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技術 部品加工ライン制御システム

出願人 株式会社KMC
発明者 佐藤声喜安部新一高瀬篤彦
出願日 2014年2月21日 (6年4ヶ月経過) 出願番号 2014-031562
公開日 2015年8月27日 (4年10ヶ月経過) 公開番号 2015-156182
状態 特許登録済
技術分野 プログラマブルコントロ-ラ 総合的工場管理
主要キーワード センシング条件 製品交換 自動演算処理 振動検知器 直接作業者 人材不足 ライン組 処理センサ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年8月27日)のものです。
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図面 (20)

課題

ステムの安定性コスト面および処理速度を考慮したシステム統合を行い、人手による段取りを少なくする部品加工ライン制御システムを提供する。

解決手段

加工機設備仕様を加工機個体ごとに有し、部品加工条件ファイル部品ごとに有するDB110と、加工機の変更時などに、変更前の設備加工条件ファイル及び変更後の設備仕様に基づく変更の適正の合否を判断し、否の場合には新たな加工条件を設定するアプリを記憶する記憶部と、アプリを実行する汎用プログラム制御OSと、新たに設定された設備加工条件に応じたタスク優先順位を付けてタスクを実行するスケジュール管理下で、タスクに基づき加工機の制御を実行する専用加工制御OSとを有する1台の制御装置130とを具備し、専用加工制御OSは、汎用プログラム制御OSをスケジュール管理下に置き、該汎用プログラム制御OSに対するタスクを低優先順位のタスクとして管理する。

概要

背景

近年、部品生産ラインにおいて、多品種小ロット生産要求があり、新製品への段取り替えが頻繁に行われている。また、海外工場を対象にした部品生産移管や、グローバルな最適生産に向けたフレキシブルな生産移管・生産調整が求められ、益々段取り替えが重要になった。

複数の加工機を用いて部品加工を行っている加工ラインでは、部品替えをするとき、作業者各加工機ごとに加工条件を設定し直す必要があり、そのため煩雑で工数がかかっている。加えて、加工機には、同種の機械でも年代ごと、機械仕様、制御コンローラがバージョンアップされ機械差が存在し、実際の加工NCデータは各機械個体ごとに条件が設定されている。現状は、段取り職人に頼っていて人による制約がある。また、その機械ごと基礎データとその各部品に適用した加工データが管理されていないと経験とに頼った段取りになって必ずしも最適とはいえない。

一方、従来からこの種の加工ラインにおいては、Windows(登録商標)などの汎用管理ソフト機械制御などの専用ソフトとの連携がとれず、工場管理上統計的管理やQC工程表作成などには汎用のWindows(登録商標)が一般的だが、加工ラインの制御は専用ソフトで構成されている。そもそも、人手に頼った段取りは、このようなシステムの構成に起因している。

例えば、特許文献1には、PLC、カメラ等が接続されたイントラネットを有する加工ラインにおけるPLC、カメラが生成する生産情報遠隔地モニタする生産ライン監視システムが提案されている。また。特許文献2には、基幹ラインが存在し、その基幹ラインをモデルにした新規ライン構築において検査装置を最小限にするシステムを提案している。これらの監視システムや検査装置を最小化するシステムの他に、ラインを構成する加工機の制御装置ロボットの制御装置等個々の要素については従来から多くの提案は行われているが、加工機、加工ラインの段取り替えを最小化や一括管理するためシステムは開示されてない。

概要

システムの安定性コスト面および処理速度を考慮したシステム統合を行い、人手による段取りを少なくする部品加工ライン制御システムを提供する。加工機の設備仕様を加工機個体ごとに有し、部品加工条件ファイルを部品ごとに有するDB110と、加工機の変更時などに、変更前の設備加工条件ファイル及び変更後の設備仕様に基づく変更の適正の合否を判断し、否の場合には新たな加工条件を設定するアプリを記憶する記憶部と、アプリを実行する汎用プログラム制御OSと、新たに設定された設備加工条件に応じたタスク優先順位を付けてタスクを実行するスケジュール管理下で、タスクに基づき加工機の制御を実行する専用加工制御OSとを有する1台の制御装置130とを具備し、専用加工制御OSは、汎用プログラム制御OSをスケジュール管理下に置き、該汎用プログラム制御OSに対するタスクを低優先順位のタスクとして管理する。

目的

本発明の目的は、システムの安定性があり、コスト面や処理速度でも問題なくシステムの統合を図ることができ、人手に頼った段取りを極力なくすことができる部品加工ライン制御システムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
0件

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請求項1

部品を加工するための複数の加工機を含む設備からなる加工ラインを制御するためのシステムであって、前記加工機の設備仕様を加工機個体ごとに有し、前記加工する部品に対する前記加工機の加工条件の設備加工条件ファイルを部品ごとに有するデータベースと、前記加工機の変更があった場合又は前記加工する部品の変更があった場合に、変更前の前記設備加工条件ファイル及び変更後の前記設備仕様に基づき変更の適正の合否を判断し、否の場合には新たな加工条件を設定することが可能なアプリケーションを記憶するアプリケーション記憶部と、前記アプリケーションを実行する汎用プログラム制御オペレーティングシステムと、前記新たに設定された設備加工条件に応じたタスク優先順位を付けてタスクを実行するスケジュール管理下で、前記タスクに基づき前記加工機の制御を実行する専用加工制御オペレーティングシステムとを有する1台の制御装置とを具備し、前記専用加工制御オペレーティングシステムは、前記汎用プログラム制御オペレーティングシステムを前記スケジュール管理下に置くとともに、当該汎用プログラム制御オペレーティングシステムに対するタスクを最も優先順位の低いタスクとして管理する部品加工ライン制御システム

請求項2

請求項1に記載の部品加工ライン制御システムであって、前記制御装置は、前記汎用プログラム制御オペレーティングシステム及び前記専用加工制御オペレーティングシステムを1つのCPUに格納する部品加工ライン制御システム。

