JP2579214B2 - フレキシブル生産システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電子計算機を用いて高能率に多品種中小
量生産を実現するフレキシブル生産システムに関し、特
に、設備異常発生の際の復旧制御に関する。

〔従来の技術〕

周知のように、フレキシブル生産システム（FMS）と
は、予め設定した各種ワーク（加工物）についての長期
的な加工計画および各ワーク毎の工程設計内容に基づい
て、各種工作機械、段取装置、洗浄装置、自動倉庫、搬
送装置等、各種自動生産設備の運転スケジュールを作成
し、この作成した運転スケジュールに応じてこれらの設
備の統括的な運転制御を実行する柔軟性を持った自動生
産システムであり、近年の電子計算機の普及に伴って急
速にその真価が認められつつある。

すなわちFMSにおいては次のような手順をもって運転
制御が実行される。

１）．与えられた加工計画（長期加工日程計画）および
工程設計（工程設計情報）をもとに、上述したような各
種自動生産設備が効率良く稼動するような運転スケジュ
ールを作成する。これは、経験と勘、あるいは種々のス
ケジュール法に基づき人手または電子計算機を通じて作
成される。

２）．この作成された運転スケジュールは、帳票若しく
は磁気ディスク等を介してオフラインあるいはオンライ
ンでFMS（フレキシブル生産システム）制御装置に伝送
される。ここにFMS制御装置とは、上述した各種の設備
を統括的に運転制御する電子計算機並びにその周辺装置
を含んで構成されて、その都度指定される「素材」を指
定される手順で加工して「完品」に仕上げる装置をい
う。

３）.FMS制御装置では、受取った運転スケジュールに応
じて、各種自動生産設備のその都度指定される運転制御
を実行する。すなわち、同運転スケジュールによって指
定される「素材」を指定される手順で加工して「完品」
に仕上げる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、かかるFMSを運転中に例えば設備に異常が
発生した場合、従来は、人手によりその異常を修復した
後、FMS制御装置および設備を初期状態に戻し、制御シ
ーケンスを再び最初からやり直すようにしていた。これ
は、従来装置においては、FMS制御装置が各種設備の各
時点における状態を完全に把握していなかったことによ
る。このため、従来装置においては、再起動のために、
データの入力、機械の調整などの色々の処理が必要とな
り、復旧に多大な労力および時間を要していた。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたもの
で、運転中に設備異常が発生し、作業者が介入して修復
を行なった場合でも、修復後に作業者が特別な処理を行
なうことなく、FMS制御装置を自動的に正常な運転状態
に戻すことができるフレキシブル生産システムを提供し
ようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明では、加工物に対して各種処理を施す複数の
設備と、これら複数の設備毎に各別に設けられ、当該設
備の状態を監視し当該設備の状態に変化が発生した場
合、この変化に対応する事象を制御装置へ送信するとと
もに、制御装置から送られてきた制御指令を解読しこの
解読内容に従って当該設備を駆動制御する複数の中継装
置と、予め設定される所定の運動スケジュールに基づい
て前記各中継装置から送られてきた事象に対応する制御
指令を中継装置へ送信することにより前記各加工物の前
記設備内での流れを統括制御する制御装置とを備えたフ
レキシブル生産システムにおいて、 前記各中継装置に、 当該設備の監視結果に基づき、 設備が前記制御装置からの制御指令に対応する処理を
正常に開始したことを示す第１の信号、制御装置からの
制御指令が入力された時点で設備が制御指令に対応する
処理の実行が不可能であることを示す第２の信号、設備
が前記制御指令に対応する処理を正常に終了したことを
示す第３の信号、設備が前記制御指令に対応する処理を
実行中に設備に異常が発生したことを示す第４の信号、
設備が異常から復旧したことを示す第５の信号、および
加工の完了状態を示す第６の信号を前記制御装置に送信
する信号送出手段を設けると共に、 前記制御装置に、 前記複数の設備から成る当該生産システムに対応する
仮想的な論理模型構造が予め建築され、この仮想的な模
型内を実際の加工物に対応する仮想的な論理加工物が移
動する論理模型部と、制御指令を中継装置に出力した
後、当該中継装置から前記第１の信号が受信されるまで
の間、当該制御指令に対応する論理加工物を待機させる
第１の待ち行列メモリと、設備が制御指令に対応する動
作を開始した後、該設備に対応する中継装置から前記第
３の信号が受信されるまでの間、論理加工物を待機させ
る第２の待ち行列メモリと、前記第２または第４の信号
を受信した場合、当該論理加工物を前記第５の信号が受
信されるまで待機される第３の待ち行列メモリと、前記
第１〜第３の待ち行列メモリから解放された実行を継続
できる論理加工物が順番に待機させる起動順序管理行列
メモリと、前記第１〜第３の待ち行列メモリおよび前記
起動順序管理行列メモリの内容に基づき各設備の状態を
把握し、この把握内容と前記運動スケジュールに従って
前記論理模型部内での論理加工物の流れ制御を行うとと
もに、この流れ制御の結果を基に前記中継装置に制御指
令を送信する制御手段と、前記第３の待ち行列メモリに
待機された論理加工物が解放されて前記起動順序管理行
列に待機され、さらにこの論理加工物が起動順序管理行
列からも解放されると、前記受信された第６の信号に基
づき当該論理加工物に対応する制御指令に対応する動作
が終了しているか否かを確認し、該確認結果に応じたス
テップから制御を自動的に再開する再開制御手段とを具
えるようにしたことを特徴とする。

