JP2009181506A - 生産管理装置を備えた生産システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】生産システム(1)の生産管理装置(10)は、ワーク(W)についてのワーク情報とロボット(11〜13)の複数の作業プログラムおよび加工機械(21、22)の複数の加工プログラムについてのプログラム情報とにより構成される生産システムモデル(4)を予め記憶する記憶手段(3)と、ロボットおよび加工機械の実行状態を表す実行状態信号と検出器(311、321)からのワーク信号とに基づいて生産システムモデルを更新する更新手段(5)と、更新後の生産システムモデルに基づいて一つの作業プログラムおよび一つの加工プログラムを選択すると共に選択された作業プログラムおよび作業プログラムの実行を前記ロボットおよび加工機械にそれぞれ指示する指示手段(6)とを備える。
【選択図】図7
Description
例えば、二つのロボットからなる生産システムで、ロボット1aがワークをテーブルAからテーブルBに運び、ロボット2aがワークをテーブルBからテーブルCに運ぶという動作があったとしてみる。ロボット1aが正しくワークをテーブルAからテーブルBに搬送したならば、ワークはテーブルBに存在しているはずである。
生産システムモデルについて
本発明の実施形態を説明する前に、生産システムの振る舞いを表現するための記法である生産システムモデルについて説明しておく。振る舞いとは、生産システムがどのように動くかということを示すものである。生産システムは、それらを構成するロボットに内蔵される複数の作業プログラム、加工機械に内蔵される複数の加工プログラム、生産管理装置に内蔵されるプログラムによって動作する。従って、生産システムの振る舞いを決定しているのはそれらプログラムであり、生産システムの振る舞いを表現するとは、プログラムの動作を表現することである。
図5において黒丸はワークWを表している。ワークWは、本発明では次の属性を持つことができる。
(1).. ClassID: 種類を表す数字
(2).. InstanceID: ワークを一意に特定する数字
(3).. Status: 状態を表す数字(加工されたか、されていないか、など)
図5において円またはパレットの形で示す要素は、その内部にワークWを置くことができる。ワークの置き場所には、そのワークの置き場所に置かれるワークWの数およびワークの種類などの条件が付随する。例えば、ハンド14は、ワークW1またはワークW2を把持する。ハンド14により把持可能なワークWの最大数は1である。さらに、把持可能なワークの種類も限定されており、ハンド14は、ワークW1やワークW2と同じ種類のワークしか把持できない。このような条件を、ワークの置き場所に付随する属性として記述しておく。記述方法はどのような形式でも構わないが、本発明では、つぎのような形式で記述する。
Count in 0..1
ClassID=2
RC1.RI[1]=ON −> Count >0
RC1.RI[1]=OFF −> Count =0
図5においては、ロボット11〜13の作業プログラムおよび加工機械21、22の加工プログラムが矩形で表されている。これらを本発明ではプロセスと称する。プロセスは、以下の属性を持つ。
(1).. プロセスが実行されるロボット11〜13または加工機械21、22を特定する文字列
(2).. プロセスの名称
(3).. 実行状態
(4).. 終了状態および戻り値
Controller = Robot11
ProgramID = PNS0011
Status = idle
(1).. 正常終了か異常終了かを示す値 (終了状態)
(2).. 戻り値
図5には2種類の矢印が含まれている。その一つは、ワークの置き場所からプロセスに向かう矢印であり、他の一つは、プロセスからワークの置き場所に向かう矢印である。ワークの置き場所からプロセスに向かう矢印は、プロセスを実行するためには何が必要であるか(実行条件)を示す。プロセスからワークの置き場所に向かう矢印は、プロセスの実行後に起きる変化(実行結果)を表す。
(1)..プログラムを実行することによって、仮置き台31にあるワークWの数、種類、状態におきる変化(例えばワークの移動)
(2)..プログラムを実行するために必要なロボット、加工機械、周辺機器の状態(事前条件)
Count = 1
ClassID = 1
RC2.UO[7]=ON
Count = 1
ClassID = 1
RC2.UO[7]=ON
Count= ReturnValue
