JP2017162300A - 複数の製造機械の稼働状態を調整する機械制御装置および生産システム - Google Patents

Abstract

【課題】工場の電源設備の電源容量の範囲内で生産性を向上できる機械制御装置および生産システムを提供する。【解決手段】機械制御装置１２は、製造機械１６−１〜１６−ｎの各々に対して個別の稼働指令を出力する指令部１８と、稼働指令の対象となる複数の製造機械１６−１〜１６−ｎにおける合計消費電力の時系列データの最大ピーク電力が電源設備１７の電源容量を超えるかどうかを判定する電力過不足判定部２２と、前記最大ピーク電力が電源設備１７の電源容量以下になり、且つ製造機械１６−１〜１６−ｎでの生産量が最大になるように、指令部１８の、製造機械１６−１〜１６−ｎの各々に対する稼働指令を調整する稼働指令調整部２３と、を具備する。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の製造機械の稼働状態を調整する機械制御装置および生産システムに関する。

製造工場においては、工作機械やロボット等の製造機械により、部品の加工や溶接等の作業が行われている。また、製品を製造するために、複数の製造機械によって製造ライン、例えば製造セルが構築されている。この場合、製造セルを構築している各製造機械は、製造機械毎の制御装置により制御されている。

各製造機械は制御装置から個別の稼働指令、例えば速度指令や動作開始タイミングの指令などを受信して稼働しているため、電力を多く消費するような稼働指令が複数の製造機械にほぼ同時期に出力される場合がある。この場合に複数の製造機械の合計消費電力が工場の電源設備の電源容量を超えてしまうと、電力不足により製造機械の性能が十分に発揮されなくなって、生産性（生産量）が低下する問題が発生する。

前述の問題を回避する方法としては、工場の電源設備の電源容量を、複数の製造機械の稼働における最大ピーク電力に対して十分に大きい電源容量に変更する方法がある。しかし、電源設備の電源容量を大きく設定するほど、電力会社に支払う契約電力料金が高額になる。このため、前述のような電力不足が一時的なものであれば、電源設備の電源容量の範囲内で生産量が最大となるように、各製造機械への稼働指令を製造機械毎の操作盤から人手により調整するのが一般的であった。

また、工場の消費電力を抑えるために、従前より、複数の製造機械の消費電力を監視することが提案されている。例えば、特許文献１（特許第５２１８４５３号公報）には、複数のプレス機といった製造機械の運転状態を計測する装置が開示されている。この装置においては、製造機械の消費電力が取得され、その取得した消費電力から、製造機械の運転状態がどのような状態であるのか、すなわち製造機械が稼働状態、停止状態、又は電源オフ状態のいずれであるのかが判定される。さらに、そのような各製造機械の運転状態の継続時間と消費電力量とが、該運転状態と対応させて記憶部に保存される。その後、生産管理者は、記憶部内の情報を基に、各製造機械に時間および消費電力量の無駄が多く発生しているかを分析し、それらの無駄の低減のための対策を講じるようにしている。

特許第５２１８４５３号公報

しかしながら、従来においては、前述したように工場の電源設備の電源容量を大きくしないで生産性低下の問題を解消するときには、工場内の作業者が各製造機械への稼働指令を製造機械毎の制御盤によって調整する必要があった。
この方法の場合、上記の特許文献１に記載されるように各製造機械の稼働状態や消費電力などの情報を分析する作業が発生する。このような作業は作業員に対する負担を増大させる。このため、人手を介さずに、工場の電源設備の電源容量の範囲内において生産量が最大となるように各製造機械への稼働指令を自動的に調整できる技術が望まれている。

そこで本発明は、上述したような実情に鑑み、工場の電源設備の電源容量の範囲内で生産性を向上できる機械制御装置および生産システムを提供することを目的とする。

本発明の第一態様によれば、電源設備に接続された複数の製造機械を制御する機械制御装置であって、
前記製造機械の各々に対して個別の稼働指令を出力する指令部と、
前記製造機械が前記指令部の稼働指令に従って稼働しているときの該製造機械の、稼働状態、消費電力および生産量を少なくとも含む情報を所定時間毎に取得する機械情報取得部と、
前記製造機械の各々の前記情報を順次記憶する記憶部に記憶された前記情報または前記機械情報取得部により取得される前記情報を用いて、前記稼働指令の対象となる複数の製造機械の合計消費電力の時系列データにおける最大ピーク電力が前記電源設備の電源容量を超えるかどうかを判定する電力過不足判定部と、
前記最大ピーク電力が前記電源設備の電源容量以下になり、且つ前記稼働指令の対象となる複数の製造機械での生産量が最大になるように、前記記憶部に記憶された前記情報または前記機械情報取得部により取得される前記情報を用いつつ、前記指令部の、前記製造機械の各々に対する前記稼働指令を調整する稼働指令調整部と、
を具備する、機械制御装置が提供される。

