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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Industriemaschinen-Steuersystem.
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Stand der Technik
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Im Hinblick auf eine reale Vorrichtung, die eine Industriemaschine, eine Steuereinheit und eine Antriebsvorrichtung wie einen Motor und einen Verstärker umfasst, die die Industriemaschine steuern und antreiben, ist herkömmlich ein digitaler Simulator entwickelt worden, in dem jede der Industriemaschine, der Steuereinheit, der Antriebsvorrichtung usw. auf der Basis jedes theoretischen Wertes modelliert wird.
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Der digitale Simulator hat im Allgemeinen eine Struktur, in der jedes Gerät mit Software nachgebildet wird.
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In dieser Hinsicht ist eine Technik bekannt, die ein qualitativ hochwertiges Design ermöglicht, indem sie eine Software für den Betrieb einer Steuereinheit, die ein in einer Anlage installiertes Feldgerät steuert, erstellt und Fehler beseitigt, eine Cloud für die Simulation eines Betriebszustands der Steuereinheit gemäß einer simulierten Eingabe oder einer Eingabe an die Steuereinheit und die Software bereitstellt und Fehler der Software auf der Grundlage eines Betriebsergebnisses der Simulation und einer Ausgabe der Steuereinheit oder einer simulierten Eingabe beseitigt. Siehe zum Beispiel Patentdokument 1.
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Zitationsliste
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Patentdokument
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Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer.
2020- 52 812 -
Erfindung
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Durch die Erfindung zu lösende Probleme
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Ein digitaler Simulator, wie er im Patentdokument 1 offenbart ist, simuliert und emuliert eine reale Vorrichtung, die eine Industriemaschine sowie eine digitale Vorrichtung und eine Antriebsvorrichtung wie einen Motor und einen Verstärker umfasst, die die Industriemaschine individuell steuern und antreiben, aber es gibt eine Grenze für die Simulation und Emulation, und es ist schwierig, das Verhalten der realen Vorrichtung genau zu reproduzieren.
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Dies wird durch die Elemente der realen Vorrichtung verursacht, die nicht einfach durch Software simuliert werden können, z. B. Verzögerungen zwischen den Kommunikationen, mechanische Verluste, CPU-Leistung (Zentraleinheit), Änderungen aufgrund der Umgebung und dergleichen.
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Daher ist es wünschenswert, den Zustand der realen Vorrichtung genauer zu reproduzieren, indem die Betriebszustandsdaten verwendet werden, die das Verhalten der realen Vorrichtung anzeigen.
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Mittel zur Lösung der Probleme
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Ein Aspekt eines Industriemaschinen-Steuersystems der vorliegenden Erfindung stellt ein Industriemaschinen-Steuersystem bereit, das eine reale Vorrichtung mit einer Steuervorrichtung, die zum Steuern einer Industriemaschine konfiguriert ist, und eine digitale Vorrichtung, die zum Simulieren der realen Vorrichtung mit Software konfiguriert ist, umfasst. Die digitale Vorrichtung enthält eine Eingabeeinheit zum Eingeben von Betriebszustandsdaten, die in der realen Vorrichtung erfasst wurden, in die digitale Vorrichtung. Die digitale Vorrichtung simuliert die reale Vorrichtung mit den Betriebszustandsdaten, die in die Eingabeeinheit eingegeben werden.
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Auswirkungen der Erfindung
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Gemäß einem Aspekt kann unter Verwendung der Betriebszustandsdaten, die das Verhalten der realen Vorrichtung angeben, ein genauerer Zustand der realen Vorrichtung reproduziert werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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- 1 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein funktionales Konfigurationsbeispiel eines Industriemaschinen-Steuersystems gemäß einer Ausführungsform zeigt;
- 2 zeigt ein Betriebsbeispiel des Industriemaschinen-Steuersystems, wenn der Betrieb einer Kontaktplan-Steuereinheit unter Verwendung einer tatsächlichen Signalverarbeitungsgeschwindigkeit reproduziert wird;
- 3A zeigt ein Beispiel für einen Befehl eines Kontaktplanprogramms;
- 3B ist ein Beispiel für ein Zeitdiagramm der Anweisung in 3A;
- 4 zeigt ein Betriebsbeispiel des Industriemaschinen-Steuersystems, wenn der Betrieb einer Werkzeugmaschine unter Verwendung tatsächlicher Rückführungswerte reproduziert wird;
- 5 zeigt ein Betriebsbeispiel des Industriemaschinen-Steuersystems, wenn der Betrieb der Werkzeugmaschine unter Verwendung von tatsächlichen Rückführungswerten reproduziert wird;
- 6 zeigt ein Betriebsbeispiel des Industriemaschinen-Steuersystems, wenn ein Bearbeitungsprogramm gemäß der tatsächlichen CPU-Leistung einer numerischen Steuervorrichtung geändert wird;
- 7 zeigt ein Beispiel für ein Bearbeitungsprogramm zur Prüfung, das BPTmin misst;
- 8 zeigt ein Beispiel für die Beziehung zwischen der Blocklänge und dem BPT;
- 9 zeigt ein Beispiel für das Hinzufügen oder Löschen von Befehlspunkten eines Bearbeitungsprogramms durch eine Simulationsausführungseinheit;
- 10 zeigt ein Betriebsbeispiel des Industriemaschinen-Steuersystems, wenn ein Bearbeitungsprogramm auf der Basis der tatsächlichen Leistungsaufnahme der Werkzeugmaschine geändert wird;
- 11 zeigt ein Beispiel für die Beziehung zwischen der Vorschubgeschwindigkeit (oder Spindeldrehzahl) und der Leistungsaufnahme;
- 12 zeigt ein Beispiel für die Beziehung zwischen der Vorschubgeschwindigkeit (oder der Spindeldrehzahl) und der Gesamtleistungsaufnahme;
- 13 zeigt ein Betriebsbeispiel des Industriemaschinen-Steuersystems, wenn das Auftreten eines Überhitzungsalarms anhand der Motortemperatur der Werkzeugmaschine reproduziert wird; und
- 14 zeigt ein Beispiel für die Beziehung zwischen der Rotationszeit und der Motortemperatur für jede Rotationsgeschwindigkeit (oder Strom).
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Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
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<Eine Ausführungsform>
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1 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein funktionales Ausführungsbeispiel eines Industriemaschinen-Steuersystems gemäß einer Ausführungsform zeigt. Dabei ist eine Werkzeugmaschine beispielhaft als Industriemaschine und eine numerische Steuervorrichtung beispielhaft als Steuervorrichtung dargestellt. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf Werkzeugmaschinen und numerische Steuervorrichtungen beschränkt, sondern kann auch auf Industriemaschinen wie Spritzgießmaschinen, Industrieroboter und Serviceroboter sowie auf Roboter-Steuervorrichtungen zur Steuerung von Industrierobotern und dergleichen angewendet werden.
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Wie in 1 dargestellt, umfasst ein Industriemaschinen-Steuersystem 1 eine Werkzeugmaschine 10 als reale Vorrichtung und eine digitale Vorrichtung 20.
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Die Werkzeugmaschine 10 und die digitale Vorrichtung 20 können über eine Verbindungsschnittstelle (nicht dargestellt) direkt miteinander verbunden sein. Die Werkzeugmaschine 10 und die digitale Vorrichtung 20 können über ein Netzwerk (nicht dargestellt), wie z. B. ein LAN (Local Area Network) oder das Internet, miteinander verbunden sein. In diesem Fall sind die Werkzeugmaschine 10 und die digitale Vorrichtung 20 jeweils mit einer Kommunikationseinheit (nicht dargestellt) ausgebildet, um über eine solche Verbindung miteinander zu kommunizieren.
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<Werkzeugmaschine 10>
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Die Werkzeugmaschine 10 ist eine dem Fachmann bekannte Werkzeugmaschine und umfasst eine numerische Steuervorrichtung 11 als Steuereinheit, eine Antriebsvorrichtung 12, ein Peripheriegerät 13 und eine Informationserfassungsvorrichtung 14. Die Werkzeugmaschine 10 arbeitet auf der Basis eines Betriebsbefehls der numerischen Steuervorrichtung 11, der später beschrieben wird.
