DE10393954T5

DE10393954T5 - Komponentenlebensdaueranzeige

Info

Publication number: DE10393954T5
Application number: DE10393954T
Authority: DE
Inventors: Julie A. Washington Gannon; Conrad G. Peoria Grembowicz; David R. Mt. Zion Hinton; Jin Manchester Suzuki
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2002-12-23
Filing date: 2003-11-10
Publication date: 2005-12-22
Also published as: US20040122618A1; WO2004061780A1; AU2003291422A1; US8073653B2

Abstract

Lebensdaueranzeige für eine Komponente einer Maschine (100), wobei die Lebensdaueranzeige Folgendes aufweist:
mindestens einen Sensor (302), der betriebsmäßig mit der Maschine (100) assoziiert ist und konfiguriert ist, um eine Eigenschaft abzufühlen, die mit der Maschine (100) assoziiert ist, wobei der Sensor (302) konfiguriert ist, um die abgefühlte Eigenschaft als ein Datensignal auszugeben;
ein Speicherelement (310), welches eine erste Datenstruktur aufweist, die einen Schadensfaktor für die Komponente der Maschine (100) basierend auf mindestens teilweise dem Datensignal bestimmt, das von dem mindestens einen Sensor (302) empfangen wurde; und
einen Prozessor (308) zur Ausführung der ersten Datenstruktur zur Bestimmung des Schadensfaktors.

Description

Technisches Gebiet
Diese Offenbarung bezieht sich allgemein auf eine Komponentenlebensdaueranzeige. Insbesondere bezieht sich diese Offenbarung auf eine Komponentenlebensdaueranzeige zur Überwachung der Effekte der Betriebsbedingungen auf die Lebensdauer einer Arbeitsmaschinenkomponente.
Hintergrund
Eine typische Arbeitsmaschine, wie beispielsweise ein Traktor, ein Dozer, ein Lader, eine Erdbewegungsmaschine oder eine andere solche Maschine hat eine ausgelegte Arbeitslebensdauer. Die ausgelegte Arbeitslebensdauer der Arbeitsmaschine wird teilweise durch die ausgelegte Arbeitslebensdauer von jeder einzelnen Komponente bestimmt, die die Arbeitsmaschine bildet. Jedoch kann die tatsächliche Arbeitslebensdauer einer gegebenen Komponente, und somit die tatsächliche Lebensdauer der Arbeitsmaschine selbst von Maschine zu Maschine basierend auf Anwendungsspannungen bzw. Anwendungsbeanspruchungen variieren, denen die Arbeitsmaschine unterworfen ist. Anwendungsspannungen, die die Arbeitslebensdauer einer Arbeitsmaschine beeinflussen, können beispielsweise Betriebsbedingungen, den Straßenverlauf, die Wetterbedingungen, die Straßenzustände, Beladungspraktiken und Wirkungsgrade aufweisen.
Die ausgelegte Arbeitslebensdauer einer Komponente entspricht der tatsächlichen Arbeitslebendauer nur, wenn der tatsächliche Einsatzort einem "typischen" oder "vernünftigen" Einsatzort ähnelt, auf dem die ausgelegte Arbeitslebensdauer basiert. Jedoch weichen die meisten Einsatzorte von einem typischen Einsatzort bezüglich einer oder mehreren der Anwendungsbeanspruchungen ab, die die Komponentenlebensdauer beeinflussen. Entsprechend passt die tatsächliche Arbeitslebensdauer einer Komponente selten zur ausgelegten Komponentenlebensdauer.
Wenn eine Arbeitsmaschine Anwendungsbeanspruchungen unterworfen ist, die härter als die Faktoren bei einem typischen Einsatzort sind, dann wird die tatsächliche Arbeitslebensdauer der Maschinenkomponente kürzer sein als die ausgelegte Arbeitslebensdauer. Wenn man nicht erkennen kann, dass die Komponente eine kürzere tatsächliche Arbeitslebensdauer hat, kann dies ein Versagen der Komponente zur Folge haben, bevor eine zeitlich geplante Instandhaltung ausgeführt wird. Der Betrieb der Komponente, bis sie versagt, verursacht oft sekundäres Versagen von anderen Komponenten, die von der versagten Komponente abhängen. Weiterhin sind solche Versagensfälle oft zeitlich nicht vorhersagbar und können die Ausführung einer Instandhaltung an Stellen auf dem Einsatzgelände erfordern, wo die Arbeitsmaschine nicht leicht zugänglich ist, oder die Arbeitsmaschine kann im Weg von anderen Arbeitsmaschinen sein. Somit kann ein Versagen einer einzigen Komponente gesteigerte Ausfallzeit und höhere Betriebsausgaben für den gesamten Betrieb verursachen.
Wenn andererseits eine Arbeitsmaschine Anwendungsbeanspruchungen unterworfen ist, die weniger schwerwiegend sind als die Faktoren an dem tatsächlichen Einsatzort, kann die tatsächliche Arbeitslebensdauer der Maschinenkomponente über die ausgelegte Arbeitslebensdauer ausgedehnt sein. Entsprechend kann es sein, dass die Arbeitsmaschinenkomponenten nicht so oft überprüft oder instand gehalten werden müssen, wie normalerweise zeitlich geplant. Entsprechend kann die Ausführung einer zeitlich geplanten Instandhaltung verschwenderisch sein, da die Komponenten nicht instand gehalten werden müssen.
Ein Versuch, Betriebsbedingungen einer Arbeitsmaschine in Instandhaltungsentscheidungen einzubeziehen wird offenbart im US-Patent 5 642 284 von Parupalli und anderen. Das '284-Patent offenbart ein System zur Bestimmung, wann eine zeitlich geplante Instandhaltung fällig ist, wie beispielsweise ein Ölwechsel, und zwar abhängig von der Gesamtzahl der gefahrenen Meilen bzw. Wegstrecke von der gesamten verbrauchten Brenn stoffmenge und von der Ölmenge im Ölsumpf. Jedoch offenbart das '284-Patent kein System zur Überwachung der tatsächlichen Arbeitslebensdauer einer Maschinenkomponente.
Diese Offenbarung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der Probleme oder der Nachteile zu überwinden, die mit dem Stand der Technik assoziiert sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Lebensdaueranzeige für eine Komponente einer Maschine wird offenbart. Die Lebensdaueranzeige weist mindestens einen Sensor auf, der betriebsmäßig mit der Maschine assoziiert ist und konfiguriert ist, um eine Eigenschaft zu fühlen, die mit der Arbeitsmaschine assoziiert ist. Der Sensor ist konfiguriert, um die abgefühlte Eigenschaft als ein Datensignal auszugeben. Die Lebensdaueranzeige weist auch ein Speicherelement auf, das eine erste Datenstruktur besitzt, die einen Schadensfaktor für die Komponente der Arbeitsmaschine basierend zumindest teilweise auf dem Datensignal bestimmt, das von dem mindestens einen Sensor aufgenommen wurde. Ein Prozessor führt die erste Datenstruktur aus, um den Schadensfaktor zu bestimmen.
Ein Verfahren zur Überwachung des Effekts von Betriebsbedingungen auf eine Komponente einer Maschine wird offenbart. Das Verfahren weist das Abfühlen von mindestens einer Eigenschaft auf, die mit der Maschine assoziiert ist, das Halten einer Datenstruktur in einem Speicherelement, die einen Schadensfaktor der Komponente basierend zumindest teilweise auf der mindestens einen Eigenschaft bestimmt, und die Verarbeitung der Datenstruktur, um den Schadensfaktor basierend auf der mindestens einen Eigenschaft zu bestimmen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorangegangenen und andere Merkmale und Vorteile der Komponentenlebensdaueranzeige werden aus der folgenden detaillierteren Beschreibung offensichtlich, wie in den beigefügten Ansprüchen veranschaulicht.
1 ist eine diagrammartige Seitenansicht einer Arbeitsmaschine.
2 ist eine diagrammartige Darstellung eines beispielhaften elektrischen Systems.
3 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften elektronischen Schnittstelle des elektrischen Systems der 2.
4 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Beziehung zwischen abgefühlten Eigenschaften und eingesparten Komponentendatenstrukturen zeigt.
5A u. 5B sind beispielhafte Kurvendarstellungen, die eine Vorausschau einer Schadensfaktorlinie zeigen, um die tatsächliche Arbeitslebensdauer einer Komponente zu bestimmen.
6 ist eine skizzenartige Abbildung einer beispielhaften Tagesabbaustätte, die einen Lieferzyklus für eine Arbeitsmaschine zeigt.
7 ist eine beispielhafte Kurvendarstellung, die einen gemessenen Schadensfaktor eines Endantriebslagers einer Arbeitsmaschine zeigt, die den Lieferzyklus der 6 ausführt.
8A–8C sind Darstellungen von beispielhaften Schnittstellenanzeigen.