本発明の第二態様によれば、上記第一態様の機械制御装置であって、前記記憶部内に記憶されている前記製造機械の情報を、前記稼働指令調整部により稼働指令が調整された後の前記製造機械の情報に修正する機械情報修正部をさらに具備する、機械制御装置が提供される。

本発明の第三態様によれば、上記第一態様または第二態様の機械制御装置であって、前記機械情報取得部は、前記製造機械の各々に設けられた電力計から前記消費電力の情報を取得する、機械制御装置が提供される。

本発明の第四態様によれば、上記第一態様または第二態様の機械制御装置であって、前記機械情報取得部は、前記稼動指令に対応した前記製造機械の加工プログラムおよび駆動パラメータから前記消費電力の情報を推定した情報を取得する、機械制御装置が提供される。

本発明の第五態様によれば、上記第一態様から第四態様のいずれかの機械制御装置であって、前記指令部の稼働指令の値、または、前記記憶部に記憶されている前記稼働状態もしくは前記消費電力の情報に基づいて、前記合計消費電力および前記最大ピーク電力を推定するピーク電力推定部をさらに具備する、機械制御装置が提供される。

本発明の第六態様によれば、上記第一態様から第五態様のいずれかの機械制御装置であって、前記稼働状態は、前記製造機械にあらかじめ設定された操作量を含む、機械制御装置が提供される。

本発明の第七態様によれば、上記第一態様から第六態様のいずれかの機械制御装置であって、前記電力過不足判定部の判定結果に基づいて、前記電源設備の電源容量の増加または削減を計画し、その計画された内容を出力する電源設備計画部をさらに具備する、機械制御装置が提供される。

本発明の第八態様によれば、上記第一態様から第七態様のいずれかの機械制御装置であって、前記指令部は、前記稼働指令として、前記製造機械の速度、電流およびトルクのうちの少なくとも一つの指令と前記動作開始タイミングのオフセット指令との少なくともいずれか一方を前記稼働指令として出力する、機械制御装置が提供される。

本発明の第九態様によれば、上記第一態様から第八態様のいずれかの機械制御装置と、前記機械制御装置と通信可能に接続されていて、生産計画を前記機械制御装置に指示する上位コンピュータと、を具備する生産システムであって、前記上位コンピュータは、前記記憶部から前記情報を受信し蓄積するデータベース部を有する、生産システムが提供される。

本発明によれば、個別の稼働指令により稼働される複数の製造機械の合計消費電力が工場の電源設備の電源容量を超えないように、各製造機械の稼働指令を自動的に調整することができる。このとき、複数の製造機械での生産量が最大となるように、各製造機械に対する稼働指令が調整される。このため、工場の電源設備の電源容量の範囲内で生産性を向上することができる。

添付図面に示される本発明の典型的な実施形態の詳細な説明から、本発明のこれらの目的、特徴および利点ならびに他の目的、特徴および利点がさらに明確になるであろう。

一実施形態の機械制御装置を備えた生産システムを模式的に示したブロック図である。 一実施形態の機械制御装置の動作の第一段階を分かりやすく示した図である。 一実施形態の機械制御装置の動作の第二段階を分かりやすく示した図である。 一実施形態の機械制御装置の動作の第三段階を分かりやすく示した図である。 一実施形態の機械制御装置の動作の第四段階を分かりやすく示した図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下の図面において、同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。また、図面に示される形態は本発明を実施するための一つの例であり、本発明は図示された形態に限定されるものではない。

図１は一実施形態の機械制御装置を備えた生産システムを模式的に示したブロック図である。
図１を参照すると、生産システム１０は、少なくとも一つの製造セル１１と、機械制御装置１２と、上位コンピュータ１３とを備える。

製造セル１１は、製品を製造する工場に配置されている。これに対して、機械制御装置１２および上位コンピュータ１３は、工場とは異なる建屋に配置されている。例えば、機械制御装置１２は、製造セル１１が配置された工場の敷地にある別の建屋に配置されていてもよい。この場合には、製造セル１１と機械制御装置１２とは、例えばイントラネットのネットワーク１４を介して通信可能に相互接続されていることが好ましい。

上位コンピュータ１３は、例えば、工場から遠隔地に在る事務所に配置されていてもよい。この場合には、機械制御装置１２と上位コンピュータ１３とは、例えばインターネットのネットワーク１５を介して通信可能に相互接続されていることが好ましい。また、本実施形態の上位コンピュータ１３は、上記の事務所において複数の製造セル１１もしくは各製造機械による製造計画を作成し、それらの製造状況を管理する生産計画装置であるのが好ましい。さらに、上位コンピュータ１３は、後述するような各製造機械の状態、消費電力、および生産量などの情報を少なくとも含む機械情報を蓄積するデータベース部（図示せず）を有するのが好ましい。

