2024-132446 施工計画のシミュレーション方法、及び、シミュレーションシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024132446

(43)【公開日】2024-10-01

(54)【発明の名称】施工計画のシミュレーション方法、及び、シミュレーションシステム

(51)【国際特許分類】

   G06Q 50/04 20120101AFI20240920BHJP

   G06Q 10/04 20230101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

G06Q50/04

G06Q10/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023043206

(22)【出願日】2023-03-17

(71)【出願人】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000202

【氏名又は名称】弁理士法人新樹グローバル・アイピー

(72)【発明者】

【氏名】余喜多 仁

【テーマコード（参考）】

5L010

5L049

5L050

【Ｆターム（参考）】

5L010AA04

5L049AA04

5L049CC03

5L050CC03

(57)【要約】

【課題】施工現場に応じた適切な給電方式を判定するための施工計画のシミュレーション方法、及び、シミュレーションシステムを提供する。
【解決手段】シミュレーション方法は、施工現場における複数の電動作業機械を用いた施工計画のシミュレーション方法である。当該シミュレーション方法は、施工現場における施工量を示す施工量データを取得することと、複数の電動作業機械のそれぞれの電費を含む作業機械データを取得することと、施工量データと作業機械データとに基づいて、施工現場における複数の電動作業機械の必要総電力量を算出することと、複数の電動作業機械を充電するための互いに異なる種類の複数の給電方式から、必要総電力量に基づいて、給電方式を判定すること、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

施工現場における複数の電動作業機械を用いた施工計画のシミュレーション方法であって、
前記施工現場における施工量を示す施工量データを取得することと、
前記複数の電動作業機械のそれぞれの電費を含む作業機械データを取得することと、
前記施工量データと前記作業機械データとに基づいて、前記施工現場における前記複数の電動作業機械の必要総電力量を算出することと、
前記複数の電動作業機械を充電するための互いに異なる種類の複数の給電方式から、前記必要総電力量に基づいて、給電方式を判定すること、
を備える方法。

【請求項2】

前記複数の給電方式は、電力網に接続される仮設電源を前記施工現場に設置し、前記仮設電源により前記複数の電動作業機械を充電することを含む、
請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記複数の給電方式は、充電された可搬蓄電池を前記施工現場に搬送して、前記可搬蓄電池により前記複数の電動作業機械を充電することを含む、
請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記複数の給電方式は、可搬発電機を前記施工現場に搬送して、前記可搬発電機により前記複数の電動作業機械を充電することを含む、
請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記複数の電動作業機械は、着脱可能なバッテリを含み、
前記複数の給電方式は、前記バッテリの交換を含む、
請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記必要総電力量に対する前記複数の給電方式のそれぞれのコストを算出し、
前記複数の給電方式のそれぞれのコストに基づいて、前記給電方式を判定する、
請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記複数の電動作業機械のそれぞれの前記必要電力量と前記電費とに基づいて、前記複数の電動作業機械のそれぞれへの給電のタイミングを決定することをさらに備える、
請求項１に記載の方法。

【請求項8】

施工現場における複数の電動作業機械を用いた施工計画のシミュレーションシステムであって、
前記施工現場における施工量を示す施工量データを取得する第１データ取得部と、
前記複数の電動作業機械のそれぞれの電費を含む作業機械データを取得する第２データ取得部と、
前記施工量データと前記作業機械データとに基づいて、前記施工現場における前記複数の電動作業機械の必要総電力量を算出する電力算出部と、
前記複数の電動作業機械を充電するための互いに異なる種類の複数の給電方式から、前記必要総電力量に基づいて、給電方式を判定する給電判定部と、
を備えるシミュレーションシステム。

【請求項9】

前記複数の給電方式は、電力網に接続される仮設電源を前記施工現場に設置し、前記仮設電源により前記複数の電動作業機械を充電することを含む、
請求項８に記載のシミュレーションシステム。

