JP2022067677A - サイバーフィジカルプロダクションシステム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の生産機械により構成される生産機械群において複数の生産ルートを有する場合に、容易に且つ適切な生産ルートを決定することができるサイバーフィジカルプロダクションシステムを提供する。【解決手段】ＣＰＰＳ１は、現実世界に配置され、複数の生産機械Ａ１－Ａ４により構成され、工作物Ｗａに対して一連の生産工程を実施する生産ルートを複数有する生産機械群１０Ａと、生産機械群１０Ａにおけ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管理コンピュータ装置２０Ａとを備える。管理コンピュータ装置２０Ａは、複数の生産機械Ａ１－Ａ４のそれぞれにおける実生産状態に基づいて、生産機械群１０Ａにおける仮想生産状態を生成し、生成した仮想生産状態に基づいて、工作物Ｗａに対して実施する生産ルートを選択し、選択した生産ルートを生産機械群１０Ａに出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、サイバーフィジカルプロダクションシステムに関するものである。

工作物を順次搬送しながら生産する生産ラインにおいて、生産ラインを構成する生産機械のそれぞれは、生産計画に従って予め設定された処理を実行し、工作物を生産する。また、特許文献１には、研削加工シミュレーション装置を用いて加工シミュレーションを実行することが記載されている。予め加工処理をシミュレーションすることにより、指令値を精度良く設定することが可能であり、その結果、生産ラインの生産性を向上させることが可能となる。

特許文献２には、サイバーフィジカルシステム（ＣＰＳ）について記載されている。ＣＰＳは、例えば、現実世界（フィジカル空間）にある多様なデータをネットワーク等で収集し、仮想世界（サイバー空間）でデータ処理技術等を駆使して分析等を行い、産業の活性化や社会問題の解決を図っていくものである。

特開２０１８－１５３９０７号公報 特開２０１９－０３０２１８号公報

ところで、工作物を大量生産する場合には、一連の生産工程のそれぞれを実施する生産機械を一列に配列して、順次搬送される工作物に対してそれぞれの生産工程を実施する単列ライン生産方式が有効であることが知られている。

しかし、多品種少量生産を行う場合には、例えば、複数の生産機械を工作物に応じて使い分けるため、単列ライン生産方式を適用することは容易ではない。また、生産機械には、単一の生産工程のみを実施可能な生産機械や、複数の生産工程を実施可能な生産機械（複合機）等、種々存在する。例えば、複合機は、例えば、旋削、フライス、穴あけ、歯車加工等、複数種の切削を行う複合切削機や、円筒外面、円筒内面、外歯車、内歯車の研削を行う複合研削盤等である。

そして、単列ライン生産方式においては、１種類の生産ルートのみを構成することしかできない。ただし、複数の生産機械を利用する場合において、複数の生産ルートを有するように複数の生産機械を配置することができる。しかし、複数の生産ルートを構成することができる場合において、生産ルートの決定は容易ではない。

本発明は、複数の生産機械により構成される生産機械群において複数の生産ルートを有する場合に、容易に且つ適切な生産ルートを決定することができるサイバーフィジカルプロダクションシステムを提供することを目的とする。

サイバーフィジカルプロダクションシステムは、現実世界に配置され、複数の生産機械により構成され、工作物に対して一連の生産工程を実施する生産ルートを複数有する生産機械群と、前記生産機械群におけ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管理コンピュータ装置とを備える。

前記管理コンピュータ装置は、前記複数の生産機械のそれぞれにおける前記実生産状態に基づいて、前記生産機械群における前記仮想生産状態を生成し、生成した前記仮想生産状態に基づいて、前記工作物に対して実施する前記生産ルートを選択し、選択した前記生産ルートを前記生産機械群に出力する。

ここで、生産機械群における生産状態とは、生産機械群を構成する複数の生産機械のそれぞれの状態に相当する。そして、管理コンピュータ装置は、生産機械群における仮想生産状態を生成する。つまり、管理コンピュータ装置は、当該生産機械群を構成する複数の生産機械の個々の状態を仮想世界において生成する。

従って、管理コンピュータ装置は、生産機械群を構成する複数の生産機械のそれぞれがどのような状態であるかを把握できる。そして、管理コンピュータ装置は、仮想生産状態に基づいて、一連の生産工程に新たに投入される工作物についての生産ルートを選択している。つまり、管理コンピュータ装置は、仮想生産状態を考慮して、適切な生産ルートを選択することが可能となる。従って、複数の生産ルートが存在する場合に、容易に且つ適切な生産ルートを決定することができる。

