JP2017188038A

JP2017188038A - 製造セルの稼働率を向上させる製造管理システム

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Publication number: JP2017188038A
Application number: JP2016078371A
Authority: JP
Inventors: 小林　正則; Masanori Kobayashi; 正則小林
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-04-08
Filing date: 2016-04-08
Publication date: 2017-10-12
Anticipated expiration: 2036-04-08
Also published as: DE102017003154A1; US10268187B2; JP6348138B2; CN107272585B; DE102017003154B4; US20170293289A1; CN107272585A

Abstract

【課題】製造機械の各構成部の消耗度を適切に評価し、複数の製造機械を含む製造セルを効率よく稼働させるための製造管理製造管理システムを提供する。
【解決手段】セルコントロール装置１６の制御装置２４は、製造セル１４から、製造機械１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び１２ｄの各々を構成する構成部の各々の運転実績に関する製造機械情報を受信する製造機械情報受信部２８と、受信した製造機械情報と、各構成部について予め定めた重みとに基づいて、各構成部についての重み付き消耗度を計算する構成部消耗度計算部３０と、各構成部の重み付き消耗度に基づいて、複数の製造機械の各々についての製造機械消耗度を計算する製造機械消耗度計算部３２と、各製造機械の製造機械消耗度に基づいて、製造セル１４において使用すべき製造機械を選択する製造機械選択部３４とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の製造機械を含む製造セルを効率よく稼働させるための製造管理システムに関する。

複数の製造機械で構成される製造セルを管理する製造管理システム（セルコントロールシステム）では、各製造機械の使用状況を管理したり、どの製造機械を使用するかを判断したりして、製造セルを効率良く稼動させることが求められている。例えば、使用できる製造機械が複数存在する場合において、製造納期が近い場合は製造が速い機械を優先して選択したり、材料の在庫に余裕がない場合には不良品が少ない機械を優先して選択したりする。また、上述のような状況でない場合や、機械の性能に差がない場合には、製造セルの保守間隔を長くして、製造セルの稼働率を上げる（稼動できない時間を少なくする）ために、使用時間が少ない製造機械を選択する場合もある。

これに関連する従来技術として、例えば引用文献１には、複数台の作業設備が使用可能な場合に、予め定めた優先度、使用時間（休止期間）、機能の多少、作業速度等から決定された優先度（決定規則）に従って作業設備を選定する技術が開示されている。

特許文献２には、「加工ラインの状態に照らして実行可能な部分作業を捜す」、「優先順位を考慮してロボットを選択する」、「残ったロボットが空いていれば選択されたロボットが直ちに部分作業実行開始するとともに残ったロボットにも部分作業を捜し、残ったロボットが空いていなければ同時実行可能性チェックし可能ならば実行開始するとともに、次の部分作業の開始に備え、同時実行不可能ならば、前記選択されたロボットの為に別の部分作業を捜す」というプロセスを繰り返すことによって、２台のロボットに極力空き時間を作らずに作業を進めることを企図した、複数ロボットの制御方法が記載されている。

特許文献３には、複数台の工作機械と管理装置とを接続して構成される管理システムが開示されており、さらに、管理装置は、各工作機械の制御装置から各駆動機構部の稼働状況に関するデータを受信し、受信したデータを基に各駆動機構部の消耗度を随時評価する寿命判定部と、寿命判定部によって評価された消耗度に関するデータを記憶するデータ記憶部と、データ記憶部に記憶された消耗度に関する情報を出力する出力部とを備える、と記載されている。

特許文献４には、製造ラインにおいて製品を処理する設備の稼働状況を示すデータ（稼動の有無、製品処理数、処理された製品の不良数等）をリアルタイムで収集し、このデータから設備の時間稼動率、性能稼動率、不良率、設備総合効率を演算出力する手段を備える製造ライン稼動状況モニタリングシステムが記載されている。

さらに特許文献５には、加工機及びこれを制御するＣＮＣ装置を構成する部品の使用回数ないし使用時間を積算し、部品毎に寿命到来前に交換を促すとともに、ＣＮＣ装置等の管理対象の平均寿命を延ばすべく、該管理対象を構成する部品の中から特定部品を選定して管理対象から除外する技術が記載されている。

