特許 5841612 建設機械の稼働データ収集装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5841612

(24)【登録日】2015年11月20日

(45)【発行日】2016年1月13日

(54)【発明の名称】建設機械の稼働データ収集装置

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/26 20060101AFI20151217BHJP

【ＦＩ】

   E02F9/26 B

【請求項の数】8

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2013-545922(P2013-545922)

(86)(22)【出願日】2012年11月20日

(86)【国際出願番号】JP2012080039

(87)【国際公開番号】WO2013077309

(87)【国際公開日】20130530

【審査請求日】2014年9月3日

(31)【優先権主張番号】特願2011-254244(P2011-254244)

(32)【優先日】2011年11月21日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005522

【氏名又は名称】日立建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】特許業務法人開知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤原 淳輔

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 英明

【審査官】 富山 博喜

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−１９９５０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１６３７５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１８０２２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１７９９２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｆ ９／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

建設機械に搭載され、前記建設機械の動作状況を示す複数のセンサの計測値で構成される稼働データを受信して、稼働データ記憶部に記憶する建設機械の稼働データ収集装置において、
前記稼働データの各センサの正常基準値を記憶する正常基準値記憶部と、前記各センサの正常基準値に対する乖離度を計算する乖離度算出部と、前記乖離度算出部で計算した各センサの乖離度の大きさに応じて前記稼働データ記憶部に記憶する稼働データのセンサ項目を動的に変更する記憶センサ項目動的特定部とを備え、
前記記憶センサ項目動的特定部は、前記各センサの正常基準値に対する乖離度の大きさを相互に比較して、前記乖離度の大きいセンサのセンサ項目から順番に選択して前記稼働データ記憶部に記憶する
ことを特徴とする建設機械の稼働データ収集装置。

【請求項2】

請求項１に記載の建設機械の稼働データ収集装置において、
前記正常基準値記憶部における前記正常基準値は前記稼働データの各センサの計測値の平均値と分散値とを用いる
ことを特徴とする建設機械の稼働データ収集装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の建設機械の稼働データ収集装置において、
前記乖離度算出部は、センサ属性に基づいて分類されたセンサ集合ごとに各センサの乖離度を用いて乖離度集計値を計算し、前記センサ集合ごとの乖離度集計値と、前記記憶センサ項目動的特定部が前記稼働データ記憶部に記憶するために選択する稼働データのセンサ項目数との関係を示すセンサ項目数決定閾値情報を記憶したセンサ項目数決定閾値記憶部とを有し、
前記記憶センサ項目動的特定部は、前記センサ項目数決定閾値情報と、前記センサ集合ごとの乖離度集計値とに基づいて、前記稼働データ記憶部に記憶する前記稼働データのセンサ項目数を決定する
ことを特徴とする建設機械の稼働データ収集装置。

【請求項4】

請求項３に記載の建設機械の稼働データ収集装置において、
前記乖離度算出部は、前記乖離度集計値を計算する単位とする前記センサ集合を、前記各センサが設置されている部位もしくは、前記各センサが属している系統システムごとに分類する
ことを特徴とする建設機械の稼働データ収集装置。

【請求項5】

請求項４に記載の建設機械の稼働データ収集装置において、
前記乖離度算出部において、前記乖離度集計値を計算する単位とする前記センサ集合を、部位系統ごとに分類し、前記部位系統として、エンジン冷却水系統と、エンジン吸気系統と、エンジン排気系統と、エンジンオイル系統と、作動油冷却系統のいずれかを含む
ことを特徴とする建設機械の稼働データ収集装置。

【請求項6】

請求項５に記載の建設機械の稼働データ収集装置において、
前記部位系統をエンジン冷却水系統とする前記センサ集合は、インタクーラ入口温度センサと、インタクーラ入口圧力センサと、インタクーラ出口温度センサと、インタクーラ出口圧力センサとを備える
ことを特徴とする建設機械の稼働データ収集装置。

【請求項7】

請求項５に記載の建設機械の稼働データ収集装置において、
前記部位系統を作動油冷却系統とする前記センサ集合は、オイルクーラ入口圧力センサと、オイルファンモータ入口圧力センサと、オイルクーラファンモータドレン温度センサと、オイルクーラファンモータドレン圧力センサと、作動油温度センサと、オイルクーラ前面温度センサと、オイルクーラ出口温度センサとを備える
ことを特徴とする建設機械の稼働データ収集装置。

【請求項8】

請求項５に記載の建設機械の稼働データ収集装置において、
前記部位系統をエンジン冷却水系統とする前記センサ集合は、ラジエータ入口温度センサと、ラジエータ入口圧力センサと、ラジエータ出口温度センサと、ラジエータ前面空気温度センサと、ファン駆動モータ入口圧力センサとを備える
ことを特徴とする建設機械の稼働データ収集装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、建設機械の稼働データ収集装置に係り、更に詳しくは、建設機械の故障予兆を示す稼働データを効率的に収集することのできる建設機械の稼働データ収集装置に関する。

【背景技術】

【0002】

建設機械の分野において、超大型油圧ショベル等に代表される機体重量数百トンクラスの超大型重機は、広大な鉱山での土石掘削作業のために世界各地で稼働している。このような超大型重機は、鉱石採取による生産性向上のために連続稼働が要求されている。この連続稼働を阻止する故障を未然に防ぐために、超大型重機には稼働データ収集装置が搭載され、詳細な稼働データを収集している。

【0003】

例えば、重機を作動させる作動油冷却系統において、作動油がオーバーヒートした場合に、その原因をサービスマン等の経験、技量に拠らずに誰でも容易に特定することができる建設機械の作動油冷却系統故障診断装置を提供することを目的として、重機から受信する特定のセンサデータを判定閾値と比較して常時監視しておき、正常範囲を逸脱した場合に、当該センサデータを含めてそれに関連する他の複数センサデータについて記録するものがある（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５−１７９９２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述した超大型重機においては、事故の未然防止のため、例えば、作動油冷却系統、エンジンの冷却水系統、エンジンの吸排気系統等の複数の系統の稼働状況を詳細に確認する必要がある。このためには、エンジンや油圧系統に多くのセンサを設置して、幅広くセンサのデータを収集しなければならない。

