(57)【要約】診断対象となる配管設備の構成を特定する配管情報に基づき、前記配管設備の配管内での圧力振動のシミュレーションを実行するシミュレーション実行部１１と、圧力振動のシミュレーション結果と圧力の計測データとから配管の疲労サイクルを計算する疲労サイクル解析部１２と、前記疲労サイクル解析部１２で解析した疲労サイクルから配管の故障リスクを示す指標を算出する指標計算部１３とを備える。これにより、配管に生じる応力と応力変動の繰り返し回数とから、疲労の進行度合いを求めて配管の交換時期を推定する。
2019172455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
診断対象となる配管設備の構成を特定する配管情報に基づき、前記配管設備の配管内での圧力振動のシミュレーションを実行するシミュレーション実行手段と、
前記圧力振動のシミュレーション結果と圧力の計測データとから配管の疲労サイクルを計算する疲労サイクル解析手段と、
前記疲労サイクル解析手段で解析した疲労サイクルから配管の故障リスクを示す指標を算出する指標計算手段と、を備えることを特徴とする配管診断装置。
【請求項２】
前記疲労サイクル解析手段は、管網に掛かる圧力の測定結果と水道管網のシミュレーションを入力とすることを特徴とする請求項１に記載の配管診断装置。
【請求項３】
前記疲労サイクル解析手段は、前記シミュレーションにより求めた振幅と、近くの測定点の疲労のサイクル数カウント結果を組み合わせて、前記測定点以外の配管の振幅と応力変動の繰り返し回数を計算することを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の配管診断装置。
【請求項４】
前記シミュレーション実行手段は、前記配管情報を用いて、前記配管設備と等価の電気回路を構築し、前記電気回路における電圧を前記配管内での圧力とみなして、前記シミュレーションを実行することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の配管診断装置。
【請求項５】
前記配管設備が、水道管網であり、前記配管情報が、地理情報システムに保持されている水道管網情報であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の配管診断装置。
【請求項６】
前記シミュレーション実行手段にて、圧力の測定結果の振幅とシミュレーションの振幅とが一致するように最適化を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の配管診断装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の配管診断装置により、配管設備を含む資産を管理することを特徴とする資産管理装置。
【請求項８】
診断対象となる配管設備の構成を特定する配管情報に基づいて、前記配管設備を構成する配管内での圧力振動のシミュレーションを実行し、
前記シミュレーションによって得られた圧力振動と圧力の計測による計測波形に基づいて、前記配管設備を構成する配管に生じる応力と応力変動の繰り返し回数を計算し、
前記配管に生じる応力と応力変動の繰り返し回数から、前記配管の故障リスクを示す指標を計算することを特徴とする配管診断方法。
【請求項９】
コンピュータが、
診断対象となる配管設備の構成を特定する配管情報に基づいて、前記配管設備を構成する配管内での圧力振動のシミュレーションを実行し、
前記シミュレーションによって得られた圧力振動と圧力の計測による計測波形に基づいて、前記配管設備を構成する配管に生じる応力と応力変動の繰り返し回数とを計算し、
前記配管に生じる応力と応力変動の繰り返し回数とから配管の故障リスクを示す指標を計算することを特徴とする配管診断プログラムを記録する記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管設備の故障リスクを診断するための配管診断装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な上水道網等の配管施設は大規模に設けられている。このような配管施設では、地中に埋設された配管の劣化の進行が、埋設された土壌の酸性度、電位、圧力等によって異なることも知られている。このため、上記配管設備では、経過年数によらず、相対的に新しい配管でも急激に劣化し、漏水や破裂事故といった問題が生じることがある。また、上記の例とは逆に、配管が古くても、劣化が少なく交換が不要な場合がある。このため、たとえ古い配管の状態が良い場合であっても無駄に交換されてしまい、余計な費用が掛かってしまうという問題がある。従って、上記配管施設では、配管の補修や交換を的確かつ効率的に行うことが可能となるよう、現在の配管の劣化の程度と今後の劣化の進行を適切に診断する技術が求められている。【０００３】
配管の劣化程度の診断に関連する技術として、たとえば、特許文献１〜３に示される技術が知られている。特許文献１に示される技術では、データベースに、配管部品の３次元配置情報とともに、配管内部を流れる流体に関するデータ（流体の種類、粘性、平均流速、圧力、温度など）が記録されている。そして、特許文献１の流体シミュレーション処理部では、配管ライン上に設けられた肉厚未測定配管部品について、剪断応力を求める。そして、その剪断応力の値から配管ラインの各配管部品の減肉率を求め、将来の肉厚を予測する。【０００４】
特許文献２に示される技術では、実機プラントの起動及び停止などの運転過程における配管内流れを、バーチャルリアリティ装置によって、３次元的に可視化する。これにより特許文献２では、実機プラントの運転計画における流動条件（圧力、温度、流量）の時間変化に沿った配管内の熱流体挙動を、事前にバーチャルシミュレーションによって可視化できる。さらに、特許文献２では、実機プラントの非定常な運転操作における熱疲労損傷に対する配管の健全性を事前に評価できる。【０００５】
特許文献３に示される技術では、プラントの配管設備の劣化を検査するために、加速度センサを配管のエルボなどの曲がり角などに複数個取り付ける。そして、配管内部を流れている化学組成物などの衝突により配管が受ける衝撃や圧力を測定する。これにより、センサを取り付けた特定の場所における配管設備の劣化を精度良く検出する。なお、特許文献４にも本発明に関連する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３４４２９５号公報
【特許文献２】特開２００５−３１５５８１号公報
【特許文献３】特開２００７−１０１２３２号公報
【特許文献４】特開２０１３−６１３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般的な配管網においては、管内の流体の利用や状況の変化に伴い、流体の圧力振動が発生する。より具体的には、たとえば、バルブの急な開閉や、空気だまりの発生及び崩壊や、需要家の流体使用に伴う栓の開閉等の原因によって、流体の圧力振動が発生する。このような圧力の変動は配管に応力変動を生じさせ、配管の疲労を引き起こす。更に、配管網では、長年の使用により繰り返し応力変動が生じる。この繰り返し応力変動によって生じる疲労の進展による配管の破断を防止するために、配管の交換時期を推定して、配管に加わる圧力変動を評価し、疲労の進行速度を推定することが重要となる。また、この疲労の進行は、管に掛かる応力の振幅によって大きく変化する。実際に大小の振幅が混ざった状態で繰返し応力が管に掛かっており、振幅の大きさごとに応力を測定して疲労を推定する必要がある。【０００８】
