2016/11/11 平成 28 年度建設技術フォーラム Contents ICT を活用した鉄道メンテナンスの革新 ~ スマートメンテナンスの実現に向けて ~ 2016 年 11 月 11 日 JR 東日本研究開発センターテクニカルセンター上席研究員杉浦芳光 1.JR 東日本の概要とテクニカルセン

(1)

Technical Center

ICTを活用した鉄道メンテナンスの革新

～スマートメンテナンスの実現に向けて～

2016年11月11日

JR東日本研究開発センター

テクニカルセンター

上席研究員杉浦芳光

平成28年度建設技術フォーラム

１．JR東日本の概要と

テクニカルセンターの概要

２．JR東日本のメンテナンスの現状

３．ＩＣＴを活用した鉄道設備メンテナンスの革新

～スマートメンテナンスの実現に向けて～

Technical Center 3

■営業線区 69線区

延べ7,457km

■駅数 1,665駅

■列車本数 12,416人

■社員数 57,580人

（2016年4月1日現在）

関東、甲信越から東北までの

広範な範囲を事業エリアとする

JR東日本の事業エリア

ＪＲ東日本

研究開発センター

総務課

安全研究所

防災研究所

環境技術研究所

テクニカルセンター

ＪＲ東日本研究開発センター

【JR東日本研究開発センター全景】住所：埼玉県さいたま市北区日進町最寄駅：川越線日進駅

フロンティアサービス研究所

先端鉄道システム開発センター

JR東日本の研究開発体制

Technical Center

【テクニカルセンター発足からこれまで】

1987年 4月東日本旅客鉄道（株）発足

1991年 4月テクニカルセンター設立

東京・大井工場（現東京総合車両センター）

2001年 12月 JR東日本研究開発センター設立

大井工場からさいたま市日進へ移転

2016年 4月テクニカルセンター発足25周年

発足時のテクニカルセンター（大井工場内）現在のテクニカルセンター（研究開発センター内）

テクニカルセンターの役割、歴史

モニタリング、アセットマネジメントなどＩＣＴを活用したスマートメンテナンスの実現の

ほか、メンテナンス業務革新のための研究開発およびグループ会社も含めたメンテ

ナンス業務における現場支援を進める。

【テクニカルセンターの役割】

5

_{当社のメンテナンス対象設備}

車両

機械設備

建築物

電車線路設備

転てつ装置

信号

変電設備

線路設備

土構造物

トンネル

他にも多種多様な設備がある

これらの設備が機能することで、

安全・安定な鉄道輸送サービスが成り立っている

(2)

Technical Center

_{当社のメンテナンス対象設備}

車両

在来線約11,800両新幹線 1,335両

電力

在来線直流約2,700km 交流約1,700km 新幹線交流約1,140km 給配用 18箇所運転用 337箇所電車線路変電所

設備機械

自動改札機約4,300台券売機約4,800台

信号

信号機約13,500基転てつ機約10,500台在来線新幹線信号機転てつ機自動改札機券売機消雪装置

_{当社のメンテナンス対象設備}

トンネル

約1,300箇所

踏切

約7,200箇所

軌道在来線約9,500ｋｍ新幹線約2,100ｋｍ橋りょう

約15,000箇所

土工設備

約5,600ｋｍ

線路

土木構造物

分岐器在来線約12,000台新幹線約1,000台

Technical Center 10

膨大かつ多様な設備が

健全に機能するよう

メンテナンスを行う

～設備・車両のドクターとして～

常日頃の

検診（検査）・診察（分析）

処方（計画）・治療（施工）

安全･安定輸送の確保

快適な設備の提供

最大のサービス

故障の未然防止

～故障のない設備

メンテナンス部門の役割

検査の法体系

法律

省令

鉄道営業法

鉄道に関する

技術上の基準を

定める省令

国で制定

実施基準

【鉄道に関する技術上の基準を定める省令】第三条鉄道事業者（新幹線にあっては、営業主体及び建設主体のそれぞれ。以下この条において同じ。）は、この省令の実施に関する基準（以下「実施基準」という。）を定め、これを遵守しなければならない。