製造セル１１は、製品を製造する複数の製造機械をフレキシブルに組合せた集合である。本実施形態の製造セル１１は、図１に示されるようにｎ台の製造機械１６−１、１６−２、・・・１６−ｎ（ｎは自然数）により構築されているが、製造セル１１における製造機械の数は限定されない。また、製造セル１１は、或るワークが複数の製造機械により順次に処理されることによって最終的な製品となる製造ラインでありうる。あるいは、製造セル１１は、二つ以上の製造機械の各々により処理された二つ以上のワーク（部品）を製造工程の途中で別の製造機械によって組合せることにより最終的な製品を完成させる製造ラインであってもよい。また、本実施形態においては、二以上の製造セル１１により処理された二つ以上のワークを組合せることにより、最終的な製品を完成させてもよい。

なお、製造機械１６−１〜１６−ｎの各々には、次のような機械が使用されうる。すなわち、ＮＣ工作機械、産業用ロボット、ＰＬＣ、搬送機、計測器、試験装置、プレス機、圧入器、印刷機、ダイカストマシン、射出成型機、食品機械、包装機、溶接機、洗浄機、塗装機、組立装置、実装機、木工機械、シーリング装置、又は切断機、などが使用されうる。また、各機械１６−１〜１６−ｎは、ＲＯＭ、ＲＡＭなどのメモリや、ＣＰＵおよび通信制御部（図示せず）を有しており、該通信制御部が、機械制御装置１２内の通信制御部（図示せず）との情報の受渡しを制御する。

前述のような機械制御装置１２は、上位コンピュータ１３からの生産計画指示に基づいて製造機械１６−１〜１６−ｎの各々に個別の稼働指令、例えば速度指令や動作開始タイミングの指令などを生成して送信する。そして、各製造機械１６−１〜１６−ｎが個別の稼働指令に従って稼働するとき、各製造機械１６−１〜１６−ｎは工場の電源設備１７から電力を得る。このとき、各製造機械１６−１〜１６−ｎに与えられた稼働指令によっては、複数の製造機械１６−１〜１６−ｎの合計消費電力における最大ピーク電力が電源設備１７の電源容量を超過する可能性がある。
そのような電源容量の超過が生じる場合に、本願の機械制御装置１２は、上記の最大ピーク電力が電源設備１７の電源容量以下になり、且つ、製造セル１１での生産量が最大になるように、各製造機械１６−１〜１６−ｎへの稼働指令を調整する。
以下、このような機能を発揮する機械制御装置１２の構成例について詳述する。

図１に示されるように、本実施形態の機械制御装置１２は、指令部１８、機械情報取得部１９、記憶部２０、ピーク電力推定部２１、電力過不足判定部２２、稼働指令調整部２３、機械情報修正部２４、および電源設備計画部２５を具備する。

指令部１８は、上位コンピュータ１３からの生産計画指示に基づいて製造機械１６−１〜１６−ｎの各々に個別の稼働指令を生成する。さらに、指令部１８は、生成した稼働指令をイントラネットのネットワーク１４を介して製造機械１６−１〜１６−ｎにそれぞれ送信して、各製造機械１６−１〜１６−ｎを稼働させるようにする。
但し、生成した稼働指令に起因して前述した電源容量の超過が生じるかを事前に確認する為に、指令部１８は、生成した稼働指令を各製造機械１６−１〜１６−ｎに送信する前にピーク電力推定部２１に送信するようになっている。ピーク電力推定部２１は後述するように各製造機械１６−１〜１６−ｎにおける消費電力の時系列データを記憶部２０から読出すが、稼働指令対象の製造機械における消費電力の時系列データが記憶部２０に記憶されていない場合がある。この場合には、指令部１８は、稼働指令対象の製造機械を稼働させて、その稼働指令対象の製造機械における消費電力の時系列データを機械情報取得部１９にて取得できるようにする。
また、本実施形態において、指令部１８は、前述の稼働指令として、製造機械１６−１〜１６−ｎの動作開始タイミングのオフセット指令を出力する。しかし本発明においては、該オフセット指令だけでなく、製造機械１６−１〜１６−ｎの速度、電流およびトルクのうちの少なくとも一つの指令も適宜に前述の稼働指令に含めるのが好ましい。

機械情報取得部１９は、各製造機械１６−１〜１６−ｎが個別の稼働指令に従って稼働しているときの各製造機械１６−１〜１６−ｎの情報を所定時間毎に取得する。特に、そのように取得される各製造機械の情報には、各製造機械１６−１〜１６−ｎの稼働状態、消費電力および生産量をそれぞれ示す情報が少なくとも含まれる。

なお、上記の稼働状態の情報は、各製造機械１６−１〜１６−ｎにおける加工速度の時系列データである。当該加工速度の時系列データは、例えば各製造機械を駆動するサーボモータの加減速時および定速時の速度変化の履歴である。
上記の消費電力の情報は、各製造機械１６−１〜１６−ｎにおける消費電力の時系列データである。当該消費電力の時系列データは、例えば各製造機械１６−１〜１６−ｎに設けられた電力計（図示せず）から所定時間毎に出力された電力値の履歴である。
上記の生産量の情報は、各製造機械１６−１〜１６−ｎに設けられた計数カウンタ（図示せず）によって稼働中に取得される製造個数の情報である。

