件作成手段１８０、解析実行手段１９０が実行される。
運転モード分類手段１６０は、稼動状況計測データに対して、よく知られたk-means法などのクラスタリング手法を用い、稼動状況計測データをいくつかのデータ群に分ける。これらのデータ群は製品の各運転モードに対応している。これらのデータ群のことを各運転モードの稼動状況計測データと呼ぶ。
解析シナリオ作成手段１７０では、前記運転モード分類手段１６０により作成された各運転モードの稼動状況計測データを利用して、運転モードの遷移の順番と各運転モードの平均運転時間が記述された解析シナリオを作成する。
解析条件作成手段１８０では、各運転モードの稼動状況計測データから各運転モードに対応する解析条件を作成する。
解析実行手段１９０では、解析シナリオ作成手段１７０により作成された解析シナリオに従い、解析条件作成手段１８０により作成された解析条件の下、解析を行う。そして、その結果を出力部１２０に表示する。
次に、本発明による設計支援装置の第１実施形態の処理の流れを説明する。図３に本実施例における処理の流れを示す。
まず、運転モード分類手段１６０は稼動状況計測データを各運転モードに分類する（S３１０）。以下、この処理に関して詳細に説明する。図４に稼動状況計測データの分類を示す。離散的な時系列データである稼動状況計測データ
は、製品の利用者が製品に対して入力する制御入力
４０１と、それ以外の製品への入力
（外乱４０２）、何らかの評価対象となる値
（出力４０５）、評価対象とはなっていないが、入力４０１と外乱４０２に対して何らかの変化をする状態量
４０３に分類することができる。制御入力
４０１と外乱
４０２を製品への入力
とすると、S３０１では稼動状況計測データの内、入力
に関するデータを用いて、稼動状況計測データを分類する。その詳細を、図５を用いて説明する。まず、離散的な時系列データである稼動状況計測データを、入力
によって張られる空間に写像する。
次に、前記空間における各データ間の距離をユークリッド距離などにより定義し、それらを基準にクラスタリングを行う。その後、各クラスタに適当な識別子を割り付け、お互いを区別できるようにする。この各クラスタは、対象製品の異なる運転モードにそれぞれ対応している。したがって、適当なIDの代わりに本設計支援装置の利用者が各クラスタに対し運転モードの名称を付与しても良い。
次に、解析シナリオ作成手段１７０は各運転モードの稼動状況計測データから解析シナリオを作成する（S３２０）。
以下、このS３２０の処理の詳細を説明する。図６はS３０２の処理の流れを示す。まず初めにモード遷移表を作成する（S６０１）。モード遷移表の一例を図２１に示す。モード遷移表のi列j行目の項目は、時間ステップｔからt＋１に時間が変化した時に、運転モードiから運転モードjに稼動状況計測データが遷移した回数を表している。しがって、運転モードiの後に、運転モードjに移行しているような運転が多い場合にはi列j行目の項目の値は大きな値となる。次に、モード遷移表から解析シナリオを作成する（S６２０）。具体的には、モード遷移表を用いて、起動モードで製品が運転を開始して、停止モードで製品が運転を停止するまでで、起こりうる全てのモード遷移のパターンを抽出する。例えば、図２１の遷移表からは、運転モード１が起動モード、運転モード４が停止モードであるとすると、図７に示すように、始点を運転モード１とし、かつ、終点を運転モード４とし、かつ、始点と終点との間の中間点をモード１、４以外のモードとする２つの解析シナリオ（解析シナリオ１および解析シナリオ２）を抽出することができる。次に、抽出された各解析シナリオにしたがって遷移するデータ群から各運転モードがどれだけの時間実行されているかを計算し、各運転モードの平均運転時間とする。以上が解析シナリオ作成処理（S３２０）の流れである。
次に、解析条件作成手段１８０は、各運転モードに対応する稼働状況計測データから、各運転モードに対応する解析条件を作成する（S３３０）。以下、図８を用いてこれを説明する。解析条件作成手段１８０は、各運転モードに対応する稼動状況計測データの内、入力データ
に対して処理を行い、それらの平均値や確率分布などを計算して、解析条件とする。
最後に解析実行手段１９０がS３２０で作成された解析シナリオに従い、S３０３で作成された解析条件の下で解析を行う（S３４０）。以下、この処理の詳細に関して説明する。まず解析実行手段１９０は、解析シナリオ作成手段１７０により作成された解析シナリオを図９に示すような解析実行画面の解析シナリオ一覧表示画面９１０に表示する。次に、本設計支援装置の利用者は解析シナリオ一覧表示画面９１０から解析を行う解析シナリオ９２０を選択し、解析実行ボタン９３０を押す。解析ボタン９３０が押されると解析実行手段は前記利用者によって選択された解析シナリオに従い、解析を実行する。具体的には、図１０に示すように、各運転モードでの解析条件で平均運転時間だけ解析を行い、最終の時間ステップでの状態量
