JP2000330970A - シミュレーション装置及びシミュレーション方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 生産システム全体の動作を検証する場合、生
産システムを構成する全ての機器が揃わないと、実際の
機器を使用した検証を実施することができない課題があ
った。 【解決手段】 シミュレーションを実行する際、生産シ
ステム全体のシミュレーションに関与する機器間の接続
関係にしたがって実在機器及び仮想機器の入出力信号を
接続するとともに、その実在機器と仮想機器間の同期を
図るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、生産システムを
構成する機器の動作を模擬するシミュレータ（以下、仮
想機器という）を計算機上に実現し、計算機内部の複数
の機器と外部の複数の機器を実際の時間で同期、協調し
て動作させる生産システムのシミュレーション装置及び
シミュレーション方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】生産システムの動作を検証するためにシ
ミュレーション技術が広く用いられている。これまでの
シミュレーションでは、機器単体を１つのシミュレータ
として定義し、その機器単体の動作をシミュレーション
したり、システムを構成する全ての機器に対してシミュ
レータを開発し、それら全てを使用してシミュレーショ
ンを実行したりしている。また、シミュレータでの検証
が完了すると実際の生産システムを使用して動作の検証
を行う。

【０００３】実際の生産システムの開発工程では、使用
する機器が完成するタイミングが異なり、徐々に生産シ
ステムの構成が整うのが一般的である。そのため、生産
システム全体のシミュレーションが完了しても生産シス
テムの機器が全て揃わないと実際の機器を使用した検証
を実施することができない。また、機器によっては検証
するために大きな空間が必要なものがあるが、そのよう
な空間を確保するのが困難な場合がある。あるいは、実
際の機器を動作させるのに危険が伴う場合もある。

【０００４】そのような場合、生産システムを構成する
機器を動かす際、実際の機器の一部を仮想機器に代えて
動かすことができれば、効率よくシステム全体の検証を
行うことができる。しかし、これまでは、生産システム
を構成する実際の機器の一部を仮想機器に代えて動かす
技術的な思想がなく、このようなことはできなかった。
仮に生産システムを複数の仮想機器を用いて構成する場
合、複数の仮想機器間の同期を正確に取らないと、精度
よくシステム全体のシミュレーションを実施することが
できず、仮想機器の一部を実際の機器に戻したりするこ
とも当然できない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のシミュレーショ
ン装置は以上のように構成されているので、生産システ
ム全体の動作を検証する場合、生産システムを構成する
全ての機器が揃わないと、実際の機器を使用した検証を
実施することができない課題があった。また、全ての機
器が揃っても、検証するための大きな空間が必要な機器
がある場合や、検証のために実際に動作させると危険を
伴う機器がある場合には、実際に検証を実施することが
できないことがある課題もあった。

【０００６】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、生産システムを構成する全ての機
器が揃わない場合や、実際に動作させて検証を行うこと
が困難な機器を含む場合でも、生産システム全体の動作
を検証することができるシミュレーション装置及びシミ
ュレーション方法を得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係るシミュレ
ーション装置は、設定手段により設定された接続関係に
したがって実在機器及び仮想機器の入出力信号を接続す
るとともに、その実在機器と仮想機器間の同期を図る管
理手段を設けたものである。

【０００８】この発明に係るシミュレーション装置は、
予め、生産システムを構成する実在機器と同数の仮想機
器を用意し、実在機器又は仮想機器の何れかを選択し
て、シミュレーションを実行するようにしたものであ
る。

【０００９】この発明に係るシミュレーション装置は、
実在機器及び仮想機器の入出力信号を格納する領域を共
有メモリにそれぞれ割り当て、その実在機器及び仮想機
器の入出力信号を接続する際、任意の領域に格納された
入出力信号を他の領域に複製する管理手段を設けたもの
である。

【００１０】この発明に係るシミュレーション装置は、
設定手段により入出力信号の伝達遅延時間が定義された
場合には、その伝達遅延時間を考慮して実在機器と仮想
機器間の同期を図る管理手段を設けたものである。

【００１１】この発明に係るシミュレーション装置は、
シミュレーションの実行中に、仮想機器の追加及び削除
を実施するとともに、入出力信号の接続関係を変更する
管理手段を設けたものである。

【００１２】この発明に係るシミュレーション装置は、
実在機器及び仮想機器に関する特定時刻における状態及
び特定時刻以前の安定な状態を保持し、特定時刻から生
産システム全体のシミュレーションを実行する管理手段
を設けたものである。

【００１３】この発明に係るシミュレーション方法は、
シミュレーションを実行する際、生産システム全体のシ
ミュレーションに関与する機器間の接続関係にしたがっ
て実在機器及び仮想機器の入出力信号を接続するととも
に、その実在機器と仮想機器間の同期を図るようにした
ものである。

【００１４】この発明に係るシミュレーション方法は、
予め、生産システムを構成する実在機器と同数の仮想機
器を用意し、実在機器又は仮想機器の何れかを選択し
て、シミュレーションを実行するようにしたものであ
る。