〔作用〕

かかる発明によれば、各設備の状態を把握するための
第１〜第３の待ち行列メモリを用意し、これらの１〜第
３の待ち行列メモリの内容に基づき各設備の状態を把握
するとともに、前記第３の待ち行列メモリに待機された
論理加工物が解放されて前記起動順序管理行列に待機さ
れ、さらにこの論理加工物が起動順序管理行列からも解
放されると、前記受信された第６の信号に基づき当該論
理加工物に対応する制御指令に対応する動作が終了して
いるか否かを確認し、該確認結果に応じたステップから
制御を自動的に再開するようにしている。

〔実施例〕

以下、この発明を添付図面に示す実施例にしたがって
詳述する。

第２図は、フレキシブル生産システムの概略構成を示
すものである。

同第２図において、１は中央処理装置、21〜2nは各種
NC工作機械（数値制御工作機械）、ロボット、段取装
置、洗浄装置、自動倉庫、搬送装置等の自動生産装置
（以下単に設備という）、31〜3nはこれら中央処理装置
１と設備21〜2nとの間で情報交換を行なう中継装置であ
る。

かかるフレキシブル生産システムは、例えば第３図に
示すように構成される。

同第３図に示すように、このFMSラインは、素材の搬
入や完品の搬入を行なうための入出庫ステーションIE、
この入出庫ステーションIEにあって、表示手段を通じて
入出庫情報を作業者に報告、指示したり、操作入力手段
を通じて作業の完了入力を受け付けたりするための入出
庫ステーション作業指示装置IET、パレット（加工盤：
図示せず）の一時保管と治具（図示せず）の一時保管を
行なうための倉庫として、この例では横６列に図示した
ものが上下に３段あり計18の棚からなるとする自動倉庫
STR、ワーク（加工物：図示せず）のパレットへの取り
付け、取り外し並びに治具のパレットへの組みつけ、分
解を行なう第１および第２の段取り装置LS1およびLS2、
この段取装置LS1およびLS2の置かれる部所にあって、適
宜の表示手段を通じて段取作業手順を作業者に示した
り、適宜の操作入力手段を通じて作業の完了入力を受け
付けたりするための段取ステーション作業指示装置LS
T、実際の加工のための設備として、パレットに取り付
けられたワークの旋削加工、穴あけ加工、フライス加工
等、各種加工を行なう３台の工作機械（NC制御工作機械
を想定する）MC1,MC2およびMC3、取り付けられたワーク
を該パレットごと洗浄する洗浄装置WS、そして水平、垂
直方向の２次元の移動が可能であって、上記各設備の間
でワークやパレット、治具等を自動搬送する搬送装置SC
1、からなる自動生産設備を有するとともに、中央処理
装置１と、この中央処理装置１から上記各生産設備に対
して出力される制御指令および各生産設備から中央処理
装置に対して送られる状態情報（事象）を中継する中継
装置31,32,……とから成るFMS制御装置を有して構成さ
れている。