請求項3

請求項2に記載の部品加工ライン制御システムであって、前記専用加工制御オペレーティングシステムは、全ての前記タスクに異なった段階の優先順位を付けてスケジュール管理し、前記専用加工制御オペレーティングシステムは、表示機能を前記汎用プログラム制御オペレーティングシステムに委ねるとともに、前記CPUのクロック制御機能及びマルチスレッドは使用しない部品加工ライン制御システム。

請求項4

請求項1〜3のうちいずれか1項に記載の部品加工ライン制御システムであって、前記設備は、前記加工機の他に、部品を加工するための搬送装置センサー機器測定機器及びこれら機器機器制御装置を含み、前記データベースは、前記搬送装置、前記センサー機器、前記測定機器及び前記機器制御装置の設備仕様をこれらの機器個体ごとに有する設備仕様と、前記搬送装置の動作条件、前記センサー機器のセンシング条件、前記測定機器の測定条件、前記機器制御装置の制御条件及び設備の連動条件の設備加工条件ファイルを部品ごとに有する部品加工ライン制御システム。

技術分野

0001

本発明は、加工機を含む設備により部品を加工する部品加工ラインを制御するシステムに関する。

背景技術

0002

近年、部品の生産ラインにおいて、多品種小ロット生産要求があり、新製品への段取り替えが頻繁に行われている。また、海外工場を対象にした部品生産移管や、グローバルな最適生産に向けたフレキシブルな生産移管・生産調整が求められ、益々段取り替えが重要になった。

0003

複数の加工機を用いて部品加工を行っている加工ラインでは、部品替えをするとき、作業者各加工機ごとに加工条件を設定し直す必要があり、そのため煩雑で工数がかかっている。加えて、加工機には、同種の機械でも年代ごと、機械仕様、制御コンローラがバージョンアップされ機械差が存在し、実際の加工NCデータは各機械個体ごとに条件が設定されている。現状は、段取り職人に頼っていて人による制約がある。また、その機械ごと基礎データとその各部品に適用した加工データが管理されていないと経験とに頼った段取りになって必ずしも最適とはいえない。

0004

一方、従来からこの種の加工ラインにおいては、Windows(登録商標)などの汎用管理ソフト機械制御などの専用ソフトとの連携がとれず、工場管理上統計的管理やQC工程表作成などには汎用のWindows(登録商標)が一般的だが、加工ラインの制御は専用ソフトで構成されている。そもそも、人手に頼った段取りは、このようなシステムの構成に起因している。

0005

例えば、特許文献1には、PLC、カメラ等が接続されたイントラネットを有する加工ラインにおけるPLC、カメラが生成する生産情報遠隔地モニタする生産ライン監視システムが提案されている。また。特許文献2には、基幹ラインが存在し、その基幹ラインをモデルにした新規ラインの構築において検査装置を最小限にするシステムを提案している。これらの監視システムや検査装置を最小化するシステムの他に、ラインを構成する加工機の制御装置ロボットの制御装置等個々の要素については従来から多くの提案は行われているが、加工機、加工ラインの段取り替えを最小化や一括管理するためシステムは開示されてない。

先行技術

0006

特開11−161322号公報
特開2009−283012号公報

発明が解決しようとする課題

0007

そこで、これらを一体化して統合処理システム統合を図り、人手に頼った段取りをなくし、運用を簡素化したいところであるが、Windows(登録商標)、Linax等の汎用のオペレーティングシステムを用いて統合すると、プログラムダウンが生じやすく、安定性において問題ある。特にこの種の加工ラインにおいては、このようなダウンなどが生じた場合に、加工中の部品はすべて廃棄し、やり直しをする必要が多く、生産性に直接的に影響するため、システムの安定性は非常に重要な要素である。また、これらの汎用のオペレーティングシステムでは、処理速度においても加工ライン全体を制御するには現実的には不足である。これに対して、全てを専用ソフトによって統合しようとすると、コスト的に負担が大きく、現実的でない。

0008

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、システムの安定性があり、コスト面や処理速度でも問題なくシステムの統合を図ることができ、人手に頼った段取りを極力なくすことができる部品加工ライン制御システムを提供することにある。

課題を解決するための手段

0009

近年、製品サイクル短命化し、加工現場においては多品種、小ロットへの生産対応が求められており、加工ライン、加工機変更に伴う段取り替えは、今まで現場生産技術者保全係り担当になっており、海外工場まで生産展開している企業にとっては人材不足、現場での加工設備付帯設備条件等、総合的なノウハウ不足が大きな課題となっている。

0010

例えば、自動車用エンジン基幹部品であるシリンダヘッド等のダイカスト鋳造品から切削加工で部品を仕上げる部品加工ラインでは、複数の加工機を連携させて部品加工を行っている。その加工機を渡り歩く部品搬送にロボットを使用したり、加工機内や加工機間機内温度センサーや切粉処理センサー、振動センサー工具センサーカメラ画像センサーなどの監視装置、加工中または加工終了後測定装置などで構成されている。従って、対象となる加工部品を替えたり、加工機ラインを替えたり、或いは時には加工機だけを替えたりする場合、その段取り替えは困難を極める。また、最近は、グローバル対応で海外にも加工ラインが展開されており、部品を国内外流動的に部品加工することが求められ、一層、その段取り替えの最短化と世界中の加工ラインの段取り要素のデータベース化が求められている。
(1)部品替え時の段取りの煩雑さ
複数の加工機を用いて部品加工を行っている加工ラインでは、部品替えをするとき、各加工機ごとに加工条件設定し直す必要があり煩雑で工数がかかる。

0011

より具体的には、複数の加工機を用いて部品加工を行っている加工ラインでは、部品替えをするとき、各加工機ごとに加工条件セットしなおす必要があり煩雑で工数がかかる。
これに対して、本形態に係るシステムでは、制御コントローラ(制御装置)1台で複数の加工機制御を可能にする。
(2)加工機・制御装置の機械差(個体ごとの差)による段取り替えの難しさ

0012

加工機には、同種の機械でも年代ごと、機械仕様、制御コンローラがバージョンアップされ機械差が存在し、実際の加工NCデータは各機械ごとに条件が設定されている。現状は、段取り職人に頼っていて人による制約がある。また、その機械ごとの基礎データとその各部品に適用した加工データが管理されていないと経験と勘に頼った段取りになって必ずしも最適とはいえない。

