JPH02103602A

JPH02103602A - 診断支援装置

Info

Publication number: JPH02103602A
Application number: JP1145163A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Nishino; 西野　精一; Koji Tamura; 広治田村; Teruo Koyama; 小山　輝夫
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1988-06-10
Filing date: 1989-06-09
Publication date: 1990-04-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、ボイラ等のプラントあるいは建築物や機械製
品等の定期検査や余寿命診断において、他プラント等の
事故例を反映させた適切な点検用カルテを作成する診断
支援装置に関する。

〔従来の技術Ｉ〕

従来、ボイラ等のプラントの定期検査や余寿命診断を行
う場合、点検や診断に関する専門家が、プラントの検査
方法やその周期が示されている標準点検容頭書を基に対
象プラントの点検、診断の必要箇所を判断して、点検カ
ルテを作成していた。

一般にボイラ等のプラントは、その使用に合わせて各プ
ラント毎に設計して建設されている。例えばボイラの場
合、その出力や燃料、運用条件等によって構造が少しず
つ異なる。しかるに標準点検要領書の内容は、特定の型
式のプラントに対するものもあるが、大部分は全種類の
プラントにわたった一般的な内容となっている。

したがって、診断対象のプラントに特有の事故や損傷を
考慮した点検を行うには、プラントの構造や点検方法に
詳しい人が、過去の事故記録等を調査した上で、点検用
のカルテを作成する必要があった。

しかし、その作業は多くのプラントの事故記録から、診
断対象プラントと類似構造のプラントの記録を選び出し
、個々の部位に対する検討を加えるといった、大変煩雑
なものでありかつ見落としを無くすことは困難であった
。

〔発明が解決しようとする課題■〕

従来は上述したように、専門家の判断に頼って点検用カ
ルテを作成するというものであり、過去の事故記録の合
理的な利用についての配慮がされておらず、作業が煩雑
であったり、点検の必要な箇所の見落としや無駄な点検
があるといった問題があった。

〔従来の技術■〕

発電プラント用ボイラ等の高温高圧機器に用いられる構
造用金属材料は、長時間高温・高応力下にさらされるた
め、運転期間中にクリープ損傷や腐食摩耗損傷を受け、
さらに起動・停止時には熱応力による低サイクル疲労損
傷を受ける。このような環境下にさらされる金属材料の
設計は、通常１０万時間のクリープ破断強度を基に行わ
れている。しかしながら、現在使用されているボイラの
約半数は既に１０万時間以上使用されており、さらに今
後の使用も予定されている。それに加えて最近の原子力
発電プラントのベースロード運用により、火力発電プラ
ントは毎日起動・停止を繰り返すという苛酷な運転条件
にさらされている。

このような状況下では、高温高圧機器の余寿命を適切に
診断することが安全性と経済性の面から重要とされ、高
精度の余寿命診断技術が各方面で検討されている。

これまでの金属材料の余寿命診断に間する方法は、数値
計算による解析的手法と破壊的手法および非破壊的手法
とに大別される。解析的手法はＦＥＭ等で求めた部材の
応力やひずみと運転時間からクリープ破断寿命線図を基
に損傷率を求めるものである。破壊的手法とは、実機部
材から試験片を切り出し、引張、クリープ破断および疲
労試験等を行って損傷率を求める方法である。

非破壊的手法には、レプリカにより金属組織を写しとり
、そのミクロ金属組織の状態から損傷率を推定する方法
と、加熱、クリープおよび疲労等に起因する物理量の変
化から損傷率を推定する方法とがある。レプリカによる
方法では、金属組織の結晶粒の変形量を測定する方法（
特開昭６２−２５８０８７号公報）や、キャビティ　（
クリープ損傷）や、微小亀裂を測定する方法、Ｃｒ−Ｍ
Ｏ鋼のパーライトの分解程度によって推定する方法。

ステンレス鋼のシグマ相の析出状況を定性的に評価する
方法等がある。

物理量を推定する方法では、硬さ（特開昭５７−１０４
８３７号公報、特開昭５８−９２９５２号公報）、電気
抵抗（特開昭５８−６０２４８号公報）、超音波音速（
特開昭５３−１２０５８５号公報）、Ｘ線によるミスオ
リエンテーションおよび渦電流によるコイルインピーダ
ンス（特開昭５３−８８７８１号公報）等が提案されて
いる。

