JP2014186631A - 診断処理システム、端末装置、およびサーバ - Google Patents
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Abstract
【課題】端末装置およびサーバの処理負担を軽減することができる診断処理システムを提供する。
【解決手段】端末装置(100)とサーバ(200)とを無線通信回線によって接続した診断処理システム(300)であって、端末装置は、自走式機械に設けられたセンサからデータを受信するデータ受信部(102)と、自走式機械の異常を診断する第1診断部(104)と、を備え、サーバは、自走式機械の異常を診断する第2診断部(204)を備えている。そして、第1診断部と第2診断部のうち一方が、データ受信部にて受信されたデータに基づいて自走式機械の異常の一次診断を行うと共に当該一次診断の結果を他方に送信し、一次診断の結果を受信した他方が、当該一次診断の結果に基づいて二次診断を行うように構成されている。
【選択図】図6
【解決手段】端末装置(100)とサーバ(200)とを無線通信回線によって接続した診断処理システム(300)であって、端末装置は、自走式機械に設けられたセンサからデータを受信するデータ受信部(102)と、自走式機械の異常を診断する第1診断部(104)と、を備え、サーバは、自走式機械の異常を診断する第2診断部(204)を備えている。そして、第1診断部と第2診断部のうち一方が、データ受信部にて受信されたデータに基づいて自走式機械の異常の一次診断を行うと共に当該一次診断の結果を他方に送信し、一次診断の結果を受信した他方が、当該一次診断の結果に基づいて二次診断を行うように構成されている。
【選択図】図6
Description
本発明は、自走式機械の異常を診断する診断処理システム、並びにこの診断処理システムに用いられる端末装置およびサーバに関する。
鉱山等で使用されているショベルやダンプトラック等の作業機械(自走式機械)は、土石掘削作業や運搬作業などのために世界各地で動作しており、生産性向上のために連続稼働が要求されるケースが多い。そのため、突発的な故障が発生した場合、作業機械を停止し点検・メンテナンスや部品交換が必要となるため、生産性が著しく低下する。そこで、このような突発故障を未然に防ぐために、作業機械の異常をいち早く検知する診断処理システムが構築されている。
診断処理システムでは、例えば、作業機械のエンジンや油圧システムなどに装着したセンサから作業機械の稼働データを取得し、それらを入力として診断処理プログラムが実行される。このような診断処理システムを構築することで、重大故障の予兆となる異常をいち早く検知することが可能となる。そして、異常に対して早期に対策を施すことで、作業機械のダウンタイムを軽減する効果が生まれる。
診断処理システムは、その構成の違いにより大きく2通りに分けられる。ひとつは、作業機械に搭載された端末装置で診断処理を実行するシステム(以降、「車載診断システム」と呼ぶ)であり、もうひとつは、作業機械から離れた場所に設置されたサーバで診断処理を実行するシステム(以降、「サーバ診断システム」と呼ぶ)である。
車載診断システムについては、作業機械から取得したセンサデータをその場で診断処理を実行することが可能であるため、鉱山等の無線通信インフラの整備状況によらず、確実な診断を実施することが可能となる(特許文献1参照)。
一方で、サーバ診断システムは、端末装置で取得したセンサデータを、無線通信回線を介してサーバまで転送し、サーバ側で診断処理を実行する。サーバは、複数のコンピュータで構成したクラウドコンピューティング技術を利用するなどすれば、診断処理を実行するうえで、特に性能面の制約はない。そのため、サーバ診断システムは、故障部位推定などの処理の重い詳細診断処理を行うことも可能である。
上記のように、診断処理システムには2通りのシステムが存在するが、これらのシステムには以下の課題が存在する。
まず、車載診断システムで詳細な診断処理を行おうとすると、端末装置の処理負担が大きくなるという課題がある。サーバ診断システムで詳細な診断処理を行う場合も同様に、サーバの処理負担が大きくなるという課題がある。
次に、車載診断システムの場合は、端末装置の処理性能に制約が生じるため、サーバ診断システムに比べて詳細な診断を実施することが難しいという現実的な課題がある。そのため、異常を検知したとしても保守に必要な十分な情報が得られず、結果として機械停止を回避できるだけの十分なリードタイムの確保が困難になる可能性がある。
一方で、サーバ診断システムの場合は、サーバ側で診断を行うためにセンサデータをサーバまで確実に転送する必要がある。しかし、無線通信回線の通信状態が良好でない現場で作業機械が作業をしているような場合には、サーバがセンサデータを確実に受信することができないため、診断処理を行うことができないという課題がある。特に、鉱山等のように地形の変化が顕著な場所では、無線通信の品質を十分に確保することは容易ではない。
以上のことより、診断処理システムは、端末装置およびサーバの処理負担を軽減させることが求められる。また、診断処理システムは、通信環境に変化によらず、診断処理を確実に行えることが求められる。
本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、端末装置およびサーバの処理負担を軽減することができる診断処理システムを提供することにある。また、当該診断処理システムに好適な端末装置およびサーバを提供することも本発明の別の目的である。
上記目的を達成するため、本発明は、自走式機械に搭載された端末装置と管理センタに設置されたサーバとを無線通信回線によって接続した診断処理システムであって、前記端末装置は、前記自走式機械に設けられたセンサからデータを受信するデータ受信部と、前記自走式機械の異常を診断する第1診断部と、を備え、前記サーバは、前記自走式機械の異常を診断する第2診断部を備え、前記第1診断部と前記第2診断部のうち一方が、前記データ受信部にて受信された前記データに基づいて前記自走式機械の異常の一次診断を行うと共に当該一次診断の結果を他方に送信し、前記一次診断の結果を受信した他方が、当該一次診断の結果に基づいて二次診断を行うようにしたことを特徴とする。
本発明に係る診断処理システムは、第1診断部と第2診断部とで一次診断と二次診断とを分担して処理することができるため、端末装置およびサーバの両方の処理負担を軽減することができる。
また、上記構成において、前記第1診断部が前記一次診断を行い、前記第2診断部が前記第1診断部による前記一次診断の結果を受けて前記二次診断を行うと共に、所定条件が成立したことに基づいて、前記第1診断部が更に前記二次診断も行うように構成するのが好ましい。
この構成によれば、所定条件が成立した場合においても、確実に二次診断まで行うことができる。即ち、端末装置は、通常は一次診断の処理を担当しているが、所定条件が成立すると、通常はサーバが担当している二次診断の処理をも担当する。よって、システムの信頼性が向上する。
また、上記構成において、前記一次診断は、所定の診断内容を簡易な手法を用いて行う簡易診断とされ、前記二次診断は、前記所定の診断内容を詳細な手法を用いて行う詳細診断とされ、前記一次診断の結果が前記自走式機械の異常であるという結果の場合に限り、前記第1診断部または前記第2診断部は前記二次診断を行うように構成するのが好ましい。
この構成によれば、一次診断と二次診断とで診断のレベルを分けているので、システムの効率化を図ることができる。また、この構成では、二次診断を行う場合を限定しているので、端末装置およびサーバの処理負担の更なる軽減が可能である。
また、上記構成において、前記簡易な手法として、前記データを予め定めた閾値と比較する手法を用い、前記詳細な手法として、前記データを多変量解析する手法を用いる構成にすると、好適な診断処理システムを構築できる。
また、上記構成において、前記所定の診断内容は、前記自走式機械の動作モード毎に設定されるのが好ましい。自走式機械の異常をきめ細かく判断できるため、システムの信頼性がより一層高まるからである。
また、上記構成において、前記所定の診断内容は、前記自走式機械の部位系統毎に設定されるのが好ましい。自走式機械の異常をきめ細かく判断できるため、システムの信頼性がより一層高まるからである。
また、上記構成において、前記自走式機械は油圧ショベルであり、前記部位系統は、エンジンと油圧システムとを少なくとも含み、前記所定の診断内容は、前記エンジンの冷却系統異常、吸気系統異常、および排気温度異常を検知するための項目と、前記油圧システムの作動油冷却異常を検知するための項目と、を含むようにするのが好ましい。油圧ショベルの異常を診断する場合に適しているからである。
