JP2014215635A - プラスチック成型加工ラインのスマート化稼働方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】プラスチック成形加工ラインにおいて、電力の無駄、樹脂材料の無駄、生産時間等の無駄を見えるようにして、成形加工ラインをスマート化する。【解決手段】加工ライン１は、成形機１４の上流側に設置された材料計量装置１３と、各装置の稼働情報を収集するデータ収集手段１６ａと、データ収集手段１６ａに収集された情報を読み出して、樹脂材料が原材料貯蔵部から前記成形機に供給されて成形加工されるまでに使用された、樹脂材料、消費電力、稼働時間の内から少なくとも１以上を、予め設定された加工ラインスマート化評価情報として算出する演算処理手段１６とを組み込んで構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、成形機を用いて成形品を製造するプラスチック成型加工ラインの稼働方法及び稼働システムの改良に関する。

従来、上記のような成形加工ラインでは、その稼働効率を向上させることが課題になっている。例えば次の特許文献には、成形品の生産ラインにおける樹脂材料のロス量をリアルタイムで把握して、ロス量を低減させ、生産ラインの効率を向上させる技術が提案されている。

特開2003-131722号公報

しかしながら依然として、上記のような成形加工ラインは、電力の無駄、樹脂材料の無駄、生産時間の無駄等が見えにくい状態で稼働されているのが現状である。そこで本発明は、これらの無駄を見えるようにして、成形加工ラインをスマート化することを目的とする。

本発明によるプラスチック成型加工ラインのスマート化稼働方法は、成形機を用いて成形品を製造するプラスチック成型加工ラインにおいて、材料計量装置を成形機よりも上流側に設置し、加工ラインを構成する各装置の稼働情報を収集し、樹脂材料が原材料貯蔵部から前記成形機に供給されて成形加工されるまでに使用された、消費電力、樹脂材料の質量、稼働時間の内から少なくとも１以上を、予め設定された加工ラインスマート化評価情報として算出記録して、加工ラインの稼働効率を評価することを特徴とする。

前記方法において、成形加工の１ショットに対応させた品質情報を更に記録するとともに、成形品の各々に、該成型品の成形加工されたショットを特定するためのショット識別情報を付与するようにしてもよい。

また、前記加工ラインスマート化評価情報を、所定の樹脂材料質量単位又は製品単位量によって規格化するようにしてもよい。

本発明によるプラスチック成型加工ラインのスマート化稼働システムは、成形機を用いて成形品を製造するプラスチック成型加工ラインの稼働システムにおいて、成形機の上流側に設置された材料計量装置と、加工ラインを構成する各装置の稼働情報を収集するデータ収集手段と、前記データ収集手段に収集された情報を読み出して、樹脂材料が原材料貯蔵部から前記成形機に供給されて成形加工されるまでに使用された、樹脂材料、消費電力、稼働時間の内から少なくとも１以上を、予め設定された加工ラインスマート化評価情報として算出する演算処理手段とを組み込んで構成されることを特徴とする。このようにプラスチック成形加工ラインが構成された工場を、本発明ではスマート化工場と呼ぶ。

前記システムは、品質情報及び前記加工ラインスマート化評価情報を蓄積する記憶手段と、成形品の各々に、該成型品の成形加工されたショットを特定するためのショット識別情報を付与する識別情報付与手段とを更に組み込んで構成されていてもよい。

前記演算処理手段は、前記加工ラインスマート化評価情報を、所定の樹脂材料質量単位又は製品単位量によって規格化するようにしてもよい。

本発明によれば、時間、樹脂材料、電力に関する加工ラインスマート化評価情報を算出して加工ラインの稼働効率を評価するので、評価対象とされた加工ラインにおける稼働効率の時間変化や、稼働効率が基準内に入っているか否かを直ちに把握できる。すなわちプラスチック成形加工ラインの稼働時における基準管理が、定量的に行うことができる。

また複数の加工ライン間で稼働効率を比較すれば、比較管理も容易にでき、その違いから一方の加工ラインに短時間の強制停止（チョコ停）が生じた等、通常では気付きにくい異変なども容易に発見できる。

