JP2018151893A - 生産管理装置及び生産システム - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の工作機械を有する生産システムにおいて、これらの工作機械の全体の稼働率を維持できる生産管理装置及び生産システムを提供する。【解決手段】生産管理装置３は、複数の工作機械５に接続された下位制御装置４に通信可能に接続されるとともに、複数の工作機械５の全体の稼働計画を立案する上位制御装置２に通信可能に接続される。生産管理装置３は、複数の工作機械５それぞれの機械種別及び稼働状況に関するデータを下位制御装置４から取得する。また、このデータに基づいて、複数の工作機械５のうち特定の工作機械５の加工を代替させる他の工作機械５を選定する。さらに、特定の工作機械５の加工を他の工作機械５に代替させる。【選択図】図１

Description

本発明は、生産管理装置、及び生産管理装置を備える生産システムに関する。
従来、複数の工作機械を有する生産システムにおいて、これらの工作機械を管理して最適な稼働計画を実行しようとする技術が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
特開２００５−３４６４８２号公報 特開２００１−３５０５１０号公報 特開２００２−０９１５３１号公報
しかしながら、複数の工作機械は、その機械種別（例えば、旋盤、マシニングセンタ、産業用ロボットなど）や稼働状況（例えば、空き状態、保守・点検で停止状態、アラーム発生で使用不能状態など）がそれぞれ異なるため、実際に、これらの工作機械の全体の稼働率を維持することは困難である。それは、例えば、１台の工作機械Ａの停止で加工が中断した場合、機械構成の似た別の工作機械Ｂで加工を代替するようにスケジューリングすることで、全体の稼働率を下げないようにしようとしても、工作機械Ａと工作機械Ｂとで機械種別その他の状況が異なる場合、工作機械Ａと同じ加工プログラムを用いても、工作機械Ｂで同様の加工が行えるとは限らないからである。
なお、特許文献１には、代替設備数も複数ある加工工程において生産指示計画を作成する技術が開示されているに過ぎない。また、特許文献２には、複数台の工作機械の寿命を保守管理する技術が開示されているにとどまる。さらに、特許文献３には、加工装置の使用権を管理する技術が開示されているに過ぎない。
本発明は、このような事情に鑑み、複数の工作機械を有する生産システムにおいて、これらの工作機械の全体の稼働率を維持することが可能な生産管理装置及び生産システムを提供することを目的とする。
（１）本発明に係る生産管理装置（例えば、後述の生産管理装置３）は、複数の工作機械（例えば、後述の工作機械５）に接続された下位制御装置（例えば、後述の下位制御装置４）に通信可能に接続されるとともに、前記複数の工作機械の全体の稼働計画を立案する上位制御装置（例えば、後述の上位制御装置２）に通信可能に接続される生産管理装置であって、前記複数の工作機械それぞれの機械種別及び稼働状況に関するデータを前記下位制御装置から取得するデータ取得部（例えば、後述のデータ取得部３２）と、前記データ取得部が取得したデータに基づいて、前記複数の工作機械のうち特定の工作機械（例えば、後述の特定の工作機械５Ａ）の加工を代替させる他の工作機械（例えば、後述の他の工作機械５Ｂ）を選定する機械選定部（例えば、後述の機械選定部３３）と、前記上位制御装置が立案した稼働計画に基づく前記特定の工作機械の加工を前記機械選定部が選定した他の工作機械に代替させるように、前記下位制御装置に指令する加工指令部（例えば、後述の加工指令部３４）と、を備える。
（２） （１）の生産管理装置において、前記機械選定部は、前記特定の工作機械と同じ種別で、かつ前記特定の工作機械よりも稼働率の低い工作機械を前記他の工作機械として選定してもよい。
（３） （１）又は（２）の生産管理装置において、前記加工指令部は、前記特定の工作機械の加工を前記他の工作機械に代替させるように前記下位制御装置に指令する際に、前記他の工作機械で実行する加工プログラムを前記下位制御装置に提供してもよい。
（４）本発明に係る生産システム（例えば、後述の生産システム１）は、（１）〜（３）のいずれかの生産管理装置（例えば、後述の生産管理装置３）と、前記生産管理装置に通信可能に接続されている前記上位制御装置（例えば、後述の上位制御装置２）及び前記下位制御装置（例えば、後述の下位制御装置４）と、を備える。