また、上記構成において、前記端末装置は、前記無線通信回線の通信状態を判断する通信状態判断部を備え、前記通信状態判断部によって前記無線通信回線の通信状態が良好でないと判断された場合を前記所定条件の成立とするのが好ましい。この構成によれば、通信状態に応じて、端末装置が一次診断だけ行うのか、二次診断まで行うのかを変更できるため、特に通信状態が不安定な現場に適したシステムとなる。
また、上記目的を達成するため、本発明は、自走式機械に搭載され、管理センタに設置されたサーバと無線通信回線を介して通信する端末装置であって、前記自走式機械に設けられたセンサからデータを受信するデータ受信部と、前記データ受信部が受信した前記データに基づいて、前記自走式機械の異常についての一次診断を行う第1診断部と、前記第1診断部での前記一次診断の結果を前記サーバに送信する第1通信部と、前記無線通信回線の通信状態を判断する通信状態判断部と、を備え、前記第1診断部は、前記通信状態判断部の判断に応じて、前記自走式機械の異常について二次診断を更に行うことを特徴とする。
本発明に係る端末装置は、通常は一次診断を行い、通信状態判定部の判断次第で二次診断を行う構成となっているので、常に一次診断および二次診断を行う場合と比べて処理負担は軽減される。特に、通信状態が不安定な現場では、端末装置がサーバに一次診断の結果を送信できない場合が起こり得るが、この場合であっても、本発明によれば、第1診断部が二次診断を更に行える構成であるため、自走式機械の異常を確実に判断することができる。
また、上記目的を達成するため、本発明は、管理センタに設置され、自走式機械に搭載された端末装置と無線通信回線を介して通信するサーバであって、前記端末装置で行われる前記自走式機械の異常についての一次診断の条件を入力する入力部と、前記入力部にて入力された前記一次診断の条件を前記端末装置に送信すると共に、前記端末装置で実行された前記一次診断の結果を前記端末装置から受信する第2通信部と、前記第2通信部が受信した前記一次診断の結果に基づいて前記自走式機械の異常についての二次診断を行う第2診断部と、を備えたことを特徴とする。
本発明に係るサーバは、二次診断のみを担当している(一次診断は端末装置の担当である)ので、一次診断および二次診断を担当する場合と比べて処理負担は軽減される。また、一次診断の条件を設定して端末装置に送信することができるから、現場の作業環境に適した診断が可能である。
本発明によれば、端末装置およびサーバの処理負担を軽減した診断処理システムを提供するができる。なお、上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
以下、本発明を、鉱山等で用いられるショベルやダンプトラック(以下、「ダンプ」と略す)などの作業機械の異常を診断するシステムに適用した実施の形態例について、図面を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態例に係る診断処理システムの全体構成を表す概略図である。
図1に示すように、鉱山の採石場では、ショベル1Aやダンプ1Bなどの作業機械(自走式機械)1が使用されており、それら作業機械1の異常を診断する診断処理システム300が用いられている。この診断処理システム300では、採石場の近傍若しくは遠隔の管理センタ201に、サーバ200が設置されている。また作業機械1には、GPS衛星405を利用して自機の位置を取得する位置取得装置(図示せず)と、各種センサ(図示せず)が搭載されている。そして、各作業機械1の車載端末(端末装置)100,510は、各種データや診断結果などを、無線通信回線400を介してサーバ200に送信するようになっている。なお、401は中継局である。
ショベル1Aは、超大型の油圧ショベルであって、走行体2と、この走行体2上に旋回可能に設けた旋回体3と、運転室4と、旋回体3の前部中央に設けたフロント作業機5と、を備えて構成される。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、そのアーム7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の中には、ショベル1Aの部位毎の動作状態にかか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。なお、車載端末100は、運転室4の中に設置されており、運転室4の上部等の見通しの良い場所にアンテナ103が設置されている。
また、ダンプ1Bは、本体を形成するフレーム505と、運転室504と、前輪501および後輪502と、フレーム505の後方部分に設けられたヒンジピン(図示せず)を回動中心として上下方向に回動可能な荷台503と、この荷台503を上下方向に回動させる左右一対のホイストシリンダ(図示せず)と、を備えて構成される。また、運転室504の中には、ダンプ1Bの部位毎の動作状態にかか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509が設けられている。なお、車載端末510は、運転室504の中に設置されており、運転室504の上部等の見通しの良い場所にアンテナ513が設置されている。
次に、図2を用いてショベル1Aのコントローラネットワーク9の構成例を説明する。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、油圧モニタ装置23と、車載端末100と、により構成されている。
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3,4参照)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として、例えば、エンジン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、エンジンの冷却水系統の動作状態をセンシングするためのセンサ群22とが、エンジンモニタ装置13に接続されている。
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の出入口に設置されるインタクーラ入口温度センサT1、インタクーラ入口圧力センサP1、インタクーラ出口温度センサT2、インタクーラ出口圧力センサP2や、エンジン11から排出される各気筒(気筒数を16とする)の排気の温度を検出するための排気温度センサT3(1)〜T3(16)などが含まれている。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11内を循環する冷却水を冷却するためのラジエータの前後に設置されるラジエータ入口温度センサT4、ラジエータ入口圧力センサP4、ラジエータ出口温度センサT5などが含まれている。
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13と車載端末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車載端末100に送信することが可能になっている。
ディスプレイ18は、運転室4内に設けられショベル1Aの各種稼働情報を表示する。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。
油圧モニタ装置23は、ショベル1A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。
油圧モニタ装置23と車載端末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車載端末100に送信することが可能な構成になっている。
車載端末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、車載端末100は、受信したセンサデータと診断項目別の正常基準値との比較により動作状態に関する診断処理を行う。
また、車載端末100は、前記ネットワーク回線を介して、表示制御装置19と接続されており、診断結果を送信することによりディスプレイ18に診断結果を表示するようにしてもよい。車載端末100は、さらに外部と通信するアンテナ103と接続されており、外部のサーバ200と接続され、通信を行うことで稼働データや診断結果、診断条件等の送受信を行うことが可能になっている。
図3は、ショベル1A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を示すと共に、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を示す概念構成図である。図3において、11はショベル1Aの旋回体3に搭載されたエンジンであり、25はこのエンジン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メインポンプ、27はこのメインポンプ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)である。