告示

・・・

JR東日本で制定

国へ届出

土木施設実施基準

新幹線

土木施設実施基準

軌道施設実施基準

新幹線

軌道施設実施基準

運転取扱実施基準

実施細目

（規程）

実施細目

11

Technical Center

■ 定期的な検査の一例（線路巡視）

線路等級

軌道延長

(2014年3月）

標準的な線路構造

巡視周期（本線）

１ 1,858km

・60kgレール

_{・PCマクラギ44本/25m}

1回／5日

２ 2,372km

・60kgレール

_{・PCマクラギ39本/25m}

1回／1週

３ 2,392km

・50Nレール

_{・PCまたは木マクラギ39本/25m}

1回／2週

４ 2,815km

・50Nレール

_{・PCまたは木マクラギ37本/25m}

1回／3週

在来線・新幹線別のグレードを定め、重要度に応じた軌道構造、検査周期等を設定

検査の法体系

12

軌間

水準

高低

通り

平面性

新幹線 1435mm

在来線 1067mm

弦

水準変位＋Xmm 水準変位－Ymm

平面性変位

＝X－（－Y）

在来線 5m

新幹線 2.5m

■ 検査項目の一例（線路のゆがみ（軌道変位））

メンテナンスの基本（線路）

13

(3)

Technical Center

1級線

2級線

3級線

4級線

劣化

時間

路線の輸送量と重要度に応じて線路等級を決定

メンテナンスの基本（線路）

14

線路等級は路線の区間ごとに異なっている（下記はイメージ）

整備基準値（一般区間）

120km/h 以上の線区 95km/hを 超える線区 85km/hを 超える線区 45km/hを 超える線区 45km/h 以下の線区

軌間

直線及び半径600mを越える曲線： 20mm 半径200m以上600mまでの曲線： 25mm 半径200m未満の曲線： 20mm

水準

平面性に基づき整備を行う

高低

23mm 25mm 27mm 30mm 32mm

通り

23mm 25mm 27mm 30mm 32mm

平面性

23mm （カントの低減量を含む）

メンテナンスの基本（線路）

15

Technical Center

①検査の実施

②修繕計画と施工指示

④工事結果の確認

③修繕工事

保守の

流れ

メンテナンスの流れ（線路）

16

経験による

余裕をもたせた

しきい値を設定

時間

劣化

限度値

整備基準値

整備基準値を超えると

修繕工事を計画

３ヶ月毎に定期検査

技術者 工事指示書 施工位置・・・ 施工位置・・・

修繕を工事会社へ発注

■ 「検査の実施（軌道変位のしきい値）」と「施工指示」

メンテナンスの流れ（線路）

17

Technical Center

マルチプルタイタンパー（ＭＴＴ）

つき固め（タンピング）装置レール扛上装置

作業前

作業後

■ 修繕工事（軌道変位）

※終電から初電までの短い時間で工事を実施

メンテナンスの流れ（線路）

18

_{線路メンテナンス}

在来線電気・軌道総合検測車（East i-E）マルチプルタイタンパー

軌道の歪み・変状を精確に把握

新幹線電気・軌道総合検測車（East i）

大型機械による修繕

正確な検査と効果的な修繕により安心してご利用いただける線路を提供

軌道材料の状態を正確に把握

ﾚｰﾙ探傷･摩耗測定車（RIC-N）超音波でレール内部の傷を精確に把握 ⇒危険なレールを未然に交換

軌道材料の寿命の延命

レール表面の疲労層を削り傷の発生を予防 ⇒レール寿命の延命レール削正車レール削正状況

設備故障を起さないための「変状を見逃さない」「故障の芽を摘む」メンテナンス

(4)

