JP2020177580A - サイバーフィジカルプロダクションシステム型生産システム - Google Patents
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Abstract
Description
以下、サイバーフィジカルプロダクションシステム(Cyber Physical Production System:以下、単に「CPPS」とも称呼する。)型生産ラインについて、図面を参照しながら説明する。CPPS型生産システム(以下、単に「生産システム」とも称呼する。)は、図1に示すように、現実世界に配置された生産ライン10と、仮想世界に配置されたラインコンピュータ装置20と、を備えている。
生産ライン10は、少なくとも工作機械としての研削盤11を備えると共に、隣接処理機械として、研削盤11よりも上流側に配置された熱処理炉12と、研削盤11よりも下流側に配置された検査機13と、を備えて工作物Wを生産する。又、生産ライン10は、研削盤11、熱処理炉12及び検査機13を生産指令値PIに基づいて制御する制御装置14を備えている。制御装置14は、研削盤11を制御する制御装置14aと、熱処理炉12を制御する制御装置14bと、検査機13を制御する制御装置14cとから構成される。
仮想世界(サイバー世界)に配置されたラインコンピュータ装置20は、CPU、ROM、RAM、インターフェース、記憶装置等を備え、ネットワークを介して現実世界の生産ライン10の制御装置14と接続されている。ここで、ラインコンピュータ装置20は、制御装置14がネットワークを介して接続可能な、所謂、クラウドスペースに配置される。
次に、現実世界に配置された生産ライン10、より詳しくは、研削盤11、熱処理炉12及び検査機13と、仮想世界に配置されたラインコンピュータ装置20と、を備えたCPPS型生産システムの作動について、図4に基づいて説明する。CPPS型生産システムにおいては、オペレータは、先ず、任意の生産条件を制御装置14に入力する。これにより、制御装置14(制御装置14a,14b,14c)は、生産指令値PI(NCプログラム)を生成すると共に、ネットワークを介して生産指令値PIをラインコンピュータ装置20に出力する。
Claims (22)
- 現実世界に配置され、且つ、少なくとも工作機械を備えて工作物を生産する生産ラインと、
前記生産ラインにおいて前記工作物を生産する実生産状態を仮想世界における仮想生産状態として生成するラインコンピュータ装置と、
を備え、
前記生産ラインは、
前記工作機械と、
前記工作機械の上流及び下流の少なくとも一方に配置された隣接処理機械と、
生産指令値に基づいて前記工作機械及び前記隣接処理機械のそれぞれを制御する制御装置と、
を備え、
前記ラインコンピュータ装置は、
前記制御装置に通信可能に接続され、
前記生産指令値を前記制御装置と同期して取得し、
取得した前記生産指令値に基づいて、前記工作機械による実加工処理及び前記隣接処理機械による実隣接処理を前記仮想世界における仮想加工処理及び仮想隣接処理として生成することによって前記仮想生産状態を生成し、且つ、
前記生産ラインの生産条件を満たすように前記生産指令値のうちの少なくとも一つの要因生産指令値を修正するための最適生産指令値を前記制御装置に出力するサイバーフィジカルプロダクションシステム型生産システム。 - 前記要因生産指令値は、
前記実加工処理と前記実隣接処理との間で互いに影響を及ぼす前記生産指令値である請求項1に記載のサイバーフィジカルプロダクションシステム型生産システム。 - 前記ラインコンピュータ装置は、
ネットワークを介して接続され、且つ、前記生産ラインとは異なる場所にて作動する外部端末装置に対して、前記生産指令値、及び、前記仮想生産状態を表す状態情報のうちの少なくとも一方を出力する請求項1又は請求項2に記載のサイバーフィジカルプロダクションシステム型生産システム。 - 前記生産条件は、
前記実加工処理及び前記実隣接処理によって生じる生産コストを合算した総生産コストが予め設定された基準総生産コストを満たすように前記生産ラインを稼働させる稼働条件であり、
前記ラインコンピュータ装置は、