【請求項10】

前記複数の給電方式は、充電された可搬蓄電池を前記施工現場に搬送して、前記可搬蓄電池により前記複数の電動作業機械を充電することを含む、
請求項８に記載のシミュレーションシステム。

【請求項11】

前記複数の給電方式は、可搬発電機を前記施工現場に搬送して、前記可搬発電機により前記複数の電動作業機械を充電することを含む、
請求項８に記載のシミュレーションシステム。

【請求項12】

前記複数の電動作業機械は、着脱可能なバッテリを含み、
前記複数の給電方式は、前記バッテリの交換を含む、
請求項８に記載のシミュレーションシステム。

【請求項13】

前記給電判定部は、
前記必要総電力量に対する前記複数の給電方式のそれぞれのコストを算出し、
前記複数の給電方式のそれぞれのコストに基づいて、前記給電方式を判定する、
請求項８に記載のシミュレーションシステム。

【請求項14】

前記給電判定部は、前記複数の電動作業機械のそれぞれの前記必要電力量と前記電費とに基づいて、前記複数の電動作業機械のそれぞれへの給電のタイミングを決定する、
請求項８に記載のシミュレーションシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、施工計画のシミュレーション方法、及び、シミュレーションシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、施工現場において、電動作業機械が用いられるようになっている。施工現場において電動作業機械によって効率よく作業を行うためには、施工現場において電動作業機械を充電することが望まれる。そのため、例えば特許文献１では、充電設備で充電された充電済み被牽引車を、運搬車両によって施工現場まで牽引し、被牽引車によって電動作業機械に給電することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－０８４６３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、施工現場において多数の電動作業機械が稼働する場合には、十分な給電設備が必要となる。そのため、上述のような被牽引車による給電では、電力が不足する可能性がある。また、電力網に接続される仮設電源が施工現場に新設される場合は、大きなコストがかかる。そのため、施工現場に応じた電動作業機械への適切な給電方式が求められる。本開示の目的は、施工現場に応じた適切な給電方式を判定するための施工計画のシミュレーション方法、及び、シミュレーションシステムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様に係るシミュレーション方法は、施工現場における複数の電動作業機械を用いた施工計画のシミュレーション方法である。当該シミュレーション方法は、施工現場における施工量を示す施工量データを取得することと、複数の電動作業機械のそれぞれの電費を含む作業機械データを取得することと、施工量データと作業機械データとに基づいて、施工現場における複数の電動作業機械の必要総電力量を算出することと、複数の電動作業機械を充電するための互いに異なる種類の複数の給電方式から、必要総電力量に基づいて、給電方式を判定すること、を備える。

【0006】

本開示の他の態様に係るシミュレーションシステムは、施工現場における複数の電動作業機械を用いた施工計画のシミュレーションシステムである。当該シミュレーションシステムは、第１データ取得部と、第２データ取得部と、電力算出部と、給電判定部とを備える。第１データ取得部は、施工現場における施工量を示す施工量データを取得する。第２データ取得部は、複数の電動作業機械のそれぞれの電費を含む作業機械データを取得する。電力算出部は、施工量データと作業機械データとに基づいて、施工現場における複数の電動作業機械の必要総電力量を算出する。給電判定部は、複数の電動作業機械を充電するための互いに異なる種類の複数の給電方式から、必要総電力量に基づいて、給電方式を判定する。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、施工現場における複数の電動作業機械の必要総電力量に基づいて、給電方式が決定される。それにより、施工現場に応じた適切な給電方式を判定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係るシミュレーションシステムの構成を示す図である。

【図2】施工現場と作業機械との一例を示す図である。

【図3】施工計画のシミュレーションの処理を示すフローチャートである。

【図4】施工現場の現況地形と設計地形との一例を示す図である。

【図5】施工計画のシミュレーションの設定画面の一例を示す図である。

【図6】作業機械の予想稼働状況を示す稼働状況データの一例を示す図である。

【図7】「仮設電源」による給電方式を示す図である。

【図8】「可搬蓄電池」による給電方式を示す図である。

【図9】「可搬発電機」による給電方式を示す図である。

【図10】「バッテリ交換」による給電方式を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して実施形態について説明する。図１は、実施形態に係るシミュレーションシステム１の構成を示す図である。シミュレーションシステム１は、図２に示すように、施工現場１００における複数の作業機械Ｍ１－Ｍ３を用いた施工計画のシミュレーションを行う。