9 ist ein beispielhaftes Flussdiagramm für die Preisgestaltung eines Servicevertrags.
10 ist ein beispielhaftes Flussdiagramm für die Instandhaltung einer Flotte von Fahrzeugen.
11 ist ein beispielhaftes Flussdiagramm zur Erkennung von Belastungs- bzw. Spannungstrends.
Detaillierte Beschreibung
1 ist eine Darstellung eines beispielhaften Ausführungsbeispiels einer Silhouette einer Arbeitsmaschine 100, die beispielhafte Komponenten zeigt, die durch eine Komponentenlebensdaueranzeige überwacht werden können. In dem gezeigten beispielhaften Ausführungsbeispiel ist die Arbeitsmaschine 100 ein Kipplastwagen. Jedoch könnte die Arbeitsmaschine 100 irgendeine Arbeitsmaschine sein, wie beispielsweise ein Traktor, ein Lader, eine Erdbewegungsvorrichtung, ein Bagger oder eine andere Arbeitsmaschine, wie es dem Fachmann offensichtlich wäre. Die Arbeitsmaschine 100 wird durch einen Motor 102 angetrieben, der mechanisch eine Antriebswelle 104 antreibt, die sich vom Motor 102 zu einem Getriebe 106 erstreckt. Das Getriebe 106 ist mechanisch mit einer Endantriebsanordnung 108 verbunden. Die Endantriebsanordnung 108 ist mechanisch mit Hinterrädern 110 der Arbeitsmaschine 100 verbunden. Dieses Antriebssystem der Arbeitsmaschine 100 könnte irgendeine betriebliche Konfiguration sein, wie es dem Fachmann offensichtlich wäre. Darüber hinaus findet die vorliegende Offenbarung mögliche Anwendung bei anderen Arten von Maschinen, obwohl eine Arbeitsmaschine bzw. Baumaschine veranschaulicht ist. Weil die Arbeitsmaschine 100 verwendet wird, um schwere Lasten zu tragen, ist das Drehmoment, das auf die Endantriebsanordnung 108 aufgebracht wird, sehr hoch, was robuste Komponenten erfordert, um den hohen Belastungen zu widerstehen. Um die aufgebrachten Spannungen bzw. Belastungen zu messen und die tatsächliche Arbeitslebensdauer einer Komponente der Endantriebsanordnung 108 vorherzusagen, sollte gewisse Eigenschaftsfaktoren bekannt sein und in Betracht gezogen werden. Um Informationen über diese Eigenschaftsfaktoren zu erhalten, werden Sensoren auf verschiedenen Arbeitsmaschinenkomponenten angeordnet, um die Eigenschaften der Komponenten zu überwachen.
Mit Bezug auf 2 ist ein elektrisches System 200 für die Arbeitsmaschine 100 der 1 gezeigt. Das elektrische System 200 weist elektronische Steuermodule (ECM = electronic control module) auf, die mit verschiedenen (in 2 nicht gezeigten) Sensoren assoziiert sind, um eine Anzahl von Eigenschaftsfaktoren zu überwachen und aufzuzeichnen, die in Betracht gezogen werden können, wenn man die Komponentenlebensdauer bestimmt. Beispielsweise kann das elektrische System 200 ein elektronisches Motorsteuermodul 202 aufweisen. Das elektronische Motorsteuermodul kann Signale von Motorsensoren aufnehmen, wie beispielsweise von einem Atmosphärendrucksensor, von einem Brennstoffflusssensor, von einem Ladedrucksensor, von einem Wassertemperatursensor und von einem Motordrehzahlsensor. Zusätzliche Sensoren können vorgesehen sein um andere Eigenschaften des Motors zu messen, falls nötig, wie es einem Fachmann offensichtlich wäre. Diese Sensoren können entweder eine direkte Messung eines Schlüsselparameters liefern, der sich direkt auf den Schaden bezieht, oder können eine Messung liefern, die als ein Faktor dient, wenn man den augenblicklichen Schaden bestimmt. Entsprechend hilft die Bewertung der von den Sensoren erhaltenen Informationen dem Bediener und dem Servicepersonal dabei, zu bestimmen, wann einen Instandhaltung auszuführen ist, oder wie die Arbeitsmaschine am besten zu betreiben ist.
Das elektrische System 200 kann auch ein elektronisches Getriebesteuermodul 204 aufweisen. Das elektronische Getriebesteuermodul 204 kann mit Sensoren assoziiert sein, um das Getriebe zu überwachen, die beispielsweise einen Getriebecodesensor, einen Getriebeausgangsdrehzahlsensor und einen Differentialöltemperatursensor aufweisen können. Andere Sensoren können mit dem elektronischen Getriebesteuermodul 204 assoziiert sein, wie es dem Fachmann offensichtlich sein würde. Das elektrische System 200 kann auch ein elektronisches Fahrgestellsteuermodul 206 und ein elektronisches Bremsen/Kühlungs-Steuermodul 208 aufweisen. Wie das elektronische Motorsteuermodul 202 und das elektronische Getriebesteuermodul 204 können das elektronische Fahrgestellsteuermodul 206 und das elektronische Bremsen/Kühlungs-Steuermodul 208 mit verschiedenen Sensoren assoziiert sein, um variable Eigenschaften der Komponenten innerhalb der Fahrgestell- und Bremsen/Kühlungs-Systeme auszulesen. Andere Sensoren und elektro nische Steuermodule können vorgesehen sein, um Eigenschaften von anderen Komponenten zu messen, wie es dem Fachmann offensichtlich wäre. Jedes elektronische Steuermodul kann mit einem oder mit mehreren Sensoren assoziiert sein, und die speziellen Arten von Sensoren und die Anzahl der Sensoren, die mit irgendeinem elektronischen Steuermodul assoziiert sind, können durch die Anwendung und die Informationen bestimmt werden, die von den Sensoren zu erhalten sind.
Das elektrische System 200 kann die elektronischen Steuermodule mit den Sensoren, miteinander und mit einer Schnittstelle 212 mit einer Datenverbindung 210 verbinden. Die Datenverbindung 210 kann eine Übermittlung von den verschiedenen elektronischen Steuermodulen zur Schnittstelle 212 und zueinander gestatten, falls erwünscht. Entsprechend können die elektronischen Steuermodule Signale von den Sensoren aufnehmen und können auch Signale zur Schnittstelle 212 durch die Datenverbindung 210 senden. Die Schnittstelle 212 kann Computerkomponenten enthalten, wie beispielsweise einen Prozessor und ein Speicherelement, das irgendeine Anzahl von Datenstrukturen oder Algorithmen enthalten kann, um Berechnungen auszuführen und um die abgefühlten Informationen aufzuzeichnen, wie weiter unten mit Bezug auf 3 erklärt.
Ein Anzeigesystem 214 kommuniziert elektronisch mit der Schnittstelle 212. Das Anzeigesystem 214 kann Wählvorrichtungen, Messvorrichtungen, einen Schirm zur Anzeige von numerischen Werten oder irgendeine andere Anzeige aufweisen, die die tatsächliche restliche Komponentenlebensdauer einer Maschinenkomponente übermitteln kann. Bei einem beispielhaften Ausführungsbeispiel ist das Anzeigesystem 214 eine grafische Anzeige von sichtbaren Lichtern, die aktiviert werden, um die augenblickliche Größe der Beanspruchungen anzuzeigen, die den Komponenten auferlegt werden, und die von den Sensoren in Echtzeit gemessen werden, die mit den elektronischen Steuermodulen assoziiert sind. In einem weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel weist das Anzeigesystem 214 eine hörbare Anzeige auf, die signalisiert, wann die augenblicklich aufgebrachte Beanspruchung eine aus gelegte Größe überschreitet. In einem Ausführungsbeispiel kann das Anzeigesystem 214 relevante Informationen anzeigen, wenn die augenblicklich aufgebrachte Beanspruchung eine ausgelegte Größe überschreitet. Beispielsweise kann das Anzeigesystem 214 das Spannungs- bzw. Beanspruchungsniveau zeigen, weiter die Zeitdauer, während der die Beanspruchung die ausgelegte Größe überschreitet, die Zeit, wann die ausgelegte Größe überschritten wird und die Lage der Arbeitsmaschine 100, wenn die Zeit überschritten wird. Diese Informationen können auch in der Schnittstelle 212 zur künftigen Bezugnahme gespeichert werden.
Das Anzeigesystem 214 könnte in einer Kabine der Arbeitsmaschine 100 gelegen sein, um vom Arbeitsmaschinenbediener angesehen zu werden. Alternativ könnte das Anzeigesystem 214 irgendwo sonst gelegen sein, einschließlich einer Stelle entfernt von der Arbeitsmaschine 100. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel gibt es kein Anzeigesystem 214 in Verbindung mit der Schnittstelle 212. Trotzdem könnten die von der Schnittstelle 212 aufgenommenen Informationen zum Zugriff und zur Durchsicht von einem getrennten System gespeichert werden.