【0006】

しかしながら、このようにセンサの設置数が増加すると、各センサからのセンサデータを蓄積する大型の記憶装置を用意しなければならないと共に、幅広い種類の異常を監視するために、事前に登録するセンサ項目も多くなり、また短い時間間隔ごとにデータを取得するため、記憶情報量が膨大になる。

【0007】

上述した特許文献１の作動油冷却系統診断装置の場合、作動油温度センサのみを閾値比較による常時監視を行い、オーバーヒート発生時に関連する他のセンサデータを記録し、関連する他のセンサデータは常時監視されていない。この結果、記憶情報量の軽減は図れる。しかしながら、関連する他のセンサデータが示す故障予兆には対応できず、重機の故障発生を回避できないこともあり得る。

【0008】

このため、記憶装置における記憶情報量を削減し、詳細な多数の稼働データであっても、重機の保守にとって有益なデータのみを収集し蓄積することのできる稼働データ収集装置が望まれている。

【0009】

本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、保守につながる情報の質を低下させることなく収集蓄積する記憶情報量を軽減することにより、建設機械の故障予兆を示す稼働データを効率的に収集できる建設機械の稼働データ収集装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記の目的を達成するために、第１の発明は、建設機械に搭載され、前記建設機械の動作状況を示す複数のセンサの計測値で構成される稼働データを受信して、稼働データ記憶部に記憶する建設機械の稼働データ収集装置において、前記稼働データの各センサの正常基準値を記憶する正常基準値記憶部と、前記各センサの正常基準値に対する乖離度を計算する乖離度算出部と、前記乖離度算出部で計算した各センサの乖離度の大きさに応じて前記稼働データ記憶部に記憶する稼働データのセンサ項目を動的に変更する記憶センサ項目動的特定部とを備え、前記記憶センサ項目動的特定部は、前記各センサの正常基準値に対する乖離度の大きさを相互に比較して、前記乖離度の大きいセンサのセンサ項目から順番に選択して前記稼働データ記憶部に記憶するものとする。

【0011】

また、第２の発明は、第１の発明において、前記正常基準値記憶部における前記正常基準値は前記稼働データの各センサの計測値の平均値と分散値とを用いることを特徴とする。

【0012】

更に、第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記乖離度算出部は、センサ属性に基づいて分類されたセンサ集合ごとに各センサの乖離度を用いて乖離度集計値を計算し、前記センサ集合ごとの乖離度集計値と、前記記憶センサ項目動的特定部が前記稼働データ記憶部に記憶するために選択する稼働データのセンサ項目数との関係を示すセンサ項目数決定閾値情報を記憶したセンサ項目数決定閾値記憶部とを有し、前記記憶センサ項目動的特定部は、前記センサ項目数決定閾値情報と、前記センサ集合ごとの乖離度集計値とに基づいて、前記稼働データ記憶部に記憶する前記稼働データのセンサ項目数を決定することを特徴とする。

【0013】

また、第４の発明は、第３の発明において、前記乖離度算出部は、前記乖離度集計値を計算する単位とする前記センサ集合を、前記各センサが設置されている部位もしくは、前記各センサが属している系統システムごとに分類することを特徴とする。

【0014】

更に、第５の発明は、第４の発明において、前記乖離度算出部において、前記乖離度集計値を計算する単位とする前記センサ集合を、部位系統ごとに分類し、前記部位系統として、エンジン冷却水系統と、エンジン吸気系統と、エンジン排気系統と、エンジンオイル系統と、作動油冷却系統のいずれかを含むことを特徴とする。

【0015】

また、第６の発明は、第５の発明において、前記部位系統をエンジン冷却水系統とする前記センサ集合は、インタクーラ入口温度センサと、インタクーラ入口圧力センサと、インタクーラ出口温度センサと、インタクーラ出口圧力センサとを備えることを特徴とする。

【0016】

更に、第７の発明は、第５の発明において、前記部位系統を作動油冷却系統とする前記センサ集合は、オイルクーラ入口圧力センサと、オイルファンモータ入口圧力センサと、オイルクーラファンモータドレン温度センサと、オイルクーラファンモータドレン圧力センサと、作動油温度センサと、オイルクーラ前面温度センサと、オイルクーラ出口温度センサとを備えることを特徴とする。

【0017】

また、第８の発明は、第５の発明において、前記部位系統をエンジン冷却水系統とする前記センサ集合は、ラジエータ入口温度センサと、ラジエータ入口圧力センサと、ラジエータ出口温度センサと、ラジエータ前面空気温度センサと、ファン駆動モータ入口圧力センサとを備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、保守につながる情報の質を低下させることなく収集蓄積する記憶情報量を軽減することができるので、建設機械の故障予兆を示す稼働データを効率的に収集することができる。この結果、連続稼働を阻止する故障の発生を精度良く未然に防ぐことができ、建設機械の生産性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の建設機械の稼働データ収集装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルを示す側面図である。

【図2】本発明の建設機械の稼働データ収集装置の一実施の形態におけるコントローラネットワークの構成を示す概略構成図である。

【図3】本発明の建設機械の稼働データ収集装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルの作動油冷却系統の全体概略構成を示す概略構成図である。

【図4】本発明の建設機械の稼働データ収集装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルのエンジンの冷却水系統及び吸気系統の全体概略構成を示す概略構成図である。