【００１５】この発明に係るシミュレーション方法は、
実在機器及び仮想機器の入出力信号を格納する領域を共
有メモリにそれぞれ割り当て、その実在機器及び仮想機
器の入出力信号を接続する際、任意の領域に格納された
入出力信号を他の領域に複製するようにしたものであ
る。

【００１６】この発明に係るシミュレーション方法は、
入出力信号の伝達遅延時間が定義された場合には、その
伝達遅延時間を考慮して実在機器と仮想機器間の同期を
図るようにしたものである。

【００１７】この発明に係るシミュレーション方法は、
シミュレーションの実行中に、仮想機器の追加及び削除
を実施するとともに、入出力信号の接続関係を変更する
ようにしたものである。

【００１８】この発明に係るシミュレーション方法は、
実在機器及び仮想機器に関する特定時刻における状態及
び特定時刻以前の安定な状態を保持し、特定時刻から生
産システム全体のシミュレーションを実行するようにし
たものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１によるシ
ミュレーション装置を示す構成図であり、図において、
１〜３は生産システムを構成する実際の機器（以下、実
在機器という）、４〜６は実在機器１〜３の動作をそれ
ぞれ模擬するシミュレータである仮想機器、７は生産シ
ステム全体のシミュレーションに関与する機器間の接続
関係を設定する構成情報設定部（設定手段）、８はシミ
ュレーションに関与する機器として、実在機器１又は仮
想機器４の何れかを選択する切換装置（管理手段）であ
り、切換装置８は同様に実在機器２又は仮想機器５の何
れかを選択し、また、実在機器３又は仮想機器６の何れ
かを選択する。

【００２０】９はシミュレーションを実行する際、構成
情報設定部７により設定された接続関係にしたがって実
在機器及び仮想機器の入出力信号を接続するとともに、
その実在機器と仮想機器間の同期を図るシミュレーショ
ン管理部（管理手段）、１０はシミュレーション中の機
器の状態を監視して、その状態を表示するモニタリング
部である。

【００２１】図２はこの発明の実施の形態１によるシミ
ュレーション方法を示すフローチャートであり、図にお
いて、ＳＴ１は構成情報設定部７が生産システム全体の
シミュレーションに関与する機器間の接続関係を設定す
る設定処理、ＳＴ２はシミュレーション管理部９が構成
情報設定部７により設定された接続関係にしたがって実
在機器及び仮想機器の入出力信号を接続する接続処理、
ＳＴ３はシミュレーション管理部９が実在機器と仮想機
器間の同期を図る同期処理である。

【００２２】次に動作について説明する。 （１）シミュレーション装置全体の概略動作 現在、パソコンの高速化、高性能化が急速に進行し、生
産システムにおけるコントローラのソフトウェアもＣ言
語等で記述されるようになってきている。これにより、
パソコン上でもコントローラのソフトウェアを実行する
ことが容易になってきている。

【００２３】そこで、この実施の形態１では、コントロ
ーラソフトウェアやＦＡ機器（センサ・デバイスなど）
をパソコン上でリアルタイムに動かし、実際の機器と仮
想の機器を混在させてシミュレーションを実行すること
にする。これにより、機器単体のテスト、システム全体
の組み合わせテストにおいて、ターゲット機器以外の環
境が恰もシステム全体に存在するかの如く仮想的に設定
することができる。

【００２４】図１において、シミュレーション管理部９
は共有メモリを有し、共有メモリ上には実在機器１〜３
の入出力信号Ｉ／Ｏに対応する領域、及び仮想機器４〜
６の入出力信号Ｉ／Ｏに対応する領域を割り当てる。実
在機器１〜３及び仮想機器４〜６は、共有メモリ上に割
り当てられた領域に対して入出力信号Ｉ／Ｏの読み書き
を行う。これにより、シミュレーションに使用する機器
が実在機器であっても、仮想機器であっても、同じ入出
力信号Ｉ／Ｏとして処理することができる。

【００２５】実在機器１〜３と仮想機器４〜６との切り
換えは切換装置８が実行する。切換装置８は、実在機器
１〜３及び仮想機器４〜６の切換状態を示す切換情報を
保持する。この切換情報に基づいてシミュレーション実
行時に使用する入出力信号（実在機器の入出力信号Ｉ／
Ｏ、または、仮想機器の入出力信号Ｉ／Ｏ）を切り換え
る。ただし、実在機器１〜３か、仮想機器４〜６かの切
り換え状態は、どちらか一方である必要はなく、どちら
も使用しない状態であってもよい。

【００２６】この切り換えは、通常、シミュレーション
の実行前に行うが、シミュレーションの実行中に動的に
行ってもよい。また、動的な切り換えはシミュレーショ
ンの実行時だけではなく、生産システムの実運用時にも
利用できる。例えば、始めは仮想機器を用いてシミュレ
ーションとして生産システムを動作させておき、ある特
定の時点から実際の生産システムに切り換えて動作させ
ることができる。これにより、シミュレーションによっ
て動作を十分検証できた時点から、そのまま実運用に移
すことが容易にできる。なお、切換装置８はハードウェ
アとして実現してもよいし、メモリ上でソフト的に実現
してもよい。