また、28はメインポンプ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コントロールバルブ、30は前記メインポンプ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パイロットポンプ、31はこのパイロットポンプ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パイロット減圧弁である。
また、33は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オイルクーラ、36はこのオイルクーラ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はこの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オイルクーラファン駆動ポンプ、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。
この図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、実際にはショベル1A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。
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は作動油タンク34内の作動油温度を検出する作動油温度センサ、T11はオイルクーラ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オイルクーラ前面温度センサ、T12はオイルクーラ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オイルクーラ出口温度センサである。また、T9は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ファンモータドレン温度センサである。
P7は、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オイルクーラ入口圧力センサである。P8は、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ファンモータ入口圧力センサである。P9は、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ファンモータドレン圧力センサである。
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(図2参照)に含まれる各センサで取得した状態量、即ち、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、および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のセンサデータは、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、入力された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車載端末100に送信する。
図4は、ショベル1Aのエンジン11の冷却水系統および吸排気系統の全体構成を概念的に示すと共に、冷却水系統およ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の各種センサの設置位置を示す概念構成図である。まずは、図4をもとにエンジン11の冷却水系統の説明を行う。図4において、45はエンジン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冷却水ポンプ、46はこの冷却水ポンプ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ラジエータである。
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ラジエータ冷却ファン駆動モータ、58は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ラジエータ冷却ファンである。
次に、図4のエンジン11の冷却水系統における各種センサについて説明する。T6は、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ラジエータ前面空気温度センサである。T4は、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ラジエータ入口温度センサである。T5は、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ラジエータ出口温度センサである。
P4は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ラジエータ入口圧力センサ、P6は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ファン駆動モータ入口圧力センサである。
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(図2参照)に含まれる各センサで取得した状態量、即ち、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、および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のセンサデータは、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、入力された上記センサデータをエンジン11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車載端末100に送信する。
次に、図4をもとにエンジン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はエアクリーナ65から吸い込まれた空気を加圧するターボ、67はこのターボ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インタクーラ、68はこのインタクーラ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複数のシリンダである。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。
次に図4のエンジン11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り、16気筒の場合、気筒毎にT3(1)〜T3(16)まで16個設置されている。
エンジン11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(図2参照)に含まれる各センサで取得した状態量、即ち、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、および排気温度センサT3(1)からT3(16)で検出した排気温度のセンサデータは、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、入力された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車載端末100に送信する。
次に、図5を用いてダンプ1Bのコントローラネットワーク509の構成例を説明する。図5に示すように、コントローラネットワーク509は、エンジン制御装置520と、噴射量制御装置521と、エンジンモニタ装置522と、モータ制御装置532と、モータモニタ装置533と、ブレーキペダル529と、アクセルペダル530と、ステアリング531と、これらブレーキペダル529、アクセルペダル530、およびステアリング531の操作量に応じて走行指令を出力する走行指令装置528と、ディスプレイ523と、表示制御装置524と、キーパッド525と、速度モニタ装置526と、ペイロードモニタ装置527と、車載端末510と、により構成されている。
