JP2005177924A - 加工プロセス監視システム - Google Patents

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Abstract

【課題】生産性の向上に最適な、熟練員の加工条件設定値を選択して再現可能な、加工プロセス監視システムを実現する。
【解決手段】初期設定時の加工プログラムの加工条件では設定し得ない、熟練者の加工設定条件を監視対象設備102において、実際の熟練者が設定した加工条件を操作パネル17を介して行うことで取得し、この情報をPLC部1、情報収集局2等を介して加工情報DB6に記憶する。熟練者設定加工条件と、初期加工条件とをデータ比較部4で比較するために両加工条件をNCプログラムの推移と対応して表示する。両加工条件を比較して生産加工効率が高い加工条件を選択して、その条件となるようにNCプログラムを修正処理部5により修正する。以降は、修正されたNCプログラムに従って、加工を実行すれば、熟練者によらずとも、高効率な加工を行うことができる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、生産設備の加工プロセス情報を収集し、収集した情報を生産プログラムにフィードバックする加工プロセス監視システムに関する。
生産設備の状態などを監視するシステムは、生産設備の制御に関する情報の中で、主にセンサーからの入力信号や、アラーム信号、など各種検出器からの情報または数値制御装置からの情報を、シーケンサなどを介して、ネットワークにより遠隔の監視用PCまたは監視用サーバーに伝送する。
監視用PCや監視用サーバーでは、汎用SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)ソフトにより、設備の稼働状況をグラフィカルに表示し、設備の稼動時間の分析や、生産数の把握などを行う。
また、設備の異常やアラーム等の原因分析、故障履歴分析など設備保全などの機能も備える。
また、試作工程の効率を高めるため、試作部品の加工時のデータをホストコンピュータに伝送して、CADデータと比較し、部品の寸法形状等が適切に行われるための加工過程における改善情報を得る技術が特許文献1に記載されている。
特開2003−271211号公報
しかしながら、従来の技術においては、加工部品が適切な寸法形状に加工するための加工条件の設定については可能であるものの、適切な寸法形状に加工した上で、生産性を向上するための加工条件のフィードバックについては、何ら考慮されていない。
生産性向上を図るためのアプローチとして、生産に必要な加工プログラムの加工条件値をシミュレーターによって求める方法も考えられるが、使用する加工機器や使用環境の相違により、実際の加工に適用でき、且つ、より生産効率の高い加工条件値を導き出すことは難しい。現状は、実機による加工を行いながら、運転員が目視など五感を駆使して加工状況を確認し、送り速度や主軸の回転数などの加工条件を調整することが多い。
特に、この調整作業は熟練を要するため、生産性の向上を図るためには、熟練した運転員が不可欠であり、近年の熟練運転員の激減は、生産性の向上や、技能の伝承を図る上で大きな課題となっている。
そこで、NC機を多用した生産ショップにおける生産効率の向上を図るための一つの方法として、生産設備から設備の状態を示す情報を自動的に取得する手段を用い、取得した情報の中から比較的、生産性が高いと思われる加工条件データを見つけ出し、元のNCプログラムに対し、見つけ出した諸元値を再定義する方法が考えられる。
この場合、監視用サーバーに保存された、実際に加工中の設備の状態または加工の状況を示す加工プロセス情報と、実際の加工に使用したNCプログラムとの、加工プロセスをリンクさせる必要がある。
しかしながら、加工開始時間もしくは加工開始スイッチの操作記録などによるデータの開始位置を特定することはできるが、加工プロセス情報中のNCプログラム推移を示す情報が無い場合、加工プロセス情報とNCプログラムとの完全なリンクは困難である。
また、加工プロセス情報中にNCプログラムの推移を示す情報がある場合でも、データ量が多いことや、加工プロセス情報は16進数やバイナリーコードで表されているため、コードの変換が必要であること、さらに、その後の加工プロセス情報とNCプログラムとを関連付ける作業は非常に煩雑であった。
