CN107797530B - 数值控制装置、控制系统、控制方法以及计算机可读介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可以适当地调整加工工序内的各机床中的加工方法的数值控制装置、控制系统、控制方法以及控制程序。数值控制装置(1)具备：ROM(12)，其将多个加工程序和参数的组合与加工所需的第1周期时间一起存储；接收部(111)，其接收成为瓶颈的工序的第2周期时间；以及选择部，其在所述多个加工程序和参数的组合中不超过所述第2周期时间的范围内选择所述第1周期时间长的组合。

Description

数值控制装置、控制系统、控制方法以及计算机可读介质
技术领域
本发明涉及控制一系列工序内的多个机床的数值控制装置、控制系统、控制方法以及控制程序。
背景技术
作为用于控制机床的电子设备的数值控制装置(CNC)，主要是根据加工程序和各种参数来控制各种电动机实现加工。具体而言，为了使安装了切削刀具的主轴以及用于移动固定有工件的工件台等的轴而使用电动机。
在作为实际的加工现场的工厂设置多台机床，各机床进行各种部件的加工。另外，也存在使用多台机床按顺序进行1个部件的加工的情况。为了制作某产品，在工厂内有各种工序，从开始加工到完成产品所花费的时间对每一个部件和工序是不同的。因此，通过每个单位时间制作成品的处理能力即吞吐量来评估工厂整体的处理能力。
影响吞吐量的是处理花费时间最长的工序即瓶颈，而不是从加工开始到结束的时间长度。对于不是瓶颈的工序，即使进行生产活动到能力极限，工厂整体也无法进行瓶颈以上的处理，因此在制作成品的过程中产生的中间材料被过剩生产或在瓶颈之后的工序中机床运行的时间变短。
作为考虑了瓶颈的技术，提出制作优化工序的生产计划的方法(例如，参照日本专利文献1～3)。
【日本专利文献1】日本特开2004-30199号公报
【日本专利文献2】日本特开2004-145436号公报
【日本专利文献3】日本特开2012-243894号公报
发明内容
针对个别机床，有时加工到生产能力极限并不一定是高效的使用方法，而如果考虑刀具寿命和耗电，则可能降低切削速度更好。
作为降低加工速度的简单方法，可准备倍率变更等作为数值控制装置的功能，但在考虑了加工层面以及发生颤动等时，通常为了保持品质而需要对每一个机床进行单独的调整。在工厂仅由诸如1台或几台少量机床构成时，有时作业员可以观察整体流程来每次进行调整，但是也有需要几十台或几十台以上的机床的工厂。在这种情况下，作业员每次对个别机床的参数和加工程序进行调整的方法或者反映预先制作的备用方案的方法，都是台数多且花费时间，因此限于仅调整明显具有多余生产能力的机床。
本发明的目的在于提供可以适当地调整加工工序内的各机床中的加工方法的数值控制装置、控制系统、控制方法以及控制程序。
(1)本发明涉及一种数值控制装置(例如，后述的数值控制装置1)具备：存储部(例如，后述的ROM12)，其将多个加工程序和参数的组合与加工所需的第1周期时间一起存储；接收部(例如，后述的接收部111)，其接收成为瓶颈的工序的第2周期时间；以及选择部(例如，后述的选择部112)，其在所述多个加工程序和参数的组合中不超过所述第2周期时间的范围内选择所述第1周期时间长的组合。
(2)可以是在(1)所记载的数值控制装置中，所述数值控制装置具备：发送部(例如，后述的发送部113)，其向外部发送由所述选择部选择出的所述第1周期时间。
(3)可以是在(1)或(2)所记载的数值控制装置中，所述数值控制装置具备：计划部(计划部114)，其在成为所述瓶颈的工序处于数值控制装置自身下游、并且所述第2周期时间与由所述选择部选择出的所述第1周期时间之差超过阈值时，使加工时刻移动至预定的时间段。