そして、選択した生産ルートが生産機械群に出力されるため、工作物は、管理コンピュータ装置が選択した生産ルートにて処理が実施されることになる。つまり、当該工作物は、適切な生産ルートにて処理が実施される。その結果、例えば、サイクルタイム短縮を図ることができたり、消費電力の低減を図ることができたり、ツールコストの低減を図ることができたり、所望の目的に応じた結果を得ることができる。

第一例のサイバーフィジカルプロダクションシステムの構成図である。 生産ルートの例を示す図である。 生産ルートの他の例を示す図である。 管理コンピュータ装置の構成図である。 第二例のサイバーフィジカルプロダクションシステムの構成図である。

（１．サイバーフィジカルプロダクションシステムの概要）
サイバーフィジカルプロダクションシステム（以下、「ＣＰＰＳ」と称する）の概要について説明する。本例におけるＣＰＰＳは、現実世界（フィジカル空間）に存在する生産機械群における情報（実生産状態）を、コンピュータ装置上における仮想世界（サイバー空間）に蓄積し、蓄積された情報を仮想世界で処理することで、現実世界の生産機械群についての問題解決や価値創出を行う仕組みである。

特に、本例におけるＣＰＰＳは、例えば、１つ又は複数の生産工場に複数の生産機械により構成される生産機械群が設置されている場合等において、仮想世界における処理を利用して、現実世界における生産機械群についての問題解決や価値創出を行うことを対象とする。より詳細には、仮想世界において、現実世界における生産機械群の実生産状態を、仮想生産状態として生成することで、現実世界における生産機械群に対する処理又は管理を行う。特に、本例におけるＣＰＰＳは、リアルタイムに、仮想生産状態を生成し、且つ、生産機械群にフィードバックすることにより、リアルタイムに生産機械群を処理又は管理することを目的としている。

さらに、本例におけるＣＰＰＳは、生産機械群を構成する複数の生産機械同士が相互に関係するような複雑な事象を対象とすることができ、生産機械群における仮想生産状態を生成することで当該複雑な事象における問題解決を実現する。換言すると、ＣＰＰＳは、単一の生産機械にて完結する簡易な処理を対象としていない。ただし、ＣＰＰＳは、上述した複雑な事象に加えて、単一の生産機械にて完結する簡易な処理を含めても良い。複雑な事象の例としては、前工程の結果が、後工程の生産動作に影響を及ぼすような事象である。

生産機械群を構成する生産機械は、工作物の生産工程を実施する機械を含む意味である。生産機械は、例えば、加工機、組立機、検査機等を含む。加工機には、鍛造機、鋳造機、旋盤、マシニングセンタ、研削盤、熱処理装置等を含む。さらに、生産機械群には、複数の生産機械のそれぞれに対して工作物を搬送する搬送機が含まれる。つまり、搬送機には、加工機、検査機、組立機に工作物を搬送する搬送ロボットや搬送コンベアが含まれる。さらに、搬送機には、工作物を待機させる待機エリアを有しており、工作物を生産機械による一連の生産工程へ投入する投入装置等を含む。

仮想世界におけるコンピュータ装置は、例えば、工場内に配置されたエッジコンピュータとしても良いし、クラウドコンピュータとしても良い。エッジコンピュータとは、対象の生産機械群に物理的に近い位置に設置されたコンピュータである。ここで、仮想世界におけるコンピュータ装置は、現実世界における生産機械群から膨大なデータを取得することも可能である。ただし、上述したように、本例におけるＣＰＰＳは、特に、複数の生産機械同士が相互に関係する複雑な事象を対象としているため、仮想世界におけるコンピュータ装置は、当該事象に影響を及ぼすデータのみを取得すると良い。取得するデータ種を制限することにより、ネットワーク負荷を低減することができ、リアルタイム処理を実現できる。

（２．第一例のＣＰＰＳ１の構成）
第一例のＣＰＰＳ１の構成について、図１を参照して説明する。図１に示すように、ＣＰＰＳ１は、生産機械群１０Ａと、管理コンピュータ装置２０Ａとを備える。

（２－１．生産機械群１０Ａの構成）
生産機械群１０Ａは、現実世界に配置されている。生産機械群１０Ａは、複数の生産機械Ａ１－Ａ４により構成される。生産機械群１０Ａは、セル生産方式（ダイナミックセル生産方式）である。セル生産方式は、複数の生産機械Ａ１－Ａ４を一列に配列するのではなく、例えば、基準位置から対象の複数の生産機械Ａ１－Ａ４の全てに工作物Ｗａを搬送することができるように配置した方式である。なお、ダイナミックセル生産方式とは、リアルタイムに生産工程の順序を変更可能なセル生産方式である。

