特許 6120669 ショベルの状態表示装置

(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】6120669

(24)【登録日】2017年4月7日

(45)【発行日】2017年4月26日

(54)【発明の名称】ショベルの状態表示装置

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/26 20060101AFI20170417BHJP

【ＦＩ】

   E02F9/26 A

【請求項の数】8

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2013-102404(P2013-102404)

(22)【出願日】2013年5月14日

(65)【公開番号】特開2014-222003(P2014-222003A)

(43)【公開日】2014年11月27日

【審査請求日】2015年11月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105887

【弁理士】

【氏名又は名称】来山 幹雄

(72)【発明者】

【氏名】小川 正樹

(72)【発明者】

【氏名】申 ライ

【審査官】 須永 聡

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２３３３３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１６３４７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２３５８３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１４９０９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−１００２３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２３５７１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０７４６３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００５／１０６１３９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−１９６３９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０４６４４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｆ ９／２０

Ｅ０２Ｆ ９／２６

Ｇ０１Ｍ １３／００−１３／０４

Ｇ０１Ｍ ９９／００

Ｇ０６Ｑ １０／００

Ｇ０６Ｑ ５０／０４

Ｇ０６Ｑ ５０／０８

Ｇ０６Ｑ ５０／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

画像を表示する表示画面と、
通信機能を有する送受信回路と、
前記送受信回路を通して受信された情報に基づいて、前記表示画面に画像を表示する処理装置と
を有し、
前記処理装置は、相互に異なる複数の運転状況の下においてショベルの部品に蓄積された損傷度の部品内における場所的分布を表すデータに基づいて、ショベルの部品に蓄積された損傷度の部品内における場所的分布を、運転状況ごとに、相互に対比可能な状態で、前記表示画面に画像として表示させるショベルの状態表示装置。

【請求項2】

前記表示画面に画像として表示される損傷度の部品内における場所的分布は、相互に異なる種別の作業を行ったときのものである請求項１に記載のショベルの状態表示装置。

【請求項3】

前記表示画面に画像として表示される損傷度の部品内における場所的分布は、相互に異なる現場で作業を行ったときのものである請求項１に記載のショベルの状態表示装置。

【請求項4】

前記表示画面に画像として表示される損傷度の部品内における場所的分布は、相互に異なるオペレータが同一種別の作業を行ったときのものである請求項１に記載のショベルの状態表示装置。

【請求項5】

前記表示画面に画像として表示される損傷度の部品内における場所的分布は、同一のオペレータが、相互に異なる時期に同一種別の作業を行ったときのものである請求項１に記載のショベルの状態表示装置。

【請求項6】

前記表示画面に画像として表示される損傷度の部品内における場所的分布は、相互に異なる機体のものである請求項１に記載のショベルの状態表示装置。

【請求項7】

前記処理装置は、
前記表示画面に、複数の運転状況から、前記損傷度の部品内における場所的分布を表示すべき運転状況を選択するための選択画像を表示し、
前記選択画像で選択された運転状況ごとに、前記損傷度の部品内における場所的分布を表示する請求項１乃至６のいずれか１項に記載のショベルの状態表示装置。

【請求項8】

画像を表示する表示画面と、
通信機能を有する送受信回路と、
前記送受信回路を通して受信された情報に基づいて、前記表示画面に画像を表示する処理装置と
を有し、
前記処理装置は、
相互に異なる複数の運転状況の下においてショベルの部品に蓄積された損傷度の算出値の部品内における場所的分布を表すデータを比較し、
比較結果を、前記表示画面に画像として表示させるショベルの状態表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ショベルの部品の損傷の程度を表示する状態表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ショベルの部品の寿命を予測するために、有限要素法による応力解析が広く用いられている。特許文献１に開示された解析方法では、有限要素法で用いられる荷重条件や境界条件がキー入力される。この荷重条件及び境界条件の下で、応力解析を行うことにより、応力範囲を求める。求められた応力範囲をＳ−Ｎ線図に当てはめ、疲労推定寿命を求める。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３−１４９０９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