(4)本发明涉及一种控制系统(例如，后述的控制系统100)具备多个数值控制装置和管理服务器(例如，后述的管理服务器2)，所述数值控制装置具备：存储部，其将多个加工程序和参数的组合与加工所需的第1周期时间一起存储；接收部，其接收成为瓶颈的机床的第2周期时间；选择部，其在所述多个加工程序和参数的组合中不超过所述第2周期时间的范围内选择所述第1周期时间长的组合；以及发送部，其向外部发送由所述选择部选择出的所述第1周期时间，所述管理服务器具备：收集部(例如，后述的收集部201)，其从所述数值控制装置收集所述第1周期时间；以及通知部(例如，后述的通知部202)，其将包括由所述收集部收集到的所述第1周期时间在内的全工序的周期时间中的最大值作为所述第2周期时间通知给所述数值控制装置。
(5)本发明涉及一种控制方法，由将多个加工程序和参数的组合与加工所需的第1周期时间一起存储的数值控制装置执行以下步骤：接收步骤，接收成为瓶颈的工序的第2周期时间；以及选择步骤，在所述多个加工程序和参数的组合中不超过所述第2周期时间的范围内选择所述第1周期时间长的组合。
(6)本发明涉及一种记录了控制程序的计算机可读介质，该控制程序用于使将多个加工程序和参数的组合与加工所需的第1周期时间一起存储的数值控制装置执行以下步骤：接收步骤，接收成为瓶颈的工序的第2周期时间；以及选择步骤，在所述多个加工程序和参数的组合中不超过所述第2周期时间的范围内选择所述第1周期时间长的组合。
根据本发明，可以适当地调整加工工序内的各机床中的加工方法。
附图说明
图1是表示控制系统的整体结构的示意图。
图2是表示数值控制装置的主要部分的硬件结构的框图。
图3是表示数值控制装置中的CPU的功能结构的框图。
图4是表示管理服务器的功能结构的框图。
图5是表示数值控制装置中的控制方法的流程图。
图6是表示在数值控制装置中改变周期时间时的一个例图。
符号说明
1 数值控制装置
2 管理服务器
3 网络
10 终端组
11 CPU
12 ROM(存储部)
201 收集部
202 通知部
100 控制系统
111 接收部
112 选择部
113 发送部
114 计划部
具体实施方式
以下，针对本发明的实施方式的一个例子进行说明。
图1是表示控制系统100的整体结构的示意图。
控制系统100包括包含多个数值控制装置(CNC)1的终端组10和管理服务器2，终端组10和管理服务器2经由LAN(Local Area Network)或因特网等网络3可以进行通信。
终端组10除了设置在加工工序中的数值控制装置1，例如可以被设置为分别对应于包括组装、搬运、检查等工序在内的工厂内的多个工序。
数值控制装置1是终端组10的一种，被设置给各个机床，并按所设定的参数以及程序，来控制机床所具备的伺服电动机等。
管理服务器2是管理终端组10的信息处理装置。终端组10的各终端可以经由管理服务器2与其他的终端进行各种数据的收发或取得管理服务器2的处理结果。在本实施方式中，管理服务器2从终端组10的各终端收集各工序的周期时间，并向各终端(数值控制装置1)通知瓶颈信息。
周期时间是为了完成一个成品所需的各工序的作业时间。例如，在一个成品需要在某1台机床中加工的3个部件时，如果加工一个该部件的时间为3分钟，则该机床的周期时间为3分钟×3＝9分钟。
图2是表示数值控制装置1的主要部分的硬件结构的框图。
在数值控制装置1时，CPU11是控制数值控制装置1的整体的处理器。CPU11经由总线20读出存储在ROM12中的系统程序，并根据该系统程序控制数值控制装置1的整体。
RAM13中存储暂时性的计算数据、显示数据以及操作者经由显示器/MDI单元70输入的各种数据。另外，通常对RAM的访问比对ROM的访问更高速，CPU11可以预先在RAM13上展开存储在ROM12中的系统程序，并从RAM13读入系统程序。
非易失性存储器14是磁存储装置、闪存、MRAM、FRAM(注册商标)、EEPROM或由电池备份的SRAM或DRAM等，是即使关闭数值控制装置1的电源，也保持存储状态的非易失性存储器。非易失性存储器14中存储有经由接口15、显示器/MDI单元70或通信部27输入的加工程序等。
