JP2022063747A - 保守支援装置および保守支援方法 - Google Patents

Abstract

【課題】機械を導入する前を含めて機械が運転を開始する前から、機械の保守時期を高い精度で予測することのできる保守支援装置を提供する。【解決手段】保守支援装置１は、機械のシミュレーション条件データと前記機械の運転条件とを用いて生成された前記機械のシミュレーション結果データと、前記機械の稼働計画とを取得する取得部１３と、取得した前記シミュレーション結果データから、前記機械に含まれる複数の保守対象部の寿命消費率を算出する寿命算出部１５と、前記寿命消費率と前記機械の稼働計画とを用いて前記各保守対象部について算出された推定寿命に基づき、前記各保守対象部に保守作業を行うべき推奨保守時期を算出する保守時期算出部１６と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、保守支援装置および保守支援方法に関する。

従来、機械の寿命の予測を行う寿命予測装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。寿命予測装置は、機械の稼働状態を検出するセンサの出力データや、機械の故障の有無に関するデータを観測し、観測したデータに基づいて機械の寿命を予測する。

特開２０１７－０４６５４０号公報

上述した寿命予測装置は、運転を開始した機械の状態を観測することで機械の寿命を予測する。一方、機械の導入にあたっては、機械が運転を開始する前から、機械の保守にかかる工数や費用を高い精度で予測することが求められている。

本発明の目的は、見積り時や機械の導入前を含めた、機械が運転を開始する前から、機械の保守時期を高い精度で予測することのできる保守支援装置および保守支援方法を提供することにある。

上記課題を解決する保守支援装置は、機械のシミュレーション条件データと前記機械の運転条件とを用いて生成された前記機械のシミュレーション結果データと、前記機械の稼働計画とを取得する取得部と、取得した前記シミュレーション結果データから、前記機械に含まれる複数の保守対象部の寿命消費率を算出する寿命算出部と、前記寿命消費率と前記稼働計画とを用いて前記各保守対象部について算出された推定寿命に基づき、前記各保守対象部に保守作業を行うべき推奨保守時期を算出する保守時期算出部と、を備える。

また、上記課題を解決する保守支援方法は、機械のシミュレーション条件データと前記機械の運転条件とを用いて生成された前記機械のシミュレーション結果データから、前記機械に含まれる保守対象部の寿命消費率を算出することと、前記寿命消費率と前記稼働計画とを用いて前記各保守対象部について算出された推定寿命に基づき、前記各保守対象部に保守作業を行うべき推奨保守時期を算出することと、を含む。

上述した構成および方法によれば、機械の導入前を含めた機械が運転を開始する前から、各保守対象部の寿命消費率と推奨保守時期とを高い精度で算出することが可能となる。
上記保守支援装置において、前記各保守対象部は回転運動を行う回転体を含み、前記シミュレーション結果データは、前記各保守対象部に加わる予定トルク値を含み、前記寿命算出部は、前記予定トルク値を用いて前記各保守対象部の寿命消費率を算出してもよい。

上述した構成によれば、保守支援装置は、エンジンに接続する回転軸、カップリングといった回転体を含む保守対象部の寿命消費率を算出することが可能となる。
上記保守支援装置において前記シミュレーション結果データは、前記予定トルク値に基づき行われた前記各保守対象部の応力解析の結果と、前記各保守対象部を構成する材料の機械的性質とを含み、前記寿命算出部は、前記応力解析の結果と、前記材料の機械的性質とを線形累積損傷則に適用することで、前記各保守対象部の寿命消費率を算出してもよい。

上述した構成によれば、保守支援装置は、保守対象部の寿命消費率をより高い精度で算出することが可能となる。
上記保守支援装置は、保守設定値を記憶する記憶部をさらに備え、前記保守時期算出部は、前記推定寿命に、前記記憶部から取得した前記保守設定値を掛けることで前記推奨保守時期を算出してもよい。

上述した構成によれば、機械の運転中に保守対象部が寿命を迎えるリスクと保守費用とを考慮して適切な保守時期を設定することが可能となる。
上記保守支援装置において、前記各保守対象部の保守作業に必要な保守費用を記憶する保守費用記憶部と、前記推奨保守時期と、前記保守費用とから、前記機械の単位時間当たりの維持費用を算出する維持費用算出部とをさらに備えてもよい。

上述した構成によれば、機械の導入前を含めた機械が運転を開始する前から、各保守対象部の寿命消費率と推奨保守時期とに加えて機械の維持費用を算出することが可能となる。

上記保守支援装置において、前記機械が運転を開始した後、前記取得部は、前記保守対象部に加わった実トルク値をさらに取得し、前記寿命算出部は、前記シミュレーション結果データと前記運転条件と前記実トルク値とを用いて前記各保守対象部の修正寿命消費率を算出してもよい。

上述した構成によれば機械の運転を開始した後、寿命消費率を算出したときに用いた機械の運転条件と異なる運転条件の下で機械を運転しても、機械の寿命消費率を修正することが可能となる。

上記保守支援装置において、前記取得部は、ネットワークを介して接続した機械から取得した実トルク値を用いて修正された応力解析の結果を取得し、前記寿命算出部は、前記各機械が含む複数の保守対象部について寿命消費率を算出するとともに、前記各機械が運転を開始した後、前記各機械が含む複数の保守対象部について前記実トルク値を用いて修正された応力解析の結果に基づいて修正寿命消費率を算出してもよい。