運転状況が異なると、損傷の生じる場所や損傷の程度も異なる。運転状況の相違に着目して、損傷の程度を表示することができると、表示結果の様々な有効利用が可能になる。ここで、運転状況の相違には、作業種別の相違、作業現場の相違、オペレータの相違、同一オペレータの操作時期の相違等が含まれる。

【0005】

本発明の目的は、異なる運転状況の下においてショベルに蓄積された損傷度の分布を容易に対比することができるショベルの状態表示装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一観点によると、
画像を表示する表示画面と、
通信機能を有する送受信回路と、
前記送受信回路を通して受信された情報に基づいて、前記表示画面に画像を表示する処理装置と
を有し、
前記処理装置は、相互に異なる複数の運転状況の下においてショベルの部品に蓄積された損傷度の前記部品内における場所的分布を表すデータに基づいて、ショベルの部品に蓄積された損傷度の前記部品内における場所的分布を、運転状況ごとに、相互に対比可能な状態で、前記表示画面に画像として表示させるショベルの状態表示装置が提供される。

【0007】

本発明の他の観点によると、
画像を表示する表示画面と、
通信機能を有する送受信回路と、
前記送受信回路を通して受信された情報に基づいて、前記表示画面に画像を表示する処理装置と
を有し、
前記処理装置は、
相互に異なる複数の運転状況の下においてショベルの部品に蓄積された損傷度の算出値の前記部品内における場所的分布を表すデータを比較し、
比較結果を、前記表示画面に画像として表示させるショベルの状態表示装置が提供される。

【発明の効果】

【0008】

異なる運転状況の下においてショベルに蓄積された損傷度の部品内における場所的分布を、容易に対比することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施例１によるショベルの状態表示装置、及びショベルの管理センタのブロック図、及び管理対象であるショベルの概略図である。

【図2】図２は、ショベルの状態表示装置の表示画面に表示された画像である。

【図3】図３は、図２の決定ボタンがタップされた後に、表示画面に表示される画像の例である。

【図4】図４は、図３の差分表示ボタンがタップされたときに表示画面に表示される画像である。

【図5】図５Ａは、実施例２によるショベルの状態表示装置の表示画面２４に表示された起動時の画像であり、図５Ｂは、運転状況のクラスとして「作業種別」が選択された場合に、表示画面に表示される画像である。

【図6】図６は、運転状況として「単純掘削」及び「地ならし」が選択された場合に、表示画面に表示される画像である。

【図7】図７は、図５Ａの状態において、運転状況のクラスとして「作業現場」が選択された場合に、表示画面に表示される画像である。

【図8】図８は、運転状況として「都市土木」及び「鉱山」が選択された場合に、表示画面に表示される画像である。

【図9】図９は、図５Ａの状態において、運転状況のクラスとして「オペレータ」が選択された場合に、表示画面に表示される画像である。

【図10】図１０は、運転状況としてオペレータＡ及びオペレータＢが選択された場合に、表示画面に表示される画像である。

【図11】図１１は、図５Ａの状態において、運転状況のクラスとして「成長記録」が選択された場合に、表示画面に表示される画像である。

【図12】図１２は、運転状況として「オペレータＢが選択された場合に、表示画面に表示される画像である。

【図13】図１３は、図５Ａの状態において、運転状況のクラスとして「機体」が選択された場合に、表示画面に表示される画像である。

【図14】図１４は、運転状況として機体Ａ、機体Ｂ、及び機体Ｃが選択された場合に、表示画面に表示される画像である。

【図15】図１５は、累積損傷度及び余寿命を算出する実施例３による方法のフローチャートである。

【図16】図１６Ａ〜図１６Ｄは、ショベルで繰り返される一連の動作の一例を示す概略図である。

【図17】図１７Ａ〜図１７Ｃは、それぞれショベルの動作中におけるブームシリンダの油圧、アーム先端位置、及び旋回角度の時間波形（時間変化）の一例を示すグラフである。

