JP2009524143A - 非線形工程計画の生成方法及びそれを利用したインターネット基盤のｓｔｅｐ−ｎｃシステム - Google Patents

非線形工程計画の生成方法及びそれを利用したインターネット基盤のｓｔｅｐ−ｎｃシステム Download PDF

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Abstract

【解決手段】本発明は、非線形工程計画の生成方法及びそれを利用したインターネット基盤のＳＴＥＰ−ＮＣシステムに係り、より詳細には、現場状況を反映した多様な代案工程と加工順序情報とを含む非線形工程計画を樹立することで最適の加工を遂行しながら、異常状態に自律的に対処できる非線形工程計画を生成させる方法と、樹立された工程計画からＸＭＬ形式のＳＴＥＰ−ＮＣパートプログラムを作成することでインターネットを経由して他のシステムと容易に工程情報を交換できるインターネット基盤のＳＴＥＰ−ＮＣシステムに関する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、非線形工程計画の生成方法及びそれを利用したインターネット基盤のＳＴＥＰ−ＮＣシステムに係り、より詳細には、現場状況を反映した多様な代替工程と加工順序情報とを含む非線形工程計画を樹立することで最適の加工を遂行しながら、異常状況に自律的に対処できる非線形工程計画を生成させる方法と、樹立された工程計画からＸＭＬ形式のＳＴＥＰ−ＮＣパートプログラムを作成することでインターネットを経由して他のシステムと容易に工程情報を交換できるインターネット基盤のＳＴＥＰ−ＮＣシステムに関する。
数値制御（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ：以下、ＮＣ）加工技術は、１９５２年ＭＩＴ大学で３軸数値制御ミーリング工作機械を発明して以来、マイクロプロセッサ技術を含めた電子工学技術発達とともにコンピュータ支援数値制御（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ：以下、ＣＮＣ）加工技術に進化して眩しい発展を繰り返している。
最近、現場で最も普遍的に利用されるＣＮＣ加工方式は、ＣＡＤ／ＣＡＭ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ／Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−Ａｉｄｅｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）ソフトウェアを介して加工品の図面を含めた形状設計情報からパートプログラム（ｐａｒｔ ｐｒｏｇｒａｍ）を生成させ、これをＣＮＣ制御器が搭載された工作機械（以下、ＣＮＣ工作機械）に入力して加工する方式である。
一般的なパートプログラムは、加工順序によってあらかじめ樹立された工程計画をＧコード（Ｇ−ｃｏｄｅ）形態に記述したものであって、Ｇコードに記述された工程順序によって順次加工が可能となる。
例えば、孔を数十本加工する場合、Ｇコードにプログラムするためには、加工する孔の順序を工程計画仮定でいちいち指定しなければならず、加工前に状況に合わせて最適化させなければならない必要がある場合や加工途中にドリルの破損などで異常状況が発生する場合、加工順序を変更し難い問題点がある。すなわち、Ｇコード方式のパートプログラムを入力されたＮＣ制御器は、固定された順序の軸動作情報のみを有しているために工具破損などの異常状況で加工順序や加工条件を適切に変更しにくく、あらかじめ計画された工具や固定具が加工当時に存在していない場合、工程計画及びパートプログラムを現場で直ちに変更することは容易ではない。
このような問題を解決するための新たなプログラム言語として、ＳＴＥＰ（ＳＴａｎｄａｒｄ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｅｘｃｈａｎｇｅ ｏｆ Ｐｒｏｄｕｃｔ ｍｏｄｅｌ ｄａｔａ）データモデルに基づいたＳＴＥＰ−ＮＣ言語が台頭されている。ＳＴＥＰ−ＮＣ言語で作成されたパートプログラムは、軸動作の代わりに軸動作を生成できる形状情報、加工手続き、加工方法及び工具情報などの工程計画情報を定義していて加工順序及び加工条件に対する変更が容易な長所がある。
しかし、ＳＴＥＰ−ＮＣパートプログラムは、汎用性のために機械中立的な情報で生成されるために、現存するすべてのＣＮＣ工作機械の構造を満足させることはできない。したがって、ＳＴＥＰ−ＮＣパートプログラムが入力された後、工作機械の構造に合わせてＳＴＥＰ−ＮＣ加工情報を修正する必要があり、修正過程で既存のＳＴＥＰ−ＮＣ加工情報以外に新たな代案加工を生成し、これを処理できる方法が必要である。
一方、ＩＴ技術の発達につれてＥＲＰ（Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｐｌａｎｎｉｎｇ）、ＣＲＭ（Ｃｕｓｔｏｍｅｒ Ｒｅｌａｔｉｏｎ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）及びＳＣＭ（Ｓｕｐｐｌｙ Ｃｈａｉｎ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）などのビジネス（ｂｕｓｉｎｅｓｓ）支援システムとＭＥＳ（Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）及びＰＤＭ（Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｄａｔａ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）のような現場の生産システムとをインターネットで連結して各システム間に関連情報を共有できるｅ−Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ環境に関する研究が進行中である。
これにより、インターネットを用いて他のシステムどうしで自由に加工情報を交換でき、現場での状況に合わせて自律的に対処できる知能的なＮＣ制御器に対する開発が必要である。
本発明は、前記問題点及び要求事項を解決するためのものである。すなわち、現場状況を反映した多様な代案工程と加工順序情報とを含む非線形工程計画情報をＳＴＥＰ−ＮＣデータモデルに基づいて生成することによって、最適の加工を遂行しながら異常状況に自律的に対処できる非線形工程計画の生成方法を提供するところにその目的がある。
また、インターネットを経由して他のシステムとの容易な交換が可能な工程情報を生成させることによって、ｅ−Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ環境下で工程情報の交換、管理及び保存を容易にできるインターネット基盤のＳＴＥＰ−ＮＣシステムを提供するところにまた他の目的がある。
前記目的を果たすための技術的思想として本発明は、ＣＡＤ情報、機械情報及び工具情報を入力され、ＸＭＬ形式のＳＴＥＰ−ＮＣパートプログラムに対する入出力を処理するインターフェース部と、前記インターフェース部から伝送されるＣＡＤデータから機械独立的工程計画（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ;ＮＰＳ）情報を生成させるＮＰＳ生成部と、前記インターフェース部から伝送される工作機械構造情報及び工具情報と前記ＮＰＳ生成部で生成されたＮＰＳ情報から機械従属的工程計画（Ｈａｒｄｗａｒｅ−ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ；ＨＰＳ）、最適実行工程計画（Ｅｘｅｃｕｔｉｖｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ；ＥＰＳ）情報及び工具経路とを生成させるＥＰＳ生成部と、前記ＥＰＳ生成部から伝送される最適実行工程計画情報に基づいて工作機械を制御して工作物を加工して異常状況に対処する自律制御部と、