また成形品の各々に、該成型品の成形加工されたショットを特定するためのショット識別情報を付与しておけば、後日、成形品について問い合わせがあった場合にも、その成形品に付与されている識別情報を元に品質情報を確認できるので、成形品単位でのトレーサビリティが向上する。

本発明の実施形態の一例を示すシステム構成図である。 プラスチック成形加工ラインの稼働情報を、（ａ）時間、（ｂ）樹脂材料、（ｃ）電力について示したグラフの例である。 図２（ａ）〜図２（ｃ）に示した稼働情報に基づいて算出された、（ａ）時間、（ｂ）樹脂材料、（ｃ）電力に関する加工ラインスマート化評価情報のグラフである。

図１のシステム構成図では、説明を簡略にするため、プラスチック成形加工ラインが最小限の装置によって構成されていると想定している。

プラスチック成型加工ライン１（以下では単に加工ラインと呼ぶ）は、計量配合機１１と、乾燥機１２と、材料計量装置１３と、成形機１４とを配列させたライン構成を有する。成形機１４には金型温度調節機１５が接続されている。

計量配合機１１は、未使用の樹脂材料と、スプルー、ランナー、成形不良品等を粉砕した再生材料と、着色剤のマスターバッチ等が予め設定された配合比になるように、それらの原材料を計量して混合する装置である。

乾燥機１２は、計量配合機１１で混合済みの樹脂材料を所定の水分含有量になるように加熱乾燥する装置である。

材料計量装置１３は、乾燥機１２で乾燥済みの樹脂材料を１バッチ分ずつ計量して成形機１４に供給する装置であり、加工ライン１に投入された樹脂材料のロス分を含めた全質量を計測する。このような材料計量装置１３は、成形機１４よりも上流側に設けてあればよい。

成形機１４は、材料計量装置１３を通じて輸送されてきた樹脂材料を加熱溶融させてから金型（図示なし）のキャビティ内に高圧射出（ショット）して固化させることで成形品となす装置である。

金型温度調節機１５は、成形機１４の金型に熱輸送用の媒体（水、オイル等）を通じさせて温度制御する装置である。

演算処理手段１６は、加工ライン１を構成する各装置から稼働情報を収集するデータ収集手段１６ａ、これらの各装置を連携制御する制御手段１６ｂ等を含んだライン制御装置として構成されている。データ収集手段１６ａは、装置の稼働情報として、例えば、計量配合機１の出力する配合通知信号（原材料を計量配合する毎）、乾燥機１２の出力する乾燥室温度信号や、材料切れ予告信号（樹脂材料の残量が基準を下回っているとき）、材料計量装置１３の出力する計量通知信号（樹脂材料を計量する毎）、成形機１４の出力するショット信号（成形加工のショット毎）や、材料切れ予告信号（装置内に貯留している樹脂材料の残量が基準を下回っているとき）、金型温度調節機１５の出力する媒体温度信号を収集する。演算処理手段１６には、ハードディスク等で構成された記憶手段１７や、表示部（図示なし）を備えた監視装置１８が接続されている。

監視装置１８は、表示操作手段を備えている。例えば加工ライン１に隣接して設置され、かつ演算処理手段１６に有線接続されたタッチパネル等によって構成されていてもよい。あるいは、工場内ＬＡＮによって演算処理手段１６と通信可能なワークステーションによって構成されていてもよい。あるいは、そのＬＡＮ回線に接続されたＷｉＦｉルータ１９等、無線通信を含んだ通信経路によって演算処理手段１６と通信可能な携帯端末（タブレット等）によって構成されていてもよい。この通信経路はインターネットを含み、監視装置１８は遠隔地の管理センタに設置された通信端末として構成されていてもよい。

特に監視装置１８を携帯端末によって構成した場合は、工場内の所望の場所で、装置の稼働情報等や加工ラインの稼働効率等を表示できるので、利便性が高い。

電源部２０より各装置に至る給電線には、電力計２１が装置毎に設けられている。それらの電力計２１はデータ収集手段１６ａを構成しており、それらの計測値は演算処理手段１６に送信されるようになっている。