上述した構成によれば、ネットワークを介して機械が出力した実トルク値を取得して、保守対象部の修正寿命消費率を容易に算出することが可能となる。

保守支援装置の第１実施形態の構成を示すブロック図。 同実施形態における機械の一例を示す模式図。 同実施形態において保守支援装置が行う処理の流れを示すフローチャート。 同実施形態において保守対象部に発生すると予測された応力の変動パターンの一例を示す模式図。 同実施形態において応力の変動パターンに応力頻度解析を行った結果の一例を示す模式図。 同実施形態における応力頻度解析の結果の二次元頻度から一次元頻度への換算式の一例を示す模式図。 同実施形態において保守対象部の寿命消費率の算出に用いるＳ－Ｎ線図の一例を示す模式図。 保守支援装置の第２実施形態の構成を示す模式図。

［第１実施形態］
以下、図１～図７を参照して、保守支援装置の第１実施形態について説明する。
図１に示すように、保守支援装置１は、入力部１１、記憶部１２、取得部１３、シミュレーション実施部１４、寿命算出部１５、保守時期算出部１６、および、出力部１７を備える。保守支援装置１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクなどのハードウェアにより構成されたコンピュータであって、例えば、デスクトップ型、ノート型、またはタブレット型の通常のコンピュータである。保守支援装置１は、機械の推奨保守時期を算出するためのコンピュータシステムである。

入力部１１は、保守支援装置１に各種情報を入力するための手段であり、キーボードやポインティングデバイス、通信インターフェースなどにより構成される。入力部１１は、機械のシミュレーション条件データや、機械の運転条件、機械の稼働計画を保守支援装置１に入力する。

機械のシミュレーション条件データは、機械部品を構成する材料の機械的性質を含む。機械のシミュレーション条件データは、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）システムによって作成された機械の構造を表す三次元モデルをさらに含んでもよい。材料の機械的性質は、Ｓ－Ｎ線図、応力頻度解析の結果の二次元頻度から一次元頻度への換算式などの疲労破壊に関するデータを含む。材料の機械的性質は、材料の密度、熱伝導率、摩擦係数等の物性値をさらに含んでもよい。機械の運転条件は、出力の時系列変化を示す出力パターンである。機械の稼働計画は、一定期間、例えば１カ月間において、機械を運転する回数や、機械を運転する時間を示す運転スケジュールである。入力された機械のシミュレーション条件データ、運転条件、および、稼働計画は記憶部１２に記憶される。

記憶部１２は、入力部１１によって入力された情報や、後述するシミュレーション実施部１４が実施したシミュレーションの結果を含むシミュレーション結果データ、寿命算出部１５が算出した保守対象部の寿命消費率、後述する保守設定値および、保守時期算出部１６が算出した推定寿命、推奨保守時期を記憶する。

取得部１３は、保守支援装置１が機械の推奨保守時期を算出する際に、必要な情報を取得する。シミュレーション実施部１４がシミュレーションを行うとき、取得部１３は、機械のシミュレーション条件データと機械の運転条件とを記憶部１２から取得し、取得したシミュレーション条件データと機械の運転条件とをシミュレーション実施部１４に出力する。

また、寿命算出部１５が寿命消費率を算出するとき、取得部１３は、機械のシミュレーション結果データを記憶部１２から取得し、シミュレーション結果データを寿命算出部１５に出力する。

保守時期算出部１６が推定寿命と推奨保守時期とを算出するとき、取得部１３は、寿命消費率と機械の稼働計画と保守設定値とを記憶部１２から取得して、寿命消費率と機械の稼働計画と保守設定値とを保守時期算出部１６に出力する。

シミュレーション実施部１４がシミュレーションを行うとき、取得部１３は、入力部１１から入力された機械のシミュレーション条件データと機械の運転条件とを直接取得してもよい。また、寿命算出部１５が寿命消費率を算出するとき、取得部１３は、シミュレーション実施部１４が生成したシミュレーション結果データをシミュレーション実施部１４から直接取得してもよい。保守時期算出部１６が推定寿命と推奨保守時期とを算出するとき、取得部１３は、寿命算出部１５が算出した寿命消費率を寿命算出部１５から直接取得してもよく、また、取得部１３は、機械の稼働計画と保守設定値とを入力部１１から直接取得してもよい。

さらに、取得部１３は、シミュレーション実施部１４、寿命算出部１５、および、保守時期算出部１６のそれぞれが必要な情報を、それぞれが処理を行うときに逐一取得してもよい。取得部１３は、シミュレーション実施部１４、寿命算出部１５、および、保守時期算出部１６が一連の処理を行うために必要な情報を、一連の処理が行われる前に一括して取得してもよい。

シミュレーション実施部１４は、機械のシミュレーション条件データと機械の運転条件とを用いて機械のシミュレーションを実施して、シミュレーション結果データを生成する。シミュレーション結果データは、シミュレーションに用いたシミュレーション条件データと運転条件、機械が運転条件に従って運転した際に機械の各要素にかかるトルクの大きさである予定トルク値の算出結果、および、予定トルク値から算出した応力解析の結果を含む。シミュレーション実施部１４は、生成したシミュレーション結果データを記憶部１２に記憶させる。

寿命算出部１５は、機械のシミュレーション結果データを用いて、各保守対象部の寿命消費率を算出する。保守対象部は、機械を構成する部品のうち、保守作業を行う対象として設定された部品である。寿命消費率は、寿命を１としたときに消費した寿命の割合を示す数値である。

保守時期算出部１６は、各保守対象部の寿命消費率を用いて推定寿命を算出し、推定寿命を用いて各保守対象部の推奨保守時期を算出する。推奨保守時期は、機械が運転を開始したときから各保守対象部に保守作業を行うことが推奨されるときまでの時間である。出力部１７は、寿命算出部１５が算出した寿命消費率と、保守時期算出部１６が算出した推奨保守時期とを出力する。出力部１７は、各種情報を出力するための手段であり、ディスプレイ、プリンタなどにより構成される。