前記仮想加工処理及び前記仮想隣接処理を生成して前記生産指令値のうち前記総生産コストに関連する前記要因生産指令値を特定し、且つ、
前記総生産コストが前記基準総生産コストを満たすように、前記最適生産指令値を決定する請求項1−3のうちの何れか一項に記載のサイバーフィジカルプロダクションシステム型生産システム。 - 前記生産条件は、
前記実加工処理及び前記実隣接処理によって消費される電力量を合算した総電力量が予め設定された基準総電力量を満たすように前記生産ラインを稼働させる稼働条件であり、
前記ラインコンピュータ装置は、
前記仮想加工処理及び前記仮想隣接処理を生成して前記生産指令値のうち前記総電力量に関連する前記要因生産指令値を特定し、且つ、
前記総電力量が前記基準総電力量を満たすように、前記最適生産指令値を決定する請求項1−4のうちの何れか一項に記載のサイバーフィジカルプロダクションシステム型生産システム。 - 前記生産条件は、
前記実加工処理及び前記実隣接処理のそれぞれの保守保全作業に伴って生じる停止時間を合算した総停止時間が予め設定された基準総停止時間を満たすように前記生産ラインを稼働させる稼働条件であり、
前記ラインコンピュータ装置は、
前記仮想加工処理及び前記仮想隣接処理を生成して前記生産指令値のうち前記総停止時間に関連する前記要因生産指令値を特定し、且つ、
前記総停止時間が前記基準総停止時間を満たすように、前記最適生産指令値を決定する請求項1−5のうちの何れか一項に記載のサイバーフィジカルプロダクションシステム型生産システム。 - 前記生産条件は、
前記実加工処理及び前記実隣接処理を経て生産される前記工作物の品質が予め設定された基準品質を満たす品質条件であり、
前記ラインコンピュータ装置は、
前記仮想加工処理及び前記仮想隣接処理を生成して前記生産指令値のうち前記工作物の前記品質に関連する前記要因生産指令値を特定し、且つ、
前記品質が前記基準品質を満たすように、前記最適生産指令値を決定する請求項1−6のうちの何れか一項に記載のサイバーフィジカルプロダクションシステム型生産システム。 - 前記ラインコンピュータ装置は、
複数の前記生産条件のそれぞれを満たす前記最適生産指令値を決定し、且つ、
前記最適生産指令値を決定した複数の前記生産条件のうちから選択された前記生産条件に対応する前記最適生産指令値を前記制御装置に出力する請求項1−7のうちの何れか一項に記載のサイバーフィジカルプロダクションシステム型生産システム。 - 前記ラインコンピュータ装置は、
前記制御装置から前記生産指令値を所定の周期で同期して取得する取得部と、
前記取得部によって取得された前記生産指令値に基づいて、前記仮想加工処理及び前記仮想隣接処理を生成することによって前記仮想生産状態を生成する生成部と、
前記生産条件を満たすように前記最適生産指令値を決定し、且つ、決定した前記最適生産指令値を前記制御装置に出力する決定部と、を有する請求項1−8のうちの何れか一項に記載のサイバーフィジカルプロダクションシステム型生産システム。 - 前記決定部は、
前記仮想生産状態と前記生産条件に応じて予め設定された基準とを比較し、
前記生産指令値のうち前記基準と異なるものを前記要因生産指令値として特定する請求項9に記載のサイバーフィジカルプロダクションシステム型生産システム。 - 前記ラインコンピュータ装置は、
ネットワークを介して接続された外部端末装置に対して、前記生産指令値、及び、前記仮想生産状態を表す状態情報のうちの少なくとも一方を出力する出力部を有する請求項9又は請求項10に記載のサイバーフィジカルプロダクションシステム型生産システム。 - 前記決定部は、
複数の前記生産条件のそれぞれを満たす前記最適生産指令値を決定し、
前記最適生産指令値を決定した複数の前記生産条件のうちから選択された前記生産条件に対応する前記最適生産指令値を前記制御装置に出力する請求項9−11のうちの何れか一項に記載のサイバーフィジカルプロダクションシステム型生産システム。 - 前記生産ラインにおいて、前記工作機械及び前記隣接処理機械のうちの少なくとも前記工作機械は、
前記生産指令値に基づいて前記制御装置によって制御されて、前記工作物を加工する機械本体と、
前記工作物及び前記機械本体における実加工現象を前記仮想世界における仮想加工現象として生成するユニットコンピュータ装置と、
を備え、
