JP2021156086A - Shovel management device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ショベルの管理装置に関する。 The present invention relates to a shovel management device.
ショベルは、上部旋回体に取り付けられるブームと、ブームに取り付けられるアームと、アームに取り付けられるバケットと、を有する。バケットは、アームに対して２本のピンで接続されており、バケットが消耗した際やショベルの作業に応じて、バケットを交換することができるように構成されている。 The excavator has a boom attached to the upper swing body, an arm attached to the boom, and a bucket attached to the arm. The bucket is connected to the arm by two pins, and is configured so that the bucket can be replaced when the bucket is worn out or when the shovel is operated.
特許文献１には、バケットの摩耗量を算出するショベルか開示されている。 Patent Document 1 discloses an excavator for calculating the amount of wear of a bucket.
特許文献１では、バケットの爪先の摩耗について考慮されている。しかしながら、掘削等の作業時の負荷は、爪先だけでなくバケット全体に及ぶ。このため、バケットが適切に選定されていない場合には、バケットの損傷（割れ等）につながるおそれがある。このため、作業時の負荷条件に応じて、適切なバケットを選定することが求められている。 In Patent Document 1, wear of the toe of the bucket is considered. However, the load during work such as excavation extends not only to the toes but also to the entire bucket. Therefore, if the bucket is not properly selected, it may lead to damage (cracking, etc.) of the bucket. Therefore, it is required to select an appropriate bucket according to the load condition at the time of work.
そこで、本発明は、バケットの形状を決定するショベルの管理装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a shovel management device for determining the shape of a bucket.
本発明の実施形態は、建設機械のバケットの形状を決定するショベルの管理装置であって、過去の前記建設機械の作業形態に基づいて、前記バケットの形状を決定する。 An embodiment of the present invention is a shovel management device for determining the shape of a bucket of a construction machine, and determines the shape of the bucket based on a past working mode of the construction machine.
本発明の実施形態によれば、バケットの形状を決定するショベルの管理装置を提供することができる。 According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a shovel management device for determining the shape of a bucket.
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。各図面において、同一の又は対応する構成については同一の又は対応する符号を付して説明を省略する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same or corresponding configurations are designated by the same or corresponding reference numerals, and the description thereof will be omitted.
本実施形態に係る建設機械のシステムの一例について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る建設機械のシステムの構成例を示す図である。 An example of the construction machine system according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a construction machine system according to the present embodiment.
本実施形態に係る建設機械のシステムは、ショベル（建設機械）ＰＳと、ショベル支援装置２０と、ショベルＰＳの管理装置３０と、を備え、これらが通信網４０を介して通信可能に構成されている。
The construction machine system according to the present embodiment includes a shovel (construction machine) PS, a
ショベルＰＳは、ブーム４、アーム５、及びバケット６を含むアタッチメントを備える。ブーム４、アーム５、及びバケット６は、それぞれブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９により油圧駆動される。また、ショベルＰＳは、通信装置Ｔ１を備えている。通信装置Ｔ１は、通信網４０を介して管理装置３０と通信する機能を有する。
The excavator PS includes an attachment that includes a boom 4, an arm 5, and a
ショベル支援装置２０は、送受信回路２１と、処理装置２２と、入力装置２３と、表示画面２４と、を備える。なお、ショベル支援装置２０は、例えば、スマートフォン、タブレット端末、ノートＰＣ等であってよい。
The
送受信回路２１は、通信網４０を介して管理装置３０と通信する機能を有する。
The transmission /
処理装置２２は、管理装置３０から通信網４０を経由し、送受信回路２１を通して受信したデータに基づいて、データ処理を行い、処理結果を表示画面２４に表示する。
The
入力装置２３は、ショベル支援装置２０の利用者の操作を受け付ける。入力装置２３を通して入力されたコマンドは処理装置２２に入力される。
