(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】
(24)【登録日】2022-09-07
(45)【発行日】2022-09-15
(54)【発明の名称】疲労管理システム
(51)【国際特許分類】
G06Q 50/10 20120101AFI20220908BHJP
G06Q 50/08 20120101ALI20220908BHJP
【ＦＩ】
G06Q50/10
G06Q50/08
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2021550740
(86)(22)【出願日】2019-09-30
(86)【国際出願番号】 JP2019038470
(87)【国際公開番号】W WO2021064776
(87)【国際公開日】2021-04-08
【審査請求日】2021-07-28
(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】110002572
【氏名又は名称】特許業務法人平木国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】小笠原 啓太
(72)【発明者】
【氏名】星 暁生
(72)【発明者】
【氏名】須田 峻一
(72)【発明者】
【氏名】兼澤 寛
(72)【発明者】
【氏名】椎名 健
【審査官】大野 朋也
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１３／１７２２７７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１９－０４９４１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－２０６００７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１６３０４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０３１６１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１０／０３３２１５３（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０６Ｑ １０／００－９９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
建設機械に取り付けられたセンサの出力に基づいて前記建設機械の複数の部位に作用する応力を算出する応力演算部と、前記応力に基づいて各々の前記部位の累積損傷度を算出する損傷度演算部と、
前記累積損傷度に重み付けがされた疲労インデックス値を各々の前記部位に対して算出するインデックス値演算部と、
を備えることを特徴とする疲労管理システム。
【請求項2】
前記センサは、前記建設機械に作用する力を検出する力センサと、前記建設機械の姿勢を検出する姿勢センサとを含むことを特徴とする請求項１に記載の疲労管理システム。【請求項3】
異なる複数の前記重み付けがされた疲労インデックス値または前記重み付けのための数値の中から前記部位ごとに一つの前記疲労インデックス値または前記重み付けのための数値を選択するための条件が記憶された記憶部を備え、前記インデックス値演算部は、前記部位ごとに前記条件に応じた一つの前記疲労インデックス値または前記重み付けのための数値を選択することを特徴とする請求項１に記載の疲労管理システム。
【請求項4】
前記記憶部は、前記条件として各々の前記部位に作用する実際の応力と前記応力演算部によって算出される前記応力との一致度が記憶されるとともに、該一致度のしきい値と、前記累積損傷度の増加にともなって前記疲労インデックス値を増加させる第１のマップと、前記累積損傷度の増加にともなって前記疲労インデックス値を前記第１のマップよりも早期に増加させる第２のマップと、が記憶され、前記インデックス値演算部は、各々の前記部位について、前記一致度が前記しきい値以上である場合に前記第１のマップを選択し、前記一致度が前記しきい値よりも低い場合に前記第２のマップを選択することを特徴とする請求項３に記載の疲労管理システム。
【請求項5】
前記建設機械の各々の前記部位と前記疲労インデックス値とを関連付けた画像を生成する画像生成部と、前記画像を表示する画像表示装置と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の疲労管理システム。【請求項6】
複数の前記建設機械とデータ通信を行うサーバと、該サーバに接続された記憶装置と、前記サーバとデータ通信を行う情報端末と、を備え、前記情報端末は、前記疲労インデックス値の時系列データに基づいて疲労度を比較する比較部を有することを特徴とする請求項１に記載の疲労管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、建設機械の疲労管理システムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来から作業内容および作業環境と、稼働中のショベルとの組み合わせの不適合（ミスマッチ）の検出を支援するショベル支援装置に関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。この従来の発明は、稼働中のショベルが、現在の作業内容や作業環境に適合しているか否かを精度よく判別することが可能となるショベル支援装置を提供することを目的としている。
【0003】
上記従来の発明の一観点によると、画像を表示する表示画面と、前記表示画面に画像を表示する処理装置とを有するショベル支援装置が提供される（同文献、請求項１、第０００５段落等を参照）。前記処理装置は、評価対象のショベルの部品に蓄積された累積損傷度の評価値の時刻歴を取得する。また、前記処理装置は、累積損傷度の前記評価値を、評価対象の前記ショベルがミスマッチ状態であるか否かを判定するための、稼働時間とともに増加する判定閾値と比較する。そして、前記処理装置は、前記評価値が前記判定閾値を超えている場合に、評価対象の前記ショベルがミスマッチ状態であることを通知する。
【0004】
前記累積損傷度の算出には、記憶装置に格納されている現時点までの稼働情報または累積損傷度等が利用される。累積損傷度は、たとえば、部品の各評価箇所に加わる応力波形を、累積疲労損傷則に基づいて解析することにより求めることができる（同文献、第００２４段落等を参照）。具体的には、累積損傷度は、たとえば、以下のように求められている（同文献、第００６４段落－第００７６段落等を参照）。
【0005】
まず、ショベルによって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、および旋回角センサから取得する。次に、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。次に、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。
【0006】
次に、各部品の評価点ごとに、１周期の動作期間中に蓄積される損傷度である単周期損傷度を算出する。次に、管理対象のショベルの機体ごと、および部品ごとに、機体の稼働開始時点から現時点までの単周期損傷度の総和である累積損傷度を算出することで、部品の累積損傷度の分布を算出する。次に、求められた累積損傷度が、機体番号等の情報と関連付けられて、記憶装置に記憶される。このようにして、ショベルの機体ごと、および部品の評価箇所ごとに、累積損傷度が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特開２０１６－００３４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
前記従来のショベル支援装置において用いられている累積損傷度は、経験則である線形累積損傷則に基づくものであり、１に達したときに物体が疲労破壊に至ると仮定するものである。しかし、累積損傷度は本質的にばらつきを含む値であり、実際には、累積損傷度が１に達する前に物体が疲労破壊に至ったり、累積損傷度が１を超えても物体が疲労破壊に至らなかったりする。そのため、前記従来のショベル支援装置のように、累積損傷度をそのまま用いると、ショベルの部位ごとの点検タイミングを適切に設定することができない。
【0009】
本開示は、建設機械の部位ごとの疲労を従来よりも精度よく管理することが可能な疲労管理システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本開示の一態様は、建設機械の一部に取り付けられたセンサの出力に基づいて前記建設機械の複数の部位に作用する応力を算出する応力演算部と、前記応力に基づいて各々の前記部位の累積損傷度を算出する損傷度演算部と、前記累積損傷度に重み付けがされた疲労インデックス値を各々の前記部位に対して算出するインデックス値演算部と、を備えることを特徴とする疲労管理システムである。
【発明の効果】
【0011】
本開示によれば、疲労インデックス値を用いることで、建設機械の部位ごとの疲労を従来よりも精度よく管理することが可能な疲労管理システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本開示に係る疲労管理システムの適用例を示すブロック図。
【図2】本開示に係る疲労管理システムの一実施形態を示すブロック図。
【図5A】作業機械の各部位の累積損傷度と疲労インデックス値の関係の一例。
【図5B】作業機械の各部位の累積損傷度と疲労インデックス値の関係の一例。
【図5C】作業機械の各部位の累積損傷度と疲労インデックス値の関係の一例。
【図5D】作業機械の各部位の累積損傷度と疲労インデックス値の関係の一例。
【図8】建設機械の疲労インデックス値の時系列データの一例を示すグラフ。
【図9】複数の建設機械の疲労インデックス値の時系列データの一例を示すグラフ。
【図10】本開示の疲労管理システムの管理対象の一例であるダンプトラックの側面図。
【図11】疲労管理システムのモニタ画像の一例を示す画像図。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、図面を参照して本開示に係る疲労管理システムの一実施形態を説明する。
【0014】
図１は、本開示に係る疲労管理システムの適用例を示すブロック図である。図２は、本開示に係る疲労管理システムの一実施形態を示すブロック図である。図３は、建設機械の一例である油圧ショベル１０の側面図である。図４は、図３に示す油圧ショベル１０の油圧駆動装置１７の構成の一例を示すブロック図である。