【００２７】構成情報設定部７は、複数の機器の入出力
信号Ｉ／Ｏ間を接続して使用する場合に、その配線を計
算機上で行うための入出力信号構成情報（接続関係）を
設定する（ステップＳＴ１）。構成情報設定部７では、
各機器の入出力信号Ｉ／Ｏと他の機器の入出力信号Ｉ／
Ｏとの接続関係を定義する。その接続関係に基づいて、
シミュレーション管理部９では共有メモリ上の領域（入
出力信号Ｉ／Ｏ）の接続関係を設定する。また、構成情
報設定部７では、入出力信号Ｉ／Ｏの接続の種類も定義
し、その接続による信号伝達の遅延時間も定義する。さ
らに、確率的に伝達遅延時間が変化する場合には、その
確率分布も定義することができる。

【００２８】モニタリング部１０は、シミュレーション
実行中の実在機器１〜３、あるいは、仮想機器４〜６の
状態を監視して、その状態情報を出力する。例えば、機
器が動作している状態か停止している状態かを認識でき
るように、数値，文字あるいは画像で表示する。また、
機器の入出力信号Ｉ／Ｏの値も表示する。また、機器の
特定箇所の座標値も表示する。また、時間経過に伴って
変化する上記の値をタイミングチャートとして表示す
る。また、それらの変化する値をログとして出力して、
後からその変化を確認できるようにする。さらに、複数
の入出力信号Ｉ／Ｏを接続している場合に、その接続部
における信号伝達遅延の状態を表示する。

【００２９】本シミュレーションシステムを利用するこ
とで、部分的に仮想機器を使用してシミュレーションを
実行できるので、周辺機器が準備できない状態でも、シ
ステム全体のシミュレーションを実行して、容易に制御
プログラムをテストすることができるようになる。ま
た、動作を検証したい機器だけ実際の機器を使用し、残
りの機器を仮想の機器として計算機上に置き、機器毎に
動作チェックを行うことも可能である。このように、従
来に比べて柔軟なテスト環境を実現することができる。

【００３０】（２）仮想機器だけで生産システムを構成
する場合の説明 図３は実在機器を用いずに計算機上の仮想機器４〜６だ
けを用いてシミュレーションを実行する例を示す説明図
である。この場合、シミュレーション管理部９は、共有
メモリ上の仮想機器４〜６の入出力信号Ｉ／Ｏの領域に
対してのみ更新を行う。また、すべての仮想機器に対し
て同期をとって動作させる。システム開発の初期段階
や、制御プログラムを修正した直後のテストでは、実在
機器を使用しないでシステム全体をテストすることがで
きる。

【００３１】（３）実在機器の一部を仮想機器で代用し
て生産システムを構成する場合の説明 図４は実在機器の一部を仮想機器で代用してシミュレー
ションを実行する例を示す説明図である。この例では、
実在機器１についてはシミュレーションに使用するが、
実在機器２，３はシミュレーションに使用せず、その代
わりに仮想機器５，６をシミュレーションに使用する。
この場合、実在機器１の入出力信号Ｉ／Ｏは共有メモリ
上の領域に接続され、仮想機器５，６の入出力信号Ｉ／
Ｏと信号のやり取りを行う。

【００３２】図５に示すように、複数の実在機器１，２
と１台の仮想機器６を用いてシミュレーションを実行す
ることも可能であり、また、仮想機器を用いずに実在機
器だけでシミュレーションを実行することも可能であ
る。

【００３３】（４）シミュレーション管理部９の詳細動
作 図６はシミュレーション管理部９の動作例を示す説明図
である。シミュレーション管理部９は、機器の入出力信
号Ｉ／Ｏを計算機上で実現するための共有メモリ１１
と、仮想Ｉ／Ｏの同期処理を行う同期管理部１２とから
構成される。

【００３４】同期管理部１２は、各機器の挙動をシミュ
レーションする仮想機器４〜６に対してリアルタイムに
同期を取って起動をかけ、かつ、それらの入出力信号Ｉ
／Ｏを仮想的に接続した共有メモリ１１上に割り当てた
仮想Ｉ／Ｏについてもリアルタイムに同期を取る。仮想
Ｉ／Ｏは、実在機器１〜３を接続するためのＩ／Ｏカー
ド１３へのアクセス機構を有する。仮想機器４〜６に
は、ＦＡコントローラを含む機器の他に、センサ等の入
出力信号Ｉ／ＯをもつＦＡシステムを構成するオブジェ
クトも含む。複数の仮想機器間の接続は、実在機器と同
様に入出力信号（共有メモリ１１上に割り当てた仮想Ｉ
／Ｏ）を用いて行う。