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Sowohl die numerische Steuervorrichtung 11, die Antriebsvorrichtung 12, das Peripheriegerät 13 sowie die Informationserfassungsvorrichtung 14 sind in der Werkzeugmaschine 10 enthalten, kann aber eine von der Werkzeugmaschine 10 verschiedene Vorrichtung sein.
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Bei der numerischen Steuervorrichtung 11 handelt es sich um eine dem Fachmann bekannte numerische Steuervorrichtung, die beispielsweise einen Arbeitsbefehl auf der Basis eines von einer CAD/CAM-Vorrichtung oder dergleichen (nicht dargestellt) erhaltenen Bearbeitungsprogramms erzeugt und den erzeugten Arbeitsbefehl an die Werkzeugmaschine 10 überträgt. Somit steuert die numerische Steuervorrichtung 11 den Betrieb der Werkzeugmaschine 10. Handelt es sich bei der Werkzeugmaschine 10 um einen Roboter oder ähnliches, kann die numerische Steuervorrichtung 11 eine Roboter-Steuervorrichtung oder ähnliches sein.
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Während der Steuerung der Werkzeugmaschine 10 gibt die numerische Steuervorrichtung 11 Informationen über die Signalverarbeitungsgeschwindigkeit und die Verarbeitungsfähigkeit der CPU sowie Informationen über die Menge der elektrischen Leistung und dergleichen an die Informationserfassungsvorrichtung 14, die später beschrieben wird, als Betriebszustandsdaten R aus.
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Die Antriebsvorrichtung 12 treibt einen Motor (nicht dargestellt) für eine in der Werkzeugmaschine 10 enthaltene Spindel über einen in der Antriebsvorrichtung 12 enthaltenen Verstärker (nicht dargestellt) auf der Basis eines Befehls von der numerischen Steuervorrichtung 11 an. Insbesondere treibt die Antriebsvorrichtung 12 den Motor (nicht dargestellt) an, während sie Informationen, einschließlich der Position und Geschwindigkeit des Motors (nicht dargestellt), die von einem Encoder (nicht dargestellt) erfasst werden, als Signal zurückführt. Der Motor (nicht dargestellt) kann für verschiedene Motoren verwendet werden, die für eine Vorschubwelle und eine Spindel einer Werkzeugmaschine, einer Industriemaschine, eines Arms eines Industrieroboters und dergleichen verwendet werden.
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Während die Antriebsvorrichtung 12 den Verstärker und den Motor (nicht dargestellt) antreibt, gibt sie Informationen (z. B. Drehzahl, Motortemperatur usw.) über das Verhalten des Motors (nicht dargestellt) oder der Maschine an die Informationserfassungsvorrichtung 14 (später beschrieben) als Betriebszustandsdaten R aus.
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Das Peripheriegerät 13 ist ein Bandförderer oder dergleichen und arbeitet auf der Grundlage eines Befehls der numerischen Steuervorrichtung 11. Während des Betriebs gibt das Peripheriegerät 13 Informationen über die Umgebung, wie z.B. die Temperatur, an die später beschriebene Informationserfassungsvorrichtung 14 als Betriebszustandsdaten Raus.
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Die Informationserfassungsvorrichtung 14 ist beispielsweise ein Computer und umfasst eine Erfassungseinheit 141 für Betriebszustandsdaten R. Die Informationserfassungsvorrichtung 14 enthält eine arithmetische Verarbeitungsvorrichtung, wie z.B. eine CPU. Die Informationserfassungsvorrichtung 14 umfasst eine Hilfsspeichereinheit wie ein HDD (Festplattenlaufwerk), in der verschiedene Steuerprogramme wie Anwendungssoftware und ein OS (Betriebssystem) gespeichert sind, und eine Hauptspeichereinheit wie einen RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff), in dem Daten gespeichert sind, die vorübergehend für die Rechenverarbeitungsvorrichtung zur Ausführung eines Programms erforderlich sind.
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Dann liest die arithmetische Verarbeitungsvorrichtung in der Informationserfassungsvorrichtung 14 die Anwendungssoftware und das Betriebssystem aus der Hilfsspeichereinheit und führt eine arithmetische Verarbeitung auf der Basis der Anwendungssoftware und des Betriebssystems durch, während sie die gelesene Anwendungssoftware und das Betriebssystem in der Hauptspeichereinheit erweitert. Ferner werden auf der Grundlage der arithmetischen Ergebnisse verschiedene in der Informationserfassungsvorrichtung 14 enthaltene Hardware gesteuert. Auf diese Weise werden die Funktionsblöcke der vorliegenden Ausführungsform implementiert. Das heißt, die vorliegende Ausführungsform kann durch die Zusammenarbeit von Hardware und Software implementiert werden.
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Die Betriebszustandsdaten-Erfassungseinheit 141 erfasst die Betriebszustandsdaten R, die von jeeweils der numerischen Steuervorrichtung 11, der Antriebsvorrichtung 12 und dem Peripheriegerät 13 ausgegeben werden, und gibt die erfassten Betriebszustandsdaten R an die später beschriebene digitale Vorrichtung 20 aus.
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In dem Industriemaschinen-Steuersystem 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Informationserfassungsvorrichtung 14 in der Werkzeugmaschine 10 angeordnet, kann aber auch in der digitalen Vorrichtung 20 angeordnet sein.
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<Digitale Vorrichtung 20>
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Die digitale Vorrichtung 20 ist z.B. ein Computer und umfasst eine Eingabeeinheit 21, eine Steuereinheit 22 und eine Speichereinheit 23. Die Steuereinheit 22 umfasst eine Simulationsausführungseinheit 220. Die Simulationsausführungseinheit 220 umfasst eine Betriebszustandsdaten-Differenzerzeugungseinheit 221.
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Die Eingabeeinheit 21 gibt die in der Werkzeugmaschine 10 als reale Vorrichtung erfassten Betriebszustandsdaten R in die digitale Vorrichtung 20 ein.
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Insbesondere gibt die Eingabeeinheit 21 beispielsweise die Betriebszustandsdaten R jeweils der numerischen Steuervorrichtung 11, der Antriebsvorrichtung 12 und dem Peripheriegerät 13 der Werkzeugmaschine 10, die von der Informationserfassungsvorrichtung 14 der Werkzeugmaschine 10 erfasst werden, in die digitale Vorrichtung 20 ein.
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Die Speichereinheit 23 ist ein RAM, eine HDD und dergleichen und speichert die Betriebszustandsdaten R, Betriebszustands-Differenzdaten 231 und Betriebszustandsdaten D.
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Wie zuvor beschrieben, sind die Betriebszustandsdaten R die Betriebszustandsdaten R jeweils der numerischen Steuervorrichtung 11, der Antriebsvorrichtung 12 und dem Peripheriegerät 13 der Werkzeugmaschine 10, die von der Informationserfassungsvorrichtung 14 der Werkzeugmaschine 10 erfasst werden.
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Die Betriebszustands-Differenzdaten 231 sind Differenzdaten zwischen den Betriebszustandsdaten R jeweils der numerischen Steuervorrichtung 11, der Antriebsvorrichtung 12 und dem Peripheriegerät 13 und den Betriebszustandsdaten D jeder der numerischen Steuervorrichtung 11, der Antriebsvorrichtung 12 und dem Peripheriegerät 13, die von der später beschriebenen Simulationsausführungseinheit 220 simuliert und von der später beschriebenen Betriebszustandsdaten-Differenzerzeugungseinheit 221 berechnet werden.
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Die Betriebszustandsdaten D sind die Betriebszustandsdaten D jeder der numerischen Steuervorrichtung 11, der Antriebsvorrichtung 12 und dem Peripheriegerät 13, die durch die später beschriebene Simulationsausführungseinheit 220 simuliert (emuliert) wurden.
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Die Steuereinheit 22 umfasst eine CPU, ein ROM, ein RAM, einen CMOS (komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter)-Speicher und dergleichen, die so konfiguriert sind, dass sie über einen Bus miteinander kommunizieren, und die dem Fachmann bekannt sind.