Technical Center

_{土木構造物メンテナンス}

橋りょう検査トンネル検査のり面検査

○覆工内部の３次元画像表示により詳細に解析トンネル覆工検査車検査データ ○異状箇所の３次元画像表示

人手、人間の技能に依存した検査

これまでのメンテナンスの改善の方向性

輸送量増加、

速度向上等による

保守量の増加

人手不足

設備強化（又は新設）

・メンテナンスの軽減

・安全性向上

・サービス向上

メンテナンスの機械化、システム化

技術者の育成

【当時の状況】

営業収入は増加中

【当時の状況】

３K作業の解消のニーズ

（単純労働者の不足）

課題

対策の方向性

前提条件

現在の仕事の

枠組みは変えない

お金をかけた

メンテナンスが可能

Technical Center

_{鉄道設備をとりまく環境}

0 250 500 750 1987/4 1992/4 1997/4 2002/4 2007/4 2012/4 2017/4 在来線新幹線合計 ※旅客列車のみ（回送除く）、定期列車＋季節列車

66.2

139.1 【新幹線】会社発足時から

約2倍に増加

423.4

495.3 【在来線】会社発足時から

約2割増加

車両キロの増加による保守量の増大に対応

（車両キロ：列車キロに編成両数を掛けた値）

車両キロ（万キロ）

○ 運行する列車数、車両数の変化

※ＪＲ東日本に関するデータを表示。（ただし国鉄改革以前は国鉄に関するデータを含む）

必要な保守量増

列車速度

新幹線

在来線

23

○ 列車最高速度の変化

鉄道設備をとりまく環境

Technical Center

_{鉄道土木構造物の建設年代と経年}

0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 明治大正戦前戦後 JR以降 40 80 60 20 0 100 (％) (km) ～1912 ～1926 ～1945 ～1986 1987～

■ 鉄道の開通時期

■ 鉄道土木構造物の経年

凡例在来線新幹線累計（右軸）凡例在来線新幹線累計（右軸） 2014年3月末現在

トンネル（在来線）

トンネル（新幹線）

鉄道構造物は道路と比較して

20年程度平均経年が長い。

適切なメンテナンスを実施すること

により健全度を保ち続けている。

在来線：戦前に建設された構造物が多数

新幹線：経年25年前後が多数

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 RC C Cブロックレンガ 0 50 100 150 200 250 300 RC C Cブロックレンガ平均経年：61年平均経年：24年 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 PC RC S

橋りょう（在来線）

橋りょう（新幹線）

平均経年：61年 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 PC RC S 平均経年：30年

_{鉄道土木構造物の建設年代と経年}

■東海道線清水谷戸ﾄﾝﾈﾙ、経年122年

構造：下路ダブルワーレントラス（ピン結合）

延長：334m（8連）

構造：レンガ（アーチ部）、コンクリート（側壁）

延長：213m（上下線とも）

■左沢線最上川橋りょう、経年123年

■ 膨大な数量の土木構造物の余寿命を適切に評価

■ 適切な補修を行い、出来うる限りの延命化を図る

■ 経年100年を超える主な土木構造物

(5)

Technical Center

■ 社員数の推移と年齢構成

社内環境（社員数の推移と年齢構成）

社員数の推移

社員の年齢構成（2014年）

社員数減と技術継承

26

①設備の強化

②メンテナンス作業の機械化・システム化

③人材育成

増加する保守量に対するこれまでの取り組み

Technical Center

• 平成25年までに約250㎞更新済み

• 現在も更新工事を継続中

バラスト軌道

省力化軌道

省力化軌道の構造

省力化軌道の導入（首都圏）

設備の強化（メンテナンス軽減の事例）

木マクラギのコンクリートマクラギ化（ローカル線）

• 現在も更新工事を継続中

_{設備の強化（メンテナンス軽減の事例）}

～電路設備の老朽取替に合わせた電路設備の簡素・統合化

【従来構造の課題】 ●高所における電線本数が多い ●保守に手間がかかる 【新構造の特長】 ●各電線の役割を統合し電線本数減少 ●地上ケーブル配線で高所作業削減

従来の架線

インテグレート化

電路設備の簡素・統合化（インテグレート架線化工事）

Technical Center

設備の強化（自然災害対策）

降雨防災対策

耐震補強対策

洗掘対策

風対策

雪害対策

落石対策

メンテナンス作業の機械化・システム化

作業の機械化

・人力作業の解消

・作業の効率化

マルチプルタイタンパー（MTT）スイッチマルタイ（SW-MTT）

検査の自動化

作業効率の更なる向上

小型機械の導入

・検査精度の向上

・検査の効率化

・今後の人口減少を見据えた

作業員減少への対応

分岐器検査装置レール探傷車人力作業スラブ用トラックライナー道床掘削機

■作業の機械化の推進

※ 人力作業の機械化・装置化を推進し、メンテナンス作業を効率化

(6)