特開平０４−０６９７０２号公報特開平０６−１３１０２１号公報特開２００１−３５０５１０号公報特開平０７−１０５２８５号公報特開平０２−２８４２１０号公報

製造セルの保守の頻度を下げて、連続して使用できる期間（寿命）を長くするために、使用時間が短い製造機械を選択する場合がある。しかし従来技術の多くは、製造機械全体の使用時間を基準として用いており、製造機械を構成する構成部毎の使用時間は考慮されていなかった。例えば、製造機械全体としては使用時間が少ない製造機械を選択しても、製造機械の特定の構成部が集中して使用され、該構成部が故障する場合がある。

また、１つの製造機械が、一度故障すると保守や修理に大きな手間と時間がかかるような構成部と、短時間で簡単に保守・修理できる構成部とを有する場合は、前者の構成部の方が製造機械の稼働率に与える影響は大きいと考えられるが、従来は、前者の構成部の保守を優先的に回避するような手段は提供されていない。

そこで本発明は、製造機械の各構成部の消耗度を適切に評価し、複数の製造機械を含む製造セルを効率よく稼働させるための製造管理システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願第１の発明は、生産計画装置からの生産計画情報に基づいて、複数の製造機械を備えた製造セルを管理する製造管理システムであって、前記製造セルから、前記製造機械の各々を構成する構成部の各々の運転実績に関する製造機械情報を受信する製造機械情報受信部と、前記製造機械情報と、各構成部について予め定めた重みとに基づいて、前記製造機械の各構成部についての重み付き消耗度を計算する構成部消耗度計算部と、前記構成部消耗度計算部が計算した各構成部の重み付き消耗度に基づいて、前記複数の製造機械の各々についての製造機械消耗度を計算する製造機械消耗度計算部と、前記製造機械消耗度計算部が計算した各製造機械の製造機械消耗度に基づいて、前記製造セルにおいて使用すべき製造機械を選択する製造機械選択部と、を備える、製造管理システムを提供する。

第２の発明は、第１の発明において、前記製造機械選択部は、前記複数の製造機械のうち、前記重み付き消耗度が予め定めた閾値より大きい構成部を有する製造機械を除外するか、前記重み付き消耗度が最も高い構成部を有する製造機械を、前記製造セルにおいて使用すべき製造機械の候補から除外する、製造管理システムを提供する。

第３の発明は、第１の発明において、前記構成部消耗度計算部は、前記生産計画情報に基づいて、各製造機械の各構成部についての重み付き消耗度を推測し、前記製造機械選択部は、前記複数の製造機械のうち、推測された前記重み付き消耗度が予め定めた閾値より大きい構成部を有する製造機械を除外するか、推測された前記重み付き消耗度が最も高い構成部を有する製造機械を、前記製造セルにおいて使用すべき製造機械の候補から除外する、製造管理システムを提供する。

本発明によれば、複数の製造機械の各々を構成する構成部の消耗度を適切に定量化した上で製造機械の消耗度を求めることができるので、いずれの製造機械を使用するかを従来よりも的確に判断することができ、その結果、製造機械及び構成部をより均一に使用することができるようになる。その結果、製造セルの保守間隔を従来よりも格段に長くすることができ、製造セルの稼働率を上げることができる。また、保守に掛かる費用も削減することができる。

本発明の好適な実施形態に係る製造管理システムを含むシステムの概略構成を示すブロック図である。図１の製造管理システムにおける、消耗度の計算処理の一例を示す図である。図１の製造管理システムにおける、消耗度の計算処理の他の例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を説明する。図１は、本発明の好適な実施形態に係る製造管理システム（セルコントロールシステム）１０を含むシステムの概略構成を示すブロック図である。製造管理システム１０は、複数（図示例では４つ）の製造機械１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び１２ｄを含む製造セル１４と通信可能に構成されたセルコントロール装置（セルコントローラ）１６を備え、セルコントロール装置１６と通信可能に構成された生産計画装置１８から受信した生産計画情報に基づいて、製造セル１４を管理・制御する。

製造セル１４に含まれる製造機械１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び１２ｄは例えば、工作機械や（多関節）ロボット等、予め定められた製造に関する作業を行う機械であり、多くの場合、製造セル１４が有するプログラムに基づく指示によって動作する。またそれぞれの製造機械の構成は互いに同一のものでも異なるものでもよいが、少なくとも２つの製造機械には共通の作業があり、セルコントロール装置１６は、該共通の作業をいずれの製造機械で行うかを選定・指示できるようになっている。

なお本実施形態では、製造セル１４は、製品を製造する工場等に設置可能であり、これに対して、セルコントロール装置１６及び生産計画装置１８は、工場とは異なる建屋等に設置可能である。この場合は、セルコントロール装置１６と製造セル１４とは、イントラネット等のネットワーク（第１の通信装置２０）を介して接続することができ、セルコントロール装置１６からの製造指示等を製造セル１４に送信可能である。また製造セル１４からは、製造セル１４の各製造機械の状態や製造結果、さらに各製造機械を構成する構成部の運転実績に関するデータをセルコントロール装置１６に送信可能である。