生産機械群１０Ａは、生産機械として、単一工程機Ａ１－Ａ３と複数工程機Ａ４とを備える。単一工程機Ａ１－Ａ３は、単一の生産工程のみを実施する生産機械である。複数工程機Ａ４は、複数の生産工程を実施する生産機械（複合機とも称する）である。

例えば、生産機械群１０Ａは、単一工程機として、旋盤Ａ１、円筒外面の研削盤Ａ２、円筒内面の研削盤Ａ３を備え、複数工程機として、複合加工機Ａ４を備える。旋盤Ａ１は、工作物Ｗａの外周面、内周面、軸方向端面、フランジ面等を切削する。研削盤Ａ２は、円筒状の工作物Ｗａの外周面を研削する。研削盤Ａ３は、円筒状の工作物Ｗａの内周面を研削する。複合加工機Ａ４は、旋削、円筒外面の研削、円筒内面の研削を可能である。つまり、複合加工機Ａ４は、旋盤Ａ１及び研削盤Ａ２，Ａ３のそれぞれの生産工程を実施可能である。

従って、旋削は、旋盤Ａ１及び複合加工機Ａ４にて実施可能であり、円筒外面の研削は、研削盤Ａ２及び複合加工機Ａ４にて実施可能であり、円筒内面の研削は、研削盤Ａ３及び複合加工機Ａ４にて実施可能である。このように、本例において、生産機械群１０Ａは、同一の生産工程を実施可能な複数の生産機械（例えば、Ａ１，Ａ４）を含む。

また、生産機械群１０Ａは、セル生産方式を実施可能となるように、複数の生産機械Ａ１－Ａ４を配置している。例えば、生産機械Ａ１－Ａ４は、基準位置（後述する搬送機Ａ５の位置）に対して周囲に配列されている。つまり、基準位置は、生産機械Ａ１－Ａ４の中心に位置する。従って、生産機械Ａ１－Ａ４は、基準位置から所定距離の範囲内に位置する。

生産機械Ａ１－Ａ４のそれぞれは、機械本体Ａ１１－Ａ４１、制御装置Ａ１２－Ａ４２、及び、検出器Ａ１３－Ａ４３を備える。制御装置Ａ１２－Ａ４２は、制御指令値に基づいて、対応する機械本体Ａ１１－Ａ４１を制御する。制御指令値は、例えば、砥石台（図示せず）の位置指令値、砥石車（図示せず）の回転指令値、工作物主軸（図示せず）の回転指令値等を含む。つまり、制御指令値には、加工位置、切込速度、回転体の回転速度等の加工条件が含まれる。

さらに、制御装置Ａ１２－Ａ４２は、機械本体Ａ１１－Ａ４１に関する情報、即ち、機械本体Ａ１１－Ａ４１の種類、生産機械Ａ１－Ａ４の生産能力、生産機械Ａ１－Ａ４が保有するツールの種類、ツールの状態等を記憶している。ここでのツールとは、現在設置されている段取り治具、刃具、砥石車等である。

検出器Ａ１３－Ａ４３は、機械本体Ａ１１－Ａ４１の状態、及び、生産機械Ａ１－Ａ４に位置する工作物Ｗａの状態を検出するセンサである。例えば、検出器Ａ１３－Ａ４３は、移動体の位置を検出するセンサ、移動体の移動速度を検出するセンサ、回転体の回転速度を検出するセンサ等である。

さらに、生産機械群１０Ａは、複数の生産機械Ａ１－Ａ４間で工作物Ｗａを搬送する搬送機Ａ５を備える。ここで、複数の生産機械Ａ１－Ａ４及び搬送機Ａ５は、生産エリアを形成している。当該生産エリアには、素材である工作物Ｗａが順次投入され、生産完了した完成品の工作物Ｗｂが搬出される。つまり、搬送機Ａ５は、生産エリアの搬入位置及び搬出位置を構成する。搬送機Ａ５は、上述したセル生産方式における基準位置、即ち、生産機械Ａ１－Ａ４の中心に位置する。

搬送機Ａ５は、例えばシリアル型マニピュレータにより構成されており、動作可能エリアにおいて工作物Ｗａを任意の位置にて着脱可能である。搬送機Ａ５は、工作物Ｗａを、投入装置Ａ６側の搬入位置と生産機械Ａ１－Ａ４との間で搬送可能であり、生産機械Ａ１－Ａ４間で搬送可能であり、生産機械Ａ１－Ａ４と搬出位置との間で搬送可能である。