図２に、保守支援装置１が推奨保守時期を算出する機械の一例として、エンジン４０の性能を試験するエンジン試験装置２の構成を示す。エンジン試験装置２は、エンジン４０を支持する支柱３１と、エンジン４０のトルクを検出して当該トルクの大きさを計測するトルク検出器２９と、エンジン４０の負荷を制御する動力計５０とを備える。動力計５０は、エンジン４０の出力を受けて電力を発生させる発電機として構成される。支柱３１に支持されるエンジン４０と、動力計５０とは、中間軸２２、中間軸受軸２５、中間軸受軸延長軸２６、および、延長軸２８を介して接続される。エンジン４０は、中間軸２２、中間軸受軸２５、中間軸受軸延長軸２６、および延長軸２８を回転させることで動力を動力計５０に伝達する。

中間軸２２とエンジン４０とは、クラッチ２１を介して接続される。クラッチ２１は、中間軸２２とエンジン４０との間で動力が伝達される状態と遮断される状態とを切り替え可能に構成される。

中間軸２２と中間軸受軸２５とは、動力を伝達可能に接続される。中間軸２２の左端はフランジとなっており（図示略）、当該フランジにおいて中間軸２２と中間軸受軸２５とはボルト締結される。軸受２３は、中間軸受軸２５が滑らかに回転できるように支持する。中間軸受箱２４は、軸受２３を収容する。中間軸受箱２４は、支柱３２によって支持される。また、中間軸受軸２５と中間軸受軸延長軸２６とは、動力を伝達可能に接続される。中間軸受軸延長軸２６の右端はフランジとなっており（図示略）、当該フランジにおいて中間軸受軸２５と中間軸受軸延長軸２６とはボルト締結される。

中間軸受軸延長軸２６と延長軸２８とは、第１カップリング２７Ａを介して接続される。また、延長軸２８とトルク検出器２９とは、第２カップリング２７Ｂを介して接続される。さらに、トルク検出器２９と動力計５０とは、第３カップリング２７Ｃを介して接続される。

エンジン試験装置２における保守対象部は、エンジン４０から出力を受けて回転運動を行う回転体を含む部品であって、中間軸２２、中間軸受軸２５、中間軸受軸延長軸２６、第１カップリング２７Ａ、延長軸２８、第２カップリング２７Ｂ、トルク検出器２９、および、第３カップリング２７Ｃである。各保守対象部の寿命消費率、推定寿命、および、推奨保守時期は、各保守対象部に加わるトルクの大きさをシミュレーションすることで算出することができる。

次に、図３～図７を参照して、保守支援装置１が保守対象部の推奨保守時期を算出するときに行う処理について説明する。
まず、取得部１３は、記憶部１２から、機械のシミュレーション条件データと、機械の運転条件とを取得する（ステップＳ１）。

続いて、シミュレーション実施部１４は、機械のシミュレーションを実施して、シミュレーション結果データを生成する（ステップＳ２）。シミュレーション実施部１４は、機械のシミュレーション条件データと機械の運転条件とに基づいて、各保守対象部に加わることが予定されているトルクの大きさである予定トルク値を算出し、予定トルク値に基づいて応力解析を行う。機械の運転条件は、例えば上述したエンジン試験装置２においては、エンジンの出力パターンである。エンジン試験装置２におけるエンジンの出力パターンとしては、エンジンの排出ガス試験において用いられるＷＨＴＣモードが用いられる。エンジンの出力パターンは、ＷＨＴＣモード以外の出力パターンが用いられてもよい。

シミュレーション実施部１４は、応力解析の結果として、図４に示すような各保守対象部に発生する応力の変動パターンを得る。シミュレーション実施部１４は、予定トルク値と応力解析の結果とをシミュレーション結果データとして記憶部１２に保存する。

次に、取得部１３は、記憶部１２から機械のシミュレーション結果データを取得する（ステップＳ３）。
続いて、寿命算出部１５は、取得部１３が取得したシミュレーション結果データを用いて、各保守対象部の寿命消費率を算出するための応力頻度解析工程を開始する。まず、寿命算出部１５は、各保守対象部において得られた応力の変動パターンに対して、応力頻度解析を行う（ステップＳ４）。応力頻度解析では、応力の変動パターンを、互いに異なる複数の正弦波の和として表し、各正弦波が発生する頻度ｎを算出する。応力頻度解析には、二次元レインフロー法に代表される二次元頻度解析を用いる。各正弦波は、応力振幅と平均応力との組み合わせで表され、応力頻度解析の結果は、二次元ヒストグラムや、図５に示すような二次元分布図として表される。例えば、各正弦波がｐ種類の平均応力とｑ種類の応力振幅の組み合わせで表されるとき、図５では、横軸に平均応力σ_ｍ、縦軸に応力振幅σ_ａを示す平面において、応力振幅がσ_ａｊ（ｊ=１，２，…，ｐ）であり平均応力がσ_ｍｋ（ｋ=１，２…，ｑ）である正弦波Ｗ_ｉ（ｉ=１，２，…，ｐ×ｑ）が発生する頻度ｎ_ｊ，ｋの多寡が、当該平面上における色の濃さとして表される。平均応力がσ_ｍ１、応力振幅がσ_ａ１である正弦波Ｗ_１は、平均応力σ_ｍ２、応力振幅がσ_ａ２である正弦波Ｗ_２よりも色の薄いエリアに属しており、正弦波Ｗ_１の発生頻度ｎ_１，１が正弦波Ｗ_２の発生頻度ｎ_２，２よりも少ないことが示されている。

続いて、寿命算出部１５は、各保守対象部の寿命消費率を算出する（ステップＳ５）。以下では、寿命算出部１５が、応力の二次元頻度解析の結果から保守対象部の寿命消費率を算出する際の手順を詳述する。