【0015】
詳細については後述するが、本実施形態に係る疲労管理システムＳは、次の構成を主な特徴としている。疲労管理システムＳは、建設機械の一部に取り付けられたセンサ１８（図２参照）の出力に基づいて、その建設機械の複数の部位に作用する応力を算出する応力演算部Ｓ１を備えている。また、疲労管理システムＳは、応力演算部Ｓ１が算出した応力に基づいて、建設機械の各々の部位の累積損傷度を算出する損傷度演算部Ｓ２を備えている。さらに、疲労管理システムＳは、損傷度演算部Ｓ２が算出した累積損傷度に重み付けがされた疲労インデックス値を、建設機械の各々の部位に対して算出するインデックス値演算部Ｓ３を備える。
【0016】
疲労管理システムＳの管理対象である建設機械は、特に限定はされないが、たとえば、油圧ショベル１０である。油圧ショベル１０は、たとえば、鉱山で使用される超大型油圧ショベルである。以下では、まず本実施形態の疲労管理システムＳの管理対象である油圧ショベル１０の構成の一例を説明し、次に本実施形態の疲労管理システムＳの各部の構成を詳細に説明する。
【0017】
（油圧ショベル）
油圧ショベル１０は、たとえば、図３に示すように、下部走行体１１と、上部旋回体１２と、キャブ１３と、フロント作業機１４と、コントローラ１５と、を備えている。また、油圧ショベル１０は、図２に示すセンサ１８、送信機１９Ａ、およびモニタ１９Ｂと、図４に示す操作レバー装置１３ａおよび油圧駆動装置１７と、を備えている。以下の説明では、油圧ショベル１０の前後方向に平行なＸ軸、油圧ショベル１０の幅方向平行なＹ軸、油圧ショベル１０の高さ方向に平行なＺ軸からなる三次元の直交座標系を参照しながら、油圧ショベル１０の各部を説明する場合がある。
油圧ショベル１０は、たとえば、図３に示すように、下部走行体１１と、上部旋回体１２と、キャブ１３と、フロント作業機１４と、コントローラ１５と、を備えている。また、油圧ショベル１０は、図２に示すセンサ１８、送信機１９Ａ、およびモニタ１９Ｂと、図４に示す操作レバー装置１３ａおよび油圧駆動装置１７と、を備えている。以下の説明では、油圧ショベル１０の前後方向に平行なＸ軸、油圧ショベル１０の幅方向平行なＹ軸、油圧ショベル１０の高さ方向に平行なＺ軸からなる三次元の直交座標系を参照しながら、油圧ショベル１０の各部を説明する場合がある。
【0018】
下部走行体１１は、たとえば、油圧ショベル１０の幅方向（Ｙ方向）に一対のクローラ式の走行装置１１ａを有している。下部走行体１１は、たとえば、油圧駆動装置１７によって駆動され、油圧ショベル１０を走行させる。
【0019】
上部旋回体１２は、下部走行体１１の上に旋回可能に取り付けられている。上部旋回体１２は、たとえば、図示を省略する油圧モータまたは電動モータによって駆動され、油圧ショベル１０の高さ方向（Ｚ方向）に平行な回転軸を中心に、下部走行体１１に対して旋回する。上部旋回体１２は、たとえば、図示を省略する原動機や、後述する油圧ポンプ、複数の弁等の各種の機器を収容している。
【0020】
キャブ１３は、たとえば、油圧ショベル１０を操作するオペレータが搭乗する運転席が収容された油圧ショベル１０の車室である。キャブ１３は、たとえば、上部旋回体１２の前側の部分の上部に、フロント作業機１４に隣接して設けられている。
【0021】
フロント作業機１４は、たとえば、上部旋回体１２の前側に設けられ、油圧駆動装置１７によって駆動されて掘削作業などの作業を行う。フロント作業機１４は、たとえば、ブーム１４ａと、アーム１４ｂと、バケット１４ｃとを有する。
【0022】
ブーム１４ａの基端部は、たとえば、油圧ショベル１０の幅方向（Ｙ方向）に平行な回転軸を介して、上部旋回体１２に連結されている。ブーム１４ａは、たとえば、アクチュエータによって駆動され、上部旋回体１２に取り付けられた回転軸を中心に所定の角度範囲で回動する。ブーム１４ａを駆動するアクチュエータとしては、たとえば、油圧シリンダ１が用いられる。油圧シリンダ１は、作動油の供給によって駆動される油圧アクチュータである。
【0023】
油圧シリンダ１は、たとえば、シリンダチューブ１ａと、ピストン１ｂと、ロッド１ｃとを有している。油圧シリンダ１は、たとえば、ロッド１ｃがシリンダチューブ１ａの片側に突出する片ロッド型の油圧シリンダである。ブーム１４ａを駆動する油圧シリンダ１は、たとえば、ブームシリンダ１Ａと称される場合もある。
【0024】
ブームシリンダ１Ａにおいて、シリンダチューブ１ａの一端は、たとえばブーム１４ａの中間部に油圧ショベル１０の幅方向（Ｙ方向）に平行な回転軸を介して連結されている。また、ピストン１ｂは、シリンダチューブ１ａに収容され、シリンダチューブ１ａの内周面に沿ってロッド１ｃの軸方向に滑動する。ロッド１ｃの一端は、シリンダチューブ１ａの内部でピストン１ｂに連結されている。ブームシリンダ１Ａにおいて、ロッド１ｃの他端は、シリンダチューブ１ａの内部から外部へ延び、たとえば、油圧ショベル１０の幅方向（Ｙ方向）に平行な回転軸を介して、上部旋回体１２に連結されている。
【0025】
アーム１４ｂの基端部は、たとえば、油圧ショベル１０の幅方向（Ｙ方向）に平行な回転軸を介してブーム１４ａの先端部に連結されている。アーム１４ｂは、たとえば、アクチュエータによって駆動され、ブーム１４ａに取り付けられた回転軸を中心に所定の角度範囲で回動する。アーム１４ｂを駆動するアクチュエータとしては、たとえば、ブームシリンダ１Ａと同様の油圧シリンダ１が用いられる。アーム１４ｂを駆動する油圧シリンダ１は、たとえば、アームシリンダ１Ｂと称される場合もある。
【0026】
アームシリンダ１Ｂにおいて、シリンダチューブ１ａの一端は、たとえばブーム１４ａの中間部に油圧ショベル１０の幅方向（Ｙ方向）に平行な回転軸を介して連結されている。アームシリンダ１Ｂにおいて、ピストン１ｂに連結されたロッド１ｃの一端と反対側のロッド１ｃの他端は、油圧ショベル１０の幅方向（Ｙ方向）に平行な回転軸を介して、アーム１４ｂの基端部に連結されている。アームシリンダ１Ｂのロッド１ｃは、たとえば、ブーム１４ａの先端よりも、アーム１４ｂの基端側に連結されている。
【0027】
バケット１４ｃの基端部は、たとえば、油圧ショベル１０の幅方向（Ｙ方向）に平行な回転軸を介してアーム１４ｂの先端部に連結されている。バケット１４ｃは、たとえば、アクチュエータによって駆動され、アーム１４ｂに取り付けられた回転軸を中心に所定の角度範囲で回動する。バケット１４ｃを駆動するアクチュエータとしては、たとえば、ブームシリンダ１Ａと同様の油圧シリンダ１が用いられる。バケット１４ｃを駆動する油圧シリンダ１は、たとえば、バケットシリンダ１Ｃと称される場合もある。
【0028】
バケットシリンダ１Ｃにおいて、シリンダチューブ１ａの一端は、たとえばアーム１４ｂの基端部に、油圧ショベル１０の幅方向（Ｙ方向）に平行な回転軸を介して連結されている。バケットシリンダ１Ｃにおいて、ピストン１ｂに連結されたロッド１ｃの一端と反対側のロッド１ｃの他端は、たとえば、リンクを介してバケット１４ｃの基端部に連結されている。リンクは、たとえば、油圧ショベル１０の幅方向（Ｙ方向）に平行な回転軸を介して、ロッド１ｃに連結されている。
【0029】
コントローラ１５は、たとえば、上部旋回体１２に収容され、キャブ１３に設けられた操作レバー装置１３ａの操作に基づくパイロット圧や、油圧ショベル１０に搭載されたセンサ１８からの信号に基づいて、油圧駆動装置１７を制御する。コントローラ１５は、たとえば、中央演算処理装置などの演算部１５ａ、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶部１５ｂ、その記憶部１５ｂに記憶されたプログラム、および信号の入出力を行う入出力部を含むコンピュータユニットである。
【0030】
コントローラ１５の演算部１５ａ、記憶部１５ｂ、プログラム、および入出力部は、疲労管理システムＳの応力演算部Ｓ１、損傷度演算部Ｓ２、およびインデックス値演算部Ｓ３を構成する。これら応力演算部Ｓ１、損傷度演算部Ｓ２、およびインデックス値演算部Ｓ３の詳細については、後述する。本実施形態において、疲労管理システムＳの応力演算部Ｓ１、損傷度演算部Ｓ２、およびインデックス値演算部Ｓ３は、たとえば、油圧駆動装置１７を制御するコントローラ１５に設けられるが、コントローラ１５とは別に設けることもできる。コントローラ１５は、たとえば、コントロールエリアネットワーク（ＣＡＮ）などのネットワークを介して、センサ１８、送信機１９Ａ、およびモニタ１９Ｂに接続されている。
【0031】
油圧駆動装置１７は、たとえば、油圧シリンダ１と、油圧ポンプ２と、パイロットポンプ３と、ボトム圧センサ４ａと、操作圧センサ４ｂと、作動油タンク５と、エンジン６と、を備えている。また、油圧駆動装置１７は、たとえば、方向制御弁Ｖ１と、可変絞りＶ２と、可変絞り制御弁Ｖ３と、を備えている。なお、油圧ショベル１０は、たとえば、ブームシリンダ１Ａとアームシリンダ１Ｂとバケットシリンダ１Ｃの三つの油圧シリンダ１を備えている。しかし、各油圧シリンダ１の構成は、同様である。そのため、図２では、一つの油圧シリンダ１を図示し、他の二つの油圧シリンダ１の図示を省略する。
【0032】
油圧シリンダ１は、前述のように、シリンダチューブ１ａと、ピストン１ｂと、ロッド１ｃを備えている。シリンダチューブ１ａの内部は、ピストン１ｂによって、シリンダチューブ１ａの基端側に位置するボトム側油室１ｅと、シリンダチューブ１ａの先端側に位置するロッド側油室１ｆとに区画されている。
【0033】
油圧シリンダ１は、ボトム側油室１ｅに作動油が供給されることで、ピストン１ｂがシリンダチューブ１ａの先端側に移動し、ロッド側油室１ｆから作動油が排出され、ロッド１ｃが伸長する。また、油圧シリンダ１は、ロッド側油室１ｆに作動油が供給されることで、ピストン１ｂがシリンダチューブ１ａの基端側に移動し、ボトム側油室１ｅから作動油が排出され、ロッド１ｃが収縮する。
【0034】
より具体的には、ブームシリンダ１Ａは、ロッド１ｃを伸長させることで、ブーム１４ａの基端部に設けられた回転軸を中心にブーム１４ａを回動させ、ブーム１４ａの先端を油圧ショベル１０の高さ方向（Ｚ方向）の上方側へ移動させる。また、ブームシリンダ１Ａは、ロッド１ｃを収縮させることで、ブーム１４ａの基端部に設けられた回転軸を中心にブーム１４ａを回動させ、ブーム１４ａの先端を油圧ショベル１０の高さ方向（Ｚ方向）の下方側へ移動させる。
【0035】