さらに、送り速度や、主軸の回転数など複数の加工条件データを抽出し、比較する手間と、その結果を、CAD/CAMシステムへフィードバックするため、手入力で加工情報を入力する手間などから、現実的に加工プロセス情報からNCプログラムを生成することが困難であった。
さらに、生産設備から設備の状態を示す情報を自動的に取得する手段が無い場合など、高効率な加工条件データを抽出するため、熟練した運転員等が、加工中の状況を、つぶさに確認し、最良であると思われる加工条件値を紙等に記録する方法が考えられる。
しかし、この場合は、運転員以外に記録員が必要となり2倍の人件費がかかることになる。
また、加工プロセスに対して、完全にリンクした加工条件値を記録することは困難であり、また、記録員を必要としないビデオカメラによる記録も同様に加工プロセスとの完全なリンクは困難である。
本発明の目的は、生産性の向上に最適な、熟練員の加工条件設定値を選択して再現可能な、加工プロセス監視システムを実現することである。
本発明によれば、初期設定時の加工プログラムの加工条件では、設定し得ない、熟練者の加工設定条件(個々の機器の特質、使用環境状況等により決定される条件)を実際の熟練者の条件設定を行うことで取得し、これを記憶して、初期加工条件とを比較するために両加工条件を、NCプログラムの推移と対応して表示する。
そして、両加工条件を比較して、生産加工効率が高い加工条件を選択して、その条件となるように、NCプログラムを修正する。以降は、修正されたNCプログラムに従って、加工を実行すれば、熟練者によらずとも、高効率な加工を行うことができる。
つまり、本発明は、上記目的を達成するため、次のように構成される。
(1)加工プロセス情報を基に高効率加工条件を抽出し、CAD/CAM手段の加工情報にフィードバックすることで高効率なNCプログラムを生成する加工プロセス監視システムであって、生産設備の制御装置から加工プロセス情報を収集するための情報収集手段と、加工プロセス情報を蓄積するための記憶媒体と、上記記憶媒体に蓄積された加工実績のある加工プロセス情報を基に高効率加工条件を抽出するデータ比較手段と、データ比較手段により抽出された高効率加工条件に基づいてNCプログラムを修正するCAD/CAM手段と、上記CAD/CAM手段により修正されたNCプログラムに基づいた加工情報を上記生産設備の制御装置に情報を伝達するための情報伝達手段とを備え、加工プロセス情報から抽出した加工条件データとNCプログラムの加工条件データを自動あるいは手動で比較しながら高効率な加工条件を決定し、NCプログラムの加工条件データにフィードバックすることで、高効率なNCプログラムを作成する。
(2)好ましくは、上記(1)において、上記生産設備の制御装置と、情報収集手段及び情報伝達手段とは双方向通信可能な電気通信回線を通じて接続されている。
(3)加工プログラムと運転員の加工条件設定値とに基づいて被加工物を加工し、加工した加工物に関して、上記加工プログラムと上記運転員の加工条件設定値情報とを対応させて示す情報および加工実績を示す加工情報を、伝送手段を介して、伝送する生産設備制御手段と、上記生産設備制御手段から伝送された加工情報を収集する加工情報収集手段と、上記加工情報収集手段により収集された加工情報を蓄積する加工情報記憶手段と、上記加工情報記憶手段に蓄積された加工情報に基づいて、加工プログラムによる設定情報と上記運転員の加工条件設定値情報とを互いに対比する対比情報を表示する表示手段と、上記表示手段に表示された対比情報と加工実績とに基づいて決定される、生産効率が高い加工条件に従って上記加工プログラムを修正する修正処理手段と、上記修正処理部により修正された加工プログラムを上記生産設備制御手段に、伝送手段を介して伝送するデータ送信手段とを備える。
(4)好ましくは、上記(3)において、上記生産設備制御手段と、加工情報収集手段及び上記データ伝送手段とは双方向通信可能な電気通信回線を通じて接続されている。
生産性の向上に最適な、熟練員の加工条件設定値を選択して再現可能な、加工プロセス監視システムを実現することができる。
