JP2016018241A - 生産工程分析システム - Google Patents
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Abstract
Description
バランス)と他工程装置の特性(待機継続時間の長さ)に応じて、エネルギ削減効果を最も見込めるアイドリングストップ開始タイミングを自動で決定することができる。そして、決定したアイドリングストップ開始タイミングを制御に利用することで、エネルギ削減効果を最も見込めるタイミングでアイドリングストップを自動で開始することができる。したがって、作業者がアイドリングストップを実施するか否かを判断したり、アイドリングストップの開始を指示したりする必要がなくなり、アイドリングストップ制御の自動化を図ることができる。さらに、他工程が待機となってからの経過時間によりアイドリングストップの開始を判断することで、対象工程での待機ロスや無駄なアイドリングストップを可及的に低減することができる。
程の装置の再起動を完了させておくことができるため、アイドリングストップ復帰時の時間ロスを可及的に小さくでき、ラインの生産効率を向上することができる。
機状態を継続するために必要な待機エネルギ量の情報とを含む、エネルギデータを取得するステップと、コンピュータが、前記稼働状態データをもとに、前記他工程装置の待機継続時間の確率分布モデルを生成するステップと、コンピュータが、前記エネルギデータをもとに、前記対象装置の待機状態を継続した場合と比べて、前記対象装置を停止状態にした後に再起動した場合に削減されるエネルギ量を表すエネルギ削減量モデルを生成するステップと、コンピュータが、前記他工程装置の待機継続時間の確率分布モデルと前記対象装置のエネルギ削減量モデルをもとに、待機継続時間がτのタイミングで待機状態から停止状態に切り替えた場合のエネルギ削減量の期待値を計算し、エネルギ削減量の期待値が最も大きくなるτの値をアイドリングストップ開始タイミングに決定するステップと、コンピュータが、前記他工程装置が運転状態から待機状態に切り替わってからの経過時間が前記アイドリングストップ開始タイミングの値を超え、かつ、前記対象装置の稼働状態が待機状態になっている場合に、前記対象装置を待機状態から停止状態に切り替えるステップと、を有することを特徴とするアイドリングストップ制御方法である。
まず、図1を参照して、プリント基板の表面実装ラインについて説明する。図1の表面実装ラインは、上流側から順に、ローダ100、ハンダ印刷機110、マウンタ120、リフロー炉140、反転機150、アンローダ160から構成されている。ローダ100によってワークであるプリント基板がハンダ印刷機110に投入され、ハンダ印刷機110によってプリント基板上のランドにハンダペーストが印刷される。その後、マウンタ120によって電子部品がプリント基板上にマウントされた後、プリント基板はリフロー炉140に送られる。リフロー炉140ではハンダペーストを加熱溶融した後、冷却し、電子部品をはんだ接合する。リフロー後の部品実装基板は反転機150及びアンローダ160を介して他の工程あるいはストッカに送られる。
温度などが、安定して生産が可能な状態に維持される。「待機状態」とは、生産可能であるが何らかの原因(例えばワークの供給が無いなど)により生産が行われていない状態である。待機状態の間も、炉内温度、酸素濃度、冷却温度などが直ぐに生産を再開可能な状態に維持されるため、運転状態で消費されるエネルギ量よりは少ないものの、ある程度の待機エネルギを消費する。「停止状態」とは、リフロー炉140が停止(生産不可)の状態である。例えば、ヒータやチラーへの電力供給を停止又は低下したり、炉内への不活性ガスの導入を停止又は低下することで、エネルギの消費をゼロ又は最も少ない状態にする。なお、エネルギ消費の典型は電力消費であるが、ここでは不活性ガスの消費もエネルギ消費の一つに捉える。ガスの消費量が減れば、ガスの製造、運搬、貯蔵、供給などに必要なエネルギやコストを削減できるからである。同じようなものとして、生産設備に供給する圧縮エア、温水、冷水、冷却液、洗浄液、触媒などがある。
<制御装置>
図2は、本発明の第1実施形態に係る制御装置200が提供する機能のうち、アイドリングストップ制御に関する機能を模式的に示すブロック図である。制御装置200は、稼働状態データ取得部210、エネルギデータ取得部220、待機継続時間モデル生成部230、エネルギ削減量モデル生成部240、タイミング決定部250、制御部260、データ記憶部270を有する。
図3のフローチャートに沿って、待機継続時間モデル生成部230、エネルギ削減量モデル生成部240、及びタイミング決定部250の具体的な処理の一例を説明する。ただし、リフロー炉140の稼働状態データとエネルギデータはすでにデータ記憶部270内に格納されているものとする。