（５） （４）の生産システムにおいて、前記下位制御装置は、前記工作機械の電動機で駆動される機構を前記工作機械で実行する加工プログラムに基づいて自動調整する自動調整機能を有し、前記加工指令部は、前記特定の工作機械の加工を前記他の工作機械に代替させるように前記下位制御装置に指令する際に、前記他の工作機械に係る自動調整を前記下位制御装置に指示してもよい。
（６） （５）の生産システムにおいて、前記下位制御装置は、前記他の工作機械の自動調整機能を発現する際に、前記他の工作機械の電動機のゲイン及びフィルタの少なくとも一方を調整してもよい。
（７） （５）又は（６）の生産システムにおいて、前記下位制御装置は、前記他の工作機械の運転状況に基づいて、前記他の工作機械の自動調整機能を発現してもよい。
本発明によれば、複数の工作機械を有する生産システムにおいて、これらの工作機械の全体の稼働率を維持することが可能な生産管理装置及び生産システムを提供することができる。
本発明の第１実施形態に係る生産システムの全体構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る生産管理装置の制御ブロック図である。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る生産システムの全体構成を示す図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る生産管理装置の制御ブロック図である。
＜生産システム１の全体構成＞
この第１実施形態に係る生産システム１は、図１に示すように、上位制御装置２と、生産管理装置３と、複数（例えば、１０〜５０台）の下位制御装置４と、複数（例えば、１０〜５０台）の工作機械５と、が１つの工場内に設置されて構成されている。ここで、生産管理装置３は、ネットワークを介して上位制御装置２に通信可能に接続されているとともに、ネットワークを介して各下位制御装置４に通信可能に接続されている。また、下位制御装置４と工作機械５とは、有線又は無線で１対１で接続されている。
上位制御装置２は、すべての工作機械５の稼働データを生産管理装置３からネットワーク経由で取得し、この稼働データに基づき、これらの工作機械５の全体の稼働計画を立案する。
生産管理装置３は、上位制御装置２と複数の下位制御装置４との間に介在して、複数の工作機械５の全体の稼働率を維持するためのものであり、図２に示すように、主制御部３１を有している。主制御部３１には、データ取得部３２、機械選定部３３、加工指令部３４及び記憶部３５が接続されている。
主制御部３１は、データ取得部３２、機械選定部３３、加工指令部３４及び記憶部３５を全体的に制御する。
データ取得部３２は、主制御部３１からの指令に基づき、複数の工作機械５それぞれの機械種別及び稼働状況に関するデータをそれぞれの下位制御装置４から取得する。ここで、工作機械５の機械種別とは、旋盤、マシニングセンタ、産業用ロボットなどの種別を意味する。そして、例えば、旋盤とマシニングセンタとは異なる機械種別とみなし、同じ旋盤であれば、その型式（モデル）が違っても同じ機械種別とみなす。一方、送り軸数の違い、系統数の違い、扱う工具の違いにより、同じ旋盤であっても代替不可能であれば、異なる機械種別と扱うこともできる。また、工作機械５の稼働状況とは、空き状態、保守・点検で停止状態、アラーム発生で使用不能状態などの状況を意味する。
機械選定部３３は、主制御部３１からの指令に基づき、データ取得部３２が取得したデータに基づいて、複数の工作機械５のうち特定の工作機械５Ａの加工を代替させる他の工作機械５Ｂを選定する。
加工指令部３４は、主制御部３１からの指令に基づき、上位制御装置２が立案した稼働計画に基づく特定の工作機械５Ａの加工を機械選定部３３が選定した他の工作機械５Ｂに代替させるように、他の工作機械５Ｂの下位制御装置４に指令する。
記憶部３５には、複数の工作機械５で実行する加工プログラムが読み出し自在に格納されている。
また、各下位制御装置４は、それぞれ、各工作機械５の電動機で駆動される機構を各工作機械５で実行する加工プログラムに基づいて自動調整する自動調整機能を備えている。この自動調整機能は、互いに異なる工作機械５で同様の加工を行ったときの品質のばらつきを抑制することを目的として、工作機械５で実行する加工プログラムに基づいて、工作機械５のサーボモータ（図示せず）のゲイン及びフィルタの少なくとも一方を適宜調整することにより、このサーボモータの安定性と高速応答性とを両立させる機能である。なお、こうした下位制御装置４の自動調整機能については、例えば特許第６０５０８６５号公報に開示されているので、ここではその詳細な説明を省略する。