【図5】本発明の建設機械の稼働データ収集装置の一実施の形態の構成を示す概略構成図である。

【図6】本発明の建設機械の稼働データ収集装置の一実施の形態におけるセンサデータの構成例を示す表図である。

【図7】本発明の建設機械の稼働データ収集装置の一実施の形態における乖離度算出部が行う処理内容を示すフローチャート図である。

【図8】本発明の建設機械の稼働データ収集装置の一実施の形態におけるパラメータ記憶部が保持するセンサ情報の一例を示す表図である。

【図9】本発明の建設機械の稼働データ収集装置の一実施の形態におけるパラメータ記憶部が保持する正常基準値情報の一例を示す表図である。

【図10】本発明の建設機械の稼働データ収集装置の一実施の形態における乖離上位センサ判定抽出部が行う処理内容を示すフローチャート図である。

【図11】本発明の建設機械の稼働データ収集装置の一実施の形態におけるパラメータ記憶部が保持する判定閾値の一例を示す表図である。

【図12】本発明の建設機械の稼働データ収集装置の一実施の形態における稼働データ記憶部の内容を示す表図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の建設機械の稼働データ収集装置の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、本発明は油圧ショベルに限らず、クレーン車、ホイールローダ、ブルドーザ等のその他の建設機械にも適用可能である。図１は本発明の建設機械の稼働データ収集装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルを示す側面図、図２は本発明の建設機械の稼働データ収集装置の一実施の形態におけるコントローラネットワークの構成を示す概略構成図、図３は本発明の建設機械の稼働データ収集装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルの作動油冷却系統の全体概略構成を示す概略構成図、図４は本発明の建設機械の稼働データ収集装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルのエンジンの冷却水系統及び吸気系統の全体概略構成を示す概略構成図である。

【0022】

図１において、１は超大型の建設機械である油圧ショベルである。２は走行体、３はこの走行体２上に旋回可能に設けた旋回体、４はこの旋回体３の前部左側に設けた運転室、５は旋回体３の前部中央に設けたフロント作業機である。フロント作業機５は、旋回体３に回動可能に設けたブーム６と、このブーム６の先端に回動可能に設けたアーム７と、その先端に取り付けられたバケット８とで構成されている。また、運転室４のなかには、油圧ショベル１の作動部位ごとの動作状態に係わる状態量を収集するためのコントローラネットワーク９が設けられている。

【0023】

次に、図２を用いて、コントローラネットワーク９における構成例を説明する。
図２に示すようにコントローラネットワーク９は、エンジン制御装置１０と、噴射量制御装置１２と、エンジンモニタ装置１３と、走行体２を操作するための電気レバー１５と、フロント作業機５を操作するための電気レバー１６と、電気レバー１５、１６の操作量に応じて油圧制御を行う電気レバー制御装置１７と、ディスプレイ１８と、表示制御装置１９と、キーパッド１４と、稼働データ収集装置１００と、により構成されている。

【0024】

エンジン制御装置１０は、噴射量制御装置１２を制御することによりエンジン１１（図３及び図４参照）への燃料噴射量を制御する装置である。また、エンジンモニタ装置１３は、エンジン１１の動作状態に係わる状態量を各種センサにより取得してモニタリングを行う。エンジン１１の動作状態を検出するためのセンサには、例えば、エンジン１１の吸排気系統の動作状態をセンシングするためのセンサ群２０と、エンジン１１の冷却水系統の動作状態をセンシングためのセンサ群２２とが接続されている。

【0025】

エンジン１１の吸排気系統に関連するセンサ群２０には、後述するが、エンジン１１に吸い込まれる空気を冷却するためのインタクーラ６７（図４参照）の出入口に設置されるインタクーラ入口温度センサＴ１（図４参照）、インタクーラ入口圧力センサＰ１（図４参照）、インタクーラ出口温度センサＴ２（図４参照）、インタクーラ出口圧力センサＰ２（図４参照）や、エンジン１１から排出される排気の温度を検出するための排気温度センサＴ３（図４参照）などが含まれている。

【0026】

エンジン１１の冷却水系統に関連するセンサ群２２には、こちらも後述するが、エンジン内を循環する冷却水を冷却するためのラジエータ４６（図４参照）の前後に設置されるラジエータ入口温度センサＴ４（図４参照）、ラジエータ入口圧力センサＰ４（図４参照）、ラジエータ出口温度センサＴ５（図４参照）などが含まれている。

【0027】

エンジン制御装置１０とエンジンモニタ装置１３とは、通信線によって接続されており、またエンジンモニタ装置１２と稼働データ収集装置１００とは、ネットワーク回線を介して接続されている。このような構成をとることにより、各種センサで検出したエンジン１１の吸排気系統や冷却水系統の動作状態に係わる状態量を稼働データ収集装置１００に送信することが可能になっている。

【0028】

ディスプレイ１８は、運転室４内に設けられ油圧ショベル１の各種稼働情報や警報情報等をオペレータに対して表示する。表示制御装置１９はディスプレイ１８と接続され、表示を制御する。また、キーパッド１４は、表示制御装置１９と接続されており、オペレータの操作入力により各種データ設定やディスプレイ１８の画面切り替え等を受け付ける。

【0029】

油圧モニタ装置２３は、油圧ショベル１の油圧システムの動作状態に係わる状態量のモニタリングを行う装置である。油圧モニタ装置２３には、油圧システムの動作状態を検出する各種センサが接続されており、例えば、作動油冷却系統の動作状態をセンシングするためのセンサ群２４が接続されている。作動油冷却系統の動作状態をセンシングするためのセンサ群２４には、後述するが、例えば作動油を冷却するためのオイルクーラ３３（図３参照）の出入口に設置されるオイルクーラ入口圧力センサＰ７、オイルクーラ出口温度センサＴ１２、また作動油の温度を検知する作動油温度センサＴ１０などが含まれる。

【0030】

油圧モニタ装置２３と稼働データ収集装置１００とは、ネットワーク回線を介して接続されており、油圧モニタ装置２３で検出した作動油冷却系統の動作状態に係わる状態量についても稼働データ収集装置１００に送信することが可能な構成になっている。

【0031】

稼働データ収集装置１００は、前記ネットワーク回線を介して、油圧モニタ装置２３およびエンジンモニタ装置１３と接続されており、油圧モニタ装置２３から、油圧システムの、例えば、作動油冷却系統の動作状態に係わるセンサデータや、エンジン１１の、例えば、吸排気系統や冷却水系統の動作状態に係わるセンサデータを受信している。そして、稼働データ収集装置１００は、受信したセンサデータに基づいてエンジン１１や油圧システムの部位系統（作動油冷却系統や吸気排気系統、冷却水系統など）別に正常基準値に対する乖離度を算出し、特に異常に寄与していると考えられるセンサデータのみを記録するように動作する。