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Die CPU ist ein Prozessor, der die gesamte digitale Vorrichtung 20 steuert. Die CPU liest das Systemprogramm und die im ROM gespeicherten Anwendungsprogramme über den Bus und steuert die gesamte digitale Vorrichtung 20 gemäß dem Systemprogramm und den Anwendungsprogrammen. Dabei ist, wie in 1 gezeigt, die Steuereinheit 22 so konfiguriert, dass sie die Funktion der Simulationsausführungseinheit 220 implementiert. Die Simulationsausführungseinheit 220 ist konfiguriert, um die Funktion der Betriebszustandsdaten-Differenzerzeugungseinheit 221 zu implementieren. Der RAM speichert eine Vielzahl von Daten, wie z. B. temporäre Berechnungsdaten und Anzeigedaten. Der CMOS-Speicher wird durch eine Batterie (nicht dargestellt) gesichert und ist als nichtflüchtiger Speicher konfiguriert, in dem ein Speicherzustand auch dann gehalten wird, wenn die digitale Vorrichtung 20 ausgeschaltet ist.
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Die Simulationsausführungseinheit 220 führt eine Simulation für den Betrieb jeder der numerischen Steuervorrichtung 11, der Antriebsvorrichtung 12 und des Peripheriegeräts 13 auf der Basis eines in der Werkzeugmaschine 10 ausgeführten Bearbeitungsprogramms aus und erfasst die Betriebszustandsdaten D, die den Betrieb und/oder den Zustand jeder der numerischen Steuervorrichtung 11, der Antriebsvorrichtung 12 und des Peripheriegeräts 13 angeben. Die Simulationsausführungseinheit 220 speichert die erfassten Betriebszustandsdaten D von jeweils der numerischen Steuervorrichtung 11, der Antriebsvorrichtung 12 und des Peripheriegeräts 13 in der Speichereinheit 23.
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Die Betriebszustandsdaten-Differenzerzeugungseinheit 221 erzeugt die Betriebszustands-Differenzdaten 231 durch Berechnen der Differenz zwischen den Betriebszustandsdaten R und den Betriebszustandsdaten D von jeweils der numerischen Steuervorrichtung 11, der Antriebsvorrichtung 12 und des Peripheriegeräts 13. Die Betriebszustandsdaten-Differenzerzeugungseinheit 221 speichert die erzeugten Betriebszustands-Differenzdaten 231 von jeweils der numerischen Steuervorrichtung 11, der Antriebsvorrichtung 12 und des Peripheriegeräts 13 in der Speichereinheit 23.
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In dem Industriemaschinen-Steuersystem 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Betriebszustandsdaten-Differenzerzeugungseinheit 221 in der digitalen Vorrichtung 20 angeordnet, kann aber auch in der Informationserfassungsvorrichtung 14 der Werkzeugmaschine 10 angeordnet sein oder sowohl in der Informationserfassungsvorrichtung 14 als auch in der digitalen Vorrichtung 20 angeordnet sein. Wenn die Betriebszustandsdaten-Differenzerzeugungseinheit 221 in der Informationssammelvorrichtung 14 angeordnet ist, kann die digitale Vorrichtung 20 die Betriebszustandsdaten D von jeweils der numerischen Steuervorrichtung 11, der Antriebsvorrichtung 12 und des Peripheriegeräts 13, die durch die Simulationsausführungseinheit 220 simuliert werden, an die Informationssammelvorrichtung 14 der Werkzeugmaschine 10 ausgeben.
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Als nächstes werden in Bezug auf den Betrieb des Industriemaschinen-Steuersystems 1 (A) ein Fall, in dem der Betrieb der Werkzeugmaschine 10 unter Verwendung einer tatsächlichen Signalverarbeitungsgeschwindigkeit reproduziert wird, (B) ein Fall, in dem der Betrieb der Werkzeugmaschine 10 unter Verwendung tatsächlicher Rückführungswerte reproduziert wird, (C) ein Fall, in dem das Bearbeitungsprogramm gemäß der tatsächlichen CPU-Leistung der numerischen Steuervorrichtung 11 modifiziert wird, (D) ein Fall, in dem das Bearbeitungsprogramm auf der Grundlage der tatsächlichen Leistungsaufnahme der Werkzeugmaschine 10 modifiziert wird, und (E) ein Fall, in dem das Auftreten eines Überhitzungsalarms unter Verwendung der Motortemperatur der Werkzeugmaschine 10 reproduziert wird, beschrieben.
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(A) In Bezug auf den Fall, in dem der Betrieb der Werkzeugmaschine 10 anhand der tatsächlichen Signalverarbeitungsgeschwindigkeit reproduziert wird
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2 zeigt ein Betriebsbeispiel des Industriemaschinen-Steuersystems 1, wenn der Betrieb der Kontaktplansteuereinheit unter Verwendung der tatsächlichen Signalverarbeitungsgeschwindigkeit reproduziert wird.
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Wie in 2 gezeigt, implementiert und führt die numerische Steuervorrichtung 11 der Werkzeugmaschine 10 ein Kontaktplanprogramm in der Kontaktplansteuervorrichtung (nicht gezeigt) aus, die beispielsweise mit der numerischen Steuervorrichtung 11 verbunden ist. Die numerische Steuervorrichtung 11 misst die Signalverarbeitungsgeschwindigkeit bei der Steuerung der Werkzeugmaschine 10 und gibt Informationen über die gemessene Signalverarbeitungsgeschwindigkeit als Betriebszustandsdaten R an die Informationserfassungsvorrichtung 14 aus. Die Informationserfassungsvorrichtung 14 gibt die Betriebszustandsdaten R der numerischen Steuervorrichtung 11 an die digitale Vorrichtung 20 aus. Die digitale Vorrichtung 20 passt die Signalverarbeitungsgeschwindigkeit an diejenige der Werkzeugmaschine 10 zum Zeitpunkt der Implementierung an, basierend auf der Signalverarbeitungsgeschwindigkeit, die in den Betriebszustandsdaten R enthalten ist, die von der Werkzeugmaschine 10 erfasst wurden, und simuliert das Kontaktplanprogramm.
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Insbesondere misst beispielsweise die numerische Steuervorrichtung 11 die Verarbeitungszeit jedes Befehls als Signalverarbeitungsgeschwindigkeit, wenn die Kontaktplansteuervorrichtung (nicht gezeigt) jeden Befehl des Kontaktplanprogramms ausführt.
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3A zeigt ein Beispiel für eine Anweisung des Kontaktplanprogramms. 3B ist ein Beispiel für ein Zeitdiagramm der Anweisung in 3A. Der Fall des in 3A gezeigten Befehls wird beschrieben, und die Signalverarbeitungsgeschwindigkeit anderer Befehle wird auf die gleiche Weise gemessen wie im Fall von 3A.
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Wenn beispielsweise die Kontaktplansteuereinheit (nicht dargestellt) einen Befehl zum Schreiben von Daten in die in 3A gezeigte numerische Steuervorrichtung 11 ausführt, misst die numerische Steuervorrichtung 11 eine Zeit t von einem Zeitpunkt t1, zu dem die Kontaktplansteuereinheit (nicht dargestellt) ein ACT-Signal zur Ausführung des Befehls ausgibt, bis zu einem Zeitpunkt t3, zu dem die Kontaktplansteuereinheit (nicht dargestellt) die Verarbeitung des Funktionsbefehls intern abschließt, als die Verarbeitungszeit des Befehls. Da eine Zeit t4 bis zu einer Zeit t6, während der ein Abschlusssignal W1 zurückgegeben wird, die nachfolgende Kontaktplanausführungsperiode ist, kann die numerische Steuervorrichtung 11 die genaue Verarbeitungszeit der Kontaktplansteuereinheit (nicht dargestellt) durch Messen der Zeit t von der Zeit t1 bis zur Zeit t3 erfassen.
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Die numerische Steuervorrichtung 11 gibt die Verarbeitungszeiten aller im Kontaktplanprogramm enthaltenen Anweisungen als Signalverarbeitungsgeschwindigkeiten der Betriebszustandsdaten R über die Informationserfassungsvorrichtung 14 an die digitale Vorrichtung 20 weiter.