0013

これに対して、本形態に係るシステムでは、加工機仕様、制御装置仕様、部品加工NCデータのデータベースを持ち、加工機変更の適正の合否チェックし、必要に応じて、加工ラインまたは加工機変更時にNCデータを人手により又は自動的に書き換えることが可能である。
(3)加工機、加工ラインへの新規部品適用時の条件だしの難しさ

0014

新たな対象の部品に対して現有加工機での加工割り付けや条件引き当ての新規設計も、加工機の条件となる機械仕様、制御仕様が基本となり、加え、部品特性からの加工条件
付帯設備の仕様と条件を設定する必要がある。これも経験が必要で、設定、条件出しに時間がかかっている。
これに対して、本形態に係るシステムでは、諸条件のデータベース化と引き当て設定支援機能アプリケーションの実行による機能)を有するものである。
(4)加工ラインの異常検知モニタリング機器など複雑化するライン付帯設備

0015

加工機に付随した搬送ロボット、測定・温度・画像チェックなどの各センサー等の異常チェックのためのモニタリング機器も部品替えやライン替えの時に加工機と同様な機械仕様、制御仕様の変更も必要になり、一層段取り変更を煩雑にしている。

0016

これに対して、本形態に係るシステムでは、機械・センサー仕様、制御仕様をデータベース化し、適正の合否チェック、必要に応じて、制御ソフトを人手により又は自動的に書き換えている。
(5)世界展開された工場間の生産移管、段取り替えの難しさ

0017

生産工場では、複数の製品の部品加工ラインを有しており、異常時の加工ライン変更や生産の集約等の都合で加工ラインを変更する場合が増えた。また、工場間、特に最近は国内・海外問わず生産組み換えが要求されており、その段取り変更を行うことは、加工機情報、制御情報加工条件情報、付帯設備及びその制御と工場環境が把握されず、一元管理されていないため日本から指示も出来ず、困難を極めている。
これに対して、本形態に係るシステムでは、制御装置と段取り要件データベースと工場内・工場間のネットワーク機能を有するものである。

0018

図1は、現在行われている段取り替えの一般的な工程で、例えばラインXにおける部品変更時の段取りは、この工程に沿って行われる。同様に、ラインXから別のラインYへの加工ライン変更時時の段取りも、この工程に沿って行われる。また、工場間生産移管時のライン変更時の段取りは、上記と同じ段取り作業を別工場の生産ラインに対して行う。ただし、段取り作業フローとしては基本同じであるが、機械差、環境差により現場は調整に苦労している。

0019

ここで、エンジンシリンダブロックの部品加工ラインを図2に示す。穴あけ加工機の縦型横型加工機、平面切削用加工機タップ加工機など複数の加工機1と、ワーク搬送用のロボット(搬送装置)2、最終工程に穴測定機3を連結している。各加工機1には、異常を検知するために、振動検知器温度検知器工具径測定機、画像センサーなどセンサー機器4が配置される。加工ラインの動作制御は、制御装置5においてPLC(Programmable Logic Controller)と呼ばれるリレー制御にて行われ、制御装置5は各加工機1、ロボット2それぞれの制御装置(各機器ごとの制御装置)を制御する。

0020

例えば、この部品加工ラインで別の機種のシリンダブロックAからBに変更し加工する場合の段取り替えを治工具などの物理的な交換以外のシステム的な観点で図1に示した工程に従って説明する。

0021

最初に、各加工機1の制御装置に加工NCデータをインストールする(ステップ21)。NCデータは、イントラネットで加工データベース保管されているか、個別に加工機1のコントローラにUSBなどで指示書などに従って直接作業者がインストールする。ここでの課題は、各加工機1ごとにその作業が必要なことである。同様に、加工機1上の治具、工具等の交換を部品Bの段取り替え指示書などに従って個々の加工機のATC装置自動工具交換装置)に対して行う。

0022

次に、指示書などに従ってロボット2などの搬送装置を製品Bの生産タクトや形状に合ったチャッキング動作変更を搬送ロボット2の制御装置に対して行う(ステップ22)。この場合も、ロボット1台ずつ行う必要があり煩雑である。

0023

次に、指示書などに従って、加工機1や部品加工ラインに設置されている工具の振れセンサーや機械の振動センサー、機内温度、加工チェックの画像センサー等多くの装置を製品B仕様に調整する(ステップ23)。最近のラインでは、前述の特許文献1に記載されているようにライン監視やモニタリング要求は高く部品加工ラインの段取り替えを更に複雑化して多大な工数が必要になって大きな課題となっている。

0024

次に、測定機3も付帯されている場合は、同様に指示書などにより検査装置の設定を測定機3の制御装置に対し製品B仕様に測定データを変更する(ステップ24)。

0025

このように、部品加工ラインを構成する加工機1及びそのATC等の関連装置、搬送装置2、測定機3、センサ機器4と個々に行う必要があり非常に煩雑である。且つ関連するすべてタイムチャートをリレー制御する必要があり(ステップ25)、複雑な加工機ラインの構成を変更することは各機械、機器の制御知識と運用ノウハウが必要になってきた。

0026

これに対して、本発明では、安定性があり、コスト面や処理速度でも問題ないという前提のもと、これら加工機を含めた設備の設定及び制御を1台の制御装置で行えるようにすることである。

0027

加えて、本発明では、ロボットなどの搬送装置、センサ機器、測定機と連動してPLC(プログラマブルロジックコントローラ)制御を行える部品加工統合制御装置を実現することである。

0028

更に、本発明は、段取り交換作業支援する部品情報引き当て可能な加工条件、加工機、工具、搬送器、センサ機器、測定機などの設定ファイルと部品ごとの加工段取りファイルのデータベースを具備する段取り支援システムとすることで、効率的な段取り作業の支援するものである。
次に、部品生産ラインXにおいて生産していた部品Aを別の部品生産ラインYに生産を替える場合についての課題をより具体的に説明する。
生産ラインXから生産ラインYへ変更する場合は、最初に生産ラインXと同種の加工機、機器構成を持つ生産ラインYを選定する。