また、熟練運転員の操作した生産設備から得られた加工条件データをNCプログラムにフィードバックすることにより、熟練を必要としない高効率な加工が可能な生産性の高いNCプログラムを生成し、提供することができる。
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施形態である加工プロセス監視システムの全体構成図である。本発明の加工プロセス監視システムは、イントラネットを利用し、加工プロセス情報、加工情報、及びNCプログラムのサーバーを監視対象生産設備と加工プロセス監視システムとで共通化することで、比較的安価なシステムを実現している。
図1に示した加工プロセス監視システムは、監視対象生産設備102と、この監視対象生産設備102内の設備機器各々の各種情報をイントラネット経由で収集し、加工プロセス情報から高効率加工条件データを抽出・管理する加工プロセス監視システム100と、この加工プロセス監視システム100に接続されるCAD/CAM装置101とを備えている。
監視対象生産設備102は、生産設備を操作するための操作パネル17と、加工対象物の有無等を検知するセンサ18と、加工動作を行うアクチュエータ16と、入出力を制御するPLC(プログラマブルコントローラ)部1と、サーボモータ15と、サーボモータ15を制御する数値制御部14とを備える。
なお、監視対象生産設備102の構成は、PLC部1若しくは数値制御部14のどちらかを備えているか、リレーを組み合わせたシーケンス回路を備えた設備でも良い。
加工プロセス監視システム100は、伝送路aを介して監視対象設備102と接続され、監視対象設備102のPLC部1から情報収集子局2を介して、加工プロセス情報を情報収集基地局3へ伝送する。なお、伝送路aは、通常、有線式であるが、配線が困難な生産設備に対しては無線式を用いることができる。
情報収集基地局3は、生産ショップ単位あるいはエリア単位で配置すると良い。また、加工プロセス監視システム100は、複数台の情報収集基地局3を備え、さらに基地局1台に対して複数の情報収集子局2を備える。
また、情報収集基地局3は、図示しない情報収集基地局内メモリに一度蓄積され、加工プロセス情報を任意のタイミングもしくは一定間隔で蓄積するための記憶媒体に記憶された加工情報DB(Data Base)6と、この加工情報DB6から加工プロセス情報及び元NCプログラムを取り出す処理並びに比較処理を行うデータ比較部4とを備える。
また、情報収集基地局3は、元のNCプログラムの加工情報を修正する修正処理部5と、加工情報8をCAD/CAMシステム101に渡すための加工情報読出し部7とを備える。
さらに、情報収集基地局3は、CAD/CAMシステムにて生成されたNCプログラム11を加工情報DB6に格納するための情報書込み部12と、NCプログラムを監視対象設備102の数値制御部14に転送するためのデータ送信部13とを備える。
ここで、加工プロセス情報とは、PLC部1を経由して得られる、運転員19により加工条件等が入力される操作パネル17及びセンサ18からの入力信号や、アクチュエータ16の出力信号の他、数値制御部14からの、軸の負荷電流値、呼出中プログラム番号、実行中プログラム行番号、実行中Mコード番号、アラーム番号等の情報、または図示しない監視対象設備に対して外付けした温度センサや、負荷電流測定用CTセンサ、振動センサからのアナログ入力値、被加工物の加工実績(単位時間当たりの加工量又は数量)を言う。情報収集子局2は、上述した加工プロセス情報を収集することができる。
また、情報収集基地局2は、情報収集子局2に対する情報収集のタイミングの設定及び情報の指定を指示する機能を有し、収集した情報は、日付と情報内容を示す記号を組合わせたファイル名を付加し、加工情報DB6へ定期的に転送する。
情報収集子局2の情報収集のタイミングは、周期的に収集してもよいし、PLC部1からの入力信号が入力された時点や、加工プロセス監視システム100からの制御信号が出力された時間とすることもできる。
また、取得したい情報を指定するには、例えば、図2に示すようなメモリマップ200に基づき、情報収集基地局3内のメモリアドレスを指定する。取得したい情報と取得タイミングとを決定し、情報の収集が開始されると、情報収集基地局3は、接続された情報収集子局2から加工プロセス情報を取得する。