【0032】

稼働データ収集装置１００は、さらに外部と通信するためのインターフェースを備えており、例えば、外部通信用有線コネクタ１０１や、無線通信用アンテナ１０３を介して、外部の携帯端末２１と接続され、通信を行うことで蓄積したセンサデータを外部の携帯端末２１へ送信することが可能になっている。

【0033】

次に、図３を用いて油圧ショベル１の油圧システムにおける作動油冷却系統の全体概略構成と、作動油冷却系統の動作状態をセンシングするためのセンサ群２４の各センサの設置位置とについて説明する。

【0034】

図３において、１１は油圧ショベル１の旋回体３に搭載されたエンジンである。２５はメインポンプで、エンジン１１のクランクシャフト（図示せず）の回転駆動力によりポンプトランスミッション２６を介して駆動される。２７はアクチュエータ（例えば、ブームシリンダやアームシリンダなど）で、メインポンプ２５から吐出される作動油により駆動される。２８はコントロールバルブで、メインポンプ２５の吐出配管に接続され、メインポンプ２５からアクチュエータ２７への作動油の流量および流れ方向を制御する。

【0035】

また、３０はパイロットポンプで、前記メインポンプ２５と同様にエンジン１１のクランクシャフトの回転駆動力によりポンプトランスミッション２６を介して駆動され、コントロールバルブ２８を切替駆動するためのパイロット元圧を生成する。３１はパイロット減圧弁で、パイロットポンプ３０の吐出配管に接続され、パイロットポンプ３０で生成されたパイロット元圧を電気レバー制御装置１７からの制御信号に応じて減圧しパイロット圧を生成する。

【0036】

３３はオイルクーラで、コントロールバルブ２８と作動油タンク３４との間に設けられ作動油を冷却する。３６はオイルクーラ３３を冷却する冷却風を生起するオイルクーラ冷却ファン、３７はオイルクーラ冷却ファン３６を駆動するオイルクーラファン駆動モータ、３８はオイルクーラファン駆動ポンプで、エンジン１１のクランクシャフト（図示せず）の回転駆動力によりポンプトランスミッション２６を介して駆動され、オイルクーラファン駆動モータ３７を駆動するための作動油を吐出配管を介して供給する。４０はオイルクーラファン駆動モータ３７のドレン配管である。

【0037】

なお、図３では、便宜上、アクチュエータやこれに対応してコントロールバルブやパイロット減圧弁を１つのみ図示しているが、実際には油圧ショベル１には多数のアクチュエータが搭載されており、それらに対応したコントロールバルブおよびパイロット減圧弁等の油圧機器が設けられている。

【0038】

次に、図３の油圧システムの作動油冷却系統における各種センサについて説明する。図３において、Ｔ１０は作動油温度センサで、作動油タンク３４内の作動油温度を検出する。Ｔ１１はオイルクーラ前面温度センサで、オイルクーラ３３のオイルクーラ冷却ファン３６前面の空気温度を検出する。Ｔ１２はオイルクーラ出口温度センサで、オイルクーラ３３の下流側配管に設けられ、オイルクーラ３３から流出する作動油の温度を検出する。

【0039】

また、Ｔ９はファンモータドレン温度センサで、オイルクーラファン駆動モータ３７のドレン配管４０に設けられ、オイルクーラファン駆動モータ３７のドレン温度を検出する。Ｐ７はオイルクーラ入口圧力センサで、オイルクーラ３３の上流側配管に設けられ、オイルクーラ３３に流入する作動油の圧力を検出する。Ｐ８はファンモータ入口圧力センサで、オイルクーラファン駆動モータ３７に流入する作動油の圧力を検出する。Ｐ９はファンモータドレン圧力センサで、オイルクーラファン駆動モータ３７のドレン配管４０に設けられ、オイルクーラファン駆動モータ３７のドレン圧力を検出する。

【0040】

図２に戻り、作動油冷却系統の動作状態を検出するためのセンサ群２４に含まれる各センサで取得した状態量、すなわち、上記の作動油温度センサＴ１０で検出される作動油温度、オイルクーラ前面温度センサＴ１１で検出されるオイルクーラ前面温度、オイルクーラ出口温度センサＴ１２で検出されるオイルクーラ出口温度、ファンモータドレン温度センサＴ９で検出されるファン駆動モータドレン温度、オイルクーラ入口圧力センサＰ７で検出されるオイルクーラ入口圧力、ファンモータ入口圧力センサＰ８で検出されるファン駆動モータ入口圧力、ファンモータドレン圧力センサＰ９で検出されるファン駆動モータドレン圧力は、油圧モニタ装置２３に入力される。そして、油圧モニタ装置２３は、上記センサデータを油圧システムの作動油冷却系統に関するセンシングデータとしてネットワーク回線を介して稼働データ収集装置１００に送信する。

【0041】

次に、図４を用いてエンジン１１の冷却水系統及び吸排気系統の全体概略構成と、冷却水系統及び吸排気系統の動作状態をセンシングするためのセンサ群２０とセンサ群２２の各センサの設置位置とについて説明する。

【0042】

まず、エンジン１１の冷却水系統について説明する。図４において、４５は冷却水ポンプで、エンジン１１のクランクシャフトの回転駆動力を利用してポンプトランスミッション２６を介して駆動される。４６はラジエータで、冷却水ポンプ４５から吐出され、エンジン１１を冷却して水温が上昇した冷却水を冷却する。また、４７はラジエータ４６の入口に接続されたラジエータ入口配管、４８はラジエータ４６の出口に接続されたラジエータ出口配管である。５４はラジエータ冷却ファン駆動モータで、図示しないファン駆動ポンプからの圧油により駆動される。５８はラジエータ冷却ファンで、ラジエータ冷却ファン駆動モータ５４により駆動され、ラジエータ４６を冷却する風を生起する。