前記ユニットコンピュータ装置は、
前記制御装置に通信可能に接続され、
前記生産指令値を前記制御装置と同期して取得し、
取得した前記生産指令値に基づいて将来における前記仮想加工現象である将来仮想加工現象を生成し、且つ、
前記将来仮想加工現象に基づいて前記生産指令値を修正するための個別最適指令値を前記制御装置に出力するサイバーフィジカルシステムである、請求項1−12のうちの何れか一項に記載のサイバーフィジカルプロダクションシステム型生産システム。 - 前記サイバーフィジカルシステムにおいて、
前記ユニットコンピュータ装置は、
取得した前記生産指令値に基づいて現在における前記仮想加工現象である現在仮想加工現象を生成し、
前記現在仮想加工現象に基づいて前記将来仮想加工現象を生成する請求項13に記載のサイバーフィジカルプロダクションシステム型生産システム。 - 前記ユニットコンピュータ装置は、
前記生産指令値を所定の周期で取得することによって同期する同期部と、
前記同期部により同期した同期時点よりも後の任意時点における前記将来仮想加工現象を、前記生産指令値に基づいて演算することにより生成する加工現象演算部と、
前記加工現象演算部が生成した前記将来仮想加工現象に基づき、前記個別最適指令値を決定すると共に決定した前記個別最適指令値を前記制御装置に出力する個別最適指令値決定部と、を有し、
前記制御装置は、
前記個別最適指令値決定部から出力された前記個別最適指令値を取得し、且つ、取得した前記個別最適指令値を用いて前記機械本体を制御するように構成された請求項14に記載のサイバーフィジカルプロダクションシステム型生産システム。 - 前記ユニットコンピュータ装置は、
前記加工現象演算部は、
前記同期時点において前記現在仮想加工現象を生成し、
前記将来仮想加工現象を、前記現在仮想加工現象に基づいて演算することにより生成する請求項15に記載のサイバーフィジカルプロダクションシステム型生産システム。 - 前記ユニットコンピュータ装置は、
前記機械本体の前記実加工現象と前記現在仮想加工現象との間に生じた差異を比較する差異比較部を有し、且つ、
前記同期部は、
前記差異比較部の比較によって前記差異が所定の第一基準値を満たさない場合に、前記生産指令値を同期する請求項16に記載のサイバーフィジカルプロダクションシステム型生産システム。 - 前記ユニットコンピュータ装置は、
前記差異比較部の比較によって前記差異が所定の第二基準値を満たさない場合に、前記差異を含む前記生産指令値を前記ラインコンピュータ装置に出力する請求項17に記載のサイバーフィジカルプロダクションシステム型生産システム。 - 前記ユニットコンピュータ装置は、
前記加工現象演算部によって演算された前記将来仮想加工現象が予め設定された所定加工現象であるか否かを判定する判定部を有し、
前記個別最適指令値決定部は、
前記判定部によって前記将来仮想加工現象が前記所定加工現象と異なる場合に、前記個別最適指令値を決定すると共に前記制御装置に出力する請求項15−18のうちの何れか一項に記載のサイバーフィジカルプロダクションシステム型生産システム。 - 前記工作機械は、
砥石車と、前記砥石車を軸線回りに回転駆動可能に支持する砥石台と、前記工作物を軸線回りに回転駆動可能に支持する主軸台と、を有する研削盤であり、
前記仮想世界において、前記砥石車に対応する仮想砥石車と、前記砥石台に対応する仮想砥石台と、前記主軸台に対応する仮想主軸台と、前記工作物に対応する仮想工作物と、が構築される請求項1−19のうちの何れか一項に記載のサイバーフィジカルプロダクションシステム型生産システム。 - 前記ラインコンピュータ装置は、
前記現実世界に配置された前記制御装置とネットワークを介して接続されるクラウドスペースに配置される請求項1−20のうちの何れか一項に記載のサイバーフィジカルプロダクションシステム型生産システム。 - 前記ユニットコンピュータ装置は、
前記現実世界に配置された前記制御装置とネットワークを介して接続されるクラウドスペースに配置される、請求項13−19のうちの何れか一項に記載のサイバーフィジカルプロダクションシステム型生産システム。
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