特許文献１〜３に開示された技術では、配管ラインの将来の肉厚や、熱疲労損傷に対する配管の健全性や、配管内部を流れている化学組成物などの衝突により配管が受ける衝撃などを評価することができる。しかしながら、特許文献１〜３に開示された技術では、繰り返しの応力変動による今後の配管の劣化度合と、それに基づく配管寿命についてまでは推定することができない。そこで、水道事業者等においては、適切な配管の交換時期や、水道事業者等自身が保有する多数の配管について経済効率の良い交換順位を定めることができないという問題が生じていた。【０００９】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、配管の適切な交換時期を推定することができる配管診断装置等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。本発明の第１態様に示す配管診断装置では、診断対象となる配管設備の構成を特定する配管情報に基づき、前記配管設備の配管内での圧力振動のシミュレーションを実行するシミュレーション実行部と、前記圧力振動のシミュレーション結果と圧力の計測データとから配管の疲労サイクルを計算する疲労サイクル解析部と、前記疲労サイクル解析部で解析した疲労サイクルから配管の故障リスクを示す指標を算出する指標計算部と、を備えることを特徴とする。【００１１】
本発明の第２態様に示す配管診断方法では、診断対象となる配管設備の構成を特定する配管情報に基づいて、前記配管設備を構成する配管内での圧力振動のシミュレーションを実行するステップと、前記シミュレーションによって得られた圧力振動と圧力の計測による計測波形に基づいて、前記配管設備を構成する配管に生じる応力と応力変動の繰り返し回数を計算するステップと、前記配管に生じる応力と応力変動の繰り返し回数から、前記配管の故障リスクを示す指標を計算するステップと、を有することを特徴とする。【００１２】
本発明の第３態様に示す記録媒体では、コンピュータにて、診断対象となる配管設備の構成を特定する配管情報に基づいて、前記配管設備を構成する配管内での圧力振動のシミュレーションを実行するステップと、前記シミュレーションによって得られた圧力振動と圧力の計測による計測波形に基づいて、前記配管設備を構成する配管に生じる応力と応力変動の繰り返し回数とを計算するステップと、前記配管に生じる応力と応力変動の繰り返し回数とから配管の故障リスクを示す指標を計算するステップと、を実行させるプログラムを記録することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、配管の適切な交換時期を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明における配管診断装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態における配管診断装置の具体的構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態における配管診断装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態における配管診断装置の構成を具体的に示すブロック図である。
【図５】本発明の第２実施形態における配管診断装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】地理情報システムのデータベースが格納している配管網における接続情報の一例を示す図である。
【図７】水道管網から電気回路網への変換を説明するための図である。
【図８】本発明の実施形態における疲労サイクルの解析の一例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態で用いられる配管の強度データの一例を示す図である。
【図１０】本発明の第１及び第２実施形態における配管診断装置を実現するコンピュータの一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係る配管設備の劣化を診断する配管診断装置の最小構成例について、図１を参照して説明する。図示例の配管診断装置１００は、シミュレーション実行部１１と、疲労サイクル解析部１２と、指標計算部１３とを備えている。
【００１６】
シミュレーション実行部１１は、診断対象となる配管設備の構成を特定する配管情報に基づいて、配管設備を構成する配管内での圧力振動のシミュレーションを実行する。ここで、圧力振動のシミュレーションとは、配管設備が水道網の場合、需要家による水の使用や、バルブの開閉等による圧力変動等によって発生した振動が、配管網にどのように伝播するかを、求めるものである。疲労サイクル解析部１２は、シミュレーションによって得られた圧力振動と、圧力の波形データに基づいて、配管に掛かる疲労サイクルを計算する。ここで、「疲労サイクル」とは、疲労破壊を引き起こす応力を複数種類の応力振幅の大きさで配管（診断対象）に繰り返し加えた際に、当該応力振幅の大きさごとに繰り返し加えられた回数(繰り返し回数)をカウントしたものである。指標計算部１３は、疲労サイクル解析部１２で解析した疲労サイクルから配管の故障リスクを示す指標を算出する。
【００１７】
このような配管診断装置１００では、診断対象となる配管設備に生じる疲労の程度が計算される。また、配管に生じる疲労は、配管の劣化、ひいては破断を引き起こすものである。このため、図示例では、配管設備において、将来の配管の劣化の進行を推定することが可能となる。
【００１８】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について、図２及び図３を参照して説明する。図２は、図１の配管診断装置１００を更に具体化した第１実施形態の配管診断装置１０を示すブロック図である。なお、図２の配管診断装置１０では、配管診断装置１００の主要構成であるシミュレーション実行部１１と、疲労サイクル解析部１２と、指標計算部１３とを具備しており、これらについては上述した通りである。
【００１９】
図２の配管診断装置１０は、上述したシミュレーション実行部１１及び疲労サイクル解析部１２、指標計算部１３に加えて、入力部１４と、波形入力部１５と、出力部１６とを備えている。このうち、入力部１４は、外部からの指示を受け付ける。例えば、配管の診断の開始が指示されると、入力部１４は、これを受け付け、受け付けた指示をシミュレーション実行部１１に送信する。
【００２０】
また、入力部１４は、外部から配管情報を受け付け、受け付けた配管情報をシミュレーション実行部１１に送信する。また、この入力部１４では、配管診断装置１０に接続された端末装置の画面上に、入力用の画面を提供することもできる。この場合、配管診断装置１０のユーザは、自身の端末装置の入力用の画面上で、配管情報を入力することができる。
【００２１】