【0043】

次に、図４のエンジンの冷却水系統における各種センサについて説明する。図４において、Ｔ６はラジエータ前面空気温度センサで、ラジエータ４６のラジエータ冷却ファン駆動モータ５４側直近の空気温度を検出する。Ｔ４はラジエータ入口温度センサで、ラジエータ入口配管４７に設けられ、ラジエータ４６に流入する冷却水の温度を検出する。Ｔ５はラジエータ出口温度センサで、ラジエータ出口配管４８に設けられ、ラジエータ４６から流出する冷却水の温度を検出する。Ｐ４はラジエータ入口圧力センサで、ラジエータ入口配管４７に設けられ、ラジエータ４６に流入する冷却水の圧力を検出する。Ｐ６はファン駆動モータ入口圧力センサで、ラジエータ冷却ファン駆動モータ５４への入口配管に設けられ、ラジエータ冷却ファン駆動モータ５４に流入する圧油の圧力を検出する。

【0044】

図２に戻り、エンジン１１の冷却水系統の動作状態を検出するためのセンサ群２０に含まれる各センサで取得した状態量、すなわち、上記ラジエータ前面空気温度センサＴ６で検出されるラジエータ前面空気温度、ラジエータ入口温度センサＴ４で検出されるラジエータ入口温度、ラジエータ出口温度センサＴ５で検出されるラジエータ出口温度、ラジエータ入口圧力センサＰ４で検出されるラジエータ入口圧力、ファン駆動モータ入口圧力センサＰ６で検出されるファンモータ入口圧力は、エンジンモニタ装置１３に入力される。そして、エンジンモニタ装置１３は、上記センサデータをエンジンの冷却水系統に関するセンシングデータとしてネットワーク回線を介して稼働データ収集装置１００に送信する。

【0045】

次に、図４を用いてエンジン１１の吸排気系統の説明を行う。図４において、６５はエアクリーナ、６６はターボで、エアクリーナ６５から吸い込まれた空気を加圧する。６７はインタクーラで、ターボ６６で加圧されエンジン１１に吸い込まれる空気の冷却を行う。６８はインタクーラ６７の入口に接続されたインタクーラ入口配管、６９はインタクーラ６７の出口に接続されたインタクーラ出口配管である。７０は複数のシリンダで、エンジン１１に設けられ、インタクーラ６７で冷却された空気を吸い込んで燃料と混合して燃焼させる。７１はこれらの複数のシリンダ７０で発生した燃焼ガスの排気を行う排気配管、７２はマフラである。

【0046】

次に、図４のエンジンの吸排気系統における各種センサについて説明する。Ｐ１はインタクーラ入口配管６８に設けられたインタクーラ入口圧力センサ、Ｔ１は同様にインタクーラ入口配管６８に設けられたインタクーラ入口温度センサである。Ｐ２はインタクーラ出口配管６９に設けられたインタクーラ出口圧力センサ、Ｔ２は同様にインタクーラ出口配管６９に設けられたインタクーラ出口温度センサである。また、Ｔ３は排気配管７１に設けられた排気温度センサである。

【0047】

図２に戻り、エンジンの吸気排気温度の動作状態を検出するためのセンサ群２２に含まれる各センサで取得した状態量、すなわち、上記インタクーラ入口温度センサＴ１で検出したインタクーラ入口温度、インタクーラ入口圧力センサＰ１で検出したインタクーラ入口圧力、インタクーラ出口温度センサＴ２で検出したインタクーラ出口温度、インタクーラ出口圧力センサＰ２で検出したインタクーラ出口圧力、そして、排気温度センサＴ３で検出した排気温度は、エンジンモニタ装置１３に入力される。そして、エンジンモニタ装置１３は、上記センサデータをエンジン１１の吸排気系統に関するセンシングデータとしてネットワーク回線を介して稼働データ収集装置１００に送信する。

【0048】

次に、図５を用いて稼働データ収集装置１００の構成を説明する。図５は本発明の建設機械の稼働データ収集装置の一実施の形態の構成を示す概略構成図である。
本発明の建設機械の稼働データ収集装置１００は、エンジン冷却水系統やエンジン吸気系統、作動油冷却系統などの部位系統別の異常を検出するために、部位系統別にセンサ集合を構成し、そのセンサリストと、動作モードごとの各センサデータの正常基準値を記憶している。そして、前記正常基準値とセンサデータに基づいてまず部位系統別の乖離度を算出し、全体の異常状態を把握する。そして、部位系統別の正常からの乖離状況に応じて、特に正常基準値からの乖離が大きいセンサデータを上位から順番に第Ｎ位まで記憶するように動作する。これによって、部位系統別の全体の異常発生状況に応じて、特に異常に寄与している可能性のあるセンサデータのみを抽出して記憶することができるため、保守につながる情報の質を低下させることなく、記憶情報量を削減することが可能となる。

【0049】

稼働データ収集装置１００は、図５に示すように、稼働データ受信部１０２と、乖離度算出部１０４と、稼働データ記憶部１０６と、正常基準値記憶部であるパラメータ記憶部１０８と、記憶センサ項目抽出部である乖離上位センサ判定抽出部１１０と、パラメータ更新部１１４と、外部通信部１１６とを備えている。

【0050】

稼働データ受信部１０２は、通信線を介して接続されているエンジンモニタ装置１３（図２参照）および油圧モニタ装置２３（図２参照）から部位系統ごとの状態量として各種センサデータを受信する。

【0051】

パラメータ記憶部１０８には、作動油冷却系統やエンジンの冷却水系統などの部位系統別の状態量を検出するためのセンサ情報と、各センサデータの正常基準値に関する情報と、乖離上位センサ判定抽出部１１０において稼働データ記憶部１０６に記憶するか否かを判定するための判定閾値に関する情報とが記憶されている。

【0052】

乖離度算出部１０４は、時間間隔ΔＴ毎にパラメータ記憶部１０８に記憶している正常基準値に対して稼働データ受信部１０２で受信したセンサデータがどれだけ離れているかを示す乖離度を計算する。なお、時間間隔ΔＴは、乖離度算出部１０４にて稼働データ収集装置１００の図示しない内部クロックから計測し、また、時間間隔ΔＴの設定については外部から設定できる図示しない時間間隔設定装置により設定される。