The
表示画面２４は、処理装置２２による処理結果を表示する。表示画面２４には、例えばタッチパネルが用いられる。タッチパネルが用いられる場合、表示画面２４が入力装置２３としても使用される。
The
管理装置３０は、通信装置３１と、処理装置３２と、記憶装置３３と、出力装置３４と、入力装置３５と、を備える。なお、管理装置３０は、例えば、サーバ、ＰＣ等であってよい。
The
通信装置３１は、通信網４０を介して、管理対象であるショベルＰＳから送信されたデータを受信すると共に、ショベル支援装置２０に対して種々のデータを送受信する。通信装置３１で受信したデータは、記憶装置３３に格納される。管理対象であるショベルＰＳから送信されるデータは、オペレータによる操作レバー（図示せず）の入力、ショベルＰＳの各油圧シリンダ内の油圧、アタッチメントの姿勢を示すブーム角、アーム角、バケット角、及び上部旋回体の方位を示す旋回角の測定結果を含む。ショベル支援装置２０から送信されるデータは、ショベル支援装置２０の利用者が入力装置２３を介して入力したショベルＰＳに関する情報を含む。ショベル支援装置２０に対して送信される種々のデータは、処理装置３２により処理された処理結果を含む。
The
処理装置３２は、記憶装置３３に格納された顧客データと作業形態とが関連付けられたデータを取得し、バケット６の累積損傷度及び余寿命を算出する。また、処理装置３２は、過去のショベルＰＳの作業形態（作業形態等に基づいて算出された累積損傷度及び余寿命を含む。）に基づいて、好適なバケット６の形状を決定する。
The
「顧客情報」は、顧客を識別する情報であり、例えば顧客名称、顧客識別番号を含む。「作業形態」は、例えば稼動環境情報、実現場荷重データ（負荷データ）、作業対象情報、稼働状況情報、不具合情報、バケット形状情報を含む。「稼動環境情報」としては、高地（高度）、採石場、採砂場、林業、港湾等のショベルＰＳが稼動する環境に係わる情報が挙げられる。「実現場荷重データ」としては、オペレータによる操作レバーの入力、ショベルＰＳの各油圧シリンダ内の油圧、アタッチメントの姿勢を示すブーム角、アーム角、バケット角、上部旋回体の方位を示す旋回角等のショベルＰＳの操作に係わる測定結果が挙げられる。「作業対象情報」としては、岩石、土砂等の作業対象を特定する情報が含まれる。「稼働状況情報」としては、単純掘削、溝掘削、地ならし、土砂積込み、土羽打ち等の作業内容に係わる頻度等が挙げられる。「不具合情報」としては、所定の作業内容の作業を行ったときに発生したアタッチメント、フレーム、クローラ等の損傷の情報等が挙げられる。処理装置３２に入力される「バケット形状情報」としては、実現場荷重データ等を取得した際にショベルＰＳに取り付けられているバケット６の形状（例えば、バケット幅、バケット容量、バケット底面長さ、バケット深さ、バケット円弧半径、バケット円弧形状、使用部品、溶接箇所、部品間の溶接方法等）を示す情報が挙げられる。
"Customer information" is information that identifies a customer, and includes, for example, a customer name and a customer identification number. The "work form" includes, for example, operating environment information, realization site load data (load data), work target information, operating status information, defect information, and bucket shape information. Examples of "operating environment information" include information related to the environment in which the excavator PS operates, such as highlands (altitude), quarries, sandpits, forestry, and harbors. The "realized field load data" includes the input of the operation lever by the operator, the oil pressure in each hydraulic cylinder of the excavator PS, the boom angle indicating the posture of the attachment, the arm angle, the bucket angle, the turning angle indicating the direction of the upper swing body, etc. The measurement results related to the operation of the excavator PS can be mentioned. The "work target information" includes information for identifying a work target such as rocks and earth and sand. Examples of "operating status information" include frequency related to work contents such as simple excavation, ditch excavation, leveling, earth and sand loading, and fluffing. Examples of the "defect information" include information on damage to attachments, frames, crawlers, etc. that occur when the work of a predetermined work content is performed. The "bucket shape information" input to the
「累積損傷度」は、類似の動作が周期的に繰り返される作業を行っているときに、ショベルＰＳの部品に掛かる損傷度を、１周期に亘って累積したものである。例えば、単純掘削作業を行っている場合には、掘削開始から、持上旋回動作、排土動作、及び戻り旋回動作を経て、次の掘削開始に至るまでの動作が、１つの周期に相当する。「余寿命」は、ショベルＰＳの部品の破壊に至るまでの寿命である。処理装置３２で決定されるバケット６の形状には、バケット幅、バケット容量、バケット底面長さ、バケット深さ、バケット円弧半径、バケット円弧形状、使用部品、溶接箇所、部品間の溶接方法等の情報を含む。