を含んで構成されることを特徴とするインターネット基盤のＳＴＥＰ−ＮＣシステムを提供する。
本発明による非線形工程計画の生成方法は、多数の加工代案を現場に提供することによって、ＳＴＥＰ−ＮＣ工作機械が現場状況によって最適化された加工を遂行することができ、加工中に発生する異常状況に自律的に対処できるようになって、加工遅延などによる生産性低下を防止して無人加工システムを容易に構築させる効果がある。
また、複合加工機に最適化された実行工程計画生成を提供することによって、複合加工効率を大幅に向上させうる効果もある。
一方、本発明によるインターネット基盤のＳＴＥＰ−ＮＣシステムは、ＣＡＤ、ＣＡＭ、ＭＥＳ及びＰＤＭなどの外部システムとインターネットで連結された環境で損失のない効率的な情報伝達を可能にし、現場の機械情報及び加工情報などを多様なシステムで活用することによって、生産性向上に寄与できる効果がある。
また、本発明によるインターネット基盤のＳＴＥＰ−ＮＣシステムを備えた工作機械どうしでＸＭＬ形式のＳＴＥＰ−ＮＣパートプログラムをインターネットを介して自由に交換させることによって、工作機械の種類に関係のないグローバル製造が可能になり、多様なＳＴＥＰ−ＮＣパートプログラムの共有を通じて加工準備時間を短縮できる効果もある。
以下、本発明の望ましい実施形態を添付図面に基づいて、詳しく説明する。
本発明の一実施形態によるインターネット基盤のＳＴＥＰ−ＮＣシステムは、ＳＴＥＰ−ＮＣデータモデルに立脚して、機械独立的工程計画（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ；ＮＰＳ）情報、機械従属的工程計画（Ｈａｒｄｗａｒｅ−ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ；ＨＰＳ）情報及び最適実行工程計画（Ｅｘｅｃｕｔｉｖｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ；ＥＰＳ）情報に分類される非線形工程計画情報を生成させ、これにより加工を遂行する。
ＮＰＳ情報は、工作機械に独立的な工程計画情報であって、実行順序が考慮されていないすべての遂行可能作業（ｗｏｒｋｉｎｇｓｔｅｐ）に対する情報と選択的に遂行できる代案作業に対する情報とで構成され、ＩＳＯ １４６４９データモデル規格によるＳＴＥＰ−ＮＣパートプログラムで表現が可能である。
ＨＰＳ情報は、機械中立的なＮＰＳ情報を用いて特定工作機械などのハードウェアで加工を遂行するための機械従属的な中間段階の工程計画情報であって、工作機械の構成情報及び現場工具情報を用いてＮＰＳ情報に含まれている各作業に対して当該作業を行うためのハードウェアリソースと加工方法などのハードウェア関連情報とを付加的な情報として含む。
ＥＰＳ情報は、ＮＰＳとＨＰＳ情報とを生成させた後、最終的に生成する情報であって、工作機械で加工に使われるようにＨＰＳ情報の全体作業が最適に実行しうる順次な工程計画情報である。
図１は、本発明の一実施形態によるインターネット基盤のＳＴＥＰ−ＮＣシステムの構成図である。
図１に図示されたように、本発明の一実施形態によるインターネット基盤のＳＴＥＰ−ＮＣシステムは、入出力される情報を処理するインターフェース部４００と、工作物の形状設計情報であるＣＡＤデータからＮＰＳ情報を生成させるＮＰＳ生成部１００と、ＮＰＳから工作機械の構造に合うＥＰＳ情報及び工具経路を生成させるＥＰＳ生成部２００と、生成されたＥＰＳ情報に基づいて工作機械を制御することによって、工作物を加工する自律制御部３００とで構成される。
インターフェース部４００は、標準ＣＡＤインターフェース４１０、ＳＴＥＰ−ＮＣパートプログラムインターフェース４２０、工作機械構成情報インターフェース４３０．工具情報インターフェース４４０及びＧコードインターフェース４５０で構成される。
標準ＣＡＤインターフェース４１０は、ＩＳＯ １０３０３ ＡＰ ２０３あるいはＡＰ ２２４で表現されたＣＡＤ情報を入力されて、これを解析する機能を行う。ＳＴＥＰ−ＮＣパートプログラムインターフェース４２０は、入力されたＳＴＥＰ−ＮＣ（ＩＳＯ １４６４９）パートプログラムを解析して加工情報に変換し、加工情報をＳＴＥＰ−ＮＣ（ＩＳＯ １４６４９）パートプログラムに変換して出力する。ここで、ＳＴＥＰ−ＮＣパートプログラムインターフェース４２０は、工作機械及び制御器に中立的な言語からなったＳＴＥＰ−ＮＣパートプログラムをインターネットを介して自由に交換されるように、ＩＳＯ １０３０３ Ｐａｒｔ ２１に基づいたｐｈｙｓｉｃａｌ ｆｉｌｅ形態だけではなく、ＸＭＬ（Ｅｘｔｅｎｓｉｂｌｅ Ｍａｒｋｕｐ Ｌａｎｇｕａｇｅ）形式からなったＳＴＥＰ−ＮＣパートプログラムを入出力するように構成することが望ましく、ＸＭＬ形式のＳＴＥＰ−ＮＣパートプログラムに対する例は後述する。
また、工作機械構成情報インターフェース４３０及び工具情報インターフェース４４０は、工作機械構成情報及び工具情報を入力されて内部情報に変換するか、内部情報を変換して工作機械構成情報及び工具情報を出力する。ここで、工具情報インターフェース４４０は、国際工具標準であるＩＳＯ １３３９９及びＩＳＯ １８３２と国際工具ホルダー標準であるＩＳＯ ５６０２とに基づいた工具情報を解析することができる。最後に、Ｇコードインターフェース４５０は、自律制御部３００で生成されたＣＬ（Ｃｕｔｔｉｎｇ Ｌｏｃａｔｉｏｎ）工具経路情報をＧコードに変更して出力する。
ＮＰＳ生成部１００は、標準ＣＡＤインターフェース４１０を介して入力されたＣＡＤ情報から加工素材の除去ボリュームを生成して除去ボリュームに該当する特徴形状を認識してユーザーから公差情報を入力され、認識された特徴形状とともに公差情報を参照してＮＰＳ情報を生成させる。ここで、生成されたＮＰＳ情報は、ＳＴＥＰ−ＮＣパートプログラムインターフェース４２０を介してＸＭＬ形式のＳＴＥＰ−ＮＣパートプログラムに変換されて外部システムに提供されることができる。
ＥＰＳ生成部２００は、ＮＰＳ情報と工作機械の構成情報及び現場工具情報とを入力されて各遂行作業に対して加工時に使用可能なハードウェアリソース（スピンドル、ターレット及び工具）情報と同時加工（ｏｎｅ−ｆｅａｔｕｒｅ同時加工、ｔｗｏ−ｆｅａｔｕｒｅ同時加工）遂行可能性情報とを追加したＨＰＳ情報を生成させ、該生成されたＨＰＳ情報から加工時間を最小化できる作業の進行順序と同時加工適用如何及び代案作業中の実行作業とを決定することでＥＰＳ情報を生成させる。
ここで、ＮＰＳ生成部１００とＥＰＳ生成部２００で各非線形工程計画（ＮＰＳ、ＨＰＳ、ＥＰＳ）情報を生成させる方法は、後述する。
自律制御部３００は、ＥＰＳ生成部２００で生成したＨＰＳ及びＥＰＳ情報によって加工を行う加工執行部３１０と、異常状況で代案工具または代案作業を探し、工具経路を再生成する異常状況対処部３２０と、加工中または加工完了時のパートに対する公差及び加工誤差を測定し、該測定結果を分析してユーザーに通知する機上（ｏｎ−ｍａｃｈｉｎｅ）測定及び分析部３３０、そして、機上測定及び分析部３３０で測定された加工誤差に基づいて未切削部分を再び加工する再加工部３４０で構成される。
このように構成された本実施形態によるインターネット基盤のＳＴＥＰ−ＮＣシステムは、全体を一体のシステムで構成することもでき、また、インターフェース部４００、ＮＰＳ生成部１００及びＥＰＳ生成部２００を自律制御部３００と別途にオフラインＣＡＭソフトウェアの内部に構成することもできる。
図２は、前述したＳＴＥＰ−ＮＣパートプログラムインターフェース４２０を介して入出力されるＸＭＬ形式のＳＴＥＰ−ＮＣパートプログラムについての例を表わす図面であるが、ＸＭＬ形式で表現されたＳＴＥＰ−ＮＣパートプログラムは、ＩＳＯ １４６４９で定義されたデータモデルに基づいたＮＰＳ情報をＸＭＬで表現したものである。