＜生産システム１の処理フロー＞
次に、生産システム１の処理フローについて説明する。
まず、データ取得部３２は、複数の工作機械５それぞれの機械種別及び稼働状況に関するデータをそれぞれの下位制御装置４から取得する。
次に、機械選定部３３は、データ取得部３２が取得したデータに基づいて、複数の工作機械５のうち特定の工作機械５Ａの加工を代替させる他の工作機械５Ｂを選定する。すなわち、機械選定部３３は、生産システム１の稼働中に、ある工作機械５が何らかの原因で停止して加工が中断した場合には、この工作機械５を特定の工作機械５Ａとし、この工作機械５Ａの加工を代替させる他の工作機械５Ｂを複数の工作機械５から選定する。
このとき、機械選定部３３は、複数の工作機械５それぞれの機械種別及び稼働状況に関するデータを取得しているので、特定の工作機械５Ａと同じ種別で、かつ特定の工作機械５Ａよりも稼働率の低い工作機械５を他の工作機械５Ｂとして選定する。こうすることにより、複数の工作機械５の全体の稼働率を維持することができる。
次いで、加工指令部３４は、上位制御装置２が立案した稼働計画に基づく特定の工作機械５Ａの加工を機械選定部３３が選定した他の工作機械５Ｂに代替させるように、他の工作機械５Ｂの下位制御装置４に指令する。この際、加工指令部３４は、他の工作機械５Ｂで実行する加工プログラムを記憶部３５から読み出し、この加工プログラムを他の工作機械５Ｂの下位制御装置４に提供する。また、この際、加工指令部３４は、他の工作機械５Ｂに係る自動調整をその下位制御装置４に指示する。
この指令を受けて、他の工作機械５Ｂの下位制御装置４は、他の工作機械５Ｂの運転状況（例えば、ワーク交換、工具の経年変化などの状況）に基づいて、他の工作機械５Ｂの自動調整機能を発現した上で、特定の工作機械５Ａの加工を他の工作機械５Ｂに代替させる。すると、他の工作機械５Ｂは、加工が中断した特定の工作機械５Ａに代わって、上位制御装置２が立案した稼働計画に基づく加工を実行する。
このとき、他の工作機械５Ｂの下位制御装置４は、他の工作機械５Ｂで実行する加工プログラムを生産管理装置３の加工指令部３４から提供されているので、この加工プログラムに基づいて、この加工を円滑に実行することができる。その結果、複数の工作機械５の全体の稼働率を維持することが可能となる。
しかも、他の工作機械５Ｂは自動調整されているので、互いに異なる工作機械５Ａ、５Ｂで同様の加工を行ったときの品質のばらつきを抑制することができる。
ここで、生産システム１の処理フローが終了する。
このように、生産システム１においては、その稼働中に、ある工作機械５が停止して加工が中断しても、別の工作機械５に加工を代替させることにより、複数の工作機械５の全体の稼働率を維持することが可能となる。
［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
例えば、上述した第１実施形態では、図１に示すように、下位制御装置４と工作機械５とが１対１で通信可能に接続されている生産システム１について説明した。しかし、下位制御装置４と工作機械５とは、１対１に限らず、例えば、１対複数で接続されていてもよい。
また、上述した第１実施形態では、下位制御装置４が他の工作機械５Ｂの自動調整機能を発現する際に、この工作機械５Ｂの電動機のゲイン及びフィルタの少なくとも一方を調整する手法を用いる場合について説明したが、これ以外の手法を代用又は併用することも可能である。
さらに、上述した第１実施形態では、上位制御装置２、生産管理装置３、下位制御装置４及び工作機械５がすべて１つの工場内に設置されている場合について説明した。しかし、これらの機器（上位制御装置２、生産管理装置３、下位制御装置４、工作機械５）は、相互に通信可能に接続されていれば、必ずしも１つの工場内に設置されている必要はない。また、上位制御装置２、生産管理装置３及び下位制御装置４の全部又は一部は、各種サーバに設けられていてもよい。