第４図に中央処理装置１の内部構成例を示す。第４図
における各構成要素の機能は以下のとおりである。

・制御装置管理機能部41 制御装置管理機能部41は中央処理装置１の操作員が中
央処理装置１を使用するときに必要な指示の表示と手操
作入力情報の入力を行なう。

・基礎情報入出力部42 基礎情報入出力部42は基礎情報、たとえば設備の配
置、長期加工日程計画、工程設計、工作機械の数値制
御、工具管理などの情報の入力、変更、文字画面表示お
よび印刷を行なう。

・個別運転機能部43 個別運転機能部43は設備に対する個別の制御を手動で
行なうための機能部である。目的の制御を行なうための
論理加工物を制御機能部内に生成する。あるいはまた制
御機能部44から出される上位制御指令と同様な命令を駆
動機能部45に送る。

・制御機能部44 制御機能部44は予め作られた詳細な加工計画をもとに
して、その順序通りに加工物の論理的な物流管理を行な
う。制御時の細かい確認は行なわず、大きな物の流れだ
けを管理する。

・駆動機能部45 駆動機能部45は制御機能部44から送られて来た制御指
令（上位制御指令と呼ぶ）を解読して、更に詳細な制御
手順に展開する。展開した手順の中には、異常時の処
理、出力すべき中継装置の選択など具体的な情報が盛り
込まれる。展開した制御手順が終了したら制御機能部44
に完了（上位事象と呼ぶ）を返す。

・通信機能部46 通信機能部46は駆動機能部45から送られて来た制御指
令（下位制御指令と呼ぶ）を光ファイバ等を通して中継
装置に転送する。また設備の状態変化などの事象（下位
事象と呼ぶ）を中継装置から受け取ったら駆動機能部45
に送る。

・表示機能部47 設備単位での加工計画、実績、またはFMSの設備配置
等、加工物、加工盤、および治具の現在格納されている
場所、搬送台車の動き、各設備の稼動状態、制御の進捗
状態を表示する。

・異常処理機能部48 通信回線の不良などで下位事象や上位事象が送られて
来ない場合に、これらの事象を手動で駆動機能部や制御
機能部に送る。

すなわち、このFMSシステムでは、制御機能部44から
出力された制御指令は、駆動機能部45、通信機能部46、
中継装置を経て設備に入力されるとともに、設備で発生
した状態変化は事象として、前記と逆の経路を経て制御
機能部44に入力される。また、このFMSシステムでは、
中央処理装置１と中継装置31〜3nとの信号授受、ならび
に中央処理装置１内の制御機能部44、駆動機能部45およ
び通信機能部46間の信号授受は、全て「事象駆動方式」
を用いて行なう。

すなわち、通常の方式では整備を主体として、設備の
状態を一定時間間隔で逐次監視しながら制御を行ってい
たのに対して、採用した制御方式では個々の出来事（事
象）を主体として、ある事象が発生した時にそれに対応
した制御を行なうようにしている。

例えば、第２図を用いて中継装置〜中央処理装置間の
信号授受について説明すると、各中継装置は常に設備の
状態を高速で監視する。中継装置は設備の状態に変化が
あった場合に、変化した出来事に応じた事象を発生し中
央処理装置１に送る。すなわち中央処理装置１からみる
と中継装置は事象発生装置の約割りを持つ。中央処理装
置１は普段は制御以外の処理、たとえば帳票管理などを
行なっている。中央処理装置１は各中継装置から事象が
送られて来るとそれを契機にそれまで行なっていた処理
を中断し制御処理に入る。処理の結果設備に対してなん
らかの制御指令を出す必要がある場合にはその設備に接
続されている中継装置に制御指令を送る。この時の制御
指令は設備の構造とは無関係にたとえば加工開始という
ような論理的な指令である。指令を送られた中継装置は
その制御指令を設備固有の制御指令に解読して設備に出
力する。

かかる事象駆動方式を実行するために、中央処理装置
１内に当該FMSシステムに対応する論理模型を構築する
とともに、実際の加工物に対応して論理加工物を定義
し、論理模型内を移動する論理加工物の状態に対応して
実際の設備を駆動する。論理加工物は加工物が複数の場
合、これに対応して複数個有り、これらは中央処理装置
内部でそれぞれ独立に駆動される。