ここで、図6が表す情報をまとめてみる。まず、仮置き台31は、その場所にどのようなワークをいくつ置けるのかという情報を保持している。実行条件(矢印)は、作業プログラムB1が実行するのに必要なワークWの種類と数を表している。作業プログラムB1は、その実行の主体となるロボットと実際に実行されるプログラム名を保持している。
(1).. 作業プログラムB1を仮に実行したとして、その後に仮置き台31に置かれているワークの種類と数が、ワークの種類と数に関する仮置き台31の条件を満たしていること。
(2).. 作業プログラムB1を仮に実行したとして、その後のハンド16に置かれているワークWの種類と数が、ワークの種類と数に関するハンド16の条件を満たしていること。
以上をまとめると、図5で表される生産システムモデルは、生産システムにおける作業プログラムおよび加工プログラムと、それらのプログラムによってワークがどのように移動されるのか、ならびにそれらのプログラムはワークがどこにあるときに実行されるのか、ということを示すものであるといえる。このような生産システムモデルにより、生産システムの振る舞いを表現できる。また、ロボット、加工機械および周辺機器に取り付けられたセンサなどからの信号を、作業プログラムおよび加工プログラムの実行条件に追加することや、ワークの置き場所におけるワークの配置(数、種類)などを検証するための条件として追加することができる。
(1).. ワークの置き場所は、ワーク条件とワーク条件補完式を持つ。
(2).. 実行条件は、ワーク移動式と事前条件を持つ。
(3).. 実行結果は、ワーク移動式と事後条件を持つ。
次に、これまでに述べた生産システムモデルを使って生産システムを管理する生産管理装置10の実現方法を述べる。図5に示される生産システムモデルで表現された生産システムを管理するのが、生産管理装置10である。図7に示すように、生産管理装置10は、生産システムモデル4とそれを記憶する記憶手段3、エラー検出部2、情報収集部5、プログラム管理部6、およびユーザインタフェース部7を含んでいる。ユーザインタフェース部7は表示編集部8およびエラー表示部9を備えている。
プログラム管理部6の詳細を述べる。図8は、プログラム管理部6の動作を示す。プログラム管理部6は、生産システムモデル4を参照し、実行可能なプログラムがあるかどうかを監視し続ける。実行可能なプログラムが存在した場合、プログラム管理部6はプログラム管理タスク6aを生成する。生成されたプログラム管理タスク6aは、ロボットおよび加工機械と通信してその実行可能なプログラムの起動を指示し、起動された作業プログラムや加工プログラムが終了するまで待機し、終了処理の後、自分自身を消滅させる。なお、生産システム1が複数のロボット11〜13および/または複数の加工機械21、22を備えている場合には、プログラム管理部6は実行可能なプログラムを備えたロボットおよび/または加工機械を複数のロボット11〜13および/または複数の加工機械21、22から選択することも行う。
(1).. プログラムの実行条件に従い、生産システムモデル4において、入力となるワーク置き場からワークを削除する。
(2).. プログラムを実行するロボットもしくは加工機械に対して、プログラムの起動を指示する。
(1).. プログラムを実行するロボットもしくは加工機械から、プログラムの終了を示す信号を受け取る。
(2).. プログラムの実行結果に従い、生産システムモデル4において出力となっているワーク置き場に対して、ワークを追加する。
ロボット12におけるプログラムの実行状態がrunningからfinishedになったときに、プログラム管理タスク6aはプログラムの終了状態を取得する。図9に示されるように、終了状態が正常であれば、プログラム管理タスク6aはさらに戻り値を取得する。そして、プログラム管理タスク6aは、生産システムモデル4のハンド16に対して、ワークを1個追加して(図9における「ワークの移動」に相当する)、プログラムの状態をfinishedからidleに変更する。これにより、生産システムモデル4のハンド21には、ワークが1個置かれることになる。
情報収集部5は単純な構成である。図10に示されるように、情報収集部5は、生産管理装置10の起動時に生産システムモデル4を読み込み、そのなかの条件に記述された信号の一覧表を作成する。前述したように、生産システムモデル4の中で信号を条件として記述できるのは、ワーク置き場の条件と、プロセスの実行条件、プロセスの実行結果の3種類である。生産システムモデル4に記述された全てのワーク置き場と全てのプロセスから、生産システムモデル4が監視する必要のある信号を抽出する。この信号の一覧表は、たとえば、次のようなものになる。
(1).. 仮置き台31のワークWの有無を示すセンサ311の信号