The "cumulative damage degree" is the cumulative damage degree applied to the parts of the excavator PS over one cycle when the work in which similar operations are periodically repeated is performed. For example, in the case of performing simple excavation work, the operation from the start of excavation to the start of the next excavation through the lifting operation, the earth removal operation, and the return turning operation corresponds to one cycle. .. The "remaining life" is the life until the parts of the excavator PS are destroyed. The shape of the
記憶装置３３は、例えば処理装置３２が実行するコンピュータプログラム、顧客データと作業形態とが関連付けられたデータを格納する。
The
出力装置３４は、処理装置３２により処理された処理結果、例えばアタッチメントの累積損傷度、余寿命、決定されたバケット６の形状を表示する。なお、出力装置３４には、バケット６の形状を決定されたバケット形状に変更した場合における作業内容（例えば、施工図に示された所定の領域の掘削）が完了するまでの作業時間、作業量（例えば掘削された土砂の体積）、燃費、バケット６の寿命等が表示されてもよい。また、出力装置３４には、現在のバケット６における作業内容が完了するまでの作業時間、作業量、燃費、バケット６の寿命等が併せて表示されてもよい。これにより、バケット６を現在のバケット形状から決定されたバケット形状に変更することにより、作業時間、作業量、燃費、寿命等の改善状況の把握が容易となる。
The
入力装置３５は、管理装置３０のオペレータの操作を受け付ける。入力装置３５を通して入力されたコマンドは、処理装置３２に入力される。
The
次に、管理装置３０がバケット形状を決定する処理を実行するための事前処理（データ蓄積）について説明する。
Next, the pre-processing (data storage) for the
ここでは、ショベルＰＳにはバケット６として基準となる基準バケットが取り付けられている。事前処理として、ショベルＰＳは、稼動中に「ショベルＰＳの機番（認識番号）」、「顧客情報」、「稼動環境情報」、「実現場荷重データ」、「作業対象情報」、「稼働状況情報」、「バケット形状情報」を管理装置３０へ送信している。これにより、管理装置３０で、ショベルＰＳから送信された情報を記憶装置３３に格納する。そして、ショベルＰＳに不具合が発生した際、ショベル支援装置２０を有する作業者は、ショベルＰＳの作業現場へ行き、ショベルＰＳに発生した不具合を「不具合情報」としてショベル支援装置２０から管理装置３０へ送信する。その際、作業者は、「顧客情報」、「ショベルＰＳの機番（認識番号）」、「稼動環境情報」等と合わせてショベル支援装置２０から管理装置３０へ送信してもよい。
Here, a reference bucket as a
「顧客情報」、「ショベルＰＳの機番（認識番号）」、「稼動環境情報」、「不具合情報」を受信した管理装置３０は、不具合が発生したショベルＰＳの「実現場荷重データ」、「作業対象情報」、「稼働状況情報」、「バケット形状情報」を記憶装置３３から抽出する。そして、処理装置３２により「実現場荷重データ」に基づいて累積損傷度、若しくは、余寿命を算出する。そして、管理装置３０のオペレータは、算出された累積損傷度、若しくは、余寿命の算出結果と「不具合情報」、「稼動環境情報」、「稼働状況情報」等とを照らし合わせ、算出結果の妥当性を確認する。算出結果が妥当な場合、処理装置３２は、算出結果と「稼動環境情報」、「実現場荷重データ」、「稼働状況情報」との関連づけを行い、記憶装置３３に格納する。このようにして、管理装置３０は事前処理を完了させる。
The
図２を参照しながら、事前処理完了後に、顧客からの注文を受けて、顧客の作業形態に適したショベルＰＳの部品の形状を算出する処理（以下「形状算出処理」という。）の一例について説明する。以下では、ショベルＰＳの部品としてバケット６の形状を算出する場合を例に挙げて説明するが、他の部品、例えばブーム４、アーム５の形状についても同様に算出できる。
With reference to FIG. 2, an example of a process of receiving an order from a customer after the completion of the pre-processing and calculating the shape of the excavator PS part suitable for the customer's work form (hereinafter referred to as “shape calculation process”). explain. In the following, a case where the shape of the
図２は、本発明の実施形態に係る形状算出処理の一例を示すフローチャートである。図２に示される形状算出処理は、例えば管理装置３０によって実行される。但し、形状算出処理は、ショベル支援装置２０によって実行されてもよい。以下では、一例として、管理装置３０が、入力された稼動環境情報、稼動状況情報等に適用する形状算出処理を実行する場合について説明する。ここで、形状算出処理は、入力された情報に基づいて想定される荷重に対して応力を低減した形状を算出する処理、累積損傷度を小さくする（余寿命を延ばす）局所処理（熱処理、グラインダ、ピーニング）等を含む。
FIG. 2 is a flowchart showing an example of the shape calculation process according to the embodiment of the present invention. The shape calculation process shown in FIG. 2 is executed by, for example, the
まず、顧客からの注文を受けてショベルを販売する際、ショベル支援装置２０の利用者（営業マン等）は顧客との打合せ等により顧客情報の他に、新規購入の対象となるショベルが稼動する稼動環境情報、稼動状況情報等をショベル支援装置２０へ入力する。ショベル支援装置２０は、送受信回路２１を介して管理装置３０へ顧客情報、稼動環境情報、稼動状況情報等を送信する。これにより、管理装置３０の通信装置３１は、通信網４０を介して顧客データ、稼動環境情報、稼動状況情報等を受信し、処理装置３２は通信装置３１を介して入力された顧客データ、稼動環境情報、稼動状況情報等を取得する（ステップＳＴ１）。
First, when selling an excavator in response to an order from a customer, the user (salesman, etc.) of the