Technical Center 測定イメージ

●運行開始時期：

新幹線タイプは2001年

在来線タイプは2002年

メンテナンス作業の機械化・システム化

■検測項目の一例（電力関係設備）

架線の摩耗・離隔等を測定

レーザー照射光レーザー反射光

残存

直径

摺動面幅

残存直径は摺動面幅を

レーザで測定して算出

トロリ線摩耗測定の原理

レーザー投光部受光部ＣＣＤカメラモニター制御部信号処理部データ記録部

架線離隔測定装置の原理

レーザー投光部、２台の受光部CCDカメラで構成

ＣＣＤカメラ撮影画像の

二値化処理

と

架線画像部分の抽出

メンテナンス作業の機械化・システム化

33 Technical Center

■測定データの流れ

１．車上測定員による連絡

基準値超過が発生した場合は

新幹線施設指令へ連絡

２．データ収録

車内にデータを収録した後、

サーバ計算機で処理し、現業区へ配信

３．現業機関による軌道整備

車上からの測定内容と

検測データをもとに

不良箇所の整備を実施

不良

個所

の

修繕

基準値超過発生時：

指令所を介して

人間系で情報伝達

通常測定データ：

演算処理後に

現業区へ配信

メンテナンス作業の機械化・システム化

34 Technical Center

メンテナンス作業の機械化・システム化

検査会社

本社

検査 サブシステム 計画支援 サブシステム 工事積算 サブシステム 作業実績 サブシステム 設備 サブシステム

軌道設備管理システム

（TRAMS）

支社

保線技術

センター

中央サーバ (イメージ) 検査結果検査結果の共有

各部門の業務に専用のシステムを構築、当社のメンテナンス業務に

必要不可欠なインフラとなっている

建設会社

Technical Center

技能教習所

八王子支社管内の研修施設（笹子トレーニングセンター）

鉄道固有の技術や技能を学ぶ訓練施設

● ● ● ● ● ● ● ● ● ●● ● ● ●● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●

● 技能教習所

訓練用駅設備・トンネル訓練風景（トンネル検査）訓練風景（応急復旧、故障調査）

人材育成

訓練線・訓練架線訓練風景（架線断線復旧）

１．JR東日本の概要と

テクニカルセンターの概要

２．JR東日本のメンテナンスの現状

３．ＩＣＴを活用した鉄道設備メンテナンスの革新

～スマートメンテナンスの実現に向けて～

(7)

Technical Center 19201930194019501960197019801990 20002010202020302040205020602070208020902100 20,000 40,000 60,000 80,000 100,000 120,000 140,000 人口 ( 千人 ) 西暦 JR発足 (1987) ・サービス品質・安定性の向上設備の強化・増強・品質の向上・最小コストで資産価値を長期にわたって最大化今ここ にいる 新幹線開業 (1964)

①人口予測と当社の

鉄道運輸収入

②当社の経費構造と

メンテナンス経費

1987年 1989年 1991年 1993年 1995年 1997年 1999年 2001年 2003年 2005年 2007年 2009年 2011年 0 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 14,000 16,000 18,000 20,000 金額(億円) 年度当社単体の営業費当社単体の営業費メンテナンス経費メンテナンス経費営業費の１/３～１/４を占める約4,400億円営業費の１/３～１/４を占める約4,400億円西暦