Ein Servicewerkzeug bzw. Servicecomputer 216 kann verwendet werden, um elektronisch mit der Schnittstelle 212 durch eine Serviceverbindung 211 zu kommunizieren. Das Servicewerkzeug 216 gestattet es einem Servicetechniker, auf die Schnittstelle zuzugreifen, um in der Schnittstelle 212 gespeicherte Informationen aufzurufen, anzusehen, herunter zu laden oder zu analysieren. Weiterhin kann das Servicewerkzeug 216 verwendet werden, um gespeicherte Informationen in der Schnittstelle 212 zu aktualisieren, um beispielsweise ausgeführte Instandhaltungen oder ersetzte Teile widerzuspiegeln, wodurch die Komponentenlebensdaueranzeige genau gehalten wird. Das Servicewerkzeug 216 kann einen Prozessor, einen Speicher, eine Eingabe- und eine Ausgabevorrichtung aufweisen und kann die Informationen analysieren, die von den elektronischen Steuermodulen gesandt wurden und die Informationen, die von der Schnittstelle 212 erzeugt wurden. Alterna tiv kann das Servicewerkzeug 216 eine Anzeige sein, um Informationen für den Servicetechniker zu zeigen.
Das Servicewerkzeug 216 kann entfernbar mit der Schnittstelle 212 durch einen Schnittstellenanschluss 218 verbunden werden. Weiterhin kann das Servicewerkzeug 216 verwendet werden, um die Effekte von Spannungen auf die Maschinenkomponenten zu bestimmen, wie sie von den Sensoren gemessen werden. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel enthält das Servicewerkzeug 216 Datenstrukturen, die gemessene Eigenschaftsdaten von den elektronischen Steuermodulen aufrufen, die beispielsweise die Motordrehzahl, den Brennstofffluss, den Ladedruck, die Wassertemperatur, den Atmosphärendruck, den Getriebecode, die Differentialgetriebeöltemperatur und die Getriebeausgangsdrehzahl aufweisen. Die Datenstruktur kann dann die abgeschätzte tatsächliche Arbeitslebensdauer der Endantriebsanordnung 108 berechnen und bestimmen.
Das Servicewerkzeug kann selektiv mit der Schnittstelle 212 in Serviceintervallen verbunden werden, um Informationen zu erhalten, die in der Schnittstelle 212 gespeichert sind, oder könnte permanent mit der Schnittstelle 212 verbunden sein, wie es dem Fachmann für die relevante Technik offensichtlich wäre. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kommuniziert die Serviceverbindung 211 des Servicewerkzeuges 216 elektronische direkt mit der Datenverbindung 210, um Informationen bezüglich der Eigenschaftsmessungen zu sammeln, die von den Sensoren erhalten wurden. In einem weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel enthält das Servicewerkzeug 216 keinen Prozessor, sondern kann ein Speicherelement sein, wie beispielsweise eine Floppy-Disk, um Informationen von der Schnittstelle 212 aufzunehmen, die von einem Prozessor entfernt von der Arbeitsmaschine 100 zu verarbeiten sind.
In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann die Schnittstelle 212 Daten zu einem zentralen Computersystem 220 zur weiteren Analyse übertragen. Obwohl alle Aspekte bzw. Komponenten der Komponentenlebensdau eranzeige an Bord der Arbeitsmaschine 100 gelegen sein könnten, wodurch die Notwendigkeit eines Kommunikationssystems eliminiert wird, gestattet das zentrale Computersystem 220, dass eine Analyse entfernt von der Arbeitsmaschine ausgeführt wird, und kann gestatten, dass eine Flotte von Arbeitsmaschinen an einer zentralen Stelle überwacht wird.
Bei einem beispielhaften Ausführungsbeispiel können Daten von einem Satellitenübertragungssystem 222 von der Schnittstelle 212 zu dem zentralen Computersystem 220 übertragen werden. Alternativ können die Daten über ein verdrahtetes oder drahtloses Telefonsystem 224 übertragen werden, welches ein Modem aufweist, oder durch Speicherung von Daten auf einer Computerdiskette, die dann an die Stelle des zentralen Computers unter Verwendung des Übermittlungs- bzw. Postsystems 226 zur Analyse gesandt wird. Als eine weitere Alternative kann jede Arbeitsmaschine zu einer Stelle nahe dem zentralen Computersystem 220 gefahren werden und direkt mit dem zentralen Computersystem 220 unter Verwendung einer Verbindung 228 mit dem zentralen Computer verbunden werden. Andere Datenübertragungsverfahren können verwendet werden, wie es dem Fachmann offensichtlich wäre, einschließlich einer Übertragung von Daten durch einen Sender, der mit der Schnittstelle 212 assoziiert ist, und zwar zu einem Empfänger, der entfernt von der Arbeitsmaschine 100 gelegen ist.
3 ist ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel der Schnittstelle 212, das Komponenten des elektrischen Systems 200 zeigt. Wie in 3 gezeigt, kann eine Anzahl von Eigenschaftssensoren 302 mit irgendeiner Anzahl von elektronischen Steuermodulen 304 assoziiert sein und Signale dorthin senden. Die elektronischen Steuermodule 304 kommunizieren elektrisch mit der Schnittstelle 212. Eine Signalkonditionierungsvorrichtung 306 in der Schnittstelle 212 kann elektrische Datensignale aufnehmen, die von den elektronischen Steuermodulen 304 gesandt werden und skaliert, puffert oder filtert die Datensignale in anderer Weise zu einem verarbeitbaren Signal, wie es in der Technik bekannt ist. Bei einem beispielhaften Ausführungsbeispiel ist die Signalkonditionierungsvorrichtung 306 in jedem Körper eines elektronischen Steuermoduls oder eines Sensors aufgenommen und ist daher nicht in der Schnittstelle 212 enthalten.
Die Signalkonditionierungseinrichtung 306 kommuniziert mit einem Prozessor 308, der in Verbindung mit einem Speicherelement 310 ist. Das Speicherelement 310 kann die abgefühlten Eigenschaftswerte und Informationen aufzeichnen, die von den elektronischen Steuermodulen 304 gesammelt wurden und kann auch Datenstrukturen und Algorithmen aufweisen, die Komponentenmodelle darstellen, wie beispielsweise ein Motormodell, ein Unterantriebsmodell und ein Endantriebslebensdauermodell, das weiter mit Bezugnahme auf 4 beschrieben wird.
Wenn die Lebensdauer der Komponenten durch Berechnung des augenblicklichen Schadens summiert über die Komponentenlebensdauer abgeschätzt wird, kann weiter das Speicherelement 310 verwendet werden, um die gesammelte Summe des Schadens zu speichern. Wenn Teile repariert oder ersetzt werden, kann in ähnlicher Weise die Information in dem Speicherelement 310 zurück gesetzt werden, um den neuen oder reparierten Zustand der Komponente widerzuspiegeln. Wenn eine augenblickliche Spannung einen ausgelegten Wert überschreitet, kann zusätzlich das Speicherelement 310 verwendet werden, um zusätzliche Parameter zu speichern oder einzutragen, die für einen Servicetechniker nützlich sein können, um die Arbeitsmaschinenkomponenten zu reparieren oder instand zu halten. Diese Informationen können beispielsweise die Zeit, die Dauer, das Niveau der Beanspruchung oder des Schadens und die Lage der Arbeitsmaschine aufweisen, wenn der Schaden aufgetreten ist.
Der Prozessor 308 kann konfiguriert sein, um gespeicherte Datenstrukturen oder Informationen aus dem Speicherelement 310 aufzurufen, die konditionierten Eigenschaftswerte, die von den elektronischen Steuermodulen 304 gesandt werden, in die Datenstrukturen einzugeben, und verschiedene Ausgangswerte zu berechnen, wie beispielsweise die tatsächliche Arbeitslebensdauer einer Komponente und so weiter. Die Schnittstelle 212 kann Da tensignale von den elektronischen Steuermodulen 304 in Echtzeit aufnehmen und augenblicklich die Datensignale in Werte umwandeln, die auf dem Speicherelement 310 aufgezeichnet werden können oder die an das Anzeigesystem 214 der 2 durch den Schnittstellenanschluss 218 ausgegeben werden.
Es wird in Betracht gezogen, dass die Eigenschaftssensoren 302 in direkter elektrischer Verbindung mit der Schnittstelle 212 sein können, wobei die elektronischen Steuermodule 304 umgangen werden. Weiterhin können die elektronischen Steuermodule 304 elektrische Signale von den Sensoren 302 filtern, verändern, wechseln oder kombinieren, bevor die Signale zur Schnittstelle 212 übermittelt werden. Zusätzlich kann die Beschreibung und Erwähnung eines Sensors, wie dies in der vorliegenden Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet wird, sowohl die Eigenschaftssensoren 302 als auch die elektronischen Steuermodule 304 aufweisen, die berechnete Parameter aufweisen können, da beide elektrische Signale weiterleiten, die die abgefühlten Eigenschaften der Schnittstelle 212 darstellen.