図２を参照して、ＸＭＬで表現されたＳＴＥＰ−ＮＣパートプログラムの文段構造を説明すれば、次の通りである。
ＸＭＬ要素（ｅｌｅｍｅｎｔ）ｅ１は、被削材情報を定義するものであって、その名称である“ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ”は、ＩＳＯ １４６４９で被削材を定義するエンティティ（ｅｎｔｉｔｙ）の名称である。また、要素内の属性である“ｉｄ”は、ＸＭＬでのｉｎｓｔａｎｃｅ ｉｄを意味し、“ｉｔｓ＿ｉｄ”、“ｉｔｓ＿ｍａｔｅｒｉａｌ”、“ｇｌｏｂａｌ＿ｔｏｌｅｒａｎｃｅ”及び“ｉｔｓ＿ｂｏｕｎｄｉｎｇ＿ｇｅｏｍｅｔｒｙ”は、ＩＳＯ １４６４９で定義された被削材の属性である。このような規則によって解析すれば、ｅ１要素は、加工に使うｗｏｒｋｐｉｅｃｅのｉｄは“Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ”であり、パート形状に別途に公差が指定されない部分（ｇｌｏｂａｌ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）での基本公差は、“０．０１ｍｍ”、ｍａｔｅｒｉａｌとｂｏｕｎｄｉｎｇ ｇｅｏｍｅｔｒｙは、それぞれ“ｒｅｆ＿１”と“ｒｅｆ＿２”とを参照しなさいということを意味する。
ｅ２要素は、ＩＳＯ １４６４９で材質を定義するエンティティに対応する“ｍａｔｅｒｉａｌ”を定義する要素であって、ｅ１要素で参照するｍａｔｅｒｉａｌ ｉｄである“ｒｅｆ＿１”に対して言及している。ここで、“ｓｔａｎｄａｒｄ＿ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ”と“ｍａｔｅｒｉａｌ＿ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ”は、ｍａｔｅｒｉａｌの属性を定義したものであり、当該ｗｏｒｋｐｉｅｃｅの材質は、ＩＳＯ １４６４９で定義された材質のうちＡＬＬＯＹＥＤ ＳＴＥＥＬということを意味する。
ｅ３要素は、ｅ１要素で参考するｂｏｕｎｄｉｎｇ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｉｄである“ｒｅｆ＿２”に対して定義している。これを解析すれば、ｗｏｒｋｐｉｅｃｅの“ｂｏｕｎｄｉｎｇ ｇｅｏｍｅｔｒｙ”は、“ｒｉｇｈｔ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｃｙｌｉｎｄｅｒ”として、高さ（ｈｅｉｇｈｔ）は“１００ｍｍ”、半径（ｒａｄｉｕｓ）は“５５ｍｍ”、位置（ｐｏｓｉｔｉｏｎ）はｉｄが“ｒｅｆ＿３”であるＸＭＬ要素を参照しなさいということを意味する。
このように、各ＸＭＬ要素をＩＳＯ １４６４９でＮＰＳを定義するエンティティに対応させてＸＭＬ要素の属性と対応するエンティティの属性を同様に表現することによって、機械に中立的なＮＰＳ情報が記述されたＳＴＥＰ−ＮＣパートプログラムをＭＥＳやＰＤＭなどの外部システムとインターネットを介して容易に交換することができ、インターネット基盤のＳＴＥＰ−ＮＣシステムが備えられた生産システムの実際加工状況についての情報を多様な生産システム及び支援システムでリアルタイムで活用させうる。
以下、本発明の一実施形態による非線形工程計画の生成方法について詳しく説明する。
図３は、本発明の一実施形態による非線形工程計画方法が適用される加工素材の最終形状を表わす図面であり、図４及び図５は、図３に図示された形状を加工するためのボリューム除去の例を示す図面である。
図３に図示された最終形状は、ｔｕｒｎ−ｍｉｌｌ工作機械で加工され、多様なボリューム除去方法で解析されて加工されることができる。
例えば、図４では、図１に図示された形状の左側部分に対して２番の外径形状と３番のグルービング形状で除去ボリュームを分割し、図５では、１２番の外径形状と１３番の外径形状とで除去ボリュームを分割した。
また、図４に図示された６番の除去ボリュームを内径作業する場合、ユーザーによって先ずドリリング加工を遂行した後に、内径加工やボーリング加工を選択的に遂行して当該形状を加工することができる。
したがって、切削加工では、明確に区分される一つの工程計画のみならず、多様な除去ボリュームの設定と作業の割り当てによって多様な加工代案が存在することができる。また、反復される多数のドリリング加工が存在する場合、これらの加工順序を決定する方法もさまざまに存在することができる。
このように同一の加工形状に対して多様な加工方法と加工順序とを適用することができ、一般的に順次な形態の加工順序と既定の一種の加工方法とでのみ構成された既存の線形的な工程計画を適用して加工する方法に比べて、多様な加工方法と加工順序とを含んだ非線形工程計画を樹立して加工する方法が突発的に発生することができる異常状況により効率的に対処することができる。
図６は、本実施形態によるインターネット基盤のＳＴＥＰ−ＮＣシステムを用いて非線形工程計画を生成させる方法を示すフローチャートである。
先ず、ＮＰＳ生成部１００で標準ＣＡＤインターフェース４１０を介して入力されたＣＡＤデータを用いて機械独立的な非線形工程計画であるＮＰＳを樹立し（Ｓ１００）、前記ＮＰＳ樹立段階（Ｓ１００）で生成されたＮＰＳ情報から機械従属的な非線形工程計画であるＨＰＳを樹立する（Ｓ２００）。
以後、前記ＨＰＳ樹立段階（Ｓ２００）で生成されたＨＰＳ情報から実行のために最適化された非線形工程計画であるＥＰＳを樹立し（Ｓ３００）、該樹立されたＥＰＳ情報から工具経路を生成させ（Ｓ４００）、該生成された工具経路を用いてシミュレーション加工を遂行することで工具経路の異常有無を検証する（Ｓ５００）。
最終的に自律制御部３００は、前記生成されたＥＰＳと工具経路に沿って工作機械を制御することで工作物を加工する（Ｓ６００）。
以下、図７を参照して、図６に図示されたＮＰＳ樹立段階（Ｓ１００）を詳細に説明する。
先ず、ＣＡＤ情報を入力され（Ｓ１１０）、これを解析して加工素材の除去ボリュームを生成させて除去ボリュームに該当する特徴形状を認識し（Ｓ１２０）、前記入力されたＣＡＤ情報に対する公差情報をユーザーから入力される（Ｓ１３０）。ここで、認識された形状情報は、ＩＳＯ １４６４９ Ｐａｒｔ １０とＰａｒｔ １２で定義しているミーリング及び旋盤用の特徴形状規格による特徴形状情報に保存される。
以後、前記認識された特徴形状によって加工するために必要な工程を計画して各工程の細部属性情報を生成させ（Ｓ１４０）、計画された工程を代替しうる代案工程を生成させる（Ｓ１５０）。ここで、工程情報は、ＩＳＯ １４６４９ Ｐａｒｔ １０、Ｐａｒｔ １１及びＰａｒｔ １２で定義しているミーリング、旋盤、ドリリング工程規格による工程種類、加工条件、加工戦略、工具などに関する属性情報を含んで生成される。
以後、工程計画及び代案工程計画情報からＮＰＳ情報を生成させ（Ｓ１６０）、ユーザーや外部システムの要請がある場合、生成されたＮＰＳ情報を用いてＸＭＬ形式のＳＴＥＰ−ＮＣパートプログラムを作成する（Ｓ１７０）。
図８は、図７の手続きを通じて生成されたＮＰＳ情報を図式的に表わしたＮＰＳＧ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｇｒａｐｈ）であって、図４と５との除去ボリューム分解結果を用いて作成したＮＰＳＧの例を示す図面である。
図８に図示されたように、ＮＰＳＧは、アークとノードとで構成され、それぞれのノードは、ノードの性格（ＡＮＤ、ＯＲ、ＰＡＲＡＬＬＥＬ、ＭＡＲＫなど）、または作業単位情報（除去ボリューム、加工条件及び工具など）を有している。