また、この場合論理加工物は、並列処理に必要な情報
部分と、処理を行なう部分に分割する。前者を論理加工
物頭部、後者を論理加工物本体と呼ぶ。頭部と本体の結
びつきは、頭部の中にプログラム種別と名付けるものを
持たせ、同時に本体にもそれに対応する名前を持たせる
ことにより行なう。

頭部はその他に持つべき一般の情報を含めて以下の情
報を持つ。

プログラム種別 ：処理手順の本体を決める。

プログラム実行番号：処理の進捗を示す。

状態 ：動作状態を示す。

退避情報 ：実行中または実行中断時憶えて
おく情報 この論理加工物頭部と論理加工物本体の関係を下記第
１表に示す。

かかる論理加工物の流れ制御を行なう制御機能部44の
概略内部構成例を第５図に示す。

論理模型部51は第４図の基礎情報入出力部42を介して
受入した情報をもとに作られた、前述したFMSの仮想的
な模型である。論理模型とは、設備間の接続、仮想的な
加工物の置場などを計算機の記憶装置内に定めたもので
ある。この論理模型内では、実際の設備に対応した設備
の模型は、内部情報記憶部の中の定められた場所を意味
する。そしてたとえば加工物の有無は、その定められた
場所に決められた情報を書き込むことにより表現する。
制御指令は、この模型内の動きに対応して出力される。

事象解読部52は駆動機能部45からの前述した上位事象
を解読し、解読結果に対応した処理を行なう。制御指令
出力部53は論理模型内の仮想的な物流制御の結果をもと
にして、駆動機能部45に制御指令を送るときに呼び出さ
れる。起動順序管理行列54は実行を継続できる論理加工
物頭部が並んで待つ場所である。

また、制御機能部44には、４つの待ち行列55〜58があ
る。指令受信完了待ち行列55は、制御指令出力部53から
上位制御指令を出力した後、中継装置から制御指令受信
完了信号または制御指令実行不可信号が返ってくるまで
の間論理加工物頭部が待つ場所である。

また、動作完了待ち行列56は、設備が動作を開始した
後、該設備に対応する中継装置から動作完了信号が返っ
てくるまでの間論理加工物頭部が待つ場所である。ま
た、条件待ち行列57は、論理加工物頭部が設備の空きを
待ったりするための行列である。さらに、システム状態
待ち行列58は、システムがローカル状態（自動運転不可
能な手動運転による状態）からシステム状態（自動運転
可能な状態）に復帰するまでの間待つ行列である。

論理加工物実行管理部60は、論理加工物相互の実行順
序を管理するモジュールであり、前記待ち行列55〜58と
起動順序管理行列54を使って、論理加工物頭部の起動順
序を管理するとともに、論理加工物頭部の情報をもと
に、論理加工物本体の選択を行ない、論理加工物本体の
実行を行なわせる。

また、駆動機能部45も制御機能部44と同じ内部構造を
持っており、論理加工物の流れ制御を行なう。

以上が中央処理装置１のプログラム構造の概略であ
る。

また、中継装置31〜3nには中央処理装置１への状態報
告信号として、次のものを設定する。

制御指令受信完了信号（設備が制御指令を受信して正
常に処理を開始した） 制御指令実行不可信号（設備が何らかの異常により、
受信した制御指令を正常に処理できない、または制御指
令を受信できない） 動作完了信号（設備が指令を受けた動作を正常に完了
した） システム／ローカル状態信号（設備が、中央処理装置
の指令による遠隔操作、自動運転が可能なモードである
かどうか。状態が変化した時報告する。） その他の設備状態信号（各ステーション上のパレット
の有無状態など。状態が変化した時報告する） 以下、本実施例システムの動作を第１図のフローチャ
ートを参照して説明する。

中央処理装置１は、一つのまとまった動作単位（搬
送、NCデータ転送など）の処理手順を小工程としてもっ
ており、上に示したような状態報告信号（事象）をもと
に、中央処理装置１内部に生成された論理加工物が、こ
の処理手順を実行していくことにより設備の動作制御を
行う。