搬送機Ａ５は、機械本体Ａ５１、制御装置Ａ５２及び検出器Ａ５３を備える。制御装置Ａ５２は、制御指令値に基づいて機械本体Ａ５１を制御する。検出器Ａ５３は、機械本体Ａ５１の状態、及び、搬送機Ａ５により搬送される工作物Ｗａ，Ｗｂの状態を検出するセンサである。

ここで、生産機械Ａ１－Ａ４及び搬送機Ａ５により形成される生産エリアでは、工作物Ｗａのそれぞれに応じた一連の生産工程が実施される。つまり、複数の生産機械Ａ１－Ａ４が、素材である工作物Ｗａに対して複数の処理（加工、組立、検査等）の一連の生産工程を実施することで、完成品の工作物Ｗｂを生産する。特に、本例においては、生産機械群１０Ａは、一連の生産工程を実施する生産ルートを複数有する。つまり、生産機械群１０Ａは、１つの工作物Ｗａに対して複数の生産ルートを選択可能であって、種々の理由によって選択された１つの生産ルートにより一連の生産工程を実施する。

さらに、生産機械群１０Ａは、生産エリア（生産機械Ａ１－Ａ４及び搬送機Ａ５のエリア）に素材である工作物Ｗａを投入する投入装置Ａ６を備える。投入装置Ａ６は、複数個の素材の工作物Ｗａを待機させることができ、工作物Ｗａを順次生産エリアに投入する。投入装置Ａ６は、投入準備状態にある複数個の工作物Ｗａを生産エリアに投入する順序を自由に決定できる。

投入装置Ａ６は、機械本体Ａ６１、制御装置Ａ６２及び検出器Ａ６３を備える。機械本体Ａ６１は、工作物Ｗａを、生産エリアへの投入準備状態として待機させる。制御装置Ａ６２は、投入順序指令に基づいて、投入準備状態にある工作物Ｗａを順次生産エリアへ投入するように、機械本体Ａ６１を制御する。投入順序指令は、投入準備状態にある工作物Ｗａの情報、生産計画等に基づいて決定される。検出器Ａ６３は、機械本体Ａ６１の状態、及び、機械本体Ａ６１において投入準備状態にある工作物Ｗａの情報を取得するセンサである。

（２－２．生産機械群１０Ａにおける生産ルート）
生産機械群１０Ａにおける生産ルートについて、図２及び図３を参照して説明する。生産機械群１０Ａは、図２の上段に示すように、工作物Ｗａに対して一連の生産工程Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３を実施する場合とする。例えば、生産工程Ｍ１は、旋削とし、生産工程Ｍ２は、円筒外面の研削とし、生産工程Ｍ３は、円筒内面の研削とする。そして、生産順序（加工順序）は、Ｍ１→Ｍ２→Ｍ３とする。

この場合において、図２に示すように、生産機械群１０Ａは、７つの生産ルートを有する。生産ルート１は、生産工程Ｍ１を生産機械Ａ１にて実施し、生産工程Ｍ２を生産機械Ａ２にて実施し、生産工程Ｍ３を生産機械Ａ３にて実施するルートである。搬送機Ａ５が、工作物Ｗａを、Ａ１，Ａ２，Ａ３の順に搬送する生産ルートである。

生産ルート２は、生産工程Ｍ３を生産機械Ａ４にて実施するルートである。搬送機Ａ５が、工作物Ｗａを、Ａ１，Ａ２，Ａ４の順に搬送する生産ルートである。生産ルート３は、生産工程Ｍ１を生産機械Ａ１にて実施し、生産工程Ｍ２，Ｍ３を生産機械Ａ４にて実施するルートである。生産ルート７は、全ての生産工程Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３を生産機械Ａ４のみで実施するルートである。その他の生産ルートは、図２に図示する通りである。

また、生産機械群１０Ａは、図３の上段に示すように、他の工作物Ｗａに対して一連の生産工程Ｍ４，Ｍ５を実施する場合とする。例えば、生産工程Ｍ４は、旋削とし、生産工程Ｍ５は、円筒内面の研削とする。そして、生産順序（加工順序）は、Ｍ４→Ｍ５とする。