また、波形入力部１５は、配管に掛かる圧力の計測波形の測定データを受け付ける。この測定データは、配管に接続されたセンサ（例えば、配管内の圧力を測定するセンサ、配管の歪みを測定する歪みゲージ等の種々のセンサ）で測定したものであっても良い。また、波形入力部１５は、入力部１４と共通化された端末装置で構成されて良い。また、出力部１６は、指標計算部１３によって計算された計算結果を外部に出力する。具体的には、出力部１６は、配管診断装置１０に接続された端末装置（不図示）、又は配管診断装置１０に接続された表示装置（不図示）に、計算結果を出力する。この場合、端末装置又は表示装置の画面上に、ユーザが確認可能な計算結果が表示される。
【００２２】
配管情報は、上述したように、配管設備を構成する配管を流れる流体のシミュレーションの実行に用いられる情報である。具体的には、配管情報は、例えば、配管設備を構成する配管における、接続関係（配管のレイアウト）、長さ、直径（口径）、内部の摩擦係数、及び圧力波の伝播速度を含む。配管設備を構成する配管における内部の摩擦係数には、配管の分岐、断面変化等に起因する圧力損失が含まれてもよい。また、配管情報には、更に、配管の圧力振動に影響を与える要素（例えば、タンク、バルブ等の情報）が含まれていても良い。更に、摩擦係数及び伝播速度は、配管の材質及び内面の表面粗さ等から計算可能であるため、摩擦係数及び伝播速度の代わりに、これらを算出するための情報（配管の材質及び内面の表面粗さ等）が配管情報に含まれていても良い。
【００２３】
また、第１実施形態では、劣化の診断対象となる配管設備としては、例えば、水道管網が挙げられる。配管設備が水道管網である場合には、配管情報として、水道管網から水を使用する需要家の使用量や、水道管網に繋がる貯水池や、水道管網に繋がるタンクや、圧力調整バルブ等の情報が含まれていても良い。波形入力部１５は、管網のいくつかの地点の圧力の計測波形を疲労サイクル解析部１２に入力する。具体的には、この波形入力部１５は、管網の各地点に設置された圧力センサにより内部の圧力の時間変化を測定し、その計測波形を疲労サイクル解析部１２に入力する。また、この波形入力部１５は、センサからの直接入力に限らず、一度測定されたデータを保存したファイルを読み出すことで、これを疲労サイクル解析部１２に入力しても良い。
【００２４】
シミュレーション実行部１１は、第１実施形態では、入力部１４から入力された配管情報に基づいて、配管設備を構成する配管内での圧力振動のシミュレーションを実行する。前述の通り、圧力振動のシミュレーションとは、配管設備が水道網の場合、需要家による水の使用や、バルブの開閉等による圧力変動等によって発生した振動が、配管網にどのように伝播するかを、求めるものである。
【００２５】
また、第１実施形態では、シミュレーション実行部１１は、配管情報を用いて、配管設備と等価の電気回路を構築する。また、シミュレーション実行部１１は、電気回路における電圧を配管内での圧力とみなして、シミュレーションを実行する。すなわち、シミュレーション実行部１１は、配管設備を流れる流体の挙動を電気回路網で表現し、回路シミュレータで電圧を計算することによって、配管内の圧力を計算する。
【００２６】
具体的には、シミュレーション実行部１１では、流体の挙動を電気回路網で表現するため、配管を流れる流体の流量は電流に対応付けられ、配管内の圧力は電圧に対応付けられる。これにより、シミュレーション実行部１１では、配管を流れる流体の状態をシミュレートできる電気回路網のモデルが作成（又は想定）される。また、モデル化された電気回路網における電流と、配管を流れる流体の流量は、互いに変換することが可能である。また、モデル化された電気回路網における電圧と、配管を流れる流体の圧力は、互いに変換することが可能である。
【００２７】
そして、シミュレーション実行部１１は、シミュレーションの実行により、電気回路網の各部における電圧を検出する。そして、シミュレーション実行部１１は、検出した電圧を圧力に変換することによって、圧力振動のシミュレーション結果とする。また、シミュレーション実行部１１は、シミュレーションの実行によって、配管設備を構成する配管における周波数毎の振動特性又は時系列の振動特性を取得することもできる。また、シミュレーション実行部１１は、配管設備から電気回路網を構築する代わりに、各配管の伝播特性に基づいて、連立微分方程式を構築することもできる。この場合、シミュレーション実行部１１は、連立微分方程式の数値計算によって圧力振動を算出する。
【００２８】
更に、シミュレーション実行部１１は、既存の流体のシミュレータを用いて、インパルス応答を計算することで、配管の圧力振動を求めることもできる。更に、シミュレーション実行部１１は、図２に示されていない別のシミュレータと協働して、圧力振動のシミュレーションを実行することもできる。この場合、別のシミュレータは、外部の別のコンピュータが提供していても良い。
【００２９】
また、シミュレーション実行部１１は、波形入力部１５で入力された計測波形に近づけるように、シミュレーションのパラメータを修正し、計算を繰り返しても良い。入力部１４から入力された配管設備の情報の中で、需要家による水の使用などは、不確定な要素が含まれることが多い。こういったパラメータを推定するために、シミュレーション実行部１１は、各計測地点での計測波形の圧力振動の振幅と、シミュレーションによって得られた圧力振動振幅が一致するようにパラメータを変更していく。このとき、パラメータの変更は、一般的な最適化手法を用いて、振幅の誤差が最小となるように行われればよい。これにより、各管に掛かる圧力の変動を求めることになる。たとえば、水道管などの配管には、内部から水圧が掛かっている。そして、この水圧は、消費者の水の利用やポンプの動作などによって、変化する。これは、配管に対して内側から外側に広がる圧力が掛かっている状態で、この圧力が変化することで、管に繰返し応力がかかることを意味する。
【００３０】
疲労サイクル解析部１２は、上述したように、シミュレーションによって得られた圧力振動と、波形入力部１５から入力された計測波形より、疲労サイクルを計算する。具体的には、疲労サイクル解析部１２は、まず、シミュレーションで得られた圧力変動から、各配管に加わっている圧力の振幅を、得る。
【００３１】
次に、疲労サイクル解析部１２は、波形入力部１５に入力された計測波形を用いて、正規化した疲労サイクルを計算する。ここで、正規化した疲労サイクルとは、疲労サイクルを圧力振動の振幅の大きさを最小単位（約１）に整えたものをいう。正規化した疲労サイクルを計算する際には、疲労サイクル解析部１２は、まず、計測波形の大きさを揃えるために、波形入力部１５に入力された計測波形を、計測波形の圧力振動の振幅（ここでの振幅は、二乗平均平方根振幅をいう。）で割り、縦軸を圧力振動の振幅に対する相対値、横軸を時間とする計測波形に変換する。変換後の計測波形における縦軸において、圧力振動の振幅に対する相対値には、単位がない。その後、疲労サイクル解析部１２は、変換後の計測波形を用いて、レインフロー法によって何点かの応力振幅の相対値（応力振幅の相対値とは、応力振幅を、圧力振動の振幅で割った値である。）ごとの発生回数をカウントする。すなわち、疲労サイクル解析部１２は、疲労寿命に寄与する応力の大きさ（応力振幅の相対値）とその発生回数（繰返し数）を決定することで、正規化した疲労サイクルを計算する。このとき、正規化した疲労サイクルを計算する方法であればレインフロー法に限らず、レベルクロッシング法や、レンジペアカウント法などを用いても良い。
【００３２】