寿命算出部１５は、応力の二次元頻度解析の結果を、一次元頻度解析の結果に換算する。例えば、寿命算出部１５は、図６に示すような二次元頻度から一次元頻度への換算式を用いて、平均応力がσ_ｍ１、応力振幅がσ_ａ１である正弦波Ｗ_１を、平均応力が０、応力振幅がσ_ｔ１である別の正弦波Ｗ_１´に置き換える。このとき、Ｘ－Ｙ平面上に描かれた曲線として当該換算式を表すグラフにおいて、２つの正弦波Ｗ_１と正弦波Ｗ_１´とは１本の直線上に位置する。このとき、正弦波Ｗ_１の頻度ｎ_１，１は、換算された正弦波Ｗ_１´の頻度ｎ_１と等しい。さらに、正弦波Ｗ_１と正弦波Ｗ_１´とは、材料に対して各正弦波に従って応力が繰り返し加えられたときに当該材料が破断に至る繰り返し回数Ｎ_１が等しいとみなせる。

応力頻度解析の結果の二次元頻度から一次元頻度への換算式としては、以下の式（１）および図６に示すように修正グッドマンの式を用いる。このとき、σ_Ｂは引張強さを表す。また当該換算式としては、グッドマンの式、ゲルバーの式またはゾーダーベルクの式等をはじめとした各種換算式を用いてもよい。

・・・式（１）

そして、寿命算出部１５は、線形累積損傷則を用いて保守対象部の寿命消費率を算出する。寿命算出部１５は、応力振幅がσ_ｔｉである正弦波Ｗ_ｉ´（ｉ＝１，２，…，ｐ×ｑ）について、各正弦波が発生する頻度ｎ_ｉ（ｉ＝１，２，…，ｐ×ｑ）と、図７に示すようなＳ－Ｎ線図を参照して取得した、当該応力振幅を繰り返し加えたときに保守対象部が破断に至る繰り返し回数Ｎ_ｉ（ｉ＝１，２…，ｐ×ｑ）とを線形累積損傷則に適用することで、試験装置が運転条件に従って運転した際の保守対象部の寿命消費率ΔＤを算出する。このとき、寿命消費率ΔＤは式（２）を用いて算出する。

・・・式（２）

なお、寿命消費率ΔＤの算出は、上述した方法に限らず、例えば、修正マイナー則、ハイバッハの方法、コーテン－ドランの方法、および、ＪＳＣＣ（一般社団法人日本鋼構造協会）の指針のうちのいずれか１つを用いてもよい。

寿命算出部１５は、算出した寿命消費率を記憶部１２に保存する。
続いて、取得部１３は、記憶部１２から寿命消費率、機械の稼働計画、および、保守設定値を取得する（ステップＳ６）。そして、保守時期算出部１６は、寿命消費率と、機械の稼働計画とを用いて、各保守対象部の推定寿命を算出する（ステップＳ７）。保守時期算出部１６は、機械が１回運転したときの寿命消費率ΔＤの数値を機械の稼働計画に基づき加算したとき、ΔＤの総和が１に達するまでにかかる時間を、各保守対象部の推定寿命として算出する。

続いて、保守時期算出部１６は、各保守対象部の推定寿命と保守設定値をもとに、各保守対象部の推奨保守時期を算出する（ステップＳ８）。保守設定値は、機械の運転中に保守対象部が寿命を迎えて機械の運転に問題が発生するリスクと、保守費用との関係を考慮して、任意に設定される係数である。保守時期算出部１６は、以下の式（３）を用いて、推奨保守時期を算出する。

・・・式（３）

最後に、出力部１７は、各保守対象部について算出した寿命消費率と推奨保守時期とを出力する（ステップＳ９）。

以上、上述した実施形態によれば、以下の効果を得ることが出来る。
（１）保守支援装置１は、機械のシミュレーション条件データと運転条件とを用いて生成したシミュレーション結果データから、機械に含まれる複数の保守対象部の寿命消費率を算出する寿命算出部１５と、寿命消費率と稼働計画とを用いて各保守対象部について算出された推定寿命に基づき、各保守対象部に保守作業を行うべき推奨保守時期を算出する保守時期算出部１６と、を備える。そのため、機械の導入前を含めた機械が運転を開始する前から、各保守対象部の寿命消費率と推奨保守時期とを高い精度で算出することが可能となる。

（２）シミュレーション結果データは、各保守対象部に加わる予定トルク値を含み、寿命算出部１５は、予定トルク値を用いて各保守対象部の寿命消費率を算出する。そのため、保守支援装置１は、エンジン４０に接続する回転軸やカップリングといった回転体を含む保守対象部の寿命消費率を算出することが可能となる。

（３）シミュレーション結果データは、予定トルク値を用いて行う各保守対象部の応力解析の結果を含み、寿命算出部１５は、応力解析の結果と、各保守対象部を構成する材料の機械的性質とを線形累積損傷則に適用することで、各保守対象部の寿命消費率を算出する。そのため、保守支援装置１は、保守対象部の寿命消費率をより高い精度で算出することが可能となる。

（４）保守時期算出部１６は寿命消費率と機械の稼働計画とから推定寿命を算出し、推定寿命に保守設定値を掛けることで推奨保守時期を算出する。そのため、機械の運転中に保守対象部が寿命を迎えるリスクと保守費用とを考慮して適切な保守時期を設定することが可能となる。

［第２実施形態］
続いて、図８を参照して、保守支援装置の第２実施形態について説明する。
図８に示すように、保守支援装置１００は、使用者端末２００、および、保守支援装置１００が保守作業を支援する機械の一例である複数のエンジン試験装置２とネットワークＮＷを介して接続する。使用者端末２００は、保守支援装置１００の使用者が使用するコンピュータ端末である。保守支援装置１００の使用者は、例えば、機械を製造する者であって、機械が運転を開始する前、例えば機械を導入するかどうかを検討する際の機械の見積り時に機械が備える保守対象部の寿命消費率、推定寿命、および、推奨保守時期を算出する者であって、また、機械が運転を開始した後に機械の運転状況に基づいて保守対象部の寿命消費率、推定寿命、および、推奨保守時期を更新する者である。機械の運転状況は、機械の運転に伴って検出された機械の状況を示す値であって、例えば、エンジンが出力したトルクの値、機械の温度、機械の運転音や振動の大きさである。