この場合において、図３に示すように、生産機械群１０Ａは、３つの生産ルートを有する。生産ルート１は、生産工程Ｍ４を生産機械Ａ１にて実施し、生産工程Ｍ５を生産機械Ａ３にて実施するルートである。搬送機Ａ５が、工作物Ｗａを、Ａ１，Ａ３の順に搬送する生産ルートである。生産ルート２は、生産工程Ｍ４を生産機械Ａ１にて実施し、生産工程Ｍ５を生産機械Ａ４にて実施するルートである。生産ルート３は、生産工程Ｍ４を生産機械Ａ４にて実施し、生産工程Ｍ５を生産機械Ａ３にて実施するルートである。

このように、生産機械群１０Ａは、工作物Ｗａに応じた一連の生産工程Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３を実施する場合に、同一の生産工程（例えば、Ｍ１）を実施可能な複数の生産機械（例えば、Ａ１，Ａ４）の何れかを選択することにより、複数の生産ルートを有することとなる。つまり、生産機械群１０Ａは、複数の生産ルートの中から選択することができる。

（２－３．管理コンピュータ装置２０Ａの構成）
管理コンピュータ装置２０Ａの構成について、図１及び図４を参照して説明する。管理コンピュータ装置２０Ａは、生産機械群１０Ａを構成する生産機械Ａ１－Ａ４、搬送機Ａ５及び投入装置Ａ６から種々のデータを取得し、生産機械群１０Ａにおける実生産状態を仮想世界における仮想生産状態としてリアルタイムに生成する。

管理コンピュータ装置２０Ａは、生成した仮想生産状態を用いて、リアルタイムに生産機械群１０Ａにおける生産管理を行う。つまり、管理コンピュータ装置２０Ａは、リアルタイムに、生産機械群１０Ａの実生産状態を仮想生産状態として把握しながら、状態に応じた管理及び処理を実現している。ここでいう生産管理とは、生産機械群１０Ａにおける、工作物Ｗａの生産工程の進捗、生産機械Ａ１－Ａ４の動作、生産機械Ａ１－Ａ４の設備状態等に関して把握し、対策を講じることである。

そして、管理コンピュータ装置２０Ａは、生産機械群１０Ａが所定の目的を達成するように、生産機械群１０Ａが自律的に生産工程を実施するように管理及び処理する。所定の目的には、例えば、工作物Ｗａの目標生産完了期日（納期）を満たすこと、消費電力の低減を図ること、ツールコスト（切削工具や砥石車等に要するコスト）の低減を図ること等である。

管理コンピュータ装置２０Ａは、プロセッサ（ＣＰＵ等）、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ストレージ等）、インターフェース等を備え、ネットワークを介して現実世界の生産機械群１０Ａと接続されている。詳細には、管理コンピュータ装置２０Ａは、生産機械群１０Ａの各制御装置Ａ１２，Ａ２２，Ａ３２，Ａ４２，Ａ５２，Ａ６２と接続されている。管理コンピュータ装置２０Ａは、エッジコンピュータとしても良いし、クラウドコンピュータとしても良い。

管理コンピュータ装置２０Ａは、図４に示すように、取得部２１、生成部２２、決定部２３、出力部２４を備える。取得部２１は、制御装置Ａ１２等にて使用される制御指令値を、制御装置Ａ１２等における制御処理と同期して取得する。さらに、取得部２１は、制御装置Ａ１２等に記憶されている機械本体Ａ１１等に関する情報を取得する。さらに、取得部２１は、検出器Ａ１３等にて検出された検出値を、制御装置Ａ１２を介して、検出器Ａ１３等による検出と同期して取得する。ここで、取得部２１が取得する生産機械群１０Ａに関する情報が、生産機械Ａ１－Ａ４、搬送機Ａ５及び投入装置Ａ６のそれぞれの実生産状態の情報に相当する。

取得部２１は、例えば、研削盤において、主軸の仕様（チャック、両センタ等）、主軸把持力、砥石軸動力、段取り治具の種類、メンテナンス時期、待機電力、心間距離、加工実績、砥石車の形状、砥石車の仕様、砥石車の状態等を取得する。また、取得部２１は、生産機械Ａ１－Ａ４にて生産されている工作物Ｗａに関する情報、投入装置Ａ６における投入準備状態にある工作物Ｗａに関する情報を取得する。取得部２１は、生産機械群１０Ａの現在生産している工作物Ｗａの進捗、生産機械群１０Ａの運転中、運転準備中、故障停止中、メンテナンス中等の情報を取得する。