その後、処理装置３２は、記憶装置３３を参照し、ステップＳＴ１で取得した顧客データ、稼動環境情報、稼動状況情報等に基づき、類似の稼動環境情報、稼動状況情報等を抽出する。それとともに、抽出された類似の稼動環境情報、稼動状況情報等に基づき、それらと関連づけられた実現場荷重データと累積損傷度（若しくは余寿命）を抽出する（ステップＳＴ２）。
After that, the
その後、処理装置３２は、ステップＳＴ２で抽出された累積損傷度又は余寿命に基づいて、部分的に強度が変更されたバケット６の形状を算出する（ステップＳＴ３）。本実施形態では、処理装置３２は、ステップＳＴ２で抽出されたバケット６の累積損傷度の分布又は余寿命の分布がバケット６の全体に亘って略一様となるように、バケット６の累積損傷度が大きい部分又は余寿命が短い部分の強度を上げた形状を算出する。部分的に強度を上げた形状は、例えば補強板を溶接で取り付けた形状、板厚を厚くした形状、ショットピーニング処理を行った形状を含む。また、処理装置３２は、ステップＳＴ２で抽出されたバケット６の累積損傷度の分布又は余寿命の分布がバケット６の全体に亘って略一様となるように、バケット６の累積損傷度が小さい部分又は余寿命が長い部分の強度を下げた形状を算出してもよい。部分的に強度を下げた形状は、例えば板厚を薄くした形状を含む。板厚を薄くした形状では、バケット６の全体としての余寿命を維持した状態で、バケット６の軽量化を図ることができる。
After that, the
その後、処理装置３２は、ステップＳＴ３で算出された部分的に強度が変更されたバケット６の形状を出力装置３４に表示する（ステップＳＴ４）。これにより、管理装置３０のオペレータは、出力装置３４に表示される画像を確認することで、顧客の作業形態に適したショベルＰＳのバケット６の形状を容易に把握できる。また、処理装置３２は、ステップＳＴ３で算出された部分的に強度が変更されたバケット６の形状を、通信網４０を介してショベル支援装置２０の表示画面２４に表示させてもよい。この場合、ショベル支援装置２０の利用者は、表示画面２４に表示される画像を確認することで、顧客の作業形態に適したショベルＰＳのバケット６の形状を容易に把握できる。
After that, the
次に、図３及び図４を参照しながら、事前処理におけるショベルＰＳのバケット６の累積損傷度の分布及び余寿命の分布を算出する方法について説明する。図３は、累積損傷度の分布及び余寿命の分布を算出する方法のフローチャートである。図４は、ショベルＰＳで繰り返される一連の動作におけるバケット６に大きな負荷のかかる動作の一例を示す概略図である。ここでは、ショベルＰＳで繰り返される一連の動作の１周期内の各工程として、「掘削」（図４参照）、「持上旋回」、「排土」、「戻り旋回」の各工程を行うものとして説明する。これらの動作のうち、バケット６には、図４の示す掘削の際に大きな負荷が加わる。
Next, a method of calculating the distribution of the cumulative damage degree and the distribution of the remaining life of the
図３に戻り、ステップＳＴ１１において、一連の動作の１周期内で、解析すべき複数の時刻（以下、「解析時刻」という。）を抽出する。例えば、シリンダ内の油圧、旋回角度の時間波形のピーク、変曲点等の特徴的な時刻を、解析時刻として抽出する。抽出する解析時刻の個数を多くすると、解析精度が向上するが、解析に要する計算時間は長くなる。処理装置３２が、シリンダ内の油圧、旋回角度の時間波形に基づいて解析時刻を自動的に抽出するようにしてもよいし、オペレータがシリンダ内の油圧、旋回角度の時間波形を観察して解析時刻を決定し、入力装置３５から解析時刻を入力するようにしてもよい。
Returning to FIG. 3, in step ST11, a plurality of times to be analyzed (hereinafter, referred to as “analysis time”) are extracted within one cycle of a series of operations. For example, characteristic times such as the oil pressure in the cylinder, the peak of the time waveform of the turning angle, and the inflection point are extracted as the analysis time. Increasing the number of analysis times to be extracted improves the analysis accuracy, but the calculation time required for the analysis becomes long. The
ステップＳＴ１２において、解析時刻の各々において、解析モデルを用い、ブーム４、アーム５等の部品の各々に加わっている応力の分布を算出する。応力の分布は、解析時刻ごとに決定されているショベルＰＳの特定の姿勢に基づいて計算される。すなわち、繰り返される一連の動作の１周期内に現れる種々のショベルＰＳの姿勢ごとに、ショベルＰＳの部品に加わっている荷重に基づいて、応力の分布を算出する。応力の分布の算出には、例えば有限要素法等の数値解析手法を適用することができる。このとき、ショベルＰＳの姿勢及びショベルＰＳの部品に掛かる荷重が境界条件として用いられる。荷重はベクトルで表される。荷重の大きさ及び向きは、油圧シリンダ内の油圧、油圧シリンダの軸方向（アタッチメントの姿勢）、及び旋回角加速度により求まる。旋回角加速度は、旋回角を２回微分することにより算出される。 In step ST12, the distribution of stress applied to each of the parts such as the boom 4 and the arm 5 is calculated by using the analysis model at each of the analysis times. The stress distribution is calculated based on the specific posture of the excavator PS, which is determined for each analysis time. That is, the stress distribution is calculated based on the load applied to the parts of the excavator PS for each posture of the various excavator PS appearing in one cycle of the repeated series of operations. A numerical analysis method such as the finite element method can be applied to the calculation of the stress distribution. At this time, the posture of the excavator PS and the load applied to the parts of the excavator PS are used as boundary conditions. The load is represented by a vector. The magnitude and direction of the load can be obtained from the hydraulic pressure in the hydraulic cylinder, the axial direction of the hydraulic cylinder (attachment posture), and the turning angular acceleration. The turning angular acceleration is calculated by differentiating the turning angle twice.