次に、疲労サイクル解析部１２では、計測していない地点にかかる、正規化した疲労サイクルを補間する。ここで、疲労サイクル解析部１２では、逆距離加重補間のように、求めたい地点から、近くの計測した地点までの配管長に応じて重みをつけ、応力振幅の相対値ごとのサイクル数（発生回数）を計算する。このとき、計測していない地点にかかる疲労サイクルを補間できる方法であれば、逆距離加重補間法以外の三角形分割補間やスプライン法による補間を用いても良い。次に、疲労サイクル解析部１２では、補間した疲労サイクル（繰返し回数）に対応する応力振幅の相対値に、シミュレーションによって得られた圧力変動の振幅を掛け合わせ、掛け合わせた後の応力振幅の大きさごとに各地点の疲労サイクルを計算する。具体的には、たとえば、応力振幅の相対値１に対応する疲労サイクルが１０回、応力振幅の相対値２に対応する、正規化した疲労サイクルが５回の場合を考える。このとき、シミュレーションによって得られた圧力変動の振幅が２であった場合、疲労サイクル解析部１２では、正規化した疲労サイクルに対応する応力振幅の相対値にシミュレーションによって得られた圧力変動の振幅２を掛け合わせる。この結果、疲労サイクル解析部１２は、応力振幅ごとに、応力振幅２のとき１０回、応力振幅４のときが５回となるように、疲労サイクルを計算する。  
【００３３】
指標計算部１３は、計算された疲労サイクルより、疲労の指標を計算する。今まで計算した疲労サイクルに対応する応力振幅は、圧力振動の振幅である。ここでは、圧力振動の振幅を圧力Ｐとして、配管設備を構成する配管に生じる応力を、数１を用いて計算する。ここで、円筒状の配管の直径をＤｉ、厚さをＴｈとし、そこに圧力Ｐが加わるとすると、配管には、円周方向に沿って配管を引き伸ばすように（配管の直径を拡大するように）応力σが発生する。この応力σは、配管に生じる応力である。この応力σをフープ応力（hoop stress）といい、応力σは下記の数１で算出される。
【数１】
2019172455.tif 000003
【００３４】
指標計算部１３は、このフープ応力を応力振幅ごとに求める。なお本実施形態では、システムの安全性を担保する趣旨から、疲労の原因となる応力として、円筒状の物体が内圧を受けることにより生じる応力として最も大きいとされるフープ応力を採用する。次に、指標計算部１３は、各フープ応力から、故障までの回数Ｎを求める。この回数Ｎは、データベースに保管されているデータでも良いし、Ｓ-Ｎ曲線の近似式から求めても良い。たとえば、応力波形を分析した結果、σ1、σ２、・・・、σｉの応力振幅が発生していたとして、その時の破断（故障）までの繰り返し回数をＳ-Ｎ曲線から読み取り、Ｎ１、Ｎ２、・・・、Ｎｉとする。
【００３５】
次に、指標計算部１３は、疲労サイクルnと故障までの回数Ｎから指標Ｄを求める。指標Ｄは、以下の数２によって表される。ここでは、応力振幅がそれぞれｎ１、ｎ２、・・・、ｎｉ回繰り返されたとき、それぞれの損傷度をｎ１／Ｎ１、ｎ２／Ｎ２、・・・、ｎｉ／Ｎｉと考える。また、それら個々の損傷度の和を全体の損傷度とし、これを指標Ｄとする。なお、Ｄ≧１になった時に疲労破壊が起こると考える。逆に、Ｄ＜１のときは、疲労破壊しないと考える。
【数２】
2019172455.tif 000004
【００３６】
つまり、この指標Ｄは、数２の通り、「疲労試験で破断（故障）までの繰り返し回数Ｎｉ」に対する「応力振幅が繰り返される回数ｎｉ」の割合の総和である。指標計算部１３は、この指標Ｄを用いることで故障の推定が行える。よって、ユーザは、指標計算部１３での計算結果に基づき、配管の破裂リスクを推定でき、更には、配管の適切な交換時期及び交換の順番を定めることができる。これにより、ユーザは、配管の破裂を効果的に削減する交換を行うことができる。
【００３７】
また、上記数２において、上述の通り、「Ｄ≧１」となる場合、疲労破断が起こる。このため、応力波形を分析することでさまざまな評価をすることが可能になる。単位時間当たりの応力振幅と回数をカウントして、Ｄ＝１になるまでの時間を算出することで、配管の残寿命を時間で推定することができる。すなわち、現在の疲労度がＤ、現時点で計測時間Δｔ（単位時間）の間に、フープ応力の変動が、それぞれ「Δｎ１、Δｎ２、Δｎ３、・・・Δｎｉ」回発生している場合、指標計算部１３は、まず、単位期間あたりの疲労度の増加率「ΔＤ／Δｔ」を下記の数３を用いて算出する。
【数３】
2019172455.tif 000005
【００３８】
上記数３において、「Ｄ＝１」となるまでの時間（残寿命）ｔ’は、「Ｄ+ΔＤ／Δｔ x ｔ’＝１」であるから、指標計算部１３は、下記の数４を用いて、時間（残寿命）ｔ’を算出する。
【数４】
2019172455.tif 000006
【００３９】
その後、出力部１６が、上述したように、指標計算部１３によって算出された指標Ｄを、解析結果として外部に出力する。このとき、出力部１６は、算出された指標だけでなく、疲労サイクル解析部１２によって得られた疲労サイクル自体を出力しても良い。更に、出力部１６は、ユーザが配管毎の応力を視認できるように、応力の違いを視覚的に表現した画像の画像データを出力することもできる。
【００４０】
［装置動作］
次に、第１実施形態における配管診断装置１０の動作について図３を用いて説明する。図３は、本発明の第１実施形態における配管診断装置の動作を示すフローチャートである。以下の説明においては図２の構成を適宜参照する。また、第１実施形態では、配管診断装置１０を動作させることによって、配管診断方法が実施される。よって、第１実施形態における配管診断方法の説明は、以下の配管診断装置１０の動作説明に代えるものとする。
【００４１】
図３に示すように、最初に、入力部１４は、外部から配管情報を受け付け、受け付けた配管情報をシミュレーション実行部１１に入力する（ステップＡ１）。また、波形入力部１５は、各測定地点の圧力の計測波形を疲労サイクル解析部１２に入力する（ステップＡ２）。
【００４２】
次に、シミュレーション実行部１１は、ステップＡ１で入力部１４から入力された配管情報に基づいて、配管設備を構成する配管内での圧力振動のシミュレーションを実行する（ステップＡ３）。具体的には、シミュレーション実行部１１は、配管情報を用いて、配管設備と等価の電気回路を構築する。そして、シミュレーション実行部１１は、電気回路における電圧を配管内での圧力とみなして、シミュレーションを実行する。
【００４３】
次に、疲労サイクル解析部１２は、ステップＡ３によるシミュレーションによって得られた圧力振動と計測波形に基づいて、配管に生じる疲労サイクルを計算する（ステップＡ４）。
【００４４】
次に、指標計算部１３は各管の疲労サイクルから指標を計算する（ステップＡ５）。その後、出力部１６は、ステップＡ５で指標計算部１３によって算出された指標を、解析結果として、外部に出力する（ステップＡ６）。具体的には、出力部１６は、配管診断装置１０に接続された端末装置（不図示）、又は配管診断装置１０に接続された表示装置（不図示）に、計算結果を出力する。
【００４５】
以上のように第１実施形態に示される配管診断装置１０は、配管に生じる疲労の程度を計算する。このため、配管診断装置１０によれば、ユーザが、その計算結果を参照することで、配管の破裂リスクを推定でき、更には、配管の適切な交換時期及び交換の順番を定めることができる。これにより、第１実施形態における配管診断装置１０によれば、配管の破裂を効果的に削減する交換を促すことができる。
【００４６】
［配管診断プログラム］