0029

次に、前述の同一ラインでの製品交換と同様に、生産ラインYの加工機の制御装置に対して、生産ラインXで行っていた製品Aの加工NCデータの設定を行う。ここで注意する必要があるのが、加工機にも、年代ごと使用頻度メンテナンス状況の差により機械そのものの精度差があり、同じNCデータでは精度が出ず、送り速度や主軸回転数などを微妙に変化させないとその生産ラインYの加工機にベストマッチしないことである。また制御装置にも各年代の製品ごとにバージョンがあり、高速加工機能やデイスク容量などが違いその加工機仕様に合わせる必要がある。ATC装置にとっても同種であってもマガジンラックのツール許容本数が異なったり、機械差ある。従って、ライン替えの時には、個々の機械に対し加工機、制御装置の個体差に応じた変更作業を必要とする、ということが大きな課題となる。例えば、加工機や制御装置に対する個体情報管理が正確に把握されていないと段取りに思わぬ時間を費やしてしまう場合がある。その個体情報には加工機のメンテナンス精度情報も重要である。

0030

次に、ロボットなどの搬送装置、センサ機器、測定機の生産ラインXの情報を生産ラインYに設定するが、ここでも同様に、生産ラインXとYでは、個々の装置の個体差、制御機器のバージョンの違いにより、ラインXの諸条件がそのまま使えない場合があり設定変更作業が伴い煩雑で工数がかかる。前述の各作業指示などに加え、機差に対する作業マニュアルも必要である。しかしながら、この作業は現場の作業者の経験に頼っている場合が多い。

0031

従来の大量生産時代品質面の心配から基本的に生産ラインを変更しないが、最近多品種、小ロットの生産要求が高まり、生産ラインの有効な活用を図るため生産ラインの変更、組み換えが頻繁に行われるようになり、段取り替えが頻繁に行われ、重要な作業となってきた。
次に、上記の段取り替えと同様に海外工場、国内工場の部品加工ラインへの部品生産移管の場合について課題を説明する。
段取り要素としては上記のライン変更場合と同様であり、加工機、制御装置、搬送装置、センサ機器、測定機を連結した生産ラインが対象となる。

0032

グローバルに展開する生産工場のラインの実態を把握することは困難を極める。現地国の機器調達、国内事情での制約がある場合が多く加工機、センサ機器等の仕様は海外の場合大きく異なる場合がある。また、機器のサービス体制も国内程充実しておらずメンテナンスに課題がある。そのよう状況下で、工場間での生産移管、海外工場間での生産移管は、一層困難さがある。基本的な段取り替えは、既述の生産ラインの変更でカバーされる。しかし、大きな課題となるのが、海外工場の機械差、環境差であり、段取り替えには、段取り替え情報を如何にデータベース化して一元管理するかにかかる。また、多拠点の場合、ネットワークでの情報交換になり、国を跨いだ情報管理が必要になる。

0033

具体的には、本発明は、ライン組換えに必要な支援システムとして、合わせて、本アプリケーション機能には、新たに設定された設備加工条件ファイルから、対象となる加工ラインでの段取りに必要な段取り替え指示書を作成支援するアプリケーション機能を有する。段取り替え指示書は、加工機、制御装置、搬送装置とその制御装置、センサ機器、測定機への段取り指示書の作成支援を行える。この指示書も設備加工条件ファイル内に蓄積された段取り指示書のマスターデータに対し、差分を改定し簡素に作成が行えるようにしている。設備加工条件ファイルから、必要治工具と、段取りに必要な加工機、制御装置、搬送装置、センサ機器、測定機に関する各段取り替え指示書を生成することができる。生成された各動作条件を規定した新たな加工条件ファイルは、専用加工制御OSを介して各加工機を制御する。また、本発明に係る制御装置は、複数の加工機を実質的に同時制御できる。

0034

つまり、本発明の一形態に係るシステムの制御装置は、一つのCPU内に、GUI機能、通信機能NC編集機能を制御する汎用プログラム制御OSと、該汎用プログラム制御OSと連動して、加工機モーションコントロールする機能、リアルタイムに加工機に応答送信する機能、加工ラインを構成する付帯機器の制御装置と連動する機能を有する専用加工制御OSを有する制御装置で構成される。

0035

汎用プログラム制御OSは、一般的にはWindows(登録商標)やLinaxといった汎用OSを使用するがプログラムダウン(落ちやすい)という欠点が指摘されている。一方では、各種アプリケーションソフトの動作、運用管理には適しており、ネットワーク通信機能も備えている。従来、部品加工用機械に専用に開発された制御装置は、加工機のサーボモータ、ATC装置を制御するPLC機能モーションコントロール機能が装備され、専用OSで機械1台、1台に設置されてきた。それでは段取り替えの時に1台1台作業者が条件替えする必要があり手間がかかる。また、ライン設備構成上、機械台数の制御装置必要で高価となる欠点があった。

0036

本発明の一形態に係る部品加工ライン制御システムでは、1台の制御装置で複数の加工機制御が可能になるような専用加工制御OSを用意する。専用加工制御OSは、汎用プログラム制御OSのプログラムダウン時にも加工に影響しないように2つのOSのうちの一つとして独立し、汎用プログラム制御OSとの応答性を高めるため一つのCPUに格納することを特徴としている。 Windows(登録商標)OS自体が専用加工制御OSの最も優先順位の低いタスクとして管理されているため、Windows(登録商標)がプログラムダウンしても加工制御への影響はない構成にしている。

0037

また、専用加工制御OSは、全てのタスクに優先順位(プライオリティ)を付けてスケジュール管理の下、タスクを実行できるので機械加工などのモーションコントロールにかかせない確実な定時制動作で且つ無駄のない高速な制御が提供できる。