ROM12中预先写入用于实施以下处理的各种系统程序：用于为了加工程序的制作以及编辑所需的编辑模式的处理、用于自动运转的处理。
各种加工程序经由接口15、显示器/MDI单元70或通信部27被输入存储至非易失性存储器14。
接口15连接数值控制装置1与外部设备72。加工程序以及各种参数等从外部设备72被读入数值控制装置1。另外，在数值控制装置1内编辑的加工程序可以经由外部设备72存储至外部存储单元。作为接口15的具体例，列举RS232C、USB、SATA、PC卡插槽、CF卡插槽、SD卡插槽、以太网(注册商标)、Wi-Fi等。接口15可以在显示器/MDI单元70上。作为外部设备72例子，列举计算机、USB存储器、CFast、CF卡、SD卡等。
PMC(Programmable Machine Controller可编程机床控制器)16通过内置在数值控制装置1中的序列程序，经由I/O单元17向机床的辅助装置(例如，自动刀具更换装置)输出并控制信号。另外，PMC16接收配备在机床的主体中的操作面板71的各种开关等的信号，并在进行了所需的信号处理后，传递至CPU11。此外，PMC16通常也被称为PLC(ProgrammableLogic Controller可编程逻辑控制器)。
操作面板71连接至PMC16。操作面板71可以具备手动脉冲发生器等。
显示器/MDI单元70是具备显示器(显示部)以及键盘或触摸屏等的操作部的手动数据输入装置。接口18除了将显示用的画面数据发送至显示器/MDI单元70的显示器，还接收来自显示器/MDI单元70的操作部的指令以及数据而传递至CPU11。
各轴的轴控制电路30～34接收来自CPU11的各轴的移动指令量，并将各轴的指令输出至伺服放大器40～44。
伺服放大器40～44接收该指令，驱动各轴的伺服电动机50～54。各轴的伺服电动机50～54内置位置以及速度的检测器，并将位置以及速度反馈信号反馈至轴控制电路30～34，来进行位置以及速度的反馈控制。
主轴控制电路60接收对机床的主轴旋转指令，并向主轴放大器61输出主轴速度信号。主轴放大器61接收该主轴速度信号，并使机床的主轴电动机62以所指令的旋转速度进行旋转，驱动刀具。
在主轴电动机62中使用齿轮或皮带等连接脉冲编码器63，脉冲编码器63与主轴的旋转同步地输出反馈脉冲，由CPU11经由总线20读取该反馈脉冲。
图3是表示数值控制装置1中的CPU11的功能结构的框图。
CPU11具备接收部111、选择部112、发送部113以及计划部114。
通过CPU11执行存储在ROM12中的系统程序实现这些各功能部。
ROM12(存储部)将多个加工程序和参数的组合与加工所需的第1周期时间一起存储。具体而言，例如将2个或多个种类的预先调整完的“用于以高速进行加工的参数和加工程序”以及“虽然花费时间，但是在刀具寿命以及耗电方面有利的参数和加工程序”与储加工时间(第1周期时间)一起存储。
接收部111受理在工厂整体或直到自身相关产品的完成的流程中成为瓶颈的工序的周期时间(第2周期时间)。具体而言，接收部111从管理服务器2接收成为瓶颈的工序的第2周期时间以及作为该工序的位置至少是处于数值控制装置自身上游或下游的信息。
此外，接收部111可以通过作业者受理第2周期时间的输入。
选择部112在存储在ROM12中的多个加工程序和参数的组合中不超过成为瓶颈的工序的第2周期时间的范围内选择第1周期时间长的组合。也就是说，选择部112比较自身的第1周期时间与瓶颈的第2周期时间，在不影响工厂整体的吞吐量的范围内，通过将加工时间设定得长，来延长刀具寿命并减少耗电。
发送部113定期地或在预定的定时向管理服务器2发送当前的周期时间、即对应于由选择部112选择出的加工程序和参数的组合的第1周期时间。
计划部114在成为瓶颈的工序处于自身下游并且第2周期时间与由选择部112选择出的第1周期时间之差超过阈值时，使加工时刻移动至预定的时间段。即数值控制装置1在下游工序之前，预先在最佳时间段完成自身的工序。
此时，作为预定的时间段，例如选择电费便宜的时间段，实现省电。