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Die digitale Vorrichtung 20 korrigiert die Verarbeitungszeit der Anweisung des Kontaktplanprogramms in der digitalen Vorrichtung 20 gemäß der eingegebenen Verarbeitungszeit. Somit kann die digitale Vorrichtung 20 das Kontaktplanprogramm zum gleichen Zeitpunkt wie die Werkzeugmaschine 10 ausführen.
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Mit anderen Worten konnte herkömmlich ein Simulator, selbst wenn er die Logik reproduzieren konnte, nicht die tatsächliche Verarbeitungsgeschwindigkeit (Reaktionsgeschwindigkeit) reproduzieren, was bei der Implementierung zu Problemen mit der Signalzeit führen konnte. Die digitale Vorrichtung 20 kann die Signalverarbeitungsgeschwindigkeit genau reproduzieren, indem sie sie in die digitale Vorrichtung 20 eingibt.
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(B) In Bezug auf den Fall, in dem der Betrieb der Werkzeugmaschine 10 unter Verwendung der tatsächlichen Rückführungswerte reproduziert wird
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4 zeigt ein Betriebsbeispiel des Industriemaschinen-Steuersystems 1, wenn der Betrieb der Werkzeugmaschine 10 unter Verwendung der tatsächlichen Rückführungswerte reproduziert wird.
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Wie in 4 gezeigt, führt die numerische Steuervorrichtung 11 der Werkzeugmaschine 10 das Bearbeitungsprogramm aus, um einen Positionsbefehlfür jeden Block des Bearbeitungsprogramms zu erzeugen und einen Geschwindigkeitsbefehl auf der Basis des erzeugten Positionsbefehls zu erzeugen. Die numerische Steuervorrichtung 11 berechnet eine Positionsabweichung aus dem erzeugten Positionsbefehl und der Positionsrückmeldung (Rückführungswert), die die tatsächliche Position einer Maschine MA, wie z.B. der in der Werkzeugmaschine 10 enthaltenen Spindel, anzeigt, und korrigiert den Positionsbefehl unter Verwendung der berechneten Positionsabweichung. Die numerische Steuervorrichtung 11 berechnet eine Geschwindigkeitsabweichung aus dem erzeugten Geschwindigkeitsbefehl und der Geschwindigkeitsrückmeldung (Rückführungswert), die die tatsächliche Geschwindigkeit eines von der Antriebsvorrichtung 12 angetriebenen Motors MO angibt, und korrigiert den Geschwindigkeitsbefehl unter Verwendung der berechneten Geschwindigkeitsabweichung. Die numerische Steuervorrichtung 11 gibt den korrigierten Positions- und Drehzahlsollwert an die Antriebsvorrichtung 12 aus.
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Die numerische Steuervorrichtung 11 kann einen Stromsollwert (Drehmomentsollwert) erzeugen, indem sie z. B. eine PI-Regelung (Proportional-, Integralregelung) für die ermittelte Drehzahlabweichung durchführt. Die numerische Steuervorrichtung 11 kann an die Antriebsvorrichtung 12 einen Stromsollwert ausgeben, der mit einer Stromabweichung zwischen dem erzeugten Stromsollwert und der von der Antriebsvorrichtung 12 an den Motor MO ausgegebenen Stromrückmeldung (Rückführungswert) korrigiert ist.
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Die Informationserfassungsvorrichtung 14 erfasst die Positionsrückmeldung, die Geschwindigkeitsrückmeldung und die Stromrückmeldung als Betriebszustandsdaten R zusammen mit dem Positionsbefehl, dem Geschwindigkeitsbefehl und dem Strombefehl von der numerischen Steuervorrichtung 11. Die Informationserfassungsvorrichtung 14 gibt die erfassten Betriebszustandsdaten R der numerischen Steuervorrichtung 11 an die digitale Vorrichtung 20 aus.
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Die Simulationsausführungseinheit 220 der digitalen Vorrichtung 20 führt eine Simulation der Werkzeugmaschine 10 auf der Basis der erfassten Betriebszustandsdaten R und des Bearbeitungsprogramms aus.
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Insbesondere betreibt die Simulationsausführungseinheit 220 beispielsweise ein Antriebsvorrichtungsmodell M1, das die Antriebsvorrichtung 12 modelliert, ein Motormodell M2, das den Motor MO modelliert, und ein Maschinenmodell M3, das die Maschine MA modelliert, basierend auf dem Bearbeitungsprogramm, und berechnet die Rückführungswerte der Stromrückmeldung von dem Antriebsvorrichtungsmodell M1, der Drehzahlrückmeldung von dem Motormodell M2 und der Positionsrückmeldung von dem Maschinenmodell M3. Die Simulationsausführungseinheit 220 vergleicht jeweils die Rückführungswerte der Stromrückmeldung, der Geschwindigkeitsrückmeldung und der Positionsrückmeldung, die in den von der Werkzeugmaschine 10 erfassten Betriebszustandsdaten R enthalten sind, mit den berechneten Rückführungswerten der Stromrückmeldung, der Geschwindigkeitsrückmeldung und der Positionsrückmeldung, und gibt die Differenzen zwischen den Rückführungswerten der jeweiligen Rückkopplungen ein, wodurch die Positionsregelung, die Geschwindigkeitsregelung und die Stromregelung simuliert werden.
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Somit kann die digitale Vorrichtung 20 eine genaue Reproduktion durchführen, indem sie die Unterschiede in den Rückführungswerten zwischen der Werkzeugmaschine 10 und der digitalen Vorrichtung 20 in die digitale Vorrichtung 20 eingibt, obwohl es für herkömmliche Simulatoren schwierig ist, das tatsächliche Verhalten von Motoren und Maschinen genau abzubilden.
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Das Modell der Antriebsvorrichtung M1 und das Motormodell M2 werden mit einer bekannten Methode wie in der
WO2020 / 003 738 erstellt. Das Maschinenmodell M3 wird mit einem bekannten Verfahren wie
„A Study on Low Frequency Vibration Suppression Control by Two-Mass System Model for Feed Axes of NC Machine Tools", 2016, Bd. 82, Nr. 8, S. 745-750, Journal of the Japan Society for Precision Engineering erstellt.
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In dem Industriemaschinen-Steuersystem 1 in 4 werden die Differenzen der Rückführungswerte zwischen der Werkzeugmaschine 10 und der digitalen Vorrichtung 20 in die digitale Vorrichtung 20 eingegeben, aber die vorliegende Erfindung ist darauf nicht beschränkt. Beispielsweise können im Industriemaschinen-Steuersystem 1 die Werte der Stromrückmeldung, der Geschwindigkeitsrückmeldung und der Positionsrückmeldung zur numerischen Steuervorrichtung 11, die in den in der Werkzeugmaschine 10 erfassten Betriebszustandsdaten R enthalten sind, direkt in die digitale Vorrichtung 20 eingegeben werden.
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5 zeigt ein Betriebsbeispiel des Industriemaschinen-Steuersystems, wenn der Betrieb der Werkzeugmaschine 10 unter Verwendung der tatsächlichen Rückführungswerte reproduziert wird. Es ist zu beachten, dass Elemente, die dieselben Funktionen wie die Elemente in 4 haben, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind, und dass detaillierte Beschreibungen davon weggelassen werden. In der digitalen Vorrichtung 20 werden das Motormodell M2 und das Maschinenmodell M3 weggelassen.
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Somit ermöglicht das Industriemaschinen-Steuersystem 1 eine genauere Nachbildung durch Eingabe der Rückführungsgrößen der Werkzeugmaschine 10 in die digitale Vorrichtung 20, obwohl es für herkömmliche Simulatoren schwierig ist, das tatsächliche Verhalten von Motoren und Maschinen genau zu treffen.
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(C) In Bezug auf den Fall, in dem das Bearbeitungsprogramm gemäß der tatsächlichen CPU-Leistung der numerischen Steuervorrichtung 11 modifiziert wird
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6 zeigt ein Betriebsbeispiel des Industriemaschinen-Steuersystems 1, wenn das Bearbeitungsprogramm gemäß der tatsächlichen CPU-Leistung der numerischen Steuervorrichtung 11 modifiziert wird. Es ist zu beachten, dass Elemente, die dieselben Funktionen wie die Elemente in 4 aufweisen, mit denselben Bezugsziffern bezeichnet sind, und dass detaillierte Beschreibungen derselben weggelassen werden.