生産計画装置１８は、工場とは離れた事務所等に設置可能である。この場合は、生産計画装置１８は、インターネット等のネットワーク（第２の通信装置２２）を介して、セルコントロール装置１６と通信可能に接続することができ、生産計画装置１８から製造計画等をセルコントロール装置１６に送信可能である。またセルコントロール装置１６からは、製造セル１４の各製造機械の状態や、製造結果に関するデータを生産計画装置１８に送信可能である。
る。

なお第１の通信装置２０は、セルコントロール装置１６と製造セル１４とを通信可能に接続するものであればどのようなものでもよく、また第２の通信装置２２は、セルコントロール装置１６と生産計画装置１８とを通信可能に接続するものであればどのようなものでもよい。

セルコントロール装置１６は、上述の第１の通信装置２０及び第２の通信装置２２に加え、制御装置２４及び記憶装置２６を有し、制御装置２４は、製造セル１４から、製造機械１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び１２ｄの各々を構成する構成部（後述）の各々の運転実績に関する製造機械情報を受信する製造機械情報受信部２８と、受信した製造機械情報と、各構成部について予め定めた重みとに基づいて、製造機械１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び１２ｄの各構成部についての消耗度（重み付き消耗度）を計算する構成部消耗度計算部３０と、構成部消耗度計算部３０が計算した各構成部の重み付き消耗度に基づいて、複数の製造機械１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び１２ｄの各々についての消耗度（製造機械消耗度）を計算する製造機械消耗度計算部３２と、製造機械消耗度計算部３２が計算した各製造機械の製造機械消耗度に基づいて、製造セル１４において使用すべき製造機械を選択する製造機械選択部３４とを有する。また構成部消耗度計算部３０は任意に、生産計画に基づいて、各構成部について重み付き消耗度を推測する機能を有してもよい。

次に、本実施形態に係る製造管理システムにおける処理の具体例について説明する。図２は、製造セル１４に含まれる製造機械１２ａ及び１２ｂのそれぞれについて、ある時点における、製造機械全体の使用時間と、各製造機械を構成する複数（ここでは３つ）の構成部Ａ、Ｂ及びＣそれぞれの使用時間とを表形式で表したものであり、このような製造機械情報は適当な表示器（例えばセルコントロール装置１６の表示部３６）に表示することもできる。

以下、各構成部の使用時間（稼働時間）をその消耗度（後述する重み付き消耗度と対比させ、単純消耗度とも称する）を表すものとして説明するが、単純消耗度としては、上記使用時間の他、各構成部の稼働回数や移動量を使用したり、これらを組み合わせたものを使用したりすることもでき、これらの情報も製造機械情報として扱うことができる。また組み合わせる場合は、使用時間、稼働回数及び移動量等のそれぞれに経験等から求めた重みを乗算し、それらを加算したものを単純消耗度とすることもできる。

なお製造機械の各構成部の動作制御は、数値制御装置またはＰＬＣ（ＰＭＣ）を介して行われるので、数値制御装置またはＰＬＣ（ＰＭＣ）の制御ソフトウェアに、各構成部の使用時間（または、使用回数、移動距離）を積算する機能を付与することで、各構成部の使用時間等を測定できる。また、数値制御装置やＰＬＣ（ＰＭＣ）は、プログラムの指示に基づいて動作するので、プログラムを解析（シミュレート）することで、各構成部の使用時間を推測してもよい。また、測定または推測された使用時間、使用回数、移動距離がいずれの構成部に対応するものであるかは、数値制御装置またはＰＬＣ（ＰＭＣ）が既に所有している情報であり、例えば、「Ｇ００Ｘ」というプログラム指令であればＸ軸に対応し、「Ｍ０６」というプログラム指令であれば工具交換装置に対応する等の、対応関係情報を予め数値制御装置またはＰＬＣ（ＰＭＣ）に記憶させておくことができる。