使用者端末２００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクなどのハードウェアにより構成されたコンピュータであって、例えば、デスクトップ型、ノート型、またはタブレット型の通常のコンピュータである。また、保守支援装置１００は、例えば、クラウドコンピューティングに用いるクラウドサーバである。保守支援装置１００は、クラウドサーバに限らず、保守支援装置１００の使用者によって管理されるサーバであってもよい。

機械の導入前を含めた機械が運転を開始する前は、使用者端末２００は、機械のシミュレーション結果データを生成し、保守支援装置１００に送信する。保守支援装置１００は、使用者端末２００から機械のシミュレーション結果データを取得し、機械の保守対象部の寿命消費率、推定寿命、および、推奨保守時期を算出する。保守支援装置１００は、算出した保守対象部の寿命消費率と推奨保守時期とを使用者端末２００に送信する。使用者端末２００は、保守支援装置１００から受信した保守対象部の寿命消費率と推奨保守時期とを出力する。

また、機械が運転を開始した後は、使用者端末２００は、ネットワークＮＷを介して機械と接続しており、機械の運転状況をネットワークＮＷを介して取得する。本実施形態において、機械は図２に示すようなエンジン試験装置２であって、エンジン試験装置２は、機械の運転状況としてエンジンが出力したトルクの値を、トルク検出器２９において実トルク値として検出する。エンジン試験装置２は、トルク検出器２９が検出した実トルク値を、ネットワークＮＷを介して使用者端末２００に送信する。使用者端末２００は、エンジン試験装置２が送信した実トルク値を取得して、シミュレーション実施部２０４において、エンジン試験装置２の各保守対象部に発生したと考えられる応力の修正変動パターンを算出する。使用者端末２００は、ネットワークＮＷを介して応力の修正変動パターンを保守支援装置１００に送信する。保守支援装置１００は、応力の修正変動パターンを頻度解析した上で線形累積損傷則を適用することにより各保守対象部の修正寿命消費率を算出して、修正寿命消費率に基づいて修正推定寿命を算出する。そして、保守支援装置１００は、修正推定寿命と保守設定値とを用いて推奨保守時期を更新する。

以下、保守支援装置１００、使用者端末２００の構成について詳述する。使用者端末２００は、入力部２０１、記憶部２０２、取得部２０３、シミュレーション実施部２０４、および、出力部２０７を備える。入力部２０１は、保守支援装置１００に各種情報を入力するための手段であり、キーボードやポインティングデバイス、通信インターフェースなどにより構成される。入力部２０１は、機械のシミュレーション条件データや、機械の運転条件、機械の稼働計画を保守支援装置１００に入力する。

機械のシミュレーション条件データは、ＣＡＤシステムによって作成された機械の構造を表す三次元モデルや、機械部品の機械的性質を含む。機械の運転条件は、機械の出力の時系列変化を示す出力パターンである。機械の稼働計画は、一定期間において、機械が運転する回数、または機械が運転する時間を示す運転スケジュールである。入力された機械のシミュレーション条件データ、運転条件、および、稼働計画とは記憶部２０２によって記憶される。

記憶部２０２は、入力部２０１によって入力された情報や、後述するシミュレーション実施部２０４が実施したシミュレーション結果データ、保守支援装置１００の寿命算出部１０５が算出した保守対象部の寿命消費率、保守設定値、および、保守時期算出部１０６が算出した推定寿命、推奨保守時期を記憶する。

取得部２０３は、シミュレーション実施部２０４がシミュレーションを行うために必要な情報を取得する。
シミュレーション実施部２０４は、機械のシミュレーション条件データと機械の運転条件とを用いて機械のシミュレーションを実施して、シミュレーション結果データを生成する。シミュレーション結果データは、機械が運転条件に従って運転した際に機械の各要素にかかるトルクの大きさである予定トルク値の算出結果と、予定トルク値から算出した応力解析の結果とを含む。シミュレーション実施部２０４は、生成したシミュレーション結果データを記憶部２０２に記憶させる。

出力部２０７は、各種情報を出力するための手段であり、ディスプレイ、プリンタなどにより構成される。出力部２０７は、保守支援装置１００が算出して使用者端末２００が受信した保守対象部の寿命消費率と推奨保守時期とを出力する。

保守支援装置１００は、取得部１０３、寿命算出部１０５、保守時期算出部１０６を備える。取得部１０３は、保守支援装置１００が機械の推奨保守時期を算出するために必要な情報を使用者端末２００の記憶部２０２から取得する。取得部１０３は、使用者端末２００のシミュレーション実施部２０４が生成したシミュレーション結果データを使用者端末２００から直接取得し、また、使用者端末２００の入力部２０１から入力された機械の稼働計画を使用者端末２００から直接取得してもよい。

寿命算出部１０５は、取得した機械のシミュレーション結果データを用いて、各保守対象部の寿命消費率を算出する。
保守時期算出部１０６は、各保守対象部の寿命消費率と機械の稼働計画とを用いて保守対象部の推定寿命を算出し、そして、推定寿命と保守設定値とを用いて各保守対象部の推奨保守時期を算出する。推奨保守時期は、機械が運転を開始したときから各保守対象部に保守作業を行うことが推奨されるときまでの時間である。