第１実施形態における配管診断プログラムは、コンピュータに、図３に示すステップＡ１〜Ａ６を実行させる配管診断プログラムであれば良い。この配管診断プログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、第１実施形態における配管診断装置１０と配管診断方法とを実現することができる。この場合、コンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）は、シミュレーション実行部１１、疲労サイクル解析部１２、指標計算部１３、入力部１４、波形入力部１５及び出力部１６を機能させ、各部にて処理を行なわせる。
【００４７】
また、第１実施形態における配管診断プログラムは、複数のコンピュータによって構築されたコンピュータシステムによって実行されても良い。この場合は、例えば、各コンピュータが、それぞれ、シミュレーション実行部１１、疲労サイクル解析部１２、指標計算部１３、入力部１４、波形入力部１５、及び出力部１６のいずれかを機能させても良い。
【００４８】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態における配管診断装置、配管診断方法、及び配管診断プログラムについて、図４及び図５を参照して説明する。また、第２実施形態では、本発明の実施形態に係る資産管理装置についても説明する。
【００４９】
［装置構成］
図４は、本発明の第２実施形態における配管診断装置の構成を具体的に示すブロック図である。
【００５０】
図４に示すように、第２実施形態における配管診断装置２０は、図２に示した第１実施形態における配管診断装置１０と同様に、シミュレーション実行部１１、疲労サイクル解析部１２、指標計算部１３、入力部１４、波形入力部１５、及び出力部１６を備えている。但し、第２実施形態においては、配管診断装置２０は、以下の点で異なっている。以下においては第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００５１】
図４に示すように、第２実施形態の配管診断装置２０は、配管診断装置１０と同様の構成に加えて、最適化部２１と、配管強度推定部２２と、配管情報データベース２３とを備えている。
【００５２】
最適化部２１は、シミュレーションの結果と、入力された計測波形が一致するように解析パラメータの変更を行い、シミュレーションと計測の誤差が最小となるように動作する。解析パラメータのうち、圧力変動源となる需要家の水の利用量の変動は、取得が困難である。そこで、最適化部２１では、このパラメータの推定を行うために、計測波形を基にして、各地点の圧力振動の振幅を求める。
【００５３】
更に、最適化部２１は、この圧力振動の振幅と、シミュレーションの結果を用いて得られた振幅との間の誤差を求め、この誤差が最小となるようにパラメータの修正を行う。パラメータの修正は、ネルダーミード法などが用いられる。この誤差を最小とするパラメータの修正法は、他にも最適化問題のアルゴリズムが用いられても良く、粒子群最適化法や遺伝的アルゴリズムが用いられてもよい。これにより、最適化部２１では、シミュレーションの精度が向上し、より実際に近い推定が行える。
【００５４】
配管情報データベース２３は、シミュレーション実行部１１に用いる配管情報を格納している。配管情報データベース２３が格納している配管情報は、第１実施形態で述べた配管情報と同様のものを含んでいる。本実施形態では、入力部１４は、配管情報データベース２３から取得した配管情報をシミュレーション実行部１１に入力する。
【００５５】
また、図４の例では、配管情報データベース２３は、配管診断装置２０の内部に構築されている。一方、本実施形態では、配管情報データベース２３は、外部のコンピュータによって提供されていても良い。例えば、配管情報データベース２３として、地理情報システム（ＧＩＳ：Geographic Information System）が提供するデータベースが用いられていても良い。
【００５６】
配管情報データベース２３には、配管の強度データも格納されている。強度データは、対象とする配管の強度を示すデータである。配管の強度の測定方法としては、直接肉厚を計測する方法や、磁界センサによって強度を測定するＭＦＬ法（Magnetic Flux Leakage法）や、渦電流を計測するＲＦＥＣ法（Remote Field Eddy Current法）や、ＢＥＭ法（Broadband Electromagnetic法）などが挙げられる。なお、これらの方法は、実施に際して予め配管が埋設されている箇所の周囲の土を掘削する必要がある。
【００５７】
また、土を掘削せずに配管が埋設されたまま配管の強度を測定する方法としては、例えば特許文献４に開示されている。特許文献４には、音速から肉厚を推定する方法や、配管内にカメラを挿入して管壁の表面を観測して管の劣化状態を大まかに推定する方法等が、挙げられる。
【００５８】
また、配管情報データベース２３は、上述の配管情報や強度データに加えて、各配管の材質、距離、敷設された時期、及び場所等を特定する情報を格納していても良い。更に、配管情報データベース２３は、実験データ又は文献情報に基づいて、配管の材質及び口径毎に、配管の強度を示すＳ−Ｎ曲線のデータを格納していても良い。このＳ−Ｎ曲線としては、新品配管と劣化配管との両方のデータが格納されているのが良い。この場合、特に、劣化配管のＳ−Ｎ曲線は、それに対応する配管の強度の度合いと対応付けられて格納されている。
【００５９】
配管強度推定部２２は、配管設備を構成する配管の強度を推定する。具体的には、配管強度推定部２２は、配管情報データベース２３に格納されている情報に基づいて、対象とする配管の強度を推定して、Ｓ−Ｎ曲線を出力する。配管強度推定部２２は、強度が直接測定されている配管については、その測定結果と対応するＳ−Ｎ曲線を選択または作成する。また、配管強度推定部２２は、強度が直接測定されていない配管については、配管情報データベース２３を用いて、対象とする配管と材料及び口径が同じ配管のＳ−Ｎ曲線に基づいて、対象とする配管のＳ−Ｎ曲線を作成する。
【００６０】
更に、対象とする配管と材料及び口径が同じ配管のＳ−Ｎ曲線が配管情報データベース２３に格納されていない場合、配管強度推定部２２は、材料は同一であるが口径が異なる配管のＳ−Ｎ曲線から、対象とする配管のＳ−Ｎ曲線を算出する。また、対象とする配管の強度が測定されていない場合、配管強度推定部２２は、対象とする配管が敷設されてからの経過年数と、配管の平均寿命とから劣化度合いを推定し、推定した劣化度合とに基づいて、対象とする配管のＳ−Ｎ曲線を作成することもできる。
【００６１】
［装置動作］
次に、第２実施形態における配管診断装置２０の動作について図５のフローチャートを参照して説明する。なお、以下の説明においては、図４を適宜参照する。また、第２実施形態では、配管診断装置２０を動作させることによって、配管診断方法が実施される。よって、第２実施形態における配管診断方法の説明は、以下の配管診断装置２０の動作説明に代えるものとする。
【００６２】
図５に示すように、最初に、入力部１４は、配管情報データベース２３から配管情報を取得し、取得した配管情報をシミュレーション実行部１１に入力する（ステップＢ１）。
【００６３】
また、波形入力部１５は、センサなどから得られた計測波形を、疲労サイクル解析部１２および最適化部２１に入力する（ステップＢ２）。
【００６４】