を初期条件として、次の運転モードにおける解析を開始する。解析結果は出力部１２０などを利用して本設計支援装置の利用者に提示される。以上が解析実行処理（S３４０）の流れである。このように、代表的な解析シナリオに登録された運転モードの遷移に従い、各運転モードにおいて平均運転時間について解析をおこなうことで、実際の利用環境を考慮した解析を行えるので、設計上流において製品の稼動状態のおける振る舞いや性能を正確に予測することができる。
本実施例の適用事例として油圧ショベルエンジンルーム設計の際に用いられるエンジンルーム内の熱流体解析の解析シナリオおよび解析条件作成を考える。図１１に解析対象となる油圧ショベルエンジンルームの概要を示す。解析対象となるエンジンルームは、作動油などを冷却する熱交換器１１１０、熱交換器を冷却するファン１１２０、外気を取り込むためにエンジンルームに空けられた開口部分１１３０、エンジン１１４０、エンジンルーム内の熱せられた空気を排出するためにファン下流にエンジンルームに空けられた開口部分１１５０などから構成されている。ファンによって、開口部から導入された外気は熱交換器を通過する際に、熱交換器を冷却し、ファンを通過した後に、ファン下流の開口部１１５０などからエンジンルーム外部に放出される。
エンジンルームの解析モデルは、エンジンルーム外部の気温（外気温）、ファン回転数、熱交換器発熱量を入力として、エンジンルーム内の熱流解析を行い、作動油など熱交換器内部と通る流体の温度を計算する。ここでは、稼動状況計測データとして、外乱である外気温、熱交換器発熱量、制御入力であるファン回転数、状態量であるエンジンルーム内の複数の場所での温度、出力である熱交換器内部の流体温度が計測可能であるとする。
この時、運転モード分類手段は稼動状況計測データの内、制御入力、外乱にあたる外気温、熱交換器発熱量、ファン回転数を用いて、稼動状況計測データをクラスタリングする。その一例を図１２に示す。図１２では、稼動状況計測データは、熱交換器発熱量、ファン回転数ともに低い運転モード１、ファン回転数が高く、熱交換器発熱量は低い運転モード２、ファンの回転数、熱交換器発熱量がともに高い運転モード３、ファン回転数が低く、熱交換器発熱量が大きい運転モード４にクラスタリングできている。なお、ここでは運転モード１が起動および停止モードであるとする。
次に、解析シナリオ作成手段が解析シナリオを作成する。図２２には、モード遷移表の一例を示す。このモード遷移表を用いると図１３に示す、解析シナリオ１３１０、解析シナリオ１３２０、解析シナリオ１３３０の３つの解析シナリオを作成することができる。次に、解析条件作成手段が各運転モードに対応する稼動状況計測データの外気温、熱交発熱量、ファン回転数の平均値をとり、各運転モードの解析条件とする。この後、解析実行手段は全ての解析シナリオを設計支援装置の利用者に解析実行画面を用いて表示する。そして、利用者は解析を行う解析シナリオを選択する。最後に、解析実行手段は利用者が選択した解析シナリオに従い、解析条件作成手段で作成された解析条件の下で解析を行う。解析シナリオ１３１０で解析を行った際の解析結果の例を図１４に示す。
以上の本実施例によれば、稼動状況計測データから設計に必要な代表的な解析プロセスと各運転モードの解析条件を抽出することにより、設計上流における解析の高精度化および解析時間の短縮を図ることができる。
図１５は本発明の第２実施形態である実施例２における設計支援装置を示す構成図である。また、図１６は実施例２における主要なデータの流れを示している。図１５、図１６の設計支援装置のうち、既に説明した図１、図２に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については説明を省略する。実施例２では入力部１１０、出力部１２０、演算処理部１３０、記憶部１４０から構成され、演算処理部１３０は戦略モード分類手段１２１０、運転モード分類手段１６０、解析シナリオ作成手段１７０、解析条件作成手段１８０、解析実行手段１９０から構成される。
戦術モード分類手段は、稼動状況資料を用いることにより、稼動状況計測データを各戦術モードに分類する。ここで、稼動状況資料は、製品を用いた作業の種類などとその作業が行われた日付を記載されたデータや気象条件など、稼動状況計測データではない、時系列データである。戦術モードとは、作業項目や気象条件など、どのような目的や環境で製品が稼動しているかを表している。1つの戦術モードには複数の運転モードが帰属することになる。
稼動状況計測データのみを用い稼動状況計測データを分類する第一実施例と比較し、本実施例では稼動状況計測データの分類に稼動状況資料を用いることにより、詳細に運手モードを分類することができ、より正確な解析シナリオ、解析条件を作成することができる。
図１７に本実施例における処理の流れを示す。なお、図１７のうち、既に説明した図３に示された同一の符号を付された処理と、同一の処理を表す部分については、説明を省略する。本実施例においては、稼動状況計測データを各運転モードに分類する前に、戦術モード分類手段は、稼動状況資料を用いて、稼動状況計測データを戦術モードに分類する（S１７１０）。具体的には、例えば図２３のような稼動状況資料があった場合、データ種類１、２、３・・・nの値で、日付に関してクラスタリングを行い、同様の戦術モードで作業が行われた日付をグルーピングする。そして、そのグルーピングされた日付に対応する稼動状況計測データを各戦術モードに対応する稼動状況計測データとする。