ステップＳＴ１３において、各部品の評価点ごとに、累積損傷度を算出する。これにより、部品内における累積損傷度の分布が得られる。累積損傷度は、応力の時間変化から抽出される応力の極値に基づいて算出される。以下、累積損傷度を算出する方法の一例について説明する。まず、一連の動作の１周期内における応力の時間波形の極大値と極小値とを検出する。極大値と極小値とに基づいて、応力が変動する範囲である応力範囲Δσを求めると共に、応力範囲Δσごとの出現頻度を求める。応力範囲Δσｉの出現頻度をｎｉで表す。また、応力範囲Δσｉにおける疲労寿命（破断繰返し回数）がＮｉ回であるものとする。累積疲労損傷則（別名、線形被害則）により、累積損傷度Ｄは、以下の式で表される。 In step ST13, the cumulative damage degree is calculated for each evaluation point of each part. This gives a distribution of cumulative damage within the part. The cumulative damage degree is calculated based on the extremum of stress extracted from the time variation of stress. Hereinafter, an example of a method for calculating the cumulative damage degree will be described. First, the maximum value and the minimum value of the time waveform of stress in one cycle of a series of operations are detected. Based on the maximum value and the minimum value, the stress range Δσ, which is the range in which the stress fluctuates, is obtained, and the frequency of appearance for each stress range Δσ is obtained. The frequency of appearance of the stress range Δσi is represented by ni. Further, it is assumed that the fatigue life (number of repeated fractures) in the stress range Δσi is Ni times. According to the cumulative fatigue damage rule (also known as the linear damage rule), the cumulative damage degree D is expressed by the following equation.
ステップＳＴ１４において、ステップＳＴ１３で算出された累積損傷度の算出値の、想定値に対する相対値（以下、単に「相対値」という。）を求める。累積損傷度の算出値が、累積損傷度の想定値と等しいとき、その相対値は「１」である。「累積損傷度の想定値」とは、部品の保証寿命（予め決められている目標とする寿命）から逆算した１周期あたりの累積損傷度を意味する。すなわち、１周期あたりの累積損傷度の算出値が、累積損傷度の想定値と等しい場合には、累積損傷度を算出したときと同一の動作を継続すると、保証寿命まで疲労破壊が生じることなく、部品を使用することができる。累積損傷度の算出値が想定値を超えている場合、想定値を超えた累積損傷度が蓄積された部品は、保証寿命に到達する前に疲労破壊に至る危険性が高いと判断される。 In step ST14, the relative value (hereinafter, simply referred to as “relative value”) of the calculated value of the cumulative damage degree calculated in step ST13 with respect to the assumed value is obtained. When the calculated value of the cumulative damage degree is equal to the assumed value of the cumulative damage degree, the relative value is "1". The "estimated value of the cumulative damage degree" means the cumulative damage degree per cycle calculated back from the guaranteed life of the part (predetermined target life). That is, when the calculated value of the cumulative damage degree per cycle is equal to the assumed value of the cumulative damage degree, if the same operation as when the cumulative damage degree is calculated is continued, fatigue fracture does not occur until the guaranteed life. , Parts can be used. When the calculated value of the cumulative damage degree exceeds the assumed value, it is judged that the part having the cumulative damage degree exceeding the assumed value has a high risk of fatigue fracture before reaching the guaranteed life.