さらに、前述の稼働状態の情報には、各製造機械１６−１〜１６−ｎのメモリ内に記憶された加工プログラムの設定値や駆動パラメータなども含まれる。例えば、サーボモータを駆動源として動作する多関節ロボットといった製造機械の場合には、ロボットの各軸のマスタリング位置におけるパルスカウントや、サーボ制御パラメータなどが前述の稼働状態の情報に含まれる。

機械情報取得部１９は、前述のような各製造機械１６−１〜１６−ｎの情報を記憶部２０およびピーク電力推定部２１に送信する。記憶部２０は、機械情報取得部１９から送信された各製造機械１６−１〜１６−ｎの稼働状態、消費電力および生産量などの情報を製造機械１６−１〜１６−ｎ毎に順次記憶し蓄積する。さらに、記憶部２０は、記憶した各製造機械１６−１〜１６−ｎの稼働状態、消費電力および生産量などの情報を上位コンピュータ１３のデータベース部に送信して蓄積するようにしてもよい。

ピーク電力推定部２１は、指令部１８の、製造機械１６−１〜１６−ｎに対する稼働指令を基に、各製造機械１６−１〜１６−ｎにおける消費電力の時系列データを記憶部２０もしくは上位コンピュータ１３から読出す。さらに、ピーク電力推定部２１は、読出した各製造機械１６−１〜１６−ｎにおける消費電力の時系列データを用いて、それら製造機械１６−１〜１６−ｎの合計消費電力およびその最大ピーク電力を推定する。この推定時には、各製造機械１６−１〜１６−ｎに対する動作開始タイミングのオフセット指令が考慮される。

電力過不足判定部２２は、前述のように推定された最大ピーク電力と電源設備１７の所定の電源容量とを比較して、該所定の電源容量に対する電力の過不足を判定する。この判定に必要な電源容量の値は、電力過不足判定部２２にあらかじめ記憶されているのが好ましい。また、記憶部２０内に稼働指令対象の製造機械における過去の消費電力の時系列データが無い場合には、指令部１８により稼働指令対象の製造機械を実際に稼働させるのが好ましい。この場合には、電力過不足判定部２２が、複数の稼働指令対象の製造機械における消費電力の時系列データを機械情報取得部１９から取込んで、それら製造機械の合計消費電力の最大ピーク電力と電源設備１７の電源容量とを比較することとする。

稼働指令調整部２３は、電力過不足判定部２２により電源設備１７の電源容量の超過が発生すると判定された場合に、製造機械１６−１〜１６−ｎに対する稼働指令を調整する。このとき、稼働指令調整部２３は、前述の最大ピーク電力が電源設備１７の電源容量以下になり、且つ製造セル１１での生産量が最大になるように、製造機械１６−１〜１６−ｎに対する稼働指令、例えば動作開始タイミングのオフセット指令などを調整する。この調整においては、記憶部２０内に記憶されている、前述した各製造機械１６−１〜１６−ｎの情報が用いられる。また、前述の調整は、機械情報取得部１９により取得される各製造機械１６−１〜１６−ｎの情報を用いて行われてもよい。

機械情報修正部２４は、記憶部２０内に記憶されている各製造機械１６−１〜１６−ｎの情報を、稼働指令調整部２３により稼働指令が調整された後の各製造機械１６−１〜１６−ｎの情報に修正する。修正される各製造機械の情報には、前述した各製造機械１６−１〜１６−ｎの稼働状態、消費電力および生産量をそれぞれ示す情報が少なくとも含まれる。また、本実施形態の機械制御装置１２は、機械情報修正部２４を必ずしも備えていなくてもよい。

電源設備計画部２５は、電力過不足判定部２２の判定結果に基づいて、電源設備１７の電源容量の増加または削減を計画し、その計画された内容を上位コンピュータ１３に送信する。なお、その計画された内容の送信先は、上位コンピュータ１３に限られず、機械制御装置１２に接続された表示装置または印刷装置や、管理者または作業者などが所持する携帯情報端末、などであってもよい。また、本実施形態の機械制御装置１２は、電源設備計画部２５を必ずしも備えていなくてもよい。

また、前述した実施形態においては、電力計（図示せず）が各製造機械１６−１〜１６−ｎに設けられているが、これらは各製造機械１６−１〜１６−ｎに必ずしも必要ではない。つまり、各製造機械が個別の稼働指令により稼働されるときの各製造機械の消費電力は、各製造機械１６−１〜１６−ｎの加工プログラムの設定値や駆動パラメータなどから推定されてもよい。例えば、各製造機械１６−１〜１６−ｎがサーボプレス機である場合には、該サーボプレス機を稼働させるモータの消費電力量は、以下のようにして推定されうる。