【００３５】シミュレーション管理部９は、仮想機器４
〜６を実際の時間に合わせて同期を取りながら実行する
とともに、それらの入出力信号Ｉ／Ｏを接続する機能を
有する。例えば、シミュレーションの実行時に、実在機
器１を使用する場合は、その実在機器１の動作を模擬す
る仮想機器４の実行を一時停止し、その仮想機器４の入
出力信号Ｉ／Ｏの代わりに、実在機器１の入出力信号Ｉ
／Ｏ（例えば、Ｉ／Ｏカード１３を通した実在機器１の
入出力信号Ｉ／Ｏ）を使用する（ステップＳＴ２）。

【００３６】シミュレーション管理部９は、共有メモリ
１１に対する入出力信号Ｉ／Ｏの読み込み／書き込みの
処理、仮想Ｉ／Ｏの処理、外部への入出力信号処理（Ｉ
／Ｏカード）の全てを同期させて実行する（ステップＳ
Ｔ３）。なお、シミュレーション管理部９は、実際の時
間に合わせて機器及びそれらの入出力信号Ｉ／Ｏの同期
を図るが、同期させるタイミングを実際の時間よりも速
くあるいは遅くしてもよい。

【００３７】（５）Ｉ／Ｏコンフィギュレーションの説
明 入出力信号の構成情報を設定することにより、共有メモ
リ１１上に展開する仮想Ｉ／Ｏを用いた複数の機器の入
出力信号Ｉ／Ｏ間の接続を定義する。この作業は、例え
ば、構成情報設定部７のような入出力信号Ｉ／Ｏのマッ
ピングツールを用いて行う。入出力信号構成情報の設定
は、ある機器のある入出力信号Ｉ／Ｏをある機器のある
入出力信号Ｉ／Ｏと関係付けることにより行う。この関
係付けは、複数の異なる機器間で行ってもよいし、１つ
の機器内で行ってもよい。また、２つ以上の入出力信号
Ｉ／Ｏを関係付けてもよい。シミュレーション管理部９
は、ここで設定された入出力信号構成情報に基づいて仮
想Ｉ／Ｏを処理する。最も簡単な入出力信号Ｉ／Ｏは接
点であるが、同様の機構を用いてアナログＩ／Ｏ，シリ
アル接続、あるいは、ネットワークであってもよい。

【００３８】入出力信号構成情報の設定では、入出力信
号Ｉ／Ｏ間の接続の種類に応じて、各入出力信号Ｉ／Ｏ
間の信号の伝達遅延時間も定義する。さらに、入出力信
号構成情報の設定では、入出力信号Ｉ／Ｏ間の接続の種
類に応じて、各入出力信号Ｉ／Ｏ間の信号の伝達遅延時
間を確率的に定義することもできる。

【００３９】（６）仮想機器の構造説明 図７は仮想機器とその周辺の構成例を示す説明図であ
る。仮想機器は、ロボットやマシニングセンタ等の機
器、あるいは、センサ等のデバイスを表現するオブジェ
クトである。複数の機器をまとめて１つのオブジェクト
（仮想機器）と捉えることもできるが、機器製造者が機
器として提供する単位を１つのオブジェクトとして捉え
て、仮想機器を作成しておけば、機器製造者が実在機器
と仮想機器を合わせて配布することもできる。

【００４０】例えば、仮想機器４は、シミュレーション
管理部９の同期管理部１２から同期イベントを受け取る
と、シミュレーション管理部９の共有メモリ１１である
仮想Ｉ／Ｏに対して入出力処理を実施する。仮想機器４
は、機器の状態２１を保持し、その状態２１を同期管理
部１２の同期イベントによって更新する状態更新部２２
と、仮想機器４の現在の稼働状況や位置情報を表示する
状態表示部２３を有する。状態更新部２２と状態表示部
２３は、別スレッドで動作させてシミュレーションのリ
アルタイム動作を確保する。

【００４１】状態更新部２２は、仮想機器４の現在の状
態２１を一定周期で繰り返し更新する。機器の状態２１
は、入出力信号Ｉ／Ｏの値や駆動部の位置情報など、機
器固有の情報である。状態更新部２２は、同期管理部１
２から同期イベントを受けると、共有メモリ１１から入
出力信号Ｉ／Ｏを読み込み、仮想機器４の状態２１を１
スキャン分だけ更新した後、共有メモリ１１に入出力信
号Ｉ／Ｏを書き込む。

【００４２】状態表示部２３は、仮想機器４の内部の状
態２１を一定周期毎に表示する。状態表示部２３に対す
る同期イベントは、同期管理部１２が出力してもよい
が、それ以外が出力しても構わない。実際のコントロー
ラと同じソフトウェアを計算機上でエミュレートするコ
ントローラソフトウェアを状態更新部２２で使用するこ
とにより、シミュレーションの精度を上げることもでき
る。