次に、シミュレーション実行部１１は、ステップＢ１で入力部１４から入力された配管情報に基づいて、配管設備を構成する配管内での圧力振動のシミュレーションを実行する（ステップＢ３）。ステップＢ３は、図３に示したステップＡ３と同様のステップである。
【００６５】
次に、最適化部２１は、ステップＢ３のシミュレーションで得られた圧力振動の振幅と、ステップＢ２で入力を受け付けた計測波形の圧力振動の振幅の誤差を計算し、その誤差が目標値より小さいかを判定する（ステップＢ４）。最適化部２１は、もし目標値より誤差が大きい場合に、シミュレーションのパラメータを修正する（ステップＢ５）。そして、シミュレーション実行部１１は、再度、シミュレーションを実施する（ステップＢ３）。これらステップＢ３〜Ｂ５の繰り返しにより、目標値より誤差が小さくなれば次のステップＢ６に進む。
【００６６】
次に、疲労サイクル解析部１２は、ステップＢ３によるシミュレーションによって得られた圧力振動と、ステップ２で入力を受け付けた計測波形に基づいて、配管設備を構成する配管に生じる疲労サイクルを計算する（ステップＢ６）。次に、配管強度推定部２２は、配管設備を構成する配管の強度を推定する（ステップＢ７）。具体的には、配管強度推定部２２は、配管情報データベース２３に格納されている情報に基づいて、対象とする配管の強度を推定して、Ｓ−Ｎ曲線を出力する。
【００６７】
次に指標計算部１３は、ステップＢ３の解析結果と、ステップＢ７で推定した対象配管のＳ−Ｎ曲線とを用いて、故障リスクを示す指標を算出する（ステップＢ８）。また、ステップＢ８では、指標計算部１３は、配管の残寿命も算出する。次に、出力部１６が、指標計算部１３が算出した故障リスク及び残寿命を、解析結果として外部に出力する（ステップＢ９）。具体的には、出力部１６は、配管診断装置１０に接続された端末装置、又は配管診断装置１０に接続された表示装置に、故障リスク及び残寿命を出力する。
【００６８】
以上のような第２実施形態の配管診断装置２０によれば、配管の今後の劣化の進行度合いを求めて、配管が破裂してしまう可能性を推定でき、更には、配管の適切な交換時期、交換の順番を定めることもできる。そして、この結果、上記配管診断装置２０では、効率良く配管設備の故障の発生を抑制することができる。
【００６９】
［配管診断プログラム］
第２実施形態における配管診断プログラムは、コンピュータに、図５に示すステップＢ１〜Ｂ９を実行させる配管診断プログラムであれば良い。この配管診断プログラムはコンピュータにインストールし、実行することによって、第２実施形態における配管診断装置２０の動作と配管診断方法とを実現することができる。この場合、コンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）は、シミュレーション実行部１１、疲労サイクル解析部１２、指標計算部１３、入力部１４、波形入力部１５、及び出力部１６、最適化部２１、配管強度推定部２２を機能させ、各部にて処理を行なわせる。
【００７０】
また、第２実施形態における配管診断プログラムは、複数のコンピュータによって構築されたコンピュータシステムによって実行されても良い。この場合は、例えば、各コンピュータが、それぞれ、シミュレーション実行部１１、疲労サイクル解析部１２、指標計算部１３、入力部１４、波形入力部１５、及び出力部１６、最適化部２１、配管強度推定部２２のいずれかとして機能しても良い。
【００７１】
（具体例）
次に、図６〜図９を用いて、上述の第２実施形態における配管診断装置２０の動作とともに、配管方法の実施形態を具体的に説明する。まず、本具体例においては、配管情報データベース２３として、地理情報システム（ＧＩＳ：Geographic Information System）が提供するデータベースが用いられているとする。このデータベースには、水道管網の情報、具体的には、水道管網にある配管の長さ、材料、口径、距離、敷設された年代、場所などが格納されている。
【００７２】
また、同様に、データベースには、水源及びタンクの接続情報、圧力センサの設置位置も格納されている。図６は、地理情報システムのデータベースが格納している接続情報の一例を示す配管網である。また、データベースには、管の材料と口径と圧力振動の伝播速度との関係のデータ、強度データも格納され、更に、解析する周波数などの解析条件も格納されている。ユーザは、入力部１４を介して、地理情報システム上の水道網を選択し、配管診断装置２０に対して、解析を指示する。
【００７３】
また、波形入力部１５は、圧力センサであり、図６のセンサ位置に設置されている（図６に一例としてセンサ３０Ａ〜３０Ｃを示す）。これらセンサ３０Ａ〜３０Ｃは配管内の日々の圧力を計測しており、計測波形として記憶している。シミュレーション実行部１１は、配管情報に基づいて、水道管網を電気回路網に変換する。なお、図６において、符号３１は配管の上流にある水源を示し、符号３２は配管の途中に設けられたタンクを示している。
【００７４】
ここで、図７を参照して水道管網の電気回路網への変換について説明する。図７に示すように、電気回路網を用いて水道管網を表すことは、管３０１を流れる流体の圧力と流量との間の関係性を、電圧と電流との間の関係性と対比させることで可能である。例えば、管網を構成する１本の管３０１は、図７に示すように、コイル３１１とコンデンサ３１２と抵抗３１３とで構成される電気回路３０２に対応付けることが可能である。
【００７５】
すなわち、例えば、２点間をつなぐ管３０１は、電気回路３０２で表現することが可能である。このとき、電気回路３０２における、コイル３１１のインダクタンスＬ、コンデンサ３１２のキャパシタンスＣ、抵抗３１３の抵抗値Ｒは、それぞれ下記の数５によって求められる。
【数５】
2019172455.tif 000007
【００７６】
ａ：圧力振動の伝播速度
ｇ：重力加速度
Ａ：管断面積
l：管長
Ｖ：水の速流
Ｄｉ：管の直径
ｆ（Ｖ）：圧力損失
【００７７】
数５における圧力振動の伝播速度ａは、配管情報データベース２３から、管の材質、口径を取得し、取得した数値を用いることで算出可能である。シミュレーション実行部１１は、抵抗３１３の代わりに、抵抗３１３によって損失する圧力の大きさ（圧力損失）を表現する電気素子を用いることもできる。シミュレーション実行部１１では、圧力損失をＰとすると、Ｐは、たとえば、ヘーゼン・ウィリアムスの式に基づく下記の数６によって表現される。
【数６】
2019172455.tif 000008
【００７８】
Ｐ：圧力損失（損失水頭）
ＣＱ：流量（流速）係数
Ｄｉ：管の直径
ｌ：管長
Ｑ：流量（流速と管段目積の積から求まる）
【００７９】
上記数６において、流量係数とは、ヘーゼン・ウィリアムスの式において、管内の流体の流れやすさを表し、配管の材質及び経年変化の度合いに応じて定まる係数である。但し、上記数６は、管３０１を流れる流体が水である場合の例である。圧力損失を表現する式は、上記数６に限定されない。圧力損失を表現する式には、流体の種類や様々な条件に応じて、適切な式が用いられる。
【００８０】
また、シミュレーション実行部１１は、水圧変動を発生させる信号源として、需要家を設定する。この信号源の大きさは不確定の要素があるため、後の最適化でパラメータ調整する拡大係数を初期値1として各ノードに設定する。そして、シミュレーション実行部１１は、これらを用いて、各ノードの需要家数と拡大係数に比例した大きさ電流源を設定する。また、シミュレーション実行部１１は、作成した電気回路網に、シミュレートするためのデータを入力する。入力されるデータとしては、解析すべき周波数等が挙げられる。