作業単位情報は、数字と英文字との組合わせで表記されたノード（例：４ＦＲ、４ＦＦ、５ＣＲ，．．）によって表記されるが、数字は、図４及び図５で表記された除去ボリュームの番号を意味し、英文字は、遂行作業の種類を表わす。遂行作業で英文表記ＦＲは荒削面削加工、ＦＦは仕上面削加工、ＣＲは荒削外郭加工、ＣＦは外郭仕上加工、ＣＤはセンタードリリング、Ｄはドリリング、Ｂはボーリング、ＰＲは平面荒削加工、ＰＦは平面仕上加工、ＧＲは荒削グルービング加工、ＧＦは仕上グルービングを意味する。例えば、４ＦＲは、図４に図示された４番の除去ボリュームに対して荒削面削加工を遂行するということを意味する。
それ以外にも、ＳＡ、ＪＡ、ＳＯ及びＪＯに表記されたノードは、ノードの性格を意味する。ノードの性格のうちＡＮＤは、下位ノードが順序に構わずに実行されることができるということを表わし、ＳＡ（Ｓｐｌｉｔ ＡＮＤ）とＪＡ（Ｊｏｉｎｔ ＡＮＤ）とによって表現される。ノードのうち最初に表われるＳＡとＪＡとの間には、５ＣＲ、７ＣＲ、７ＣＦ、６ＣＤ、６Ｄ、６Ｂ、６ＣＲ、６ＣＦの作業が含まれており、ＳＡで分かれた一つの分枝（ｂｒａｎｃｈ）に存在する５ＣＲ、７ＣＲ、７ＣＦと６ＣＤ、６Ｄ、６Ｂ、６ＣＲ、６ＣＦ作業の間には、順序に構わずに作業遂行が可能であるということを意味する。ここで、アークによって連結された作業、例えば、５ＣＲ、７ＣＲの作業の場合、先行作業が先に遂行されなければならないということを意味する。これにより、５ＣＲ作業以後、６ＣＤという作業が遂行可能であり、また、６ＣＤという作業が、５ＣＲより先行可能であるということを意味する。
ノードの性格のうちＯＲは、下位作業のうち一種のみを選択して実行されることができるということを表わし、ＳＯ（Ｓｐｌｉｔ ＯＲ）とＪＯ（Ｊｏｉｎｔ ＯＲ）とによって表現される。ノードのうち最初に表われるＳＯとＪＯとの間には、６Ｂ、６ＣＲ、６ＣＦが含まれており、６ＢはＳＯで分かれる一つの分枝を構成し、６ＣＲと６ＣＦはまた他の分枝を構成する。このとき、ＯＲは、６Ｂあるいは６ＣＲと６ＣＦとのうち一つの分枝を選択し、これを実行することを意味する。
このように、ＮＰＳＧは、ＡＮＤとＯＲとを用いて実行順序に構わずに遂行可能な作業と選択的に遂行可能な代案作業とを表現することができる。
以下、図９を参照して、図６に図示されたＨＰＳ樹立段階（Ｓ２００）を詳細に説明する。
先ず、工作機械構成情報インターフェース４３０及び工具情報インターフェース４４０を介して工作機械のスペック情報と現場に備えられた工具情報とを入力される（Ｓ２１０）。ここで、機械情報は、工作機械の軸、ターレット（ｔｕｒｒｅｔ）及びスピンドル（ｓｐｉｎｄｌｅ）の構造と性能とを定義する情報、切削油使用などの付加機能、工作機械に付着されたタッチプローブ（ｔｏｕｃｈ ｐｒｏｂｅ）などの測定装備情報及び工作機械に付着されたテールストック（ｔａｉｌ ｓｔｏｃｋ）などのクランピング装備情報を含む。
以後、入力された工具のうちから前記ＮＰＳ樹立段階（Ｓ１００）で生成されたＮＰＳの各作業に対して工具破損あるいは摩耗によって使用が不可能になる時まで使われる主工具と主工具の破損時に代替可能な代替工具とを決定する（Ｓ２２０）。主工具の選択のためには、作業に必要な工具の剛性、寿命、加工条件とともに、作業を通じて除去しなければならない除去ボリュームの形態と工程の種類とが考慮されなければならない。代替工具は、主工具が除去しなければならない同一除去ボリュームと同一工程の遂行が可能な工具で決定される。
以後、前記ＮＰＳ樹立段階（Ｓ１００）で生成されたＮＰＳの各作業に対して使われるスピンドルに対するセットアップを決定するが（Ｓ２３０）、スピンドルセットアップは最終形状の形態、機械的な性質、品質などによって使用可能になるように決定されなければならない。
旋盤と複合工作機械ではチャックによって工作物を固定させ、チャックのつまむ力によって工作物の形態の変形と加工表面の品質低下とが発生する。これにより、加工表面の高品質が要求される部分と容易に反る薄膜形状に対しては、チャックでつままれないようにスピンドルセットアップ順序を決定する。また、傾いた形状のように、チャックがつまみにくい部分に対しても、他の部分より遅く加工せねばならず、これを考慮してスピンドルセットアップ順序を決定する。一般的に、スピンドルが二個である複合加工機の場合、各スピンドル当たり一つのスピンドルセットアップが割り当てられるので、二個のスピンドルに加工される各作業は二回のスピンドルセットアップを通じて加工される（以下、遂行順序によって先に遂行するスピンドルセットアップをスピンドルセットアップ１と定義し、後で遂行するスピンドルセットアップをスピンドルセットアップ２と定義する）。
前記スピンドルセットアップ決定段階（Ｓ２３０）を通じて各作業は、特定スピンドルセットアップに対してのみ遂行可能な作業とスピンドルセットアップに構わずに遂行可能な作業とに分類されることができる。
以後、前記ＮＰＳ樹立段階（Ｓ１００）で生成されたＮＰＳの各作業に対して使われるターレットを割り当てる（Ｓ２４０）。複合加工機でターレットは軸の動きを具現する要素であり、ターレットの性能によって使用可能な軸と加工領域とが決定されるが、ターレットで動きが可能な軸と加工領域を遂行しなければならない作業の種類及び除去ボリュームの位置とを比較することによって、使用可能なターレットを決定する。
以後、各作業に対して複合加工時に適用される同時加工（ｏｎｅ−ｆｅａｔｕｒｅ同時加工、ｔｗｏ−ｆｅａｔｕｒｅ同時加工）の遂行可能性如何を決定する（Ｓ２５０）。
Ｏｎｅ−ｆｅａｔｕｒｅ同時加工（バランス加工）は、加工品質を高めうる加工方法であって、旋盤の外径形状（グルービング含む）に対してｏｎｅ−ｆｅａｔｕｒｅ同時加工が可能になるように決定することが望ましい。Ｔｗｏ−ｆｅａｔｕｒｅ同時加工は、二つのターレットが同一のパートの相異なる部位を加工するものであって、ｔｗｏ−ｆｅａｔｕｒｅ同時加工で遂行しなければならない作業の間には同一のスピンドルスピードが適用されなければならない。これにより、ｔｗｏ−ｆｅａｔｕｒｅ同時加工の決定のためには、二つの作業間のスピンドルスピードを同様に調整した場合、各作業に割り当てられた主工具の使用可能な切削速度内で作業が可能であるか否かを検討して、これにより、ｔｗｏ−ｆｅａｔｕｒｅ同時加工如何を決定する。
以後、各作業に定義された加工戦略と加工条件及び除去ボリュームとを考慮して工具経路を生成させ、該生成された工具経路を通じて作業別加工時間を計算する（Ｓ２６０）。
最終的に、前記Ｓ２２０段階ないしＳ２６０段階で生成された各情報を用いてすべての作業に対するＨＰＳ情報を生成させる（Ｓ２７０）。ＨＰＳ情報は、ＩＳＯ １４６４９ Ｐａｒｔ １０に定義された加工実行段階（ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｗｏｒｋｉｎｇｓｔｅｐ）情報に作業遂行時に使う現場工具情報、工具破損時に取り替える代案工具情報、作業遂行時に使用可能なターレット及びスピンドル情報、ｏｎｅ−ｆｅａｔｕｒｅ同時加工如何、ｏｎｅ＿ｆｅａｔｕｒｅ同時加工時に加工条件情報、ｔｗｏ−ｆｅａｔｕｒｅ同時加工加工如何、ｔｗｏ−ｆｅａｔｕｒｅ同時加工時に加工条件情報、一般加工時に必要な加工時間、ｏｎｅ−ｆｅａｔｕｒｅ同時加工時に必要な加工時間及びｔｗｏ−ｆｅａｔｕｒｅ同時加工時に必要な加工時間の情報を追加した作業情報である。
図１０は、図９の手続きを通じて生成されたＨＰＳ情報を図式的に表わしたＨＰＳＧ（Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｇｒａｐｈ）であって、スピンドルが二個である複合工作機械で加工する場合に対して図８に図示されたＮＰＳから作成したＨＰＳＧの例を示す図面である。
ＨＰＳＧは、ＮＰＳＧと同一の作業で構成されて作業間の順序も同様に適用されるが、ノードが含む作業情報がＮＰＳＧと異ならせて構成される。