图4是表示管理服务器2的功能结构的框图。
管理服务器2具备收集部201和通知部202。
收集部201从各工序的数值控制装置1收集第1周期时间，也同样地从终端组10所包括的其他终端收集周期时间。
通知部202向数值控制装置1通知包括由收集部201从数值控制装置1收集到的第1周期时间在内的全工序的周期时间中的最大值作为成为瓶颈的第2周期时间。此时，通知部202一起发送表示成为瓶颈的工序的位置的信息。
图5是表示数值控制装置1中的控制方法的流程图。
该处理被定期地反复执行。
在步骤S1中，接收部111从管理服务器2接收成为瓶颈的工序的第2周期时间(A)。
在步骤S2中，选择部112判定自身的工序是否为瓶颈。该判定为是时，处理移至步骤S7，当判定为否时，处理移至步骤S3。
在步骤S3中，选择部112比较存储在ROM12中的多个加工程序和参数的组合对应的周期时间与在步骤S1中接收到的第2周期时间(A)。然后，选择部112在不超过第2周期时间(A)的范围内选择与最晚的第1周期时间(B)的加工程序和参数对应的组合。
在步骤S4中，计划部114判定第2周期时间(A)-第1周期时间(B)是否超过阈值。该判定为是时，处理移至步骤S5，当判定为否时，处理移至步骤S7。
在步骤S5中，计划部114判定当前的时刻是否是电费便宜的预定的时间段。该判定为是时，处理移至步骤S7，当判定为否时，处理移至步骤S6。
在步骤S6中，计划部114判定到预定的时间段为止在自身下游工序的瓶颈中所需部件的加工是否结束。该判定为是时，处理移至步骤S8，当判定为否时，处理移至步骤S7。
在步骤S7中，计划部114根据选择出的加工程序以及参数继续生产。
在步骤S8中，计划部114中断加工，并设为待机状态直到预定的时间段。
在步骤S9中，发送部113向管理服务器2发送对应于当前选择出的加工程序以及参数的第1周期时间(B)。
图6是表示在数值控制装置1中改变周期时间时的一个例图。
在该例子中，在由数值控制装置1a所进行的加工工序中，以周期时间4分钟来生产部件A，并在由数值控制装置1b所进行的加工工序中，以周期时间30分钟来加工部件A生产部件B。另外，在由数值控制装置1c所进行的加工工序中，以周期时间17分钟来生产部件C。然后，在设置终端10a的组装工序中，以周期时间10分钟来组装部件B和部件C生产成品。
此时，数值控制装置1b的加工工序成为瓶颈，并向各终端通知管理服务器2从各工序所收集的周期时间中30分钟瓶颈的周期时间。
在数值控制装置1a中，选择周期时间在30分钟以内的最佳的程序，周期时间被变更为18分钟。另外，数值控制装置1c也选择周期时间在30分钟以内的最佳的程序，周期时间被变更为25分钟。
此外，组装工序的周期时间虽然没有被变更，但是根据通知到终端10a的瓶颈的信息，例如可以进行作业者的计划调整。
由于数值控制装置1a以及1c的周期时间被变更，因此整体的周期时间从“4+30+10＝44分钟”增加至“18+30+10＝58分钟”，但是每一个小时的成品的吞吐量是“1小时/30分＝2个”没有发生变化。如此，数值控制装置1可以变更周期时间而不改变吞吐量。
根据本实施方式，数值控制装置1可以对周期时间不同的加工程序以及参数进行变更。数值控制装置1在取得成为瓶颈的工序的周期时间时，当自身有过剩生产能力时，通过使用长周期时间的加工程序和参数来控制加工，可以在保持吞吐量的同时，适当地调整机床中的加工方法。结果延长刀具寿命并且降低耗电。
另外，即使在由于设备增强或生产产品发生变化等而改变成为瓶颈的机床或工序时，数值控制装置1也可以根据新的瓶颈，调整个别机床的周期时间。
数值控制装置1还向管理服务器2发送自身的周期时间，并从管理服务器2取得瓶颈的信息，由此可以实时地自动调整周期时间。
另外，在与瓶颈的生产能力相比，个别机床的生产能力过大，即周期时间非常短时，数值控制装置1可以将进行加工的时间段设定为电费便宜的深夜等降低耗电。