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Wie in 6 gezeigt, misst die numerische Steuervorrichtung 11 BPTmin, das ist ein Grenzwert (Mindestwert) einer Befehlsverarbeitungsgeschwindigkeit (z.B. BPT: Blockverarbeitungszeit) der numerischen Steuervorrichtung 11, wie später beschrieben wird. Die digitale Vorrichtung 20 erfasst über die Informationserfassungsvorrichtung 14 die Betriebszustandsdaten R einschließlich der Informationen, die die Beziehung zwischen der Blocklänge des Bearbeitungsprogramms und der BPT in der numerischen Steuervorrichtung 11 und BPTmin angeben, und gleicht die BPTmin in der Simulation mit der BPTmin der numerischen Steuervorrichtung 11 ab. Die digitale Vorrichtung 20 führt die Simulation aus, bestimmt den Toleranzhöhe in Abhängigkeit davon, ob BPTmin erreicht wird, und modifiziert das Bearbeitungsprogramm so, dass es dem BPTmin der numerischen Steuervorrichtung 11 entspricht, indem sie Befehlspunkte des Bearbeitungsprogramms hinzufügt/löscht.
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Konkret betreibt die numerische Steuervorrichtung 11 beispielsweise die Werkzeugmaschine 10, indem sie ein Bearbeitungsprogramm zur Prüfung ausführt, bei dem sich die Blocklänge unter der Bedingung einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit ändert, den Grenzwert (BPTmin) des BPT misst und die Beziehung (Funktion) zwischen der Blocklänge und dem BPT erfasst.
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7 zeigt ein Beispiel für ein Bearbeitungsprogramm zur Prüfung, das BPTmin misst. 7 zeigt einen Block des Bearbeitungsprogramms für die Prüfung.
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Wie in 7 gezeigt, reduziert die numerische Steuervorrichtung 11 die Blocklänge des Bearbeitungsprogramms für die Prüfung, um die Beziehung (Funktion) zwischen der Blocklänge und dem BPT zu erfassen, bis eine Verlangsamung auftritt, indem sie die Blocklänge in einem vorbestimmten Verhältnis (z. B. 1/10 oder dergleichen) ändert und den Minimalwert der Blocklänge misst.
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8 zeigt ein Beispiel für die Beziehung zwischen der Blocklänge und BPT. BPT(s/Block) ist eine Blocklänge (mm/Block)/Vorschubgeschwindigkeit (mm/ms) und ändert sich gemäß einem Index, der die Leistung der numerischen Steuervorrichtung 11 und die Leistung der in der numerischen Steuervorrichtung 11 enthaltenen CPU angibt. BPTmin ist der Minimalwert der Blocklänge/der Sollvorschubgeschwindigkeit.
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Wie in 8 gezeigt, nimmt BPT ab, wenn die Blocklänge auf die Blocklänge BL0 sinkt. Wenn die Blocklänge die Blocklänge BL0 oder weniger erreicht, wird BPT zu einem konstanten Wert „a“. Das heißt, der Mindestwert „α“ von BPT ist der Grenzwert und heißt BPTmin.
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Die Informationserfassungsvorrichtung 14 gibt die Betriebszustandsdaten R einschließlich der Beziehung (Funktion) zwischen der Blocklänge und BPT in 8 und BPTmin, die von der numerischen Steuervorrichtung 11 erfasst werden, an die digitale Vorrichtung 20 aus.
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Die Simulationsausführungseinheit 220 der digitalen Vorrichtung 20 gleicht den BPTmin bei der Ausführung des Bearbeitungsprogramms in der Simulation mit dem in den Betriebszustandsdaten R enthaltenen BPTmin ab. Mit anderen Worten, obwohl der Grenzwert des BPT in der Simulation der digitalen Vorrichtung 20 kleiner ist (das Programm kann feiner und schneller bearbeitet werden), wird der BPTmin in der Simulation mit dem der Werkzeugmaschine 10 abgeglichen.
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Die Simulationsausführungseinheit 220 bestimmt, ob die Sollvorschubgeschwindigkeit erreicht wird oder nicht (d.h. ob es eine Verlangsamung gibt oder nicht), wenn das Bearbeitungsprogramm in der Simulation betrieben wird, und modifiziert das Bearbeitungsprogramm durch Hinzufügen oder Löschen von Befehlspunkten des Bearbeitungsprogramms auf der Basis des Bestimmungsergebnisses.
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Zum Beispiel fügt die Simulationsausführungseinheit 220 dem Bearbeitungsprogramm einen Befehlspunkt hinzu (reduziert die Blocklänge), wenn die Sollvorschubgeschwindigkeit erreicht wird (es gibt keine Verzögerung), und löscht einen Befehlspunkt aus dem Bearbeitungsprogramm (erhöht die Blocklänge), wenn die Sollvorschubgeschwindigkeit nicht erreicht wird (es gibt eine Verzögerung).
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9 zeigt ein Beispiel für das Hinzufügen oder Löschen von Befehlspunkten des Bearbeitungsprogramms durch die Simulationsausführungseinheit 220.
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Wie im unteren Teil von 9 gezeigt, löscht die Simulationsausführungseinheit 220 Befehlspunkte aus dem Bearbeitungsprogramm, wenn die Sollvorschubgeschwindigkeit nicht erreicht wird (es gibt eine Verlangsamung), d.h. sie erhöht die Blocklänge, um die Sollvorschubgeschwindigkeit zu erreichen.
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Andererseits, wenn beispielsweise die Sollvorschubgeschwindigkeit bei einer Blocklänge von 0,1 mm im ursprünglichen Bearbeitungsprogramm erreicht wird, führt die Simulationsausführungseinheit 220 die Simulation erneut mit einem Bearbeitungsprogramm durch, in dem die Blocklänge auf 0,05 mm, 0,01 mm oder ähnliches geändert wird, d.h. es werden Befehlspunkte hinzugefügt. Wenn bei einer Blocklänge von 0,05 mm keine Verlangsamung auftritt, aber bei einer Blocklänge von 0,01 mm eine Verlangsamung vorhanden ist, modifiziert die Simulationsausführungseinheit 220 das Bearbeitungsprogramm durch Hinzufügen von Befehlspunkten, so dass die Blocklänge 0,05 mm beträgt, wie im oberen Teil von 9 gezeigt.
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Die digitale Vorrichtung 20 überträgt das modifizierte Bearbeitungsprogramm an die Werkzeugmaschine 10.
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Somit kann die digitale Vorrichtung 20 das Bearbeitungsprogramm gemäß der Befehlsverarbeitungsfähigkeit der numerischen Steuervorrichtung 11 optimieren, indem sie die Befehlsverarbeitungsfähigkeit (BPT-Verarbeitungsfähigkeit) der numerischen Steuervorrichtung 11 in die digitale Vorrichtung 20 eingibt, während herkömmliche Simulatoren die tatsächliche Verarbeitungsfähigkeit der numerischen Steuerung nicht berücksichtigen.
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(D) In Bezug auf den Fall, in dem das Bearbeitungsprogramm auf der Basis der tatsächlichen Leistungsaufnahme der Werkzeugmaschine 10 geändert wird
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10 zeigt ein Betriebsbeispiel des Industriemaschinen-Steuersystems 1, wenn das Bearbeitungsprogramm auf der Grundlage der tatsächlichen Leistungsaufnahme der Werkzeugmaschine 10 modifiziert wird. Es ist zu beachten, dass Elemente, die dieselben Funktionen wie die Elemente in 4 haben, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind, und detaillierte Beschreibungen derselben entfallen. In 10 wird auf die Darstellung der Stromrückmeldung der Antriebsvorrichtung 12, der Drehzahlrückmeldung des Motors MO und der Positionsrückmeldung der Maschine MA verzichtet.