図１０に図示されたように、４ＦＲ、４ＦＦ、５ＣＲ、７ＣＲ、７ＣＦ、６ＣＤ、６Ｄ、６Ｂ、６ＣＲ、６ＣＦは、遂行可能なスピンドルセットアップがスピンドルセットアップ１、すなわち、左側のスピンドルでのみ遂行されることができ、１ＦＲ、１ＦＦ、２ＣＲ、３ＧＲ、２ＣＦ、３ＧＦ、１２ＣＲ、１３ＣＲ、１２ＣＦ、１３ＧＦは、使用可能なスピンドルセットアップがスピンドルセットアップ２、すなわち、右側のスピンドルでのみ遂行されることができる。一方、８ＰＲ、８ＰＦ、９ＰＲ、９ＰＦ、１０ＰＲ、１０ＰＦ、１１ＰＲ、１１ＰＦは、スピンドルセットアップに構わずに如何なるスピンドルでも遂行されることができる作業である。
一方、ＥＰＳは、前記ＨＰＳ樹立段階（Ｓ２００）で生成されたＨＰＳ情報からスピンドルセットアップに構わずに遂行可能な作業に対して適用されるスピンドルセットアップを決定し、代案作業のうち遂行する作業を決定し、無順序作業の実行順序を決定し、同時加工が適用可能な作業の同時加工適用如何を決定することで樹立されることができる。
ＥＰＳを樹立する段階を細部的に説明するのに先立って、先ずＥＰＳ情報を生成させるための基準となる遂行度指標について説明する。
ＨＰＳからＥＰＳを決定するためには、多様な遂行度指標が使用可能であり、本実施形態では加工時間を最小にできる遂行度指標を設定した。加工時間はより具体的にサイクルタイム（ｃｙｃｌｅ ｔｉｍｅ）と定義することができるが、サイクルタイムは一つの工作物が工作機械から生成されるのに必要な時間を意味し、一サイクルは一つの工作物が機械から生成されるまで遂行される作業を意味する。
例えば、旋盤やミーリング機械でのように一回に一つの作業のみが遂行可能な工作機械でのサイクルタイムは工作物のローディング時間、加工時間、セットアップ交換時間及びアンローディング時間の和で計算される。また、２個のターレットと２個のスピンドルとを有する複合工作機械である場合には、二個の工作物を同時に加工する並列加工が可能であるが、この場合、一般加工時とは異なる方式でサイクルタイムを計算しなければならない。
図１１は、２個のターレットと２個のスピンドルとを有する複合工作機械で並列加工を遂行する場合、一つのサイクルが遂行される段階、すなわち、一つの工作物が生成される段階を示す図面である。
複合工作機械では、左側のスピンドルで先に加工を遂行した後、右側のスピンドルで工作物を移送して残りの加工を遂行する。これにより、工作物ローディングは、左側のスピンドルからなり、工作物のアンローディングは右側のスピンドルからなる。
図１１に図示されたように、一つのサイクルは、右側のスピンドルに装着された工作物をアンローディングする１段階と、左側のスピンドルに装着された工作物を右側のスピンドルに移送する２段階と、左側のスピンドルに新たな工作物をローディングする３段階と、両側のスピンドルに装着された工作物に対する加工を始める４段階及び加工が完了する５段階とからなる。
したがって、２個のターレットと２個のスピンドルとを有する複合工作機械のサイクルタイムは、下記の数式１のように求められる。
Figure 2009524143
（ＬＬ：左側のスピンドルでの工作物のローディング時間、ＬＲ：左側のスピンドルから右側のスピンドルに工作物の移送時間、ＬＵ：右側のスピンドルで工作物のアンローディング時間、ＭＬ：左側のスピンドルで工作物の加工時間、ＭＲ：右側のスピンドルで工作物の加工時間）
数式１で工作物のローディング時間、アンローディング時間及び移送時間は一定するためにサイクルタイムはＭＬまたはＭＲのうちの最大値に比例し、加工時間に関連した遂行度指標を下記の数式２のように定義することができる。
Figure 2009524143
このように、遂行度指標である数式２を最小化できるＥＰＳを生成させる。
以下、図１２を参照して、図６に図示されたＥＰＳ樹立段階（Ｓ３００）を詳細に説明する。
先ず、各スピンドルセットアップに遂行作業を割り当てることができるすべての作業組合わせを生成させるが、スピンドルセットアップに構わずに遂行可能な作業を特定スピンドルセットアップに割り当て、代案実行作業のうちから遂行する作業を選択して作業組合わせを生成させることによって、可能なすべての作業組合わせに対する目録を作成する（Ｓ３１０）。望ましくは、すべての作業組合わせを並べて各組合わせに対するサイクルタイプを予測するＥＴＡＷＳ（Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ Ｔａｂｌｅ ｆｏｒ Ａｓｓｉｇｎｉｎｇ Ｗｏｒｋｉｎｇｓｔｅｐ ｔｏ ｅａｃｈ Ｓｅｔｕｐ）を利用することが良い。
ＥＴＡＷＳでは、スピンドルセットアップに構わずに遂行可能な作業は、それらが遂行されるスピンドルセットアップによってサイクルタイムを大きく変化させる。これにより、スピンドルセットアップに構わない作業を各スピンドルセットアップに割り当てさせることができるすべての場合の数を探して各場合に対するサイクルタイムを予測する。
また、ＨＰＳＧでＯＲで表現された代案作業も選択された作業によってサイクルタイムが大きく変わることができるので、これらが選択されるすべての場合を探して各場合に対してサイクルタイムを予測する。
図１３は、図１０に図示されたＨＰＳＧから生成されたＥＴＡＷＳを表わす図面である。
図１３で、Ａ列は、スピンドルセットアップに構わずに遂行可能な作業のうちスピンドルセットアップ１で遂行する作業を表わし、Ｂ列は、スピンドルセットアップ２で遂行する作業を、Ｃ列は、代案作業のうち実行される作業を、列Ｄは、当該行のサイクルタイム予測値を表わす。
図１０に図示されたＨＰＳＧでスピンドルセットアップに構わずに遂行可能な作業は、８ＰＲ、８ＰＦ、９ＰＲ、９ＰＦ、１０ＰＲ、１０ＰＦ、１１ＰＲ、１１ＰＦであり、代案作業は、６Ｂ、６ＣＲ、６ＣＦ、２ＣＲ、３ＧＲ、２ＣＦ、３ＧＦ、１２ＣＲ、１３ＣＲ、１２ＣＦ、１３ＧＦである。ＥＴＡＷＳで最初の行は８ＰＲがスピンドルセットアップ１で遂行され、８ＰＦ、９ＰＲ、９ＰＦ、１０ＰＲ、１０ＰＦ、１１ＰＲ、１１ＰＦがスピンドルセットアップ２で遂行され、代案作業のうち６Ｂ、２ＣＲ、３ＧＲ、２ＣＦ、３ＧＦが実行作業で選択された場合を表わす。このときのサイクルタイムの予測値は、３．１５分であることを表わす。ＥＴＡＷＳで一つの行は、スピンドルセットアップ割り当て及び実行作業選択の一つの場合を意味し、すべての可能な場合に対して行を生成させる。このように生成された行をサイクルタイムの予測値が小さな順次に整列され、サイクルタイムの予測値が小さいほど最適解が得られる確率が大きいものと見なされる。
ここで、中間段階の作業スケジュールに対するサイクルタイムを予測する方法は、後述する。
前記作業組合わせ生成段階（Ｓ３１０）で作業組合わせが生成されれば、該生成された作業組合わせから各スピンドルセットアップでの無順序実行作業の実行順序を決定して同時加工が可能な作業に対して同時加工適用如何を決定した後、前記数式２の遂行度指標を評価して最適解を算出する（Ｓ３２０）。最適解を算出するための方法については後述する。
最終的に、前記段階（Ｓ３２０）で算出された最適解からＥＰＳ情報を生成させるが（Ｓ３３０）、該生成されたＥＰＳ情報は前記Ｓ２００段階で生成されたＨＰＳ情報に実際作業遂行時に使うターレットとスピンドル情報、同時加工実行如何、ｔｗｏ−ｆｅａｔｕｒｅ同時加工遂行時にともに遂行される作業、作業遂行時に使う工具、工具経路、加工所要時間及び全体スケジュール上で作業開始時間に関する情報が属性で追加された情報である。
図１４は、図１２の手続きを通じて生成されたＥＰＳ情報を図式的に表わしたＥＰＳＧ（Ｅｘｅｃｕｔｉｖｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｇｒａｐｈ）であって、図１０に図示されたＨＰＳから作成したＥＰＳＧの例を示す図面である。