【図18】図１８は、ある解析時刻におけるブーム内の応力分布の算出結果を濃淡で示すグラフである。

【図19】図１９は、図１８に示した評価箇所Ｅｐに加わる応力の時間波形を示すグラフである。

【図20】図２０は、Ｓ−Ｎ線図の一例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［実施例１］
図１に、実施例１によるショベルの状態表示装置２０、及びショベルの管理センタ３０のブロック図、及び管理対象であるショベル３７の概略図を示す。管理センタ３０は、通
信装置３１、処理装置３２、記憶装置３３、出力装置３４、及び入力装置３５を含む。通信装置３１は、通信網３６を介して、管理対象であるショベル３７から送信されたデータを受信すると共に、ショベルの状態表示装置２０に対して種々のデータを送信する。

【0011】

ショベル３７の各油圧シリンダ内の油圧、アタッチメントの姿勢を示すブーム角、アーム角、バケット角、及び上部旋回体の方位を示す旋回角の測定結果が、通信装置３１を介して処理装置３２に入力される。これらの情報から、アタッチメントに加わる荷重が特定される。出力装置３４は、処理装置３２の処理結果を表示する。さらに、処理結果は、通信装置３１から通信網３６を経由して、ショベルの状態表示装置２０に送信される。管理センタ３０のオペレータが、入力装置３５を操作して処理装置３２にコマンドを入力する。記憶装置３３は、処理装置３２が実行するコンピュータプログラム、及び処理に用いられる種々のデータを記憶する。

【0012】

ショベルの状態表示装置２０は、送受信回路２１、処理装置２２、入力装置２３、及び表示画面２４を含む。送受信回路２１は、通信回線３６を介して管理センタ３０と通信する機能を有する。処理装置２２は、管理センタ３０から通信網３６を経由し、送受信回路２１を通して受信したデータに基づいて、データ処理を行い、処理結果を表示画面２４に表示する。ショベルの状態表示装置２０の利用者（以下、単に「利用者」という。）が、入力装置２３から処理装置２２にコマンドを入力する。ショベルの状態表示装置２０には、例えばタブレット端末、携帯電話端末等が用いられる。表示画面２４及び入力装置２３には、例えばタッチパネルが用いられる。この場合、表示画面２４が入力装置２３としても使用される。

【0013】

図２に、ショベルの状態表示装置２０の表示画面２４に表示される画像の一例を示す。ショベルの状態表示装置２０のプログラムが起動されると、選択可能な運転状況の一覧、及び決定ボタンが、表示画面２４に表示される。ここで、「運転状況」とは、ショベルが運転されるときに、ショベルの部品の損傷度に影響を及ぼし得る外部的要因を意味する。種々の運転状況は、例えば作業種別、作業現場、オペレータ、オペレータの熟練度等のクラスに分類される。

【0014】

「作業種別」のクラスに分類される運転状況として、単純掘削、溝掘削、地ならし、土砂積込み、土羽打ち等が挙げられる。「作業現場」のクラスに分類される運転状況として都市土木、鉱山等が挙げられる。「オペレータ」のクラスに分類される運転状況は、ショベルを操作するオペレータ個人に対応する。「オペレータの熟練度」のクラスに分類される運転状況は、一人のオペレータがショベルの操作に熟達しているレベル、例えば操作時期に対応する。

【0015】

利用者が、表示画面２４に表示された運転状況ボタンをタップすることにより、複数、例えば２つの運転状況を選択する。選択された運転状況に対応するボタンが強調表示される。図２では、運転状況Ａ及び運転状況Ｃが選択された例を示している。複数の運転状況を選択した後、利用者が決定ボタンをタップする。