これら、情報収集基地局2に対する設定は、全て遠隔から伝送路bに接続されたPC等から実行可能であるので、わざわざ設置場所へ出向く必要は無い。また、この情報収集基地局2は、図3に示すように、情報収集機器301と、無線ユニット302と、有線接続端子台304と、収集した加工プロセス情報の転送や、収集条件を設定するためのPCと接続するためのLAN接続ポート305を備える。
また、情報収集基地局2は、AC100Vの電源と、AC100VをDC24Vに変換するためのパワーサプライ306とを備え、これらをボックス300に収納している。
これは、監視対象生産設備102の形態に依存しない機器のみを一つのコンパクトなユニットに収納することで標準化を図り、コスト低減と設置費用低減を実現するためである。
また、一時的なプロセス監視を必要とした場合でも、比較的持ち運びが容易で且つ無線ユニット302を装備しているので、子局2に無線ユニットを設置すれば、配線不要となり、設置も容易で有効である。
加工プロセス監視システム100で扱う主要な情報は、加工情報DB6で管理され、図4に示すように、情報基地子局2から転送される加工プロセス情報401は、テキスト形式のデータであり、内容は16進数で表現される。
また、加工情報402は、加工方案・指示から、CAD/CAM、NCデータまで含む内容である。さらに、NCプログラムは、加工定義データを各機械別のNCフォーマット仕様に変換した後のデータである。
また、加工情報DB6の周辺機能として、加工プロセス情報401と加工情報402とを比較するデータ比較部4と、比較後の結果を新たな加工情報として修正する修正処理部5と、加工情報402をCAD/CAMシステム101に渡すための加工情報読出し部7と、CAD/CAMシステム101によって生成されたNCプログラムを加工情報DB6に書き込むための情報書き込み込み部12と、NCプログラムを加工情報DB6から監視対象設備102へ伝送するためのデータ送信部13とがある。加工情報DB6のこれら周辺機能は、ソフトウェアであり、1台もしくは複数台のPCにインストールされ、加工情報DB6に格納されたデータの処理に使用される。
また、データ比較部4は、情報収集基地局3から取得した、NCプログラムの実行番号、そのプログラムが使用された時間情報等の実際の加工プロセス状況を示す加工プロセス情報401と、この加工プロセス情報401が得られた加工に使用したNCプログラムの加工情報402とを、グラフィカルに表示する。データ比較部4による表示により、加工プロセス情報401と、加工情報402とを比較することができる。
加工プロセス情報401には、実行したNCプログラム番号が記録されており、加工情報402にも予め、NCプログラム番号が記録されている。NCプログラム番号はユニークな番号としているので、両者のデータを結びつけるキーワードとなる。
また、このキーワードはNCプログラム番号以外にも、日付や設備名称、通し番号、アルファベットなどを組合わせたものでも良い。
また、加工プロセス情報401は16進数で表現されており、人が見て理解し易くするため、一度、2進数に展開し、図2に示したメモリマップ200に従い10進数の加工条件データに変換する。これにより、加工プロセス情報401と加工情報402との比較をし易くしている。
加工プロセス情報401と加工情報402との比較作業は、図5に示す表示画面103のように、この画面左側にNCプログラムを表示させ、その右側に、PC画面上のプルダウンメニューから選択した比較対象データの元データ(破線)と熟練者による加工実績データ(実線)を重ね合わせ、グラフ表示している。このとき、重ね合わせをせず、元データと加工実績データとを別個に並べて表示しても良い。
さらに、画面右に、元データと加工実績データとの偏差量をグラフィカルに表示することで、人が見て直感的に比較できるように工夫されており、対象データの単位もしくは割合で表示する。
また、比較対象データとは、例えば、送り速度、送り速度オーバーライド値、主軸の負荷電流値、振動値、気温、ワーク温度、音圧レベル等である。図5に示した例は、比較対象データとして、送り速度を選択した場合の例であり、その他の比較データを選択することもできる。