モータ固有の物理特性として、モータの巻線抵抗（一相分）をＲ（Ω）、トルク定数をＫｔ（Ｎ・ｍ／Ａ）、負荷イナーシャをＪ（Ｋｇ・ｍ²）、モータの回転数をω（ｒａｄ／ｓｅｃ）、モータの軸の摩擦トルクをＴｆ（Ｎ・ｍ）、モータの電流指令値をＩ（Ａ）とする。また、加工中のモータには、加工プログラムに基づいて加速期間、減速期間、および定速期間が発生する。
このとき、モータ損失として銅損のみを考慮すると、モータの加速時の消費電力量Ｅａ（Ｗｓ）は、加減速時間ｔｆ１を用いて次式（１）により求めることができる。
Ｅａ＝１／２×Ｊ×ω²＋３×Ｒ×Ｉ²×ｔｆ１ ・・・式(１)
運動エネルギが回生される割合を表す係数をＫｒとすると、モータの減速時の消費電力量Ｅｂ（Ｗｓ）は、次式（２）により求めることができる。
Ｅｂ＝−１／２×Ｊ×ω²×Ｋｒ＋３×Ｒ×Ｉ²×ｔｆ１ ・・・式（２）
さらに、モータが一定速度で回転しているときの消費電力量Ｅｃは、一定速度時間ｔｆ２を用いて次式（３）により求めることができる。
Ｅｃ＝Ｔｆ×ω×ｔｆ２＋３×Ｒ×（Ｔｆ／Ｋｔ）²×ｔｆ２ ・・・式（３）

したがって、前述のようなモータ固有の物理特性と加工プログラムとを事前に把握しておけば、電力計無しで、上記の式（１）、式（２）および式（３）を用いてモータにおける消費電力量を推定することができる。

図２〜図５は、本実施形態の機械制御装置１２の動作の各段階を分かりやすく示した図である。そこで、図１〜図５を参照しつつ、本実施形態の機械制御装置１２の動作を以下に説明する。
特に、複数の製造機械１６−１〜１６−ｎのうち、二つの製造機械１６−１、１６−２に対する稼働指令が同一の動作開始タイミングの指令である場合を一例にして、機械制御装置１２の動作を説明する。さらに、以下の動作例は、各製造機械１６−１〜１６−ｎがサーボプレス機または電動射出成形機である場合の動作とする。勿論、本発明は、下記の動作例に限定されるものではない。

まず、図１に示された指令部１８は、上位コンピュータ１３から生産計画指示に基づいて稼働指令を生成すると、稼働指令をピーク電力推定部２１に送信する。この稼働指令は、例えば、各製造機械１６−１、１６−２のサーボモータへの同一の動作開始タイミングのオフセット指令、および各製造機械１６−１、１６−２の加工プログラムに基づく速度指令といった稼働指令とする。

ピーク電力推定部２１は、前述の稼働指令を受信すると、図１に示されるように稼働指令対象の各製造機械１６−１、１６−２における消費電力の時系列データを記憶部２０から読出す。記憶部２０には、過去に複数の製造機械１６−１〜１６−ｎがそれぞれの稼働指令により稼働したときの各製造機械１６−１〜１６−ｎの情報、特に、稼働状態、消費電力、および生産量を少なくとも含む情報が記憶されているものとする。例えば、図２に示されるような、加工１および加工２における消費電力の時系列データが機械情報取得部１９を介して記憶部２０に記憶されている。ここで、図２における曲線Ａは、加工１を実施する製造機械１６−１の１タクトタイムにおけるサーボモータの消費電力の時系列データをそれぞれ示している。さらに、図２における曲線Ｂは、加工２を実施する製造機械１６−２の１タクトタイムにおけるサーボモータの消費電力の時系列データをそれぞれ示している。また、タクトタイムは、一回の加工の周期、すなわち加工の開始から終了までの時間であり、図２においては加工１と加工２の両方とも約２２秒となっている。

さらに、ピーク電力推定部２１は、各製造機械１６−１、１６−２のサーボモータの動作開始タイミングが同じであるのを考慮して、前述の二つの製造機械１６−１、１６−２のサーボモータの合計消費電力の時系列データとその最大ピーク電力とを推定する。なお、このような合計消費電力の時系列データ（曲線Ｃ）を示したのが図３である。図３によれば、合計消費電力の時系列データ（曲線Ｃ）から最大ピーク電力の値が２００ｋＷであることが分かる。そして、図１に示されるように、ピーク電力推定部２１は、前述のように推定された最大ピーク電力の値を電力過不足判定部２２に送信する。

続いて、図１に示される電力過不足判定部２２は、前述のように推定された最大ピーク電力と、電力過不足判定部２２にあらかじめ記憶されている電源設備１７の所定の電源容量とを比較して、該電源容量に対する電力の過不足を判定する。