加工ライン１には成形品にシリアル番号等の識別情報を印字する識別情報付与手段２２を備えてもよい。識別情報付与手段２２は、インクプリンタ、レーザープリンタ等によって構成し、文字列、１次元バーコード、あるいは２次元バーコード等によって表された識別情報を成形品に印字（刻印）してもよく、電子タグによって構成し、識別情報が記入された電子タグを成形品に組み付けてもよい。

加工ライン１における工程は基本的に従来と同様である。すなわち、概要のみ説明すれば、まず未使用の樹脂材料や再生材料等が計量配合機１１で配合され、その配合済みの樹脂材料が乾燥機１２に搬送されて所定時間乾燥され、その乾燥済みの樹脂材料が材料計量装置１３によってバッチ単位で計量され、その計量された樹脂材料が成形機１４に搬送され、そこで射出成型されるという工程によって、成形品が生産される。樹脂材料の流れは、図中に破線矢印によって示している。

計量配合機１１、乾燥機１２、材料計量装置１３、成形機１４はいずれも連続的な稼働を行うため、その一つ前の装置から搬送されてきた樹脂材料を一時的に貯留し、その貯留分を１回の処理（計量、射出成形）毎に取り崩していき、そのため貯留分が基準を下回ると、材料切れ予告信号を出力する。制御手段１６ｂは、そのような稼働情報に基づいて各装置に指令信号を送信する等して、加工ライン１を制御する。

演算処理手段１６は、そのような基本的動作に加えて、データ収集手段１６ａによって収集した各装置の稼働情報に基づいて、樹脂材料が原材料貯蔵部から成形機１４に供給されて成形加工されるまでに使用された、消費電力、樹脂材料の質量、稼働時間の内から少なくとも１以上を、予め設定された評価タイミング毎に、加工ラインスマート化評価情報として算出する機能を有している。算出された加工ラインスマート化評価情報は記憶手段１７に蓄積される。加工ラインスマート化評価情報の各々は、その情報を算出した際の評価タイミングに組み付けておくことが望ましい。

なお、上記原材料貯蔵部は、加工ラインスマート化評価情報の算出における樹脂材料の供給点として規定される部分である。この実施形態では、樹脂材料を貯留して加熱乾燥させる乾燥機１２を材料貯蔵部として規定して、その直後に材料計量装置１３を配置した構成を示しているが、これは一例に過ぎない。例えば変形例として、計量配合装置１１の上流側に設けられている未使用の樹脂材料のホッパ、再生材料のホッパ、マスターバッチのホッパ等を（いずれも図示なし）を材料貯蔵部として規定してもよい。その場合には、計量配合機１１が樹脂材料を計量することになるので、材料計量装置１３を別途設ける必要はなくなる。

加工ラインスマート化評価情報は、所定の方法で視覚化され、加工ライン１の稼働効率として評価される。そのため、監視装置１８は、オペレータの操作を受け付け、それに応じて演算処理手段１６の算出した加工ラインスマート化評価情報をリアルタイムに読み出して視覚化する機能を有している。具体的には、加工ラインスマート化評価情報を時系列的に配列させることによってグラフ化して表示部（図示なし）に表示させてもよい。このような構成、処理によって、工場のスマート化がなされる。

加工ラインスマート化評価情報は、例えば、加工ラインの稼働期間内に予め設定された評価タイミング毎に算出される。加工ライン１の稼働開始の時点からその評価タイミングの時点までの期間に、加工ライン１に供給された資源毎（電力、樹脂材料、時間）の累積量と、同期間に成形加工された成形品の累積数とから、成形品に対応させた平均資源消費量として算出してもよい。評価タイミングは周期的ではあるが、各種のバリエーションが可能である。例えば、成形加工の１ショットないし所定数のショットを情報処理における１ショット単位として規定し、成形加工が１ショット単位分なされる毎に、評価タイミングを設定してもよい。あるいは所定時間毎に評価タイミングを設定してもよいし、樹脂材料を加工ラインに所定質量供給する毎に評価タイミングを設定してもよいし、製品が所定数生産される毎に評価タイミングを設定してもよい。