複数のエンジン試験装置２はそれぞれネットワークＮＷを介して使用者端末２００の取得部２０３と接続される。エンジン試験装置２は保守支援装置１００が寿命消費率と推奨保守時期とを算出する対象である保守対象部を備える。保守対象部は、エンジンが出力する実トルク値を検出するトルク検出器２９を含む。トルク検出器２９は、検出した実トルク値を使用者端末２００に送信する。使用者端末２００において、取得部２０３がトルク検出器２９から実トルク値を取得し、そして、シミュレーション実施部２０４がエンジン試験装置２のシミュレーション条件データと運転条件と実トルク値とを用いて、応力の修正変動パターンを算出する。保守支援装置１００において、取得部１０３が使用者端末から応力の修正変動パターンを取得し、そして、寿命算出部１０５は保守対象部の修正寿命消費率を算出する。その後、保守支援装置１００において、算出した修正寿命消費率をもとに、保守時期算出部１０６が保守対象部の推奨保守時期を更新する。

例えば、実際に機械が運転された出力パターンと、シミュレーションに用いた機械の出力パターンとが違うために予定トルク値と異なる実トルク値が検出された場合、まず、寿命算出部１０５は、実トルク値を用いて、実トルク値が検出された期間の修正寿命消費率を算出する。そして、今後はシミュレーションと同様の出力パターンで機械を運転する予定である場合、保守時期算出部１０６は、実トルク値が検出された期間の修正寿命消費率に、予定トルク値に基づいて算出した寿命消費率を今後の機械の稼働計画に従って加算する。そして、保守時期算出部１０６は、修正寿命消費率に寿命消費率を加算した値がいつ１に達するかを算出することで、保守対象部の修正推定寿命を算出する。

また、今後の機械の運転条件や稼働計画がシミュレーションと異なる場合は、新しい機械の運転条件や機械の稼働計画に基づいて、寿命算出部１０５が寿命消費率を算出し直す。そして、保守時期算出部１０６は、修正寿命消費率に、算出し直した寿命消費率を稼働計画に従って加算する。保守時期算出部１０６は、修正寿命消費率に寿命消費率を加算した値がいつ１に達するかを算出することで、保守対象部の修正推定寿命を算出する。保守時期算出部１０６は、修正推定寿命に基づき、保守対象部の推奨保守時期を更新する。

一方、実際に機械が運転された出力パターンとシミュレーションに用いた機械の出力パターンとが同様であるにも関わらず予定トルク値と実トルク値とが異なる場合、応力解析に用いた予定トルク値を実トルク値で補正した上で応力解析の結果を算出し直す。そして、算出し直した応力解析の結果に基づいて保守対象部の修正寿命消費率を算出する。保守時期算出部１０６は、機械の稼働計画に基づいて修正寿命消費率を加算する。保守時期算出部１０６は、修正寿命消費率を加算した値がいつ１に達するかを算出することで、保守対象部の修正推定寿命を算出し、そして、保守対象部の推奨保守時期を更新してもよい。

なお、修正寿命消費率、修正推定寿命、および、推奨保守時期をより高い精度で算出するため、寿命算出部１０５および保守時期算出部１０６が行う処理に対して、予定トルク値と実トルク値の差異を３Ｄモデルなどのシミュレーション実施データで補正できるよう反映する、または、予定トルク値に差異を補正する係数を掛ける、などの処理を追加しても良い。

以上、上述した実施形態によれば、上記（１）～（４）の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
（５）保守支援装置１００と使用者端末２００と複数の機械とは、ネットワークＮＷを介して接続する。シミュレーション実施部２０４は、ネットワークＮＷを介して各機械から取得した実トルク値を用いて応力解析の結果を修正する。寿命算出部１０５は、各機械が含む複数の保守対象部のそれぞれについて寿命消費率を算出するとともに、各機械が運転を開始した後、複数の保守対象部について修正された応力解析の結果に基づいて修正寿命消費率を算出する。そのため、機械の導入前を含めた機械が運転を開始する前に保守対象部の寿命消費率を算出した上で、機械が実際に出力した実トルク値をネットワークを介して取得して、保守対象部の修正寿命消費率を容易に算出することが可能となる。結果として、保守支援装置１００は、推定寿命の精度を高めた修正推定寿命を算出し、そして、推奨保守時期をより精度高いものに更新することが可能となる。

なお、上述した実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・第１実施形態および第２実施形態において、保守支援装置１，１００は、保守対象部の保守作業に必要な保守費用を記憶する保守費用記憶部と、機械の単位時間当たりの維持費用を算出する維持費用算出部とをさらに備えてもよい。維持費用算出部は、保守時期算出部１６，１０６が算出した推奨保守時期と、保守費用とから、機械の単位時間当たりの維持費用を算出する。維持費用算出部は、例えば、機械の１年あたりの維持費用を算出する。上述した構成によれば、機械を導入する前を含めた機械が運転を開始する前から、各保守対象部の寿命消費率と推奨保守時期とに加えて機械の維持費用を算出することが可能ともなる。

・第１実施形態および第２実施形態において、保守支援装置１，１００は、シミュレーション結果データに含まれる予定トルク値と応力解析の結果以外のデータを用いて機械の構成要素の寿命消費率と推奨保守時期とを算出してもよい。例えば、軸受２３の寿命は、回転体の回転速度Ｒ（ｍｉｎ^－１）と回転体に発生する荷重の大きさ（Ｎ）から導くこともできる。

中間軸受軸２５や軸受２３が行う回転運動の回転速度はエンジンの出力パターンにしたがって変動するため、エンジンの出力パターンから平均回転速度Ｒ_ｍ（ｍｉｎ^－１）を算出し、軸受２３の寿命消費率の算出に用いる。例えば、回転体が回転速度Ｒ_ｉ（ｍｉｎ^－１）（ｉ＝１，２，…ｋ）でそれぞれ時間ｔ_ｉ（ｉ＝１，２，…ｋ）だけ回転するとき、回転体の平均回転速度Ｒ_ｍ（ｍｉｎ^－１）は、以下の式（４）で算出される。