生成部２２は、取得部２１が取得した情報に基づいて、生産機械群１０Ａにおける実生産状態を仮想世界にて表現した仮想生産状態として生成する。特に、生成部２２は、生産機械群１０Ａの制御装置Ａ１２－Ａ６２の処理と同期して、リアルタイムに仮想生産状態を生成する。

ここで、生産機械群１０Ａにおける実生産状態とは、現実世界において、工作物Ｗａを生産している際に、生産機械群１０Ａを構成する複数の生産機械Ａ１－Ａ４、搬送機Ａ５、及び、投入装置Ａ６のそれぞれの状態である。仮想世界における仮想生産状態とは、生産機械群１０Ａにおける生産状態を仮想的に表現したものである。特に、生成部２２は、生産機械Ａ１－Ａ４同士が相互に関係する事象について、仮想生産状態を生成する。生成部２２は、取得した情報に基づいて、現在の仮想生産状態を生成すると共に、将来の仮想生産状態を生成する。現在の仮想生産状態とは、取得部２１が取得した情報を分析し、生産機械Ａ１－Ａ４、搬送機Ａ５及び投入装置Ａ６のそれぞれの現在生産状態を生成した情報である。将来の仮想生産状態は、取得部２１が取得した情報を分析し、生産機械Ａ１－Ａ４、搬送機Ａ５、及び、投入装置Ａ６のそれぞれの生産状態を推定した情報である。

さらに、生成部２２は、取得部２１が取得した情報に基づいて、生産機械群１０Ａにおける生産実績情報を生成する。例えば、生成部２２は、生産計画に対する遅延情報、工作物Ｗａのサイクルタイムの実績、砥石車のツルーイング回数等に起因するツールコスト、生産機械Ａ１－Ａ４の稼働率、実消費電力等を生成する。

決定部２３は、生成部２２にて生成された仮想生産状態に基づいて、対象の工作物Ｗａに対して取り得る複数の生産ルートの中から、実施する生産ルートを選択する。特に、決定部２３は、投入装置Ａ６にて投入準備状態にある複数個の工作物Ｗａが存在する場合に、仮想生産状態に加えて、さらに、複数個の工作物Ｗａについての納期（目標生産完了期日）、消費電力及びツールコストの少なくとも１つに基づいて、生産エリアに投入される工作物Ｗａに対して実施する生産ルートを選択する。

ここで、決定部２３が選択可能な複数の生産ルートは、工作物Ｗａのそれぞれについて予め記憶していても良い。この場合、決定部２３は、工作物Ｗａに関して予め記憶されている複数の生産ルートの中から、１つの生産ルートを選択する処理を行う。なお、工作物Ｗａに関して選択可能な生産ルートが予め記憶されていないとしても、工作物Ｗａ自体に関する情報等に基づいて、生産ルートを選択することができる。

さらに、決定部２３は、投入装置Ａ６に投入準備状態にある複数個の工作物Ｗａが存在する場合に、生産エリアに投入する工作物Ｗａの順序を決定することもできる。この場合、決定部２３は、仮想生産状態に加えて、さらに、投入準備状態にある複数個の工作物Ｗａについての納期、消費電力及びツールコストの少なくとも１つに基づいて、生産エリアに投入する工作物Ｗａの順序を決定する。工作物Ｗａの投入順序とは、工作物Ｗａの生産開始順序に相当する。つまり、決定部２３は、複数の工作物Ｗａのそれぞれの納期に間に合うように、工作物Ｗａの生産開始順序を決定して、投入順序指令を生成している。

ここで、納期を考慮した生産ルートの選択及び投入順序の決定については、全ての対象の工作物Ｗａの納期遅延の合計が最小となるようにしても良いし、最大納期遅延を最小とするようにしても良い。

出力部２４は、決定部２３が選択した生産ルートを生産機械群１０Ａの制御装置Ａ１２－Ａ５２に出力する。さらに、出力部２４は、決定部２３が決定した投入順序指令を投入装置Ａ６の制御装置Ａ６２に出力する。出力部２４による出力処理周期は、リアルタイムを実現するために、例えば、数秒～数十秒程度である。

従って、生産ルートが出力された生産機械Ａ１－Ａ５は、対象の工作物Ｗａに対して選択された生産ルートで実施する。さらに、投入順序指令が出力された投入装置Ａ６は、投入順序指令に従って工作物Ｗａを生産エリアに投入する。

（３．第二例のＣＰＰＳ２の構成）
第二例のＣＰＰＳ２の構成について、図５を参照して説明する。図５に示すように、ＣＰＰＳ２は、生産機械群１０Ｃと、管理コンピュータ装置２０Ｃとを備える。管理コンピュータ装置２０Ｃは、第一例のＣＰＰＳ１における管理コンピュータ装置２０Ａと実質的に同様であるため、説明を省略する。