また加工ライン１の構成は、生産品や原料により変更されることがあるので、加工ライン１の構成を変更するために入れ替え可能な装置を、演算処理手段１６に予め登録しておき、それらの装置が自動あるいは手動で入れ替えられたときには、演算処理手段１６がそれを検出して、監視装置１８の表示内容を自動的に切り替えるようにしてもよい。

以下では簡単のため、成形加工が１ショットなされる毎のタイミングを上記評価タイミングとして設定したものと想定して、加工ライン１を構成する装置からの稼働情報の収集、加工ラインスマート化評価情報の算出、加工ライン１の稼働効率の視覚化について具体的に説明する。

図２（ａ）〜図２（ｃ）は、加工ラインを構成する装置から収集された稼働情報を整理して時系列的（時刻Ｔ１〜時刻Ｔ２７）に配列させたグラフの例である。いずれのグラフＧ１〜Ｇ３も加工ライン１の稼働開始時点を時間軸（横軸）の起点としている。

図２（ａ）のグラフＧ１は、加工ライン１の稼働開始時点からの成形加工のショットの累積数をバーＢとして時刻順に配列したものである。時刻Ｔ５で最初のショットが現れ、その後時刻Ｔ１４まではショット累積数が時間経過に従って増加しているが、時刻Ｔ１５〜時刻Ｔ１９では加工ライン１の強制停止（チョコ停）のため、ショット累積数は変化していない。その後加工ライン１が再開され、時刻Ｔ２０〜時刻Ｔ２７ではショット累積数が時間経過に従って増加している。加工ライン１の強制停止は、例えば不良発生等に起因するが、自動的に行われる場合も、オペレータの操作によって人為的に行われる場合もある。

成形加工の不良は、例えば、成形機１４のノズルから溶融された樹脂材料が金型に射出される際に気化し、それがヤニとなって金型表面、隙間に付着することで生じる。その具体的な症状としては、ショートショット、金型パーテング面のバリ、ガス焼け等がある。

図２（ｂ）のグラフＧ２は、加工ライン１の稼働開始時点から成形機１４に供給された樹脂材料の累積量をバーＢとして時刻順にバーＢの高さとして配列したものである。図のΔＭは、材料計量装置１３の計量単位（１バッチ質量）を示している。図２（ａ）のグラフと対比すれば、成形機１４が３回のショットを行う毎に、ΔＭだけの樹脂材料が追加供給されていることがわかる。しかしこれは一例に過ぎず、成形加工の何ショットに対して、樹脂材料が１回追加供給されるのかは、成形加工の樹脂質量単位（1回のショットに必要な樹脂質量）と、材料計量装置１３の計量単位とに依存する。時刻Ｔ３、Ｔ４で連続して樹脂材料が供給されているが、これは成形機１４の内部に一定の樹脂材料を予め貯留するためである。また時刻Ｔ１８、Ｔ１９でも連続して樹脂材料が供給されているが、これは加工ライン１の強制停止、再開に伴って、成形機１４が残留している樹脂材料をパージ（時刻Ｔ１７）させることから、それを補うためである。

図２（ｃ）のグラフＧ３は、加工ライン１の稼働開始時点から加工ライン１に供給された電力の累積量をバーＢとして時刻順に配列したものである。電力の累積量は、基本的にはショット累積数に比例する。時刻Ｔ１、Ｔ２では乾燥機１２や金型温度調節機１５の予加熱等のために多くの電力が使われている。時刻Ｔ１５、Ｔ１６では、加工ライン１の強制停止によって電力供給が停止されるので、電力の累積量も変化していない。時刻Ｔ１７、Ｔ１８では、金型温度調節機１５の再加熱等のために相当の電力が使われている。

図３（ａ）〜図３（ｃ）は、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示した稼働情報に基づいて算出された加工ラインスマート化評価情報のグラフである。グラフＧ４〜Ｇ６の横軸は時間軸ではなく、成形加工のショットの累積数になっている。例えば横軸上での１０目盛目は、１０ショット目を意味する。