0038

従って、本発明の一形態に係る部品加工ライン制御システムは、部品を加工するための複数の加工機を含む設備からなる加工ラインを制御するためのシステムであって、前記加工機の設備仕様を加工機個体ごとに有し、前記加工する部品に対する前記加工機の加工条件の設備加工条件ファイルを部品ごとに有するデータベースと、前記加工機の変更があった場合又は前記加工する部品の変更があった場合に、変更前の前記設備加工条件ファイル及び変更後の前記設備仕様に基づき変更の適正の合否を判断し、否の場合には新たな加工条件を設定することが可能なアプリケーションを記憶するアプリケーション記憶部と、前記アプリケーションを実行する汎用プログラム制御オペレーティングシステムと、前記新たに設定された設備加工条件に応じたタスクに優先順位を付けてタスクを実行するスケジュール管理下で、前記タスクに基づき前記加工機の制御を実行する専用加工制御オペレーティングシステムとを有する1台の制御装置とを具備し、前記専用加工制御オペレーティングシステムは、前記汎用プログラム制御オペレーティングシステムを前記スケジュール管理下に置くとともに、当該汎用プログラム制御オペレーティングシステムに対するタスクを最も優先順位の低いタスクとして管理する。

0039

本発明の一形態のシステムでは、前記制御装置は、前記汎用プログラム制御オペレーティングシステム及び前記専用加工制御オペレーティングシステムを1つのCPUに格納することが好ましい。

0040

本発明の一形態のシステムでは、前記専用加工制御オペレーティングシステムは、全ての前記タスクに異なった段階の優先順位を付けてスケジュール管理し、前記専用加工制御オペレーティングシステムは、表示機能を前記汎用プログラム制御オペレーティングシステムに委ねるとともに、前記CPUのクロック制御機能及びマルチスレッドは使用しないことが好ましい。

0041

本発明の一形態のシステムでは、前記設備は、前記加工機の他に、部品を加工するための搬送装置、センサー機器、測定機器及びこれら機器の機器制御装置を含み、前記データベースは、前記搬送装置、前記センサー機器、前記測定機器及び前記機器制御装置の設備仕様をこれらの機器個体ごとに有する設備仕様と、前記搬送装置の動作条件、前記センサー機器のセンシング条件、前記測定機器の測定条件、前記機器制御装置の制御条件及び設備の連動条件の設備加工条件ファイルを部品ごとに有することが好ましい。

発明の効果

0042

本発明によれば、上記構成により、システムの安定性があり、コスト面や処理速度でも問題なくシステムの統合を図ることができ、人手に頼った段取りを極力なくすことができる。

図面の簡単な説明

0043

現在行われている段取り替えの一般的な工程を示す図である。
エンジンのシリンダブロックの部品加工ラインを示す図である。
本発明の一実施形態に係る加工ラインも含めた部品加工ライン制御システムの構成を示す図である。
本発明の一実施形態に係る部品加工ライン制御システムの構成を示す図である。
図4に示した制御装置の構成を示す図である。
一般的な汎用プログラム制御OSにおけるタスクのスケジュール管理を示す図である。
本発明の一実施形態に係る部品加工ライン制御システムの専用加工制御OSにおけるタスクのスケジュール管理を示す図である。
本発明の一実施形態に係る部品加工ライン制御システムにおけるアプリケーション機能部の構成を示す図である。
段取り指示書の一例を示す図である。
生産移管、海外の工場を含めた工場間のフレキシブルな生産調整に対応を可能にするためのシステム構成を示す図である。
設備仕様の一例を示す図である。
加工ラインXを構成する加工機Aの設備加工条件ファイルを示している。
機械差の自動判定を説明するための図である。
加工条件編集機能の画面の一例を示す図である。
加工ラインYを構成する加工機Bの設備加工条件ファイルを示している。
メンテナンス・保全情報閲覧機能、不具合データ・履歴表示機能のデータの一例を示す図である。
設備・不具合履歴情報のデータの一例を示す図である。
段取り指示書の一例を示す図である。
部品測定表の一例を示す図である。
工場環境表示(機械差・環境差)機能を説明するためのデータの一例を示す図である。
設備仕様、設備加工条件ファイルの編集機能の画面の一例を示す図である。
所定工場の所定ラインにおける生産情報の一例を示す図である。
世界各国の工場別加工生産ラインの制御画面の一例を示す図である。
各国の工場別加工生産ライン情報の一覧の一例を示す図である。

実施例

0044

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図3及び図4は本発明の一実施形態に係る部品加工ライン制御システムの構成を示す図である。
同図に示すように、部品加工ライン制御システム100は、加工ライン101を制御するためのシステムである。

0045

加工ライン101は、例えば自動車用エンジンの基幹部品であるシリンダヘッド等のダイカスト鋳造品から切削加工で部品を仕上げるようなラインであり、このような部品を加工するための複数の加工機102、搬送装置103、測定機104、センサ機器105等を有する。

0046

部品加工ライン制御システム100は、図4に示すように、このような加工ライン101を制御するためのシステムであって、データベース110と、アプリケーション記憶部120と、1台の制御装置130とを備える。
図5は上記制御装置130の構成を示す図である。

0047

同図に示すように、制御装置130は、デュアルコアCPU131(1つのCPU)のパネルPCを使用し、I/F137、138を介して接続されたフィールドバス132には、軸制御用にMECHATROLINKIII133を、I/O制御用にA−Link134を使用する。

0048

制御装置130は、一つのCPU131内に、GUI機能、通信機能、NC編集機能を制御するWindows(登録商標)7などの汎用プログラム制御OS135と、汎用プログラム制御OS135と連動して、加工機モーションをコントロールする機能、リアルタイムに加工機102に応答送信する機能、加工ラインを構成する付帯機器(搬送装置103、測定機104、センサ機器105等)の制御装置と連動する機能を有するINtimeなどの専用加工制御OS136とを有する。

0049

すなわち、汎用プログラム制御OS135は、例えばWindows(登録商標)アプリケーションにより、ユーザーI/F139を介してGUI、コード変換通信などを実行する。また、専用加工制御OS136は、その制御処理により、汎用プログラム制御OS135との間、MECHATROLINKIII133及びA−Link134を介して加工機102との間で、モーションコントロールやソフトウェアPLCを実行する。