例えば、加工中の各製造機械１６−１、１６−２のサーボモータにおける消費電力の時系列データ（図２における曲線Ａおよび曲線Ｂ）を表す関数をそれぞれＰａ（ｔ）、Ｐｂ（ｔ）とする。そして、合計消費電力の時系列データ（図３における曲線Ｃ）を表す関数をＰ（ｔ）とすると、Ｐ（ｔ）は次式（４）により表すことができる。但し、ｔは、稼働時間である。
Ｐ（ｔ）＝Ｐａ（ｔ）＋Ｐｂ（ｔ） ・・・式（４）
そして、上記の関数Ｐ（ｔ）の最大値、すなわち最大ピーク電力をＰ（ｔ）maxとし、電源設備１７の所定の電源容量をＥとすると、次の関係式
Ｐ（ｔ）max ＜ Ｅ ・・・式（５）
を満たすかどうかが電力過不足判定部２２によって判定される。

なお、上記Ｐａ（ｔ）およびＰｂ（ｔ）の関数により表される消費電力の時系列データは、既に説明したような式（１）、式（２）、および式（３）を用いて推定されてもよい。つまり、各製造機械１６−１、１６−２のサーボモータにおける消費電力の時系列データは、記憶部２０に記憶された稼働状態、例えば各製造機械１６−１、１６−２の加工プログラムの設定値や駆動パラメータなどから推定されてもよい。あるいは、電力過不足判定部２２が、各製造機械１６−１、１６−２のサーボモータにおける消費電力の時系列データを機械情報取得部１９から実際に取込んで、それらサーボモータの合計消費電力の最大ピーク電力Ｐ（ｔ）maxを求めてもよい。

次に、前述のような判定の結果として、最大ピーク電力Ｐ（ｔ）maxが電源設備１７の所定の電源容量Ｅを超えている場合には、図１に示される稼働指令調整部２３により、前述の稼働指令が調整される。すなわち、各製造機械１６−１、１６−２のサーボモータへの動作開始タイミングのオフセット指令、および、各製造機械１６−１、１６−２の加工プログラムに基づく速度指令の少なくともいずれか一方が調整される。例えば、図３に曲線Ｃにより示された合計消費電力の時系列データの最大ピーク電力は２００ｋＷを示しているため、所定の電源容量Ｅが１５０ｋＷ相当である場合には稼働指令の調整が実行される。

例えば、前述した加工２の開始タイミングが加工１の開始タイミングよりも遅くなるように、各製造機械１６−１、１６−２のサーボモータへの動作開始タイミングのオフセット指令が調整される。この調整により、図４に示されるように、加工２での消費電力の時系列データ（曲線Ｂ）を加工１での消費電力の時系列データ（曲線Ａ）に対して時間的にずらすことができる。その結果、加工１および加工２の合計消費電力の時系列データは、図５に示される曲線Ｃのようになる。図５によれば、合計消費電力の時系列データ（曲線Ｃ）から最大ピーク電力の値が約１００ｋＷであって、上記１５０ｋＷ相当の電源容量Ｅよりも小さくなることが分かる。

しかし、前述のように加工２の開始タイミングを加工１の開始タイミングよりも遅くした場合には、図５における曲線Ｃから分かるように、加工２の終了時刻も遅くなることになる。つまり、加工１の開始タイミングに対して加工２の開始タイミングを遅くするほど、加工１および加工２を実施してなる一つの製品を得るのに必要な時間が長くなって生産量が低下してしまう。このため、本実施形態においては、前述の最大ピーク電力を電源設備１７の電源容量以下にしつつ、生産量が最大になるように、各製造機械１６−１、１６−２のサーボモータに対する動作開始タイミングの指令が調整される。また、動作開始タイミングの指令のみを調整しても、前述の最大ピーク電力が電源設備１７の電源容量以下に収まらないときには、各製造機械１６−１、１６−２のサーボモータに対する速度指令も調整される。例えば、サーボモータの速度を遅くして該サーボモータの消費電力量を抑えるようにする。勿論、速度指令の調整においても、前述の最大ピーク電力を電源設備１７の電源容量以下にしつつ、生産量が最大になるようにするのが好ましい。なお、生産量は、製造機械の稼働時間をタクトタイムにより除算することにより求められる。

また、各製造機械１６−１、１６−２には、機械操作者が操作量、例えば、速度オーバライド値を各製造機械１６−１、１６−２に設けられたスイッチ等により設定している場合がある。ここでいう速度オーバライド値は、加工プログラムの速度指令に対して実際に加工を行う場合の速度比のことである。例えば、加工プログラムを速度オーバライド値５０％の設定で実行すると、その加工プログラムにあらかじめ設定された速度の５０％の速度で実際の加工が行われることとなる。つまり、加工時間が２倍になる。したがって、記憶部２０に記録された時の速度オーバライド値と現在の速度オーバライド値とが異なる場合、記憶部２０に記録された消費電力の時系列データに対し、この速度オーバライド値の相違を考慮しないと今回の稼動指令に対するピーク電力の推計が正しく行われない。本実施形態においては、そのような速度オーバライド値といった機械情報を機械情報取得部１９により取得して、ピーク電力推定部２１で利用するのが好ましい。