図３（ａ）のグラフＧ４は、時間に関する加工ラインスマート化評価情報（時間評価情報）の値をバーＢとしてショット順に配列したものである。時間評価情報の各値は、加工ライン１の稼働開始の時点から各評価タイミングの時点までの期間の長さと、その期間におけるショットの累積数から算出されたものである。例えば６ショット目（図中の斜線部）の値は、図２（ａ）における値Ｔを、値Ｘで除することによって得られる。このとき時間評価情報の各値は、それぞれの評価タイミングの時点において、ショット当たりに要した時間の平均値となる。図３（ａ）のように時間評価情報をグラフ化すれば、加工ライン１の時間効率の変遷が一目で把握できる。なお、グラフＧ４中の破線は、時間効率の基準値であって、成形機１４の性能によって定まる理想値の１１０％というように定めてもよい。

図３（ｂ）のグラフＧ５は、樹脂材料に関する加工ラインスマート化評価情報（材料使用評価情報）の値をバーＢとしてショット順に配列したものである。材料使用評価情報の各値は、加工ライン１の稼働開始の時点から各評価タイミングの時点までに加工ライン１に供給された樹脂材料の累積量と、その期間におけるショットの累積数から算出されたものである。例えば６ショット目（図中の斜線部）の値は、図２（ｂ）における値Ｍを、図２（ａ）における値Ｘで除することによって得られる。このとき材料使用評価情報の各値は、それぞれの評価タイミングの時点において、ショット当たりに使用された樹脂材料の平均値となる。図３（ｂ）のように材料使用評価情報をグラフ化すれば、加工ライン１の材料使用効率の変遷が一目で把握できる。なおグラフＧ５中の破線は、材料使用効率の基準値であって、成形加工の樹脂質量単位の１１０％というように定めてもよい。

図３（ｃ）のグラフＧ６は、電力に関する加工ラインスマート化評価情報（電力使用評価情報）の値をバーＢとしてショット順に配列したものである。電力使用評価情報の各値は、加工ライン１の稼働開始の時点から各評価タイミングの時点までに加工ライン１に供給された電力の累積量と、その期間におけるショットの累積数から算出されたものである。例えば６ショット目（図中の斜線部）の値は、図２（ｃ）における値Ｐを、図２（ａ）における値Ｘで除することによって得られる。このとき電力使用評価情報の各値は、それぞれの評価タイミングの時点において、ショット当たりに使用された電力の平均値となる。そしてこのように電力使用評価情報をグラフ化すれば、加工ライン１の電力使用効率の変遷が一目で把握できる。なおグラフＧ６中の破線は、電力使用効率の基準値であって、加工ライン１が安定的に稼働している時の平均使用電力によって定まる理想値の１１０％というように定められてもよい。

図３（ａ）〜図３（ｃ）のように、時間、樹脂材料、電力に関する加工ラインスマート化評価情報を、定量的に視覚化して評価すれば、稼働効率の時間変化や、稼働効率が基準内に入っているか否かが直ちに把握できる。すなわちシステムの稼働時における基準管理が容易にできる。ここに基準値は、各装置のスペックや量産準備段階で蓄積されたデータに基づいて設定するとよい。つまり基準値は、安定稼働時のデータ以外に、廃棄された樹脂材料、加工ライン１の強制停止の影響分も含ませる。

従来、加工ラインの効率は、各装置のスペック（チャンピオンデータ）に基づいて議論されており、加工ラインの実効率を評価することは困難であった。ところが本発明では、上記のように加工ラインスマート化評価情報を視覚化することによって、加工ライン１の実効率を評価できるので、加工ライン１の稼働開始直後の非効率性や、加工ライン１を強制停止した際のインパクトの大きさ等が明らかになる。そのためロットの製品数の最適化に役立ち、装置の実力評価も可能になる。例えば、大型成形機の場合、成形加工の１ショットで１０個の製品が採れるが、樹脂材料の廃棄量も多く、小さなロットに向かないこと等がわかる。

また複数のライン間で稼働効率を比較すれば、その違いから一方のラインに短時間の強制停止（チョコ停）が生じた等、通常では気付きにくい異変も容易に発見できる。すなわち加工ライン間の比較管理も容易化される。