此外，用户可以设定与用于移动时间段的周期时间的差分有关的阈值。例如，阈值可以被设定为成为瓶颈的周期时间的一定比率。
以上，针对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于上述实施方式。另外，本实施方式所公开的效果只是列举了本发明所产生的最佳效果，本发明所产生的效果并不限定于本实施方式所公开的内容。
在本实施方式中，选择部112选择了不超过第2周期时间的最长的周期时间，但是并不限定于此。例如，为了避免剧烈变化也可以选择慢一级的加工程序以及参数。另外，例如，在由于临近更换设备而需要一定以上的加工速度时等情况下，可以根据外部状况选择由作业者所指定的加工程序以及参数。
可通过软件实现数值控制装置1的控制方法。当通过软件实现时，构成该软件的程序被安装在计算机(数值控制装置1)中。另外，这些程序可以记录在可移动介质中来分发给用户，也可以经由网络下载至用户的计算机中，由此进行分发。

Claims (6)

1.一种数值控制装置，其特征在于，具备：
存储部，其针对构成加工工序的每个机床，将多个加工程序和参数的组合与加工所需的第1周期时间一起存储，所述多个加工程序和参数的组合至少包括用于高速进行加工的加工程序和参数的组合以及虽然花费时间但在工具寿命或耗电方面有利的加工程序和参数的组合；
接收部，其接收成为瓶颈的工序的第2周期时间；以及
选择部，其在所述多个加工程序和参数的组合中不超过所述第2周期时间的范围内选择所述第1周期时间变长的组合。
2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，
所述数值控制装置具备发送部，该发送部向外部发送由所述选择部选择出的所述第1周期时间。
3.根据权利要求1或2所述的数值控制装置，其特征在于，
所述数值控制装置具备计划部，该计划部在成为所述瓶颈的工序处于数值控制装置自身下游、并且所述第2周期时间与由所述选择部选择出的所述第1周期时间之差超过阈值时，使加工时刻移动至预定的时间段。
4.一种控制系统，其特征在于，具备多个数值控制装置和管理服务器，
所述数值控制装置具备：
存储部，其将多个加工程序和参数的组合与加工所需的第1周期时间一起存储；
接收部，其接收成为瓶颈的机床的第2周期时间；
选择部，其在所述多个加工程序和参数的组合中不超过所述第2周期时间的范围内选择所述第1周期时间变长的组合；以及
发送部，其向外部发送由所述选择部选择出的所述第1周期时间，
所述管理服务器具备：
收集部，其从所述数值控制装置收集所述第1周期时间；以及
通知部，其将包括由所述收集部收集到的所述第1周期时间在内的全工序的周期时间中的最大值作为所述第2周期时间通知给所述数值控制装置。
5.一种控制方法，其特征在于，
数值控制装置针对构成加工工序的每个机床，将多个加工程序和参数的组合与加工所需的第1周期时间一起存储，所述多个加工程序和参数的组合至少包括用于高速进行加工的加工程序和参数的组合以及虽然花费时间但在工具寿命或耗电方面有利的加工程序和参数的组合，
所述数值控制装置执行以下步骤：
接收步骤，接收成为瓶颈的工序的第2周期时间；以及
选择步骤，在所述多个加工程序和参数的组合中不超过所述第2周期时间的范围内选择所述第1周期时间变长的组合。
6.一种记录了控制程序的计算机可读介质，其特征在于，
数值控制装置针对构成加工工序的每个机床，将多个加工程序和参数的组合与加工所需的第1周期时间一起存储，所述多个加工程序和参数的组合至少包括用于高速进行加工的加工程序和参数的组合以及虽然花费时间但在工具寿命或耗电方面有利的加工程序和参数的组合，
所述控制程序用于使所述数值控制装置执行以下步骤：
接收步骤，接收成为瓶颈的工序的第2周期时间；以及
选择步骤，在所述多个加工程序和参数的组合中不超过所述第2周期时间的范围内选择所述第1周期时间变长的组合。
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