これからのメンテナンスに

求められること

・保有設備量・保守レベル・メンテ経費横ばい？レベルアップ削減・抑制西暦

当社をとりまく情勢（人口予測と運輸収入・経費）

社会インフラの老朽化による事故も発生

メンテナンスに対する世の中の関心が高まる

トンネル天井板落下事故（2012.12.2）

社会資本老朽化に関する話題

当社をとりまく情勢（インフラ老朽化への社会的関心）

Technical Center

①多種多様な情報端末の普及とネットワークの進化

スマートＴＶスマートフォンタブレット端末高速ネットワークの進化多種多様な情報端末の普及

②コンピュータの発達（人工知能化）

プログラム ➡ 人間と同じような思考回路データをインプットインターネット SNS ログファイル顧客データ計測データ画像・映像 _音声対話形式で人間の考え方のアルゴリズムを学習

③ビッグデータが新しいサービスを生む

ペタバイト級の巨大データ＋高速な判断アラーム発信近未来を予測今を描き出すｲﾝﾀｰﾈｯﾄ SNS ﾛｸﾞﾌｧｲﾙ顧客データ画像・映像計測データ音声ビッグデータ（Volume Variety Velocity）

大量の形式の異なるデータをリアルタイムで処理することができる

今まで存在しなかった新しい付加

価値、サービスを生んでいる

利用者が時と場所を選ばずに情報サービスを利用できる

当社をとりまく情勢（情報通信技術の発達）

スマートメンテナンスの四本柱

AＩによる業務サポート

アセットマネジメント導入

CBMの実現

統合データベース

～スマートメンテナンス構想～（2012～）

暗黙知の見える化 Technical Center

・レールのゆがみ

専用の軌道検測車が年4回運行

・軌道材料の状態

目視による材料状態検査

・営業車による軌道検測と画像

データによる材料状態検査を毎日実施

高頻度で得られる検査ﾃﾞｰﾀの活用

画一的なルールに基づき実施

個々の状態から意志決定

支援システムを活用して実施

4月 1月 7月変位量 4月 1月 7月変位量 4月 1月 7月変位量 4月 1月 7月変位量検査データ技術者規程高頻度データ技術者支援システム意思決定

現在

今後

時間基準保全 (TBM)から、状態基準保全(CBM)へ

例：線路状態の検査

データ

取得

データ

分析

意思

決定

施工

評価

・施工後の劣化の推移から施工時期、施工方法、検査頻度等から評価、次のサイクルに生かす劣化度測定時期次回の検査時期施工方法の評価は・・・

変化を捉えるため多くのデータを収集

修繕結果をトレース

分析結果にもとづき

最適な修繕工事を実施

データを分析して予測

・メンテナンスにおける最適なマネジメントの実現(こわれる前に直す)

・事故の予兆を捉える。

・予測結果に加え、メンテナンスの制約条件（気象等部外条件も含む）、及び過去の施工実績等から施工時期、施工方法別のメンテナンス効果、コスト推移を提示、最適なメンテナンス時期、方法をマネジメントする

変化を捉え適切な時期タイミングで

メンテナンスを行う

CBMによるメンテナンスサイクル

支援システムにより

意思決定

反映

(8)

Technical Center

スマートメンテナンスのもたらす業務革新

決められた基準値を超えたら修繕

スマートメンテナンスの実現により、

メンテナンスの手法を根本から変革する

決められた周期での検査

劣化度合

会社全体で画一的なルールの

もとでメンテナンスを実施

設備の劣化状況を予測、

制約条件を勘案し、「いつ」

「どのような」修繕をするか判断

◎規程類等のルールに基づき判断

現在

メンテナンス技術者

今後

◎劣化予測と制約条件を基に判断

予測修繕の制約条件

社内・社外データの横断的活用に向けて

線路部門

土木部門

電力部門

運行部門

事故・災害情報

保安手続

信号部門

各部門データを横断するサービス・バス

メンテナンス業務の計画・判断サポート

経営層向けダッシュボード

さまざまな業務の

サポートを実現する

プラットフォームが必要

まず、社内の既存データ

の横断的連携が課題

統合データベース

SNS

スマートメンテンナンスプラットフォーム

各部門の様々な社内データ

車両部門

社外データ

Technical Center

_{データプラットフォームが実現できれば…}

データの出し入れが自由な仕組み

(プラットフォーム)