図１４に図示されたように、ＥＰＳＧは、リアルタイム実行を目的にしてＮＰＳＧとＨＰＳＧで表わしているＡＮＤ（ＳＡ−ＪＡ）、ＯＲ（ＳＯ−ＪＯ）などに表記された無順序実行、代案実行などがすべて除去された形態を有する。また、ＥＰＳＧでは、ＮＰＳＧ及びＨＰＳＧでのとは異なってＡＮＤとＯＲ属性のノードが使われず、ＰＡＲＡＬＬＥＬとＭＡＲＫ属性を有するノードが使われる。
ＰＡＲＡＬＬＥＬノードは、ＳＰ（Ｓｐｌｉｔ Ｐａｒａｌｌｅｌ）とＪＰ（Ｊｏｉｎｔ Ｐａｒａｌｌｅｌ）とで表現されてＳＰによって分枝されたｂｒａｎｃｈ上の作業が時間的に同時に遂行されるということを意味し、複数個のターレットを有する複合工作機械では二個以上のターレットが同時に作業を開始することを意味する。例えば、図１４のスピンドルセットアップ１に定義されたＰＡＲＡＬＬＥＬノードは、５ＣＲ作業が二個のターレットによって同時に進行するｏｎｅ−ｆｅａｔｕｒｅ同時加工を遂行するということを表わす。
ＭＡＲＫノードは、複数ターレットあるいは複数チャンネル（ｃｈａｎｎｅｌ）を有する工作機械でターレット間の同期化如何を定義するノードである。ＭＡＲＫノードは、ＳＭ（Ｓｅｔ Ｍａｒｋ）とＷＭ（Ｗａｉｔ Ｍａｒｋ）とに表記され、ＷＭは、相対セットアップでＳＭが遂行されるまで自身が属しているスピンドルセットアップでの作業遂行をしばらく中断させる役割を遂行する。例えば、図１４のスピンドルセットアップ１の二番目のノードは、ＷＭとして４ＦＲが終了した後、スピンドルセットアップ２で１ＦＲと２ＣＲの遂行が終了するまでスピンドルセットアップ２での作業遂行をしばらく中断させることを意味する。
ＥＰＳＧで互いに連関したＷＭとＳＭは、点線で連結されるが、ＳＭが遂行される瞬間、それと点線で連結されたＷＭは、待機状態を解除して以後の作業を遂行する。ＷＭとＳＭの使用を通じてＥＰＳＧでは同時加工などのためのセットアップ間の同期化を遂行することができる。
以下、ＣＴＥＭ（Ｃｙｃｌｅ Ｔｉｍｅ Ｅｆｆｅｃｔ Ｍａｐ）を通じて中間段階のスケジュールに対するサイクルタイムを予測する方法について説明する。
複合工作機械で同時加工は、一般加工（一つのターレットとスピンドルを使って他の作業と独立的に遂行される加工）と比べて加工時間の短縮をもたらすが、ｏｎｅ−ｆｅａｔｕｒｅ同時加工は、同時加工が適用された作業に対する加工時間の短縮を可能にし、ｔｗｏ−ｆｅａｔｕｒｅ同時加工は、同時加工が適用された作業よりは同時加工が適用された作業が含まれたセットアップでの総加工時間（ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｓｐａｎ ｔｉｍｅ）を短縮させる。しかし、同時加工は、相対セットアップに含まれた作業を遂行するターレットを同時加工に使うようにすることで相対セットアップでの作業進行を妨害し、これにより、相対セットアップでの総加工時間は増加するので、同時加工を適用した時、各スピンドルセットアップでの加工時間増減量をすべて考慮する必要がある。ここで、基本加工対比同時加工の適用による各セットアップでの加工時間の増減量を“同時加工効果”と定義する。
ＣＴＥＭは、同時加工が可能な作業に対して一部は同時加工を適用し、残りの一部に対して一般加工方式を適用した時の各セットアップに及ぶ同時加工効果を表わし、ＣＴＥＭを構成する一つの行は同時加工が適用される一例を意味する。
図１５は、ｏｎｅ−ｆｅａｔｕｒｅ同時加工が可能な作業がＷＳ3、ＷＳ5、ＷＳ6であり、ｔｗｏ−ｆｅａｔｕｒｅ同時加工が可能な作業の対は（ＷＳ4，ＷＳ7）、（ＷＳ5，ＷＳ8）であり、これらのうちＷＳ3、ＷＳ5、ＷＳ6、ＷＳ8はセットアップ１で遂行する作業であり、ＷＳ4、ＷＳ7はセットアップ２で遂行する作業である場合に対して作成されたＣＴＥＭの例を表わしたものである。
図１５に図示されたＣＴＥＭで最初の行は、ＷＳ3のみが同時加工方式によって遂行され、残りの同時加工が可能な作業は一般加工方式によって遂行される場合でのセットアップ１とセットアップ２での同時加工効果を表わしたものである。また、２１番目の行の場合には、ＷＳ3とＷＳ6がｏｎｅ−ｆｅａｔｕｒｅ同時加工方式によって遂行され、（ＷＳ4，ＷＳ7）、（ＷＳ5，ＷＳ8）がｔｗｏ−ｆｅａｔｕｒｅ同時加工によって遂行される時のセットアップ１とセットアップ２での同時加工効果を表わしたものである。
下記の数式３は、ｏｎｅ−ｆｅａｔｕｒｅ同時加工を適用する場合、同時加工を遂行するセットアップの加工時間の減少量を計算する数式であり、数式４は、同時加工を遂行しないセットアップの加工時間の増加量を計算する数式である。
Figure 2009524143
Figure 2009524143
（Ｅs1（ｊ）：ＣＴＥＭのｊ番目の行に対してスピンドルセットアップ１での同時加工効果、Ｅs2（ｊ）：ＣＴＥＭのｊ番目の行に対するスピンドルセットアップ２での同時加工効果、ＴO（ＷＳi）：作業ＷＳiがｏｎｅ−ｆｅａｔｕｒｅ同時加工に遂行される時の加工時間、ＴI（ＷＳi）：作業ＷＳiが一般加工方式で遂行される時の加工時間）
下記の数式５は、ｔｗｏ−ｆｅａｔｕｒｅ同時加工を適用する場合、同時加工を遂行するセットアップの加工時間の減少量を計算する数式であり、数式６は、同時加工を遂行しないセットアップの加工時間の増加量を計算する数式である。
Figure 2009524143
（ＴT（ＷＳi，ＷＳj）：作業ＷＳiと作業ＷＳjがｔｗｏ−ｆｅａｔｕｒｅ同時加工を遂行する場合のＷＳiの加工時間、ＴT（ＷＳj，ＷＳi）：作業ＷＳiと作業ＷＳjがｔｗｏ−ｆｅａｔｕｒｅ同時加工を遂行する場合のＷＳjの加工時間）
Figure 2009524143
このように作成されたＣＴＥＭと下記の数式７を用いて最も効率的に同時加工を適用したサイクルタイムを予測することができる。
Figure 2009524143
（ＣＴE：サイクルタイム、ＥＴS1（ｊ）：ＣＴＥＭのｊ番目の行の同時加工を適用した場合にセットアップ１の加工時間、ＥＴS2（ｊ）：ＣＴＥＭのｊ番目の行の同時加工を適用した場合にセットアップ２の加工時間）
前記数式７でＥＴS1（ｊ）とＥＴS2（ｊ）は、それぞれ下記の数式８ないし数式１０を通じて得られる。
Figure 2009524143
Figure 2009524143
Figure 2009524143
（ＤＴS1：スピンドルセットアップ１でスケジュールが決定された作業の加工時間、ＤＴS2：スピンドルセットアップ２でスケジュールが決定された作業の加工時間、ＥS1（ｊ）：ＣＴＥＭでｊ番目の行のスピンドルセットアップ１に対する同時加工効果、ＥS2（ｊ）：ＣＴＥＭでｊ番目の行のスピンドルセットアップ２に対する同時加工効果、Ｒ：特定スピンドルセットアップで順次に遂行しなければならない作業の集合、ＴL（Ｒ）：集合内の作業が順次に遂行される場合の加工時間）
以下、図１６を参照して、前記最適解算出段階（Ｓ３２０）で最適解を算出する方法について説明する。
先ず、前記作業組合わせ生成段階（Ｓ３１０）で算出されたＥＴＡＷＳに含まれた作業組合わせのうち特定作業組合わせに対してｂｒａｎｃｈ−ａｎｄ−ｂｏｕｎｄアルゴリズムを適用することによって、当該作業組合わせに加工スケジュールが設定されたローカル解を求める（Ｓ３２１）。
以後、ローカル解と基準解とのサイクルタイムを比べてローカル解のサイクルタイムがさらに小さな場合、基準解を当該ローカル解に取り替えて設定する（Ｓ３２３）。但し、最初に計算されるローカル解の場合は既存に存在する基準解がないので、当該ローカル解を基準解に設定する。
前記段階をＥＴＡＷＳに含まれたすべての作業組合わせに対して反復遂行して最終的に得られる基準解を最適解に設定する（Ｓ３２４）。ここで、ＥＴＡＷＳのサイクルタイム予測値が小さな作業組合わせ順に前記段階を反復遂行するが、基準解のサイクルタイムより大きいサイクルタイム予測値を有する作業組合わせは、ローカル解算出対象から除外することで最適解算出時間を短縮させることが望ましい。
図１７は、前記Ｓ３２１段階でｂｒａｎｃｈ−ａｎｄ−ｂｏｕｎｄアルゴリズムを適用してローカル解を求めるための解探索ツリーの例を示す図面である。