【００８１】
シミュレーション実行部１１は、電気回路網を用いて、例えば、振幅の小さい入力信号を用いた解析（小信号解析法）を実行し、各周波数における伝播特性を解析する。ここで、小信号解析法は、入力信号の振幅が小さいと仮定することで、電気回路網中の非線形な素子を線形な素子とみなすことができる解析手法である。小信号解析法では、入力信号の振幅が小さいという仮定のもと、線型な素子で構成された小信号モデルが想定される。小信号解析法によれば、指定された周波数の電圧に対する出力を算出することができる。
【００８２】
次に、最適化部２１は、波形入力部１５から、各センサ３０Ａ〜３０Ｃのデータを取得する。そして、最適化部２１は、各センサ３０Ａ〜３０Ｃのデータである波形に対し、フーリエ変換を実行し、周波数特性に変換する。最適化部２１は、各センサ３０Ａ〜３０Ｃが設置された計測ノードの周波数特性と、シミュレーション結果のセンサ３０Ａ〜３０Ｃが接続されたノードの結果との平均２乗誤差平方根を求める。この誤差が目標値より、大きい場合、最適化部２１では、この誤差を基にして、最適化問題を解くシステム（たとえば、Ｒ言語のoptim関数（最適化関数）など）を用いて、シミュレーション実行部１１で設定した拡大係数を最適化させる。なお、前記目標値には、たとえば１ｍＨ２Ｏ（水柱メートル、すなわち、深さ１ｍの水により生じる圧力をいう）が設定される。最適化部２１は、この最適化によるパラメータ調整を繰り返す。すなわち、最適化部２１は、誤差が目標値以下となるか、予め設定された繰り返し上限に達するまで、最適化によるパラメータ調整を実行する。
【００８３】
次に、疲労サイクル解析部１２は、各点での疲労サイクルを計算するとともに、波形入力部１５より取得した各計測ノードの計測波形（図８の上段を参照）に対し、二乗平均平方根振幅を計算し、この二乗平均平方根振幅で計測波形を割り、正規化を行う（図８の中段を参照）。その後、指標計算部１３は、この正規化した波形を基にして、レインフロー法にて、各振幅の発生頻度を計算し（図８の下段を参照）、その結果を用いて、未計測部分の各ノードについての各振幅の発生頻度を計算する。
【００８４】
疲労サイクル解析部１２は、まず、各ノードについて、管をたどり管路長が近い計測ノードを複数見つける。そして、疲労サイクル解析部１２は、これらの近い計測ノードの各振幅の頻度を管路長の逆数に応じた重み（たとえば、管路長の逆数に比例した重み）をつけ、平均化する。これにより、疲労サイクル解析部１２は、各ノードの応力振幅の相対値（前述の通り、応力振幅の相対値とは、応力振幅を、圧力振動の振幅で割った値である。）ごとの繰り返し回数（正規化した疲労サイクル）を求める。更に、疲労サイクル解析部１２は、各ノードの応力振幅の相対値ごとの繰り返し回数（正規化した疲労サイクル）に、シミュレーション部１１と最適化部２１のシミュレーションで求めた各ノードの水圧変動による振幅を掛け合わせて、掛け合わせた後の応力振幅の大きさごとにその地点の疲労サイクルを求める。具体的には、疲労サイクル（繰り返し回数）に対応する応力振幅の相対値を平均化した値に、シミュレーションで求めた振幅を掛け合わせ、掛け合わせた後の応力振幅の大きさごとに各地点の疲労サイクルを計算する。たとえば、応力振幅の相対値１に対応する疲労サイクルが１０回、応力振幅の相対値２に対応する疲労サイクルが５回の場合を考える。このとき、シミュレーションによって得られた圧力変動の振幅が２であった場合、疲労サイクル解析部１２では、正規化した疲労サイクルに対応する応力振幅の相対値に、シミュレーションによって得られた圧力変動の振幅２を掛け合わせる。この結果、疲労サイクル解析部１２は、応力振幅ごとに、応力振幅２が１０回、応力振幅４が５回となるように、疲労サイクルを算出する。
【００８５】
次に、配管強度推定部２２は、配管情報データベース２３から、配管の強度データ４０として、たとえば図９に示すＳ−Ｎ曲線を取得する。図９に示すＳ−Ｎ曲線は、応力振幅と繰り返し数との関係を示している。すなわち、図９において、縦軸には応力振幅が設定され、横軸には繰り返し数が設定されている。Ｓ−Ｎ曲線で、負荷となる応力振幅を下げていくと一定の応力振幅（たとえば、１０６回 〜１０７回辺り）で曲線が折れ曲がって水平となり、無限回繰り返しても破壊に至らなくなるとされる繰返し応力の下限値が存在する場合がある。この時の応力は疲労限界、疲労限度または耐久限度と呼ばれる。なお、疲労限界とは、固体材料に繰り返し応力を加えても、疲労による破壊にいたることのない応力の最大値をいう。図９において、繰り返し数が大きくなる強度データ４０の領域４０Ａでは、配管に疲労限界が存在することが示されている。
【００８６】
指標計算部１３は、疲労サイクル解析部１２で計算された疲労サイクルより、疲労の指標を算出する。前述の通り、疲労サイクルの応力振幅は、圧力振動の振幅である。前述の通り、圧力振動の振幅を圧力Ｐとして、配管設備を構成する配管に生じる応力を、数１を用いて計算する。具体的には、各管の直径Ｄｉと、厚みＴｈと、求めた水圧による圧力Ｐを代入し、配管設備を構成する配管に生じる応力σを求める。また、疲労サイクル解析部１２は、用いた計測データの時間と管の設置年から、同じ応力が掛かり続けたと仮定して、これまでに掛かった応力の回数を計算する。応力振幅と、配管強度取得部２２で取得したＳ−Ｎ曲線とを照合することで、耐えられる繰り返し回数の値を取得する。その後、指標計算部１３は、この繰り返し回数と、計算した繰り返し回数とを基にして、数式２を用いて指標Ｄを計算する。出力部１６は、例えば、故障リスクの大きい配管（たとえば、残りの耐えられる繰り返し回数が閾値以下の配管）をリストとして出力することにより、故障リスクをユーザに提示する。
【００８７】
（物理構成）
ここで、第１及び第２実施形態における配管診断プログラムを実行することによって、配管診断装置を実現するコンピュータについて、図１０を用いて説明する。図１０は、本発明の第１及び第２実施形態における配管診断装置を実現するコンピュータの一例を示すブロック図である。また、本実施形態では、図１０に示すコンピュータによって、資産管理装置５０を実現することもできる。
【００８８】
図１０に示すように、資産管理装置５０のコンピュータ１１０は、ＣＰＵ１１１と、メインメモリ１１２と、記憶装置１１３と、入力インターフェイス１１４と、表示コントローラ１１５と、データリーダ／ライタ１１６と、通信インターフェイス１１７とを備える。これらの各部は、バス１２１を介して、互いにデータ通信可能に接続される。
【００８９】
ＣＰＵ１１１は、記憶装置１１３に格納された配管診断プログラム（コード）をメインメモリ１１２に展開し、これらを所定順序で実行することにより、各種の演算を実施する。メインメモリ１１２は、典型的には、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の揮発性の記憶装置である。また、本実施形態における配管診断プログラムは、たとえば、コンピュータ読み取り可能な記録媒体１２０に格納された状態で提供される。なお、本実施形態における配管診断プログラムは、通信インターフェイス１１７を介して接続されたインターネット上で流通するものであっても良い。
【００９０】