検査結果、現場写真等

現場の情報を随時入力

保線部門

_{・・・・・}

電力部門

部門横断的に

データ抽出、分析

現場ですぐ見たい！

事故・災害メンテナンスデータ運行情報部外情報（気象等）

アイデア次第で様々なものを作成可能

じっくり分析したい！

検査・巡視・点検等の

現場データ

現場の多様なニーズに対応

業務分析・支援アプリを蓄積

_{取組事例：緯度経度情報の活用}

設備資産を統合的に管理していくための地図基盤を構築中

信号機無線基地トロリー線架線柱 EV エレベータエスカレータビル、建物航空写真電子地図基盤トンネル橋りょう分岐器ベースマップ EV 軌道キロ程軌道設備データ設備データ電力設備管理システム設備データ信号・通信設備管理システム設備データ車両管理システム電子地図基盤（GIS）航空写真ルートインデックス各システムからの設備位置情報保線・土木設備管理システム各情報のレイヤー層の重ね合わせ GPSを用いた車両の位置情報取得についても検討中

ICTを活用した鉄道メンテナンスの革新

～スマートメンテナンスの実現に向けて～

2016年11月11日

JR東日本研究開発センター

テクニカルセンター

上席研究員 杉浦 芳光

平成28年度 建設技術フォーラム

Contents

１．JR東日本の概要と

テクニカルセンターの概要

２．JR東日本のメンテナンスの現状

３．ＩＣＴを活用した鉄道設備メンテナンスの革新

～スマートメンテナンスの実現に向けて～

■営業線区 69線区

延べ7,457km

■駅数 1,665駅

■列車本数 12,416人

■社員数 57,580人

関東、甲信越から東北までの

広範な範囲を事業エリアとする

JR東日本の事業エリア

ＪＲ東日本

研究開発センター

安全研究所

防災研究所

環境技術研究所

テクニカルセンター

ＪＲ東日本研究開発センター

フロンティアサービス研究所

先端鉄道システム開発センター

JR東日本の研究開発体制

【テクニカルセンター発足からこれまで】

1987年 4月 東日本旅客鉄道（株）発足

1991年 4月 テクニカルセンター 設立

東京・大井工場（現東京総合車両センター）

2001年 12月 JR東日本研究開発センター設立

大井工場からさいたま市日進へ移転

2016年 4月テクニカルセンター発足25周年

テクニカルセンターの役割、歴史

モニタリング、アセットマネジメントなどＩＣＴを活用したスマートメンテナンスの実現の

ほか、メンテナンス業務革新のための研究開発およびグループ会社も含めたメンテ

ナンス業務における現場支援を進める。

【テクニカルセンターの役割】

当社のメンテナンス対象設備

車両

機械設備

建築物

電車線路設備

転てつ装置

信号

変電設備

線路設備

土構造物

トンネル

他にも多種多様な設備がある

これらの設備が機能することで、

安全・安定な鉄道輸送サービスが成り立っている

当社のメンテナンス対象設備

車 両

電 力

設備機械

信 号

当社のメンテナンス対象設備

約1,300箇所

約7,200箇所

約15,000箇所

約5,600ｋｍ

線 路

土木構造物

膨大かつ多様な設備が

健全に機能するよう

メンテナンスを行う

～ 設備・車両のドクターとして ～

常日頃の

検診（検査）・診察（分析）

処方（計画）・治療（施工）

安全･安定輸送の確保

快適な設備の提供

最大のサービス

故障の未然防止

上席研究員杉浦芳光

平成28年度建設技術フォーラム

1987年 4月東日本旅客鉄道（株）発足

1991年 4月テクニカルセンター設立

_{当社のメンテナンス対象設備}

_{当社のメンテナンス対象設備}

車両

電力

信号

_{当社のメンテナンス対象設備}

線路

～設備・車両のドクターとして～

_{・PCマクラギ44本/25m}

_{・PCマクラギ39本/25m}

_{・PCまたは木マクラギ39本/25m}

_{・PCまたは木マクラギ37本/25m}