具体的な適用事例として、前記油圧ショベルエンジンルーム設計の例を考える。稼動状況資料が図２４のように与えられていた場合、ます戦術モード分類手段は天候が晴れの時に掘削作業をしているという戦術モードに対応する日付は８月２７日、８月３０日、天候が雨の時に整地作業をしている戦術モードに対応する日付は９月４日、９月６日というように同様の戦術モードの日付をグルーピングする。グルーピングには、例えば、よく知られたk-means法などのクラスタリングを用いる。次に戦術モード分類手段はグルーピングされた日付に対応する稼動状況計測データを抽出し、各戦術モードに対応する稼動状況計測データとする。例えば、天候が晴れの時に掘削作業をしているという戦術モードに対応する稼動状況計測データを作成するために、８月２７日と８月３０日に対応する稼動状況計測データを抽出し、天候が晴れの時に掘削作業をしているという戦術モードに対応する稼動状況計測データとする。
以上の本実施例によれば、稼動状況計測データから設計に必要な代表的な解析プロセスと各運転モードの解析条件を抽出することにより、設計上流における解析の高精度化および解析時間の短縮を図ることができる。
図１８は本発明の第３実施形態である実施例３における設計支援装置を示す構成図を示している。また、図１９は実施例３における主要なデータの流れを示している。図１８の設計支援装置のうち、既に説明した図１に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。実施例３では入力部１１０、出力部１２０、演算処理部１３０、記憶部１４０から構成され、演算処理部１３０において制御入力/外乱推定手段１８１０、運転モード分類手段１６０、利用シナリオ作成手段１７０、解析条件作成手段１８０、解析実行手段１９０が実行される。制御入力/外乱推定手段１８１０は、稼動状況計測データとして計測ができなかった解析に必要な制御入力や外乱を、稼働計測状況データより推定し、入力/外乱推定データとして出力する。第１実施形態に記載した設計支援装置に、制御入力/外乱推定手段１８１０を追加することで、解析の入力で必要な情報が稼動状況計測データから取得できない場合でも、計測可能な入力や状態量、出力のデータから解析に必要な入力を推定し、解析シナリオ、解析条件を作成できるのが本実施例記載の設計支援装置の特徴である。
図２０に本実施例における処理の流れを示す。なお、図２０のうち、既に説明した図３に示された同一の符号を付された処理については、説明を省略する。本実施例においては、事前に実験などにより、稼動状況計測データから制御入力や外乱を予測するモデルを作成しておき、このモデルを用いて稼動状況計測データから、稼動状況計測データとして計測できなかった制御入力と外乱を推定する（S２０１０）。
具体的な適用事例として、前記油圧ショベルエンジンルーム設計の例を考える。熱交換器発熱量が計測できなかった場合でも、制御入力/外乱推定手段は制御入力であるファン回転数や状態量であるエンジンルーム内温度などから熱交換器発熱量を予測するモデルを用いて、熱交換器発熱量を推定する。
以上の本実施例によれば、稼動状況計測データから設計に必要な代表的な解析プロセスと各運転モードの解析条件を抽出することにより、設計上流における解析の高精度化および解析時間の短縮を図ることができる。
１１０ 入力部
１２０ 出力部
１３０ 演算処理部
１４０ 記憶部
１６０ 運転モード分類部（運転モード分類手段）
１７０ 解析シナリオ作成部（解析シナリオ作成手段）
１８０ 解析条件作成部（解析条件作成手段）
１９０ 解析実行部（解析実行手段）
４０１ 制御入力
４０２ 外乱
４０３ 状態量
４０４ 計測対象
４０５ 出力
９１０ 解析シナリオ一覧表示画面
９２０ 選択される解析シナリオ
９３０ 解析実行ボタン
１１１０ 熱交換器
１１２０ ファン
１１３０ エンジンルームの外気取込み用開口部分
１１４０ エンジン
１１５０ エンジンルームの排気用開口部分
１３１０ 解析シナリオ
１３２０ 解析シナリオ
１３３０ 解析シナリオ
１５１０ 戦略モード分類部（戦略モード分類手段）
１８１０ 制御入力・外乱推定部（制御入力・外乱推定手段）
１２０ 出力部
１３０ 演算処理部
１４０ 記憶部
１６０ 運転モード分類部（運転モード分類手段）
１７０ 解析シナリオ作成部（解析シナリオ作成手段）
１８０ 解析条件作成部（解析条件作成手段）
１９０ 解析実行部（解析実行手段）
４０１ 制御入力
４０２ 外乱
４０３ 状態量
４０４ 計測対象
４０５ 出力
９１０ 解析シナリオ一覧表示画面
９２０ 選択される解析シナリオ
９３０ 解析実行ボタン
１１１０ 熱交換器
１１２０ ファン
１１３０ エンジンルームの外気取込み用開口部分
１１４０ エンジン
１１５０ エンジンルームの排気用開口部分
１３１０ 解析シナリオ
１３２０ 解析シナリオ
１３３０ 解析シナリオ
１５１０ 戦略モード分類部（戦略モード分類手段）