エンジン制御装置520は、噴射量制御装置521を制御することによりエンジン(図示せず)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522は、エンジン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。エンジンの動作状態を検出するためのセンサとして、例えば、エンジン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534と、エンジンの冷却水系統の動作状態をセンシングするためのセンサ群535とが、エンジンモニタ装置522に接続されている。なお、センサ群534,535の各構成は、上述したショベル1Bのセンサ群20,22と概ね同じである。
エンジン制御装置521とエンジンモニタ装置522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522と車載端末510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車載端末510に送信することが可能になっている。
同様に、モータ制御装置520は、モータの回転速度および回転方向を制御する装置である。なお、ダンプ1Bは、エンジンの動力で発電機を駆動し、発電機から出力される電力によってモータが回転することで走行が可能となるよう構成されている。また、モータモニタ装置533は、モータ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。モータの動作状態を検出するためのセンサとして、例えば、モータの電気系統の動作状態をセンシングするためのセンサ群536と、モータの冷却水系統の動作状態をセンシングするためのセンサ群537とがモータモニタ装置533に接続されている。
ディスプレイ523は、運転室504内に設けられダンプ1Bの各種稼働情報を表示する。表示制御装置524はディスプレイ523と接続され、表示を制御する。また、キーパッド525は、表示制御装置524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523の画面切り替え等を受け付ける。
速度モニタ装置526は、ダンプ1Bの走行状態に係わる状態量のモニタリングを行う装置である。この速度モニタ装置526には、速度センサ539が接続される。また、ペイロードモニタ装置527は、荷台503の積載量に係わる状態量のモニタリングを行う装置である。このペイロードモニタ装置527には、ペイロードセンサ540が接続される。なお、速度モニタ装置526およびペイロードモニタ装置527は、車載端末510とネットワーク回線を介して接続されている。
車載端末510は、前記ネットワーク回線を介して、エンジンモニタ装置522、モータモニタ装置533、速度モニタ装置526、およびペイロードモニタ装置527と接続されており、各装置522,533,526,527から送信された各種センサデータと診断項目別の正常基準値との比較により動作状態に関する診断処理を行う。
また、車載端末510は、前記ネットワーク回線を介して、表示制御装置524と接続されており、診断結果を送信することによりディスプレイ523に診断結果を表示するようにしてもよい。車載端末510は、さらに外部と通信するアンテナ513と接続されており、外部のサーバ200と接続され、通信を行うことで稼働データや診断結果、診断条件等の送受信を行うことが可能になっている。
次に、診断処理システム300の詳細について、ショベル1Aの車載端末100とサーバ200との間で構築される診断処理システムを例に挙げて説明する。なお、ダンプ1Bの車載端末510とサーバ200との間で構築される診断処理システムは、ショベル1Aの車載端末100とサーバ200との間で構築される診断処理システムと比べて、取り扱うセンサデータ、診断条件、診断項目等に違いがあるものの、全体構成および制御方法に関しては概ね同じであるため、本明細書において説明は省略する。
図6に診断処理システム300の電気的構成を示す。図6に示すように、診断処理システム300は、大きく車載端末100とサーバ200とで構成される。ここで、車載端末100は、前記のとおり、ショベル1Aに搭載される。1台のショベル1Aにつき1台の車載端末100が搭載される。それに対して、サーバ200は、複数台の車載端末100を管理する装置であり、N台の車載端末100に対して1台のサーバ200が割り当てられる。
サーバ200は、通信部(第2通信部)202と、診断処理部(第2診断部)204と、診断結果記憶部206と、送信制御部208と、入力部210と、管理情報書換部212と、管理情報記憶部214と、表示部216と、から構成されている。
通信部202は、車載端末100とのデータ送受信を行うための通信モジュールであり、N台の車載端末100との通信によってデータ授受を行う。入力部210は、通常のパソコンにおけるキーボードおよびマウスに相当し、サーバで管理している情報や診断条件の書き換え等を行う。表示部216は、通常のパソコンにおけるディスプレイに相当し、診断結果や管理情報を出力して表示する。
診断処理部204は、車載端末100から送信されるショベル1Aの稼動データをもとに異常を検出するための診断処理を実行する。診断結果記憶部206は、車載端末100で診断した結果およびサーバ200の診断処理部204で診断した結果を保存して記憶する。管理情報記憶部214は、車載端末100およびサーバ200での診断実行にかかわる診断条件、診断項目等の管理情報を記憶している。管理情報書換部212は、入力部210を介して受け付けた指示情報に基づいて管理情報記憶部214の情報を書き換える。送信制御部208は、入力部210を介して受け付けた指示情報に基づいて、管理情報記憶部214で記憶している診断条件等の情報を、通信部202を介して車載端末100に送信する。
一方で、車載端末100は、稼働データ受信部(データ受信部)102と、診断処理部(第1診断部)104と、センサ情報記憶部106と、診断条件記憶部108と、更新処理部112と、通信状態判断部114と、診断結果記憶部116と、稼働データ記憶部118と、送信データ選択部120と、通信部122と、表示部124と、から構成される。
稼働データ受信部102は、ネットワーク回線を介してエンジンモニタ装置13および油圧モニタ装置23と接続されており(図2参照)、部位系統毎の状態量として各種センサの稼働データを受信する。診断処理部104は、稼働データ受信部102で受信した稼働データを入力として、ショベル1Aの稼働状態を診断するための診断処理を実行する。稼働データ記憶部118は、稼働データ受信部102で受信した稼働データを記憶している。診断結果記憶部116は、診断処理部104が処理した結果を記憶している。
送信データ選択部120は、稼働データ記憶部118と診断結果記憶部116の情報を参照し、サーバ200へ送信するための送信データを作成して通信部122に出力するとともに、必要に応じて表示部124へ情報表示用の出力制御を行う。通信部122は、サーバ200とのデータ送受信を行うための通信モジュールである。更新処理部112は、サーバ200から通信部122を介して受信した診断条件に関する情報を入力するとともに、診断条件記憶部108の内容を書き換える処理を行う。
通信状態判断部114は、車載端末100とサーバ200との通信の確立状況を示す情報(例えば、サーバに対してリクエストを出し、そのリクエストに対してレスポンスのあった回数もしくはレスポンスの有無など)を通信部122より受信し、その情報に基づいて判断した通信状況(通信状態)に関する情報(例えば、通信良好、通信不安定、通信圏外等)を診断処理部104に出力する。診断条件記憶部108は、診断処理部104が実行する処理条件を記憶している。センサ情報記憶部106は、稼働データ受信部102が受信したショベル1Aの稼働データがどの部位系統の状態を示すデータであるかを認識するための識別関連情報を記憶している。
次に、車載端末100が行う処理内容について詳細に説明する。まず、稼働データ受信部102について説明する。稼働データ受信部102は、ネットワーク回線を介してエンジンモニタ装置13および油圧モニタ装置23と接続されており(図2参照)、部位系統毎の状態量として各種センサの稼働データを受信する。
図7は、ショベル1Aから受信する稼働データの構成例を示している。例えば、稼働データは、部位系統IDとセンサIDとセンサ値とをひとつのまとまりとして構成するメッセージ本体と、車載端末100の内部クロック(図示せず)によって計測した当該メッセージの受信日時とで構成される。
ここで、部位系統IDとは、対象センサの取り付けられている部位系統を特定するためのIDであり、さらにセンサIDは、対象部位系統に取り付けられているセンサのなかから対象センサを一意に特定するためのユニークなIDである。センサ値は、部位系統IDとセンサIDから特定されるユニークなセンサによる計測値を示している。