0050

汎用プログラム制御OS135は、一般的にはWindows(登録商標)やLinaxといった汎用OSを使用するがプログラムダウン(落ちやすい)という欠点が指摘されている。一方では、各種アプリケーションソフトの動作、運用管理には適しており、ネットワーク通信機能も備えている。

0051

また、専用加工制御OS136は、汎用プログラム制御OS135のプログラムダウン時にも加工に影響しないように汎用プログラム制御OS135と独立に持つ構成となっており、さらに汎用プログラス制御OS135との応答性を高めるために汎用プログラス制御OS135とともに一つのCPU131に格納されている。

0052

ここで、図6に示すように、一般的な汎用プログラム制御OSでは、ラウンドロビンスケジューリングを採用しているので、タスク処理中に別のイベントが入るとその処理時間中は待ち時間となり、タスク処理時間が不確定になる。これに対して、図7に示すように、本形態に係る専用加工制御OS136では、各タスクに優先度がつけられ、各タスクの処理時間に影響がないように制御される。すなわち、本形態に係る専用加工制御OS136は、全てのタスクに優先順位(プライオリティ)を付けて実行するスケジュール管理の下で、タスクを実行している。これにより、機械加工などのモーションコントロールにかかせない確実な定時制動作で且つ無駄のない高速な制御を提供することができる。また、汎用プログラム制御OS135に対するタスクを最も優先順位の低いタスクとして管理している。これにより、汎用プログラム制御OS135がプログラムダウンしても加工制御への影響はない構成にし、システムを安定化させている。
本形態に係る専用加工制御OS136は、リアルタイム性確保のために、上記の通り、
(1)実行プログラム(タスク)全てに、異なった段階の優先順位設定を付ける。
(2)処理の重い表示機能を持たず、GUI等は汎用プログラム制御OS135側にアプリケーションを設ける。
(3)専用加工制御OS136は、汎用プログラム制御OS135を管理下に置く。
ということに加えて、
(4)CPUのクロック制御機能やマルチスレッドは使用しない。

0053

という条件を満たすことがより好ましく、さらに汎用プログラム制御OS135との応答性を良くするため一つのCPU131に格納されることが好ましく、本形態に係るシステムではこれらを実施している。
次に、データベース110について説明する。

0054

データベース110は、部品加工ライン101を構成する加工機102、搬送装置103、測定機器104、センサ機器105などの各設備仕様(各機器の個体ごとに有する)と、加工条件、動作条件、センシング条件、測定条件を対象となる各部品ごとの設備加工条件ファイルなどとを一元管理する。
加工段取り替えに必要な加工段取りファイルは、すべてデータベース110に格納される。

0055

加工段取りファイルには、構成要素として
(1)加工機、搬送装置、センサ機器、測定機の各ライン構成機器の機械仕様と、制御装置のコントローラ仕様と、メンテナンス情報と、精度情報のライン設備とメンテナンス情報とを集めた設備仕様データが格納される。また、必要に応じてATC、治工具情報も付帯で格納される。
(2)部品ごとに設定される加工機、搬送装置、センサ機器、測定機の各ライン構成機器の動作条件を規定したマスターとなる設備加工条件ファイル。
(3)加工機、搬送装置、センサ機器、測定機の各ライン構成機器の機械仕様と制御装置のコントローラ仕様の設備のメンテナンス、精度情報。
(4)段取りに必要な加工機、制御装置、搬送装置、センサ機器、測定機に関する各段取り替え指示書情報
(5)各工場の部品加工ライン周り温度管理粉塵管理、電力管理、切粉処理、切削油処理等の工場環境情報
(6)部品加工ラインが変更になった場合の加工機、搬送装置、センサ機器、測定機等のライン運用の動作条件設定の改定設備加工条件データ
以上の情報があれば、製品交換、加工ライン変更、工場変更時の必要な部品加工情報データベースとして段取り変え時に活用できる。

0056

制御装置130は、汎用プログラム制御OS135と専用加工制御OS136とデータベース110に格納された設備加工条件ファイルを用いて、加工ラインへの部品変更に伴い、加工ライン特有の機械・制御装置の設備仕様と、データベース内の各機械、機器の動作条件を規定した設備加工条件ファイルを呼び出し、加工部品に対する適合性自動チェックするアプリケーション機能を汎用プログラム制御OS135上に具備する。

0057

具体的には、汎用プログラム制御OS135の制御の基で、加工部品に対して設備加工条件ファイルからNCプログラムを呼び出し、加工機102の制御ソフトに求められている高速輪郭制御インポジションチェックなどの制御装置に依存する特殊機能の有無をGコード番号から検索抽出し、加工しようとするラインの加工機102とその制御が可能か自動判断する。

0058

もし、加工機や制御装置に必要な機能がない場合は、新たなNCデータ作成を設備仕様データを基に支援する。例えば、汎用プログラム制御OS135の制御の基で、新たなNCデータや設備仕様データなどを画面上に表示し、NCデータ作成を支援する。
このようなNCデータを自動的に作成するように構成してもよい。例えば、ラインXの加工機から、ラインYの加工機に変更する場合、ラインXの加工条件に対し、変換するための数式を定義することで、ラインYの加工機に適応する加工条件を自動演算処理し、変換することができる。
より具体的には、例えば加工機102において、一刃辺りの送り量は使用工具にて固有に定められる値であるため、先にS(回転数)を求め(下記式(2)より)、次に下記式(1)よりF(送り速度)を求める。
F=S×f×N (1)
S=1000V/πD (2)
V:切削速度(m/min)
D:外径(mm)
S:回転数(min—1)
f:1刃あたりの量(mm/tooth)
F:テーブル送り速度(mm/min)
N:刃数
ここでは、ラインXにおいては、
S:5,000
F:6,000
D:10
N:2
f:0.6
V:157
であって、ラインYのφ10の工具の切削速度V=125.6、f=0.6が固有値としてデータベースに登録されているとしたときに、上記(1)、(2)より自動的にラインYにおけるF、Sを求めることができる。
S=1000×125.6/3.14×10=4,000(πmin−1)
F=4000×0.5625*2=4,500(mm/min)
つまり、ラインYにおいては、
S:4,000
F:4,500
D:10
N:2
f:0.6
V:125.6
自動計算において算出できる。
なお、他のパラメータについても同様に自動計算できることは明らかである。