(2).. 仮置き台32のワークWの有無を示すセンサ321の信号
(3).. ハンド14のワークWの有無を示すセンサ141の信号
(4).. その他の信号
エラー検出部2は、生産システムモデル4に定義された条件を周期的に評価し、次の2つの場合にエラーを通知する(図11)。
(1)..ワーク条件が、ワーク条件補完式を満たさない。
(2)..正常に終了していないプロセスがある(終了状態が異常である場合と、実行結果に含まれる事後条件が満たされていない場合)
ユーザインタフェース部7は、生産システムモデル4を表示、編集するための表示編集部8と、エラーが発生したときにその原因を示すエラー表示部9とから構成される。
これまでに述べてきた生産システムモデル4を備えた生産管理装置10を使った生産システム1の典型的な運転方法を述べる。
この生産システムが動作するためには、まずワークが必要であり、ワークが生産システムモデル4のなかのワークの置き場所に存在することがスタートとなる。生産システムモデル4にワークを投入するには、次の2つの方法がある。
(1).. 生産管理装置の手動編集部の有する機能を使って、生産システムモデル4上のワークの置き場所に、ワークを追加する。
(2).. 何らかの周辺装置によって、ワークの置き場所に存在するワークの数や種類を検出可能な場合には、ワークを投入する機能を持ったプログラムを実行させる。
(1).. 倉庫は、生産システムに対して、ワークを供給するときに、ワークの個数を示す信号を送出する。
(2).. 倉庫は、生産システムに対して、ワークを供給するときに、ワーク供給を示す信号をONにする。
(3).. 生産システムから、倉庫に対して、ワークの数を取得したことを示す信号がONになると、倉庫からワーク供給を示す信号はOFFになる。
ワーク移動式 無し
事前条件 PLC.DI[1]= ON
ワーク移動式 Count = ReturnValue
事後条件 PLC.DI[1] = OFF
これにより、倉庫から信号がきたときに、ワークの個数を取得するという振る舞いが実現される。
生産システムモデル4においてワークが投入されると、プログラム管理部6により実行可能な作業プログラムおよび加工プログラムが起動され、作業プログラムおよび加工プログラムを実行した結果として、ワークが生産システムモデル4内を移動していく。この動作は、実行可能な作業プログラムおよび加工プログラムが存在しなくなるまで続く。通常、実行可能なプログラムが存在しない状態はワークに対する作業がすべて終了して、ワークがすべて排出場所まで移動した状態である。
ワークの排出は、ワークの供給とほぼ同様に、手動で生産システムモデル4から取り除くか、あるいは同じ働きをするプログラムを実行することで実現される。
本発明で述べる生産システムでは、次のエラーが検出できる。
(1).. 作業プログラムおよび加工プログラムが正常に終了していない場合
(A) 作業プログラムおよび加工プログラムが異常終了した場合
(B) 作業プログラムおよび加工プログラムは正常終了したが、生産システムモデル4において、作業プログラムおよび加工プログラムの実行結果の事後条件が整合しない場合
(2).. 生産システムモデル4において、ワークの置き場所に関連づけられたワーク条件と、ワーク条件補完式とが整合しない場合
本発明に従う生産システムでエラーが発生した場合、次の手順で復旧する。作業プログラムまたは加工プログラムが正常に終了していない場合のエラーを最初に対処する必要がある。作業プログラムまたは加工プログラムの異常終了は、例えば操作者が途中終了を指示した場合に生じる。あるいは、作業プログラムまたは加工プログラムの異常終了は、プログラムの実行中にロボットまたは加工機械の電源が落ちることによりプログラムが途中で停止してその後実行を継続できない場合に生じる。
(1).. 異常終了となったプロセスがあれば、そのプロセスの名前
(2).. 生産システムモデル4において、作業プログラムおよび加工プログラムの実行結果の事後条件が整合しない部分
(3).. ワークの置き場所に関連づけられたワーク条件と、ワーク条件補完式の整合しない部分
具体的には、エラー標示部9は、プロセスが異常終了しているのであればそのプロセスの名前を示し、また、プロセスが正常終了しているにもかかわらず生産システムモデルが定義するプロセスの事後条件と、通信手段60を通じて受信された最新の実行状態信号とが整合しない場合にはこれら実行状態信号を表示する。さらに、エラー標示部9は、プロセスの結果によって更新された生産システムモデル4のワーク情報が、通信手段60を通じて受信された最新のワーク信号によるワーク条件補完式を満たさない場合にはこれらワーク信号を表示する。