【0053】

乖離上位センサ判定抽出部１１０は、乖離度算出部１０４で計算した乖離度の結果と、パラメータ記憶部１０８に記憶されている判定閾値に関する情報とに基づいて、正常基準値からの乖離の度合いの大きいセンサを特定して抽出し、抽出したセンサのデータを稼働データ記憶部１０６に記憶する処理を行う。

【0054】

外部通信部１１６は、外部通信用有線コネクタ１０１もしくは無線通信用アンテナ１０３を介して、外部の携帯端末２１と有線および無線で通信を行い、携帯端末２１に対して、稼働データ記憶部１０６に保存している稼働データを送信すると共に、携帯端末２１から更新用パラメータを受信してパラメータ更新部１１４に出力する。

【0055】

パラメータ更新部１１４は、携帯端末２１から外部通信部１１６を介して受信した更新用のパラメータ情報に基づいてパラメータ記憶部１０８の内容を書き換える処理を行う。

【0056】

次に、稼働データ収集装置１００の各部の詳細について図面を用いて説明する。図６は本発明の建設機械の稼働データ収集装置の一実施の形態におけるセンサデータの構成例を示す表図、図７は本発明の建設機械の稼働データ収集装置の一実施の形態における乖離度算出部が行う処理内容を示すフローチャート図、図８は本発明の建設機械の稼働データ収集装置の一実施の形態におけるパラメータ記憶部が保持するセンサ情報の一例を示す表図、図９は本発明の建設機械の稼働データ収集装置の一実施の形態におけるパラメータ記憶部が保持する正常基準値情報の一例を示す表図、図１０は本発明の建設機械の稼働データ収集装置の一実施の形態における乖離上位センサ判定抽出部が行う処理内容を示すフローチャート図、図１１は本発明の建設機械の稼働データ収集装置の一実施の形態におけるパラメータ記憶部が保持する判定閾値の一例を示す表図、図１２は本発明の建設機械の稼働データ収集装置の一実施の形態における稼働データ記憶部の内容を示す表図である。

【0057】

稼働データ受信部１０２は、通信線を介して接続されているエンジンモニタ装置１３（図２参照）からエンジン１１の冷却水系統および吸排気系統におけるセンサ群２０とセンサ群２２で検出したセンサデータを受信するとともに、同様に通信線を介して接続されている油圧モニタ装置２３（図２参照）から油圧システムの作動油冷却系統におけるセンサ群２４で検出したセンサデータを受信する。そして、稼働データ受信部１０２は、図５に示すように、受信したセンサデータを乖離度算出部１０４に出力する。

【0058】

図６は、稼働データ受信部１０２が、受信する各時刻のセンサデータの構成例を示している。図６に示すようにセンサデータは、例えば時刻ごとの受信日時と、複数のセンサレコードとで構成されている。受信日時は、前述した稼働データ収集装置１００の図示しない内部クロックで計測するもので、複数のセンサレコードを受信した日時を示す。

【0059】

ひとつのセンサレコードは、例えば、部位系統ＩＤとセンサＩＤとセンサ値とから構成されている。部位系統ＩＤはエンジンの冷却水系統や吸気系統、排気系統、油圧システムの作動油冷却系統などを特定するＩＤであり、センサ項目であるセンサＩＤは各センサに与えられている固有ＩＤである。部位系統ＩＤとセンサＩＤの組み合わせによって、そのセンサ値が、重機のどのセンサから取得したものであるかが分かるようになっている。

【0060】

次に、稼働データ収集装置１００の乖離度算出部１０４における処理内容について図７を用いて説明する。
まず、乖離度算出部１０４は、ステップ（Ｓ２０００）において稼働データ受信部１０２からセンサデータが入力されたか否かを確認する。ここで入力がない場合は、ＮＯと判断されてステップ（Ｓ２０００）に戻り入力を待つ。稼働データ受信部１０２からセンサデータの入力を受け付けるとＹＥＳと判断され、ステップ（Ｓ２０５０）に進む。

【0061】

乖離度算出部１０４は、ステップ（Ｓ２０５０）において、パラメータ記憶部１０８に記憶しているセンサ情報を読込み、以降の処理で扱うセンサデータの抽出処理を行う。

【0062】

図８は、パラメータ記憶部１０８に記憶しているセンサ情報を示している。センサ情報には、稼働データ受信部１０２が受信したセンサデータを解釈するためのテーブルが含まれている。すなわち、乖離度算出の対象とする部位系統ごとのＩＤと、それに含まれるセンサのセンサＩＤ、センサで取得したデータの単位などが含まれる。乖離度算出部１０４は、稼働データ受信部１０２から受信したセンサデータの各センサレコードにおける部位系統ＩＤとセンサＩＤの組み合わせを、このセンサ情報の内容と比較し、ＩＤの組み合わせが一致したセンサレコードのみを抽出する。

【0063】

図７に戻り、乖離度算出部１０４は、ステップ（Ｓ２１００）において、パラメータ記憶部１０８に記憶している正常基準値情報を読込む。

【0064】

図９は、パラメータ記憶部１０８に記憶している正常基準値情報の内容を示している。図９に示すように正常基準値情報は、エンジン冷却水系統やエンジン吸気系統、エンジン排気系統、作動油冷却系統などの部位系統ごとに正常基準値を記憶しており、各部位系統ごとの正常基準値として、動作モードごとの各センサの正常平均値と正常分散値を記憶している。

【0065】

動作モードとは、例えば、エンジン負荷率やエンジン回転数の状態によりデータ分類した単位を示している。数値解析的には、過去に取得した正常動作時のセンサデータに対してクラスタ分析などの処理を行うことで統計的な分類を行うことが可能である。例えば、Ｎ個のセンサのデータの組み合わせをＮ要素のベクトルとみなし、過去に取得した正常動作時の各時刻データをＮ次元空間にプロットしたときに、同じ動作モードのセンサデータは概ね近い位置に集合をなして固まる傾向にある。この特性を生かして、動作モードごとに集合をなして固まったデータ群に対して、それぞれＮ個のセンサデータの平均値および分散値を計算して、正常基準値として事前に記憶している。