【0010】

作業機械Ｍ１－Ｍ３は、施工現場１００において作業を行う。作業機械Ｍ１－Ｍ３は、土砂を押土又は掘削を実施可能な建設機械、及び／又は、土砂を運搬可能な運搬車両を含む。建設機械は、例えばショベル、及び／又は、ブルドーザを含む。運搬車両は、ダンプトラックを含む。なお、建設機械は、ホイールローダやモータグレーダであってもよい。なお、作業機械Ｍ１－Ｍ３は、複数の電動作業機械の一例である。複数の電動作業機械の数は３つに限らない。複数の電動作業機械の数は、３つより多くてもよく、３つより少なくてもよい。

【0011】

図１に示すように、シミュレーションシステム１は、サーバーコンピュータ２を備える。サーバーコンピュータ２は、プロセッサ１１と、記憶装置１２と、通信装置１３とを含む。プロセッサ１１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、施工計画のシミュレーションのための処理を実行する。記憶装置１２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）又はフラッシュメモリなどの不揮発性メモリと、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの揮発性メモリとを含む。記憶装置１２は、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）、或いは、ＳＳＤ（Solid State Drive）などの補助記憶装置を含んでもよい。記憶装置１２は、施工計画のシミュレーションのためのプログラム及びデータを記憶している。プロセッサ１１は、プログラム及びデータに従い、施工計画のシミュレーションのための処理を実行する。

【0012】

通信装置１３は、サーバーコンピュータ２の外部の機器との通信を行う。通信装置１３は、インターネットなどの通信網９を介して、外部のクライアントコンピュータ３と接続される。クライアントコンピュータ３の構成は、サーバーコンピュータ２と同様である。クライアントコンピュータ３は、入力装置４及び出力装置５と接続されている。

【0013】

入力装置４は、ユーザによって操作可能である。入力装置４は、ユーザによる操作に応じた入力データを生成する。入力装置４で生成された入力データは、クライアントコンピュータ３からサーバーコンピュータ２に送信される。入力装置４は、例えばタッチスクリーンを含む。入力装置４は、キーボードを含んでもよい。入力装置４は、マウスなどのポインティングデバイスを含んでもよい。出力装置５は、例えばディスプレイであり、クライアントコンピュータ３からの出力信号に応じた画像を表示する。出力装置５は、或いはプリンターであってもよい。

【0014】

次に、プロセッサ１１によって実行される施工計画のシミュレーションの処理について説明する。図１に示すように、プロセッサ１１は、第１データ取得部１４と、第２データ取得部１５と、シミュレーション部１６と、電力算出部１７と、給電判定部１８と、出力制御部１９とを含む。第１データ取得部１４と、第２データ取得部１５と、シミュレーション部１６と、電力算出部１７と、給電判定部１８と、出力制御部１９は、それぞれプロセッサ１１によって実現される。図３は、施工計画のシミュレーションの処理を示すフローチャートである。

【0015】

図３に示すように、ステップＳ１０１で、第１データ取得部１４は、施工量データを取得する。施工量データは、施工現場１００における施工量を示す。施工量データは、クライアントコンピュータ３からサーバーコンピュータ２に送信される。例えば、施工量データは、現況地形データと設計地形データとを含む。

【0016】

図４に示すように、現況地形データは、施工現場１００の現況地形１０１を示す。現況地形データは、現況地形１０１の形状を示す３次元地形データである。現況地形データは、例えば、無人飛行体に搭載されたカメラによって取得される。或いは、現況地形データは、施工現場１００の作業機械に搭載されたステレオカメラ、或いはＬＩＤＡＲ（Light Detection And Ranging）装置などの計測機器によって取得されてもよい。