この処理手順には後で述べる異常発生時に実行される
異常処理用の手順も記述しておく。

まず、論理加工物実行管理部60では、論理加工物本体
の実行を行わせて上位制御指令（搬送指令、NCデータ転
送指令など）を制御指令出力部53を介して駆動機能部45
へ出力した後、論理加工物を指令受信完了待ち行列で待
機させる（ステップ100,110）。この上位制御指令は、
駆動機能部45で細かな制御手順に展開され、下位制御指
令として、通信機能部46を介して所要の中継装置に送信
される。中継装置では、入力された制御指令を解読し、
対応する設備を駆動しようとする。

正常に指令の実行が開始されると、中継装置は制御指
令受信完了信号を中央処理装置１へ送出する。この制御
指令受信完了信号は、通信機能部46、駆動機能部45を介
して制御機能部44に入力され、これにより論理加工物は
指令受信完了待ち行列から解放され、その後起動順序管
理行列54に並ぶ（ステップ120）。処理順番がくると、
論理加工物は起動順序管理行列54から解放され、次に動
作完了待ち行列56で待機する（ステップ130,140,15
0）。

一方、設備において、正常に動作が完了すると、中継
装置は動作完了信号を中央処理装置１へ送出する。この
動作完了信号によって、論理加工物は動作完了待ち行列
56から解放され、起動順序管理行列55で起動を待った
後、次の小工程に処理を移行する（ステップ160,17
0）。以上は、正常な場合の動作である。

しかし、設備が中央処理装置１からの制御指令に対し
て何らかの設備異常により制御指令を実行できないとき
には、中継装置は中央処理装置１に対して、制御信号実
行不可信号を送出する。ステップ100で制御指令を出力
した後、中継装置からこの制御指令実行不可信号を受信
すると、中央処理装置１の論理加工物実行管理部60は制
御指令受信完了待ち行列で待機していた論理加工物を解
放する（ステップ110,120）。制御信号実行不可報告に
よって解放された論理加工物は、自身の持っている異常
処理要の手順に従って処理を行う。すなわち、論理加工
物は作業者に異常を報知し、異常を発生した設備をロー
カル状態にする。また作業者が異常の報知を見て設備を
ローカル状態にする。その後、論理加工物はシステム状
態待ち行列58で待機する（ステップ130,180,190,20
0）。

ここで作業者が異常を取除いて（このとき作業者は状
況により目的の動作を手動で行なってしまっても、また
初期状態に戻しておいてもよい）、設備をシステム状態
に戻すと、中継装置からシステム状態信号が上がり、論
理加工物はシステム状態待ち行列58から解放される。
（ステップ210）。この後、論理加工物は、起動順序管
理行列54で待機する。この論理加工物が起動順序管理行
列54から解放されると、論理加工物実行管理部60では、
事象解読部52を介して入力されるステッション上のパレ
ット有無状態、加工完了状態など（これらの状態報告は
任意の時点で中継装置から上がり、中央処理装置はそれ
に対応する状態フラグをセットしておく）から目的の動
作号が完了しているかどうかを判断する（ステップ22
0）。

例えば、搬送元と搬送先のステーション上のパレット
有無状態（これらの状態報告は任意の時点で中継装置か
ら上がり、中央処理装置はそれに対応する状態フラグを
セットしておく）をみて、搬送元のステーションにパレ
ットがなく、かつ搬送先のステーションにパレットがあ
れば搬送完了と判断する。

そして、小工程の動作が完了されているときは、手順
を次の小工程に移行する。動作完了していないと判断さ
れたときは、もう一度当該小工程を繰返し、実行する。
（なお、異常復旧がうまく行われておらず、搬送元パレ
ット、搬送先パレット無の状態でなければ、再び異常処
理ルーチンが行なわれる。） なお、上記異常は、中央処理装置１から制御指令を中
継装置に送信した時点で、既に設備に異常が発生してい
るときのものであるが、制御指令の実行中に設備異常が
発生することもある。こ場合は、中継装置から中央処理
装置１に対してローカル状態信号が送付されることによ
り、論理加工物は、動作完了待ち行列56から解放され、
その後は異常処理ルーチンに入って前記同様の処理を行
う（ステップ150,160,170,180,190）。