また、アームシリンダ１Ｂは、ロッド１ｃを伸長させることで、アーム１４ｂの基端部に設けられた回転軸を中心にアーム１４ｂを回動させ、アーム１４ｂの先端を油圧ショベル１０の高さ方向（Ｚ方向）の下方側へ移動させる。また、アームシリンダ１Ｂは、ロッド１ｃを収縮させることで、アーム１４ｂの基端部に設けられた回転軸を中心にアーム１４ｂを回動させ、アーム１４ｂの先端を油圧ショベル１０の高さ方向（Ｚ方向）の上方側へ移動させる。
【0036】
また、バケットシリンダ１Ｃは、ロッド１ｃを伸長させることで、バケット１４ｃの基端部に設けられた回転軸を中心にバケット１４ｃを回動させ、バケット１４ｃの先端を油圧ショベル１０の高さ方向（Ｚ方向）の上方側へ移動させる。また、バケットシリンダ１Ｃは、ロッド１ｃを収縮させることで、バケット１４ｃの基端部に設けられた回転軸を中心にアーム１４ｂを回動させ、バケット１４ｃの先端を油圧ショベル１０の高さ方向（Ｚ方向）の下方側へ移動させる。
【0037】
油圧ポンプ２は、たとえば、斜板式、ラジアルピストン式または斜軸式の可変容量型の油圧ポンプである。油圧ポンプ２は、エンジン６によって回転駆動される。油圧ポンプ２は、たとえば、斜板または斜軸等からなる容量可変部２ａと、その容量可変部２ａを駆動する容量可変機構２ｂとを有している。容量可変機構２ｂは、コントローラ１５の指令に基づいて容量可変部２ａを駆動する。これにより、容量可変部２ａの傾転角が変化し、油圧ポンプ２のポンプ容量を増減することができる。油圧ポンプ２は、吐出管路に圧油を吐出する。吐出管路は、方向制御弁Ｖ１よりも上流側で、センタバイパス管路と分岐管路とに分岐する。
【0038】
パイロットポンプ３は、たとえば、固定容量型の油圧ポンプである。パイロットポンプ３も、エンジン６によって回転駆動される。パイロットポンプ３は、作動油タンク５と共にパイロット油圧源を構成する。パイロットポンプ３は、パイロット管路にパイロット圧油を吐出する。パイロット管路は、操作レバー装置１３ａよりも上流側で、可変絞り制御弁Ｖ３側にパイロット圧油を供給するための絞り用パイロット管路が分岐している。
【0039】
方向制御弁Ｖ１は、油圧ポンプ２から油圧シリンダ１に供給する圧油を切換え、油圧シリンダ１に対する圧油の供給と排出を制御する。方向制御弁Ｖ１は、６ポート３位置の油圧パイロット式方向制御弁により構成されている。方向制御弁Ｖ１は、吐出管路を介して油圧ポンプ２と接続され、センタバイパス管路および戻り管路を介して作動油タンク５と接続されている。さらに、方向制御弁Ｖ１は、ボトム側管路を介して油圧シリンダ１のボトム側油室１ｅと接続され、ロッド側管路を介して油圧シリンダ１のロッド側油室１ｆと接続されている。
【0040】
可変絞りＶ２は、センタバイパス管路の途中で方向制御弁Ｖ１より下流側に設けられている。可変絞りＶ２は、方向制御弁Ｖ１より下流側でセンタバイパス管路の流路面積を可変に絞る。可変絞りＶ２は、可変絞り制御弁Ｖ３から供給されるパイロット圧油によって制御される。可変絞りＶ２は、可変絞り制御弁Ｖ３のパイロット圧が大きくなる程、流路面積が小さくなり、パイロット圧が小さくなる程、流路面積が大きくなる。可変絞り制御弁Ｖ３のパイロット圧は、コントローラ１５によって可変に制御される。
【0041】
ボトム圧センサ４ａは、油圧シリンダ１のボトム側油室１ｅの圧油の圧力を検出する圧力センサである。ボトム圧センサ４ａは、たとえば、ボトム側油室１ｅまたはボトム側管路の圧力を検出する。ボトム圧センサ４ａは、信号線を介してコントローラ１５と接続され、検出したボトム側油室１ｅの圧力に対応する検出信号をコントローラ１５に出力する。
【0042】
操作圧センサ４ｂは、操作レバー装置１３ａの操作量を検出する圧力センサである。操作圧センサ４ｂは、たとえば、下げ側パイロット管路に設けられている。操作圧センサ４ｂは、下げ側パイロット管路の油圧、すなわち、ブーム下げのパイロット圧を検出する。操作圧センサ４ｂは、信号線を介してコントローラ１５と接続され、ブーム下げ操作量に対応するブーム下げのパイロット圧を検出する。操作圧センサ４ｂは、ブーム下げのパイロット圧に対応する検出信号をコントローラ１５に出力する。
【0043】
センサ１８は、油圧ショベル１０の一部に取り付けられ、物理量を検出してコントローラ１５に出力する。より具体的には、センサ１８は、たとえば、建設機械である油圧ショベル１０に作用する力を検出する力センサと、油圧ショベル１０の姿勢を検出する姿勢センサとを含む。図２に示す例において、センサ１８は、力センサとして油圧センサ１８ｂを含み、姿勢センサとして、角度センサ１８ａ、角速度センサ１８ｃ、加速度センサ１８ｄ、傾斜角センサ１８ｅ、および、不図示のストロークセンサを含む。ストロークセンサは、ブームシリンダ１Ａ、アームシリンダ１Ｂ、およびバケットシリンダ１Ｃのそれぞれのストロークを検出する。
【0044】
油圧センサ１８ｂは、たとえば、油圧シリンダ１のボトム側油室１ｅの作動油の圧力を検出する圧力センサである。より具体的には、油圧センサ１８ｂは、ブームシリンダ１Ａと、アームシリンダ１Ｂと、バケットシリンダ１Ｃのそれぞれのボトム側油室１ｅの作動油の圧力を検出する圧力センサである。なお、油圧センサ１８ｂは、たとえば、前述のボトム圧センサ４ａであってもよい。また、油圧センサ１８ｂは、下部走行体１１、上部旋回体１２が油圧モータによって駆動される場合には、その油圧モータの作動油の圧力を検出する。
【0045】
角度センサ１８ａは、たとえば、建設機械の各部の角度を検出するセンサである。具体的には、角度センサ１８ａは、たとえば、油圧ショベル１０の上部旋回体１２と、フロント作業機１４の各部の角度を検出するセンサである。より詳細には、角度センサ１８ａは、たとえば、上部旋回体１２の回転軸と、ブーム１４ａの基端部の回転軸と、アーム１４ｂの基端部の回転軸と、およびバケット１４ｃの基端部の回転軸に、それぞれ設けられている。角度センサ１８ａは、たとえば、下部走行体１１に対する上部旋回体１２の回転角と、上部旋回体１２に対するブーム１４ａの回転角と、ブーム１４ａに対するアーム１４ｂの回転角と、アーム１４ｂに対するバケット１４ｃの回転角を検出する。角速度センサ１８ｃは、たとえば、上部旋回体１２、ブーム１４ａ、アーム１４ｂ、およびバケット１４ｃのそれぞれに取り付けられ、上部旋回体１２、ブーム１４ａ、アーム１４ｂ、およびバケット１４ｃのそれぞれの角速度を検出する。加速度センサ１８ｄは、たとえば、上部旋回体１２、ブーム１４ａ、アーム１４ｂ、およびバケット１４ｃのそれぞれに取り付けられ、上部旋回体１２、ブーム１４ａ、アーム１４ｂ、およびバケット１４ｃのそれぞれの加速度を検出する。傾斜角センサ１８ｅは、たとえば、上部旋回体１２、ブーム１４ａ、アーム１４ｂ、およびバケット１４ｃのそれぞれに取り付けられ、上部旋回体１２、ブーム１４ａ、アーム１４ｂ、およびバケット１４ｃのそれぞれの傾斜角を検出する。
【0046】
送信機１９Ａは、たとえば、コントローラ１５に接続され、コントローラ１５から出力された疲労インデックス値を送信する。より具体的には、送信機１９Ａは、たとえば、通信衛星１７０、基地局１８０、および回線網１９０を介して、サーバ１４０に疲労インデックス値を送信する。また、送信機１９Ａは、たとえば無線通信によって、情報端末１６０である顧客端末１６０Ａに疲労インデックス値を送信する。また、送信機１９Ａは、たとえば、油圧ショベル１０の識別情報を送信してもよい。また、油圧ショベル１０が、たとえば全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）などの測位装置を備える場合、送信機１９Ａは、油圧ショベル１０の位置情報を送信してもよい。
【0047】
モニタ１９Ｂは、たとえば、キャブ１３内に配置された液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置などの表示装置である。モニタ１９Ｂは、たとえば、タッチパネルなどの入力装置を含んでもよい。モニタ１９Ｂは、たとえば、コントローラ１５から出力された疲労インデックス値と油圧ショベル１０の各部品の複数の部位を関連付けた画像を表示する。
【0048】
以上の構成により、油圧ショベル１０は、オペレータが操作レバー装置１３ａを操作すると、パイロットポンプ３からの圧油により方向制御弁Ｖ１が動き、油圧ポンプ２の圧油が油圧シリンダ１のボトム側油室１ｅまたはロッド側油室１ｆに導かれる。これにより、油圧ショベル１０は、前述のように、操作レバー装置１３ａの操作量に応じて、ブームシリンダ１Ａ、アームシリンダ１Ｂ、およびバケットシリンダ１Ｃのそれぞれのロッド１ｃを伸縮させ、ブーム１４ａ、アーム１４ｂ、およびバケット１４ｃの各部を操作することができる。
【0049】
また、コントローラ１５は、操作レバー装置１３ａからの操作信号に応じて、下部走行体１１と上部旋回体１２との間の油圧モータまたは電動モータを制御する。これにより、油圧ショベル１０は、操作レバー装置１３ａの操作量に応じて、上部旋回体１２を下部走行体１１に対して旋回させることができる。
【0050】
（疲労管理システム）
次に、本実施形態の疲労管理システムＳの各部の構成を詳細に説明する。本実施形態の疲労管理システムＳは、前述の応力演算部Ｓ１と、損傷度演算部Ｓ２と、インデックス値演算部Ｓ３とに加えて、たとえば、サーバ１４０と、記憶装置１５０と、情報端末１６０と、を備えている。
次に、本実施形態の疲労管理システムＳの各部の構成を詳細に説明する。本実施形態の疲労管理システムＳは、前述の応力演算部Ｓ１と、損傷度演算部Ｓ２と、インデックス値演算部Ｓ３とに加えて、たとえば、サーバ１４０と、記憶装置１５０と、情報端末１６０と、を備えている。
【0051】
本実施形態の疲労管理システムＳを構成する応力演算部Ｓ１、損傷度演算部Ｓ２およびインデックス値演算部Ｓ３は、たとえば、図２および図３に示すように、建設機械に搭載されたコントローラ１５によって構成することができる。なお、疲労管理システムＳを構成する応力演算部Ｓ１、損傷度演算部Ｓ２およびインデックス値演算部Ｓ３は、必ずしも建設機械に搭載する必要はない。たとえば、図１に示すサーバ１４０および記憶装置１５０によって、応力演算部Ｓ１、損傷度演算部Ｓ２およびインデックス値演算部Ｓ３を構成することも可能である。
【0052】
応力演算部Ｓ１は、前述のように、建設機械の一部に取り付けられたセンサ１８の出力に基づいて建設機械の複数の部位に作用する応力を算出する。より具体的には、応力演算部Ｓ１は、たとえば、油圧ショベル１０のブーム１４ａ、アーム１４ｂ、およびバケット１４ｃに取り付けられたセンサ１８の出力に基づいて、ブーム１４ａ、アーム１４ｂ、およびバケット１４ｃのそれぞれの複数の部位に作用する応力を算出する。特に限定されないが、たとえば、各部品に対して数十点から数百点の部位を設定することができる。
【0053】