例えば、部品の保証寿命をＴｇ（時間）とし、一連の動作の１周期あたりの平均時間をＴｐ（時間）とすると、保証される繰り返し回数は、Ｔｇ／Ｔｐで表される。累積損傷度の想定値は、この逆数、すなわちＴｐ／Ｔｇで表される。 For example, assuming that the guaranteed life of the component is Tg (hours) and the average time per cycle of a series of operations is Tp (hours), the guaranteed number of repetitions is expressed in Tg / Tp. The estimated value of the cumulative damage degree is expressed by the reciprocal of this, that is, Tp / Tg.
ステップＳＴ１５において、部品の余寿命の分布を算出する。以下、余寿命の算出方法について説明する。管理装置３０は、管理対象のショベルＰＳの機体ごと、及び部品ごとに、機体の稼働開始時点から現時点までの累積損傷度の算出値の総和を算出する。今回のデータ収集の対象となる動作を開始するまでの過去の累積損傷度の総和は、記憶装置３３に記憶されている。ショベルＰＳの部品の、ある箇所の累積損傷度の算出値の総和が１になると、その箇所で破断が生じる。１から累積損傷度の算出値の総和を減算することにより、余寿命が求まる。
In step ST15, the distribution of the remaining life of the parts is calculated. Hereinafter, the method of calculating the remaining life will be described. The
出力装置３４及び／又は表示画面２４には、バケット６の形状が画像として表示されると共に、バケット６の累積損傷度の分布が濃淡や色分けで表示される構成であってもよい。管理装置３０のオペレータは、出力装置３４に表示される画像を確認することで、バケット６の累積損傷度の分布を容易に認識することができる。また、例えば、部品の材料、寸法、部品に対する補強処理等が表示されるように構成されてもよい。
The
次に、図５を用いてショベルの管理装置３０について更に説明する。図５は、管理装置３０のブロック図である。
Next, the
図１及び図５の示すように、管理装置３０は、通信装置３１と、処理装置３２と、記憶装置３３と、出力装置３４と、入力装置３５と、を備えている。また、図５の示すように、処理装置３２は、掘削方法判定部３２１と、負荷算出部３２２と、オペレータ特定部３２３と、作業対象判定部３２４と、累積損傷度算出部３２５と、余寿命算出部３２６と、機械学習部３２７と、バケット形状決定部３２８と、を有する。また、記憶装置３３は、顧客情報記憶部３３１と、作業形態記憶部３３２と、学習済モデル記憶部３３３と、を有する。
As shown in FIGS. 1 and 5, the
ショベルＰＳから送信された顧客情報は、記憶装置３３の顧客情報記憶部３３１に記憶される。また、ショベルＰＳから送信された作業形態は、過去のショベルＰＳの作業形態として、記憶装置３３の作業形態記憶部３３２に記憶される。
The customer information transmitted from the excavator PS is stored in the customer
掘削方法判定部３２１は、作業形態記憶部３３２に記憶された作業形態に基づいて、掘削方法を判定する。ここでは、掘削方法がバケット掘削であるか、アーム掘削であるかを判定する。バケット掘削とは、主にバケットシリンダ９を駆動することでバケット６を下げる方向に回転させて土砂を掘削することをいう。アーム掘削とは、主にアームシリンダ８を駆動することでアーム５を下げる方向に回転させることによりバケット６を水平引きして土砂を掘削することをいう。具体的には、掘削方法判定部３２１は、作業形態の実現場荷重データ（ブーム角、アーム角、バケット角）に基づいて、バケット６の爪先軌跡を算出する。また、掘削方法判定部３２１は、作業形態の実現場荷重データ（シリンダ内の油圧）に基づいて、バケット６が掘削中であるか否かを判定する。そして、掘削方法判定部３２１は、掘削中の爪先軌跡に基づいて、アーム掘削であるか、バケット掘削であるかを判定する。
The excavation
負荷算出部３２２は、作業形態記憶部３３２に記憶された作業形態の情報に基づいて、バケット６の負荷を算出する。具体的には、掘削方法判定部３２１は、作業形態の実現場荷重データに基づいて、バケット６の負荷を算出する。
The
オペレータ特定部３２３は、ショベルＰＳの作業を行ったオペレータを特定する。具体的には、オペレータ特定部３２３は、顧客情報記憶部３３１に記憶されている顧客情報（例えば、オペレータのシフト表）に基づいてオペレータを特定してもよい。
The
作業対象判定部３２４は、ショベルＰＳの作業対象を判定する。作業対象とは、ショベルＰＳで掬い上げる対象であり、例えば、土砂、岩石、泥等から判定する。具体的には、作業対象判定部３２４は、作業形態の作業対象情報に基づいて、作業対象を判定する。また、負荷算出部３２２が算出した作業時の負荷に基づいて、作業対象を判定する構成であってもよい。
The work
累積損傷度算出部３２５は、図２に示すフローに基づいてバケット６の累積損傷度を算出する。余寿命算出部３２６は、累積損傷度算出部３２５が算出した累積損傷度に基づいて、バケット６の余寿命を算出する。
The cumulative damage