図１７で、Ｒｏｏｔに表示されるルートノード（ｒｏｏｔ ｎｏｄｅ）は、空きスケジュールを意味するノードであって、ＮRoot［ＣＴR］で表現される属性を有するが、ＣＴRは、基準サイクルタイムを意味し、前記Ｓ３２３段階で求められる基準解のサイクルタイムに該当する。
ルートノードから解探索ツリーを構成して行く過程は、先ず空きスケジュールを意味するルートノードから始めて、空きスケジュールに追加可能な一つの作業を選択し、これをスケジュール上に位置させる分枝（ｂｒａｎｃｈｉｎｇ）過程を経ることで中間解を探す方式で進行する。
このとき、中間解はルートノードの子ノードとして表現され、各ノードは別途のスケジュール情報を有する。このように生成された子ノードに対してサイクルタイムを予測する評価（ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ）過程を遂行し、評価結果と基準サイクルタイムとを比べることで基準サイクルタイムより大きい評価結果を有するノードを枝打ち（ｐｒｕｎｉｎｇ）する。このように、基準サイクルタイムは、枝打ちの基準となる値であって、ｂｒａｎｃｈ−ａｎｄ−ｂｏｕｎｄアルゴリズムを効率的に遂行することができる重要な変数として作用する。
引き続き、枝打ちされずに残っているノードのうちサイクルタイムの予測値が最も小さなノードを選択して、分枝、評価、枝打ち過程を継続的に反復することで最終解を探す。
分枝によって生成される子ノードは、図１７で１、２、１１、１２などの数字で表現された中間スケジュールに該当するが、１２３番のノードのように、Ｎ123［ＣＴE，ＤＴS1，ＤＴS2］によって表現される属性を有している。ここで、ＣＴEは、サイクルタイムの予測値を意味し、ＤＴS1とＤＴS2は、ノードに含まれたスケジュール上でスケジュールが決定されたすべての作業がそれぞれスピンドルセットアップ１とスピンドルセットアップ２で終了する時間を意味する。また、ツリーを構成するアークは、Ａ［ＷSi，Ｓj，Ｔk］で表現され、これは作業ＷＳiをセットアップｊでターレットｋを用いて遂行することを表わす。すなわち、ノード１２３のスケジュールは、先ず作業１ＦＦをセットアップ１とターレット１に位置させ、作業４ＦＲをセットアップ２とターレット２に位置させ、１ＦＦをセットアップ２とターレット２に位置させることで作られ、これに対するスケジュールは、図１７に図示されたスケジュール表で表現される。
以下、前述して説明した分枝方法をより詳しく説明すれば、次の通りである。
分枝は、特定ノードに含まれたスケジュールに追加が可能な作業のうち一つを選択し、これをスケジュール上の適当な位置（特定セットアップ、ターレット）に割り当てるものであって、ＨＰＳＧのアークで連結されたノード（作業）のうち加工優先順位が高い作業を選択して割り当てる。このとき、生成される子ノードの数は、親ノードに含まれたスケジュールに追加可能な作業の数と同一である。
しかし、親ノードから可能なすべての子ノードを分枝する必要はなく、望ましくは、効率的な分枝をするために一定の分枝規則（ｂｒａｎｃｈｉｎｇ ｒｕｌｅ）を適用することが良い。分枝規則には、ｂｒａｎｃｈ−ａｎｄ−ｂｏｕｎｄアルゴリズムの遂行を通じて解を探して行く過程でスケジュールが決定されたスピンドルセットアップ間の加工時間差を最小化する規則（分枝規則１）とＥＰＳＧの生成途中に同一のスケジュールを反復的に探すことを事前に阻むための規則（Ｂｒａｎｃｈｉｎｇ ｒｕｌｅ２）とがあるが、各規則は、下記のように表現される。
（分枝規則１）
ＤＴS1＜ＤＴS2である場合には、スピンドルセットアップ１で遂行可能な作業を子ノードに分枝し、ＤＴS1（Ｋ）＞ＤＴS2（Ｋ）である場合には、スピンドルセットアップ２で遂行可能な作業を子ノードに分枝する。但し、同時加工で遂行しなければならない作業は、スピンドルセットアップに構わずに分枝を遂行する。
（分枝規則２）
ＤＴS1とＤＴS2が同一の場合、子ノードの対象となる作業のうち任意の一つのスピンドルセットアップで遂行可能な作業のみを選択し、これらに対して分枝を遂行する。このとき、同時加工で遂行する作業は、スピンドルセットアップに構わずに分枝を遂行する。
複合加工機で同時加工は一つのスピンドルセットアップ遂行を中止させ、二つのターレットが同一作業（ｏｎｅ−ｆｅａｔｕｒｅ同時加工）あるいは他の作業（ｔｗｏ−ｆｅａｔｕｒｅ同時加工）を同時に遂行するための同期化が必要であり、同期化のためには不可避に一側のターレットのｉｄｌｅ ｔｉｍｅが発生する。ｉｄｌｅ ｔｉｍｅは、サイクルタイムを増加させる役割を果たし、ＥＰＳＧの効率を高めるためには、ｉｄｌｅ ｔｉｍｅを最大限に減らすようにしなければならない。これにより、前記分枝規則１は、ＥＰＳＧを生成させる中間段階で直ちに同時加工が遂行されでも、ｉｄｌｅ ｔｉｍｅを最小化できるように二つのスピンドルセットアップ間の加工時間差を最小化させるために適用される。
分枝規則２は、分枝規則１が適用されない場合、すなわち、ＤＴS1＝ＤＴS2である状況で適用する。この場合、ｂｒａｎｃｈ−ａｎｄ−ｂｏｕｎｄアルゴリズムを適用すれば、同一の解を反復的に探す非効率的な問題が発生するが、分枝規則２を適用してこのような問題を回避することができる。
以上で説明した本発明は、前述した実施形態及び添付した図面によって限定されず、本発明の技術的思想を外れない範囲内でさまざまな置き換え、変形及び変更が可能であるということは、当業者にとって明白である。
本発明による非線形工程計画の生成方法は、ＳＴＥＰ−ＮＣ工作機械をして現場状況によって最適化された加工を自律的に遂行し、加工中に発生する異常状況に対する自律的な対処を可能にすることによって、生産性が向上した無人加工システムの構築を可能にする。
また、本発明によるインターネット基盤のＳＴＥＰ−ＮＣシステムを備えた工作機械間にＸＭＬ形式のＳＴＥＰ−ＮＣパートプログラムをインターネットを介して自由に交換させることによって、工作機械の種類に関係のないグローバル製造が可能である。
本発明の一実施形態によるインターネット基盤のＳＴＥＰ−ＮＣシステムの構成図。 図１に図示されたＳＴＥＰ−ＮＣインターフェース部を介して入出力されるＸＭＬ形式のＳＴＥＰ−ＮＣパートプログラムについての例を表わす図面。 本発明の一実施形態による非線形工程計画方法が適用される加工素材の最終形状を表わす図面。 図３に図示された形状を加工するためのボリューム除去の例を示す図面。 図３に図示された形状を加工するためのボリューム除去の例を示す図面。 本実施形態によるインターネット基盤のＳＴＥＰ−ＮＣシステムを用いて非線形工程計画を生成させる方法を示すフローチャート。 図６に図示されたＮＰＳ樹立段階についての細部フローチャート。 図７の手続きを通じて生成されたＮＰＳ情報についてのＮＰＳＧを示す図面。 図６に図示されたＨＰＳ樹立段階についての細部フローチャート。 図９の手続きを通じて生成されたＨＰＳ情報についてのＨＰＳＧを示す図面。 複合工作機械で並列加工時に一つのサイクルが遂行される段階を示す図面。 図６に図示されたＥＰＳ樹立段階についての細部フローチャート。 図１０に図示されたＨＰＳＧから生成されたＥＴＡＷＳを表わす図面。 図１２の手続きを通じて生成されたＥＰＳ情報についてのＥＰＳＧを示す図面。 ＣＴＥＭを説明するための図面。 図１２に図示された最適解算出段階についての細部フローチャート。 図１６に図示されたローカル解を求めるための解探索ツリーの例を示す図面。
符号の説明
１００…ＮＰＳ生成部、２００…ＥＰＳ生成部、３００…自律制御部、３１０…加工執行部、３２０…異常状況対処部、３３０…Ｏｎ−ｍａｃｈｉｎｅ測定及び分析部、３４０…再加工部、４００…インターフェース部、４１０…標準ＣＡＤインターフェース、４２０…ＳＴＥＰ−ＮＣパートプログラムインターフェース、４３０…工作機械構成情報インターフェース、４４０…工具情報インターフェース、４５０…Ｇコードインターフェース

Claims (11)