・・・式（４）

軸受２３の基本定格寿命Ｌ_１０ｈ（ｈ）は、軸受２３の平均回転速度Ｒ_ｍ（ｍｉｎ^－１）、軸受２３にかかる動等価荷重Ｐ（Ｎ）、軸受２３の基本動定格荷重Ｃ（Ｎ）を用いて以下の式（５）によって算出される。

・・・式（５）

なお、式（５）における指数ｐの値は、玉軸受の場合はｐ=３、ころ軸受の場合はｐ=１０／３として計算する。

保守時期算出部１６，１０６は、機械の運転条件から回転体の回転速度の変動パターンを取得し、また、応力の変動パターンから動等価荷重Ｐ（Ｎ）を算出する。そして、保守時期算出部１０６は上述した式（４）、式（５）を用いて軸受２３の推定寿命として基本定格寿命を算出し、そして、軸受２３の推奨保守時期を算出する。

また、軸受２３が密封形玉軸受である場合、軸受２３のグリス寿命Ｌ（ｈ）は、軸受２３の呼び外径Ｄ（ｍｍ）、呼び内径ｄ（ｍｍ）、平均回転速度Ｒ_ｍ（ｍｉｎ^－１）、軸受２３にかかる動等価ラジアル荷重Ｐ_ｒ（Ｎ）、基本ラジアル定格荷重Ｃ_ｒ（Ｎ）、軸受の運転温度Ｔ（℃）（５０≦Ｔ≦１２０，５０＞Ｔの場合はＴ＝５０）を用いて以下の式（６）によって算出してもよい。

・・・式（６）

さらに、軸受２３の推定寿命としては、上述した基本定格寿命Ｌ_１０ｈとグリス寿命Ｌとをそれぞれ算出した上で、より短い方を軸受２３の推定寿命として採用してもよい。

上述した方法によれば、軸受２３のような複雑な動きをする回転体であっても、推定寿命と推奨保守時期とを算出することが可能となる。
・第１実施形態および第２実施形態において、応力頻度解析には、二次元レインフロー法に代表される二次元頻度解析を用いた。一方、応力頻度解析には極値法、最大最小法、レインフロー法、振幅法などの一次元頻度解析を用いてもよい。この場合、ステップＳ５において、二次元頻度解析の結果を一次元頻度解析の結果に換算する処理は不要である。

・第１実施形態および第２実施形態において、保守支援装置が保守作業の支援を行う対象である機械の一例としてエンジン試験装置を挙げて説明した。一方、機械は、エンジン試験装置に限らず、例えば、トランスミッションの性能を試験する試験装置や、車の性能を試験する試験装置であってもよい。また、機械は、試験装置に限らず、保守作業を要する装置であれば、保守支援装置を用いて保守作業を支援することが可能である。

・第１実施形態および第２実施形態において、シミュレーション実施部１４，２０４は、予定トルク値の算出と、予定トルク値に基づく応力解析とを行う構成とした。一方、シミュレーション実施部１４，２０４は、予定トルク値の算出のみを行う構成であってもよい。このとき、寿命算出部１５，１０５は、材料力学の公式に基づき、予定トルク値から保守対象部に発生する応力の大きさを計算してもよい。

・第１実施形態および第２実施形態において、寿命算出部が保守対象部の寿命消費率を算出するのに用いるＳ－Ｎ線図や応力頻度解析の結果の二次元頻度から一次元頻度への換算式などの疲労破壊に関するデータは、シミュレーションに用いる材料の機械的性質に含まれてシミュレーション結果データとともに取得される構成とした。一方、疲労破壊に関するデータは、記憶部１２，２０２に記憶されて、寿命算出部１５，１０５が保守対象部の寿命消費率を算出する際に、取得部１３，１０３が記憶部１２，２０２から取得する構成であってもよい。

・第１実施形態および第２実施形態において、寿命算出部１５，１０５が寿命消費率を算出する処理を行い、保守時期算出部１６，１０６が、寿命消費率と稼働計画とから保守対象部の推定寿命を算出する処理と、推定寿命と保守設定値とから推奨保守時期を算出する処理とを行う構成とした。一方、寿命算出部１５，１０５が寿命消費率を算出する処理と、寿命消費率と稼働計画とから保守対象部の推定寿命を算出する処理とを行い、保守時期算出部１６，１０６が、推定寿命と保守設定値とから保守対象部の推奨保守時期を算出する処理を行う構成としてもよい。

・第１実施形態において、保守支援装置１は、シミュレーション実施部１４を備えなくともよい。すなわち、外部のコンピュータ端末が、シミュレーション条件データと機械の運転条件とから機械のシミュレーション結果データを生成するシミュレーション実施部を備え、保守支援装置１は、生成されたシミュレーション結果データを外部のコンピュータ端末から取得する構成であってもよい。上述した構成であったとしても、上記（１）に準じた効果を得ることができる。

・第１実施形態において、保守支援装置１は、機械が運転を開始した後、機械のトルク検出器２９が検出したトルクの大きさである実トルク値を取得し、寿命算出部１５は、各保守対象部の寿命消費率を算出し直した値である修正寿命消費率を算出する構成であってもよい。寿命算出部１５は、シミュレーション結果データと運転条件と実トルク値とを用いて、修正寿命消費率を算出する。上述した構成によれば、機械が運転を開始した後、寿命消費率を算出したときに用いた機械の運転条件と異なる運転条件の下で機械を運転したとしても、実トルク値を用いて寿命消費率の算出値を修正することが可能となる。

なお、取得部１３が実トルク値を取得するとき、入力部から入力された実トルク値を取得してもよく、入力部から入力されて記憶部に記憶された実トルク値を記憶部から取得してもよい。

・第２実施形態において、保守支援装置１００は、ネットワークを介して一つの機械と接続する構成であってもよい。上述した構成であったとしても、上記（５）に準じた効果を得ることができる。