4 ist ein beispielhaftes Blockdiagramm 400, das die Beziehung zwischen den abgefühlten Eigenschaften von den elektronischen Steuermodulen und den Komponentenmodellen in den Datenstrukturen der Schnittstelle 212 und/oder des Servicewerkzeuges 216 zeigen. Die Komponentenmodelle können Algorithmen sein, die in den Datenstrukturen enthalten sind, und zwar basierend Berechnungsformeln, experimentellen Daten und Daumenregeln, wie es dem Fachmann offensichtlich wäre. Diese Prinzipien werden verwendet, um die Auslegungslebensdauer der Komponenten für irgendeine Anwendung zu bestimmen. Die Modelle variieren für jede Komponente und sind einzeln ausgelegt, um erwünschte Informationen auszugeben. Die Komponentenmodelle beziehen sich auf die Datensignale, die von den Eigenschaftssensoren empfangen wurden, und zwar für genaue Eigenschaftswerte in Echtzeit. Zusätzlich können die Komponentenmodelle auf berechneten Werten von anderen Komponentenmodellen oder auf Daten strukturen für Daten beruhen, die nicht direkt durch einen Sensor zu messen sind.
In dem beispielhaften Blockdiagramm 400 können die abgefühlten Eigenschaften und Komponentenmodelle verwendet werden, um einen berechneten Schadensfaktor zu bestimmen, der die augenblickliche Beanspruchung anzeigt, die auf die Komponenten der Endantriebsanordnung 108 während der Anwendung der Arbeitsmaschine 100 aufgebracht werden. Der berechnete Schadensfaktor der Endantriebsanordnung ist abhängig von einer Anzahl von Faktoren, die die Differentialgetriebeöltemperatur, die Getriebeausgangsdrehzahl und das Getriebeausgangsdrehmoment aufweisen. Obwohl die Öltemperatur und die Getriebeausgangsdrehzahl direkt durch Eigenschaftssensoren gemessen werden können, kann das Getriebeausgangsdrehmoment nicht direkt gemessen werden und muss berechnet werden. Das Getriebeausgangsdrehmoment ist abhängig von dem berechneten Motorausgangsdrehmoment, wie unten dargelegt. Das Blockdiagramm 400 stellt die Beziehungen und Datenstrukturen zur Bestimmung von zuerst dem Getriebeausgangsdrehmoment und dann dem berechneten Schadensfaktor der Endantriebsanordnung dar.
Das beispielhafte Blockdiagramm 400 zeigt das elektronische Motorsteuermodul 202, welches mit einem oder mehreren der folgenden Eigenschaftssensoren assoziiert sein kann: einem Atmosphärendrucksensor, einem Brennstoffflusssensor, einem Ladedrucksensor, einem Mantelwassertemperatursensor und einem Motordrehzahlsensor. Diese Eigenschaftssensoren sammeln Informationen vom Motor 102 und übermitteln die gesammelten Informationen als Datensignale zum elektronischen Motorsteuermodul 202, welches elektrisch mit dem Prozessor 308 der 3 in Verbindung steht.
Ein Motormodell 406, welches als eine Datenstruktur innerhalb des Speicherelementes 310 enthalten ist, wird von dem Prozessor 308 aufgerufen. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Motormodell konfiguriert, um das Motorausgangsdrehmoment als einen berechneten Eigenschaftswert zu berech nen. Die Datenstruktur, die das Motormodell 406 enthält, bestimmt das Motorausgangsdrehmoment als einen berechneten Eigenschaftswert und sendet das Motorausgangsdrehmoment an ein Unterantriebsmodell 408.
Das Speicherelement 310 kann eine Datenstruktur aufweisen, die das Unterantriebsmodell 408 enthält. Das Unterantriebsmodell 408 ist konfiguriert, um das Ausgangsdrehmoment des Getriebesystems zu bestimmen. Das Unterantriebsmodell 408 kann das Getriebeausgangsdrehmoment basierend auf Dateneingaben bestimmen, die das Motordrehmoment aufweisen, wie es vom Motormodell 406 aufgenommen wurde, weiter Datensignale, die die Motordrehzahl vom elektronischen Motorsteuermodul 202 darstellen, und den Getriebecode und die Getriebeausgangsdrehzahl aus einer Getriebecodeüberwachung und einem Getriebeausgangsdrehzahlsensor, der mit dem elektronischen Getriebesteuermodul 204 assoziiert ist.
In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel wird die Motordrehzahl modifiziert, so dass sie die Veränderungsrate der Motordrehzahl ist, und die Getriebeausgangsdrehzahl wird so modifiziert, dass sie die Getriebewandlerausgangsdrehzahl ist. In diesem Ausführungsbeispiel werden die Drehmomentwandlerausgangsdrehzahl, das Motorausgangsdrehmoment und die Veränderungsrate der Motordrehzahl und der Getriebecode verwendet, um das berechnete Getriebeausgangsdrehmoment zu bestimmen. Das Unterantriebsmodell 408 gibt das Getriebeausgangsdrehmoment aus, und zwar als ein berechneter Eigenschaftswert, der in einer Datenstruktur verwendet werden kann, der einen augenblicklichen berechneten Schadensfaktor 410 bestimmt. Zusätzlich kann der berechnete Schadensfaktor 410 auf der Differentialgetriebeöltemperatur und der Getriebeausgangsdrehzahl basieren, die von dem elektronischen Getriebesteuermodul 204 aufgenommen wurde. Der Schadensfaktor zeigt die augenblickliche Beanspruchung bzw. Spannung an, die auf die Komponenten während der Anwendung der Arbeitsmaschine aufgebracht wird.
Der berechnete Schadensfaktor kann von einer Datenstruktur verwendet werden, die ein Endantriebslebensdauermodell 412 darstellt, das in dem Speicherelement 310 enthalten ist, um die tatsächliche Komponentenlebensdauer zu bestimmen. Das Endantriebslebensdauermodell 412 kann den augenblicklichen berechneten Schadensfaktor 410 berücksichtigen und den augenblicklichen Schadensfaktor zu einem akkumulierten Schadensfaktor oder Schadensverlauf hinzu addieren, wodurch die Informationen akkumuliert und gehalten werden, die den Gesamtschaden mit der Zeit darstellen. Der Gesamtschaden kann dann verwendet werden, um die Arbeitslebensdauer der Komponente abzuschätzen. Der Schadensfaktor und/oder die tatsächliche Arbeitslebensdauer können einem Bediener angezeigt werden oder in dem Speicherelement zur künftigen Bezugnahme durch einen Service-Techniker gespeichert werden.
Die Modelle variieren für jede Komponente und sind individuell ausgelegt, um erwünschte Informationen auszugeben. Beispielsweise gibt bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel das Motormodell nur das berechnete Motordrehmoment aus. Wie es jedoch dem Fachmann offensichtlich wäre, können die gleichen abgefühlten Eigenschaften in einem Lebensdauermodell für irgendeine Komponente verwendet werden, einschließlich eines Motorlebensdauermodells, um einen Schadensfaktor für die Komponente zu berechnen.
5A und 5B beschreiben ein beispielhaftes Verfahren zur Bestimmung der tatsächlichen Arbeitslebensdauer einer Maschinenkomponente basierend auf einem berechneten Schadensfaktor. 5A ist eine Kurvendarstellung von 500, die die Ansammlung von Spannungen bzw. Belastungen oder die Ansammlung des Schadensfaktors mit der Zeit zeigt. Die Kurvendarstellung 500 weist eine vertikale Spannungsachse 504 und eine horizontale Zeitachse 506 auf. Die Zeitachse 506 ist die tatsächliche Maschinenbetriebszeit.
Die einzelnen Schadensfaktorpunkte 502, die in Zeitintervallen über die Lebensdauer der Komponente aufgezeichnet wurden, zeigen die Akkumulation der augenblicklich aufgebrachten Spannung über diese Zeitperiode an. Die Schadensfaktorpunkte 502 können auf der Kurvendarstellung 500 aufgezeichnet werden und/oder in dem Speicherelement der Schnittstelle aufgezeichnet werden. Bei einem beispielhaften Ausführungsbeispiel wird der Schadensfaktor in Zeitintervallen von 0,1 Sekunden aufgezeichnet.