【００４３】（７）仮想Ｉ／Ｏの説明 図８は仮想Ｉ／Ｏの基本動作例を示す説明図である。図
８は仮想機器４の入出力信号Ｉ／Ｏが、仮想機器５の入
出力信号Ｉ／Ｏと実在機器１の入出力信号に接続されて
いる例である。各機器はそれ自身がアクセスする入出力
信号Ｉ／Ｏの領域を共有メモリ１１上に取得する。仮想
Ｉ／Ｏが有する仮想Ｉ／Ｏ処理機構３１は、入出力信号
構成情報３２（構成情報設定部７により設定された入出
力信号構成情報）に基づいて共有メモリ１１上のデータ
のコピー処理を行う。

【００４４】共有メモリ１１には、実在機器１〜３の入
出力信号Ｉ／Ｏ用に割り当てられた領域と、仮想機器４
〜６の入出力信号Ｉ／Ｏ用に割り当てられた領域があ
る。実在機器１と仮想機器４を切り換える場合には、そ
の切り換えに応じて、コピー先及びコピー元を、実在機
器１の入出力信号Ｉ／Ｏ用の領域と、仮想機器４の入出
力信号Ｉ／Ｏ用の領域間で切り換える。

【００４５】また、仮想Ｉ／Ｏ処理機構３１は、入出力
信号構成情報３２として設定された入出力信号Ｉ／Ｏ間
の信号の伝達遅延時間に基づいて共有メモリ１１上のデ
ータのコピー処理を遅延させる。さらに、仮想Ｉ／Ｏ処
理機構３１は、入出力信号構成情報３２として設定され
た入出力信号Ｉ／Ｏ間の信号の確率的な伝達遅延時間定
義に基づいて遅延時間を確率的に求め、その遅延時間に
したがって共有メモリ１１上のデータのコピー処理を遅
延させる。

【００４６】入出力信号構成情報３２に定義する入出力
信号Ｉ／Ｏ間の信号の伝達遅延時間は、実在機器の動作
結果をフィードバックして利用することもできる。図１
０は遅延時間のフィードバックを説明する説明図であ
る。予め、実在機器を動作させて、モニタリング部１０
が時刻と、そのときの入出力信号Ｉ／Ｏの値を記録した
ログ４１を出力する。そのログ４１から入出力信号構成
情報３２で定義された接続関係のある入出力信号Ｉ／Ｏ
の値の部分を抽出し、遅延時間を求めて遅延時間抽出デ
ータ４２を作成する。その遅延時間抽出データ４２に基
づいて入出力信号構成情報３２で定義された接続関係の
ある入出力信号Ｉ／Ｏ間の信号の伝達遅延時間を設定す
る。

【００４７】また、その接続の種類と遅延時間、あるい
は、確率的な遅延時間の対応表を予め用意しておいて、
その対応表を参照することにより、入出力信号構成情報
３２に定義する入出力信号Ｉ／Ｏ間の信号の伝達遅延時
間、あるいは、確率的な遅延時間を接続の種類に応じて
自動的に設定することもできる。

【００４８】図９は接点処理の高速化方式を説明する説
明図である。接点の場合、点数が数千点になることもあ
り、処理速度が要求される。例えば、仮想機器４が入出
力信号Ｉ／Ｏを読み書きするときには、シミュレーショ
ン管理部９の共有メモリ１１上に割り当てられた領域に
アクセスする。このとき、接続された複数の入出力信号
Ｉ／Ｏに対して割り当てる共有メモリ１１のアドレスを
同一にすることで接点の値を共有することができる。

【００４９】この方式では、割当領域管理テーブル５１
を変更するだけで、入出力信号Ｉ／Ｏの接続を切り換え
ることが可能である。実際の入出力信号Ｉ／Ｏと仮想の
入出力信号Ｉ／Ｏの切り換えは、機器単位で行う。機器
の入出力信号のリストは、仮想機器が保持し、仮想機器
を生成するときにその機器の入出力信号のリストを構成
情報設定部７のデータベースに登録する。

【００５０】以上で明らかなように、この実施の形態１
によれば、シミュレーションを実行する際、生産システ
ム全体のシミュレーションに関与する機器間の接続関係
にしたがって実在機器及び仮想機器の入出力信号を接続
するとともに、その実在機器と仮想機器間の同期を図る
ように構成したので、生産システムを構成する全ての機
器が揃わない場合や、実際に動作させて検証を行うこと
が困難な機器を含む場合でも、生産システム全体の動作
を検証することができる効果を奏する。

【００５１】実施の形態２．上記実施の形態１では、共
有メモリ１１を１台の計算機に搭載するものについて示
したが、実在機器及び仮想機器の台数に応じて、共有メ
モリ１１を複数の計算機に分散し、各計算機の負荷を軽
減するようにしてもよい。

【００５２】図１１は仮想Ｉ／Ｏが２台の計算機に分散
された例を示す説明図である。この例の場合、仮想機器
４を計算機ａで実行し、仮想機器５を計算機ｂで実行し
ている。２つの計算機上に共有メモリ１１の複製をも
つ。各仮想機器は自分自身が存在する計算機上の共有メ
モリ１１の仮想Ｉ／Ｏにアクセスする。全ての計算機上
の共有メモリ１１の同期を取るため、データが変更され
た場合には、複数の計算機が互いに更新通知を送信して
共有メモリ１１の同期を図る。図１１の例は、仮想Ｉ／
Ｏを２台の計算機に分散させた例を示すが、３台以上の
計算機に分散させる場合も同様にして、互いの計算機の
共有メモリ１１で同期を取りながらシミュレーションを
実行することができる。