のように、f(t)とE(t)の区間[τ〜+∞]についての畳み込み積分で求めることができる。τの値を変えながらエネルギ削減量の期待値を計算しプロットしたものが図6(A)である。横軸がアイドリングストップ開始タイミングτ、縦軸がエネルギ削減量の期待値を表す。タイミング決定部240は、エネルギ削減量の期待値が最も大きくなるτの値(図6(A)のτS)をアイドリングストップ開始タイミングの最適値に選ぶ。ここで決定されたアイドリングストップ開始タイミングの最適値τSは、アイドリングストップ制御のパラメータとして制御部260に設定される。
図7のフローチャートに沿って、制御部260のアイドリングストップ制御の流れを説明する。
図5(A)及び図5(B)に示したエネルギ削減量モデルでは、再起動エネルギ量を定数ELと仮定したが、再起動エネルギ量をアイドリングストップ継続時間tの関数EL(t)で定義してもよい。図8(A)に示すように、アイドリングストップの時間が短い場合(上段)には、長い場合(下段)と比べて、再起動に必要なエネルギが少なくて済む場合があるからである。リフロー炉140の例でいうと、炉内が冷め切る前に再起動が行われれば炉内を生産可能温度に到達させるまでの再加熱時間が短くて済むし、炉内雰囲気が入れ替わる前に(酸素濃度が上がる前に)再起動が行われれば導入する不活性ガスの量が少なくて済む。図8(B)は、このように時間tで変動する再起動エネルギ量EL(t)を考慮した、非線形なエネルギ削減量モデルE(t)の例である。このようなモデルを用いることにより、対象装置の実際の再起動コストを考慮した、より好適なアイドリングストップ開始タイミングを決定することができる。
第1実施形態では、対象装置自身の待機継続時間の統計データをもとにアイドリングストップ開始タイミングを決定したのに対し、第2実施形態では、対象装置の前工程又は後工程での待機継続時間の統計データをもとにアイドリングストップ開始タイミングを決定すると共に、対象工程(自工程)だけでなく前工程又は後工程の稼働状況をも監視しながらアイドリングストップ制御を行う。前工程や後工程で待機が発生すると、対象工程(対象装置が設置された工程)へのワークの投入が途絶えたり、対象工程の下流でワークの滞留が発生したりするため、対象工程も待機状態にせざるを得ない場合がある。本実施形態では、このような工程間の関連性を考慮することで、より適切なアイドリングストップ制御を実現する。
図11のフローチャートに沿って、待機継続時間モデル生成部230、エネルギ削減量モデル生成部240、及びタイミング決定部250の具体的な処理の一例を説明する。ただし、マウンタ120の稼働状態データとリフロー炉140のエネルギデータはすでにデータ記憶部270内に格納されているものとする。
図12のフローチャートに沿って、制御部260のアイドリングストップ制御の流れを説明する。
第1実施形態及び第2実施形態では、アイドリングストップの開始タイミングの決定方
法及び制御方法を述べたが、第3実施形態では、アイドリングストップの復帰タイミングの決定方法及び制御方法について述べる。第3実施形態の制御は、第1実施形態の制御や第2実施形態の制御と組み合わせて実施することができる。
図15のフローチャートに沿って、前工程の稼働状態を考慮して対象工程のアイドリングストップの復帰(再起動)を制御する方法の例を説明する。なお、図15のフローは、対象工程の装置がアイドリングストップの状態になったときに実行される。
τE=Tp−So
ただし、Tp<Soの場合にはτE=0とする。
図16のフローチャートに沿って、後工程の稼働状態を考慮して対象工程のアイドリングストップの復帰(再起動)を制御する方法の例を説明する。なお、図16のフローは、対象工程の装置がアイドリングストップの状態になったときに実行される。
τE=Sn−So−To
ただし、Sn<So+Toの場合にはτE=0とする。
開始する(ステップS604)。
上記の実施形態の説明は、本発明を例示的に説明するものに過ぎず、本発明は上記の具体的な形態には限定されない。本発明は、その技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。
110I、110O、120I、120O、140I、140O:センサ
110L、120L、140L:状態表示灯
200:制御装置、210:稼働状態データ取得部、220:エネルギデータ取得部、230:待機継続時間モデル生成部、240:エネルギ削減量モデル生成部、250:タイミング決定部、260:制御部、270:データ記憶部
Claims (13)
- 稼働状態として、運転状態と、運転状態よりもエネルギ消費が少ない待機状態と、待機状態よりもエネルギ消費が少ない停止状態を少なくとも取り得る対象装置に対し、アイドリングストップを制御する制御装置であって、