【0016】

図３に、決定ボタン（図２）がタップされた後に、表示画面２４に表示される画像の一例を示す。図２に示した選択画面で選択された運転状況Ａ及び運転状況Ｃの下で、ショベルの部品に蓄積された累積損傷度の分布が、対比可能な状態で、表示画面２４に画像として表示される。図３では、ショベルの部品として、ブームが表示されている例を示しているが、他の部品、例えばアーム、バケット等を表示してもよいし、表示すべき部品を選択可能としてもよい。「対比可能な状態」の例として、２つの画像が、表示画面２４内に並んで表示される。表示画面２４をピンチイン、またはピンチアウトすることにより、表示画面２４に表示されているショベルの部品の画像を拡大または縮小することができる。こ
のとき、表示画面２４に表示されている複数の画像のうち１つの画像を拡大または縮小すると、他の画像も連動して、同一の倍率で拡大または縮小される。また、表示画面２４をスワイプすることにより、表示されている部品のうち所望の箇所の拡大された画像を表示することができる。この場合にも、表示画面２４に表示されている複数の画像のうち１つの画像をスワイプすると、他の画像も連動して、スワイプされた画像と同一の箇所を表示する。これにより、複数の画像を、容易に対比することが可能になる。

【0017】

画像の表示に必要なデータは、管理センタ３０（図１）からショベルの状態表示装置２０に送信される。具体的には、ショベルの状態表示装置２０が、表示すべき運転状況を指定して、累積損傷度の分布を表すデータの送信を依頼するコマンドを管理センタ３０に送信する。管理センタ３０は、このコマンドを受信すると、送信依頼を受けた累積損傷度の分布を表すデータを、ショベルの状態表示装置２０に送信する。

【0018】

「累積損傷度」は、類似の動作が周期的に繰り返される作業を行っているときに、ショベルの部品に加わる損傷度を、１周期に亘って累積したものである。例えば、単純掘削作業を行っている場合には、掘削開始から、持上げ旋回動作、排土動作、及び戻り旋回動作を経て、次の掘削開始に至るまでの動作が、１つの周期に相当する。なお、ショベルの状態表示装置２０に表示する累積損傷度の分布として、１周期ごとの累積損傷度を複数周期に亘って平均した値を用いてもよい。

【0019】

図３において、累積損傷度が大きな領域が、累積損傷度が小さな領域より濃く表わされている。異なる２つの運転状況に対応する累積損傷度の分布が並んで表示されているため、両者を容易に比較することができる。図３に示した例では、運転状況Ａに相当する作業を行うと、運転状況Ｃに相当する作業を行う場合に比べて、特にブームの中央から先端までの領域において、累積損傷度が大きくなっている。

【0020】

表示画面２４には、累積損傷度の分布を示す画像と共に、「差分表示ボタン」が表示される。

【0021】

図４に、差分表示ボタン（図３）がタップされたときに表示画面２４に表示される画像を示す。利用者が差分表示ボタン（図３）をタップすると、処理装置２２（図１）に差分表示の指令が入力される。処理装置２２は、差分表示の指令が入力されたことを検知すると、表示画面２４に、累積損傷度の分布の差分を、画像として表示する。具体的には、図３に示されている２つの運転状況（すなわち、運転状況Ａ及び運転状況Ｃ）に対応する累積損傷度の分布の差分が表示される。図４では、運転状況Ａに対応する累積損傷度が、運転状況Ｃに対応する累積損傷度よりも相対的に大きい領域が、相対的に濃く表されている。

【0022】

２つの運転状況に対応する累積損傷度の分布の差分が表示されることにより、両者の相違を直感的に認識することができる。

【0023】

実施例１では、表示画面２４に累積損傷度の分布を表示したが、損傷の程度に関わるその他の統計量の分布を表示してもよい。例えば、累積損傷度の平均値、ある一定期間内に蓄積された損傷度の積算値、部品の破壊に至るまでの余寿命等の分布を表示してもよい。

【0024】

［実施例２］
次に、上記実施例１をより具体化した実施例２について説明する。実施例２では、運転状況の内容が具体的に示される。以下、実施例１との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。

【0025】

図５Ａに、実施例２によるショベルの状態表示装置２０の表示画面２４に表示された起動時の画像を示す。表示画面２４に、比較すべき運転状況のクラスの一覧、及び決定ボタンが表示される。運転状況のクラスには、「作業種別」、「作業現場」、「オペレータ」、「成長記録」、及び「機体」が含まれる。利用者は、比較すべき運転状況のクラスのボタンをタップすることにより、運転状況のクラスを選択する。選択された運転状況のクラスのボタンが強調表示される。図５Ａでは、選択された運転状況のクラスが「作業種別」である場合を示している。運転状況のクラスを選択した後、決定ボタンをタップする。