Die Kurvendarstellung 500 weist auch eine Linie 508 der ausgelegten Komponentenlebensdauerdaten auf, die bei einem speziellen Spannungsakkumulationswert für diese Komponente eingestellt ist, der auf den ausgelegten Komponentenlebensdauerdaten basiert. Die ausgelegten Komponentenlebensdauerdaten weisen die ausgelegte Lebensdauer der Maschinenkomponente auf und diese wird während der Auslegung der Komponente unter Verwendung von üblichen Auslegungskonstruktionsverfahren bestimmt, wie in der Technik bekannt. Wenn die Ansammlung von Spannungen, die auf die Komponente aufgebracht werden, wie von den Schadensfaktorpunkten 502 angezeigt, die Linie 508 der ausgelegten Komponentenlebensdauerdaten erreicht oder überschreitet, sollte die Maschinenkomponente in Stand gehalten oder ersetzt werden.
Eine Kurve, wie beispielsweise das Liniensegment 510, wird in die Schadensfaktorpunkte 502 eingepasst, wie in der Kurvendarstellung 500 gezeigt. Die Neigung des Liniensegmentes 510 kann unter Verwendung von herkömmlichen Systemen berechnet werden, wie es in der Technik bekannt ist, und kann nicht eine gerade Linie sein. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel wird das Verfahren des quadratischen Mittelwertes (RMS-Verfahren) verwendet, um das Liniensegment 510 in die Schadensfaktorpunkte 502 einzupassen.
5B zeigt eine Kurvendarstellung 550, die die tatsächliche Komponentenlebensdauer der gerade überwachten Maschinenkomponente abschätzt. Die Kurvendarstellung 550 ist ähnlich der Kurvendarstellung 500 der 5A, weist jedoch eine projizierte bzw. vorausgesagte Lebensdauerlinie 552 auf. Die vorausgesagte Lebensdauerlinie 552 ist eine Verlängerung des Liniensegmentes 510, projiziert bzw. vorhergesagt mit der gleichen Neigung wie das Liniensegment 510. Der Zeitpunkt des Schnittes der vorhergesagten Lebensdauerlinie 552 und der Linie 508 für die ausgelegten Komponentenlebensdauerdaten zeigt die abgeschätzte tatsächliche Arbeitslebensdauer der überwachten Komponente als Zeit. Weiterhin können aus der Kurve 550 andere Informationen leicht abgeschätzt werden, die beispielsweise die restliche Arbeitslebensdauer in Stunden, den Prozentsatz der verwendeten Lebensdauer und den Prozentsatz der restlichen Lebensdauer aufweisen.
In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann die Ansammlung von Spannungen als Schadenseinheiten ausgedrückt werden, wobei die Komponente eine ausgelegte Lebensdauer von einer festgelegten Anzahl von Schadenseinheiten hat. In diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel ermöglicht die Kurvendarstellung 550, dass das System Informationen bezüglich der Lebensdauer der Komponente bestimmt, die beispielsweise die restliche Arbeitslebensdauer in Schadenseinheiten, den Prozentsatz der verwendeten Schadenseinheiten und den Prozentsatz der restlichen Schadenseinheiten aufweist.
In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel wird die Neigung des Liniensegmentes 510 in einem saisonalen Zyklus bestimmt, der für jede Jahreszeit des Jahres berechnet wird. Entsprechend kann das Liniensegment 510 keine gerade Linie sein, sondern kann eine inkrementelle Linie oder Kurve mit unterschiedlicher Neigung an unterschiedlichen Inkrementen bzw. Schritten sein. Genauso muss die Linie 552 der vorhergesagten Lebensdauer keine gerade Linie sein sondern kann eine Kurve sein, um am besten die Komponentenlebensdauer abzuschätzen. In diesem Ausführungsbeispiel kann die vorausgesagte Lebensdauerlinie das inkrementierte Liniensegment abbilden.
6 zeigt ein beispielhaftes Abbaugelände, welches eine Tagebaumine 602 und einen Verarbeitungsbereich 604 oben auf einem Abladeberg 605 aufweist. Die Tagebaumine 602 ist mit der Verarbeitungsregion 604 durch eine Straße 606 verbunden, die Switch-Back- bzw. Haltepunkte 608 aufweist. Die Arbeitsmaschinen 610 fahren vom Boden der Tagesabbaustätte 602 entlang der Straße 606 zur Verarbeitungsregion 604. Am Boden der Tagesabbaustätte 602 arbeitet eine Grabmaschine 612, um Erde und andere Materialien auszugraben und in die Arbeitsmaschinen 610 abzuladen. Entsprechend sind die Arbeitsmaschinen 610 mit Erde beladen, wenn sie von der Tagesabbaustätte 602 zur Verarbeitungsregion 604 fahren. Bei jedem Rückschaltpunkt 608 ist eine Buchstabenmarkierung gezeigt. Die Buchstabenmarkierungen entsprechen ähnlichen Buchstabenmarkierungen in 7, wie unten erklärt.
7 ist eine Kurvendarstellung, die den Schadensfaktor an der Endantriebsanordnung einer Arbeitsmaschine zeigt, die entlang der Straße 606 der 6 fährt. Der Schadensfaktor zeigt die Beanspruchungen, die auf die verschiedenen Komponenten der Arbeitsmaschine aufgebracht werden. Die Kurvendarstellung 700 hat eine Achse 702 für den augenblicklichen Schadensfaktor, und eine Zeitachse 704, die die Zeit in Sekunden zeigt. Der aufgezeichnete Schadensfaktor zeigt die Belastung, die auf die Endantriebsanordnung während eines Lieferzyklus vom Boden der Tagesabbaustätte 602 zur Verarbeitungsregion 604 aufgebracht wird. Entlang der Zeitachse 704 sind Buchstabenmarkierungen gezeigt. Diese Buchstabenmarkierungen entsprechen den Buchstabenmarkierungen, die entlang der Straße 606 in 6 gezeigt sind.
Ein erster durchschnittlicher Schadensfaktor 712 zeigt eine ziemlich konsistente Schadensfaktorauslesung über die ersten 800 Sekunden des Arbeitszyklus. Beginnend bei ungefähr 800 Sekunden im Arbeitszyklus, wie bei der Linie 706 gezeigt, ist der zweite durchschnittliche Schadensfaktor 714 viel höher. Bei ungefähr 1050 Sekunden im Arbeitszyklus, wie bei der Linie 708 gezeigt, sinkt der Schadensfaktor beträchtlich. Die Analyse der Aufzeichnung 700 zeigt, dass der Schadensfaktor während der Periode von 250 Sekunden zwischen der Linie 706 und der Linie 708 viel höher als bei anderen Perioden des Arbeitszyklus ist.
Die Zeitperiode zwischen den Linien 706 und 708 entspricht den Buchstabenmarkierungen I und J auf der Straße 606 der 6. Durch Vergleich der Aufzeichnung 700 mit der Abbaugrube der 6 kann man die Bereiche oder Regionen bestimmen, die hohe Spannung auf die Endantriebsanordnung der Arbeitsmaschine aufbringen. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann ein GPS-Empfänger (GPS = global positioning satellite = Globalpositionsbestimmungssatellit) verwendet werden, um die tatsächliche Lage der Arbeitsmaschine 100 während Bedingungen mit hoher Belastung zu bestimmen. Das GPS kann mit der Schnittstelle 212 assoziiert sein und kann aktiviert sein, wenn voreingestellte Bedingungen erfüllt sind, wie beispielsweise, wenn der augenblickliche berechnete Schadensfaktor eine festgelegte Größe überschreitet. In diesem Fall war die Region der Straße 606 der 6 zwischen den Buchstabenmarkierungen I und J rau und uneben. Entsprechend waren die auf den Endantrieb der Arbeitsmaschine aufgebrachten Spannungen bzw. Belastungen höher in dieser Region als in anderen Regionen entlang der Straße 606 der 6.
Durch Aufzeichnung der Ansammlung von Beanspruchungen, um die tatsächliche Arbeitslebensdauer der Komponente zu bestimmen, wie mit Bezug auf die 5A und 5B erklärt, kann ein Servicetechniker bestimmen, dass die Region der Straße zwischen den Buchstabenmarkierungen I und J die tatsächliche Komponentenlebensdauer der Endantriebsanordnung um eine messbare Größe verringert. Durch Ausführung dieser Analyse kann der Servicetechniker die Faktoren bestimmen, die zu Beanspruchungen beitragen, die auf Komponenten der Arbeitsmaschine aufgebracht werden. Sobald diese Faktoren erkannt sind, können Schritte unternommen werden, um den Einfluss dieser Faktoren auf die Komponentenlebensdauer zu verringern.
Wenn beispielsweise ein Minenbetreiber irgendeinen Teil der Straße 606 der 6 zur Reparatur auswählen sollte, wäre es sein Interesse, den Ab schnitt der Straße zwischen den Buchstabenmarkierungen I und J zu reparieren, die die Komponenten des Endantriebs der Arbeitsmaschine beanspruchen. Durch Entfernung des Einflusses des Abschnittes mit hohen Beanspruchungen der Straße 606 zwischen den Buchstabenmarkierungen I und J werden die Komponenten der Arbeitsmaschine eine längere Arbeitslebensdauer haben. Andere korrigierende Maßnahmen können auch unternommen werden, die beispielsweise die Umleitung der Arbeitsmaschine und/oder die Anweisung an die Bediener aufweisen, langsamer durch bezeichnete Gebiete zu fahren.