前記対象装置において過去に発生した待機状態の待機継続時間の記録を含む、稼働状態データを取得する稼働状態データ取得部と、
前記対象装置を停止状態から運転状態へと再起動するために必要な再起動エネルギ量の情報と、前記対象装置の待機状態を継続するために必要な待機エネルギ量の情報とを含む、エネルギデータを取得するエネルギデータ取得部と、
前記稼働状態データをもとに、前記対象装置の待機継続時間の確率分布モデルを生成する待機継続時間モデル生成部と、
前記エネルギデータをもとに、前記対象装置の待機状態を継続した場合と比べて、前記対象装置を停止状態にした後に再起動した場合に削減されるエネルギ量を表すエネルギ削減量モデルを生成するエネルギ削減量モデル生成部と、
前記待機継続時間の確率分布モデルと前記エネルギ削減量モデルをもとに、待機継続時間がτのタイミングで待機状態から停止状態に切り替えた場合のエネルギ削減量の期待値を計算し、エネルギ削減量の期待値が最も大きくなるτの値をアイドリングストップ開始タイミングに決定するタイミング決定部と、
前記対象装置が運転状態から待機状態に切り替わってからの経過時間が前記アイドリングストップ開始タイミングの値に到達したタイミングで、前記対象装置を待機状態から停止状態に切り替える制御部と、
を有することを特徴とする制御装置。 - 生産ライン内の対象工程に設置され、稼働状態として、運転状態と、運転状態よりもエネルギ消費が少ない待機状態と、待機状態よりもエネルギ消費が少ない停止状態を少なくとも取り得る対象装置に対し、アイドリングストップを制御する制御装置であって、
前記対象工程の前又は後の工程に設置された他工程装置において、過去に発生した待機状態の待機継続時間の記録を含む、稼働状態データを取得する稼働状態データ取得部と、
前記対象装置を停止状態から運転状態へと再起動するために必要な再起動エネルギ量の情報と、前記対象装置の待機状態を継続するために必要な待機エネルギ量の情報とを含む、エネルギデータを取得するエネルギデータ取得部と、
前記稼働状態データをもとに、前記他工程装置の待機継続時間の確率分布モデルを生成する待機継続時間モデル生成部と、
前記エネルギデータをもとに、前記対象装置の待機状態を継続した場合と比べて、前記対象装置を停止状態にした後に再起動した場合に削減されるエネルギ量を表すエネルギ削減量モデルを生成するエネルギ削減量モデル生成部と、
前記他工程装置の待機継続時間の確率分布モデルと前記対象装置のエネルギ削減量モデルをもとに、待機継続時間がτのタイミングで待機状態から停止状態に切り替えた場合のエネルギ削減量の期待値を計算し、エネルギ削減量の期待値が最も大きくなるτの値をアイドリングストップ開始タイミングに決定するタイミング決定部と、
前記他工程装置が運転状態から待機状態に切り替わってからの経過時間が前記アイドリングストップ開始タイミングの値を超え、かつ、前記対象装置の稼働状態が待機状態になっている場合に、前記対象装置を待機状態から停止状態に切り替える制御部と、
を有することを特徴とする制御装置。 - 前記タイミング決定部は、前記待機継続時間の確率分布モデルと前記エネルギ削減量モデルを畳み込み積分することにより、前記エネルギ削減量の期待値を計算する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の制御装置。 - 前記エネルギ削減量モデル生成部は、前記対象装置の再起動にかかる時間ロスをコスト換算して前記再起動エネルギ量に加算し、前記再起動エネルギ量と前記時間ロスの合計を用いて前記エネルギ削減量モデルを生成する
ことを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項に記載の制御装置。 - 前記再起動エネルギ量が、前記対象装置を停止状態にしてからの経過時間の関数で定義される
ことを特徴とする請求項1〜4のうちいずれか1項に記載の制御装置。 - 前記待機継続時間モデル生成部は、対数正規分布モデルを用いて待機継続時間の確率分布モデルを生成する
ことを特徴とする請求項1〜5のうちいずれか1項に記載の制御装置。 - 前記待機継続時間モデル生成部は、混合分布モデルを用いて待機継続時間の確率分布モデルを生成する
ことを特徴とする請求項1〜5のうちいずれか1項に記載の制御装置。 - 前記タイミング決定部は、前記アイドリングストップ開始タイミングの値に、他工程と対象工程のあいだの工程間時間差を考慮した値を加算する
ことを特徴とする請求項2に記載の制御装置。 - 前記対象装置は、生産ライン内の対象工程に設置された装置であり、
前記タイミング決定部は、前記対象装置の再起動に必要な時間と、前記対象工程の前工程でワークの処理を開始してから当該ワークが前記対象工程に投入されるまでにかかる時間とから、前記対象装置のアイドリングストップ復帰タイミングの値を決定し、