エラーが発生すると、プログラム管理部6はプログラム選択動作を停止する。しかし、この状態でも、情報収集部5は動作を続けるため、生産管理装置は、生産システムがエラー状態になったままか、それともエラー状態が解消されたのかを監視しつづけている。前述の例では、ハンド21におけるモデルと実際の生産システムとの間の不一致が解消されるまでは生産管理装置10は、生産システムの操作者からの再開の指示を受けつけない。
2 エラー検出部
3 記憶手段
4 生産システムモデル
5 情報収集部(更新手段)
6 プログラム管理部(指示手段)
6a プログラム管理タスク
7 ユーザインタフェース部
8 表示編集部(変更手段)
9 エラー表示部
10 生産管理装置
11〜13 ロボット
14〜19 ハンド
21、22 加工機械
23、24 治具
31、32 仮置き台
40 供給パレット
41、42 供給パレット置き場
50 排出パレット
51、52 排出パレット置き場
60 通信手段
141〜191、231、241、411、421、511、521 センサ
A1〜An、B1〜Bn、C1〜Cn 作業プログラム
D1〜Dn、E1〜En 加工プログラム
W、W1、W2 ワーク
Claims (5)
- 生産システム内の生産工程を管理する生産管理装置と、複数の加工プログラムを含んでいてワークを加工する少なくとも一つの加工機械と、複数の作業プログラムを含んでいて前記加工機械に対してワークを供給すると共に前記加工機械から前記ワークを搬出する少なくとも一つのロボットと、前記ワークを配置可能な少なくとも一つの仮置き台と、前記ワークが前記仮置き台に存在するか否かを表すワーク信号を出力する少なくとも一つの検出器と、前記生産管理装置、前記ロボット、前記加工機械、および前記検出器をそれぞれ接続する通信手段とを備えた生産システムにおいて、
前記生産管理装置は、前記ワークについてのワーク情報と、前記少なくとも一つのロボットの前記複数の作業プログラムおよび前記少なくとも一つの加工機械の前記複数の加工プログラムについてのプログラム情報とにより構成される生産システムモデルを予め記憶する記憶手段と、
前記通信手段により受信された、前記ロボットおよび前記加工機械の実行状態を表す実行状態信号と前記検出器により出力されたワーク信号とに基づいて、前記記憶手段に記憶された前記生産システムモデルに含まれるワーク情報及びプログラム情報を更新する更新手段と、
前記更新手段により更新された生産システムモデルに基づいて、前記ロボットの前記複数の作業プログラムから一つの作業プログラムおよび前記加工機械の前記複数の加工プログラムから一つの加工プログラムを選択すると共に、選択された作業プログラムおよび作業プログラムの実行を前記通信手段を通じて前記ロボットおよび前記加工機械にそれぞれ指示する指示手段と、を備えている生産システム。 - 前記生産システムが、複数の前記ロボットと、複数の前記加工機械とを含んでおり、
前記指示手段は、さらに、前記更新手段により更新された生産システムモデルに基づいて、前記複数のロボットのうちの一つのロボットおよび前記複数の加工機械のうちの一つの加工機械を選択すると共に、前記作業プログラムおよび加工プログラムの実行を前記通信手段を通じて、選択された前記ロボットおよび前記加工機械にそれぞれ指示するようにした請求項1に記載の生産システム。 - 前記生産システムがエラーにより停止した場合には、前記生産管理装置は、前記生産システムモデルにおける前記プログラム情報が、前記通信手段により受信された最新の実行状態信号と整合すると共に、前記生産システムモデルにおける前記ワーク情報が、前記通信手段により受信された最新のワーク信号と整合した場合にのみ、前記生産システムを再び作動させるようにした請求項1または2に記載の生産システム。
- 前記生産管理装置は、前記生産システムモデルにおける前記プログラム情報と前記最新の実行状態信号とが整合しない場合にはこれら実行状態信号を表示すると共に、前記生産システムモデルにおける前記ワーク情報と前記最新のワーク信号とが整合しない場合にはこれらワーク信号を表示する表示手段を備える、請求項3に記載の生産システム。
- 前記生産管理装置は、前記生産システムモデルを変更する変更手段を備えており、
前記変更手段によって、前記生産システムモデルにおける前記プログラム情報と前記最新の実行状態信号とが整合すると共に、前記生産システムモデルにおける前記ワーク情報と前記最新のワーク信号とが整合する場合には、前記生産システムを再び作動させるようにした、請求項3または4に記載の生産システム。
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