ここで、前述した動作開始タイミングのオフセット指令および速度指令を調整するときの計算例を示す。
各製造機械１６−１、１６−２はそれぞれ個別のタクトタイム、すなわち加工周期を有している。このため、それらタクトタイム（加工周期）内の位置、すなわち位相をそれぞれθａ、θｂとすると、前述した式（４）により表された合計消費電力Ｐ（ｔ）は、次式（６）でも表すことができる。
Ｐ（ｔ）＝Ｐａ（θａ）＋Ｐｂ（θｂ） ・・・式（６）
それぞれの位相θａ、θｂは、以下の式（７）および式（８）により表現することができる。
θａ＝２π×（ｔ＋Δｔａ）／Ｔａ ・・・式（７）
θｂ＝２π×（ｔ＋Δｔｂ）／Ｔｂ ・・・式（８）
上記Δｔａ、Δｔｂは、各製造機械１６−１、１６−２のサーボモータへの動作開始タイミングのオフセット指令値である。上記Ｔａ、Ｔｂは、各製造機械１６−１、１６−２のタクトタイムである。ｔは、稼働時間である。
さらに、製造機械１６−１の稼働指令調整前のタクトタイムおよび速度指令値をそれぞれＴａ_orgおよびＶａ_orgとし、調整後の速度指令値をＶａとすると、前述のタクトタイムＴａは、次式（９）より算出される。前述のタクトタイムＴｂもまた、次式（１０）により算出される。
Ｔａ＝Ｔａ_org×Ｖａ_org／Ｖａ ・・・式（９）
Ｔｂ＝Ｔｂ_org×Ｖｂ_org／Ｖｂ ・・・式（１０）
前述の式（６）〜式（１０）により、前述の合計消費電力Ｐ（ｔ）は、各製造機械１６−１、１６−２のサーボモータへの動作開始タイミングのオフセット指令値と速度指令値とを調整して算出されることが分かる。

さらに、製造機械１６−１、１６−２の各々の生産量Ｎａ、Ｎｂは、それぞれ、次式（１１）および次式（１２）により計算される。つまり、次式（１１）および次式（１２）のように、生産量Ｎａ、Ｎｂはそれぞれ、稼働時間ｔを、前述のタクトタイムＴａ、Ｔｂにより除算することにより算出される。
Ｎａ＝ｔ／Ｔａ ・・・式（１１）
Ｎｂ＝ｔ／Ｔｂ ・・・式（１２）
以上の式（６）〜式（１２）を用い、二つの製造機械１６−１、１６−２の合計生産量Ｎ（＝Ｎａ＋Ｎｂ）が最大となるように、動作開始タイミングのオフセット指令値Δｔａ、Δｔｂ、および、調整後の速度指令値Ｖａ、Ｖｂが計算されつつ探索される。
勿論、動作開始タイミングのオフセット指令値Δｔａ、Δｔｂ、および、調整後の速度指令値Ｖａ、Ｖｂは、前述した式（５）、すなわち、Ｐ（ｔ）max ＜ Ｅ を満たすように計算される。

なお、動作開始タイミングのオフセット指令値Δｔａ、Δｔｂや、調整後の速度指令値Ｖａ、Ｖｂを計算するためには、前述の式（６）〜式（１２）におけるＴａ_org、Ｔａ_org、Ｖａ_org、Ｖｂ_org、ｔ、などの値を取得する必要がある。このため、図１に示される稼働指令調整部２３は、記憶部２０または機械情報取得部１９から各製造機械１６−１、１６−２の情報、特に、稼働指令とこれによる稼働状態や消費電力などの情報を取得するように構成されるのが好ましい。

その後、前述のように稼働指令調整部２３により調整された後の稼働指令は、指令部１８に送信される。指令部１８は、その調整された後の稼働指令によって各製造機械１６−１、１６−２を稼働させることになる。また、稼働指令調整部２３により調整された後の稼働指令は、図１に示される機械情報修正部２４にも送信される。そして、機械情報修正部２４は、記憶部２０内に記憶されている各製造機械１６−１、１６−２の情報を、稼働指令調整部２３により稼働指令が調整された後の各製造機械１６−１、１６−２の情報に修正する。

また、図１に示される電源設備計画部２５は、電力過不足判定部２２により電源設備１７の電源容量の超過が長期間発生すると判定された場合に電源設備１７の電源容量の増加を計画し、その計画された内容を上位コンピュータ１３に送信する。電源設備計画部２５は、電源設備１７の電源容量が前述の最大ピーク電力に対して多くの余剰電力を有する場合にも、電源設備１７の電源容量の削減を計画し、その計画された内容を上位コンピュータ１３に送信する。勿論、その計画された内容の送信先は、上位コンピュータ１３に限られない。

なお、以上の説明においては、複数の製造機械１６−１〜１６−ｎのうちの二つの製造機械１６−１、１６−２を稼働させる例を挙げているが、当然ながら、本発明には、二つ以上の製造機械１６−１〜１６−ｎを稼働させる態様が含まれる。