応力演算部Ｓ１による応力の算出方法の一例は、次のとおりである。図２に示すように、応力演算部Ｓ１は、たとえば、記憶部１５ｂにあらかじめ記憶された応力演算式を用いて、油圧ショベル１０を構成する各々の部品の複数の部位の各々に作用する応力を算出する。応力演算式は、たとえば、センサ１８の出力と、油圧ショベル１０を構成する部品の複数の部位の各々に作用する応力との関係を示す式である。応力演算式は、たとえば、重回帰式や機械学習を使った回帰式等を用いて、油圧ショベル１０を構成する部品の各々の部位についてあらかじめ求め、記憶部１５ｂに記憶させておく。
【0054】
応力演算式の一例を、以下の式（１）～（３）に示す。式（１）～（３）において、σ1、σ2、…は、油圧ショベル１０を構成する部品の複数の部位の各々に作用する応力である。また、式（１）～（３）において、ｓ１、ｓ2、…は、センサ１８の出力であり、Ｍ、ＮおよびＡは、各々の部位の特性に基づく定数であり、ｔは時刻である。このように、あらかじめ応力演算式を求めておくことで、センサ１８の出力に基づいて、油圧ショベル１０を構成する部品の多数の部位の各々に作用する応力および時刻歴応力波形を、単純な演算によって容易に求めることができる。
【0055】
【数1】
【0056】
【数2】
【0057】
【数3】
【0058】
また、応力演算部Ｓ１は、たとえば、図２に示す加速度センサ１８ｄまたはジャイロセンサおよび角度センサ１８ａで再現された姿勢の油圧ショベル１０における各部位の応力を、以下の式（４）に基づいて算出してもよい。
【0059】
【数4】
【0060】
なお、上記の式（４）において、[M]は、質量マトリックスであり、[C]は、減衰マトリックスであり、[K]は剛性マトリックスであり、{u}は変位マトリックスである。{F}は、たとえば、油圧シリンダ１の圧力、上部旋回体１２の旋回圧、下部走行体１１の油圧モータ圧など、構造物に作用する外力である。
【0061】
損傷度演算部Ｓ２は、応力演算部Ｓ１によって算出された各々の部位に作用する応力に基づいて各々の部位の累積損傷度Ｄを算出する。より具体的には、損傷度演算部Ｓ２は、油圧ショベル１０の各部品の各々の部位に作用する時刻歴応力波形と、応力振幅と繰り返し数のＳ‐Ｎ線図とに基づいて、各部品の各々の部位の累積損傷度Ｄを算出する。累積損傷度Ｄは、たとえば、レンジペア法、ピークバレー法、レインフロー法などによる時刻歴応力波形の頻度解析の後に、以下の式（５）に示すマイナー則や、修正マイナー則によって算出することができる。
【0062】
【数5】
【0063】
インデックス値演算部Ｓ３は、損傷度演算部Ｓ２によって算出された累積損傷度Ｄに重み付けがされた疲労インデックス値を、油圧ショベル１０の各部品の各々の部位に対して算出する。疲労インデックス値は、たとえば、油圧ショベル１０の各部品の各々の部位について算出された累積損傷度に対し、各々の油圧ショベル１０、各部品および各々の部位についての使用環境、材料特性、およびその他の条件に応じた重み付けを行うことで得られる、疲労度を示す指数であり、たとえば１から増加する整数で表される。
【0064】
図５Ａ～図５Ｄに、油圧ショベル１０の各部品の各々の部位における累積損傷度Ｄから疲労インデックス値を求める例を説明する。この例では、累積損傷度Ｄの大きさに応じて重み付けの条件がそれぞれ異なるように設定された複数のマップ（Ａ）～（Ｄ）を設け、そのマップ（Ａ）～（Ｄ）から一つのマップを選択して、その選択されたマップから累積損傷度Ｄに基づいて疲労インデックス値ｉを求めるものである。疲労インデックス値ｉのマップの例を（Ａ）～（Ｄ）に示す。図において累積損傷度Ｄが０．０～０．３５未満の範囲を低範囲、０.３５～０．６５未満の範囲を中範囲、０．６５以上を高範囲とし、この場合の疲労インデックス値ｉは、指数を所定のレベル表示したものでＬｖ.１＜Ｌｖ.２＜Ｌｖ.３＜Ｌｖ.４＜Ｌｖ．５とする。図５Ａのマップ（Ａ）は累積損傷度Ｄが低範囲にあるときには、累積損傷度Ｄが増加しても疲労インデックス値は変化せず、一定のＬｖ．１値とし、中範囲にあるときには、累積損傷度Ｄの増加に応じて疲労インデックス値をＬｖ．２、Ｌｖ．３、Ｌｖ．４に増加させ、累積損傷度Ｄが高範囲にあるときには累積損傷度Ｄが増加しても変化せず、一定のＬｖ．５とする例である。また図５Ｂのマップ（Ｂ）は、累積損傷度Ｄが低範囲にあるときには、累積損傷度Ｄの増加に応じて疲労インデックス値ｉをＬｖ．１、Ｌｖ２、Ｌｖ．３と増加させ、中範囲にあるときには累積損傷度Ｄが増加しても疲労インデックス値ｉは一定のＬｖ４とし、累積損傷度Ｄが高範囲にあるときには、累積損傷度Ｄが増加しても疲労インデックス値は変化せず、一定のＬｖ．５とする例である。また図５Ｃのマップ（Ｃ）は、累積損傷度Ｄが低範囲および中範囲にあるときには、累積損傷度Ｄが増加しても疲労インデックス値は変化せず、一定のＬｖ．１とし、高範囲では、累積損傷度Ｄの増加に応じて疲労インデックス値ｉをＬｖ．２、Ｌｖ．３、Ｌｖ．４、Ｌｖ．５と増加させる例である。また図５Ｄのマップ（Ｄ）は、累積損傷度Ｄが低範囲～高範囲にかけて累積損傷度Ｄが０．２～０．２５増加する毎に疲労インデックス値ｉをＬｖ．１、Ｌｖ．２、Ｌｖ．３、Ｌｖ．４、Ｌｖ．５と増加させる例であり、さらにマップ（Ａ），（Ｂ）は、比較的早期に疲労インデックス値を増加させる例、マップ（Ｃ），（Ｄ）は累積損傷度Ｄの増加に応じて疲労インデックス値を増加させる例である。そして前述のように、記憶部１５ｂは、たとえば、異なる複数の重み付けされたマップ（Ａ）から（Ｄ）の中から、作業機械である油圧ショベル１０の各部品の部位ごとに、マップを選択するための条件が記憶されている。インデックス値演算部Ｓ３は、各々の油圧ショベル１０の各部品の部位ごとに、記憶部１５ｂに記憶された条件に応じてマップ（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）または（Ｄ）のうちのいずれか選択する。そして、インデックス値演算部Ｓ３は、損傷度演算部Ｓ２によって算出された累積損傷度Ｄから選択されたマップから疲労インデックス値ｉを、Ｌｖ．１～Ｌｖ．５として各々の油圧ショベル１０の各部品の各々の部位に対して算出する。以下、この記憶部１５ｂに記憶された条件と、その条件に基づくマップ（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）または（Ｄ）の選択について、いくつかの例を説明する。
【0065】
マップ選択の第１の例では、センサ１８の検出結果から演算により得られた各部品の各々の部位に作用する応力と、各部品の各々の部位に実際に作用する応力との一致度の条件に応じて、各部品の各部位に対するマップ（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）または（Ｄ）を選択する。演算により得られた応力と実際の応力との一致度は、たとえば、油圧ショベル１０などの作業機械の作業履歴から経験的に得られたものでもよく、作業機械の各部品の各々の部位にひずみゲージなどの応力センサを取りつけることによって予め実験的に取得された実際の応力と上記演算により得られた応力との比較に基づくものであってもよい。後者の場合、演算による応力と実際の応力との一致度は、たとえば、決定係数Ｒ２に基づいて求めることができる。一致度の条件は、たとえば、決定係数Ｒ２がしきい値である０．８以上の場合に最高精度とし、決定係数Ｒ２が０．８未満の所定のしきい値を設定して、高精度、中精度、および低精度の各条件に分類するなど、決定係数Ｒ２に基づいていくつかの条件に分類することが可能である。
【0066】
記憶部１５ｂは、たとえば、重み付けの異なる複数のマップ（Ａ）から（Ｄ）の中から作業機械の各部品の部位ごとに一つのマップ（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）または（Ｄ）を選択するための条件として、油圧ショベル１０の各々の部位に作用する実際の応力と、応力演算部Ｓ１によって算出される応力との一致度の条件が記憶されている。より具体的には、記憶部１５ｂは、たとえば、評価点ごとの一致度の条件として、低精度、中精度、高精度、および最高精度の四条件うちの一条件が記憶されている。また、記憶部１５ｂは、一致度のしきい値と、累積損傷度Ｄの増加にともなって疲労インデックス値ｉを増加させる第１のマップ（Ｃ）および（Ｄ）と、累積損傷度Ｄの増加にともなって疲労インデックス値ｉを第１のマップ（Ｃ）および（Ｄ）よりも早期に増加させる第２のマップ（Ａ）および（Ｂ）と、が記憶されている。インデックス値演算部Ｓ３は、たとえば油圧ショベル１０などの作業機械の各部品の各々の部位の疲労インデックス値ｉの算出時に、記憶部１５ｂに記憶された当該部位についての演算された応力と実際の応力との一致度の条件を参照する。そして、インデックス値演算部Ｓ３は、当該部位の一致度が、低精度、中精度、高精度、最高精度の四条件のいずれであるかを判定する。なお、一致度の条件は、たとえば低精度と高精度の二条件の分類であってもよく、低精度、中精度、高精度の三条件であってもよく、五条件以上であってもよい。
【0067】
また、インデックス値演算部Ｓ３は、判定した一致度の条件に応じて、作業機械の各部品の各々の部位の累積損傷度の重み付けとして、たとえば図５Ａから図５Ｄに示すいずれかのマップ（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）または（Ｄ）を選択する。具体的には、インデックス値演算部Ｓ３は、たとえば、作業機械の各々の部位について、一致度がしきい値以上である場合に、第１のマップ（Ｃ）または（Ｄ）を選択し、一致度がしきい値よりも低い場合に第２のマップ（Ａ）または（Ｂ）を選択する。より具体的には、たとえば、一致度を上記四条件に分類した場合、インデックス値演算部Ｓ３は、疲労インデックス値の演算時に選択したある部位の一致度の条件が低精度であれば、図５Ｂに示すマップ（Ｂ）を選択する。これにより、当該部位の疲労インデックス値ｉは、比較的に累積損傷度Ｄが低い段階から上昇を始める。また、インデックス値演算部Ｓ３は、たとえば選択した部位の一致度の条件が、中精度であれば、図５Ａに示すマップ（Ａ）を選択し、高精度であれば、図５Ｄに示すマップ（Ｄ）を選択し、より高精度すなわち最高精度であれば、図５Ｃに示すマップ（Ｃ）を選択する。これにより、当該部位の一致度が上昇するほど、累積損傷度の増加にともなう疲労インデックス値ｉの上昇が緩やかになる。
【0068】