【0017】

設計地形データは、施工現場１００の設計地形１０２を示す。設計地形データは、設計地形１０２の形状を示す３次元地形データである。設計地形データは、例えば、施工会社において作成される。図４に示すように、設計地形１０２は、互いに区画された複数の作業エリア１０３，１０４を含む。作業エリア１０３，１０４は、作業機械による作業が行われるエリアを示す。

【0018】

作業エリア１０３，１０４は、第１エリア１０３と第２エリア１０４とを含む。設計地形１０２は、互いに区画された３つ以上のエリアを含んでもよい。例えば、第１エリア１０３は、後述する切土エリアである。切土エリアは、施工現場１００において土砂の掘削を行う範囲を示す。例えば、第２エリア１０４は、盛土エリアである。盛土エリアは、施工現場１００において盛土を行う範囲を示す。

【0019】

ステップＳ１０２で、第２データ取得部１５は、作業機械データを取得する。作業機械データは、施工現場１００の各作業エリア１０３，１０４に割り当てられる作業機械を示す。図５は、施工計画のシミュレーションの設定画面２０の一例を示す図である。出力制御部１９は、出力装置５に設定画面２０を表示させるための出力信号を生成し、クライアントコンピュータ３に送信する。出力装置５は、サーバーコンピュータ２からの出力信号に応じて、設定画面２０を表示する。クライアントコンピュータ３のオペレータは、入力装置４を用いて、設定画面２０において、施工計画のシミュレーションの設定を入力する。

【0020】

図５に示すように、設定画面２０は、工種エリアリスト２１と、作業機械リスト２２と、割当リスト２３とを含む。工種エリアリスト２１は、施工現場１００に含まれる作業エリア１０３，１０４の一覧を示す。例えば、図５に示すように、工種エリアリスト２１は、「切土エリアＡ」と「盛土エリアＢ」とを含む。オペレータは、作業機械の割り当てを行う作業エリアを、工種エリアリスト２１から選択する。

【0021】

作業機械リスト２２は、各作業エリアに割り当て可能な作業機械の一覧を示す。作業機械リスト２２は、作業機械の識別番号（ＩＤ）と、型番と、施工能力とを含む。識別番号は、各作業機械に割り当てられた固有の番号である。型番は、作業機械の種類を示す。施工能力は、単位時間当たりの作業量を示す。例えば、ショベルの施工能力は、単位時間当たりの積込量、切土量、或いは、盛土量であってもよい。或いは、ショベルの施工能力は、バケットの容量に基づいて決定されてもよい。ブルドーザの施工能力は、単位時間当たりの押土量、或いは盛土量であってもよい。ブルドーザの施工能力は、ブレードのサイズに基づいて決定されてもよい。ダンプトラックの施工能力は、単位時間当たりの運搬量であってもよい。

【0022】

オペレータは、設定画面２０において、作業機械リスト２２に含まれる作業機械から、各作業エリアに割り当てる作業機械を決定する。割当リスト２３は、各作業エリアに割り当てられた作業機械の一覧を示す。オペレータは、各作業エリアに割り当てられた作業機械による施工内容を指定する。施工内容は、例えば「掘削」、或いは「盛土」などの作業機械によって実行される作業の内容を示す。

【0023】

例えば、図５に得示すように、切土エリアＡには、ＩＤ「１０１」のショベルＡとＩＤ「１０２」のショベルＢとが割り当てられており、これらのショベルＡ，Ｂの施工内容として「掘削」が設定されている。

【0024】

また、図４に示すように、オペレータは、施工現場１００において、ダンプトラックの走行経路３０を設定することができる。例えば、オペレータは、施工現場１００を示す画面上において、スタート地点３１と、目標地点３２と、スタート地点３１と目標地点３２とを結ぶ経路３３とを指定する。以上のように設定画面２０において設定された内容は、作業機械データとして、クライアントコンピュータ３からサーバーコンピュータ２に送信される。