【0026】

図５Ｂに、運転状況のクラスとして「作業種別」が選択された場合に、表示画面２４に表示される画像を示す。作業種別の一覧、及び決定ボタンが表示される。利用者は、比較すべき複数、例えば２つの作業種別のボタンを選択した後、決定ボタンをタップする。図５Ｂでは、「単純掘削」及び「地ならし」が選択された例を示している。選択された２つの作業種別が強調表示されている。

【0027】

図６に、「単純掘削」及び「地ならし」が選択された場合に、表示画面２４に表示される画像を示す。単純掘削作業を行った時の累積損傷度の分布、及び地ならし作業を行った時の累積損傷度の分布が、並んで画像として表示されている。

【0028】

図７に、図５Ａの状態において、運転状況のクラスとして「作業現場」が選択された場合に、表示画面２４に表示される画像を示す。作業現場の一覧、及び決定ボタンが表示される。利用者は、比較すべき複数、例えば２つの作業現場のボタンを選択した後、決定ボタンをタップする。図５Ｂでは、「都市土木」及び「鉱山」が選択された例を示している。選択された２つの作業種別が強調表示されている。

【0029】

図８に、「都市土木」及び「鉱山」が選択された場合に、表示画面２４に表示される画像を示す。都市土木の現場で作業を行った時の累積損傷度の分布、及び鉱山で作業を行った時の累積損傷度の分布が、並んで画像として表示されている。

【0030】

図６及び図８に示したように、作業種別や作業現場ごとの累積損傷度の分布を比較して表示することにより、特定の作業に特有の、または特定の作業現場に特有の累積損傷度の分布を、容易に把握することが可能になる。この累積損傷度の分布に基づいて、ある特定の作業を行うショベル、またはある特定の作業現場で使用されるショベルを、疲労破壊が発生し難いようにカスタマイズすることができる。

【0031】

例えば、ある作業を行ったときに、特定の部品の特定の部分の累積損傷度が大きくなる傾向が現れることが判明した場合、専らその作業に使用されるショベルの、損傷しやすい部分の強度を、標準品の強度より予め高めておくことが有効である。具体的には、部品の材料、形状、寸法等をカスタマイズすることが有効である。

【0032】

また、作業現場ごとに、損傷しやすい部分が予め判明している場合、損傷し易い部分を重点的に点検することにより、破壊箇所が発見し易くなるという効果が期待される。さらに、破壊が生じやすい部品を予め準備しておくことにより、故障修理に要する時間を短縮することができる。

【0033】

図９に、図５Ａの状態において、運転状況のクラスとして「オペレータ」が選択された場合に、表示画面２４に表示される画像を示す。オペレータの一覧、及び決定ボタンが表示される。利用者は、比較すべき複数、例えば２人のオペレータのボタンを選択した後、決定ボタンをタップする。図９では、オペレータＡ及びＢが選択された例を示している。選択された２人のオペレータＡ及びＢのボタンが強調表示されている。

【0034】

図１０に、オペレータＡ及びオペレータＢが選択された場合に、表示画面２４に表示される画像を示す。相互に異なるオペレータＡ及びＢが同一種別の作業を行った時の累積損傷度の分布が、並んで画像として表示されている。さらに、１周期の間のショベルの姿勢の変化が、時系列で表示されている。図１０に示された例では、左端から右に向かって、掘削開始時、掘削中、持上げ旋回中、及び排土動作中のショベルの姿勢が表示されている。これらの姿勢のうち、部品に最も大きな負荷が印加される姿勢に対応する画像が、強調表示される。