【００５３】実施の形態３．上記実施の形態１，２で
は、シミュレーションの開始時刻については特に言及し
ていないが、シミュレーションを実行する場合、通常、
時刻が０の時点（生産システムの初期状態）からシミュ
レーションを開始する。しかし、ある特定の時刻からシ
ミュレーションを開始することもできる。その場合、生
産システムを構成する全ての機器が、その時刻から同時
に動作を開始することができるとは限らない。例えば、
その時刻に機器が動作中である場合、その時刻からその
機器のシミュレーションを開始することは難しい。特
に、実在機器を使用する場合には、シミュレーションを
開始できる状態が限られている。

【００５４】そこで、この実施の形態３では、仮想機器
あるいは実在機器が動作を開始できる安定な状態（例え
ば、停止状態等）をそれぞれ設け、各機器はシミュレー
ションを開始できる安定な状態からシミュレーションを
開始するようにする。ここでは、その安定な状態を当該
機器のシミュレーション開始可能状態と呼ぶことにす
る。また、そのときの時刻をシミュレーション開始可能
時刻と呼ぶことにする。

【００５５】シミュレーションを途中の時刻から開始で
きるように、予めシミュレーションを一度実行して、途
中からシミュレーションを開始するのに必要な情報を保
存する。準備のためのシミュレーションを実行して、機
器がシミュレーション開始可能状態になると、その時刻
と状態（入出力信号Ｉ／Ｏの値や位置情報など、シミュ
レーションを開始するために必要となるすべての情報）
を保存する。さらにシミュレーションを継続し、再び機
器がシミュレーション開始可能状態になると、その時刻
と状態を上書き保存し、現在時刻以前で最も近いシミュ
レーション開始可能状態を常に保持するようにする。特
定の時刻からのシミュレーションに必要な情報の保存
は、メモリ上であってもよいし、他の記録媒体を用いて
もよい。

【００５６】シミュレーション開始時刻を設定する場合
は、予めシミュレーションを実行し、次回シミュレーシ
ョンを開始したい時刻になると生産システム（全ての機
器）の情報を保存する。各機器に関して保存する情報
は、その時刻における機器のシミュレーション開始可能
状態及びシミュレーション開始可能時刻である。機器の
種類によってはシミュレーションを開始する時刻（状
態）に制限がないものもあるが、それらについては、次
回シミュレーションを開始したい時刻の状態をシミュレ
ーション開始可能状態としてシミュレーション開始可能
時刻と共に保存する。

【００５７】実際に特定時刻からシミュレーションを開
始する場合には、シミュレーションを開始する前に、全
ての機器を予め保存しておいたシミュレーション開始可
能状態に設定する。シミュレーション開始可能状態は、
機器の安定な状態であるので機器をその状態にするのは
それほど困難なことではない。各機器をシミュレーショ
ン開始可能状態に設定するときは、保存された各シミュ
レーション開始可能状態を提示し、それを参照して手動
で設定してもよいし、保存されている情報に基づいて自
動的に機器をその状態に設定してもよい。

【００５８】シミュレーション開始可能時刻が最も早い
機器から順次シミュレーションを開始する。これによ
り、全ての機器が安定な状態からシミュレーションを開
始してシミュレーションを開始したい時刻に全ての機器
が揃って動作できる状態になり、その時刻から生産シス
テム全体のシミュレーションを実行することができる。

【００５９】図１２は特定の時刻からシミュレーション
を開始する例を示す説明図である。この例の生産システ
ムは、機器Ａから機器Ｄまでの４つの機器から構成され
ている。シミュレーションを開始したい時刻は、図中の
シミュレーション開始時刻である。図中の逆三角形は、
シミュレーション開始時刻に対する各機器のシミュレー
ション開始可能時刻を表す。また、太い直線矢印はシミ
ュレーション開始時刻からの生産システム全体での動作
を表し、波線矢印はシステム全体の動作に合わせるため
の準備としての機器単体での動作を表す。

【００６０】この例の場合、機器Ａと機器Ｄのシミュレ
ーション開始可能時刻はシミュレーション開始時刻に一
致するが、機器Ｂと機器Ｃのシミュレーション開始可能
時刻はシミュレーション開始時刻と一致しない。シミュ
レーション開始可能時刻がシミュレーション開始時刻と
一致しない機器Ｂと機器Ｃについては、シミュレーショ
ン開始時刻でシステム全体としてのシミュレーションが
開始できるように、機器が安定なシミュレーション開始
可能状態から予め動作を開始しておくようにする。シミ
ュレーション開始時刻以降は通常のシミュレーションと
同様にシステム全体でシミュレーションを進める。各機
器がシミュレーションを開始するタイミングは、それぞ
れのシミュレーション開始可能時刻を参照してシミュレ
ーション管理部９が起動をかける。図１２の例におい
て、各機器は仮想機器であっても、実在機器であっても
構わない。