Eine raue Straße ist ein Umgebungsfaktor, der die Arbeitslebensdauer der Maschinenkomponenten beeinflusst. Andere Faktoren können beispielsweise das Wetter, die Feuchtigkeit, ob die Maschinen kontinuierlich verwendet werden, ob die Arbeitsmaschinen den Berg hinauf, den Berg hinunter oder entlang einer ebenen Oberfläche fahren, und die Bedingungen der Straße aufweisen, die mit einschließen, ob die Straße eine Sand-, Kies- oder Asphaltstraße ist. Die Komponentenlebensdaueranzeige kann verwendet werden, um den Einfluss dieser Anwendungsbeanspruchungen auf die Arbeitslebensdauer von verschiedenen Komponenten der Arbeitsmaschine abzuschätzen und vorherzusagen. Entsprechend können Maschinenbediener Handlungen vornehmen, um den Einfluss dieser Anwendungsbeanspruchungen zu reduzieren und die Komponentenlebensdauer zu verlängern oder die Instandhaltung der Maschine kann angepasst werden, um diese Veränderungen der Anwendungsbeanspruchung zu kompensieren.
8A ist eine beispielhafte Anzeige 800, die die Komponentenlebensdauer von verschiedenen Komponenten bei einer beispielhaften Arbeitsmaschine zeigt. Die Anzeige könnte das Anzeigesystem 214 sein, das mit Bezug auf 2 beschrieben wurde, und könnte an Bord der Arbeitsmaschine sein. Die Anzeige 800 könnte eine Lastwagenidentifikationsnummer 802 und eine Betriebsstundenanzeige 804 aufweisen, die die Betriebsstunden (SMH = service meter hours) zeigen, die die gesamten Maschinenstunden darstellen. Die Anzeige kann eine Komponentenliste 806, eine Statusliste 808, die den Status von jeder Komponente zeigt, eine Liste 810 des Prozentsatzes der verwendeten Auslegungslebensdauer, die den Prozentsatz der verwendeten Auslegungslebensdauer für jede Komponente zeigt, und eine Betriebsstundenliste 812 aufweisen, die die projizierte bzw. vorhergesagte Lebensdauer in Stunden für jede Komponente zeigt. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel der 8 hat die Motorkomponenten einen OK-Status, wenn 64% der Lebensdauer verwendet sind. Die abgeschätzten Betriebsstunden für 100% verwendete Motorlebensdauer zeigt die Motorstunden bei 18.200 Stunden. In diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel sind die Betriebsstunden die abgeschätzte Servicelebensdauer der Komponente, basierend auf der vergangenen Anwendung der Komponente, wie von der Komponentenlebensdaueranzeige gemessen.
Eine Unterkomponentenliste 814 ist auf der unteren Seite der Anzeige 800 gezeigt. Die Unterkomponentenliste 814 weist eine Hauptkomponente und die Unterkomponenten auf, die in der Hauptkomponente eingeschlossen sind. In der gezeigten beispielhaften Unterkomponentenliste ist die linke Endantriebsanordnung die Hauptkomponente, während die Zahnrad- und Lagerkomponenten Unterkomponenten der linken Endantriebsanordnung sind. Die linke Endantriebsanordnung ist bei 110% ihrer Arbeitslebensdauer. Entsprechend ist der Status für die linke Endantriebsanordnung derart gezeigt, dass sie SERVICE erfordert. Die Überwachung der Unterkomponenten ermöglicht es einem Servicetechniker, zu bestimmen, welche Unterkomponente instand zu halten ist. In diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel ist das Radlager bei 110% seiner Arbeitslebensdauer. Entsprechend zeigt die Statusanzeigeliste 808 für das Radlager, dass das Radlager ersetzt werden sollte. Die Betriebsstundenliste 812 bei dem Radlager ist auf 10.500 eingestellt. Genauso sind die Betriebsstunden an der linken Endantriebsanordnung so eingestellt, das sie zu den Radlagerstunden passen, weil das Radlager die begrenzende Komponente für die Lebensdauer der Endantriebsanordnung ist.
In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel wird die Statusanzeigeliste 808 umgeschaltet, so dass sie zeigt, dass ein Service erforderlich ist, wenn ein bestimmter Prozentsatz der abgeschätzten Komponentenlebensdauer verwendet ist, wie beispielsweise 95%. Entsprechend wird die Statusanzeigeliste 808 von OK auf SERVICE umgeschaltet, wenn eine Komponente 95% ihrer tatsächlichen Arbeitslebensdauer erreicht hat.
Die Anzeige 800 könnte andere Informationen aufweisen, wie beispielsweise den Prozentsatz der restlichen Lebensdauer, den Prozentsatz der verbrauchten Lebensdauer, die restlichen Stunden, die restlichen Schadenseinheiten, den Prozentsatz der verwendeten Schadenseinheiten oder den Prozentsatz der restlichen Schadenseinheiten. Weiterhin könnte die Anzeige 800 irgendeine Anzeige sein, die eine grafische Anzeige aufweist, die die Größe des Schadensfaktors oder der Beanspruchungen zeigt, die auf die Komponente aufgebracht wurden. Die Anzeige könnte eine Messvorrichtung oder eine Wählvorrichtung oder eine andere Anzeige sein, wie es in der Technik bekannt ist.
8B zeigt ein weiteres beispielhaftes Ausführungsbeispiel einer Warnanzeige 815. Die Anzeige könnte ein Teil des Anzeigesystems 214 sein, das mit Bezug auf 2 beschrieben wird oder könnte mit der Anzeige 800 assoziiert sein, die mit Bezug auf 8A beschrieben wurde, und kann innerhalb der Kabine der Arbeitsmaschine 100 sein. Die Anzeige 815 kann eine Lampe 816 und einen hörbaren Alarm 817 aufweisen. Die Lampe 816 kann geeignet sein, dem Bediener zu signalisieren, dass der augenblickliche Schadensfaktor eine voreingestellte Schwelle überschritten hat und dass eine Veränderung des Maschinenbetriebs empfohlen wird, um den augenblicklichen Schadensfaktor zu reduzieren. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Lampe 816 geeignet, um in unterschiedlichen Farben Signale zu geben, um unterschiedliche Niveaus des Schadensfaktors anzuzeigen. Beispielsweise kann die Lampe grün sein, wenn der augenblickliche Schadensfaktor akzeptabel ist, und kann rot sein, wenn der augenblickliche Schadensfaktor ein voreingestelltes Niveau überschreitet. In einem weiteren Ausführungs beispiel weist die Lampe 816 mehrere Lampen auf, die geeignet sind, das Niveau des Schadensfaktors für den Bediener anzuzeigen.
Der hörbare Alarm 817 kann geeignet sein, um einen Impuls auszusenden, um einen Bediener zu warnen, wenn der augenblickliche Schadensfaktor weiter ansteigt, nachdem die Lampe 816 angeschaltet ist. Der hörbare Alarm 817 könnte irgendeinen Ton aussenden, der den Bediener bezüglich übermäßiger Belastungszustände alarmieren kann.
Wenn ein übermäßiger Maschinenschaden auftritt, wie durch einen übermäßig hohen Schadensfaktor bestimmt, können Informationen über die Umstände, die den hohen Schadensfaktor begleiten, durch die Schnittstelle 212 aufgezeichnet werden. Die Informationen können für einen Servicetechniker oder einen Überwacher des Geländes hilfreich sein, um den Grund des übermäßigen Schadens zu identifizieren und die Behandlung und Aktivität der Arbeitsmaschine 100 zu bestimmen. 8C ist ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel einer LDE-Anzeige 818 (LDE = logged damage events = eingetragene Schadensereignisse), die eingetragene Informationen zeigt. Die LDE-Anzeige 818 kann Informationen, wie beispielsweise eine Schadensniveauliste 819, die Liste 820 für die Zeit des Auftretens, ausgedrückt in Maschinenstunden, eine Liste 821 für die Dauer des übermäßigen Schadens und eine Maschinenlageliste 823 aufweisen. Die Maschinenlageliste 823 kann Informationen enthalten, die von einem GPS erhalten wurden, das in der Arbeitsmaschine 100 vorgesehen ist. Ebenfalls können die Betriebsstunden 822, die die gesamte Anwendung der Arbeitsmaschine 100 darstellen, gezeigt sein.