また、記憶装置１１３の具体例としては、ハードディスクドライブの他、フラッシュメモリ等の半導体記憶装置が挙げられる。入力インターフェイス１１４は、ＣＰＵ１１１と、キーボード及びマウスといった入力機器１１８との間のデータ伝送を仲介する。表示コントローラ１１５は、ディスプレイ装置１１９と接続され、ディスプレイ装置１１９の表示を制御する。
【００９１】
データリーダ／ライタ１１６は、ＣＰＵ１１１と記録媒体１２０との間のデータ伝送を仲介する。データリーダ／ライタ１１６は、記録媒体１２０から配管診断プログラムを読み出し、及びコンピュータ１１０における処理結果を記録媒体１２０へ書き込む。通信インターフェイス１１７は、ＣＰＵ１１１と、他のコンピュータ１３０との間のデータ伝送を仲介する。
【００９２】
また、記録媒体１２０の具体例としては、ＣＦ（Compact Flash（登録商標））及びＳＤ（Secure Digital）等の汎用的な半導体記憶デバイス、フレキシブルディスク（Flexible Disk）等の磁気記録媒体、もしくはＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）などの光学記録媒体が挙げられる。
【００９３】
なお、本実施形態における配管診断装置１０は、配管診断プログラムがインストールされたコンピュータではなく、各部に対応したハードウェアを用いることによっても実現可能である。更に、配管診断装置１０は、一部が配管診断プログラムで実現され、残りの部分がハードウェアで実現されていても良い。
【００９４】
以上、実施形態（及び実施例）を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態（及び実施例）に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【００９５】
この出願は、２０１８年３月９日に出願された日本出願特願２０１８−０４３２２１を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明では、配管設備において将来の配管の劣化の進行を推定することができる。更に、本発明は、流体を配管網で分配するシステム、たとえば浄水場から浄水を配水する配管網システムや、石油・ガスを送るパイプライン、といった用途に有用である。
【符号の説明】
【００９７】
１０  配管診断装置
１１  シミュレーション実行部
１２  疲労サイクル解析部
１３  指標計算部
１４  入力部
１５  波形入力部
１６  出力部
２０  配管診断装置
２１  最適化部
２２  配管強度推定部
２３  配管情報データベース
３０Ａ  圧力センサ
３０Ｂ  圧力センサ
３０Ｃ  圧力センサ
３１  水源
３２  タンク
４０  強度データ
５０  資産管理装置
１００  配管診断装置
１１０  コンピュータ
１１１  ＣＰＵ
１１２  メインメモリ
１１３  記憶装置
１１４  入力インターフェイス
１１５  表示コントローラ
１１６  データリーダ／ライタ
１１７  通信インターフェイス
１１８  入力機器
１１９  ディスプレイ装置
１２０  記録媒体
１２１  バス
１３０  他のコンピュータ
３０１  管
３０２  配管の等価回路モデル
３１１  コイル
３１２  コンデンサ
３１３  可変抵抗
【図１】
2019172455.tif 000009
【図２】
2019172455.tif 000010
【図３】
2019172455.tif 000011
【図４】
2019172455.tif 000012
【図５】
2019172455.tif 000013
【図６】
2019172455.tif 000014
【図７】
2019172455.tif 000015
【図８】
2019172455.tif 000016
【図９】
2019172455.tif 000017
【図１０】
2019172455.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】令和2年6月17日(2020.6.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
診断対象となる配管設備の構成を特定する配管情報に基づき、前記配管設備の配管内での圧力振動のシミュレーションを実行するシミュレーション実行手段と、
前記圧力振動のシミュレーション結果と圧力の計測データとから配管の疲労サイクルを計算する疲労サイクル解析手段と、
前記疲労サイクル解析手段で解析した疲労サイクルから配管の故障リスクを示す指標を算出する指標計算手段と、を備えることを特徴とする配管診断装置。
【請求項２】
前記疲労サイクル解析手段は、管網に掛かる圧力の測定結果と水道管網のシミュレーションを入力とすることを特徴とする請求項１に記載の配管診断装置。
【請求項３】
前記疲労サイクル解析手段は、前記シミュレーションにより求めた振幅と、近くの測定点の疲労のサイクル数カウント結果を組み合わせて、前記測定点以外の配管の振幅と応力変動の繰り返し回数を計算することを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の配管診断装置。
【請求項４】
前記シミュレーション実行手段は、前記配管情報を用いて、前記配管設備と等価の電気回路を構築し、前記電気回路における電圧を前記配管内での圧力とみなして、前記シミュレーションを実行することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の配管診断装置。
【請求項５】
前記配管設備が、水道管網であり、前記配管情報が、地理情報システムに保持されている水道管網情報であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の配管診断装置。
【請求項６】
前記シミュレーション実行手段にて、圧力の測定結果の振幅とシミュレーションの振幅とが一致するように最適化を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の配管診断装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の配管診断装置により、配管設備を含む資産を管理することを特徴とする資産管理装置。
【請求項８】
診断対象となる配管設備の構成を特定する配管情報に基づいて、前記配管設備を構成する配管内での圧力振動のシミュレーションを実行し、
前記シミュレーションによって得られた圧力振動と圧力の計測による計測波形に基づいて、前記配管設備を構成する配管に生じる応力と応力変動の繰り返し回数を計算し、
前記配管に生じる応力と応力変動の繰り返し回数から、前記配管の故障リスクを示す指標を計算することを特徴とする配管診断方法。
【請求項９】
コンピュータが、
診断対象となる配管設備の構成を特定する配管情報に基づいて、前記配管設備を構成する配管内での圧力振動のシミュレーションを実行し、
前記シミュレーションによって得られた圧力振動と圧力の計測による計測波形に基づいて、前記配管設備を構成する配管に生じる応力と応力変動の繰り返し回数とを計算し、
前記配管に生じる応力と応力変動の繰り返し回数とから配管の故障リスクを示す指標を計算することを特徴とする配管診断プログラム。
【国際調査報告】
2019172455.tif 000019
2019172455.tif 000020
2019172455.tif 000021