【0035】

例えば、熟練度の高いオペレータが作業したときの累積損傷度の分布と、熟練度の低いオペレータが作業したときの累積損傷度の分布とを、容易に比較することができる。図１０に示した例では、オペレータＢの熟練度が、オペレータＡの熟練度より高い。熟練度の高いオペレータが作業を行った場合には、熟練度の低いオペレータが作業を行った場合に比べて、ブームに蓄積される累積損傷度が小さいことがわかる。熟練度の高いオペレータが作業を行う場合には、操作が滑らかで、掘削進入角度も適切であると考えられる。これに対し、熟練度の低いオペレータが作業を行う場合には、衝撃的な動作が多くなり、部品に加わる負荷が大きいと考えられる。図４に示したように、累積損傷度の差分表示を行うことにより、熟練度の高いオペレータと、熟練度の低いオペレータとの違いを、より容易に把握することができる。

【0036】

表示結果に基づいて、未熟なオペレータの運転技術を向上させるための支援を行うことができる。オペレータの熟練度が高まることにより、想定される負荷を超えた負荷が部品に加わるような操作の頻度を低減することが可能になる。

【0037】

図１１に、図５Ａの状態において、運転状況のクラスとして「成長記録」が選択された場合に、表示画面２４に表示される画像を示す。オペレータの一覧、及び決定ボタンが表示される。利用者は、成長記録を表示すべき１人のオペレータのボタンを選択した後、決定ボタンをタップする。図１１では、オペレータＢが選択された例を示している。選択された１人のオペレータＢのボタンが強調表示されている。

【0038】

図１２に、オペレータＢが選択された場合に、表示画面２４に表示される画像を示す。１人のオペレータＢが同一種別の作業を異なる時期に行った時の累積損傷度の複数の分布が、並んで画像として表示されている。図１０に示された例では、左上、右上、左下、右下の画像は、それぞれ２０１２年５月、２０１２年９月、２０１３年１月、及び２０１３年３月の作業時に収集されたデータに基づいて算出された累積損傷度を示している。

【0039】

図１２に示された画像から、オペレータＢの操作による累積損傷度が、経験を積むごとに低下していることがわかる。このように、オペレータの運転技術の向上を、定量的に、かつ視覚的に把握することができる。

【0040】

図１３に、図５Ａの状態において、運転状況のクラスとして「機体」が選択された場合に、表示画面２４に表示される画像を示す。機体の一覧、及び決定ボタンが表示される。利用者は、表示すべき複数の機体のボタンを選択した後、決定ボタンをタップする。図１３では、機体Ａ、機体Ｂ、及び機体Ｃが選択された例を示している。選択された３台の機体のボタンが強調表示されている。

【0041】

図１４に、機体Ａ、機体Ｂ、及び機体Ｃが選択された場合に、表示画面２４に表示される画像を示す。機体Ａ、機体Ｂ、及び機体Ｃの部品、例えばブームの余寿命の分布が、並んで画像として表示されている。ここで、「余寿命」とは、現時点から破壊に至るまでの予想稼働時間を意味する。図１４において、余寿命が相対的に短い部分が、相対的に長い部分よりも濃く表されている。

【0042】

表示画面２４に表示された機体Ａ、機体Ｂ、及び機体Ｃが同一の作業現場で、かつ相互に異なる作業を行っている場合、余寿命の長短に応じて、各機体の、最適な作業割り当てを行うことが可能になる。例えば、部品内の最短の余寿命が相対的に短い機体を、相対的に負荷の小さな作業に割り当てることにより、損傷が蓄積されることにより破壊に至るまでの期間を長くすることが期待できる。

【0043】

［実施例３］
次に、図１５〜図２０を参照して、累積損傷度及び余寿命を算出する実施例３による方法について説明する。累積損傷度及び余寿命の算出処理は、管理センタ３０（図１）で行われる。なお、管理センタ３０ではなく、ショベルの状態表示装置２０で累積損傷度及び余寿命の算出処理を行ってもよい。

【0044】

図１５に、ショベルの管理センタ３０（図１）で実行される処理のフローチャートを示す。まず、ステップＳ１において、処理装置３２が、ショベル３７（図１）による作業中に繰り返される一連の動作の少なくとも１周期分の測定値を、アタッチメントの姿勢センサ、アタッチメントの荷重センサ、及び旋回角センサから取得する。これらの測定値と共に、作業現場、作業種別、操作していたオペレータ、作業年月日、機体識別番号等の情報が取得される。