【0025】

ステップＳ１０３では、シミュレーション部１６は、施工量データと作業機械データとに基づいて、施工計画のシミュレーションを行う。施工計画のシミュレーション結果は、作業機械の予想稼働状況を含む。シミュレーション部１６は、施工量データから施工量を算出する。例えば、シミュレーション部１６は、現況地形１０１と設計地形１０２との差分から、施工量を算出する。施工量は、例えば土の体積で示される。シミュレーション部１６は、施工量と作業機械データとに基づいて、作業機械の予想稼働状況を算出する。

【0026】

図６は、作業機械の予想稼働状況を示す稼働状況データ４０の一例を示す図である。図６に示すように、稼働状況データ４０は、各作業エリアに割り当てられた作業機械の予想稼働状況を示す。稼働状況データ４０は、各作業機械の一日における稼働時間４１を含む。稼働時間４１は、例えばグラフ化して示される。稼働状況データ４０は、各作業機械の稼働率４２を含む。稼働率４２は、例えば、各作業機械の一日の稼働時間のうち実際に動作している時間の割合を示す。稼働状況データ４０は、各作業機械の施工量４３を含む。施工量４３は、例えば、各作業機械が一日に作業した土の体積で示される。

【0027】

なお、施工計画のシミュレーション結果は、施工に要する期間及びコストを含んでもよい。例えば、シミュレーション部１６は、施工量４３と、各作業機械の施工能力と、稼働率４２とに基づいて、施工に要する期間を算出する。シミュレーション部１６は、作業機械の使用料、及び、燃料費と、施工に要する期間とに基づいて、施工に要するコストを算出する。

【0028】

ステップＳ１０４では、電力算出部１７は、施工の期間内の日々の必要総電力量を算出する。例えば図７に示すように、作業機械Ｍ１は、バッテリＢ１を含む。作業機械Ｍ１は、バッテリＢ１の電力によって駆動される。他の作業機械も、作業機械Ｍ１と同様に、バッテリの電力によって駆動される。上述した作業機械データは、各作業エリアに割り当てられた複数の作業機械のそれぞれの電費を含む。電費は、作業機械の単位時間当たりの消費電力を示す。或いは、電費は、作業機械の単位作業量当たりの消費電力を示してもよい。電力算出部１７は、施工量４３データと作業機械データとに基づいて、施工現場１００における複数の作業機械の必要総電力量を算出する。

【0029】

ステップＳ１０５では、給電判定部１８は、複数の作業機械を充電するための最適な給電方式と給電のタイミングとを判定する。給電判定部１８は、複数の作業機械を充電するための互いに異なる種類の複数の給電方式から、必要総電力量に基づいて、最適な給電方式と給電のタイミングとを判定する。

【0030】

複数の給電方式は、「仮設電源」と、「可搬蓄電池」と、「可搬発電機」と、「バッテリ交換」とによる給電方式を含む。「仮設電源」による給電方式は、図７に示すように、仮設電源５１を施工現場１００に設置し、仮設電源５１により複数の作業機械を充電することである。仮設電源５１は、電力網６に接続され、変圧設備を含む。仮設電源５１は、充電器５２を介して作業機械Ｍ１に接続される。

【0031】

「可搬蓄電池」による給電方式は、図８に示すように、充電された可搬蓄電池５３を施工現場１００に搬送して、可搬蓄電池５３により複数の作業機械を充電することである。可搬蓄電池５３は、例えば施工現場１００から離れた充電設備を備える充電拠点にて充電された後、施工現場１００に搬送される。

【0032】

「可搬発電機」による給電方式は、図９に示すように、可搬発電機５４を施工現場１００に搬送して、可搬発電機５４により複数の作業機械を充電することである。可搬発電機５４は、車両５５に搭載されてもよい。或いは、可搬発電機５４は、車両５５から降ろされて施工現場１００に備え付けられてもよい。「可搬蓄電池５３」についても同様に、車両５５に搭載されてもよく、或いは車両５５から降ろされて施工現場１００に備え付けられてもよい。