稼働データ受信部102は、図6に示した稼働データを受信すると、まずは稼働データ記憶部118に出力して記録する処理を行う。したがって、稼働データ記憶部118には、図6に示した稼働データが時間方向(時系列順)に蓄積された情報が記憶される。また、稼働データ受信部102は、受信した稼働データを診断処理部104に対して出力する処理を行う。
次に、センサ情報記憶部106に記憶している内容について図8を用いて説明する。センサ情報記憶部106は、図8に示すように、ショベル1Aから受信する稼働データに含まれている部位系統IDとセンサIDを識別するための情報を記憶している。即ち、センサ情報記憶部106は、部位系統IDとセンサIDの組み合わせにより特定されるセンサの詳細情報および識別情報を記憶している。診断処理部104は、このセンサ情報記憶部106の内容を参照することによって稼働データの内容を認識することが可能となる。
次に、診断条件記憶部108の内容について図9から図11を用いて詳細に説明する。診断条件記憶部108には、車載端末診断条件テーブル108aと、診断項目テーブル108bと、診断モデルテーブル108cとが記憶されている。まず、図9を用いて診断条件記憶部108に記憶している車載端末診断条件テーブル108aについて説明する。図9に示すように、車載端末診断条件テーブル108aには、車載端末100側で実行する診断処理の条件が設定されている。
図9の項目(1)は、サーバ200との通信状態により診断条件を動的に切り替えるか否かを診断条件として定めている。ここで、設定内容における“1”は設定有効を示しており、“0”は設定無効を示している。“1”が設定された場合は、診断処理部104が診断処理を実行する際に、通信状態判断部114が検知したサーバ200との通信状態に応じて動的な変更を行う。即ち、通信状態が変化したことをトリガーとして、診断条件が随時変更される。設定有効の場合における具体的な診断条件は、図9の項目(1−2)において設定される。一方で、図9の項目(1)で“0”が設定された場合には、診断処理部104は、サーバ200との通信状態によらず一定の診断条件によって処理を実行する。設定無効の場合における具体的な診断条件は、図9の項目(1−1)において設定される。
図9の項目(1−1)と項目(1−2)において設定される事項は、診断処理時間間隔(A)と車載端末100で担当する診断レベル(B)である。(A)の診断処理時間間隔とは、診断処理部104が、稼働データの異常判定処理を行う処理時間の間隔である。項目(1−1)の(A)では、サーバ200との通信状態に拘らず、診断処理時間間隔が1000msに設定されている。一方、項目(1−2)の(A)では、診断条件を動的に切替えるために、サーバ200との通信状態が(i)通信状態良好の場合、(ii)通信不安定な場合、(iii)通信圏外の場合の3段階でそれぞれ診断処理時間間隔が設定される。
図9の例では、(i)の場合が1000ms、(ii)の場合が5000ms、(iii)の場合が60000msと、通信状態が悪くなるほど診断処理時間間隔が長くなるように設定されている。これは、通信状態が悪い場合において診断処理時間間隔を短くすると、次に述べるように、車載端末100がLv2の診断まで行わなければならないため、車載端末100の処理負担が増えてしまうからである。
また、(B)の診断レベルとは、後述する診断項目テーブル108bで設定された複数の診断レベル(具体的にはLv1とLv2)の中でどのレベルまでを車載端末100側で診断処理の対象とするかということである。項目(1−1)の(B)では、サーバ200との通信状態に拘らず、車載端末100で担当する診断レベルがLv1に設定されている。一方、項目(1−2)の(B)では、診断条件を動的に切替えるために、サーバ200との通信状態に応じて診断レベルが設定される。具体的には、車載端末100が担当する診断レベルは、(i)通信状態良好の場合にはLv1に設定され、(ii)通信不安定な場合および(iii)通信圏外の場合にはLv2に設定される。即ち、本実施形態では、診断条件の動的切替が有効で、かつ、通信状態が良好な場合には、車載端末100がLv1までの診断しか行わず、車載端末100からサーバ200側にデータを送信することが困難または不可能な場合には、車載端末100がLv2までの診断を行っている。
次に、図9の項目(2)は、階層診断の有無を診断条件として定めている。ここで階層診断とは、簡易な診断から詳細な診断へ段階的に診断レベルを変えて診断処理を実行することを意味する。後述する診断項目テーブル108b(図10参照)を用いて具体的に説明すると、階層診断とは、まず簡易的な診断レベルとして位置付けられる診断レベルLv1での診断処理(簡易診断)を行い、次に、より詳細な診断レベルとして位置付けられる診断レベルLv2での診断処理(詳細診断)を実行することである。
そして、図9の項目(2)の設定が“1”で設定有効になっている場合には、上位項目の診断結果が異常の場合のみ下位項目の診断を実行するように上位項目の結果を受けて段階的に診断を実行する。一方で、項目(2)の設定が0で設定無効になっている場合には、すべてのレベルを同等として扱い上位項目の診断結果によらず下位項目も実行する。これらの詳細については診断処理部104の処理フローの説明の際に詳述する。
次に、診断条件記憶部108に記憶されている診断項目テーブル108bについて、図10を用いて説明する。図10に示す診断項目テーブル108bは、診断処理部104が診断処理を実行するための診断項目を管理するテーブルである。診断項目テーブル108bは、診断部位の系統毎に診断内容(診断項目)を管理している。例えば、図10において、エンジンという診断部位の系統は、冷却系統異常、吸気系統異常、排気温度異常の3つ大きな診断項目を有しており、そのなかで、例えば冷却系統異常は、Lv1(一次診断)の診断項目として、(1−1)ラジエータ入口温度閾値判定および(1−2)ラジエータ出口温度閾値判定の2つを有しており、Lv2(二次診断)の診断項目として、(1−1−1)冷却系統多変量モデル診断の1つを有している。
Lv1の診断項目は、対象となるセンサのデータを診断モデルテーブル108c(図11参照)に記憶している正常基準値と比較するという閾値判定によって診断を行う方法であり、本実施形態において、簡易的な診断項目として位置付けられるものである。一方で、Lv2の診断項目は、Lv1より複雑で詳細な診断を行うために、対象となる複数のセンサのデータを多変量解析することによって診断を行う方法(多変量モデル診断)であり、図11に示す診断モデルテーブル108cに記憶された複数センサの正常基準値と多変量解析の結果とを比較して異常判定が行われる。なお、上記の例では、閾値判定と多変量モデル診断という診断方法の違いで診断レベルを分けているが、例えば、診断方法(処理内容)は同じであるが、対象となるセンサの違いで診断レベルを分けるようにしても構わない。また、Lv1とLv2以外にも、例えばLv3、Lv4・・・とより多くの診断レベルを有する構成にしても構わない。
次に、診断条件記憶部108に記憶されている診断モデルテーブル108cについて図11を用いて説明する。図11に示す診断モデルテーブル108cは、診断処理部104が図10に示した各診断項目を実行する際のパラメータをまとめたテーブルである。例えば、診断モデルテーブル108cには診断項目毎に診断レベル、診断処理を担当する場所(処理担当)、診断対象とするセンサ、および診断に用いる正常基準値(上限値、下限値、平均値、分散値など)が記憶されている。
診断項目毎の診断レベルは、図10の診断項目テーブル108bの各Lvに対応している。診断処理を担当する場所は、基本的に上位診断項目(Lv1)については車載端末100が担当し、下位診断項目(Lv2)についてサーバ200が担当するように設定される。勿論、先にも述べたように、処理担当がサーバ200に設定されている場合であっても、車載端末100とサーバ200との通信状態によっては、処理担当がサーバ200から車載端末100に動的に代わる場合もあり得る。
診断対象とするセンサは、Lv1については閾値判定であるため、1つのセンサが対象となり、Lv2については多変量診断となるため、複数のセンサが対象となる。Lv1の項目に関しては、閾値判定を行うための正常上限値と正常下限値が正常基準値として記憶されている。Lv2の項目に関しては、多変量診断を行うための複数センサに関しての正常平均値と正常分散値が正常基準値として記憶されている。ただし、この正常平均値と正常分散値は、動作モード毎に特性が異なるため、別々に有するようになっている。なお、動作モードとは、例えば、ショベル1Aにおいて、旋回体3の旋回時、ブーム6上げ時、走行時などの各動作状態のことである。