すなわち、インデックス値演算部Ｓ３は、選択した部位の演算応力と実応力との一致度が最高精度であれば、図５Ｃに示すマップ（Ｃ）のように、累積損傷度Ｄが上昇して破損のリスクが高まってから、疲労インデックス値ｉを急上昇させる。また、インデックス値演算部Ｓ３は、選択した部位の演算応力と実応力との一致度が高精度であれば、図５Ｄのマップ（Ｄ）に示すように、累積損傷度Ｄの上昇とともに疲労インデックス値ｉを徐々に上昇させ、上記一致度がより高精度である場合よりも早期に疲労インデックス値ｉを上昇させる。また、インデックス値演算部Ｓ３は、選択した部位の演算応力と実応力との一致度が中精度であれば、図５Ａに示すマップ（Ａ）のように、累積損傷度Ｄの上昇によって、ある程度、リスクが上昇してから、上記一致度が高精度の場合よりも早期に疲労インデックス値ｉを上昇させる。また、インデックス値演算部Ｓ３は、選択した部位の演算応力と実応力との一致度が低精度であれば、図５Ｂに示すマップ（Ｂ）のように、上記一致度が中精度の場合よりも早期に疲労インデックス値ｉを上昇させて注意を喚起する。
【0069】
マップの選択の第２の例では、破損が生じるリスクに応じたマップ（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）または（Ｄ）を選択する。具体的には、記憶部１５ｂは、たとえば、異なる複数の重み付けの中から作業機械の各部品の部位ごとに一つのマップ（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）または（Ｄ）を選択するための条件として、部位ごとの破損が生じるリスクが、最高リスクと、高リスクと、その他の三条件に分類されて記憶されている。インデックス値演算部Ｓ３は、たとえば油圧ショベル１０などの作業機械の各部品の各々の部位のインデックス値の算出時に、記憶部１５ｂに記憶された各部位のリスクの条件を参照して、当該部位の破損リスクが、最高リスクと、高リスクと、その他のいずれであるかを判定する。なお、破損リスクの条件は、たとえば高リスクとその他の二条件であってもよく、四条件以上であってもよい。
【0070】
また、インデックス値演算部Ｓ３は、判定した破損リスクの条件に応じて、作業機械の各部品の各々の部位の累積損傷度Ｄの重み付けとして、たとえば図５Ａから図５Ｄに示すいずれかのマップ（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）または（Ｄ）を選択する。具体的には、たとえば、破損リスクを上記三条件に分類した場合、インデックス値演算部Ｓ３は、疲労インデックス値ｉの演算時に選択したある部位の破損リスクが最高リスクであれば、図５Ｂに示すマップ（Ｂ）を選択する。これにより、当該部位の疲労インデックス値ｉは、比較的に累積損傷度Ｄが低い段階から上昇を始める。また、インデックス値演算部Ｓ３は、たとえば選択した部位の破損リスクが、高リスクであれば、図５Ａに示すマップ（Ａ）を選択し、その他であれば、図５Ｃまたは図５Ｄに示すマップ（Ｃ）または（Ｄ）を選択する。これにより、当該部位の破損リスクが上昇するほど、累積損傷度Ｄの増加にともなって、疲労インデックス値ｉが早期に上昇する。
【0071】
マップ選択の第３の例では、各々の部位が破損したときの作業機械への影響度に応じたマップ（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）または（Ｄ）を選択する。具体的には、記憶部１５ｂは、たとえば、異なる複数の重み付けの中から作業機械の各部品の部位ごとに一つのマップ（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）または（Ｄ）を選択するための条件として、部位ごとの作業機械への影響度が、たとえば作業機械の稼働が停止する影響度大と、作業機械の稼働停止が懸念される影響度中と、その他の三条件に分類されて記憶されている。インデックス値演算部Ｓ３は、たとえば油圧ショベル１０などの作業機械の各部品の各々の部位の疲労インデックス値ｉの算出時に、記憶部１５ｂに記憶された各部位の作業機械への影響度の条件を参照して、当該部位の影響度が、影響度大と、影響度中と、その他のいずれであるかを判定する。なお、影響度の分類は、たとえば影響度大とその他の二段階の分類であってもよく、四段階以上の分類であってもよい。
【0072】
また、インデックス値演算部Ｓ３は、判定した影響度に応じて、作業機械の各部品の各々の部位の累積損傷度Ｄの重み付けとして、たとえば図５Ａから図５Ｄに示すいずれかのマップ（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）または（Ｄ）を選択する。具体的には、たとえば、影響度を上記三条件に分類した場合、インデックス値演算部Ｓ３は、疲労インデックス値ｉの演算時に選択したある部位の影響度が大であれば、図５Ｂに示すマップ（Ｂ）を選択する。これにより、当該部位の疲労インデックス値は、比較的に累積損傷度が低い段階から上昇を始める。また、インデックス値演算部Ｓ３は、たとえば選択した部位の影響度が中であれば、図５Ａに示すマップ（Ａ）を選択し、その他であれば、図５Ｃまたは図５Ｄに示すマップ（Ｃ）または（Ｄ）を選択する。これにより、当該部位の破損の影響度が増大するほど、累積損傷度の増加にともなって、疲労インデックス値ｉが早期に上昇する。
【0073】
マップ選択の第４の例では、各々の部位が破損したときの作業機械の安全に対する影響に応じたマップ（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）または（Ｄ）を選択する。具体的には、記憶部１５ｂは、たとえば、異なる複数の重み付けの中から作業機械の各部品の部位ごとに一つのマップ（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）または（Ｄ）を選択するための条件として、作業機械の安全に対する影響が、当該部位が安全関連部品や安全関連部位であるか否かの二条件に分類されて記憶されている。インデックス値演算部Ｓ３は、たとえば油圧ショベル１０などの作業機械の各部品の各々の部位の疲労インデックス値ｉの算出時に、記憶部１５ｂに記憶された作業機械の安全に対する影響に関する条件を参照して、当該部位が安全関連部品や安全関連部位であるか否かを判定する。
【0074】
また、インデックス値演算部Ｓ３は、判定した条件に応じて、作業機械の各部品の各々の部位の累積損傷度Ｄの重み付けとして、たとえば図５Ａから図５Ｄに示すいずれかのマップ（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）または（Ｄ）を選択する。具体的には、たとえば、インデックス値演算部Ｓ３は、疲労インデックス値ｉの演算時に選択したある部位が安全関連部品や安全関連部位であれば、図５Ａや図５Ｂに示すマップ（Ａ）や（Ｂ）を選択し、そうでなければ、図５Ｃや図５Ｄに示すマップ（Ｃ）や（Ｄ）を選択する。これにより、当該部位の疲労インデックス値ｉは、当該部位が安全関連部品や安全関連部位であれば、そうでない場合よりも疲労インデックス値ｉが早期に上昇する。
【0075】
マップ選択の第５の例では、各々の部位を含む部品の交換時間や修理時間に応じたマップ（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）または（Ｄ）を選択する。具体的には、記憶部１５ｂは、たとえば、異なる複数の重み付けの中から作業機械の各部品の部位ごとに一つのマップ（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）または（Ｄ）を選択するための条件として、部位ごとの交換・修理難度が、たとえば部品の交換や修理に長期間を要し、さらに作業車両が必要となる難度高と、交換や修理に時間を要するが、作業車両を必要としない難度中と、その他の難度低の三条件に分類されて記憶されている。インデックス値演算部Ｓ３は、たとえば油圧ショベル１０などの作業機械の各部品の各々の部位の疲労インデックス値ｉの算出時に、記憶部１５ｂに記憶された各部位の交換・修理難度を参照して、当該部位を含む部品の交換・修理難度を判定する。なお、交換・修理難度の分類は、たとえば難度高とその他の二段階の分類であってもよく、四段階以上の分類であってもよい。
【0076】
また、インデックス値演算部Ｓ３は、判定した交換・修理難度の条件に応じて、作業機械の各部品の各々の部位の累積損傷度の重み付けとして、たとえば図５Ａから図５Ｄに示すいずれかのマップ（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）または（Ｄ）を選択する。具体的には、たとえば、交換・修理難度を上記三条件に分類した場合、インデックス値演算部Ｓ３は、疲労インデックス値の演算時に選択したある部位の交換・修理難度が高であれば、図５Ｂに示すマップ（Ｂ）を選択する。これにより、当該部位の疲労インデックス値ｉは、比較的に累積損傷度が低い段階から上昇を始める。また、インデックス値演算部Ｓ３は、たとえば選択した部位の交換・修理難度が中であれば、図５Ａに示すマップ（Ａ）を選択し、その他であれば、図５Ｃまたは図５Ｄに示すマップ（Ｃ）または（Ｄ）を選択する。これにより、当該部位の交換・修理難度が上昇するほど、累積損傷度Ｄの増加にともなって、疲労インデックス値が早期に上昇する。
【0077】
また、上記した以外のマップ選択の例として、たとえば鉱山などの作業現場へのアクセスの良し悪し、ユーザへの心理的な影響、車体の使い方や掘削物の影響などの各条件に応じて、図５Ａから図５Ｄのマップ（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）または（Ｄ）を選択するようにしてもよい。
【0078】
サーバ１４０は、複数の建設機械とデータ通信を行う。サーバ１４０は、たとえば、複数の油圧ショベル１０と、通信衛星１７０、基地局１８０、および回線網１９０などを介して、データ通信を行う。回線網１９０は、たとえば、インターネット回線を含む通信回線である。また、サーバ１４０は、たとえば、情報端末１６０である顧客端末１６０Ａと回線網１９０を介して、複数の油圧ショベル１０とデータ通信を行う。
【0079】
記憶装置１５０は、たとえば、回線を介してサーバ１４０に接続されている。記憶装置１５０は、たとえば、インデックス値データベース１５０Ａと、顧客情報データベース１５０Ｂとを含む。インデックス値データベース１５０Ａは、たとえば、複数の建設機械の各々の疲労インデックス値が記憶されている。顧客情報データベース１５０Ｂは、たとえば、複数の個客に関する様々な情報が記憶されている。また、記憶装置１５０は、たとえば前述のように、作業機械である油圧ショベル１０の各部分の各々の部位ごとに、図５Ａから図５Ｄに示す複数のマップ（Ａ）から（Ｄ）の中から一つのマップを選択するための条件が記憶されていてもよい。