前記制御部は、前記前工程の装置が運転状態に復帰してからの経過時間が前記アイドリングストップ復帰タイミングに到達したタイミングで、前記対象装置の再起動を開始することを特徴とする請求項1〜8のうちいずれか1項に記載の制御装置。 - 前記対象装置は、生産ライン内の対象工程に設置された装置であり、
前記タイミング決定部は、前記対象装置の再起動に必要な時間と、前記対象工程でワークの処理を開始してから当該ワークが前記対象工程の後工程に投入されるまでにかかる時間と、前記後工程の装置の再起動に必要な時間とから、前記対象装置のアイドリングストップ復帰タイミングの値を決定し、
前記制御部は、前記後工程の装置が再起動を開始してからの経過時間が前記アイドリングストップ復帰タイミングに到達したタイミングで、前記対象装置の再起動を開始する
ことを特徴とする請求項1〜8のうちいずれか1項に記載の制御装置。 - 稼働状態として、運転状態と、運転状態よりもエネルギ消費が少ない待機状態と、待機状態よりもエネルギ消費が少ない停止状態を少なくとも取り得る対象装置に対し、アイドリングストップを制御するアイドリングストップ制御方法であって、
コンピュータが、前記対象装置において過去に発生した待機状態の待機継続時間の記録を含む、稼働状態データを取得するステップと、
コンピュータが、前記対象装置を停止状態から運転状態へと再起動するために必要な再起動エネルギ量の情報と、前記対象装置の待機状態を継続するために必要な待機エネルギ量の情報とを含む、エネルギデータを取得するステップと、
コンピュータが、前記稼働状態データをもとに、前記対象装置の待機継続時間の確率分布モデルを生成するステップと、
コンピュータが、前記エネルギデータをもとに、前記対象装置の待機状態を継続した場合と比べて、前記対象装置を停止状態にした後に再起動した場合に削減されるエネルギ量
を表すエネルギ削減量モデルを生成するステップと、
コンピュータが、前記待機継続時間の確率分布モデルと前記エネルギ削減量モデルをもとに、待機継続時間がτのタイミングで待機状態から停止状態に切り替えた場合のエネルギ削減量の期待値を計算し、エネルギ削減量の期待値が最も大きくなるτの値をアイドリングストップ開始タイミングに決定するステップと、
コンピュータが、前記対象装置が運転状態から待機状態に切り替わってからの経過時間が前記アイドリングストップ開始タイミングの値に到達したタイミングで、前記対象装置を待機状態から停止状態に切り替えるステップと、
を有することを特徴とするアイドリングストップ制御方法。 - 生産ライン内の対象工程に設置され、稼働状態として、運転状態と、運転状態よりもエネルギ消費が少ない待機状態と、待機状態よりもエネルギ消費が少ない停止状態を少なくとも取り得る対象装置に対し、アイドリングストップを制御するアイドリングストップ制御方法であって、
コンピュータが、前記対象工程の前又は後の工程に設置された他工程装置において、過去に発生した待機状態の待機継続時間の記録を含む、稼働状態データを取得するステップと、
コンピュータが、前記対象装置を停止状態から運転状態へと再起動するために必要な再起動エネルギ量の情報と、前記対象装置の待機状態を継続するために必要な待機エネルギ量の情報とを含む、エネルギデータを取得するステップと、
コンピュータが、前記稼働状態データをもとに、前記他工程装置の待機継続時間の確率分布モデルを生成するステップと、
コンピュータが、前記エネルギデータをもとに、前記対象装置の待機状態を継続した場合と比べて、前記対象装置を停止状態にした後に再起動した場合に削減されるエネルギ量を表すエネルギ削減量モデルを生成するステップと、
コンピュータが、前記他工程装置の待機継続時間の確率分布モデルと前記対象装置のエネルギ削減量モデルをもとに、待機継続時間がτのタイミングで待機状態から停止状態に切り替えた場合のエネルギ削減量の期待値を計算し、エネルギ削減量の期待値が最も大きくなるτの値をアイドリングストップ開始タイミングに決定するステップと、
コンピュータが、前記他工程装置が運転状態から待機状態に切り替わってからの経過時間が前記アイドリングストップ開始タイミングの値を超え、かつ、前記対象装置の稼働状態が待機状態になっている場合に、前記対象装置を待機状態から停止状態に切り替えるステップと、
を有することを特徴とするアイドリングストップ制御方法。 - 請求項11又は12に記載のアイドリングストップ制御方法の各ステップをコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
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