以上のように、診断条件記憶部108には、車載端末診断条件テーブル108aと、診断項目テーブル108bと、診断モデルテーブル108cとが記憶されており、診断処理部104は主にこれらを参照することで診断処理を実行している。また、更新処理部112は、診断条件記憶部108に記憶されている各テーブル108a,108b,108cの設定内容を、サーバ200から受信した内容に書き換えることが可能である。
次に、診断処理部104が行う診断処理の内容について図12を用いて詳細に説明する。図12は、診断処理部104の診断処理の手順を示すフローチャートである。図12に示すように、診断処理部104は、車載端末100が起動すると、まずS2000において診断条件記憶部108から上記で説明した各種テーブル、即ち、車載端末診断条件テーブル108aと、診断項目テーブル108bと、診断モデルテーブル108cとを読み込む。次に、診断処理部104は、S2050において、センサ情報記憶部106に記憶されている識別関連情報を読み込む。
次に、診断処理部104は、S2150において、前記S2000で読み込んだ図9に示す車載端末診断条件テーブル108aの内容から、項目(1)通信状態による診断条件動的切替有無の設定内容を認識し、設定内容が“1”であれば、S2150においてYESと判定し、設定内容が“0”であればNOと判定する。S2150においてNOの判定を行った場合は、S2350において、診断処理部104は、稼働データ受信部102から新しい稼動データを受信したか否かを判断し、受信していなければ、NOの判定となり受信するまでS2350の判定処理を繰り返す。一方で、S2350において、稼働データ受信部102から新しい稼働データを受信した場合にはYESの判定となり、診断処理部104は、S2400において、診断実行処理を行う。このS2400の診断実行処理の詳細については、別途後述する。
S2150に戻って、診断処理部104は、このステップにおいてYESの判定を行った場合は、S2200のステップに進む。S2200において、診断処理部104は、通信状態判断部114からサーバ200との通信状態に関する情報を受信したか否かを判断する。ここで、受信していなければ診断処理部104は、NOと判断し、受信するまでこの判定処理を繰り返す。一方で、YESと判断した場合には、S2250に進み、診断処理部104は、稼働データ受信部102から新しい稼働データを受信したか否かを判断する。診断処理部104は、S2250において、新しい稼働データを受信していないと判断した場合には、S2200までさかのぼり、S2200においてサーバ200との通信状態の変化を再度確認したのちに改めてS2250において、稼働データ受信部102からの稼働データの受信有無を判断する。そして、診断処理部104は、S2250において、稼動データ受信部102から新しい稼働データを受信したと判断した場合には、S2270において、通信状態に応じたパラメータの設定処理を行う。
S2270では、診断処理部104は、図9に示した車載端末診断条件テーブル108aの内容をもとに、前記S2200で通信状態判断部114から受信した通信状態に応じたパラメータの設定処理を行う。即ち、診断処理部104は、通信状態判断部114からサーバ200との通信状態が“通信良好”、“通信不安定”、“通信圏外”のいずれを受信したかに基づいて、図9の項目(1−2)の(A)診断処理時間間隔と(B)車載端末で担当する診断レベルとの2つのパラメータを決定して設定する。この設定処理を終了したのちに、診断処理部104は、S2300において、診断実行処理を実行する。
このS2300の処理については後述するが、基本的にはS2400の診断実行処理と同じ処理を行う。S2300とS2400との相違は、設定パラメータの内容とその内容の変更有無にある。即ち、S2300では、S2270により通信状態の変化があればパラメータの設定内容を変更する処理を行うが、S2400では、車載端末診断条件テーブル108aの(1−1)の通信状態切替“無”の場合のパラメータを処理に用い、通信状態に変化があってもパラメータの設定内容の変更する処理を行わない。
次に、診断処理部104が行うS2300とS2400の診断実行処理の内容について、図13を用いて詳細に説明する。図13は、診断実行処理の手順を示すフローチャートである。ここで、図13に示す診断実行処理の内容は、図9に示す車載端末診断条件テーブル108aの(2)階層診断の有無の設定が有効な場合を示したものであり、ここが無効である場合は、図13のS3100の判断処理がない処理手順となる。以下は、階層診断の有無の設定が有効な場合についての説明である。
診断処理部104は、診断実行処理において、診断内容毎、診断レベル毎にS3000からS3150の処理を実行する。診断内容毎とは、図10に示した診断項目テーブル108bの各“診断内容”を意味し、例えば、冷却系統異常と、吸気系統異常と、排気温度異常と、作動油冷却系統異常のそれぞれに対して診断を行うことを意味する。そして、診断レベル毎とは、図10に示した診断項目テーブル108bのLv1とLv2のそれぞれの診断レベルに対して処理することを意味する。
診断処理部104は、S3000において、ある診断内容の、ある診断レベルの診断項目に対して、当該診断項目の診断が車載端末100の担当であるか否かを判断する。より詳細には、S3000の判定処理において、診断処理部104は、図11の診断モデルテーブル108cの内容を参照し、当該診断項目の処理担当が“車載端末”になっているか否かを確認する。また、診断処理部104は、図12のS2270にて設定されたパラメータ(車載端末100で担当する診断レベルのパラメータ)が存在するか否かについてもS3000において確認する。
ここで、図12のS2270にて設定されたパラメータが存在する場合には、そのパラメータの設定を優先的に用いることとした上で、診断処理部104は、当該診断項目の処理担当が車載端末100であるか否かを判断する。そのパラメータが存在しない場合には、診断処理部104は、図11の診断モデルテーブル108cの内容に基づいて、当該診断項目の処理担当が車載端末100であるか否かを判断する。
例えば、エンジン11の冷却系統異常(図10参照)を診断する場合の例について説明すると、通信良好かつ診断条件動的切替の設定が有効“1”(図9の(1)参照)の場合には、S2270において、車載端末100で担当する診断レベルのパラメータがLv1に設定される(図9の(1−2)−(B)−(i)参照)。この場合、診断レベルがLv1である(1−1)ラジエータ入口温度閾値判定および(1−2)ラジエータ出口温度閾値判定(図11参照)は車載端末100によって処理され、診断レベルがLv2の(1−1−1)冷却系統多変量モデル診断はサーバ200によって処理される。
一方、通信不安定の場合には、車載端末100で担当する診断レベルのパラメータがLv2に設定される(図9の(1−2)−(B)−(ii)参照)。この場合、診断レベルがLv1である診断項目(1−1)ラジエータ入口温度閾値判定および(1−2)ラジエータ出口温度閾値判定(図11参照)は、車載端末100によって処理される。さらに、この処理で異常と判断される(S3100でYES)と、診断レベルがLv2の(1−1−1)冷却水系統多変量モデル診断も車載端末100によって処理される。
S3000において、当該診断項目の処理担当が車載端末100と判断した場合には、診断処理部104は、YESの判定を行ってS3100に進み、サーバ200と判断した場合には、診断処理部104は、NOの判定を行って次の診断内容もしくは診断レベルの処理に移る。
S3000でYESの判定を行った場合には、診断処理部104は、S3100において上位階層診断項目に異常があったか否かを判断する。ここで、上位階層診断項目とは、ある診断内容のLv2の診断項目に対するLv1の診断項目のことであり、図10の診断項目テーブル108bを用いて具体的に説明すると、エンジンの冷却系統異常の診断項目である冷却系統多変量モデル診断の上位階層にあたる診断項目は、ラジエータ入口温度閾値判定およびラジエータ出口温度閾値判定である。
S3100でYESの場合には、診断処理部104は、S3150に進んで異常判定処理を行う。即ち、S3100からS3150で進む処理は、ある診断内容についてLv1の診断項目について異常が発生した場合のみを対象にLv2の診断項目を実行することを意味している。これが、図9の車載端末診断条件テーブル108aの項目(2)階層診断有無の設定が有効なときの処理の手順となる。一方で、この設定が無効である場合には、上位階層診断項目の診断結果によらず、Lv1とLv2の両方の診断レベルについて処理を実行する。
次に、S3150において実行される異常判定処理について説明する。異常判定処理には、大きくLv1の閾値判定処理と、Lv2の多変量モデル診断処理の2つの処理がある。それぞれの処理の内容について以下で説明する。