また、新人運転員の加工実績データを蓄積すれば、熟練者の実績データと新人運転員の実績データとを比較することもできるため、技能差を定量的に示すことができ、技能伝承の手段としても使うことができる。
また、上述した比較作業は、安全上の観点から、一度、人が加工条件値を確認する事としているが、条件値の高い方を採用する方法や、全て熟練運転員の条件値とする方法等の、自動的に比較する方法も可能である。
人による比較作業については、NCプログラムの行単位で行い、送り速度値や送り速度オーバーライド値を画面上で確認しながら値を調整する。値は元データのままとしても良く、また、実績データとしても良い。
さらに、その間の値や、それ以外の任意の値でも設定することができる。
比較作業が終了した時は、画面上の修正終了ボタン103Aを押し、修正処理部5へ処理結果データを渡す。
修正処理部5では、データ比較部4の結果を基に、送り速度値や送り速度オーバーライド値などの加工情報を書換える。このとき、加工情報を識別するための、NCプログラム番号等ユニークな番号や、修正回数、修正日時もあわせて加工情報に記録する。
これにより、このデータを用い、不具合が起きた場合などに、データの追跡調査を容易とすることができる。書換え終了後は、加工情報DB6へ保存される。
加工情報DB6に蓄積された、加工情報402は、加工方案・指示から、CAD/CAM、NCデータまで含むものをいい、この情報を基にCAD/CAMシステム101によってNCプログラム11を生成する。
このとき、加工情報402をCAD/CAMシステム101へ渡すための手段が加工情報読出し部7である。加工情報読出し部7はCAD/CAM101にデータを円滑に渡すために、カスタマイズされており、加工プロセス監視システム100とのインターフェースとなっている。
上述した例は、加工情報読出し部7は、加工プロセス監視システム100内にあり、実行操作も加工プロセス監視システム100から行い、対象CAD/CAMシステム101に合わせたフォーマットのデータに変換し、対象CAD/CAMシステム101のデータベースに転送している例である。
本発明は、上述した例に限らず、加工情報読出し部7が、CAD/CAMシステム101側にアドインし、実行操作をCAD/CAMシステム101側から行う例にも適用可能である。
初期の加工情報は、経験上の実績値など、机上で検討された値が設定されており、加工プロセス情報401が無い場合でも、CAD/CAMシステム101によるNCプログラム11の生成は可能である。
この加工実績の無い、初期の加工情報に基づいて生成されたNCプログラム11は、情報書込み部12によって、一旦、加工情報DB6に保存される。この情報書込み部12は、加工プロセス監視システム100から独立した、単独のソフトウェアでも良い。
加工情報DB6に保存されているNCプログラムを用いて加工すると、同時に対象設備102のPLC部1から情報収集子局2や情報収集基地局3を介して、加工プロセス情報が、加工情報DB6に集められる。
そして、データ比較部4や修正処理部5により、加工プロセス情報として吸い上げられたデータは、高効率加工条件を再定義された加工情報として作成される。この作成された加工情報に基づいて、CAD/CAMシステム101によりNCプログラム11が生成され、上述と同様にして、一旦、加工情報DB6に保存される。
CAD/CAMシステム101で生成されたNCプログラム11は、データ送信部13によって、監視対象設備102の数値制御部14に転送される。このデータ送信部13は市販のデータ転送ソフトを用いても良い。
以上のように、本発明によれば、初期設定時の加工プログラムの加工条件では、設定し得ない、熟練者の加工設定条件(個々の機器の特質、使用環境状況等により決定される条件)を実際の熟練者の条件設定を行うことで取得し、これを記憶して、初期加工条件と比較するために両加工条件を、NCプログラムの推移と対応して表示する。
そして、両加工条件を比較して、生産加工効率が高い加工条件を選択して、その条件となるように、NCプログラムを修正する。以降は、修正されたNCプログラムに従って、加工を実行すれば、熟練者によらずとも、高効率な加工を行うことができる。
なお、加工プロセス監視システム100及びCAD/CAM101と、監視対象生産設備102とは、同一工場内に配置される場合に適用することができるのみならず、監視対象生産設備100のみ工場内にあり、加工プロセス監視システム100及びCAD/CAM101は、その工場内ではない他の場所に位置していてもよい。