構成部Ａ、Ｂ及びＣは、それぞれの保守に要する時間や手間の多少に基づいて分類されており、ここでは、構成部Ａ及びＢは、例えばマシニングセンタの基本構造であるＸ軸、Ｙ軸又はＺ軸等、比較的大型で重く、また構造的に奥にあることから、保守に時間と手間を要する構成部であるとする。一方、構成部Ｃは、例えば工具交換装置や冷却液供給装置などの周辺装置であり、比較的小型で軽く、構造的にも手前にあるため保守が容易な構成部であるとする。またこのような構成部以外にも、上記Ｘ軸、Ｙ軸又はＺ軸の上に載っている主軸や回転テーブルなどの、比較的重いが構造的には手前にあるので、保守に要する時間や手間としては中程度の構成部も考えられる。

図２に示すように、製造機械１２ａと１２ｂとを比較した場合、全体の使用時間は製造機械１２ｂの方が短いので、これに基づくと、次の作業を行う製造機械として製造機械１２ｂが選択されることになる。しかし、保守に時間と手間を要する構成部Ａの比較では製造機械１２ｂの方が使用時間が長いので、製造機械１２ｂを選択すると、構成部Ａが早期に保守が必要となる可能性が高く、結果として製造機械１２ａを選択した場合よりも製造セル１４の稼働率は低くなる。例えば、図２の例で製造機械１２ｂをさらに５００時間稼働させると、構成部Ａの使用時間は１５００時間となり、消耗度が突出する（早急の保守が必要となる）状態となり得る。

そこで、本実施形態では、各構成部の使用時間（単純消耗度）に、予め定めた保守に対する重みを乗算して、各構成部の重み付き消耗度を求め、これらの重み付き消耗度を合算することにより、各製造機械の消耗度を求める。具体的には、保守に時間と手間を要する構成部Ａ及びＢについては、大きな重み（ここでは１．０）を設定し、保守が容易な構成部Ｃについては、小さい重み（ここでは、製造機械１２ａは０．１、製造機械１２ｂは０．２）を設定する。なお重みの値は経験的に定めることができるが、データを蓄積することによって適宜修正するようにしてもよい。

上述のような重みを用いて各構成部の重み付き消耗度を求め、これらを合算した結果、例えば図２の例では、製造機械１２ａ及び１２ｂの消耗度は、それぞれ７００及び１５２０となる。従って製造機械１２ａと１２ｂの比較では、製造機械消耗度の小さい製造機械１２ａが、次工程等で使用すべき製造機械として選択される。このように本実施例では、各構成部の消耗度を保守の容易さ等に基づいて適切に評価・計算し、これに基づいて製造機械毎の消耗度を求めるので、保守（メンテナンス）に手間や時間のかかる構成部の保守頻度を下げることができる。従って製造機械毎の保守間隔を長くし、かつ稼働時間に対する保守時間の割合を大きくできるので、製造セル全体としても大幅な効率化が図れる。また、保守費用も大きく削減することができる。

なお上述の例において、製造機械消耗度の最も低い製造機械を選択する前に、複数の製造機械に含まれる構成部のうち、重み付き消耗度が予め定めた閾値より大きい構成部を有する製造機械か、或いはまたはこれに加え、重み付き消耗度が最も高い構成部を有する製造機械を、製造セルにおいて使用すべき製造機械の候補から除外するようにしてもよい。図２の例では、重み付き消耗度が最も大きい構成部Ａ（重み付き消耗度１０００）を含む製造機械１２ｂを除外することができる。また上記閾値を例えば８００に設定した場合、やはり当該閾値を超える構成部Ａを含む製造機械１２ｂが除外されることになる。このように、製造機械消耗度に基づく製造機械の選択の前に、所定条件を満たす製造機械を除外することにより、より適切に使用すべき製造機械を選択することができるようになる。

図３は、製造セル１４に含まれる製造機械１２ｃ及び１２ｄのそれぞれについて、ある時点における、製造機械全体の使用時間と、各製造機械を構成する複数（ここでは３つ）の構成部Ａ、Ｂ及びＣそれぞれの使用時間とを表形式で表したものであり、このような情報は図２の例と同様、適当な表示器（例えばセルコントロール装置１６の表示部３６）に表示することもできる。

図３に示すように、製造機械１２ｃと１２ｄとを比較した場合、全体の使用時間は製造機械１２ｃの方が短いので、これに基づくと、次の作業を行う製造機械として製造機械１２ｃが選択されることになる。しかし、これまでの使用時間に、過去の実績に基づく使用時間を加算すると、ある構成部（図３の例では製造機械１２ｃの構成部Ｂ）の使用時間が突出し、製造機械１２ｃの保守を早急に行う必要が生じる。