しかしながら、従来技術は次のような問題点がある。解
析的手法は、診断部の材料、形状、温度と運転履歴さえ
既知であればどのような部材にも適用でき簡便である。

ところが、材料自身の持つ寿命のバラツキや応力分布、
温度分布、さらに減肉速度等を正確に取り込むことは現
実的には困難であり、外挿値や推定値が入力データとな
る場合が多く精度的に問題がある。

破壊的手法は、比較的精度よく損傷率を推定できる反面
、サンプルの採取、その補修および評価試験に多大な費
用と時間を要すため、定期的な余寿命診断には適さない
。

非破壊的手法は、比較的短時間に部材を損なうことなく
診断が可能である。しかし、部材の材質。

熱処理条件等の製造履歴ならびにその部材の受けた損傷
がクリープであるのか疲労であるのかという損傷の種類
により精度が低下したり、評価が不可能になるなど、適
用条件が限定されている点に問題がある。

したがって、前記診断技術で同一個所を診断した場合、
結果が一致することはまれであり、これらの結果を診断
の専門家が総合的に判断する必要があった。

〔発明が解決しようとする課題■〕

上述のように、従来の金属材料の余寿命診断システムに
あっては、解析的手法では、診断材料自身の固有の寿命
や局部的な応力分布を取り込むことは困難なため、推定
値が入力データになる場合が多く精度的に問題がある。

破壊的手法は、診断材料からサンプルを採取するため、
その補修や評価試験に時間を要し、かつ定期的な余寿命
診断には適さない。

そして非破壊的手法は、診断部材の材質や損傷の種類に
より、適用条件が限定される点に問題がある。

本発明の第１の目的は、過去の事故例を反映させた、適
切な点検用カルテを作成することにある。

本発明の第２の目的は、診断結果を総合的かつ合理的に
判断推論して、余寿命評価値とその信顛度を求めること
と、不正確な診断結果を指摘することができる金属材料
の診断支援装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段Ｉ〕

上記第１の目的は、プラントの事故記録や設計条件、運
転履歴等のデータを格納するデータベース部と、入力情
報を基にデータベースを検索し統計計算や点検カルテ作
成を行う推論・演算部とからなる処理装置を設けること
を特徴とするものである（第１の発明）。

〔課題を解決するための手段■〕

上記第２の目的を達成するため、実機部材の損傷率を解
析的、破壊的および非破壊的な診断手段により評価し余
寿命を診断する金属材料の診断支援装置において、複数
の前記診断手段により実機部材の損傷率を算定する算定
部と、それぞれの損傷率を総合判断するファジィ推論を
設けた判断部とを有し、このファジィ推論を通して余寿
命を診断するように構成されていることを特徴とするも
のである（第２の発明）。

〔作用Ｉ〕

上記推論・演算部はデータベースに納められたプラント
の事故例から、診断対象と類似構造あるいは類似運転条
件のプラントで発生した事故を選び出し、運転時間や起
動停止回数と事故発生確立との関係を統計的に求め、対
象プラントの事故発生確立の高い部位を探し出し、その
結果を基に点検用カルテを作成する。

これによって、事故発生の可能性が高い部位を見落とさ
ず、かつ無駄な点検が少ない点検用カルテの作成ができ
、過去に発生した事故と類似の事故を未然に防ぐことが
可能となる。

〔作用■〕

本発明によれば、金属材料の余寿命診断システムにファ
ジィ推論を設けることによって、複数の診断法で推定し
た損傷率を総合的に評価し、損傷率、余寿命およびその
信顧性が定量的に算出される。

［発明の実施例〕（実施例Ｉ）以下、第１の発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明によるプラント診断支援装置の一実施
例の構成図である。

本装置は処理装置１、表示装置２、入力装置３及び出力
装置４からなる。処理装置１内にはデータベース部５と
推論・演算部６があり、データベース部５はホストコン
ピュータ内のデータベース７やプラントに設置された運
転記録装置８から必要なデータが入力されている。推論
・演算部６は、表示装置２に出力された対話画面に従っ
て入力装置３から入力された情報に基づいてデータベー
タ７の検索や点検用カルテの作成をして、出力装置４及
び表示装置２に出力する。