機械学習部３２７は、作業形態記憶部３３２に記憶された作業形態に関わる情報（作業形態情報）（上述の作業形態に基づいて算出される各情報も含む）、バケット形状情報と、それを用いて算出された累積損傷度（余寿命）とに基づいて、機械学習を行い、学習済モデルを生成する。生成された学習済モデルは、記憶装置３３の学習済モデル記憶部３３３に記憶される。このように、累積損傷度算出部３２５により作業形態情報とバケット形状情報とに基づいて算出された累積損傷度を用いて、累積損傷度、作業形態情報、バケット形状情報との関連性を学習済みモデルとしてモデル化する。そして、学習済みモデルにより累積損傷度と作業形態情報とに基づいてそれらの条件を満たすバケット形状情報を算出することができる。
The
ここでは、記憶装置３３に記憶されている過去の作業形態に基づいて、学習済モデルを生成する。ここで、例えば、作業形態のうち、実現場荷重データ（掘削方法情報、負荷情報）、作業対象情報、稼働状況情報、不具合情報を入力データとし、バケット形状情報を出力データとして、機械学習を行い、学習済みモデルを生成する。また、入力データとして、掘削方法判定部３２１で判定される掘削方法、負荷算出部３２２で算出されるバケット６の負荷、作業対象判定部３２４で判定される作業体対象、累積損傷度算出部３２５で算出される累積損傷度、余寿命算出部３２６で算出される余寿命を含んでもよい。また、強化学習の報酬として、例えば、バケット６の寿命、ショベルＰＳの燃費、ショベルＰＳの作業時間、ショベルＰＳの作業量のうち、少なくとも１つを含む。
Here, the trained model is generated based on the past work mode stored in the
バケット形状決定部３２８は、学習済モデル記憶部３３３に記憶される学習済モデルに基づいて、バケット６の形状を決定する。即ち、バケット６の形状の変更を検討する作業現場の作業形態情報に基づいて、学習済モデルを用いて、バケット６の形状を決定する。
The bucket
なお、バケット形状決定部３２８は、記憶装置３３に記憶されるテーブル（図示せず）に基づいて、バケット６の形状を決定してもよい。ここで、テーブルには、バケット６の負荷を第１軸、掘削方法（アーム掘削、バケット掘削）を第２軸として、それぞれバケット形状が定められている。バケット形状決定部３２８は、負荷算出部３２２で算出した負荷及び掘削方法判定部３２１で算出した掘削方法に基づいて、テーブルを参照して、バケット６の形状を決定してもよい。
The bucket
以上、管理装置３０によれば、作業現場毎に好適なバケット形状を決定して、利用者に提示することができる。ショベルＰＳに取り付けられるバケット６を、決定されたバケット形状に変更することにより、バケット６の破損を抑制し、寿命を延ばすことができる。また、ショベルＰＳの燃費を向上することができる。また、ショベルＰＳの作業時間を短くすることができる。また、ショベルＰＳの作業量を向上することができる。
As described above, according to the
また、管理装置３０は、ショベルＰＳに取り付けられるバケット６を、決定されたバケット形状に変更した場合における強化学習の報酬（寿命、燃費、作業時間、作業量）を出力装置３４に出力してもよい。また、管理装置３０は、現在のバケット６における強化学習の報酬（寿命、燃費、作業時間、作業量）を出力装置３４に併せて出力してもよい。これにより、利用者は、バケット６を交換した際の効果を容易に把握することができる。
Further, even if the
なお、作業現場毎にバケット形状を決定するものとして説明したが、これに限られるものではない。ショベルＰＳのオペレータごとにバケット形状を決定してもよい。即ち、同じ作業現場であっても、オペレータのくせや好みによって、主にバケット掘削によって土砂を掘削する者と、主にアーム掘削によって土砂を掘削する者とに分かれることがある。本実施形態によれば、同じ作業現場であっても、管理装置３０は、オペレータごとに好ましいバケット形状を決定して、利用者に提示することができる。これにより、オペレータごとに好適なバケット形状を提示することができる。
Although the bucket shape has been described as being determined for each work site, the present invention is not limited to this. The bucket shape may be determined for each operator of the excavator PS. That is, even at the same work site, depending on the habits and preferences of the operator, there may be a person who excavates the earth and sand mainly by bucket excavation and a person who excavates the earth and sand mainly by arm excavation. According to the present embodiment, the
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。 Although the embodiment for carrying out the present invention has been described above, the above contents do not limit the contents of the invention, and various modifications and improvements can be made within the scope of the present invention.