・第２実施形態において、保守支援装置１００は取得部１０３、寿命算出部１０５、および、保守時期算出部１０６を備え、使用者端末２００は、入力部２０１、記憶部２０２、取得部２０３、シミュレーション実施部２０４、出力部２０７を備える構成とした。一方、保守支援装置１００と使用者端末２００は、上述した構成に限られない。

例えば、保守支援装置１００がシミュレーション実施部を備え、また、保守支援装置１００がネットワークＮＷを介して機械から実トルク値を取得する構成であってもよい。このとき、保守支援装置１００は、機械が運転を開始した後、実トルク値を用いて、応力の修正変動パターンを算出する。そして、保守支援装置１００は、応力の修正変動パターンを用いて修正寿命消費率を算出し、修正寿命消費率に基づいて修正推定寿命を算出するとともに推奨保守時期を更新する。

また、保守支援装置１００がネットワークＮＷを介して機械から実トルク値を取得し、また、使用者端末２００がシミュレーション実施部２０４を備える構成であってもよい。このとき、使用者端末２００は、機械が運転を開始した後、ネットワークＮＷを介して保守支援装置１００から実トルク値を取得して、取得した実トルク値を用いて、応力の修正変動パターンを算出する。そして、使用者端末２００は、応力の修正変動パターンを用いて修正寿命消費率を算出し、修正寿命消費率に基づいて修正推定寿命を算出するとともに推奨保守時期を更新する。

すなわち、保守支援装置１００と使用者端末２００とが、機械と接続されて、保守支援装置１００が、取得部１０３、寿命算出部１０５、保守時期算出部１０６を備える構成であれば、上記（５）に準じた効果を得ることができる。

・第２実施形態において、機械は、トルク検出部で検出された実トルク値に対して頻度解析を行う頻度解析部をさらに備え、保守支援装置１００は、実トルク値に対する頻度解析の結果をネットワークＮＷを介して機械から受信し、実トルク値に対する頻度解析の結果を応力頻度に換算する構成であってもよい。

１，１００…保守支援装置
１１，２０１…入力部
１２，２０２…記憶部
１３，１０３，２０３…取得部
１４，２０４…シミュレーション実施部
１５，１０５…寿命算出部
１６．１０６…保守時期算出部
１７，２０７…出力部
２００…使用者端末
２…エンジン試験装置
２１…クラッチ
２２…中間軸
２３…軸受
２４…中間軸受箱
２５…中間軸受軸
２６…中間軸受軸延長軸
２７Ａ…第１カップリング
２７Ｂ…第２カップリング
２７Ｃ…第３カップリング
２８…延長軸
２９…トルク検出器
３１…支柱
３２…支柱
４０…エンジン
５０…動力計
ＮＷ…ネットワーク

Claims (8)

1. 機械のシミュレーション条件データと前記機械の運転条件とを用いて生成された前記機械のシミュレーション結果データと、前記機械の稼働計画とを取得する取得部と、
   取得した前記シミュレーション結果データから、前記機械に含まれる複数の保守対象部の寿命消費率を算出する寿命算出部と、
   前記寿命消費率と前記機械の稼働計画とを用いて前記各保守対象部について算出された推定寿命に基づき、前記各保守対象部に保守作業を行うべき推奨保守時期を算出する保守時期算出部と、を備える
   保守支援装置。
2. 前記各保守対象部は回転運動を行う回転体を含み、
   前記シミュレーション結果データは、前記各保守対象部に加わる予定トルク値を含み、
   前記寿命算出部は、
   前記予定トルク値を用いて前記各保守対象部の寿命消費率を算出する
   請求項１に記載の保守支援装置。
3. 前記シミュレーション結果データは、
   前記予定トルク値に基づき行われた前記各保守対象部の応力解析の結果を含み、
   前記寿命算出部は、
   前記応力解析の結果と、前記各保守対象部を構成する材料の機械的性質とを線形累積損傷則に適用することで、
   前記各保守対象部の寿命消費率を算出する
   請求項２に記載の保守支援装置。
4. 前記保守時期算出部は、
   前記推定寿命に、任意に設定される保守設定値を掛けることで前記推奨保守時期を算出する
   請求項１～３のいずれか一項に記載の保守支援装置。
5. 前記各保守対象部の保守作業に必要な保守費用を記憶する保守費用記憶部と、
   前記推奨保守時期と、前記保守費用とから、前記機械の単位時間当たりの維持費用を算出する維持費用算出部とをさらに備える
   請求項１～４のいずれか一項に記載の保守支援装置。
6. 前記機械が運転を開始した後、
   前記取得部は、前記保守対象部に加わった実トルク値をさらに取得し、
   前記寿命算出部は、前記シミュレーション結果データと前記運転条件と前記実トルク値とを用いて前記各保守対象部の修正寿命消費率を算出する
   請求項１～５のいずれか一項に記載の保守支援装置。
7. 前記取得部は、
   ネットワークを介して接続した機械から取得した実トルク値を用いて修正された応力解析の結果を取得し、
   前記寿命算出部は、前記各機械が含む複数の保守対象部について寿命消費率を算出するとともに、前記各機械が運転を開始した後、前記各機械が含む複数の保守対象部について前記実トルク値を用いて修正された応力解析の結果に基づいて修正寿命消費率を算出する
   請求項６に記載の保守支援装置。
8. 機械のシミュレーション条件データと前記機械の運転条件とを用いて生成された前記機械のシミュレーション結果データから、前記機械に含まれる保守対象部の寿命消費率を算出することと、
   前記寿命消費率と前記機械の稼働計画とを用いて前記各保守対象部について算出された推定寿命に基づき、前記各保守対象部に保守作業を行うべき推奨保守時期を算出することと、を含む
   保守支援方法。

Images