【００６１】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、設定
手段により設定された接続関係にしたがって実在機器及
び仮想機器の入出力信号を接続するとともに、その実在
機器と仮想機器間の同期を図る管理手段を設けるように
構成したので、生産システムを構成する全ての機器が揃
わない場合や、実際に動作させて検証を行うことが困難
な機器を含む場合でも、生産システム全体の動作を検証
することができる効果がある。

【００６２】この発明によれば、予め、生産システムを
構成する実在機器と同数の仮想機器を用意し、実在機器
又は仮想機器の何れかを選択して、シミュレーションを
実行するように構成したので、柔軟にテスト環境を構築
することができるようになり、その結果、生産システム
を構成する全ての機器が揃わない場合や、実際に動作さ
せて検証を行うことが困難な機器を含む場合でも、生産
システム全体の動作を簡単に検証することができる効果
がある。

【００６３】この発明によれば、実在機器及び仮想機器
の入出力信号を格納する領域を共有メモリにそれぞれ割
り当て、その実在機器及び仮想機器の入出力信号を接続
する際、任意の領域に格納された入出力信号を他の領域
に複製する管理手段を設けるように構成したので、各機
器の入出力信号間の配線を実際に行うことなく、仮想的
に配線することができるようになり、その結果、配線の
手間をかけることなくシミュレーションを実行すること
ができるとともに、配線の変更も簡単に行うことができ
る効果がある。

【００６４】この発明によれば、設定手段により入出力
信号の伝達遅延時間が定義された場合には、その伝達遅
延時間を考慮して実在機器と仮想機器間の同期を図る管
理手段を設けるように構成したので、通信も含めた精度
の高いシミュレーションを実行することができる効果が
ある。

【００６５】この発明によれば、シミュレーションの実
行中に、仮想機器の追加及び削除を実施するとともに、
入出力信号の接続関係を変更する管理手段を設けるよう
に構成したので、例えば、シミュレーションによって動
作を十分検証できた時点から、そのまま実運用に移すこ
とも可能になる効果がある。

【００６６】この発明によれば、実在機器及び仮想機器
に関する特定時刻における状態及び特定時刻以前の安定
な状態を保持し、特定時刻から生産システム全体のシミ
ュレーションを実行する管理手段を設けるように構成し
たので、余分なシミュレーションにかかる時間を削除す
ることができる効果がある。

【００６７】この発明によれば、シミュレーションを実
行する際、生産システム全体のシミュレーションに関与
する機器間の接続関係にしたがって実在機器及び仮想機
器の入出力信号を接続するとともに、その実在機器と仮
想機器間の同期を図るように構成したので、生産システ
ムを構成する全ての機器が揃わない場合や、実際に動作
させて検証を行うことが困難な機器を含む場合でも、生
産システム全体の動作を検証することができる効果があ
る。

【００６８】この発明によれば、予め、生産システムを
構成する実在機器と同数の仮想機器を用意し、実在機器
又は仮想機器の何れかを選択して、シミュレーションを
実行するように構成したので、柔軟にテスト環境を構築
することができるようになり、その結果、生産システム
を構成する全ての機器が揃わない場合や、実際に動作さ
せて検証を行うことが困難な機器を含む場合でも、生産
システム全体の動作を簡単に検証することができる効果
がある。

【００６９】この発明によれば、実在機器及び仮想機器
の入出力信号を格納する領域を共有メモリにそれぞれ割
り当て、その実在機器及び仮想機器の入出力信号を接続
する際、任意の領域に格納された入出力信号を他の領域
に複製するように構成したので、各機器の入出力信号間
の配線を実際に行うことなく、仮想的に配線することが
できるようになり、その結果、配線の手間をかけること
なくシミュレーションを実行することができるととも
に、配線の変更も簡単に行うことができる効果がある。

【００７０】この発明によれば、入出力信号の伝達遅延
時間が定義された場合には、その伝達遅延時間を考慮し
て実在機器と仮想機器間の同期を図るように構成したの
で、通信も含めた精度の高いシミュレーションを実行す
ることができる効果がある。

【００７１】この発明によれば、シミュレーションの実
行中に、仮想機器の追加及び削除を実施するとともに、
入出力信号の接続関係を変更するように構成したので、
例えば、シミュレーションによって動作を十分検証でき
た時点から、そのまま実運用に移すことも可能になる効
果がある。

【００７２】この発明によれば、実在機器及び仮想機器
に関する特定時刻における状態及び特定時刻以前の安定
な状態を保持し、特定時刻から生産システム全体のシミ
ュレーションを実行するように構成したので、余分なシ
ミュレーションにかかる時間を削除することができる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１によるシミュレーシ
ョン装置を示す構成図である。