【0080】
情報端末１６０は、サーバ１４０とデータ通信を行う。情報端末１６０は、たとえば、顧客端末１６０Ａと、サービス員、顧客、販売者等が使用する情報端末１６０Ｂとを含む。顧客端末１６０Ａは、たとえば、油圧ショベル１０を使用する現場に配置され、無線通信によって複数の油圧ショベル１０とデータ通信を行い、無線通信または有線通信によって回線網１９０を介してサーバ１４０とデータ通信を行う。また、情報端末１６０Ｂは、たとえば、サービス員、顧客、および販売者が使用するデスクトップコンピュータ、ノートブックコンピュータ、または携帯情報端末であり、有線通信または無線通信によって、サーバ１４０とデータ通信を行う。
【0081】
本実施形態の疲労管理システムＳは、たとえば、建設機械の各々の部位と疲労インデックス値とを関連付けた画像を生成する画像生成部と、その画像を表示する画像表示装置と、を備えている。画像生成部は、たとえば、インデックス値演算部Ｓ３の一部であってもよい。すなわち、インデックス値演算部Ｓ３は、たとえば、油圧ショベル１０の各部品の各々の部位と、その各々の部位の疲労インデックス値とを関連付けた画像を生成する画像生成部としても機能する。この場合、モニタ１９Ｂを画像表示装置として用いることができる。なお、情報端末１６０が画像生成部および画像表示装置を備えてもよく、サーバ１４０が画像生成部を備え、情報端末１６０が画像表示装置を備えてもよい。
【0082】
また、本実施形態の疲労管理システムＳは、前述のように、複数の建設機械とデータ通信を行うサーバ１４０と、そのサーバ１４０に接続された記憶装置１５０と、サーバ１４０とデータ通信を行う情報端末１６０と、を備えている。この場合、情報端末１６０は、疲労インデックス値の時系列データに基づいて疲労度を比較する比較部を有してもよい。
【0083】
【0084】
疲労管理システムＳは、たとえば、オペレータが油圧ショベル１０を始動させると、疲労インデックス値ｉの算出を開始する。まず、応力演算部Ｓ１は、センサ１８から取得したデータのうち、未演算のデータの有無の判定Ｐ１を行う。具体的には、判定Ｐ１において、応力演算部Ｓ１は、センサ１８から取得されたデータを検索し、過去に処理をしていない新規のデータが存在する場合（ＹＥＳ）、データを読み込む処理Ｐ２を行う。一方、判定Ｐ１において、過去に処理をしていない新規のデータが存在しない場合（ＮＯ）、応力演算部Ｓ１は、一定時間待機する処理Ｐ３を行った後、判定Ｐ１に戻る。
【0085】
応力演算部Ｓ１は、処理Ｐ２においてデータを読み込むと、油圧ショベル１０の各部品の複数の部位に対応する複数の評価点の中から、応力が演算されていない未演算の評価点を一点選択する処理Ｐ４を行う。処理Ｐ４において、すべての評価点には個別の番号が割り振られており、応力演算部Ｓ１は、番号の小さい未演算の評価点から一点ずつ昇順に選択する。
【0086】
処理Ｐ４の終了後、応力演算部Ｓ１は、たとえば前記式（１）から（３）のような演算式とセンサ１８から取得したデータを用い、選択された評価点における時系列の応力波形、すなわち、時刻歴応力波形を算出する処理Ｐ５を行う。その後、損傷度演算部Ｓ２は、前述のように、応力演算部Ｓ１が算出した時刻歴応力波形に基づいて、選択された評価点における累積損傷度を算出する処理Ｐ６を行う。さらに、インデックス値演算部Ｓ３は、前述のように、損傷度演算部Ｓ２が算出した累積損傷度Ｄを用いて、選択された評価点の疲労インデックス値ｉを算出する処理Ｐ７を行う。
【0087】
図６Ｂは、図６Ａに示す疲労インデックス値を算出する処理Ｐ７の一例を示すフロー図である。図６Ｂに示すように、インデックス値演算部Ｓ３は、作業機械である油圧ショベル１０の各部分の各々の部位の一つに対応する選択された評価点について、第１判定処理Ｐ７１を実行する。この第１判定処理Ｐ７１において、インデックス値演算部Ｓ３は、選択された評価点について、記憶装置１５０に記憶された異なる複数のマップ（Ａ）から（Ｄ）の中から一つのマップ（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）または（Ｄ）を選択するための条件を判定する。
【0088】
具体的には、たとえば、前述のマップの選択の第１の例のように、センサ１８の検出結果から演算により得られた作業機械である油圧ショベル１０の各部品の各部位に作用する応力と、各部品の各部位に実際に作用する応力との一致度の条件に応じて、部位ごとにマップ（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）または（Ｄ）を選択する場合を想定する。この場合、インデックス値演算部Ｓ３は、第１判定処理Ｐ７１において、たとえば、選択した評価点について、あらかじめ記憶装置１５０に記憶された当該評価点の一致度の条件を参照し、当該評価点の一致度の条件が高精度であるか否かを判定する。
【0089】
この第１判定処理Ｐ７１において、インデックス値演算部Ｓ３は、選択した評価点の一致度の条件が高精度でないと判定すると（ＮＯ）、図５Ａまたは図５Ｂに示す第２のマップ（Ａ）または（Ｂ）を選択する処理Ｐ７２を実行する。また、第１判定処理Ｐ７１において、インデックス値演算部Ｓ３は、選択した評価点の一致度が高精度であると判定すると（ＹＥＳ）、図５Ｃまたは図５Ｄに示す第１のマップ（Ｃ）または（Ｄ）を選択する処理Ｐ７２を実行する。その後、疲労インデックス値算出処理Ｐ７４において、インデックス値演算部Ｓ３は、選択したマップから累積損傷度Ｄに基づいて、選択した評価点の疲労インデックス値を算出する。
【0090】
図６Ｃは、図６Ａに示す疲労インデックス値ｉを算出する処理Ｐ７の他の一例を示すフロー図である。図６Ｂに示す例では、インデックス値演算部Ｓ３は、第１判定処理Ｐ７１により、各評価点の演算による応力と実際の応力との一致度の条件に応じて、一致度が高精度である場合と、そうではない場合の二条件に分類した。しかし、図６Ｃに示す例では、インデックス値演算部Ｓ３は、第１判定処理Ｐ７１と第２判定処理Ｐ７５とを実行することで、前述のように、各評価点の演算による応力と実際の応力との一致度の三条件を判定することも可能である。
【0091】
具体的には、図６Ｃに示す例では、インデックス値演算部Ｓ３は、図６Ｂに示す例と同様に第１判定処理Ｐ７１を実行し、選択した評価点の一致度の条件が高精度または最高精度ではないと判定すると（ＮＯ）、図５Ａまたは図５Ｂに示す第２のマップ（Ａ）または（Ｂ）を選択する処理Ｐ７２を実行する。また、第１判定処理Ｐ７１において、インデックス値演算部Ｓ３は、選択した評価点の一致度の条件が高精度または最高精度であると判定すると（ＹＥＳ）、さらに第２判定処理Ｐ７５を実行する。第２判定処理Ｐ７５において、インデックス値演算部Ｓ３は、選択した評価点の一致度の条件が最高精度であるか否かを判定し、最高精度ではないと判定すると（ＮＯ）、図５Ｄに示す第１のマップ（Ｄ）を選択する処理Ｐ７６を実行し、最高精度であると判定すると（ＹＥＳ）、図５Ｃに示す第１のマップ（Ｃ）を選択する処理Ｐ７７を実行する。その後、インデックス値算出処理Ｐ７４において、インデックス値演算部Ｓ３は、選択したマップから累積損傷度Ｄに基づいて、選択した評価点の疲労インデックス値ｉを算出する。
【0092】
図示は省略するが、第１判定処理Ｐ７１、処理Ｐ７２から処理７４、第２判定処理Ｐ７５処理７６および処理７７に加えて、新たな条件の判定処理と、その判定処理に基づいてマップを選択する新たな選択処理を追加してもよい。これにより、前述のように、各評価点の演算による応力と実際の応力との一致度の四条件以上を判定することも可能である。また、インデックス値演算部Ｓ３は、インデックス値を算出する処理Ｐ７において、図６Ｂおよび図６Ｃに示すような処理フローにより、各評価点の演算による応力と実際の応力との一致度以外の条件によって、マップ（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）または（Ｄ）を選択してもよい。
【0093】
具体的には、インデックス値演算部Ｓ３は、図６Ｂに示すフローの第１判定処理Ｐ７１において、前述のマップの選択の第２の例のように作業機械である油圧ショベル１０の各部品の各部位の破損リスクが高いか否かを判定してもよく、前述のマップの選択の第４の例のように各部位の安全に対する影響が大きいか否かを判定してもよい。また、インデックス値演算部Ｓ３は、前述マップの選択の第３の例のように、図６Ｃに示すフローの第１判定処理Ｐ７１において、作業機械の稼働への影響度が大きいか否かを判定し、第２判定処理Ｐ７５において作業機械への稼働への影響が小さいか否かを判定してもよい。また、インデックス値演算部Ｓ３は、前述のマップの選択の第５の例のように、図６Ｃに示すフローの第１判定処理Ｐ７１において、交換・修理難度が中または低であるか否かを判定し、第２判定処理Ｐ７５において交換・修理難度が低であるか否かを判定してもよい。これらの場合も、インデックス値演算部Ｓ３は、その後、各評価点に対する重み付けを選択する処理Ｐ７２、処理Ｐ７３、処理７６または処理７７を実行し、疲労インデックス値算出処理Ｐ７４において、選択したマップから累積損傷度Ｄに基づいて、選択した評価点の疲労インデックス値を算出する。
【0094】
次に、図６Ａに示す判定Ｐ８おいて、疲労管理システムＳは、たとえば、応力演算部Ｓ１、損傷度演算部Ｓ２またはインデックス値演算部Ｓ３によって、すべての評価点に対して、応力、累積損傷度、または疲労インデックス値が算出されたか否かの判定を行う。判定Ｐ８の結果、すべての評価点の演算が終了していない場合（ＮＯ）、処理Ｐ４へ戻る。一方、判定Ｐ８の結果、すべての評価点の演算が終了している場合（ＹＥＳ）、インデックス値演算部Ｓ３は、たとえば、疲労インデックス値が、記憶部１５ｂに記憶された各評価点のしきい値を超えているか否かの判定Ｐ９を行う。
【0095】
この判定Ｐ９において、インデックス値演算部Ｓ３は、すべての評価点の各々の疲労インデックス値を、各評価点のしきい値と比較してもよいし、あらかじめ選定された複数の評価点の各々の疲労インデックス値を、選定された各評価点のしきい値と比較してもよい。判定Ｐ９の結果、いずれかの評価点において、疲労インデックス値がしきい値を超えていた場合、たとえば、インデックス値演算部Ｓ３は、その評価点に対応する部位の点検を推奨する警報を、送信機１９Ａを介して情報端末１６０に送信したり、モニタ１９Ｂに表示させたりすることができる。
【0096】
判定Ｐ９の終了後、インデックス値演算部Ｓ３は、たとえば、すべての評価点の疲労インデックス値をモニタ１９Ｂおよび記憶部１５ｂに出力する処理Ｐ１０を行って、判定Ｐ１へ戻る。判定Ｐ１から処理Ｐ１０は、たとえば、油圧ショベル１０の起動スイッチがオンにされてからオフにされるまで、繰り返し行うことができる。