【0045】

旋回角センサから、上部旋回体の旋回角が取得される。アタッチメントの姿勢センサ及び旋回角センサの検出値によって、ショベル３７の姿勢が特定される。一連の動作のうち、アタッチメントの姿勢センサ、アタッチメントの荷重センサ、及び旋回角センサで測定値を取得する範囲は、管理センタ３０の管理オペレータが設定してもよい。

【0046】

図１６Ａ〜図１６Ｄに、ショベル３７で繰り返される一連の動作の一例を示す。図１６Ａ〜図１６Ｄは、それぞれ一連の動作の１周期内の各工程、具体的には掘削開始、持ち上げ旋回、排土、戻り旋回の各工程中の任意の時点におけるショベル３７の姿勢を概略的に示す。ショベル３７の運転時には、例えば、一連の動作が繰り返されることにより、図１６Ａ〜図１６Ｄに示した姿勢が順番に出現する。

【0047】

図１７Ａ〜図１７Ｃに、それぞれショベル３７の動作中におけるブームシリンダ内の油圧、アームの先端の高さ、及び旋回角度の時間波形（時間変化）の一例を示す。図１７Ａに示した実線Ｌ１及びＬ２は、それぞれブームシリンダ内のロッド側油圧及びボトム側油圧を示す。図１７Ａ〜図１７Ｃにおいて、時刻ｔ１は、図１６Ａに示した掘削開始に対応する。時刻ｔ１からｔ２までの期間に、掘削が行われる。時刻ｔ２からｔ３までの期間に、図１６Ｂに示したブームの持ち上げ及び旋回の動作が行われる。時刻ｔ３からｔ４までの期間に、図１６Ｃに示した排土及び戻り旋回の動作が行われる。一連の動作の繰返しに対応して、時刻ｔ１からｔ４までの波形と近似する波形が周期的に現れる。

【0048】

ステップＳ２（図１５）において、一連の動作の１周期内で、解析すべき複数の時刻（以下、「解析時刻」という。）を抽出する。一例として、図１７Ａに示したように、１周期内から、時刻ｔ１〜ｔ４の４個の解析時刻が抽出される。例えば、シリンダ内の油圧、旋回角度の時間波形のピーク、変曲点等の特徴的な時刻を、解析時刻として抽出する。抽出する解析時刻の個数を多くすると、解析精度が向上するが、解析に要する計算時間は長くなる。処理装置３２（図１）が、図１７Ａ〜図１７Ｃに示した時間波形に基づいて解析時刻を自動的に抽出するようにしてもよいし、オペレータが時間波形を観察して解析時刻を決定し、入力装置３５（図１）から解析時刻を入力するようにしてもよい。

【0049】

ステップＳ３（図１５）において、解析時刻の各々において、解析モデルを用い、ブー
ム、アーム等の部品の各々に加わっている応力の分布を算出する。応力の分布は、解析時刻ごとに決定されているショベルの特定の姿勢に基づいて計算される。すなわち、繰り返される一連の動作の１周期内に現れる種々のショベルの姿勢ごとに、ショベルの部品に加わっている荷重に基づいて、応力の分布を算出する。応力の分布の算出には、例えば有限要素法等の数値解析手法を適用することができる。このとき、ショベルの姿勢及びショベルの部品に加わる荷重が境界条件として用いられる。ここで、荷重はベクトルで表される。荷重の大きさ及び向きは、油圧シリンダ内の油圧、油圧シリンダの軸方向（アタッチメントの姿勢）、及び旋回角加速度により求まる。旋回角加速度は、旋回角を２回微分することにより算出される。

【0050】

図１８に、ある解析時刻においてブームに加わる応力の分布の算出結果を示す。応力は、解析モデルの各要素を構成する節点ごとに算出される。図１８において、応力が相対的に大きな箇所が、相対的に濃い色で示されている。図１８に示したような応力分布の解析結果が、解析時刻ごとに、かつ部品ごとに算出される。