以上に説明したような機械制御装置１２は、個別の稼働指令により稼働される複数の製造機械１６−１〜１６−ｎの合計消費電力が工場の電源設備１７の電源容量を超えないように、各製造機械１６−１〜１６−ｎの稼働指令を自動的に調整することができる。このとき、複数の製造機械１６−１〜１６−ｎでの生産量が最大となるように、各製造機械１６−１〜１６−ｎに対する稼働指令が調整される。このため、工場の電源設備１７の電源容量の範囲内で生産性を向上することができる。
言い換えれば、各製造機械１６−１〜１６−ｎの稼働指令により電力不足が発生して製造機械の性能が低下する場合に、機械制御装置１２は、生産性を最大限に保ちつつ、人手を介さずに各製造機械１６−１〜１６−ｎに対する稼働指令を調整できる。

以上、典型的な実施形態を用いて本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなしに、上述の実施形態に変更および種々の他の変更、省略、追加を行うことができるのを理解できるであろう。

１０ 生産システム
１１ 製造セル
１２ 機械制御装置
１３ 上位コンピュータ
１４、１５ 通信媒体
１６−１〜１６−ｎ 製造機械
１７ 電源設備
１８ 指令部
１９ 機械情報取得部
２０ 記憶部
２１ ピーク電力推定部
２２ 電力過不足判定部
２３ 稼働指令調整部
２４ 機械情報修正部
２５ 電源設備計画部

Claims (9)

1. 電源設備（１７）に接続された複数の製造機械（１６−１〜１６−ｎ）を制御する機械制御装置（１２）であって、
   前記製造機械（１６−１〜１６−ｎ）の各々に対して個別の稼働指令を出力する指令部（１８）と、
   前記製造機械（１６−１〜１６−ｎ）が前記指令部（１８）の稼働指令に従って稼働しているときの該製造機械（１６−１〜１６−ｎ）の、稼働状態、消費電力および生産量を少なくとも含む情報を所定時間毎に取得する機械情報取得部（１９）と、
   前記製造機械（１６−１〜１６−ｎ）の各々の前記情報を順次記憶する記憶部（２０）に記憶された前記情報または前記機械情報取得部（１９）により取得される前記情報を用いて、前記稼働指令の対象となる複数の製造機械（１６−１〜１６−ｎ）の合計消費電力の時系列データにおける最大ピーク電力が前記電源設備（１７）の電源容量を超えるかどうかを判定する電力過不足判定部（２２）と、
   前記最大ピーク電力が前記電源設備（１７）の電源容量以下になり、且つ前記稼働指令の対象となる複数の製造機械（１６−１〜１６−ｎ）での生産量が最大になるように、前記記憶部（２０）に記憶された前記情報または前記機械情報取得部（１９）により取得される前記情報を用いつつ、前記指令部（１８）の、前記製造機械（１６−１〜１６−ｎ）の各々に対する前記稼働指令を調整する稼働指令調整部（２３）と、
   を具備することを特徴とする機械制御装置。
2. 前記記憶部（２０）内に記憶されている前記製造機械（１６−１〜１６−ｎ）の情報を、前記稼働指令調整部（２３）により稼働指令が調整された後の前記製造機械（１６−１〜１６−ｎ）の情報に修正する機械情報修正部（２４）をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の機械制御装置（１２）。
3. 前記機械情報取得部（１９）は、前記製造機械（１６−１〜１６−ｎ）の各々に設けられた電力計から前記消費電力の情報を取得することを特徴とする請求項１または２に記載の機械制御装置（１２）。
4. 前記機械情報取得部（１９）は、前記稼動指令に対応した前記製造機械（１６−１〜１６−ｎ）の加工プログラムおよび駆動パラメータから前記消費電力の情報を推定した情報を取得することを特徴とする請求項１または２に記載の機械制御装置（１２）。
5. 前記指令部（１８）の稼働指令の値、または、前記記憶部（２０）に記憶されている前記稼働状態もしくは前記消費電力の情報に基づいて、前記合計消費電力および前記最大ピーク電力を推定するピーク電力推定部（２１）をさらに具備することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の機械制御装置（１２）。
6. 前記稼働状態は、前記製造機械（１６−１〜１６−ｎ）にあらかじめ設定された操作量を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の機械制御装置（１２）。
7. 前記電力過不足判定部（２２）の判定結果に基づいて、前記電源設備（１７）の電源容量の増加または削減を計画し、その計画された内容を出力する電源設備計画部（２５）をさらに具備することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の機械制御装置（１２）。
8. 前記指令部（１８）は、前記稼働指令として、前記製造機械（１６−１〜１６−ｎ）の速度、電流およびトルクのうちの少なくとも一つの指令と前記製造機械（１６−１〜１６−ｎ）の動作開始タイミングのオフセット指令との少なくともいずれか一方を出力することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の機械制御装置（１２）。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の機械制御装置（１２）と、
   前記機械制御装置（１２）と通信可能に接続されていて生産計画を前記機械制御装置（１２）に指示する上位コンピュータ（１３）と、を具備し、
   前記上位コンピュータ（１３）は、前記記憶部（２０）から前記情報を受信し蓄積するデータベース部を有する、生産システム（１０）。

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