Für jeden Fall, wo der augenblickliche Schadensfaktor die voreingestellte Größe überschreitet, können das Niveau des Schadensfaktors, die Zeit des Auftretens, die Dauer und die Maschinenlage in Listen 819 bzw. 820 bzw. 821 bzw. 823 gespeichert und angezeigt werden. Der übermäßig hohe Schadensfaktor könnte beispielsweise das Ergebnis einer überlasteten Maschine, von schlechten Straßenzuständen, von Umgebungsbedingungen, von einem (die Maschine) missbrauchenden Bediener oder anderen solchen Faktoren sein. Die LDE-Anzeige 818 kann ein getrenntes Bild sein, das auf der Anzeige 800 gezeigt ist, oder kann eine Anzeige getrennt von der Anzeige 800 sein.
9 ist ein Flussdiagramm 900, das ein Verfahren zur preislichen Festlegung eines Service- bzw. Dienstvertrages zeigt. Die Komponentenlebensdaueranzeige ermöglicht es Bedienern und Servicepersonal, das Versagen und die Arbeitslebensdauer von Komponenten einer Arbeitsmaschine basierend auf den tatsächlichen Arbeitsbedingungen vorherzusagen. Entsprechend kann das Servicepersonal wählen, einen Servicevertrag basierend auf der gemessenen Komponentenarbeitslebensdauer preislich festzulegen. Eine solche preisliche Festlegung bietet eine genauere Abschätzung der tatsächlichen Serviceausgaben als ein einziger Standardpreis für einen Servicevertrag, der nicht den Einfluss der Anwendungsbelastungen auf die Maschine berücksichtigt. Der Schadensfaktor für die Komponenten der Arbeitsmaschine wird im Schritt 902 berechnet. Der berechnete Schadensfaktor kann auf der Anwendung der Arbeitsmaschine über eine Zeitperiode an dem tatsächlichen Einsatzort basieren, wie beispielsweise während zwei Wochen. Der berechnete Schadensfaktor wird im Schritt 904 aufgezeichnet. Der Schadensfaktor könnte unter Verwendung des mit Bezug auf 4 beschriebenen Verfahrens berechnet werden und unter Verwendung des mit Bezug auf 5A verwendeten Verfahrens aufgezeichnet werden.
In einem Schritt 906 wird eine Kurve auf die Kurvendarstellung eingepasst. Die Kurve könnte ähnlich der Kurve sein, die mit Bezug auf 5A beschrieben wurde. Die Steigung der Kurve wird unter Verwendung von bekannten Verfahren im Schritt 908 berechnet. Sobald die Steigung der Kurve berechnet ist, kann die Kurve projiziert bzw. vorausgesagt werden, um die Komponentenlebensdauer abzuschätzen, wie mit Bezug auf 5B beschrieben.
In einem Schritt 912 wird die berechnete Steigung der Kurve mit einer typischen Anwendungssteigung verglichen, um zu bestimmen, ob die berechnete Steigung steiler als die typische Anwendungssteigung ist. Die typische Anwendungssteigung ist die Steigung einer Schadensfaktorkurve für einen theoretischen Einsatzort. Die typische Anwendungssteigung kann auf dem vorhergesagten Schaden für eine ausgelegte Komponente basieren, oder kann auf Daten basieren, die mit der Zeit unter Berücksichtigung eines Versagens von Komponenten in früheren Arbeitsmaschinen aufgenommen wurden. Wenn die berechnete Steigung steiler ist oder eine höhere Steigung hat als die typische Anwendungssteigung, geht das Verfahren voran zum Schritt 914. Im Schritt 914 steigert der Servicetechniker den Preis des Servicevertrags. Die Größe der Steigerung des Preises des Servicevertrages kann dem Unterschied der berechneten Steigung gegenüber der typischen Anwendungssteigung entsprechen.
Wenn die Neigung weniger steil oder gleich der typischen Steigung ist, dann geht das Verfahren voran zu einem Schritt 916. Im Schritt 916 wird, wenn die berechnete Steigung weniger steil als die typische Anwendungssteigung ist, dann der Preis des Servicevertrags verringert, wie im Schritt 918 gezeigt. Wenn die berechnete Steigung nicht weniger steil als die typische Steigung ist, dann geht das Verfahren voran zu einem Schritt 920 und keine Anpassung wird an den Preis des Servicevertrags gegenüber dem Standardpreis basierend auf der typischen Anwendungssteigung vorgenommen.
Jedoch muss das Verfahren nicht die berechnete Steigung mit der typischen Anwendungssteigung vergleichen. Beispielsweise könnte in einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der Servicepreis des Vertrags auf einer Tabelle basieren, die für solche Zwecke vorbereitet ist. Die Tabelle könnte anzeigen, dass ein Neigungswert innerhalb eines gewissen Bereiches anzeigt, dass ein Dienstvertrag mit dem festgelegten Preis verkauft werden sollte. Alternativ könnte der Preis eines Servicevertrages auf dem Schadensfaktor selbst basieren. Wenn entsprechend der Schadensfaktor in einen gegebenen Bereich fällt oder einen gegebenen Wert als Durchschnitt hat, dann fällt der Preis des Servicevertrags auch in einen gegebenen Bereich.
Das mit Bezug auf 9 beschriebene Verfahren kann auch verwendet werden, um den Preis der Serviceverträge anzupassen, die schon wirksam sind. Indem man die Arbeitslebensdauer von Komponenten kennt, können Servicetechniker die Faktoren überwachen, die die Arbeitslebendauer beeinflussen. Wenn sich die Faktoren verändern, kann der Servicetechniker auswählen, dass er den Preis des Servicevertrages ändert. Beispielsweise können die Straßen auf einem Arbeitsgelände erodieren, was die Straßen rauer macht, und einen Schaden an Maschinenkomponenten verursacht, oder die Anordnung des Bergbaugeländes kann sich mit der Zeit beträchtlich verändert haben. Daher kann der Servicetechniker den Preis des Servicevertrages steigern, so dass er dem gesteigerten Schaden entspricht.
10 ist ein Flussdiagramm 1000, um eine Flotte von Fahrzeugen unter Verwendung der Komponentenlebensdaueranzeige instand zu halten. In einem Schritt 1002 berechnet die Komponentenlebensdaueranzeige die Steigung der Schadensfaktorkurve für eine Komponente einer ersten Arbeitsmaschine, wie oben beschrieben. Informationen, die die Kurve darstellen, sind in einer Datenbank in einem Schritt 1004 gespeichert. Die Datenbank könnte ein Element eines Zentralcomputersystems 220 sein, das oben mit Bezug auf 2 beschrieben wurde. In einem Schritt 1006 wird die Steigung einer Schadensfaktorkurve für eine Komponente für eine zweite Arbeitsmaschine berechnet. In einem Schritt 1008 werden auch Informationen in der Datenbank gespeichert, die die zweite Schadensfaktorkurve darstellen.
In einem Schritt 1010 greift der Prozessor auf die gespeicherten Informationen zu und vergleicht die ersten und zweiten gekrümmten Steigungen, um zu bestimmen, welche Steigung am steilsten ist, und sagt voraus, welche den größten gesamten gesammelten Schaden hat, um den Service zu planen. Bei einem Schritt 1012 wird die Instandhaltung der Komponente der Arbeitsmaschine mit dem größten akkumulierten Schaden zeitlich so einge plant, dass sie vor der Instandhaltung der Komponenten mit dem geringeren akkumulierten Schaden stattfindet.
Dieses Verfahren gestattet es Bedienern einer Flotte von Arbeitsmaschinen oder von anderen Fahrzeugen zu bestimmen, welches Fahrzeug am dringlichsten einen Service benötigt. Entsprechend kann der Service bzw. die Instandhaltung der Arbeitsmaschinen priorisiert werden, wobei die Komponenten mit dem größten Schaden vor den Komponenten mit weniger Schaden instand gehalten werden. Der Vergleich der auf die unterschiedlichen Arbeitsmaschinen aufgebrachten Belastungen kann Geländemanager bzw. Einsatzmanager befähigen, Wege herauszufinden, um die Arbeitslebensdauer der Arbeitsmaschinen durch Überwachung von steuerbaren Faktoren zu verlängern, so wie beispielsweise der Ausbildung des Fahrers und einen Missbrauch der Arbeitsmaschinen durch die Fahrer, wobei eine von einem vorsichtigen oder besser ausgebildeten Fahrer gefahrene Arbeitsmaschine einen geringeren Schaden hat als eine Arbeitsmaschine, die von einem (die Maschine) missbrauchenden oder weniger ausgebildeten Fahrer gefahren wird.