【0033】

「バッテリ交換」による給電方式は、図１０に示すように、充電済みのバッテリＢ２を施工現場１００に搬送して、作業機械Ｍ１の使用済みのバッテリＢ１と交換することである。充電済みのバッテリＢ２は、例えば施工現場１００から離れた充電設備を備える充電拠点にて充電された後、施工現場１００に搬送される。

【0034】

給電判定部１８は、必要総電力量に対する複数の給電方式のそれぞれのコストを算出する。例えば、「仮設電源」による給電方式のコストは、仮設電源５１の設置費用と使用料、及び、必要総電力量に対する電気料金に基づいて算出される。「可搬蓄電池」による給電方式のコストは、可搬蓄電池５３の搬送費用、使用料、及び、必要総電力量に対する電気料金に基づいて算出される。「可搬発電機」による給電方式のコストは、可搬発電機５４の搬送費用、使用料、及び、必要総電力量に対する電気料金に基づいて算出される。「バッテリ交換」による給電方式のコストは、交換用のバッテリの搬送費用、使用料、及び、必要総電力量に対する電気料金に基づいて算出される。

【0035】

給電判定部１８は、複数の給電方式のそれぞれのコストに基づいて、最適な給電方式を判定する。例えば、給電判定部１８は、複数の給電方式のうち、コストの最も安いものを、最適な給電方式として決定する。また、給電判定部１８は、電動作業機械の日々の必要電力量と電費とに基づいて、各電動作業機械への最適な給電のタイミングを決定する。

【0036】

出力制御部１９は、施工計画のシミュレーション結果を示すシミュレーションデータを出力する。出力制御部１９は、シミュレーションデータをクライアントコンピュータ３に送信する。シミュレーションデータは、上述した稼働状況データ４０を含む。出力装置５は、稼働状況データ４０を示す稼働状況画面を表示する。シミュレーションデータは、最適な給電方式を含む。出力装置５は、最適な給電方式と給電のタイミングとを示す給電提案画面を表示する。給電提案画面は、例えば、給電日、給電対象の機械(ＩＤ、或いは型番)、給電方式を含む。給電提案は、必要電力量、及び、コストを含んでもよい。この給電提案画面により、いつ、どの給電設備を、どこの電動作業機械に手配すればよいか、どの程度のコストとなるかを容易に認識することができる。

【0037】

以上説明した本実施形態に係るシミュレーションシステム１では、施工現場１００における複数の作業機械の必要総電力量に基づいて、最適な給電方式が決定される。それにより、施工現場１００に応じた適切な給電方式を判定することができる。例えば、仮設電源５１の設置には、電力網６を管理する電力会社への申請を要するなどの理由により、長い時間がかかることがある。しかし、本実施形態に係るシミュレーションシステム１によれば、仮設電源５１の設置の要否を、事前に判定することができる。それにより、施工の着工前に、仮設電源５１の設置を手配することが容易になる。また、各電動作業機械に最適な給電のタイミングが決定されることで、給電設備の手配時期を容易に決定することができる。

【0038】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【0039】

上述したサーバーコンピュータ２による処理は、クライアントコンピュータ３において実行されてもよい。上述したサーバーコンピュータ２による処理は、複数のコンピュータに分散して実行されてもよい。給電方式は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0040】

本発明によれば、施工計画のシミュレーション方法、及び、シミュレーションシステムによって、施工現場に応じた適切な給電方式が判定される。

【符号の説明】

【0041】

１４：第１データ取得部
１５：第２データ取得部
１７：電力算出部
１８：給電判定部
５１：仮設電源
５３：可搬蓄電池
５４：可搬発電機
Ｂ１，Ｂ２：バッテリ
Ｍ１－Ｍ３：電動作業機械

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】