まず、Lv1の閾値判定処理について説明する。ある診断項目の診断対象センサについて時刻tのセンサデータをd(t)とする。図11に示す診断モデルテーブル108cにはLv1の閾値判定に用いる正常上限値と正常下限値とが記憶されており、それらをそれぞれdup,dlowとすると、d(t)が式(1)を満足する場合に正常と診断し、満足しない場合には異常と診断する。
次にLv2の多変量モデル診断処理について説明する。Lv2の多変量モデル診断処理において、診断対象とするN個のセンサデータを、d1(t),d2(t),…dN(t)とする。また、図11に示す診断モデルテーブル108cには動作モード毎の正常平均値と正常分散値が記憶されている。そこで、動作モードm(m=1,2,…,M)におけるセンサiの正常平均値、正常分散値をそれぞれμmi,σmiとすると、Lv2の多変量モデル診断処理では、まず動作モード毎の乖離度L(t,m)を、式(2)を用いて計算する。
そして、次に、M個の動作モードの乖離度L(t,m)、ただし、m(m=1,2,…,M)のなかで最小の乖離度m=m(Lmin)を新ためて対象診断項目における動作モードと特定し、そのときの乖離度を時刻tにおける乖離度L(t)として採用する。この乖離度L(t)は、診断対象としたセンサデータが正常基準値の中心からどれだけ離れているかを計算した値であり、正常分散値に対する比率で表される。したがって、正規分布で仮定した場合、3より大を異常と判断し、3未満であれば正常と判断することが可能となる。
また、診断対象とするN個のセンサデータd1(t),d2(t),…dN(t)のなかでどのセンサが一番乖離度L(t)に寄与しているのかを計算することができるため、複数センサで構築されたモデルについて最も異常に寄与しているセンサを特定し、異常発生原因の推定を行うことが可能となる。
診断処理部104は、S3150では、以上で説明したようなLv1とLv2の異常判定処理を実行し、診断結果記憶部116に結果を出力する。ここで、診断処理部104は、少なくとも、診断項目を示す診断項目番号と、診断レベルと、そのときの通信状態と、異常か正常かを示す診断結果と、を診断結果記憶部116に書き込む内容として出力する。
次に、稼動データ記憶部118と診断結果記憶部116とを参照してサーバ200へ送信するサーバ送信用データを生成する送信データ選択部120の処理内容について説明する。送信データ選択部120は、車載端末100で取得した稼働データや診断処理した結果をもとにサーバ送信用データを作成する処理を行う。送信データ選択部120が生成するサーバ送信用データのフォーマット例を図14に示す。図14に示すように、サーバ送信用データには大きく管理情報とデータ部との領域が存在している。
管理情報には、対象とするショベル1Aの機種と号機、PIN、また、カントリーコード、サイトIDが含まれている。機種と号機、PINについては、ショベル1Aを一意に特定することを可能とする情報であり、この情報に基づいてサーバはどの機械のデータであるかを判断する。また、カントリーコードはショベル1Aの動作している国を特定するための情報である。また、サイトIDは、ショベル1Aが動作しているサイトを特定するための情報である。
一方で、データ部には、時刻毎に診断項目別の診断結果と診断処理用稼働データとを記憶する領域が確保されている。診断結果のデータフィールドには診断レベル、診断担当場所、通信状態、異常判定結果を記録する領域が確保されている。ここで、診断レベルの領域には、対象診断項目が属する診断レベルが記録される。診断担当場所には、対象診断項目を処理する場所が記録される。即ち、車載端末100で診断した場合には、この診断担当場所のフィールドには車載端末100のキーワードが反映されるが、サーバ200が担当し、まだ診断されていない場合にはサーバ200のキーワードが反映される。
通信状態の領域には、この受信日時におけるサーバ200との通信状態を示すキーワードとして“通信良好”、“通信不安定”、“通信圏外”のいずれかが記録される。ただし、通信状態が不明の場合にはNULLが記録される。異常判定結果の領域には、診断処理部104が診断した結果が反映され、異常もしくは正常のキーワードが反映される。ただし、診断担当場所がサーバ200で診断結果がまだ出ていない場合には、この領域にはNULLが反映される。
一方で、診断処理用稼働データの領域には、当該診断項目において診断対象としたもしくは診断対象とするセンサデータに関する情報が記録される。より詳細には、センサデータに関する情報として、部位系統IDとセンサIDとセンサ値が記録される。記録される情報は、受信日時に最も近い稼働データである。なお、診断結果の領域において、診断担当場所にサーバ200のキーワードが記録されて、まだ診断されていない診断項目に関しては、この診断処理用稼働データの情報を入力として、サーバ200側が診断処理を実行することになる。
以上で説明したような内容のサーバ送信用データを送信データ選択部120は作成して、通信部122を介してサーバ200に送信する。
次に、サーバ200で行う処理の内容について詳細に説明する。まず、サーバ200の管理情報記憶部214の内容について図15を用いて説明する。図15に示すように、管理情報記憶部214は、管理対象とするショベル1A毎に管理情報を記憶している。ここでは、ショベル1Aを特定するためのIDとして機種と号機番号を用いている。機種はショベル1Aの種類を特定するための情報であり、機種毎にユニークな号機番号が付与されている。しがたって、機種と号機番号によって、作業機械を一意に特定することが可能となる。
そして、管理情報記憶部214には、機種と号機番号毎に、PINと、カントリーコードと、サイトIDと、センサ情報と、診断項目テーブルと、診断モデルテーブルと、車載端末診断条件テーブルとが記憶されている。ここで、PINは、メーカによって付与される固有のID情報であり、機械毎の固有のID情報である。カントリーコードは、対象とするショベル1Aが動作している国を特定するためのIDである。サイトIDは、ショベル1Aが動作している鉱山サイトを特定するためのIDである。
管理情報記憶部214に記憶している診断項目テーブルと、診断モデルテーブルと、車載端末診断条件テーブルについては、車載端末100の診断条件記憶部108と同一の情報である。即ち、管理情報記憶部214に記憶している各種テーブルの内容は、入力部210からの指示に従って管理情報書換部212によって書換え可能になっており、また、入力部210からの指示によって、送信制御部208と通信部202とを介して車載端末100側に送信される。一方で、車載端末100では、通信部122を介して前記サーバ200から受信した各種テーブルの情報を、更新処理部112が診断情報記憶部108に書き込んで更新処理を行う。
したがって、管理情報記憶部214に記憶されている診断項目テーブルと、診断モデルテーブルと、車載端末診断条件テーブルとは、それぞれ、図9から図11で示した車載端末100の診断条件記憶部108に記憶されているテーブル108a,108b,108cと同じ内容を有している。
次に、サーバ200側の診断処理部204が行う処理内容について図16を用いて説明する。まず、診断処理部204は、S4000において、管理情報記憶部214に記憶している各種テーブル(図15参照)を読み込む。そして、診断処理部204は、S4100において、通信部202を介して車載端末100からデータ受信したか確認する。ここで、診断処理部204は、受信していないと判断したらNOと判定し、S4100の判定処理を繰り返す。一方で、診断処理部204は車載端末100からデータ受信したことを確認するとYESと判定し、次のステップに進む。
次に、診断処理部204は、S4200において、S4100で受信した受信データを読込む。ここで、診断処理部204が扱うデータは、車載端末100側から送られてきたデータであるため、図14で示した形式のデータファイルとなる。以下では図14のデータファイルを参照しながら処理内容について説明する。診断処理部204は、S4200でデータファイルの読み込みを終えると、図14に示した車載端末100から受信したデータファイルに対して、データ部の時刻データ毎、診断項目毎に、S4300とS4400の処理を実行する。
まず、診断処理部204は、S4300において、図14に示した車載端末100から受信したデータファイルの対象時刻の対象診断項目における診断結果の領域を読み込み、診断担当場所のフィールドがサーバのキーワードになっているかを確認する。ここで、診断処理部204は、診断担当場所のフィールドが車載端末100になっている場合にはNOの判定をし、サーバ200になっている場合はYESの判定を行う。NOの判定を行った場合には、対象時刻の対象診断項目については、車載端末100側で既に診断処理が実行済みであるため、診断処理をスキップする。一方で、YESの判定を行った場合には、診断処理部204は、S4400において、異常判定処理を行う。