第２図に本装置の詳細な構成を示す。データベース部５
には、設計・構造データ５１、補修・改造データ５２、
運転履歴データ５３、点検履歴データ５４、プラント事
故・損傷データ５５、標準点検基準データ５６、標準点
検方法データ５７等のデータが格納されている。一方、
推論・演算部６は診断情報人力６１、対象プラント情報
検索６２、類似プラント事故データ検索６３、統計処理
６４、事故確立計算６５、点検個所決定６６、点検用カ
ルテ作成６７、点検カルテ出力６８等のルーチンからな
る。

本装置は、まず表示装置２に出力された対話画面に従っ
て、診断対象のプラント名や点検時期等の情報を入力し
、対象プラントの構造、補修・改造履歴、運転履歴、点
検脂層等のデータをデータベース７から検索する。そし
て、対象プラントと類似構造または類似運転履歴のプラ
ント事故データをヰ★索し、後述する第３図に示すよう
な部位、原因別の事故確立と運転時間または起動停止回
数との関係をワイブル分布等の統計的整理をし、対象プ
ラントの各部位での事故確立を求め、基準値よりも事故
確立の高い部位を探し出す。この結果を基に標準点検基
準データ５６と合わせて点検箇所を決定し、標準点検方
法データ５７を参照して点検用カルテを作成して、・表
示装置２とプリンタ等の出力装置４に点検用カルテを出
力する（第４図〜第８図）。なお、第４図〜第８図につ
いては後述する。

プラント事故データの整理例として、第３図にプラント
の部位Ａにおける運転時間に対する事故確立の関係を示
す。プラントで発生する事故は、部位や原因の種類のよ
って、発生時間や確立分布に違いがある。例えば、プラ
ント作成時の欠陥等によって運転の初期に集中的に発生
する原因ｌの様な分布を示す事故や、発生確立は低いが
運転期間に定期的に発生する原因２の様な事故や、部材
の経年劣化によりある時期を経過して急に発生確立の高
くなる原因３のような事故がある。

診断対象と類似構造や類似運転履歴のプラントで発生し
た事故を上記のように整理をすることにより、対象プラ
ントの各部位での事故発生確立から、点検箇所やその方
法が決定できる。

第４図と第５図に表示装置２への出力例を示す。

対話画面２ａには点検の必要な箇所やその方法を文書で
表示し、診断箇所表示画面２ｂには診断箇所の概略図（
第４図）や詳細図（第５図）を示す。

また、命令画面２Ｃに表示された命令をＸ、　Ｙ方向入
力装置（例えばマウス）やキーボード等の入力装置を用
いて選択することにより、第６図〜第８図に示す点検用
カルテを出力装置４から出力できる。

第６図〜第８図は、点検用カルテの例である。

第６図は、対象プラントの点検項目をまとめた図表であ
り、第７図は点検箇所や点検方法を詳細に説明した出力
の内容を示す図である。第８図は、点検作業時に結果を
記録するための記録図表であり、同時に点検できる項目
をまとめて、記録を容易にしたものである。

以上述べた本発明の実施例では、プラントの点検を掲げ
ているが、必ずしもプラントに限る必要はな（、データ
ベースの内容を入れ換えれば、建築物や機械製品等の点
検にも本発明の基本原理を変えることな〈実施できるこ
とは明らかである。

（実施例２）次に第２の発明の実施例を第９図〜第１７図を参照しな
がら説明する。

第９図は火力発電用ボイラの余寿命診断エキスパートシ
ステム１０００の全体構成が示される。

本システム１０００は余寿命診断のためのデータからな
るデータベース２０００と、診断方法等の知識からなる
知識ベース３０００と、複数の診断結果を総合的に判断
して損傷率とその信顛度を算出するファジィ推論４００
０と、その結果を基に余寿命を計算する余寿命計算５０
００ならびに検査員５ｏｏｏが測定データを入力したり
余寿命に関して必要な情報を表示する表示装置７０００
と、余寿命診断システムの情報と測定された情報とを書
き換え相互の入出力を行うユーザインタフェイス６００
０とからなる。

データベース２０００は構造データベース１００と、材
料データベース２００と、運転履歴データベース３００
とからなる。知識ベース３０００は解析法ルールベース
４００と、結晶粒変形法ルールベース５００と、キャビ
ティ法ルールペース６００と、炭化物法ルールベース７
００とからなる。