  1. 非線形工程計画を用いてＳＴＥＰ−ＮＣ工作機械を制御するシステムにおいて、
    ＣＡＤ情報、機械情報及び工具情報を入力され、ＸＭＬ形式のＳＴＥＰ−ＮＣパートプログラムに対する入出力を処理するインターフェース部と、
    前記インターフェース部から伝送されるＣＡＤデータから機械独立的工程計画（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ;ＮＰＳ）情報を生成させるＮＰＳ生成部と、
    前記インターフェース部から伝送される工作機械構造情報及び工具情報と前記ＮＰＳ生成部で生成されたＮＰＳ情報から機械従属的工程計画（Ｈａｒｄｗａｒｅ−ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ；ＨＰＳ）、最適実行工程計画（Ｅｘｅｃｕｔｉｖｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ；ＥＰＳ）情報及び工具経路とを生成させるＥＰＳ生成部と、
    前記ＥＰＳ生成部から伝送される最適実行工程計画情報に基づいて工作機械を制御して工作物を加工して異常状況に対処する自律制御部と、
    を含んで構成されることを特徴とするインターネット基盤のＳＴＥＰ−ＮＣシステム。
  2. 前記インターフェース部は、
    ＣＡＤ情報を入力されて、これを解析する標準ＣＡＤインターフェースと、
    ＸＭＬ形式のＳＴＥＰ−ＮＣパートプログラムを入力されて内部加工情報に変換するか、内部加工情報をＳＴＥＰ−ＮＣパートプログラムに変換して出力するＳＴＥＰ−ＮＣパートプログラムインターフェースと、
    工作機械構成情報を入力されて解析する工作機械構成情報インターフェースと、
    工具情報を入力されて解析する工具情報インターフェースと、
    工具経路情報をＧコードに変更して出力するＧコードインターフェースと、
    で構成されることを特徴とする請求項１に記載のインターネット基盤のＳＴＥＰ−ＮＣシステム。
  3. 前記ＳＴＥＰ−ＮＣパートプログラムインターフェースは、
    ＩＳＯ １４６４９でＮＰＳを定義するエンティティ（ｅｎｔｉｔｙ）とＸＭＬ要素とを互いに対応させ、前記エンティティの属性をＸＭＬ要素の属性で表現することによって、ＮＰＳ情報が記述されたＸＭＬ形式のＳＴＥＰ−ＮＣパートプログラムを外部システムと交換することを特徴とする請求項２に記載のインターネット基盤のＳＴＥＰ−ＮＣシステム。
  4. ＳＴＥＰ−ＮＣシステム用の工程計画を生成させる方法において、
    入力されたＣＡＤデータを用いてＮＰＳ（機械独立的非線形工程計画）を樹立する段階と、
    前記ＮＰＳ樹立段階で生成されたＮＰＳ情報からＨＰＳ（機械従属的非線形工程計画）を樹立する段階と、
    前記ＨＰＳ樹立段階で生成されたＨＰＳ情報からＥＰＳ（最適実行工程計画）を樹立する段階と、
    前記ＥＰＳ樹立段階で生成されたＥＰＳ情報から工具経路を生成させる段階と、
    を含んで構成されることを特徴とする非線形工程計画の生成方法。
  5. 前記ＮＰＳ樹立段階は、
    ＣＡＤ情報を入力される段階と、
    前記ＣＡＤ情報を解析して加工素材の除去ボリュームを生成させて除去ボリュームに該当する特徴形状を認識する段階と、
    前記入力されたＣＡＤ情報に対する公差情報をユーザから入力される段階と、
    前記認識された特徴形状によって加工するために必要な工程を計画して各工程の細部属性情報を生成させる段階と、
    前記計画された工程を代替しうる代案工程を生成させる段階と、
    前記工程計画及び代案工程計画情報からＮＰＳ情報を生成させる段階と、
    で構成されることを特徴とする請求項４に記載の非線形工程計画の生成方法。
  6. 前記ＨＰＳ樹立段階は、
    工作機械のスペック情報と現場に備えられた工具情報とを入力される段階と、
    前記入力された工具情報のうちから前記ＮＰＳ樹立段階で生成されたＮＰＳ情報を構成する各作業に対して優先的に使う主工具と前記主工具の破損時に代替可能な代替工具とを決定する段階と、
    前記各作業に対して使われるスピンドルに対するセットアップを決定する段階と、
    前記各作業に対して使われるターレットを割り当てる段階と、
    前記各作業に対して複合加工時に適用される同時加工の遂行可能性如何を決定する段階と、
    前記各作業で生成された工具経路から作業別加工時間を計算する段階と、
    前記各作業に対して決定された主工具、代替工具、スピンドルセットアップ、ターレット、同時加工遂行可能性如何及び加工時間についての情報を用いてすべての作業に対するＨＰＳ情報を生成させる段階と、
    で構成されることを特徴とする請求項４に記載の非線形工程計画の生成方法。
  7. 前記ＥＰＳ樹立段階は、
    前記ＨＰＳ情報と工作機械のスピンドル情報とから各スピンドルセットアップに対する遂行作業を割り当てる作業組合わせ生成段階と、
    前記作業組合わせ生成段階で生成された作業組合わせから各スピンドルセットアップでの作業実行順序を決定し、同時加工が可能な作業に対して同時加工適用如何を決定した後、サイクルタイムを最小化できる最適解を算出する段階と、
    前記算出された最適解を用いてＳＴＥＰ−ＮＣシステム用のＥＰＳ情報を生成させる段階と、
    で構成されることを特徴とする請求項４に記載の非線形工程計画の生成方法。
  8. 前記最適解算出手段は、
    前記作業組合わせ生成段階で算出された作業組合わせのうち特定作業組合わせに対して同時加工を考慮した加工スケジュールを設定することでローカル解を算出する段階と、
    前記ローカル解が最初のローカル解である場合または前記ローカル解が基準解よりさらに小さなサイクルタイムを有する場合、前記ローカル解を基準解に設定する段階と、
    最終的に得られる基準解から最適解を求める段階と、
    で構成されることを特徴とする請求項７に記載の非線形工程計画の生成方法。
  9. 前記作業組合わせ生成段階では、生成された各作業組合わせに対する予測サイクルタイムをあらかじめ算出しておき、
    前記ローカル解算出段階では、前記作業組合わせ生成段階で生成された作業組合わせのうち予測サイクルタイムが小さな順次に該当ローカル解を算出するが、基準解のサイクルタイムより大きい予測サイクルタイムを有する作業組合わせはローカル解算出対象から除外することを特徴とする請求項８に記載の非線形工程計画の生成方法。
  10. 前記ローカル解算出段階は、
    最初に空きスケジュールであるルートノードから始めて、特定ノードの作業に追加可能な作業を選択し、前記選択された作業をスケジュール上に位置させることで子ノードに分枝する段階と、
    前記生成された子ノードに対してサイクルタイムを予測する評価過程を遂行する段階と、
    前記評価結果と前記基準解のサイクルタイムとを比べることで基準解のサイクルタイムより大きいサイクルタイムを有するノードを枝打ち（ｐｒｕｎｉｎｇ）する段階と、
    枝打ちされずに残っているノードのうちサイクルタイムの予測値が最も小さなノードを選択して、前記分枝、評価及び枝打ち段階を継続的に反復することで最終解を探す段階と、
    で構成されることを特徴とする請求項８に記載の非線形工程計画の生成方法。
  11. 前記分枝段階は、
    分枝対象ノードで各スピンドルセットアップにスケジュールされた作業の加工時間を比較して、加工時間のさらに少ないスピンドルセットアップで遂行可能な作業を子ノードに分枝し、前記比較される加工時間が互いに同一である場合、任意の一つのスピンドルセットアップで遂行可能な作業を子ノードに分枝することを特徴とする請求項１０に記載の非線形工程計画の生成方法。
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