ここで、診断処理部204が実行する異常判定処理は、車載端末100の診断処理部104が実行する異常判定処理、即ち図13のS3150と同一となる。したがって、ここでは処理の説明を省略するが、診断処理部204は、S4400において、管理情報記憶部214に記憶しているセンサ情報と、診断項目テーブルと、診断モデルテーブルと、車載端末診断条件テーブルを参照して、図14に示したデータファイルのなかで診断処理用稼働データのフィールドに記録されているセンサデータに対する異常判定処理を実行する。そして、診断処理部204は、異常判定処理した結果を図14に示したデータファイルのなかで診断結果の領域の異常判定結果のフィールドに記録する。以上の処理をすべての時刻および診断項目に対して実行したのちに、診断処理部204はデータファイルを診断結果記憶部206に出力して処理を終了する。
以上説明したように、本実施形態によれば、車載端末100で作業機械1の一次診断を行い、サーバ200で作業機械1の二次診断を行うように設定できるため、各々の処理負担を軽減することができる。また、鉱山等の通信状態が安定しない現場では、診断条件の動的切替を有効に設定しておけば、車載端末100で二次診断まで行うようにできるため、データをサーバ200に送信できないような状況であっても、作業機械1の診断を確実に行うことができる。よって、作業機械1の異常を早期に発見でき、作業機械1のダウンタイムを軽減することができる。
また、階層診断を有効に設定することで、Lv1の診断の結果が異常である場合に限ってLv2の診断を行うようにできるため、Lv2の診断処理を担当する車載端末100またはサーバ200の処理負担をより一層軽減することができる。また、診断項目を作業機械1の部位系統毎に設けているので、きめ細かい診断が可能である。しかも、各診断項目について作業機械1の動作モード毎の正常基準値を設けているので、あらゆる動作モードにおいて異常を早期に発見できる。
なお、通信状態が良好な現場であれば、サーバ200で一次診断を行い、車載端末100で二次診断を行う構成とすることもできる。具体的には、作業機械1の各種センサデータを車載端末100から全てサーバ200に送信し、サーバ200側で一次診断を行う。その診断の結果を車載端末100に送信する。車載端末100は、受信した一次診断の結果が異常である場合に限り、二次診断を行うようにする。この構成であっても、車載端末100とサーバ200の各々の処理負担は軽減される。しかも、通信状態のトラブルが発生した場合には、車載端末100で一次診断および二次診断を行うようにすれば、作業機械1の異常を確実に発見することができる。
また、原則、サーバ200で一次診断および二次診断を行い、各診断結果のみを車載端末100に送信する構成とし、サーバ200側の処理負荷が高いと判断された場合や、通信状態のトラブルが発生した場合などに限って、車載端末100で一次診断および二次診断を行うようにすることもできる。この構成であっても、車載端末100とサーバ200の各々の処理負担を軽減できるうえ、作業機械1の異常を確実に発見することができる。
なお、上記した実施形態例は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態例にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。
例えば、本発明を、作業現場で用いられるホイールローダやクレーン等の自走式の作業機械の異常を診断するシステムに適用したり、自動車や鉄道等の異常を診断するシステムに適用したりすることができる。即ち、本発明は、自走式機械の異常診断を行うシステム全般に広く利用することができる。
1…作業機械、1A…油圧ショベル、1B…ダンプトラック、11…エンジン、20…エンジン吸排気系統センサ群(センサ)、22…エンジン冷却水系統センサ群(センサ)、24…作動油冷却系統センサ群(センサ)、80…油圧システム、100…車載端末(端末装置)、102…稼働データ受信部(データ受信部)、104…診断処理部(第1診断部)、114…通信状態判断部、122…通信部(第1通信部)、200…サーバ、201…管理センタ、202…通信部(第2通信部)、204…診断処理部(第2診断部)、210…入力部、300…診断処理システム、400…無線通信回線、510…車載端末(端末装置)、534…エンジン吸排気系統センサ群(センサ)、535…エンジン冷却水系統センサ群(センサ)、536…モータ電気系統センサ群(センサ)、537…モータ冷却系統センサ群(センサ)、539…速度センサ(センサ)、540…ペイロードセンサ(センサ)
Claims (10)
- 自走式機械に搭載された端末装置と管理センタに設置されたサーバとを無線通信回線によって接続した診断処理システムであって、
前記端末装置は、前記自走式機械に設けられたセンサからデータを受信するデータ受信部と、前記自走式機械の異常を診断する第1診断部と、を備え、
前記サーバは、前記自走式機械の異常を診断する第2診断部を備え、
前記第1診断部と前記第2診断部のうち一方が、前記データ受信部にて受信された前記データに基づいて前記自走式機械の異常の一次診断を行うと共に当該一次診断の結果を他方に送信し、前記一次診断の結果を受信した他方が、当該一次診断の結果に基づいて二次診断を行うようにした
ことを特徴とする診断処理システム。 - 請求項1において、
前記第1診断部が前記一次診断を行い、前記第2診断部が前記第1診断部による前記一次診断の結果を受けて前記二次診断を行うと共に、所定条件が成立したことに基づいて、前記第1診断部が更に前記二次診断も行うようにした
ことを特徴とする診断処理システム。 - 請求項2において、
前記一次診断は、所定の診断内容を簡易な手法を用いて行う簡易診断とされ、
前記二次診断は、前記所定の診断内容を詳細な手法を用いて行う詳細診断とされ、
前記一次診断の結果が前記自走式機械の異常であるという結果の場合に限り、前記第1診断部または前記第2診断部は前記二次診断を行うようにした
を特徴とする診断処理システム。 - 請求項3において、
前記簡易な手法として、前記データを予め定めた閾値と比較する手法を用い、
前記詳細な手法として、前記データを多変量解析する手法を用いるようにした
ことを特徴とする診断処理システム。 - 請求項3において、
前記所定の診断内容は、前記自走式機械の動作モード毎に設定される
ことを特徴とする診断処理システム。 - 請求項3において、
前記所定の診断内容は、前記自走式機械の部位系統毎に設定される
ことを特徴とする診断処理システム。 - 請求項6において、
前記自走式機械は油圧ショベルであり、
前記部位系統は、エンジンと油圧システムとを少なくとも含み、
前記所定の診断内容は、前記エンジンの冷却系統異常、吸気系統異常、および排気温度異常を検知するための項目と、前記油圧システムの作動油冷却異常を検知するための項目と、を含む
ことを特徴とする診断処理システム。 - 請求項2において、
前記端末装置は、前記無線通信回線の通信状態を判断する通信状態判断部を備え、
前記通信状態判断部によって前記無線通信回線の通信状態が良好でないと判断された場合を前記所定条件の成立とした
ことを特徴とする診断処理システム。 - 自走式機械に搭載され、管理センタに設置されたサーバと無線通信回線を介して通信する端末装置であって、
前記自走式機械に設けられたセンサからデータを受信するデータ受信部と、
前記データ受信部が受信した前記データに基づいて、前記自走式機械の異常についての一次診断を行う第1診断部と、
前記第1診断部での前記一次診断の結果を前記サーバに送信する第1通信部と、
前記無線通信回線の通信状態を判断する通信状態判断部と、
を備え、
前記第1診断部は、前記通信状態判断部の判断に応じて、前記自走式機械の異常について二次診断を更に行う
ことを特徴とする端末装置。 - 管理センタに設置され、自走式機械に搭載された端末装置と無線通信回線を介して通信するサーバであって、
前記端末装置で行われる前記自走式機械の異常についての一次診断の条件を入力する入力部と、
前記入力部にて入力された前記一次診断の条件を前記端末装置に送信すると共に、前記端末装置で実行された前記一次診断の結果を前記端末装置から受信する第2通信部と、
前記第2通信部が受信した前記一次診断の結果に基づいて前記自走式機械の異常についての二次診断を行う第2診断部と、
を備えたことを特徴とするサーバ。
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