【0051】

図１９に、ショベルの部品の１つの評価点Ｅｐ（図１８）に加わる応力の時間波形の一例を示す。解析時刻ｔ１〜ｔ４の各々において応力が算出されている。図１９に示した応力の時間波形は、ブーム、アーム、バケット等の部品ごとに、複数の評価点（有限要素法を用いた場合には、複数の節点）について求められる。

【0052】

ステップＳ４（図１５）において、各部品の評価点ごとに、累積損傷度を算出する。これにより、部品内における累積損傷度の分布が得られる。累積損傷度は、応力の時間変化から抽出される応力の極値に基づいて算出される。以下、累積損傷度を算出する方法の一例について説明する。まず、図１９に示した応力の時間波形の極大値と極小値とを検出する。極大値と極小値とに基づいて、応力が変動する範囲である応力範囲Δσを求めるとともに、応力範囲Δσごとの出現頻度を求める。応力範囲Δσｉの出現頻度をｎｉで表す。

【0053】

図２０に、Ｓ−Ｎ線図の一例を示す。例えば、図２０に示したＳ−Ｎ線図では、応力範囲Δσｉの疲労寿命（破断繰返し回数）がＮｉ回である。累積疲労損傷則（別名、線形被害則）により、累積損傷度Ｄは、以下の式で表される。

【数1】

【0054】

ステップＳ５（図１５）において、ステップＳ４で算出された累積損傷度の算出値の、想定値に対する相対値（以下、単に「相対値」という。）を求める。累積損傷度の算出値が、累積損傷度の想定値と等しいとき、その相対値は「１」である。「累積損傷度の想定値」とは、部品の保証寿命（予め決められている目標とする寿命）から逆算した１周期あたりの累積損傷度を意味する。すなわち、１周期あたりの累積損傷度の算出値が、累積損傷度の想定値と等しい場合には、累積損傷度を算出したときと同一の動作を継続すると、保証寿命まで疲労破壊が生じることなく、部品を使用することができる。累積損傷度の算出値が想定値を超えている場合、想定値を超えた累積損傷度が蓄積された部品は、保証寿命に到達する前に疲労破壊に至る危険性が高いと判断される。

【0055】

例えば、部品の保証寿命をＴｇ（時間）とし、一連の動作の１周期あたりの平均時間をＴｐ（時間）とすると、保証される繰り返し回数は、Ｔｇ／Ｔｐで表される。累積損傷度の想定値は、この逆数、すなわちＴｐ／Ｔｇで表される。

【0056】

ステップＳ６（図１５）において、部品の余寿命の分布を算出する。以下、余寿命の算出方法について説明する。管理センタ３０（図１）は、管理対象のショベル３７の機体ごと、及び部品ごとに、機体の稼働開始時点から現時点までの累積損傷度の算出値の総和を算出する。今回のデータ収集の対象となる動作を開始するまでの過去の累積損傷度の総和は、記憶装置３３（図１）に記憶されている。ショベルの部品の、ある箇所の累積損傷度の算出値の総和が１になると、その箇所で破断が生じる。１から累積損傷度の算出値の総和を減算することにより、余寿命が求まる。

【0057】

ステップＳ７（図１５）において、累積損傷度の算出値、及び累積損傷度の相対値が、作業現場、作業種別、操作していたオペレータ、作業年月日、機体識別番号等の情報と関連付けられて、記憶装置３３（図１）に記憶される。さらに、余寿命が、機体識別番号と関連付けられて、記憶装置３３（図１）に記憶される。

【0058】

管理センタ３０は、ショベルの状態表示装置２０（図１）からのコマンドに応じて、要求されたデータを記憶装置３３から読み出し、ショベルの状態表示装置２０に送信する。

【0059】

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

【符号の説明】

【0060】

２０ ショベルの状態表示装置
２１ 送受信回路
２２ 処理装置
２３ 入力装置
２４ 表示画面
３０ 管理センタ
３１ 通信装置
３２ 処理装置
３３ 記憶装置
３４ 出力装置
３５ 入力装置
３６ 通信回線
３７ ショベル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】