品種毎に成形品の大きさ、つまり１つの成形品に含まれる樹脂質量の違いによって、加工ラインスマート化評価情報が影響を受けないようにするため、演算処理手段１６は、成形加工の１ショットに使用される樹脂材料の質量、あるいは１０ｋｇ等の所定の質量を樹脂材料質量単位として、加工ラインスマート化情報の値を規格化してもよい。特に、樹脂材料や電力の供給に関するスマート化評価情報をそのように規格化すれば、成形品の品種が異なる加工ライン間で、加工ラインスマート化評価情報を比較することも可能になる。あるいは１ダース等、製品単位量によって、加工ラインスマート化情報の値を規格化してもよい。

演算処理手段１６は、加工ラインスマート化評価情報とともに、データ収集手段１６ａによって収集した品質情報（乾燥時間、乾燥温度、金型温度の設定値、計測値等）も記憶手段１７に蓄積させるとよい。

このとき識別情報付与手段２２は、成形品毎に付与する識別情報に、その成形品の成形加工された時点での評価タイミングを特定するための情報を含ませるとよい。例えば、識別情報として、その成形品がなされたショットを特定するための情報を含ませてもよい。

このようにすれば、クライアントの視察時に、品質保証体制として説明でき、また後日、成形品について問い合わせがあった場合にも、その成形品に印字されている識別情報を元に品質情報等を回答できるので、トレーサビリティが向上する。なお監視装置１８でも、記憶手段１７に蓄積されている品質情報を適宜閲覧できるようにするとよい。

１ プラスチック成型加工ライン
１３ 材料計量装置
１４ 成形機
１６ 演算処理手段
１６ａ データ収集手段
１７ 記憶手段
２２ 識別情報付与手段

Claims (6)

1. 成形機を用いて成形品を製造するプラスチック成型加工ラインの稼働方法において、
   材料計量装置を成形機よりも上流側に設置し、
   加工ラインを構成する各装置の稼働情報を収集し、
   樹脂材料が原材料貯蔵部から前記成形機に供給されて成形加工されるまでに使用された、消費電力、樹脂材料の質量、稼働時間の内から少なくとも１以上を、予め設定された加工ラインスマート化評価情報として算出記録して、加工ラインの稼働効率を評価することを特徴とする、プラスチック成型加工ラインのスマート化稼働方法。
2. 請求項１において、
   成形加工の１ショットに対応させた品質情報を更に記録するとともに、
   成形品の各々に、該成型品の成形加工されたショットを特定するためのショット識別情報を付与することを特徴とする、プラスチック成型加工ラインのスマート化稼働方法。
3. 請求項１又は２において、
   前記加工ラインスマート化評価情報を、所定の樹脂材料質量単位又は製品単位量によって規格化することを特徴とする、プラスチック成型加工ラインのスマート化稼働方法。
4. 成形機を用いて成形品を製造するプラスチック成型加工ラインの稼働システムにおいて、
   成形機の上流側に設置された材料計量装置と、
   加工ラインを構成する各装置の稼働情報を収集するデータ収集手段と、
   前記データ収集手段に収集された情報を読み出して、樹脂材料が原材料貯蔵部から前記成形機に供給されて成形加工されるまでに使用された、樹脂材料、消費電力、稼働時間の内から少なくとも１以上を、予め設定された加工ラインスマート化評価情報として算出する演算処理手段と
   を組み込んで構成された、プラスチック成型加工ラインのスマート化稼働システム。
5. 請求項４において、
   品質情報及び前記加工ラインスマート化評価情報を蓄積する記憶手段と、
   成形品の各々に、該成型品の成形加工されたショットを特定するためのショット識別情報を付与する識別情報付与手段と
   を更に組み込んで構成された、プラスチック成型加工ラインのスマート化稼働システム。
6. 請求項４又は５において、
   前記演算処理手段は、前記加工ラインスマート化評価情報を、所定の樹脂材料質量単位又は製品単位量によって規格化することを特徴とする、プラスチック成型加工ラインのスマート化稼働システム。

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