【図２】 この発明の実施の形態１によるシミュレーシ
ョン方法を示すフローチャートである。

【図３】 実在機器を用いずに計算機上の仮想機器だけ
を用いてシミュレーションを実行する例を示す説明図で
ある。

【図４】 実在機器の一部を仮想機器で代用してシミュ
レーションを実行する例を示す説明図である。

【図５】 実在機器の一部を仮想機器で代用してシミュ
レーションを実行する例を示す説明図である。

【図６】 シミュレーション管理部の動作例を示す説明
図である。

【図７】 仮想機器とその周辺の構成例を示す説明図で
ある。

【図８】 仮想Ｉ／Ｏの基本動作例を示す説明図であ
る。

【図９】 接点処理の高速化方式を説明する説明図であ
る。

【図１０】 遅延時間のフィードバックを説明する説明
図である。

【図１１】 仮想Ｉ／Ｏが２台の計算機に分散された例
を示す説明図である。

【図１２】 特定の時刻からシミュレーションを開始す
る例を示す説明図である。

【符号の説明】

１〜３ 機器（実在機器）、４〜６ 仮想機器、７ 構
成情報設定部（設定手段）、８ 切換装置（管理手
段）、９ シミュレーション管理部（管理手段）。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 生産システムを構成する複数の実在機器
   のうち、生産システム全体のシミュレーションに関与し
   ない実在機器の動作を模擬する仮想機器と、生産システ
   ム全体のシミュレーションに関与する機器間の接続関係
   を設定する設定手段と、シミュレーションを実行する
   際、上記設定手段により設定された接続関係にしたがっ
   て実在機器及び仮想機器の入出力信号を接続するととも
   に、その実在機器と仮想機器間の同期を図る管理手段と
   を備えたシミュレーション装置。
2. 【請求項２】 予め、生産システムを構成する実在機器
   と同数の仮想機器を用意し、実在機器又は仮想機器の何
   れかを選択して、シミュレーションを実行することを特
   徴とする請求項１記載のシミュレーション装置。
3. 【請求項３】 管理手段は、実在機器及び仮想機器の入
   出力信号を格納する領域を共有メモリにそれぞれ割り当
   て、その実在機器及び仮想機器の入出力信号を接続する
   際、任意の領域に格納された入出力信号を他の領域に複
   製することを特徴とする請求項１または請求項２記載の
   シミュレーション装置。
4. 【請求項４】 管理手段は、設定手段により入出力信号
   の伝達遅延時間が定義された場合には、その伝達遅延時
   間を考慮して実在機器と仮想機器間の同期を図ることを
   特徴とする請求項３記載のシミュレーション装置。
5. 【請求項５】 管理手段は、シミュレーションの実行中
   に、仮想機器の追加及び削除を実施するとともに、入出
   力信号の接続関係を変更することを特徴とする請求項１
   または請求項２記載のシミュレーション装置。
6. 【請求項６】 管理手段は、実在機器及び仮想機器に関
   する特定時刻における状態及び特定時刻以前の安定な状
   態を保持し、特定時刻から生産システム全体のシミュレ
   ーションを実行することを特徴とする請求項１または請
   求項２記載のシミュレーション装置。
7. 【請求項７】 生産システムを構成する複数の実在機器
   のうち、生産システム全体のシミュレーションに関与し
   ない実在機器の動作を模擬する仮想機器、及び生産シス
   テム全体のシミュレーションに関与する実在機器間の接
   続関係を設定すると、シミュレーションを実行する際、
   その接続関係にしたがってその実在機器及び仮想機器の
   入出力信号を接続するとともに、その実在機器と仮想機
   器間の同期を図るシミュレーション方法。
8. 【請求項８】 予め、生産システムを構成する実在機器
   と同数の仮想機器を用意し、実在機器又は仮想機器の何
   れかを選択して、シミュレーションを実行することを特
   徴とする請求項７記載のシミュレーション方法。
9. 【請求項９】 実在機器及び仮想機器の入出力信号を格
   納する領域を共有メモリにそれぞれ割り当て、その実在
   機器及び仮想機器の入出力信号を接続する際、任意の領
   域に格納された入出力信号を他の領域に複製することを
   特徴とする請求項７または請求項８記載のシミュレーシ
   ョン方法。
10. 【請求項１０】 入出力信号の伝達遅延時間が定義され
    た場合には、その伝達遅延時間を考慮して実在機器と仮
    想機器間の同期を図ることを特徴とする請求項９記載の
    シミュレーション方法。
11. 【請求項１１】 シミュレーションの実行中に、仮想機
    器の追加及び削除を実施するとともに、入出力信号の接
    続関係を変更することを特徴とする請求項７または請求
    項８記載のシミュレーション方法。
12. 【請求項１２】 実在機器及び仮想機器に関する特定時
    刻における状態及び特定時刻以前の安定な状態を保持
    し、特定時刻から生産システム全体のシミュレーション
    を実行することを特徴とする請求項７または請求項８記
    載のシミュレーション方法。