0059

また、汎用プログラム制御OS135の制御の基で、設備仕様データに基に、工具種類を検索し、設備仕様データから加工機仕様のATCのツールポット数との比較チェックを行い、自動判定する。

0060

さらに、汎用プログラム制御OS135の制御の基で、設備仕様データ内にある設備メンテナンスとその精度情報から部品仕様、精度要求に合致した設備やラインなのか判断が可能になっている。

0061

また、本形態に係るシステム100は、汎用プログラム制御OS135の制御の基で、生産ライン変更や加工機等設備が替わる場合は、機械差をチェックすることが重要であり、データベースの設備仕様データとメンテ情報を参照し判断を促す。その他、引き当て工具に対する工具触れ検査のためのセンサー調整の必要性の有無、加工終了後の測定装置への検査機動作指令ファイルの作成支援など、新たな設備加工条件ファイルの設定を支援するアプリケーション機能を有する。

0062

制御装置130は、生成された各動作条件を規定した新たな加工条件ファイルを基に、専用加工制御OS136を介し各加工機102などを制御する。制御装置130は、上記構成によりリアルタイム性を確保していることから、複数の加工機102などを実質的に同時制御できる。

0063

本形態に係るシステム100は、新たに設定された設備加工条件ファイルから、対象となる生産ラインでの段取りに必要な段取り替え指示書を作成支援するアプリケーション機能を有する。

0064

段取り替え指示書は、加工機械とその制御装置、搬送装置とその制御装置、異常検知などの各センサー機器、測定機への段取り指示書の作成支援を行える。この指示書も設備加工条件ファイル内に蓄積された段取り指示書のマスターデータに対し、差分を改定し簡素に作成が行えるようにしている。設備加工条件ファイルから、必要治工具と、段取りに必要な加工機、制御装置、搬送装置、センサー機器、測定機に関する各段取り替え指示書を生成することができる。

0065

ここで、アプリケーション機能をOS上で実行する機能部をアプリケーション機能部と呼ぶ。図8は、本形態に係るアプリケーション機能部の構成を示す図である。

0066

同図に示すように、アプリケーション機能部150は、汎用プログラム制御OS135上で実行される汎用アプリケーション機能151と、専用加工制御OS136上で実行されるリアルタイム制御アプリケーション機能152とを有する。
汎用アプリケーション機能151は、割り付け設定指示書作成、測定表、メンテ・異常、生産数等の工程管理などを実行する。
ここで、加工ラインへの条件割り付け機能とは、段取り替えを行う加工ラインに対し、構成されている各設備機器に加工条件ファイルを割り付ける作業を支援する機能である。
加工ライン・設備・制御装置適合性評価機能とは、段取り替えを行う加工ラインの各設備仕様に対する適合性を評価し、不適合の場合はその適正値または適合に向けた検討方法を支援する機能である。
加工条件編集機能とは、加工機の加工条件、NCデータの回転数、送りスピード切り込み量、スキャロップライト等の編集を容易にする支援機能である。
段取り指示書作成機能とは、段取り変更に際に必要な各マシンの段取り変更作業とその確認作業と記録を作業者に促す指示書の作成機能である。
部品測定表作成機能とは、加工部品加工ラインの付設された測定機に新たな加工部品の測定表作成を支援する機能である。
メンテナンス・保全情報閲覧機能とは、加工ラインの各設備メンテナンス、保全作業記録情報を閲覧することができる機能である。
加工数量表示機能とは、加工ラインのPLC情報または、制御機から生産情報を閲覧できる機能である。
不具合データ・履歴表示機能とは、各ラインで発生した不具合情報を記録したシートを閲覧、表示する機能である。
工場環境表示(機械差・環境差)機能とは、各生産工場における各生産ライン機械構成などの情報と工場の電力や温度、振動などの環境情報、クレーン等の付帯設備情報が閲覧できる機能である。
生産管理(工場・生産ライン・部品)機能とは、各生産ラインの各部品ごとに設定されるQC工程表とその測定値が閲覧、表示できる機能
部署・人・工場間通信機能とは、汎用OSの持つアプリケーション機能の一つで、仕様ファイル、加工条件ファイル、指示書、段取り業務に属する業務連絡メールなどの通信機能である。
また、リアルタイム制御アプリケーション機能152は、加工機、搬送・センサー機器、測定機の制御、ソフトウェアPLCなどを実行する。
ここで、PLC設定支援機能とは、加工ラインにおける各設備のリレー動作設定を支援する機能である。
ラダー制御設定支援機能とは、リレー動作の論理回路設定を支援し、ラダー図を設定する機能である。
加工機、設備動作条件設定機能とは、従来の加工機の制御装置に替り直接加工機とのNC加工データなどの各種設定が行え、具体的に加工データの通信を行う機能である。
次に、上記の段取り指示書の一例を図9に示す。

0067

同図に示すように、段取り指示書ファイルには、加工機・制御装置段取り指示書、治工具の段取り指示書、測定機・制御装置設定の段取り指示書、異常値センサー(振動・温度・工具振れ・画像等各センサ機器)・制御装置の段取り指示書、搬送機・制御装置の段取り指示書、切削油・切り粉排泄の段取り指示書、製品搬出の段取り指示書などが含まれる。
ここで、加工機・制御装置段取り指示書とは、各加工機に割り付けされた加工条件ファイル、試加工検査作業とその条件を記したシートである。
治工具の段取り指示書とは、加工機段取り替えに必要な治工具の設置作業と検査作業とその条件を記したシートである。
測定機・制御装置設定の段取り指示書とは、加工ラインに付帯された測定機にて部品測定を行うための部品セット段取り、及び測定動作設定を行うための測定機器の制御装置に対するセッテイングを支持するシートである。
異常値センサー・制御装置の段取り指示書とは、加工ラインの振動・温度・工具振れ・画像等の各センサー機器の段取り替え作業指示と条件を記したシートである。
搬送機・制御装置の段取り指示書とは、加工ラインのロボットなどの部品搬送機とその制御装置に対する段取り替え作業指示とその条件を記したシートである。
切削油・切り粉等排泄の段取り指示書とは、加工機の切削油と切粉排泄に関する作業指示とその条件を記したシートである。
製品搬出の段取り指示書とは、加工終了後の完成品搬出する際のパレット梱包作業等の指示を記したシートである。
次に、生産移管、海外の工場を含めた工場間のフレキシブルな生産調整に対応を可能にするためのシステム構成を図10に示す。

