JP3492186B2 - 加工ラインの工程設計自動化システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、搬送装置に加工マ
シンを並べて投入したワークを順次加工（面加工、穴加
工など）していく加工ラインを設計する業務において、
特にマシニングセンタを採用した加工ライン（以下「マ
シニングセンタライン」という）の工程検討をコンピュ
ータシステムを用いて自動化した加工ラインの工程設計
自動化システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】工程検討作業とは、加工ラインのどの加
工マシンにどの工程を割り当てるかを決定する作業であ
る。この工程検討作業では、前提条件として加工設備に
与えられた製造能力から決められるサイクルタイムと呼
ばれる所要の上限時間をクリアできるかどうかについて
常に時間計算を行う必要がある（サイクルタイム検
討）。このサイクルタイム検討では、工程の所要時間の
みならず、加工ラインの搬送時間や加工マシン固有の動
作時間を考慮する必要がある。

【０００３】加工マシン固有の動作時間を考慮したサイ
クルタイム検討、つまり加工マシンのサイクルタイム管
理において、非加工動作時間は、本願出願人に係る特開
平７−１６０７４９号公報に記載のサイクルダイヤグラ
ム情報作成装置の出力情報から、かなり詳細に算出する
ことができる。また、この技術内容と加工軸割当て装置
とを総括的に活用して加工マシンにおけるサイクルタイ
ムを管理する本願出願人に係る特願平９−６１０５３号
に記載のサイクルタイム管理装置では、加工マシンの加
工動作時間と非加工動作時間を総括的に考慮して、非加
工動作部位の動作時間の短縮や並行動作の可否の検証な
どを実施し、詳細なサイクルタイム検討を行うようにし
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、加工マ
シンの動作時間、特に加工順序の検討は専ら設計者の知
識や経験に頼っており、加工軸の組合せとその順序関係
を考慮しながらの作業は試行錯誤による繰返しで行うし
かない。

【０００５】特に加工マシンとしてマシニングセンタを
採用する場合には、加工機の転用性が増すため、生産量
の変動（サイクルタイムの増減）による加工マシンの抜
差しを行うことができる。加工マシンの抜差しを行うと
当然に工程設計をやり直す必要があるが、設計者の知識
や経験に頼る場合、この作業はやり直しとなってしまう
ことが多い。このような問題点は、工程設計をシステム
で自動化できれば、解決することができるはずである。

【０００６】なお、加工マシンとしてマシニングセンタ
を採用する場合に加工機の転用性が増すのは、次の理由
による。同時に二以上の加工部位を加工する多軸機は、
その加工部位の位置関係がワークによって決められてし
まうため、他のラインにその加工機を移し替えるとギヤ
ヘッド（モータの回転軸からギヤの組合せによって二以
上の加工軸を回転させる装置）を作り直す必要がある。
つまり、転用性は低い。これに対し、マシニングセンタ
は、加工軸を１本しか持たないのでそのような制約がな
く、ＮＣプログラムの組替えのみでどのような位置にも
加工軸を移動させることができる。

【０００７】本発明は、マシニングセンタラインの工程
検討における上記課題に着目してなされたものであり、
従来設計者の知識・経験に頼っていた煩雑な工程組合せ
作業をコンピュータシステムにより自動的に行うことが
できる加工ラインの工程設計自動化システムを提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、下
記の手段によって達成される。

【０００９】（１）本発明に係る加工ラインの工程設計
自動化システムは、搬送装置に加工マシンを並設して投
入したワークを順次加工する加工ラインを自動的に設計
する加工ラインの工程設計自動化システムであって、加
工部位に関する所要の情報を記憶する加工部位情報記憶
手段と、切削条件に関する所要の情報を記憶する切削条
件記憶手段と、対象工程の全組合せパターンの中から工
程の組合せ候補を抽出し当該候補群の中から最適値を得
るための所定の前提条件を記憶する前提条件記憶手段
と、所定の加工部位情報と切削条件とから各加工部位の
工程別の切削時間を算出するとともに、同一加工諸元の
工程が連続するように工程を並び替えて同一加工諸元の
複数工程からなる各グループを構成し、さらに、各グル
ープ内において、当該グループ内に含まれる複数工程の
うちで最もＡＴＣ位置に加工部位が近い工程を各グルー
プ内の先頭にするとともに、各グループ内において、隣
接する工程間の加工部位が近くなるように各グループ内
の工程を並び替えることによって、対象工程の全組合せ
パターンの中から工程の組合せ候補を抽出し、得られた
工程別切削時間と前記前提条件とに基づいて、当該候補
群の中から最適値を選択し、得られた最適組合せを順次
加工マシンに割り当てる工程設計演算手段と、を有する
ことを特徴とするものである。

【００１０】（２）前記前提条件は、サイクルタイムと
の余裕時間を規定する許容値と、組合せ候補群の中から
一つの組合せを選択する基準となる選択パターンとから
成っている。

【００１１】（３）前記選択パターンは、同一加工諸元
の集まっているもの優先、同一加工部位の集まっている
もの優先、およびサイクルタイムに近いもの優先という
三つの基準から成っている。

【００１２】（４）前記三つの基準の間にはあらかじめ
適用の優先順位が決められている。

【００１３】（５）加工マシンの性能に関する所要の情
報を記憶する加工マシン性能情報記憶手段と、所定の加
工部位情報と加工マシン性能情報とから、所定項目の非
加工時間要素から成る非加工動作時間を算出する非加工
時間算出手段とをさらに有し、前記工程設計演算手段
は、対象工程の全組合せパターンの中から工程の組合せ
候補を抽出する際に、前記工程別切削時間の合計に前記
非加工動作時間を加算して得た総計時間に基づいて当該
抽出処理を行う。