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Wie später beschrieben wird, misst die numerische Steuervorrichtung 11 die Leistungsaufnahme (Momentanwert für jede Drehzahl) der Werkzeugmaschine 10 gemäß der Vorschubgeschwindigkeit oder der Spindeldrehzahl und erfasst die Beziehung (Funktion) zwischen der Vorschubgeschwindigkeit oder der Spindeldrehzahl und der Leistungsaufnahme. Die digitale Vorrichtung 20 erfasst die Betriebszustandsdaten R einschließlich der Beziehung (Funktion) zwischen der Drehzahl bzw. der Spindeldrehzahl und der von der numerischen Steuervorrichtung 11 gemessenen Leistungsaufnahme über die Informationserfassungsvorrichtung 14. Die digitale Vorrichtung 20 berechnet die Gesamtleistungsaufnahme in der Werkzeugmaschine 10, indem sie die Leistungsaufnahme während des Betriebs des Bearbeitungsprogramms unter Verwendung der erfassten Beziehung (Funktion) zwischen der Geschwindigkeit bzw. der Spindeldrehzahl und der Leistungsaufnahme als Antriebsvorrichtung-Leistungsmodell M4 in die auszuführende Simulation integriert. Die digitale Vorrichtung 20 modifiziert die Vorschubgeschwindigkeit bzw. die Spindeldrehzahl des Bearbeitungsprogramms so, dass die Gesamtleistungsaufnahme einschließlich der Bearbeitungszeit minimiert wird.
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Konkret betreibt beispielsweise die numerische Steuervorrichtung 11 die Werkzeugmaschine 10, indem sie das Bearbeitungsprogramm zum Testen ausführt, bei dem sich die Vorschubgeschwindigkeit (oder die Spindeldrehzahl) ändert, den momentanen Stromverbrauch für jede Vorschubgeschwindigkeit (oder Spindeldrehzahl) misst und die Beziehung (Funktion) zwischen der Vorschubgeschwindigkeit (oder Spindeldrehzahl) und dem Stromverbrauch erfasst, wie in 11 gezeigt.
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Die Informationserfassungsvorrichtung 14 gibt die von der numerischen Steuervorrichtung 11 erfassten Betriebszustandsdaten R einschließlich der in 11 dargestellten Beziehung (Funktion) zwischen der Vorschubgeschwindigkeit (oder Spindeldrehzahl) und der Leistungsaufnahme an die digitale Vorrichtung 20 aus.
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In der auszuführenden Simulation verwendet die Simulationsausführungseinheit 220 der digitalen Vorrichtung 20 die in den Betriebszustandsdaten R enthaltene Beziehung (Funktion) zwischen der Vorschubgeschwindigkeit (oder der Spindeldrehzahl) und der Leistungsaufnahme als das Leistungsmodell M4 der Antriebsvorrichtung, um die momentane Leistungsaufnahme zu berechnen und zu addieren, wenn das Bearbeitungsprogramm bei jeder Vorschubgeschwindigkeit (oder Spindeldrehzahl) in der Simulation betrieben wird, wodurch die Gesamtleistungsaufnahme während des Betriebs berechnet wird.
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12 zeigt ein Beispiel für die Beziehung zwischen der Vorschubgeschwindigkeit (oder der Spindeldrehzahl) und der Gesamtleistungsaufnahme.
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Wie in 12 gezeigt, berechnet die Simulationsausführungseinheit 220 die Gesamtleistungsaufnahme als 100 Wh durch Simulation, wenn die im Bearbeitungsprogramm eingestellte ursprüngliche Vorschubgeschwindigkeit F2000 [mm/min] beträgt. Ferner berechnet die Simulationsausführungseinheit 220 die Gesamtleistungsaufnahme von 80 Wh, 40 Wh und 60 Wh durch Simulation, wenn die Vorschubgeschwindigkeit des Bearbeitungsprogramms auf F1000 [mm/min], F1500 [mm/min] bzw. F3000 [mm/min] geändert wird.
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Auf der Basis der Simulationsergebnisse modifiziert die Simulationsausführungseinheit 220 das Bearbeitungsprogramm von einer Vorschubgeschwindigkeit von F2000 [mm/min] auf F1500 [mm/min], bei der der Stromverbrauch minimiert wird.
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Die digitale Vorrichtung 20 überträgt das modifizierte Bearbeitungsprogramm an die Werkzeugmaschine 10.
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Auf diese Weise kann die digitale Vorrichtung 20 eine genaue Simulation der elektrischen Leistung reproduzieren, indem sie die in der Werkzeugmaschine 10 gemessene Leistungswellenform in die digitale Vorrichtung 20 eingibt, während es für herkömmliche Simulatoren schwierig ist, die tatsächlichen elektrischen Leistungsmengen nur auf der Basis theoretischer Modelle zu reproduzieren.
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(E) In Bezug auf den Fall, in dem das Auftreten eines Überhitzungsalarms anhand der Motortemperatur der Werkzeugmaschine 10 reproduziert wird
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13 zeigt ein Betriebsbeispiel des Industriemaschinen-Steuersystems 1, wenn das Auftreten eines Überhitzungsalarms unter Verwendung der Motortemperatur der Werkzeugmaschine 10 reproduziert wird. Es ist zu beachten, dass die Elemente, die dieselben Funktionen wie die Elemente in 4 haben, mit denselben Bezugsziffern bezeichnet sind, und eine detaillierte Beschreibung derselben entfällt.
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Wie in 4 führt die numerische Steuervorrichtung 11 das Bearbeitungsprogramm aus, um die Positionsrückmeldung, die Geschwindigkeitsrückmeldung und die Stromrückmeldung als Betriebszustandsdaten R zusammen mit dem Positionsbefehl, dem Geschwindigkeitsbefehl und dem Strombefehl zu erfassen. Darüber hinaus erfasst die numerische Steuervorrichtung 11 als Betriebszustandsdaten R Informationen darüber, wie lange der Motor MO gedreht wird, was die Beziehung zwischen der Drehgeschwindigkeit (oder dem Strom) des Motors MO, der Drehzeit des Motors MO und der Motortemperatur angibt, die von einem im Motor MO vorgesehenen Temperatursensor (nicht dargestellt) gemessen wird. Die digitale Vorrichtung 20 erfasst die Betriebszustandsdaten R in der numerischen Steuervorrichtung 11 über die Informationserfassungsvorrichtung 14 und simuliert das Auftreten eines Überhitzungsalarms durch Korrektur der Motortemperatur im Motormodell M2 unter Verwendung der Beziehung zwischen der von der numerischen Steuervorrichtung 11 gemessenen Drehzahl (oder Stromstärke) des Motors MO, der Betriebszeit des Motors MO und der Motortemperatur des Motors MO.
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Konkret misst die numerische Steuervorrichtung 11 die Beziehung zwischen der Rotationszeit und der Motortemperatur für jede Rotationsgeschwindigkeit (oder Stromstärke), indem sie das Bearbeitungsprogramm für die Prüfung ausführt, in dem die Rotationsgeschwindigkeit (oder Stromstärke) geändert wird.
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14 zeigt ein Beispiel für die Beziehung zwischen der Rotationszeit und der Motortemperatur für jede Rotationsgeschwindigkeit (oder Stromstärke). In 14 werden „S1000“ und „S10000“ als Drehzahlen im Bearbeitungsprogramm vorgegeben, und die Beziehung zwischen der Drehzeit und der Motortemperatur wird für jede Drehgeschwindigkeit gemessen. In 14 wird der Schwellenwert für den Überhitzungsalarm im Voraus festgelegt.
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Die Informationserfassungsvorrichtung 14 gibt die Betriebszustandsdaten R einschließlich der Beziehung (Funktion) zwischen der Rotationszeit und der Temperatur in 14 zusammen mit der Rotationsgeschwindigkeit (oder dem Strom) des Motors MO und der Rotationszeit des Motors MO, die von der numerischen Steuervorrichtung 11 erfasst wurden, an die digitale Vorrichtung 20 aus.
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Die Simulationsausführungseinheit 220 der digitalen Vorrichtung 20 vergleicht die aus der Beziehung (Funktion) zwischen der Drehzeit und der in den erfassten Betriebszustandsdaten R enthaltenen Temperatur berechnete Motortemperatur mit der aus dem Motormodell M2 berechneten Motortemperatur und gibt die Differenz ein, wodurch die Motortemperatur korrigiert wird. Somit kann die Simulationsausführungseinheit 220 das Auftreten des Überhitzungsalarms genau simulieren (emulieren).