0068

本形態に係るシステム100では、国内マザー生産工場181における制御装置130が、本社180、汎用プログラム制御OS135の通信機能により工場181内、国内工場182間、海外工場183との通信が可能な通信ネットワーク機能を有する。国内マザー生産工場181における制御装置130を中心に、各工場181〜183の加工機・加工ライン設計データベースを一元管理し、部品生産移管などのライン変更に伴い、国内マザー生産工場181における制御装置130において、各国工場181〜183の設備加工条件ファイルを設定することが可能になるように構成されている。

0069

具体的には、国内マザー生産工場181における制御装置130において、海外工場183、国内工場182の部品生産ラインの段取り変更に必要な、設備仕様データと実際に運用されている設備加工条件ファイルが必要となる。

0070

国内マザー生産工場181における制御装置130は、各工場181〜183に設置されている生産ラインの加工機械、制御装置、搬送装置、センサー機器、測定機の情報をデータベースに格納し、部品移管に対する加工ラインの適正可否を判断する。すなわち、本形態では、図8に示したアプリケーション機能に加え、新たに、グローバルに展開する各生産工場の工場別生産ライン情報ファイルを設け、そのファイルに個別の設備仕様データと設備加工条件ファイルをデータベース化する。設備仕様ファイルは、現地国の機器調達、国内事情での制約がある場合が多く加工機、センサー等の仕様は海外製の場合大きく異なる場合ある。また、機器のサービス体制も国内程充実しておらずメンテナンスに課題がある。従って、メンテナンス、精度ファイルも重要となる。海外工場の機械差、環境差である電力状況温度環境従業員のモラルやセキュリテイまでも考慮しながら進めなければならない。制御装置130のアプリケーション機能では、工場間での生産移管、海外工場間での生産移管をタイムリーに行うには、工場間のネットワークが重要なので、統合的に設備仕様データと設備加工条件ファイルをグローバルに管理するシステムを考案した。海外工場の機械差、環境差であり、段取り替えには、段取り替え情報を如何にデータベース化して一元管理するかにかかる。また、多拠点の場合、ネットワークでの情報交換になり、国を跨いだ情報管理の為には、閉ざされた専用加工制御OSだけでは実現が不可能あえあり、アプリケーションソフトがネットワーク上でも使用可能な汎用プログラム制御OSとの連携が必要となり、本形態は、その課題を解決しながら統合的に加工ラインを統括するシステムを提供するものである。
次に、本形態に係るシステムにおいて、加工ラインXで生産していた製品を加工ラインYに移管する例を説明する。

0071

システム100におけるデータベース110は、加工ラインXを構成する加工機、搬送装置、センサー機器、測定機及びこれらの機器の制御装置の各設備仕様と、製品の加工ラインXでの加工条件、動作条件、センシング条件、測定条件を対象となる各部品ごとの動作を規定し、連動動作を制御する設備加工条件ファイルとを一元管理している。
ここで、設備仕様の一例を図11に示す。同図は、加工ラインXを構成する加工機Aの設備仕様と加工ラインYとする場合の加工機Bの設備仕様を示している。
図12は、加工ラインXを構成する加工機Aの設備加工条件ファイルを示している。

0072

制御装置130の汎用プログラム制御OS135上のアプリケーション機能は、上記データベース110における変更前の設備加工条件ファイル(図12参照)及び変更後の設備仕様(図11参照)に基づき変更の適正の合否が図13に示すように自動的に判断される。

0073

ここで、否の場合には、例えば図14に示す画面を見ながら、加工条件を自動的に編集する加工条件編集機能で、機械差に対して設備仕様と設備加工条件ファイルをラインYに対して適合できるように例えば図15に示すように変更する。

0074

変更に際しては、図16及び図17に示すような、メンテナンス・保全情報閲覧機能、不具合データ・履歴表示機能を用いてラインYの設備・不具合履歴情報を参照して、最終チェックを行い確定する。

0075

更に、制御装置130の汎用プログラム制御OS135上のアプリケーション機能は、変更された設備仕様と設備加工条件ファイルを基に段取り指示書作成機能を用いて加工機などへの段取り作業を規定した段取り指示書(図18参照)と、部品測定表作成機能を用いて測定機への指令または部品測定表(図19参照)を作成することが可能である。作成された指示書などの情報は、部署・人・工場間通信機能を用いて関連部署や作業者に伝達される。

0076

なお、海外工場や国内工場間の生産移管に対しては、図20に示すような工場環境表示(機械差・環境差)機能を用いて温度環境や電力など移管に必要なデータを参照しながら、図21に示すような設備仕様、設備加工条件ファイル編集機能を用いて当該ファイルを編集する。

0077

また、生産の統計管理・ラインモニタリング機能として、CPU内のPLCからの生産ライン情報(図22参照)から生産管理(工場・生産ライン・部品)機能・生産数量表示機能を用いて、各指標自動生成される。
その生産ライン情報は、通信機能により国内マザー生産工場181における制御装置130に送信され統合的に加工ラインの制御が行える。

0078

例えば、図23に示すように、国内マザー生産工場181を含めた各工場や本社における制御装置130のアプリケーション機能により、世界各国の工場別加工生産ラインの表示機能と編集機能で部品生産移管のシュミレーションを行うことができる。

0079

また、図24に示すように、国内マザー生産工場181を含めた各工場182、183や本社180における制御装置130のアプリケーション機能により、世界各国の工場別加工生産ラインの部品生産状況の表示機能と設備メンテナンスの表示を行うことができる。
本発明は上記の実施形態には限定されず、様々に変形して実施することが可能であり、その範囲も本発明の技術的範囲に属する。

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