【0097】
以上のように、本実施形態の疲労管理システムＳは、応力演算部Ｓ１と、損傷度演算部Ｓ２と、インデックス値演算部Ｓ３と、を備えている。応力演算部Ｓ１は、建設機械の一部に取り付けられたセンサ１８の出力に基づいて建設機械の複数の部位に作用する応力を算出する。損傷度演算部Ｓ２は、疲労管理システムＳが算出した応力に基づいて各々の部位の累積損傷度を算出する。インデックス値演算部Ｓ３は、累積損傷度に重み付けがされた疲労インデックス値を各々の部位に対して算出する。
【0098】
この構成により、疲労管理システムＳは、たとえば、各々の建設機械、その建設機械の各部品、および、その各部品の複数の部位の各々に特有の条件に応じて、建設機械の部位ごとの疲労を、従来よりも精度よく管理することが可能になる。
【0099】
より具体的には、前記従来のショベル支援装置において直接的に用いられている累積損傷度は、経験則である線形累積損傷則に基づくものであり、１に達したときに物体が疲労破壊に至ると仮定するものである。しかし、累積損傷度は本質的にばらつきを含む値であり、実際には、累積損傷度が１に達する前に物体が疲労破壊に至ったり、累積損傷度が１を超えても物体が疲労破壊に至らなかったりする。そのため、前記従来のショベル支援装置のように、累積損傷度をそのまま用いると、ショベルの部位ごとの疲労の対策が不十分になったり、逆に過剰な対策によって無駄が生じたりするおそれがある。
【0100】
これに対し、本実施形態の疲労管理システムＳは、インデックス値演算部Ｓ３によって累積損傷度に重み付けがされた疲労インデックス値を、各々の部位に対して算出する。これにより、たとえば、各々の油圧ショベル１０、その油圧ショベル１０の上部旋回体１２、ブーム１４ａ、アーム１４ｂ、バケット１４ｃ、およびこれらの部品の複数の部位の各々に特有の条件に応じて、各々の部位の疲労を管理することができる。
【0101】
より詳細には、たとえば、油圧ショベル１０の各部品のうち、破壊を生じるリスクが高い部品やその部品の特定の部位の疲労インデックス値が、他の部品や他の部位の疲労インデックス値よりも高くなるように、累積損傷度に重み付けをすることができる。そのため、インデックス値演算部Ｓ３によって算出された疲労インデックス値を用いることで、破壊を生じるリスクが高い部品および特定の部位の疲労を、より高精度かつ安全に管理することができる。
【0102】
また、本実施形態の疲労管理システムＳは、たとえば、僻地の鉱山などのアクセスが困難な現場では、アクセスが容易な現場よりも疲労インデックス値が大きくなるように、インデックス値演算部Ｓ３による累積損傷度の重み付けを設定することも可能である。これにより、アクセスが困難な現場では、アクセスが容易な現場よりも早い時期に建設機械の点検を要請することが可能になり、現場の環境に応じた精度の高い建設機械の疲労管理が可能になる。
【0103】
また、本実施形態の疲労管理システムＳは、たとえば、建設機械において、交換や修理に時間のかかる部品や、メンテナンスが困難な部位において、他の部品や部位よりも疲労インデックス値が大きくなるように、インデックス値演算部Ｓ３による累積損傷度の重み付けを設定することも可能である。これにより、建設機械の各部品の特性や各部位のメンテナンスの容易性に応じた精度の高い建設機械の疲労管理が可能になる。
【0104】
また、本実施形態の疲労管理システムＳにおいて、センサ１８は、建設機械に作用する力を検出する力センサと、建設機械の姿勢を検出する姿勢センサとを含む。このような力センサや姿勢センサは、建設機械の複数の部位に作用する応力を算出する目的とは異なる目的で従来から建設機械に取り付けられている。そのため、たとえばひずみゲージなど、応力を算出するためだけのセンサを建設機械に取り付ける必要がなくなる。
【0105】
また、本実施形態の疲労管理システムＳは、異なる複数のマップ（Ａ）から（Ｄ）の中から油圧ショベル１０の各部品の部位ごとに一つのマップ（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）または（Ｄ）を選択するための条件が記憶された記憶部１５ｂまたは記憶装置１５０を備えている。そして、インデックス値演算部Ｓ３は、油圧ショベル１０の各部品の部位ごとに、記憶装置１５０に記憶された条件に応じた一つのマップ（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）または（Ｄ）を選択する。この構成により、油圧ショベル１０の各部品の部位ごとの条件に応じて、累積損傷度の増加にともなう疲労インデックス値の増加の仕方を異ならせることができ、各部品および各部位の疲労をそれぞれの条件に応じてより精度よく管理することが可能になる。
【0106】
また、本実施形態の疲労管理システムＳにおいて、記憶部１５ｂまたは記憶装置１５０は、マップ（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）または（Ｄ）を選択するための条件として油圧ショベル１０の各々の部位に作用する実際の応力と応力演算部Ｓ１によって算出される応力との一致度が記憶されている。また、記憶部１５ｂまたは記憶装置１５０は、その一致度のしきい値と、累積損傷度の増加にともなって疲労インデックス値を増加させる第１のマップ（Ｃ）または（Ｄ）と、累積損傷度の増加にともなって疲労インデックス値を第１のマップ（Ｃ）または（Ｄ）よりも早期に増加させる第２のマップ（Ａ）または（Ｂ）と、が記憶されている。そして、インデックス値演算部Ｓ３は、油圧ショベル１０の各々の部位について、前記一致度が前記しきい値以上である場合に第１のマップ（Ｃ）または（Ｄ）を選択し、前記一致度が前記しきい値よりも低い場合に第２マップ（Ａ）または（Ｂ）を選択する。
【0107】
この構成により、前記一致度が前記しきい値以上である場合、すなわち、インデックス値演算部Ｓ３による応力の演算が高精度である部位の累積損傷度に対する疲労インデックス値の増加を、前記一致度が前記しきい値より低い場合、すなわち、インデックス値演算部Ｓ３による応力の演算が高精度ではない部位の累積損傷度に対する疲労インデックス値の増加よりも緩やかにすることができる。換言すると、応力演算部Ｓ１による応力の演算精度が所定のしきい値よりも低い部位では、他の部位よりも累積損傷度に対して疲労インデックス値が早期に増加することで、その部位の疲労に対する注意が喚起される。したがって、油圧ショベル１０の部位ごとの疲労を従来よりも精度よく管理することが可能になり、疲労管理システムＳの安全性をより向上させることができる。
また、上記では式（５）により演算された累積損傷度Ｄに基づき、上記の条件で選択されたマップ（Ａ）～（Ｄ）に基づいて疲労インデックス値を求めるものだが、次の式（６）により演算で求めることもできる。
また、上記では式（５）により演算された累積損傷度Ｄに基づき、上記の条件で選択されたマップ（Ａ）～（Ｄ）に基づいて疲労インデックス値を求めるものだが、次の式（６）により演算で求めることもできる。
【0108】
疲労インデックス値の計算式の一例を、以下の式（６）に示す。式（６）において、ｉ１、ｉ2、…は、各部品の各々の部位の疲労インデックス値である。ａは、任意の係数である。ｗａ１、ｗａ２、…およびｗｂ１、ｗｂ２、…およびｂ１、ｂ2、…は、油圧ショベル１０の各部品の各々の部位に特有の重み付けのための数値である。ｄ１、ｄ2、…は、式（５）により求められる各部品の各々の部位の累積損傷度である。
【0109】
【数6】
【0110】
各々の油圧ショベル１０、各部品および各々の部位についての使用環境、材料特性、およびその他の条件に応じた重み付けｗａ１、ｗａ２、…およびｗｂ１、ｗｂ２、…およびｂ１、ｂ2、…は、たとえば、式（６）のような演算式とともに、記憶部１５ｂに記憶される。これらの重み付けは、たとえば、疲労管理システムＳのユーザや販売者が、個別の要求や環境に応じて、モニタ１９Ｂの入力装置や、情報端末１６０の入力装置に情報を入力することで、任意に変更可能である。重み付けの考え方については、上述と同様の考え方により設定することができ、例えば上述のマップ（Ａ）～（Ｄ）を累積損傷度ｄと重み付けｗａおよびｗｂとの関係を予め設定した重み付けマップとして作成し、上記と同様の条件で選択するようにしても良い。そしてインデックス値演算部Ｓ３は、たとえば、式（６）に示すような演算式を用い、損傷度演算部Ｓ２によって算出された累積損傷度ｄ１、ｄ2、…から、疲労インデックス値ｉ１、ｉ2、…を算出する。この場合の疲労インデックス値iは、上限のない指数である。
【0111】
また、本実施形態の疲労管理システムＳは、たとえば、建設機械である油圧ショベル１０の各々の部位と疲労インデックス値とを関連付けた画像を生成する画像生成部として機能するインデックス値演算部Ｓ３を備えている。さらに、本実施形態の疲労管理システムＳは、画像生成部で生成された画像を表示する画像表示装置としてのモニタ１９Ｂを備えている。この構成により、たとえば図７Ａから図７Ｃに示すように、疲労インデックス値を視覚的に示すことができる。
【0112】
図７Ａから図７Ｃは、図２に示す疲労管理システムＳにおいて、図２に示すモニタ１９Ｂに表示された画像Ｇの一例を示す画像図である。図７Ａに示す例において、モニタ１９Ｂは、油圧ショベル１０のアーム１４ｂの複数の部位の各々と、疲労インデックス値を関連付けた画像Ｇを表示している。画像Ｇでは、アーム１４ｂの複数の部位の中から、たとえば、任意の点ａから点ｊまでの１０点が選択されている。疲労インデックス値は、たとえば、アーム１４ｂの点ａから点ｊまでの部位の各々に対して、レベルＬｖ．１からレベルＬｖ．５までの５段階の「インデックス」として表示される。レベルＬｖ．１は、疲労インデックス値が５段階で最も小さく、レベルＬｖ．５は、疲労インデックス値が５段階で最も大きい。
【0113】
図７Ａに示す例において、画像Ｇは、アーム１４ｂの画像と、アーム１４ｂの点ａから点ｊまでの部位から引き出された引き出し線と、その引き出し線の先端に表示されて各部位を示す文字を含む円を表示している。この円は、たとえば、インデックスのレベルに応じた直径と色で表示される。具体的には、たとえば、インデックスのレベルが高く疲労インデックス値が高い場合には、各部位に対応する円の直径が大きく表示され、インデックスのレベルが低く疲労インデックス値が低い場合には、各部位に対応する円の直径が小さく表示される。また、たとえば、インデックスのレベルが高く疲労インデックス値が高い場合には、各部位に対応する円および表のセルが濃色になり、インデックスのレベルが低く疲労インデックス値が低い場合には、各部位に対応する円および表のセルが淡色になる。これにより、油圧ショベル１０の各部品の各々の部位の疲労インデックス値を視覚的に示すことができる。