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Mit anderen Worten, die digitale Vorrichtung 20 kann eine genaue Temperatursimulation reproduzieren, indem sie die Differenz zwischen der in der Werkzeugmaschine 10 gemessenen Motortemperatur und der Motortemperatur der digitalen Vorrichtung 20 in die digitale Vorrichtung 20 eingibt, und kann eine vorbeugende Wartung des Überhitzungsalarms des Motors MO durchführen, während es für herkömmliche Simulatoren schwierig ist, tatsächliche Motortemperaturen nur auf der Basis theoretischer Modelle zu reproduzieren.
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Die numerische Steuervorrichtung 11 erfasst Informationen darüber, wie lange der Motor MO gedreht wird, einschließlich der Beziehung (Funktion) zwischen der Drehzeit und der Temperatur in 14 zusammen mit der Drehgeschwindigkeit (oder dem Strom) des Motors MO und der Drehzeit des Motors MO, und die Informationserfassungsvorrichtung 14 gibt die Betriebszustandsdaten R einschließlich der Informationen an die digitale Vorrichtung 20 aus, aber die vorliegende Erfindung ist darauf nicht beschränkt.
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Beispielsweise kann die numerische Steuervorrichtung 11 nur die Motortemperatur T0 des Motors MO zum Zeitpunkt des Anhaltens und die Motortemperatur Tr1 und die Schnittgeschwindigkeit F1 des Motors MO zum Zeitpunkt des Schneidens messen. Die Informationserfassungsvorrichtung 14 gibt die von der numerischen Steuervorrichtung 11 gemessene Motortemperatur T0 des Motors MO zum Zeitpunkt des Anhaltens sowie die Motortemperatur Tr1 und die Schnittgeschwindigkeit F1 des Motors MO zum Zeitpunkt des Schneidens an die digitale Vorrichtung 20 aus. Da die theoretische Wärmeentwicklung des Motors aus dem Stromwert des Motors und dem Wicklungswiderstand berechnet werden kann, beträgt der theoretische Temperaturwert des Motors MO in Bezug auf die Motortemperatur T0 zum Zeitpunkt des Anhaltens „0“ Grad. Der theoretische Temperaturwert des Motors MO in Bezug auf die Motortemperatur Tr1 zum Zeitpunkt des Schneidens wird als Td1 berechnet.
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Die Simulationsausführungseinheit 220 der digitalen Vorrichtung 20 berechnet die Differenz (Tr1 - Td1 - T0) (= ΔT) zwischen der gemessenen Motortemperatur und dem theoretischen Temperaturwert Td1.
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Die Simulationsausführungseinheit 220 verteilt ΔT linear proportional von der Drehzahl 0 auf die Schnittgeschwindigkeit F1 und berechnet die Temperatur T bei der Istdrehzahl F als den theoretischen Temperaturwert Td1 + T0 + (ΔT/Schnittgeschwindigkeit F1) × Istdrehzahl F.
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Die Motortemperatur T0 umfasst die Umgebungstemperatur, und die Differenz ΔT umfasst die durch die Last erzeugte Wärme aufgrund von mechanischer Reibung und Werkzeugverschleiß sowie die Wärme, die durch individuelle Produktunterschiede aufgrund von Schwankungen der physikalischen Konstanten (Widerstandswerte) erzeugt wird, wodurch die digitale Vorrichtung 20 eine genauere Simulation durchführen und das Auftreten des Überhitzungsalarms genau simulieren (emulieren) kann.
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Wie zuvor beschrieben, kann das Industriemaschinen-Steuersystem 1 gemäß der Ausführungsform den Zustand der Werkzeugmaschine 10 genauer als herkömmliche Simulatoren reproduzieren, indem die Betriebszustandsdaten, die das Verhalten der Werkzeugmaschine 10 anzeigen, in die digitale Vorrichtung 20 eingegeben werden.
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Darüber hinaus führt das Industriemaschinen-Steuersystem 1 eine oder mehrere Simulationen unter Verwendung hochgenauer Informationen durch, die von der digitalen Vorrichtung 20 reproduziert werden, wodurch die Einstellwerte und die Steuerprogramme, die sich auf die in der Werkzeugmaschine 10 vorhandene Steuerung beziehen, in kurzer Zeit mit hoher Genauigkeit geändert werden können.
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Obwohl eine Ausführungsform zuvor beschrieben wurde, ist das Industriemaschinen-Steuersystem 1 nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt und umfasst Modifikationen, Verbesserungen und dergleichen in dem Maße, dass das Ziel erreicht werden kann.
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<Modifikation 1>
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Werkzeugmaschine 10 die numerische Steuervorrichtung 11, die Antriebsvorrichtung 12, das Peripheriegerät 13 und die Informationserfassungsvorrichtung 14, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann es sich bei der numerischen Steuervorrichtung 11, der Antriebsvorrichtung 12, dem Peripheriegerät 13 und der Informationserfassungsvorrichtung 14 jeweils um eine von der Werkzeugmaschine 10 verschiedene Vorrichtung handeln.
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Die numerische Steuervorrichtung 11 kann die digitale Vorrichtung 20 umfassen.
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<Modifikation 2>
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Gemäß einer Ausführungsform führt die digitale Vorrichtung 20 beispielsweise eine vorbeugende Wartung des Überhitzungsalarms des Motors MO durch, indem sie die gemessene Motortemperatur des Motors MO mit der Motortemperatur des simulierten Motormodells M2 vergleicht und die Differenz in die digitale Vorrichtung 20 eingibt, aber die vorliegende Erfindung ist darauf nicht beschränkt.
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Zum Beispiel können die Betriebszustandsdaten R Betriebsinformationen wie Betriebszeit, Schnittzeit und Spindeldrehzahl von Bauteilen wie einer Kugelumlaufspindel, einem Lager und einer Spindel in der Werkzeugmaschine 10 enthalten. Die digitale Vorrichtung 20 kann den Zeitpunkt des Austauschs der Bauteile wie der Kugelumlaufspindel simulieren, indem sie die in den erfassten Betriebszustandsdaten R enthaltenen Betriebsinformationen mit den durch Simulation erhaltenen Betriebsinformationen vergleicht und die Differenz in die digitale Vorrichtung 20 eingibt.
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Jede Funktion, die in dem Industriemaschinen-Steuersystem 1 gemäß einer Ausführungsform enthalten ist, kann durch Hardware, Software oder eine Kombination davon implementiert werden. Hier bedeutet „durch Software implementiert“, dass sie durch einen Computer implementiert wird, der ein Programm liest und ausführt.
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Das Programm kann auf verschiedenen Arten von nicht-übertragbaren computerlesbaren Medien gespeichert und dem Computer zur Verfügung gestellt werden. Zu den nicht-übertragbaren computerlesbaren Medien gehören verschiedene Arten von materiellen Speichermedien. Beispiele für nicht-übertragbare computerlesbare Medien sind magnetische Aufzeichnungsmedien (z. B. flexible Platten, Magnetbänder und Festplattenlaufwerke), magneto-optische Aufzeichnungsmedien (z. B. magneto-optische Platten), CD-ROMs (Nur-Lese-Speicher), CD-Rs, CD-R/Ws und Halbleiterspeicher (z. B. Mask-ROMs, PROMs (programmierbare ROMs), EPROMs (löschbare PROMs), Flash-ROMs und RAMs). Das Programm kann dem Computer auch durch verschiedene Arten von übertragbaren computerlesbaren Medien zur Verfügung gestellt werden. Beispiele für übertragbare computerlesbare Medien sind elektrische Signale, optische Signale und elektromagnetische Wellen. Die übertragbaren computerlesbaren Medien können dem Computer das Programm über verdrahtete Kommunikationswege, wie Elektroleitungen und optische Fasern, oder über drahtlose Kommunikationswege zur Verfügung stellen.