また、駆動機能部は、制御機能部と同じ内部構造を持
っているので、上に述べた異常処理を駆動機能部でも行
うことができる。

このように、本実施例では、設備の状態は制御機能部
44内論理加工物の動きとして中央処理装置に把握される
とともに、中央処理装置１からの制御指令に対して中継
装置は確認信号または実行不可報告を送付するようにし
たので、設備の状態を完全に把握することができ、異常
が発生した場合でも、その際の復旧が高速かつ容易にな
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、FMS運転中
に設備異常が発生し、作業者が介入して修復を行った場
合でも、修復後に作業者が特別な処理を行うことなく、
自動的に短時間に運転制御を再開することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の作用を示すフローチャー
ト、第２図はフレキシブル生産システムの全体構成例を
示すブロック図、第３図は同フレキシブル生産システム
の具体構成例を示すブロック図、第４図は中央処理装置
の内部構成例を示すブロック図、第５図は制御機能部の
内部構成例を示すブロック図である。 １……中央処理装置、21〜2n……設備、 31〜3n……中継装置。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加工物に対して各種処理を施す複数の設備
   と、これら複数の設備毎に各別に設けられ、当該設備の
   状態を監視し当該設備の状態に変化が発生した場合、こ
   の変化に対応する事象を制御装置へ送信するとともに、
   制御装置から送られてきた制御指令を解読しこの解読内
   容に従って当該設備を駆動制御する複数の中継装置と、
   予め設定される所定の運転スケジュールに基づいて前記
   各中継装置から送られてきた事象に対応する制御指令を
   中継装置へ送信することにより前記各加工物の前記設備
   内での流れを統括制御する制御装置とを備えたフレキシ
   ブル生産システムにおいて、 前記各中継装置に、 当該設備の監視結果に基づき、 設備が前記制御装置からの制御指令に対応する処理を正
   常に開始したことを示す第１の信号、制御装置からの制
   御指令が入力された時点で設備が制御指令に対応する処
   理の実行が不可能であることを示す第２の信号、設備が
   前記制御指令に対応する処理を正常に終了したことを示
   す第３の信号、設備が前記制御指令に対応する処理を実
   行中に設備に異常が発生したことを示す第４の信号、設
   備が異常から復旧したことを示す第５の信号、および加
   工の完了状態を示す第６の信号を前記制御装置に送信す
   る信号送出手段を設けると共に、 前記制御装置に、 前記複数の設備から成る当該生産システムに対応する仮
   想的な論理模型構造が予め構築され、この仮想的な模型
   内を実際の加工物に対応する仮想的な論理加工物が移動
   する論理模型部と、 制御指令を中継装置に出力した後、当該中継装置から前
   記第１の信号が受信されるまでの間、当該制御指令に対
   応する論理加工物を待機させる第１の待ち行列メモリ
   と、 設備が制御指令に対応する動作を開始した後、該設備に
   対応する中継装置から前記第３の信号が受信されるまで
   の間、論理加工物を待機させる第２の待ち行列メモリ
   と、 前記第２または第４の信号を受信した場合、当該論理加
   工物を前記第５の信号が受信されるまで待機させる第３
   の待ち行列メモリと、 前記第１〜第３の待ち行列メモリから解放された実行を
   継続できる論理加工物が順番に待機させる起動順序管理
   行列メモリと、 前記第１〜第３の待ち行列メモリおよび前記起動順序管
   理行列メモリの内容に基づき各設備の状態を把握し、こ
   の把握内容と前記運転スケジュールに従って前記論理模
   型部内での論理加工物の流れ制御を行うとともに、この
   流れ制御の結果を基に前記中継装置に制御指令を送信す
   る制御手段と、 前記第３の待ち行列メモリに待機された論理加工物が解
   放されて前記起動順序管理行列に待機され、さらにこの
   論理加工物が起動順序管理行列からも解放されると、前
   記受信された第６の信号に基づき当該論理加工物に対応
   する制御指令に対応する動作が終了しているか否かを確
   認し、該確認結果に応じたステップから制御を自動的に
   再開する再開制御手段と、 を具えるようにしたことを特徴とするフレキシブル生産
   システム。