【0114】
図７Ｂに示す例において、モニタ１９Ｂは、油圧ショベル１０の上部旋回体１２を構成する構造体の複数の部位の各々と、疲労インデックス値を関連付けた画像Ｇを表示している。また、図７Ｃに示す例において、モニタ１９Ｂは、油圧ショベル１０の下部走行体１１を構成する構造体の複数の部位の各々と、疲労インデックス値を関連付けた画像Ｇを表示している。これらの例においても、図７Ａに示す例と同様に、油圧ショベル１０の各部品の各々の部位の疲労インデックス値を視覚的に示すことができる。なお、これらの例ではアーム１４ｂ、上部旋回体１２および下部走行体１１の構造体、において予め定めた１０箇所について表示する例を示したが、予め設定された所定の疲労インデックス値を超えた任意の個所について同様に疲労インデックス値を表示するようにしても良い。
【0115】
また、本実施形態の疲労管理システムＳは、複数の建設機械とデータ通信を行うサーバ１４０と、そのサーバ１４０に接続された記憶装置１５０と、サーバ１４０とデータ通信を行う情報端末１６０と、を備えている。この情報端末１６０は、たとえば、疲労インデックス値の時系列データに基づいて疲労度を比較する比較部を有している。この構成により、たとえば、建設機械の特定の部位の疲労度とそのしきい値を比較して、建設機械の特定の部位の疲労度をより精度よく管理することができる。また、複数の建設機械の間で、疲労度を比較することができる。
【0116】
図８は、特定の建設機械の疲労インデックス値の時系列データの一例を示すグラフである。より具体的には、図８は、たとえば、複数の油圧ショベル１０のうちの一台であるＡ号機のブーム１４ａの図７Ａに示すｅ点の疲労インデックス値の時系列データである。このように、疲労インデックス値の時系列データによりｅ点の疲労度の推移を把握することができ、ｅ点の疲労度が所定のしきい値に達した時点で、たとえば点検を推奨する警報を発するなど、適切な対応を取ることが可能になる。
【0117】
図９は、複数の建設機械の疲労インデックス値の時系列データの一例を示すグラフである。より具体的には、図９は、たとえば、複数の油圧ショベル１０のうち、Ａ号機からＤ号機までの４台の油圧ショベル１０のそれぞれのブーム１４ａにおける図７Ａに示すｅ点の疲労インデックス値の時系列データである。図９に示す例において、情報端末１６０の比較部は、Ａ号機からＤ号機までの４台の油圧ショベル１０の疲労インデックス値の時系列データに基づいて、各油圧ショベル１０の疲労度を比較する。これにより、Ｂ号機の疲労度が最も高く、Ｃ号機の疲労度が最も低いことが分かる。これにより、たとえば、疲労度の高い油圧ショベル１０を負荷の低い作業に配置し、疲労度の低い油圧ショベル１０を負荷の高い作業に配置するなど、各油圧ショベル１０の疲労度に応じた適切な作業計画を立てることが可能になる。なお、図８、図９において用いる疲労インデックス値は、指数として求めた疲労インデックス値である。
【0118】
以上説明したように、本実施形態によれば、疲労インデックス値を用いることで、建設機械の部位ごとの疲労を従来よりも精度よく管理することが可能な疲労管理システムＳを提供することができる。なお、本実施形態の疲労管理システムＳの管理対象である建設機械は、油圧ショベル１０に限定されない。
【0119】
図１０は、疲労管理システムＳの管理対象である建設機械の他の例を示すダンプトラック２０の側面図である。ダンプトラック２０は、たとえば、鉱山で採掘した砕石物等の運搬対象物を運搬する大型の運搬車両である。ダンプトラック２０は、たとえば、車体フレーム２１と、左右の前輪２２Ｆと、左右の後輪２２Ｒと、左右の前輪側サスペンション装置２３Ｆと、左右の後輪側サスペンション装置２３Ｒと、荷台２４と、左右のホイストシリンダ２５と、キャブ２６と、走行駆動装置２７と、建屋２８と、を有している。
【0120】
車体フレーム２１は、たとえば、前輪２２Ｆ、後輪２２Ｒ、前輪側サスペンション装置２３Ｆ、後輪側サスペンション装置２３Ｒ、荷台２４、ホイストシリンダ２５、キャブ２６、走行駆動装置２７、および建屋２８を支持する枠状の構造体である。
【0121】
左右の前輪２２Ｆは、車体フレーム２１の前部に回転可能に支持された操舵輪である。左右の後輪２２Ｒは、車体フレーム２１の後部に回転可能支持された駆動輪である。左右の前輪側サスペンション装置２３Ｆは、車体フレーム２１の前部に取り付けられ、左右の前輪２２Ｆを弾性的に支持している。
【0122】
左右の後輪側サスペンション装置２３Ｒは、車体フレーム２１の後部に設けられ、左右の後輪２２Ｒを弾性的に支持している。左右の後輪側サスペンション装置２３Ｒの上端は、車体フレーム２１の後部に設けられた左右のブラケット２１ｂに取り付けられている。左右の後輪側サスペンション装置２３Ｒの下端は、走行駆動装置２７のアクスルハウジング２７ａに取り付けられている。
【0123】
荷台２４は、車体フレーム２１の上に傾動可能に取り付けられ、たとえばダンプトラック２０の前後方向における長さが１０メートルを超えるような大型の容器であり、採掘された大量の砕石等を積載する。荷台２４は、たとえば、底部の後方側の部分が車体フレーム２１の左右のブラケット２１ｂに連結ピン２１ｐを介して連結され、底部の前方側の部分がホイストシリンダ２５の上端に連結されている。
【0124】
左右のホイストシリンダ２５は、下端が車体フレーム２１に回動可能に連結され、上端が荷台２４に回動可能に連結されている。ホイストシリンダ８は、たとえば油圧シリンダである。これにより、荷台２４は、ホイストシリンダ２５が伸長すると、連結ピン２１ｐを中心に回動して、前部が上方に位置し、後部が下方に位置する排出位置に傾動する。またこの状態からホイストシリンダ２５が収縮すると、荷台２４は、連結ピン２１ｐを中心に逆方向に回動して、図１０に示す積載位置に戻る。
【0125】
走行駆動装置２７は、左右の後輪２２Ｒに接続されてこれらを回転駆動する。走行駆動装置２７は、たとえば、アクスルハウジング２７ａと、ブラケット２７ｂとを有している。アクスルハウジング２７ａは、たとえば、図示を省略する走行モータおよび減速装置等を収容して左右に延びる円筒状に設けられている。ブラケット２７ｂは、たとえば、アクスルハウジング２７ａから前方に突出するように設けられている。ブラケット２７ｂの前端部は、車体フレーム２１のマウント部材２１ｍに対して回動可能に取り付けられている。
【0126】
建屋２８は、車体フレーム２１の前部に機械室を画定する。建屋２８は、その内部に図示を省略するエンジン、油圧ポンプ等を収容している。キャブ２６は、建屋２８の上部に位置する平坦なフロアの上に設けられている。キャブ２６は、ボックス状に設けられオペレータが搭乗する運転室を画定する。図示を省略するが、キャブ２６内には、オペレータが着座する運転席、ステアリングホイール、操作ペダル等が設けられている。
【0127】
ダンプトラック２０は、たとえば、図２に示す油圧ショベル１０のコントローラ１５と同様のコントローラを備えている。ダンプトラック２０のコントローラは、たとえば、応力演算部Ｓ１と、損傷度演算部Ｓ２と、インデックス値演算部Ｓ３とを構成する。また、ダンプトラック２０は、そのダンプトラック２０の姿勢を検出する姿勢センサを備えている。姿勢センサは、たとえば、加速度センサなどによって構成することができる。
【0128】
また、ダンプトラック２０の前輪側サスペンション装置２３Ｆおよび後輪側サスペンション装置２３Ｒのシリンダには、油圧ショベル１０の油圧センサ１８ｂと同様の油圧センサが設けられている。ダンプトラック２０の油圧センサは、たとえば、前輪側サスペンション装置２３Ｆおよび後輪側サスペンション装置２３Ｒに作用する力を検出する力センサである。また、ダンプトラック２０は、たとえば、図２に示す前述の油圧ショベル１０と同様に、送信機１９Ａおよびモニタ１９Ｂを備えている。
【0129】
したがって、本実施形態の疲労管理システムＳによれば、前述の油圧ショベル１０と同様に、ダンプトラック２０についても、各部品の部位ごとの疲労を従来よりも精度よく管理することができる。
【0130】
より詳細には、疲労管理システムＳは、前述のように、応力演算部Ｓ１と、損傷度演算部Ｓ２と、インデックス値演算部Ｓ３と、を備えている。この構成により、疲労管理システムＳは、前述の油圧ショベル１０と同様に、たとえば、各々のダンプトラック２０、そのダンプトラック２０の各部品、および、その各部品の複数の部位の各々に特有の条件に応じて、ダンプトラック２０の部位ごとの疲労を、従来よりも精度よく管理することが可能になる。
【0131】
図１１は、本実施形態の疲労管理システムＳのモニタ画像の一例を示す画像図である。図１１に示す例において、モニタ１９Ｂは、ダンプトラック２０の車体フレーム２１の複数の部位の各々と、疲労インデックス値を関連付けた画像Ｇを表示している。本実施形態の疲労管理システムＳにおいても、図７Ａから図７Ｃに示す例と同様に、ダンプトラック２０の各部品の各々の部位の疲労インデックス値を視覚的に示すことができる。
【0132】
以上、図面を用いて本開示に係る疲労管理システムの実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。
【符号の説明】
【0133】
１ 油圧シリンダ
１０ 油圧ショベル（建設機械）
１５ｂ 記憶部
１８ センサ
１８ａ 角度センサ（姿勢センサ）
１８ｂ 油圧センサ（力センサ、圧力センサ）
１８ｃ 角速度センサ（姿勢センサ）
１８ｄ 加速度センサ（姿勢センサ）
１８ｅ 傾斜角センサ（姿勢センサ）
１９Ｂ モニタ（画像表示装置）
２０ ダンプトラック（建設機械）
１４０ サーバ
１５０ 記憶装置
１６０ 情報端末（比較部）
Ｇ 画像
Ｓ 疲労管理システム
Ｓ１ 応力演算部
Ｓ２ 損傷度演算部
Ｓ３ インデックス値演算部（画像生成部）
１０ 油圧ショベル（建設機械）
１５ｂ 記憶部
１８ センサ
１８ａ 角度センサ（姿勢センサ）
１８ｂ 油圧センサ（力センサ、圧力センサ）
１８ｃ 角速度センサ（姿勢センサ）
１８ｄ 加速度センサ（姿勢センサ）
１８ｅ 傾斜角センサ（姿勢センサ）
１９Ｂ モニタ（画像表示装置）
２０ ダンプトラック（建設機械）
１４０ サーバ
１５０ 記憶装置
１６０ 情報端末（比較部）
Ｇ 画像
Ｓ 疲労管理システム
Ｓ１ 応力演算部
Ｓ２ 損傷度演算部
Ｓ３ インデックス値演算部（画像生成部）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】