【0066】

例えば、エンジン吸気系統に関しては、動作モード１から動作モードＭに対して、インタクーラ入口温度（Ｔ１）と、インタクーラ入口圧力（Ｐ１）と、インタクーラ出口温度(Ｔ２）と、インタクーラ出口圧力（Ｐ２）の平均値および分散値とを計算して記憶している。その他の各部位系統に関しても、動作モード１から動作モードＭに対して、センサ１〜Ｎのセンサデータの平均値および分散値を計算して記憶している。

【0067】

図７に戻り、乖離度算出部１０４は、ステップ（Ｓ２２００）において、部位系統ごと、動作モードごとに乖離度を算出する。ここで、部位系統e、動作モードmの乖離度L(e,m)とし、部位系統eに含まれるセンサ数をN個、センサの時刻tにおける取得値をd₁(t), d₂(t),・・・d_N(t)とすると、以下の演算式数１で計算する。

【0068】

【数1】

【0069】

ここで、μ_mi,σ_miはそれぞれ動作モードmにおけるセンサiの正常平均値、正常分散値である
乖離度算出部１０４は、ステップ（Ｓ２３００）において部位系統ごとに動作モード特定処理を行う。ここでは、ステップ（Ｓ２２００）で計算したＭ個の動作モードごとの乖離度L(e,m)(m=1,2,・・・M)を比較し、乖離度が最小となるm=m(e)を、対象部位系統eにおける動作モードと特定する。すなわち、本ステップにおける動作モード特定処理とは、センサデータと各動作モードの正常基準値との距離を計算して、その距離が最小となる動作モードを検出する処理に相当する。

【0070】

乖離度算出部１０４は、ステップ（Ｓ２４００）において部位系統ごとの乖離度情報を作成して乖離上位センサ判定部１１０に出力する。
ここで出力する情報は、時刻tと、部位系統e (e=1,2,・・・,E)ごとの特定動作モードm(e)と、乖離度L(e,m(e))と、センサ値d₁(t), d₂(t),・・・d_N(t)と、センサ値ごとの乖離値((d_i(t)-μ_m(e)i/σ_m(e)i)² (i=1,2 ・・・,N)とを含んでいる。

【0071】

乖離度算出部１０４は、ステップ（Ｓ２４００）の処理を終了すると再び、ステップ（Ｓ２０００）に戻り、前述した時間間隔ΔＴ後の時刻t+1の稼働データの入力処理を行う。

【0072】

次に、稼働データ収集装置１００の乖離上位センサ判定抽出部１１０における処理内容について図１０を用いて説明する。
まず、乖離上位センサ判定抽出部１１０は、ステップ（Ｓ４０００）において、乖離度算出部１０４から乖離度情報が入力されたか否かを確認する。ここで入力がない場合は、ＮＯと判断されてステップ（Ｓ４０００）に戻り入力を待つ。乖離度算出部１０４から乖離度情報の入力を受け付けるとＹＥＳと判断され、ステップ（Ｓ４１００）に進む。

【0073】

乖離上位センサ判定抽出部１１０は、ステップ（Ｓ４１００）において、パラメータ記憶部１０８の判定閾値情報を読み込む。

【0074】

図１１は、パラメータ記憶部１０８に記憶している判定閾値情報の内容を示している。判定閾値情報は、乖離度Ｌの範囲と、抽出する乖離上位センサ数とを対応づけたテーブルで構成されている。例えば、乖離度L(e,m(e))が１より小さい場合には、部位系統eのセンサデータは正常値のばらつきの範囲内であると考えられるため、取得するセンサ数を０とし、乖離度L(e,m(e))が大きくなるに従って抽出するセンサ数を多くするように設定されている。

【0075】

この判定閾値情報は、図５に示す稼働データ収集装置１００の構成においてパラメータ更新部１１４を介して、携帯端末２１からの更新指示に従って変更が可能になっている。したがって、例えば、乖離度“L≧0”の範囲に対してセンサ数を“ALL”と設定するとすべてのセンサデータが抽出対象となるような判定閾値情報となる。

【0076】

図１０に戻り、乖離上位センサ判定抽出部１１０は、ステップ（Ｓ４２００）において、部位系統eごとに乖離上位センサ数NUM(e)を特定する。すなわち、部位系統eにおける乖離度L(e,m(e))を判定閾値情報の各乖離度Lの範囲のなかでどのランクに属するかを判断し、それに対応する乖離上位センサ数NUM(e)を特定する。

【0077】

乖離上位センサ判定抽出部１１０は、ステップ（Ｓ４３００）において、乖離上位センサを第NUM(e)位まで特定する。すなわち、乖離度算出部１０４から入力された乖離度情報のなかで各センサの乖離度((d_i(t)-μ_m(e)i/σ_m(e)i)² (i=1,2,・・・,N)をそれぞれ比較し、大きいものから順に第NUM(e)位までのセンサを特定する。これらが、抽出した乖離上位センサに相当する。

【0078】

乖離上位センサ判定抽出部１１０は、ステップ（Ｓ４４００）において、ステップ（Ｓ４３００）で特定したセンサに関する情報に基づいて稼働データ記憶部１０６への出力処理を行う。

【0079】

図１２は、稼働データ記憶部１０６に記憶される情報の内容の一例を示している。稼働データ記憶部１０６は、管理情報とセンサデータとの２つの項目から構成されている。管理情報には、当該稼働データ収集装置１００が設置されている重機に関する情報として機種、号機、ＰＩＮ（Personal Identification Number）、カントリーコード、サイトＩＤの情報が記憶されている。ここで、機種、号機、ＰＩＮについては、対象重機を一意に特定するための固有情報である。また、カントリーコードとサイトＩＤは、対象重機が稼働している国および、稼働している鉱山を特定するための情報である。これらのコードおよびＩＤに関する情報は、センサデータの管理目的で用いられ、携帯端末２１を介して管理システム側へセンサデータを送信する際に付加することでどの重機のセンサデータであるかを特定可能にするために用いられる。