本発明に含まれる各種サーバの全部又は一部は、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組合せにより実現することができる。ここで、ソフトウェアによって実現されるとは、コンピュータがプログラムを読み込んで実行することにより実現されることを意味する。ハードウェアで構成する場合、サーバの一部又は全部を、例えば、ＬＳＩ(Large Scale Integrated circuit)、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)、ゲートアレイ、ＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)等の集積回路（ＩＣ）で構成することができる。
本発明に含まれる各種サーバの備える機能の全部又は一部をソフトウェアで構成する場合、本発明に含まれる各種サーバの動作の全部又は一部を記述したプログラムを記憶した、ハードディスク、ＲＯＭ等の記憶部、演算に必要なデータを記憶するＤＲＡＭ、ＣＰＵ、及び各部を接続するバスで構成されたコンピュータにおいて、演算に必要な情報をＤＲＡＭに記憶し、ＣＰＵで当該プログラムを動作させることで実現することができる。
また、本発明に含まれる各種サーバの備える各機能を、適宜１つ又は複数のサーバ上で実行する構成としてもよい。また、クラウド上で仮想サーバ機能等を利用して、本発明に含まれる各種サーバの備える各機能を実現してもよい。
プログラムは、様々なタイプのコンピュータ可読媒体（computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。コンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。コンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えば、フレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。
１……生産システム
２……上位制御装置
３……生産管理装置
４……下位制御装置
５……工作機械
３２……データ取得部
３３……機械選定部
３４……加工指令部

Claims (7)

  1. 複数の工作機械に接続された下位制御装置に通信可能に接続されるとともに、前記複数の工作機械の全体の稼働計画を立案する上位制御装置に通信可能に接続される生産管理装置であって、
    前記複数の工作機械それぞれの機械種別及び稼働状況に関するデータを前記下位制御装置から取得するデータ取得部と、
    前記データ取得部が取得したデータに基づいて、前記複数の工作機械のうち特定の工作機械の加工を代替させる他の工作機械を選定する機械選定部と、
    前記上位制御装置が立案した稼働計画に基づく前記特定の工作機械の加工を前記機械選定部が選定した他の工作機械に代替させるように、前記下位制御装置に指令する加工指令部と、
    を備える、生産管理装置。
  2. 前記機械選定部は、前記特定の工作機械と同じ種別で、かつ前記特定の工作機械よりも稼働率の低い工作機械を前記他の工作機械として選定する、請求項１に記載の生産管理装置。
  3. 前記加工指令部は、前記特定の工作機械の加工を前記他の工作機械に代替させるように前記下位制御装置に指令する際に、前記他の工作機械で実行する加工プログラムを前記下位制御装置に提供する、請求項１又は２に記載の生産管理装置。
  4. 請求項１から３までのいずれかに記載の生産管理装置と、前記生産管理装置に通信可能に接続されている前記上位制御装置及び前記下位制御装置と、を備える、生産システム。
  5. 前記下位制御装置は、前記工作機械の電動機で駆動される機構を前記工作機械で実行する加工プログラムに基づいて自動調整する自動調整機能を有し、
    前記加工指令部は、前記特定の工作機械の加工を前記他の工作機械に代替させるように前記下位制御装置に指令する際に、前記他の工作機械に係る自動調整を前記下位制御装置に指示する、請求項４に記載の生産システム。
  6. 前記下位制御装置は、前記他の工作機械の自動調整機能を発現する際に、前記他の工作機械の電動機のゲイン及びフィルタの少なくとも一方を調整する、請求項５に記載の生産システム。
  7. 前記下位制御装置は、前記他の工作機械の運転状況に基づいて、前記他の工作機械の自動調整機能を発現する、請求項５又は６に記載の生産システム。
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