（３－１．生産機械群１０Ｃの構成）
生産機械群１０Ｃは、複列ライン生産方式を実施可能に構成されている。複列ライン生産方式は、複数の生産機械を工作物の搬送ラインに沿って配列しており、搬送ラインが並列に複数存在する方式である。生産機械群１０Ｃでは、複数の生産機械Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が一列に配列されており、生産機械Ｃ４が、一列の生産機械Ｃ１－Ｃ３に対して並列に配置されている。

生産機械群１０Ｃを構成する複数の生産機械Ｃ１－Ｃ４は、上述した第一例のＣＰＰＳ１の生産機械群１０Ａを構成する複数の生産機械Ａ１－Ａ４と同種の場合を例にあげる。もちろん、両者の生産機械Ａ１－Ａ４，Ｃ１－Ｃ４が異種としても良い。

生産機械Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４のそれぞれは、機械本体Ｃ１１，Ｃ２１，Ｃ３１，Ｃ４１、制御装置Ｃ１２，Ｃ２２，Ｃ３２，Ｃ４２、及び、検出器Ｃ１３，Ｃ２３，Ｃ３３，Ｃ４３を備える。これらは、第一例の生産機械Ａ１－Ａ４の構成要素と同様であるため、説明を省略する。

搬送機Ｃ５は、投入装置Ｃ６から生産機械Ｃ１への搬送路、Ｃ１からＣ２への搬送路、Ｃ２からＣ３への搬送路、Ｃ３から搬出位置への搬送路を形成する。さらに、搬送機Ｃ５は、上記の各搬送路と、生産機械Ｃ４との間の搬送路を形成する。ここで、搬送機Ｃ５は、図示しないが、第一例における搬送機Ａ５と同様に、機械本体、制御装置、及び、検出器を備える。投入装置Ｃ６は、機械本体Ｃ６１、制御装置Ｃ６２及び検出器Ｃ６３を備える。投入装置Ｃ６は、第一例における投入装置Ａ６と同様であるため、説明を省略する。

（３－２．生産機械群１０Ｃにおける生産ルート）
生産機械群１０Ｃにおける生産ルートは、第一例における生産機械群１０Ａにおける生産ルートと実質的に同様である。つまり、生産機械群１０Ｃにおいても、図２及び図３に示すような、複数の生産ルートを有する。従って、生産機械群１０Ｃは、並列に配置された複数の生産ルートを有する。なお、生産機械群１０Ｃを構成する複数の生産機械Ｃ１－Ｃ４の種類によって、取り得る生産ルートの数は異なる。

（４．他の生産機械群の例）
上記においては、生産機械として、旋盤及び研削盤を例にあげたが、他の加工機、組立機、検査機等を対象として、ダイナミックセル生産方式や複列ライン生産方式を実施可能である。

（５．効果）
上述したように、管理コンピュータ装置２０Ａ，２０Ｃは、仮想世界における仮想生産状態を生成し、生成した仮想生産状態に基づいて生産管理を行っている。つまり、管理コンピュータ装置２０Ａ，２０Ｃは、仮想世界における仮想生産状態を利用することにより、対応する生産機械群１０Ａ，１０Ｃの生産状態を予測しながら、対応する生産機械群１０Ａ，１０Ｃを適切に管理することができる。

詳細には、管理コンピュータ装置２０Ａ，２０Ｃは、当該生産機械群１０Ａ，１０Ｃを構成する複数の機械Ａ１－Ａ６，Ｃ１－Ｃ６の個々の状態を仮想世界において生成する。従って、管理コンピュータ装置２０Ａ，２０Ｃは、生産機械群１０Ａ，１０Ｃを構成する複数の機械Ａ１－Ａ６，Ｃ１－Ｃ６のそれぞれがどのような状態であるかを把握できる。

そして、管理コンピュータ装置２０Ａ，２０Ｃは、仮想生産状態に基づいて、一連の生産工程（生産エリア）に新たに投入される工作物Ｗａについての生産ルートを選択している。つまり、管理コンピュータ装置２０Ａ，２０Ｃは、仮想生産状態を考慮して、適切な生産ルートを選択することが可能となる。従って、複数の生産ルートが存在する場合に、容易に且つ適切な生産ルートを決定することができる。