【0080】

一方、センサデータは、図１０に示す乖離上位センサ判定抽出部１１０が、ステップ（Ｓ４４００）において、出力する情報に相当する。センサデータは、時刻ごとに管理されており、受信日時の情報と部位系統ごとのセンサレコード情報に分割されている。部位系統ごとのセンサレコード情報としては、部位系統ＩＤと、乖離度Ｌと、乖離上位センサ数ＮＵＭと、第1位から第ＮＵＭ位までのセンサＩＤとセンサ値で構成されている。部位系統ＩＤは、パラメータ記憶部１０８のセンサ情報と同一のＩＤが用いられる。

【0081】

図１０に戻り、乖離上位センサ判定抽出部１１０は、ステップ（Ｓ４４００）が終了すると、ステップ（Ｓ４０００）に戻り、乖離度算出部１０４から次の時刻の乖離度情報の入力を確認する。

【0082】

以上のようにして、稼働データ収集装置１００は重機からのセンサデータのうち、故障の兆候を示す異常データに関するデータのみを抽出して稼働データ記憶部１０６に記憶して蓄積している。この稼働データ記憶部１０６に蓄積されているセンサデータは、外部の携帯端末２１からの要求に応じて、外部通信部１１６が、外部通信用有線コネクタ１０１や、無線通信用アンテナ１０３を介して送信する。

【0083】

次に、上記構成の本発明の建設機械の稼働データ収集装置の一実施の形態の動作を以下に説明する。
本発明の稼働データ収集装置１００は、エンジン冷却水系統やエンジン吸気系統、作動油冷却系統などの部位系統別の異常を検出するために、部位系統別にセンサ集合を構成し、そのセンサリストと、動作モードごとの各センサデータの正常基準値を記憶している。そして、前記正常基準値とセンサデータに基づいてまず部位系統別の乖離度を算出し、全体の異常状態を把握する。そして、部位系統別の正常からの乖離状況に応じて、特に正常基準値からの乖離が大きいセンサデータを上位から順番に第Ｎ位まで記憶するように動作する。

【0084】

例えば、建設機械の作動油冷却系統において、何らかの理由によりオイルクーラ入口圧力センサＰ７のセンサデータが、正常基準値と大きく乖離した場合、稼働データ収集装置１００は、乖離度算出部１０４において作動油冷却系統の乖離度情報を乖離上位センサ判定抽出部１１０に出力する。乖離上位センサ判定抽出部１１０は、パラメータ記憶部１０８の判定閾値情報を読み込み、乖離度Ｌに応じた抽出センサ数を特定して、作動油冷却系統における乖離上位センサ数を特定する。例えば、乖離度が１以上２未満の場合には、２個の乖離上位センサが特定される。この結果、作動油冷却系統のオイルクーラ入口圧力センサＰ７のセンサデータと、オイルファンモータ入口圧力センサＰ８、オイルクーラファンモータドレン温度センサＴ９、オイルクーラファンモータドレン圧力センサＰ９、作動油温度センサＴ１０、オイルクーラ前面温度センサＴ１１、及びオイルクーラ出口温度センサＴ１２の内のいずれかのセンサデータであって、正常基準値との乖離量が２番目に大きいデータが稼働データ記憶部１０６に記憶されることになる。

【0085】

このように、本実施の形態によれば、建設機械の部位系統でまとめたセンサ集合全体を監視していて、正常基準値との乖離度に応じて、複数の乖離上位に位置するセンサのデータのみを記憶するので、故障予兆を示すような異常が発生した場合には、稼働データ収集装置１００にはセンサデータが必ず記録され、結果的に建設機械の故障予兆を確実に行うことができる。また、乖離度に応じて、複数の乖離上位に位置するセンサのデータのみを記憶するので、保守につながる情報の質を低下させることなく大幅な記憶情報量の削減を図ることができる。

【0086】

上述した本発明の建設機械の稼働データ収集装置の一実施の形態によれば、保守につながる情報の質を低下させることなく収集蓄積する記憶情報量を軽減することができるので、建設機械の故障予兆を示す稼働データを効率的に収集することができる。この結果、連続稼働を阻止する故障の発生を精度良く未然に防ぐことができ、建設機械の生産性が向上する。

【0087】

なお、本実施の形態において、その動作を建設機械の作動油冷却系統について説明したが、建設機械のエンジンの冷却水系統、吸排気系統等についても同様に処理される。

【符号の説明】

【0088】

１ 油圧ショベル
２ 走行体
３ 旋回体
４ 運転室
５ フロント作業機
９ コントローラネットワーク
１０ エンジン制御装置
１１ エンジン
１２ 噴射量制御装置
１３ エンジンモニタ装置
２０ エンジン吸排気系統センサ群
２１ 携帯端末
２２ エンジン冷却水系統センサ群
２３ 油圧モニタ装置
２４ 作動油冷却系統センサ群
２５ メインポンプ
２８ コントロールバルブ
３０ パイロットポンプ
１００ 稼働データ収集装置
１０１ 外部通信用有線コネクタ
１０２ 稼働データ受信部
１０３ 無線通信用アンテナ
１０４ 乖離度算出部
１０６ 稼働データ記憶部
１０８ パラメータ記憶部
１１０ 乖離上位センサ判定抽出部
１１４ パラメータ更新部
１１６ 外部通信部
Ｔ１ インタクーラ入口温度センサ
Ｔ２ インタクーラ出口温度センサ
Ｐ１ インタクーラ入口圧力センサ
Ｐ２ インタクーラ出口圧力センサ
Ｔ４ ラジエータ入口温度センサ
Ｔ５ ラジエータ出口温度センサ
Ｔ６ ラジエータ前面空気温度センサ
Ｐ４ ラジエータ入口圧力センサ
Ｐ６ ファン駆動モータ入口圧力センサ
Ｔ９ オイルクーラファンモータドレン温度センサ
Ｔ１０ 作動油温度センサと
Ｔ１１ オイルクーラ前面温度センサ
Ｔ１２ オイルクーラ出口温度センサ
Ｐ７ オイルクーラ入口圧力センサ
Ｐ８ オイルファンモータ入口圧力センサ
Ｐ９ オイルクーラファンモータドレン圧力センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】