また、複数の監視対象生産設備100に対して、一つの加工プロセス監視システム100及びCAD/CAM101が、インターネット等の双方向通信可能な電気通信回線を介して接続され、加工条件の修正等を行うこともできる。
本発明の一実施形態である加工プロセス監視システムの概略構成図である。 本発明の一実施形態において16進数の加工プロセス情報を2進数に展開して、ビット毎の内容を示した表である。 情報収集基地局の機器構成図である。 加工情報DBで扱う情報を示す図である。 データ比較部での処理状況を示す表示画面の一例を示す図である。
符号の説明
1 PLC部
2 情報収集子局
3 情報収集基地局
4 データ比較部
5 修正処理部
6 加工情報DB
7 加工情報読出し部
8 加工情報
11 NCプログラム
12 情報書込み部
13 データ送信部
14 数値制御部
15 サーボモータ
16 アクチュエータ
17 操作パネル
18 センサ
19 運転員
100 加工プロセス監視システム
101 CAD/CAMシステム
102 監視対象設備
103 表示画面
300 ボックス
301 収集機器
302 無線ユニット
303 分岐台
304 有線接続端子台
305 LAN接続ポート
306 パワーサプライ
401 加工プロセス情報
402 加工情報
403 NCプログラム

Claims (4)

  1. 加工プロセス情報を基に高効率加工条件を抽出し、CAD/CAM手段の加工情報にフィードバックすることで高効率なNCプログラムを生成する加工プロセス監視システムであって、
    生産設備の制御装置から加工プロセス情報を収集するための情報収集手段と、
    加工プロセス情報を蓄積するための記憶媒体と、
    上記記憶媒体に蓄積された加工実績のある加工プロセス情報を基に高効率加工条件を抽出するデータ比較手段と、
    データ比較手段により抽出された高効率加工条件に基づいてNCプログラムを修正するCAD/CAM手段と、
    上記CAD/CAM手段により修正されたNCプログラムに基づいた加工情報を上記生産設備の制御装置に情報を伝達するための情報伝達手段と、
    を備え、加工プロセス情報から抽出した加工条件データとNCプログラムの加工条件データを自動あるいは手動で比較しながら高効率な加工条件を決定し、NCプログラムの加工条件データにフィードバックすることで、高効率なNCプログラムを作成することを特徴とする加工プロセス監視システム。
  2. 請求項1記載の加工プロセス監視システムにおいて、上記生産設備の制御装置と、情報収集手段及び情報伝達手段とは双方向通信可能な電気通信回線を通じて接続されていることを特徴とする加工プロセス監視システム。
  3. 加工プログラムと運転員の加工条件設定値とに基づいて被加工物を加工し、加工した加工物に関して、上記加工プログラムと上記運転員の加工条件設定値情報とを対応させて示す情報および加工実績を示す加工情報を、伝送手段を介して、伝送する生産設備制御手段と、
    上記生産設備制御手段から伝送された加工情報を収集する加工情報収集手段と、
    上記加工情報収集手段により収集された加工情報を蓄積する加工情報記憶手段と、
    上記加工情報記憶手段に蓄積された加工情報に基づいて、加工プログラムによる設定情報と上記運転員の加工条件設定値情報とを互いに対比する対比情報を表示する表示手段と、
    上記表示手段に表示された対比情報と加工実績とに基づいて決定される、生産効率が高い加工条件に従って上記加工プログラムを修正する修正処理手段と、
    上記修正処理部により修正された加工プログラムを上記生産設備制御手段に、伝送手段を介して伝送するデータ送信手段と、
    を備えることを特徴とする加工プロセス監視システム。
  4. 請求項3記載の加工プロセス監視システムにおいて、上記生産設備制御手段と、加工情報収集手段及び上記データ伝送手段とは双方向通信可能な電気通信回線を通じて接続されていることを特徴とする加工プロセス監視システム。
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