そこで、使用すべき製造機械の選定の際に、今後の構成部の消耗度を推測した上で、推測した消耗度と上述の重みとを用いて、製造機械の消耗度を求めることが好ましい場合がある。より具体的には、現時点から、生産計画装置１８から指示された製造内容に基づいて各製造機械を稼働させた場合、構成部Ａ、Ｂ及びＣがそれぞれ、１００時間、１０００時間及び１００時間だけ使用時間が増加するものとする。

この増加した使用時間に基づいて各製造機械の各構成部の重み付き消耗度を計算（推測）し、製造機械消耗度の最も低い製造機械を選択する前に、複数の製造機械に含まれる構成部のうち、推測した重み付き消耗度が予め定めた閾値より大きい構成部を有する製造機械か、或いはまたはこれに加え、推測した重み付き消耗度が最も高い構成部を有する製造機械を、製造セルにおいて使用すべき製造機械の候補から除外するようにしてもよい。図３の例では、重み付き消耗度が最も大きい構成部Ｂ（重み付き消耗度２０００）を含む製造機械１２ｃを除外することができる。また上記閾値を例えば１５００に設定した場合、やはり当該閾値を超える構成部Ｂを含む製造機械１２ｃが除外されることになる。このように、製造機械消耗度に基づく製造機械の選択の前に、製造計画に基づいて将来の消耗度を推測し、所定条件を満たす製造機械を除外することにより、さらに適切に使用すべき製造機械を選択することができるようになる。

なお図３の例において、各製造機械に属する構成部の重み付き消耗度は、該構成部の消耗度の過去の実績を、生産計画装置１８からの生産計画情報に予め含めておいたものを使用してもよいし、生産計画情報の中の情報から推測してもよい。生産計画情報の中の情報から推測する場合、例えば、生産計画情報の中の製造機械を動作させる指示プログラムには、製造機械のどの機構部をどれくらいの速度でどこへ移動させるかや、各機構部の使用を開始したり停止したりする指示が含まれているので、指示プログラムのシミュレーションを行うことで、各機構部の稼動回数、稼動時間、移動量を知ることが可能である。

図２及び図３を用いて説明した実施例では、製造機械の各構成部の重み付き消耗度を用いて、製造機械の消耗度を計算したり、重み付き消耗度の大きい構成部を含む製造機械を除外したりしたが、製造の速さや不良率など、製造機械の消耗度以外の基準をさらに設け、製造機械の選定に際しこれらの基準も考慮するようにしてもよい。例えば、各基準に優先度を設定してもよいし、各基準に重み付けをして得られたパラメータを用いてもよい。またこれらの優先度や重みは、生産計画情報に含ませ、製造条件毎に変更するようにしてもよい。

１０製造管理システム
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ製造機械
１４製造セル
１６セルコントロール装置
２０第１の通信装置
２２第２の通信装置
２４制御装置
２６記憶装置
２８製造機械情報受信部
３０構成部消耗度計算部
３２製造機械消耗度計算部
３４製造機械選択部
３６表示部

Claims

生産計画装置からの生産計画情報に基づいて、複数の製造機械を備えた製造セルを管理する製造管理システムであって、
前記製造セルから、前記製造機械の各々を構成する構成部の各々の運転実績に関する製造機械情報を受信する製造機械情報受信部と、
前記製造機械情報と、各構成部について予め定めた重みとに基づいて、前記製造機械の各構成部についての重み付き消耗度を計算する構成部消耗度計算部と、
前記構成部消耗度計算部が計算した各構成部の重み付き消耗度に基づいて、前記複数の製造機械の各々についての製造機械消耗度を計算する製造機械消耗度計算部と、
前記製造機械消耗度計算部が計算した各製造機械の製造機械消耗度に基づいて、前記製造セルにおいて使用すべき製造機械を選択する製造機械選択部と、を備える、
製造管理システム。
前記製造機械選択部は、前記複数の製造機械のうち、前記重み付き消耗度が予め定めた閾値より大きい構成部を有する製造機械を除外するか、前記重み付き消耗度が最も高い構成部を有する製造機械を、前記製造セルにおいて使用すべき製造機械の候補から除外する、請求項１に記載の製造管理システム。
前記構成部消耗度計算部は、前記生産計画情報に基づいて、各製造機械の各構成部についての重み付き消耗度を推測し、
前記製造機械選択部は、前記複数の製造機械のうち、推測された前記重み付き消耗度が予め定めた閾値より大きい構成部を有する製造機械を除外するか、推測された前記重み付き消耗度が最も高い構成部を有する製造機械を、前記製造セルにおいて使用すべき製造機械の候補から除外する、請求項１に記載の製造管理システム。