なお、ファジィ（ＦＵＺＺＹ）推論とは、人間の判断等
のあいまいな情報から定量的な結果を推定する方法であ
る。

次に、それぞれの構成部分の機能を説明する。

データベース２０００内の構造データベース１００は、
対象となるボイラの構造を記憶するためのものであり、
材料データベース２００は、同ボイラで使用されている
材料のクリープ破断データ、疲労寿命データ等（第１０
図のクリープ破断曲線および第１１図の応力緩和曲線参
照）を記憶するためのものである。運転履歴データベー
ス３００は、運転時間、起動・停止回数、および出力条
件等（第１２図参照）を記憶するためのものである。

知識ベース３０００内の解析法ルールベース４００は、
構造データベース１００から診断部材の形状、材質等の
データ２０と、材料データベース２００からクリープ破
断寿命線図および減肉速度等のデータ３０と、運転履歴
データベース３００から運転時間等のデータ４０を受は
取り、第１３図に示される方法で損傷率５０を求める。

結晶粒変形法ルールベース５００は、診断部材の材質に
対するマスターカーブ３１と測定された変形係数１３か
ら第１１図に示される破線矢印にしたがって損傷率６０
を求める。

キャビティ法ルールベース６００は、結晶粒変形法ルー
ルベース５００と同様に、材料データベース２００から
の診断部材のマスターカーブ３２とキャビテイ面積率１
４の測定値から第１５図に示される破線矢印にしたがっ
て損傷率７０を求める。

炭化物法ルールベース７００もマスターデータ３３と測
定した炭化物間距離とから同様にして損傷率８０を求め
る。ここで、結晶粒変形法ルールベース５００は診断部
材がＣｒ−Ｍｏ鋼母材の場合にのみ機能し、キャビティ
法ルールベース６００はステンレス鋼あるいは溶接部の
場合にのみ機能する。

ファジィ推論４０００は知識ベース３０００で求められ
た損傷率５０，６０，７０．８０を第１６図に示される
方法で総合的な損傷率（横軸にばらつきＥを示す）とそ
の信頼度９０を求め、不正確なデータが存在する場合に
は出力１６で検査員に再測定等の指示を促す。この際、
前記のようにＣｒ−Ｍｏ鋼母材の場合には損傷率５０．
６０゜８０を用い、ステンレス鋼や溶接部の場合には損
傷率５０．７０．８０を使用して総合評価を行う。

余寿命計算５０００は、ファジィ推論４０００で求めた
損傷率９０を基に解析法ルールベース４００を利用して
余寿命を計算（結果を出力）する。

次に、ファジィ推論の方法を説明する。

ファジィ推論４０００は、複数の診断方法で求めた損傷
率を総合的に判断して、より信顛性の高い損傷率を算出
する機能を持つ。以下、その推論方法を第１６図を参照
しながら説明する。

まず、Ｃｒ　−Ｍ　ｏ　＠母材の場合、解析法、結晶粒
変形法（ステンレス鋼、溶接部の場合、キャビティ法）
及び炭化物法で得られた損傷率をそれぞれの方法の推定
精度等を考慮に入れたメンバシップ関数（μ４〜μＣ）
に置き換える。得られたメンバシップ関数（μ、〜μ、
）を重ね合わせることによりその共通集合を次式により
求める。

、ｃｒ＝ｍｉｎ（μ４．　　μ、ｌ　μＣ）　　−・（
１）これは、各損傷に対する３つのメンバシップ関数の
最小値を総合判断結果のメンバシップ関数とするもので
ある。得られたメンバシップ関数μの重心位置が総合的
損傷率でありメンバシップ関数の高さがその結果の信頼
度である。この評価方法により、それぞれの診断結果の
差が大きな場合には信頼度が減少し差が小さな場合には
信頼度が増加する。

また、測定ミス等により損傷率の推定値に差が生じ、第
１７図に示されるように３つのメンバシップ関数の共通
集合が存在しない場合（μ＝０）には、２つのメンバシ
ップ関数の共通集合の信頼度の高さから不正確な推定損
傷率を指摘し、解析法の場合には減肉速度等の不正確な
入力データの見直しを指示したり、結晶粒変形方法等の
非破壊的手段の場合には再測定を促す。さらに、再測定
が困難な場合は有効なメンバシップ関数のみで損傷率を
求める。