図１に示す建設機械のシステムにおいて、ショベルＰＳは通信装置（図示せず）を介して管理装置３０にデータを送信するものとして説明したが、これに限られるものではない。ショベルＰＳのデータをリムーバブルメディア等の記録媒体に格納して、記録媒体に格納したデータを管理装置３０に入力する構成であってもよい。また、記録媒体に格納したデータをショベル支援装置２０に入力し、ショベル支援装置２０から通信網４０を介して管理装置３０に入力する構成であってもよい。また、ショベルＰＳとショベル支援装置２０が通信（有線、無線）する構成であってもよい。
In the construction machine system shown in FIG. 1, the excavator PS has been described as transmitting data to the
本実施形態に係るショベルＰＳの管理装置３０は、管理装置３０の出力装置３４に処理結果（決定されたバケット６の形状）を出力するものとして説明したが、これに限られるものではない。ショベルＰＳの管理装置３０は、通信装置３１に処理結果（決定されたバケット６の形状）を出力する構成であってもよい。これにより、通信装置３１、通信網４０、送受信回路２１を介して、ショベル支援装置２０の処理装置２２に処理結果を送信する。そして、処理装置２２は、受信した処理結果を表示画面２４に表示させてもよい。また、ショベルＰＳに設けられた表示画面（図示せず）に処理結果を表示させる構成であってもよい。
The excavator
２０ ショベル支援装置
２１ 送受信回路
２２ 処理装置
２３ 入力装置
２４ 表示画面
３０ 管理装置
３１ 通信装置
３２ 処理装置
３３ 記憶装置
３４ 出力装置
３５ 入力装置
４０ 通信網
３２１ 掘削方法判定部
３２２ 負荷算出部
３２３ オペレータ特定部
３２４ 作業対象判定部
３２５ 累積損傷度算出部
３２６ 余寿命算出部
３２７ 機械学習部
３２８ バケット形状決定部
３３１ 顧客情報記憶部
３３２ 作業形態記憶部
３３３ 学習済モデル記憶部
20
Claims (5)
過去の前記建設機械の作業形態に基づいて、前記バケットの形状を決定する、
ショベルの管理装置。 A shovel management device that determines the shape of a construction machine bucket.
The shape of the bucket is determined based on the past working mode of the construction machine.
Excavator management device.
請求項１に記載のショベルの管理装置。 The working mode includes a load applied to the bucket.
The excavator management device according to claim 1.
請求項１または請求項２に記載のショベルの管理装置。 The work form includes work target information.
The excavator management device according to claim 1 or 2.
前記機械学習の報酬として、前記バケットの寿命、前記建設機械の燃費、前記建設機械の作業時間、前記建設機械の作業量のうち、少なくとも１つを含む。
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のショベルの管理装置。 A learning model is generated by machine learning based on the working mode of the construction machine in the past.
The machine learning reward includes at least one of the life of the bucket, the fuel consumption of the construction machine, the working time of the construction machine, and the working amount of the construction machine.
The excavator management device according to any one of claims 1 to 3.
請求項４に記載のショベルの管理装置。 Output the machine learning reward for the determined bucket.
The excavator management device according to claim 4.
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| JP2020059334A JP2021156086A (en) | 2020-03-30 | 2020-03-30 | Shovel management device |
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| WO2001073223A2 (en) * | 2000-03-31 | 2001-10-04 | Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. | Work managing method suited to work site, managing system, and managing apparatus |
| JP2014222003A (en) * | 2013-05-14 | 2014-11-27 | 住友重機械工業株式会社 | State display device for shovel |
| WO2019189888A1 (en) * | 2018-03-30 | 2019-10-03 | 住友重機械工業株式会社 | Construction machine operation assistance system, and construction machine |
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- 2020-03-30 JP JP2020059334A patent/JP2021156086A/en active Pending
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