１８１０ 制御入力・外乱推定部（制御入力・外乱推定手段）
Claims (8)
- 外部の計測装置により計測された既存製品の種々の稼動状況のデータである稼動状況計測データをクラスタリングし、それぞれ運転モードに対応づける運転モード分類部と、
各運転モードの稼動状況計測データから各運転モードの解析条件を作成する解析条件作成部と、
前記各運転モードの稼動状況計測データから解析シナリオを作成する解析シナリオ作成部と、
前記各運転モードの解析条件および前記解析シナリオに従い解析を行う解析実行部と
を備える
ことを特徴とする設計支援装置。 - 請求項１に記載の設計支援装置において、
前記稼動状況計測データを、稼動状況資料を用いて各戦術モードに分類する戦術モード分類部を更に備える
ことを特徴とする設計支援装置。 - 請求項１に記載の設計支援装置において、
前記稼動状況計測データから、稼動状況計測データとして計測できなかった制御入力と外乱とを予測する制御入力・外乱推定部を更に備える
ことを特徴とする設計支援装置。 - 請求項１に記載の設計支援装置において、
前記計測装置は、前記既存製品の稼働状況を計測可能に構成されたセンサーである
ことを特徴とする設計支援装置。 - 外部の計測装置により計測された既存製品の種々の稼動状況のデータである稼動状況計測データをクラスタリングし製品の各運転モードに対応づける運転モード分類手段と、
前記各運転モードの稼動状況計測データから解析シナリオを作成する解析シナリオ作成手段と、
各運転モードの稼動状況計測データから各運転モードの解析条件を作成する解析条件作成手段と、
前記各運転モードの解析条件および前記解析シナリオに従い解析を行う解析実行手段と
を備える
ことを特徴とする設計支援装置。 - 請求項５に記載の設計支援装置において、
前記稼動状況計測データを、稼動状況資料を用いて各戦術モードに分類する戦術モード分類部を更に備える
ことを特徴とする設計支援装置。 - 請求項５に記載の設計支援装置において、
前記稼動状況計測データから、稼動状況計測データとして計測できなかった制御入力と外乱とを予測する制御入力・外乱推定部を更に備える
ことを特徴とする設計支援装置。 - 請求項５に記載の設計支援装置において、
前記計測装置は、前記既存製品の稼働状況を計測可能に構成されたセンサーである
ことを特徴とする設計支援装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2014/060766 WO2015159377A1 (ja) | 2014-04-16 | 2014-04-16 | 設計支援装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2014/060766 WO2015159377A1 (ja) | 2014-04-16 | 2014-04-16 | 設計支援装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2015159377A1 true WO2015159377A1 (ja) | 2015-10-22 |
Family
ID=54323623
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2014/060766 WO2015159377A1 (ja) | 2014-04-16 | 2014-04-16 | 設計支援装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2015159377A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020008533A1 (ja) * | 2018-07-03 | 2020-01-09 | 三菱電機株式会社 | データ処理装置およびデータ処理方法 |
| JP2020149382A (ja) * | 2019-03-13 | 2020-09-17 | 株式会社東芝 | 異常検出装置、異常検出方法、およびプログラム |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008029894A1 (fr) * | 2006-09-08 | 2008-03-13 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Dispositif et programme de modélisation, dispositif et programme de simulation, procédé et système pour utiliser un modèle d'équilibre thermique |
-
2014
- 2014-04-16 WO PCT/JP2014/060766 patent/WO2015159377A1/ja active Application Filing
Patent Citations (1)
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