前記ファジィ推論により、それぞれの損傷率推定結果の
信頼性を考慮に入れた総合的損傷率を求めることができ
、かつ不正確な損傷率の推定値を専門家に代わって指摘
し、再測定等によってより精度の高い余寿命を求めるこ
とができる。

本発明の他の実施例として、前記の実施例では、余寿命
診断の方法として解析法２結晶粒変形法。

キャビティ法及び炭化物法を掲げているが、必ずしもこ
れらに限定する必要はなく、破壊的手法。

硬さ、超音波を利用した方法、Ｘ線や渦電流を利用した
方法、亀裂長さ測定等損傷率推定に関する方法であれば
、どのような方法でも本発明の基本原理を変えることな
〈実施できることは明らかである。

また、本発明の実施例では、３種類の診断方法に対して
ファジィ推論を適用しているが、必ずしも３種類に限定
する必要はなく、少なくとも２種類以上ならば何種類で
も本発明の基本原理を変えることな〈実施できることは
明らかである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、第１の発明によれば、事故発生の
可能性が高い部位を見落とさず、かつ無駄な点検の少な
い点検用カルテを作成でき、過去に発生した事故と類似
の事故を未然に防ぐことができる。

また、第２の発明によれば、金属材料の余寿命診断シス
テムとして、余寿命評価にファジィ推論を設けることに
より、複数の診断方法で総合判断をすることができるよ
うになる。そして、その際には個々の診断方法の信頼性
を考慮することができ、かつ不正確な測定結果の再検討
を指示することができる精度の高い余寿命診断結果を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の一実施例によるプラント診断支援
装置の全体構成図、第２図はその詳細構成図、第３図は
プラント事故データの統計整理例を示す説明図、第４図
は診断箇所の概略図を含んだ表示画面の説明図、第５図
は診断箇所の詳細図を含んだ表示画面の説明図、第６図
は出力装置に出力される点検項目−覧表を示す図、第７
図は点検方法の詳細説明図、第８図は点検結果の記録表
を示す図、第９図は第２の発明の一実施例を示すフロー
チャート、第１０図、第１１図、第１２図はデータベー
スに記憶されるデータの一例を示す特性図、第１３図は
第９図の解析法による損傷率推定方法を示すフローチャ
ート、第１４図は第９図の結晶粒変形法による損傷率推
定方法を示す特性図、第１５図は第９図のキャビティ法
による損傷率推定方法を示す特性図、第１６図は第９図
のファジィ推論による損傷率の総合判断方法を示す図、
第１７図は不正確な損傷率判断を説明する特性図である
。１・・・処理装置、５・・・データベース部、６・・・
推論・演算部、１０００・・・余寿命診断エキスパート
システム、２０００・・・データベース、３０００・・
・知識ベース、４０００・・・ファジィ推論、５０００
・・・余寿命計算、７０００・・・表示装置。第図第図覆Ｅ　牢ム　Ｅｌｆ　　Ｉ”、’ｌ（ｈ）弔図第図第図第１２図第１３図第１４図」傷千６０第１５図２１　　／Ｉ島　キ７゜

Claims

【特許請求の範囲】

（１）プラント等の点検用カルテを作成する診断支援装
置において、プラント等の事故・損傷に関するデータや
プラント等の構造に関するデータ等からなるデータベー
ス部と、それを検索し、統計的処理を行い、その結果を
反映させた点検用カルテを作成する推論・演算部とから
なる処理装置を設けたことを特徴とする診断支援装置。
（２）請求項（１）記載において、類似プラントの事故
データをワイブル分布等で統計整理し、運転時間あるい
は起動停止回数と事故発生確立との関係を求め、診断対
象プラント内で事故発生確立が基準値以上の部位を探し
出して前記点検用カルテを作成するよう構成されている
ことを特徴とする診断支援装置。
（３）請求項（１）記載において、構造、運転履歴、補
修・改造履歴等が類似しているプラントの事故データを
データベース部から検索して、前記点検用カルテを作成
することを特徴とする診断支援装置。
（４）実機部材の損傷率を解析的、破壊的および非破壊
的な診断手段により評価し余寿命を診断する金属材料の
診断支援装置において、複数の前記診断手段により前記
実機部材の損傷率を算定する算定部と、それぞれの損傷
率を総合判断するファジィ推論を設けた判断部とを有し
、該ファジィ推論を通して余寿命を診断することを特徴
とする診断支援装置。