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Es ist zu beachten, dass das Beschreiben des auf dem Aufzeichnungsmedium aufzuzeichnenden Programms nicht nur die in der Reihenfolge zeitlich aufeinanderfolgend durchgeführte Verarbeitung umfasst, sondern auch die parallel oder einzeln durchgeführte Verarbeitung, die nicht unbedingt zeitlich aufeinanderfolgend durchgeführt wird.
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Mit anderen Worten, das Industriemaschinen-Steuersystem der vorliegenden Erfindung kann verschiedene Ausführungsformen mit den folgenden Konfigurationen annehmen.
- (1) Ein Industriemaschinen-Steuersystem 1 der vorliegenden Erfindung umfasst eine reale Vorrichtung mit einer numerischen Steuervorrichtung 11, die zur Steuerung einer Werkzeugmaschine 10 konfiguriert ist, und eine digitale Vorrichtung 20, die zur Simulation der realen Vorrichtung mit Software konfiguriert ist. Die digitale Vorrichtung 20 umfasst eine Eingabeeinheit 21 zur Eingabe von Betriebszustandsdaten R, die in der realen Vorrichtung erfasst wurden, in die digitale Vorrichtung 20. Die digitale Vorrichtung 20 simuliert die reale Vorrichtung mit den Betriebszustandsdaten R, die in die Eingabeeinheit 21 eingegeben werden.
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Gemäß dem Industriemaschinen-Steuersystem 1 kann der Zustand der realen Vorrichtung genauer reproduziert werden, indem die Betriebszustandsdaten verwendet werden, die das Verhalten der realen Vorrichtung anzeigen.
- (2) In dem gemäß Punkt (1) offenbarten Industriemaschinen-Steuersystem 1 können die Betriebszustandsdaten Differenzdaten zwischen den Betriebszustandsdaten R der realen Vorrichtung und den Betriebszustandsdaten D der digitalen Vorrichtung 20 umfassen.
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Dadurch kann das Industriemaschinen-Steuersystem 1 eine genauere Reproduktion durchführen.
- (3) In dem gemäß Punkt (1) offenbarten Industriemaschinen-Steuersystem 1 können die Betriebszustandsdaten mindestens einen der von der realen Vorrichtung gemessenen Betriebszustandsdaten R, die von der realen Vorrichtung erfassten Betriebszustandsdaten R oder einen in der realen Vorrichtung erzeugten Betätigungsbetrag umfassen.
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Somit kann das Industriemaschinen-Steuersystem 1 den gleichen Effekt wie Punkt (2) erzielen.
- (4) In dem gemäß Punkt (2) offenbarten Industriemaschinen-Steuersystem 1 kann die digitale Vorrichtung 20 ein in der realen Vorrichtung ausgeführtes Programm oder einen in der realen Vorrichtung eingestellten Parameter durch Eingabe der Differenzdaten ändern.
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Auf diese Weise kann das Industriemaschinen-Steuersystem 1 die Gestaltungsmöglichkeiten bei der Konstruktion (Anwendungsentwicklung) der Industriemaschine verbessern und die Produktivität beim Betrieb (Bearbeitung) der Industriemaschine erhöhen.
- (5) In dem gemäß einem der Punkte (1) bis (4) offenbarten Industriemaschinen-Steuersystem 1 können die Betriebszustandsdaten R mindestens eine Signalverarbeitungsgeschwindigkeit, einen Rückführungswert, eine CPU-Leistung, eine Leistungsaufnahme oder eine Motortemperatur umfassen.
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Auf diese Weise kann das Industriemaschinen-Steuersystem 1 die reale Vorrichtung gemäß der Situation genau nachbilden.
- (6) In dem gemäß Punkt (5) offenbarten Industriemaschinen-Steuersystem 1 kann, wenn die Betriebszustandsdaten R die Signalverarbeitungsgeschwindigkeit sind, die digitale Vorrichtung 20 den Betrieb der Werkzeugmaschine 10 unter Verwendung der Verarbeitungszeit jeder in einem Programm enthaltenen Anweisung reproduzieren.
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Auf diese Weise kann das Industriemaschinen-Steuersystem 1 das Programm mit der gleichen Zeit wie die Werkzeugmaschine 10 ausführen.
- (7) In dem gemäß Punkt (5) offenbarten Industriemaschinen-Steuersystem 1 kann die digitale Vorrichtung 20, wenn die Betriebszustandsdaten R der Betätigungsbetrag sind, den Betrieb der Werkzeugmaschine 10 unter Verwendung von mindestens einem der Betätigungswerte der Positionsrückmeldung, des Betätigungswerts der Geschwindigkeitsrückmeldung oder des Betätigungswerts der Stromrückmeldung reproduzieren.
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Somit kann das Industriemaschinen-Steuersystem 1 das tatsächliche Verhalten des Motors und der Maschine der Werkzeugmaschine 10 genau wiedergeben.
- (8) In dem gemäß Punkt (5) offenbarten Industriemaschinen-Steuersystem 1 kann, wenn die Betriebszustandsdaten R die CPU-Leistung sind, die digitale Vorrichtung 20 ein Programm unter Verwendung eines Grenzwerts einer Befehlsverarbeitungsgeschwindigkeit der numerischen Steuervorrichtung 11 und von Informationen modifizieren, die eine Beziehung zwischen einer Blocklänge des Programms und der Befehlsverarbeitungsgeschwindigkeit angeben.
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Somit kann das Industriemaschinen-Steuersystem 1 das Programm unter Berücksichtigung der tatsächlichen Verarbeitungsfähigkeit der numerischen Steuervorrichtung 11 optimieren.
- (9) In dem gemäß Punkt (5) offenbarten Industriemaschinen-Steuersystem 1 kann die digitale Vorrichtung 20, wenn die Betriebszustandsdaten R die Leistungsaufnahme sind, ein Programm unter Verwendung einer Beziehung zwischen einer Vorschubgeschwindigkeit eines Motors MO oder einer Spindeldrehzahl, die in der Werkzeugmaschine 10 enthalten sind, und der Leistungsaufnahme bei der Vorschubgeschwindigkeit oder der Spindeldrehzahl modifizieren.
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So kann das Industriemaschinen-Steuersystem 1 die Leistungsaufnahme der Werkzeugmaschine 10 genau wiedergeben.
- (10) In dem gemäß Punkt (5) offenbarten Industriemaschinen-Steuersystem 1 kann die digitale Vorrichtung 20, wenn die Betriebszustandsdaten R die Motortemperatur sind, das Auftreten eines Alarms in Bezug auf einen in der Werkzeugmaschine 10 enthaltenen Motor MO reproduzieren, indem sie Informationen verwendet, die eine Beziehung zwischen einer Drehzahl oder einem Strom des Motors MO, einer Drehzeit des Motors MO und einer Motortemperatur des Motors MO angeben.
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Somit kann das Industriemaschinen-Steuersystem 1 eine vorbeugende Wartung des Alarms in Bezug auf den Motor MO durchführen.
- (11) In dem gemäß Punkt (8) oder (9) offenbarten Industriemaschinen-Steuersystem 1 kann die digitale Vorrichtung 20 das modifizierte Programm an die Werkzeugmaschine 10 übertragen.
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So kann das Industriemaschinen-Steuersystem 1 das von der Werkzeugmaschine 10 auszuführende Programm optimieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Industriemaschinen-Steuersystem
- 10
- Werkzeugmaschine
- 11
- Numerische Steuervorrichtung
- 12
- Antriebsvorrichtung
- 13
- Peripheriegerät
- 14
- Informationserfassungsvorrichtung
- 20
- Digitale Vorrichtung
- 21
- Eingabeeinheit
- 22
- Steuereinheit
- 220
- Simulationsausführungseinheit
- 221
- Betriebszustandsdaten-Differenzerzeugungseinheit
- 23
- Speichereinheit
- R
- Betriebszustandsdaten
- 231
- Betriebszustands-Differenzdaten
- D
- Betriebszustandsdaten
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 202052812 [0005]
- WO 2020/003738 [0053]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „A Study on Low Frequency Vibration Suppression Control by Two-Mass System Model for Feed Axes of NC Machine Tools", 2016, Bd. 82, Nr. 8, S. 745-750 [0053]