そして、選択した生産ルートが生産機械群１０Ａ，１０Ｃに出力されるため、工作物Ｗａは、管理コンピュータ装置２０Ａ，２０Ｃが選択した生産ルートにて処理が実施されることになる。つまり、当該工作物Ｗａは、適切な生産ルートにて処理が実施される。その結果、例えば、サイクルタイム短縮を図ることができたり、消費電力の低減を図ることができたり、ツールコストの低減を図ることができたり、所望の目的に応じた結果を得ることができる。

１，２：サイバーフィジカルプロダクションシステム（ＣＰＰＳ）、 １０Ａ，１０Ｃ：生産機械群、 ２０Ａ，２０Ｃ：管理コンピュータ装置、 ２１：取得部、 ２２：生成部、 ２３：決定部、 ２４：出力部、 Ａ１－Ａ４：生産機械、 Ａ１１―Ａ４１：機械本体、 Ａ１２－Ａ４２：制御装置、 Ａ１３－Ａ４３：検出器、 Ａ５：搬送機、 Ａ５１：機械本体、 Ａ５２：制御装置、 Ａ５３：検出器、 Ａ６：投入装置、 Ａ６１：機械本体、 Ａ６２：制御装置、 Ａ６３：検出器、 Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３：生産工程、 Ｗａ，Ｗｂ：工作物

Claims (9)

1. 現実世界に配置され、複数の生産機械により構成され、工作物に対して一連の生産工程を実施する生産ルートを複数有する生産機械群と、
   前記生産機械群におけ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管理コンピュータ装置と、
   を備え、
   前記管理コンピュータ装置は、
   前記複数の生産機械のそれぞれにおける前記実生産状態に基づいて、前記生産機械群における前記仮想生産状態を生成し、
   生成した前記仮想生産状態に基づいて、前記工作物に対して実施する前記生産ルートを選択し、
   選択した前記生産ルートを前記生産機械群に出力する、サイバーフィジカルプロダクションシステム。
2. 前記管理コンピュータ装置は、前記複数の生産機械のそれぞれにおける前記実生産状態として、前記生産機械を構成する機械本体の種類、前記生産機械の生産能力、前記生産機械が保有するツールの種類、前記ツールの状態の少なくとも１つに基づいて、前記生産機械群における前記仮想生産状態を生成する、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。
3. 前記管理コンピュータ装置は、前記一連の生産工程に投入準備状態にある複数個の前記工作物が存在する場合に、前記仮想生産状態に加えて、さらに当該複数個の前記工作物についての目標生産完了期日、消費電力及びツールコストの少なくとも１つに基づいて、前記一連の生産工程に投入される前記工作物に対して実施する前記生産ルートを選択する、請求項１又は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。
4. 前記管理コンピュータ装置は、
   前記工作物のそれぞれについて選択可能な複数の前記生産ルートを予め記憶しており、
   前記仮想生産状態に基づいて、前記工作物について記憶されている複数の前記生産ルートの中から、前記工作物に対して実施する前記生産ルートを選択する、請求項１－３の何れか１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。
5. 前記管理コンピュータ装置は、前記一連の生産工程に投入準備状態にある複数個の前記工作物が存在する場合に、前記仮想生産状態に加えて、さらに当該複数個の前記工作物についての目標生産完了期日、消費電力及びツールコストの少なくとも１つに基づいて、前記一連の生産工程に投入する前記工作物の順序を決定する、請求項１－４の何れか１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。
6. 前記生産機械群は、ライン生産方式を実施可能に配置された前記複数の生産機械により構成され、並列に配置された複数の前記生産ルートを有する、請求項１－５の何れか１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。
7. 前記生産機械群は、セル生産方式を実施可能に配置された前記複数の生産機械により構成され、前記一連の生産工程のうち少なくとも一部の同一の生産工程を実施可能な複数の生産機械を含み、同一の生産工程を実施可能な複数の生産機械の何れかを選択することにより複数の前記生産ルートを有する、請求項１－５の何れか１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。
8. 前記複数の生産機械は、
   前記一連の生産工程のうち一部である単一の生産工程のみを実施する複数の単一工程機と、
   前記一連の生産工程のうち複数の生産工程を実施する複数工程機と、
   を備える、請求項６又は７に記載のサイバーフィジカルプロダクションシステム。
9. 前記複数の生産機械のそれぞれは、
   機械本体と、
   制御指令値に基づいて前記機械本体を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記管理コンピュータ装置は、前記制御装置と同期して取得した前記制御指令値に基づいて、前記仮想生産状態をリアルタイムで生成する、請求項１－７の何れか１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。

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