11 zeigt ein Flussdiagramm 1100, um Beanspruchungstrends zu erkennen. In einem Schritt 1102 wird der Schadensfaktor berechnet, wie oben dargelegt. In einem Schritt 1104 wird der Schadensfaktor aufgezeichnet. In einem Schritt 1106 wird eine Kurve in die Aufzeichnung eingepasst, wie oben dargelegt. In einem Schritt 1108 wird die Darstellung analysiert, um die Trends von Anwendungen mit hoher Beanspruchung zu bestimmen. Diese Anwendungen mit hoher Beanspruchung könnten beispielsweise die Anwendungsbeanspruchungen sein, die oben mit Bezug auf die 6 und 7 besprochen werden. In einem Schritt 1110 wird eine Handlung unternommen, um den Einfluss der Anwendungen mit hoher Spannung zu reduzieren. Diese Handlung kann irgendeine Handlung sein, die beispielsweise die Reparatur von Straßen, die Veränderung der Steigung oder das Zurückschalten bzw. Begradigen der Straßenanordnung, die Reparatur der Straßenzustände, die Veränderung von Beladungspraktiken, wie beispielsweise das Vertei len der Ladungen in der Mulde der Arbeitsmaschine, die Verringerung des Ladungsgewichtes, das Aufstellen von Geschwindigkeitsbeschränkungen und die Veränderung von anderen steuerbaren Faktoren aufweisen.
Industrielle Anwendbarkeit
Arbeitsmaschinen, wie beispielsweise Geländefahrzeuge und große Bergbau- und Baumaschinen stellen große Investitionen dar. Die Produktivität wird verringert, wenn sie instand gehalten oder repariert werden. Um den Verlust an Produktivität zu verringern, kann die Komponentenlebensdaueranzeige verwendet werden, um genauer vorherzusagen, wann ein Versagen auftreten wird, und wann eine Instandhaltung an einer Maschinenkomponente ausgeführt werden sollte. Entsprechend kann ein Servicetechniker sich auf die Komponentenlebensdaueranzeige verlassen können, um gute Entscheidungen zu fällen, wann eine Instandhaltung auszuführen ist und welche Instandhaltung auszuführen ist. Eine genaue Vorhersage der tatsächlichen Arbeitslebensdauer der Komponenten kann die Reparaturkosten verringern und kann weniger Ausfallzeit der Maschine zur Folge haben.
Die Komponentenlebensdaueranzeige misst die Spannung, die auf die Komponenten der Maschine aufgebracht wird, und überträgt diese Spannungen in eine tatsächliche Arbeitslebensdauer für die Komponente der Arbeitsmaschine. Die tatsächliche Arbeitslebensdauer kann verwendet werden, um eine Instandhaltung der Arbeitsmaschine zu planen, die der tatsächlichen Lebensdauer der Komponente entspricht, und nicht einer abgeschätzten Zeitperiode. Folglich kann eine Instandhaltung effizienter ausgeführt werden.
Die Komponentenlebensdaueranzeige kann auch verwendet werden, um eine Flotte von Fahrzeugen zu überwachen. Informationen, die von der Komponentenlebensdaueranzeige bei einer Maschine halten würden, können mit Informationen verglichen werden, die von Komponentenlebensdaueranzeigen bei anderen Maschinen erhalten wurden. Entsprechend kann die Instandhaltung der Arbeitsmaschinen in einer Flotte mit Priorität versehen werden. Weiterhin kann die Komponentenlebensdaueranzeige es Gelände- bzw. Einsatzmanagern gestatten, Wege zu finden, die Arbeitslebensdauer der Arbeitsmaschinen durch Überwachung von steuerbaren Faktoren zu verlängern.
Die Komponentenlebensdaueranzeige kann verwendet werden, um die Lebensdauer von irgendeiner Komponente in der Arbeitsmaschine zu messen, was die Motorkomponenten, die Getriebekomponenten, die Bremsenkomponenten, die Kühlungskomponenten, die Zahnrad- bzw. Gangschaltungskomponenten, Endantriebsanordnungskomponenten und andere Komponenten aufweist, wie es einem Fachmann offensichtlich sein würde. Die Komponentenlebensdaueranzeige kann auch in Automobilen, Booten oder anderen Maschinen verwendet werden, deren Servicelebensdauer durch Spannungen bzw. Beanspruchungen beeinflusst werden kann, die durch Anwendung von Beanspruchungen aufgebracht werden, was die tatsächliche Arbeitslebensdauer unvorhersagbar macht.
Andere Ausführungsbeispiele der Komponentenlebensdaueranzeige werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und der praktischen Ausführung offensichtlich werden, die hier offenbart werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang der Beschreibung durch die folgenden Ansprüche gezeigt wird.
Zusammenfassung
Eine Lebensdaueranzeige für eine Komponente einer Maschine wird offenbart. Die Lebensdaueranzeige weist mindestens einen Sensor auf, der betriebsmäßig mit der Maschine assoziiert ist und konfiguriert ist, um eine Eigenschaft abzufühlen, die mit der Maschine assoziiert ist. Der Sensor ist konfiguriert, um die abgefühlte Eigenschaft als ein Datensignal auszugeben. Die Lebensdaueranzeige weist auch ein Speicherelement auf, das eine erste Datenstruktur besitzt, die einen Schadensfaktor für die Komponente der Maschine bestimmt, und zwar basierend zumindest teilweise auf dem Datensignal, das von dem mindestens einen Sensor empfangen wurde. Ein Prozessor führt die erste Datenstruktur aus, um den Schadensfaktor zu bestimmen.

Claims

Lebensdaueranzeige für eine Komponente einer Maschine (100), wobei die Lebensdaueranzeige Folgendes aufweist: mindestens einen Sensor (302), der betriebsmäßig mit der Maschine (100) assoziiert ist und konfiguriert ist, um eine Eigenschaft abzufühlen, die mit der Maschine (100) assoziiert ist, wobei der Sensor (302) konfiguriert ist, um die abgefühlte Eigenschaft als ein Datensignal auszugeben; ein Speicherelement (310), welches eine erste Datenstruktur aufweist, die einen Schadensfaktor für die Komponente der Maschine (100) basierend auf mindestens teilweise dem Datensignal bestimmt, das von dem mindestens einen Sensor (302) empfangen wurde; und einen Prozessor (308) zur Ausführung der ersten Datenstruktur zur Bestimmung des Schadensfaktors.
Lebensdaueranzeige nach Anspruch 1, wobei das Speicherelement (310) Auslegungskomponentenlebensdauerdaten aufweist, und wobei der Prozessor (308) konfiguriert ist, den Schadensfaktor mit den Auslegungskomponentenlebensdauerdaten zu vergleichen, um die tatsächliche Arbeitslebensdauer der Komponente der Maschine abzuschätzen.
Lebensdaueranzeige nach Anspruch 1, wobei das Speicherelement (310) eine zweite Datenstruktur aufweist, die eine abgeschätzte tatsächliche Arbeitslebensdauer der Komponente bestimmt, wobei der Prozessor (308) konfiguriert ist, die zweite Datenstruktur auszuführen, um die abgeschätzte tatsächliche Arbeitslebensdauer basierend zumindest teilweise auf dem Schadensfaktor zu bestimmen.
Lebensdaueranzeige nach Anspruch 1, die weiter einen Kommunikationsanschluss (218) aufweist, der mit dem Prozessor (308) assoziiert ist und konfiguriert ist, um mit einem Servicewerkzeug (216) zu kommunizieren.
Lebensdaueranzeige nach Anspruch 1, die weiter eine Anzeige (214, 800) aufweist, die konfiguriert ist, um die tatsächliche Arbeitslebensdauer der Maschinenkomponente zu zeigen.
Verfahren zur Überwachung des Effektes von Betriebsbedingungen auf eine Komponente einer Maschine (100), wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Abfühlen von mindestens einer Eigenschaft, die mit der Maschine (100) assoziiert ist; Halten einer Datenstruktur in einem Speicherelement (310), die einen Schadensfaktor der Komponente basierend zumindest teilweise auf der zumindest einen Eigenschaft bestimmt; und Verarbeitung der Datenstruktur, um den Schadensfaktor basierend auf der mindestens einen Eigenschaft zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Verfahren weiter Folgendes aufweist: Halten von Auslegungskomponentenlebensdauerdaten in dem Speicherelement (310); und Vergleichen des Schadensfaktors mit den Auslegungskomponentenlebensdauerdaten, um die tatsächliche Arbeitslebensdauer der Komponente abzuschätzen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Verfahren weiter aufweist, die tatsächliche Arbeitslebensdauer der Komponente als einen Prozentsatz der verwendeten Lebensdauer und/oder einen Prozentsatz der restlichen Auslegungslebensdauer und/oder die restlichen Anwendungsstunden anzuzeigen.
Verfahren nach Anspruch 6, welches weiter aufweist, den Schadensfaktor in ein Servicewerkzeug (216) oder einen zentralen Verarbeitungscomputer (220) zu übertragen, wobei das Servicewerkzeug (216) oder der zentrale Verarbeitungscomputer (220) mit dem Prozessor (308) durch einen Kommunikationsanschluss (218) in Verbindung stehen.
Verfahren nach Anspruch 9, welches weiter aufweist, eine Komponente zu identifizieren, die eine Instandhaltung erfordert.