【００１４】（６）前記所定項目の非加工時間要素は、
加工マシンの早送り動作時間、ＡＴＣ時間、および治具
動作時間である。

【００１５】（７）前記工程設計自動化システムは、所
定の加工マシン性能情報と加工部位情報と切削条件とに
基づいて切削条件を補正し、各加工部位の工程別切削時
間を再計算する。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、請求項ごとに以下のよ
うな効果を奏する。

【００１７】請求項１〜４記載の発明によれば、同一加
工諸元の工程が連続するように工程を並び替えて同一加
工諸元の複数工程からなる各グループを構成し、さら
に、各グループ内において、当該グループに含まれる複
数工程のうちで最もＡＴＣ位置に加工部位が近い工程を
各グループ内の先頭にするとともに、各グループ内にお
いて、隣接する工程間の加工部位が近くなるように各グ
ループ内の工程を並び替えることによって、対象工程の
全組合せパターンの中から工程の組合せ候補を抽出し、
当該候補群の中から最適値を選択して順次加工マシンに
割り当てる処理を自動的に行うので、煩雑な工程の組合
せ作業から設計者を解放し、工程設計の工数の削減を図
ることができる。

【００１８】請求項５、６記載の発明によれば、工程の
組合せ候補を抽出する際の時間計算において非加工動作
時間を構成する所定項目の非加工時間要素、例えば、加
工マシンの早送り動作時間、ＡＴＣ時間、および治具動
作時間を考慮できるので、工程設計の詳細度が増し、よ
り正確な検討が可能となる。

【００１９】請求項７記載の発明によれば、切削条件を
補正し、各加工部位の工程別切削時間を再計算するの
で、再計算値に基づいて割り当てを行うことができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。なお、ここでは、加工ラインとし
て、マシニングセンタを用いた加工ライン（マシニング
センタライン）を念頭に置いて説明する。

【００２１】図１は、本発明の一実施の形態に係る加工
ラインの工程設計自動化システムの構成を示すブロック
図である。

【００２２】この工程設計自動化システムは、コンピュ
ータシステム（例えば、ＣＡＤシステム）上に構築され
るシステムであって、ＣＰＵ１０内に、工程の組合せ候
補を得てその最適値を抽出し割り当てる工程設計演算手
段としての工程設計自動化モジュール１２と、工程の組
合せによる所定項目の非加工動作時間を自動計算する非
加工時間算出手段としての非加工時間計算モジュール１
４と、切削条件を補正してマシン台数を最適化するマシ
ン台数最適化手段としてのマシン台数最適化モジュール
１６とが設けられている。これら各モジュール１２，１
４，１６の動作の内容については、フローチャートなど
を使って後で詳述する。

【００２３】ＣＰＵ１０には、各モジュール１２，１
４，１６の処理に使用される各種情報を記憶するデータ
ファイルとして、加工部位ファイル２０、切削条件ファ
イル２２、前提条件ファイル２４、および加工マシン性
能ファイル２６が接続されている。

【００２４】加工部位ファイル２０は、加工部位情報記
憶手段として機能するもので、加工部位に関する各種情
報、例えば、加工部位の座標値、加工種類、加工径、加
工深さ、加工開始座標、加工終了座標などがあらかじめ
記憶されている。

【００２５】切削条件ファイル２２は、切削条件記憶手
段として機能するもので、切削条件に関する各種情報、
例えば、加工種類と加工径ごとの標準の切削速度(m/mi
n)、送り速度(mm/rev)、および送り速度(mm/rev)、切削
速度(m/min)の許容値（最大値）などがあらかじめ記憶
されている。

【００２６】前提条件ファイル２４は、前提条件記憶手
段として機能するものであって、工程の組合せ候補抽出
用の前提条件を記憶するファイルである。前提条件とし
ては、サイクルタイムとの余裕時間を規定する許容値
（許容時間）のほか、複数の候補からなる候補群の中か
ら一つの組合せを選ぶための基準となるいくつかの選択
パターンが、あらかじめ設定されている。この選択パタ
ーンについては、あらかじめ使用者が何をどの順序で採
用するか設定しておく。例えば、ここでは、選択パター
ンとして、同一加工諸元の集まっているもの優先、同一
加工部位の集まっているもの優先、サイクルタイムに近
いもの優先、という三つのパターンが用意され、これら
三つの選択パターンの順序については、使用者によって
あらかじめ適当に決められている。

【００２７】加工マシン性能ファイル２６は、加工マシ
ン性能情報記憶手段として機能するもので、加工マシン
の性能に関する各種情報、例えば、加工マシンの早送り
速度、早送り加速時間、早送り減速時間、ＡＴＣ(Autom
atic Tool Changer)位置、ＡＴＣ時間、治具動作時間、
インデックスセンタ、インデックス回転軸方向、チルト
センタ、チルト回転軸方向、スピンドル回転立上げ時間
などがあらかじめ記憶されている。

【００２８】また、ＣＰＵ１０には、その非加工時間計
算モジュール１４に、三次元の干渉シミュレーション機
能を有する干渉シミュレーション部３０が接続されてい
る。好ましくは、ＣＰＵ１台当たりの演算負荷を低減す
るため、この干渉シミュレーション部３０は別のＣＰＵ
によって実現されている。

【００２９】さらに、ＣＰＵ１０には、入出力インタフ
ェース４０を介してキーボード４２などの入力装置や、
ディスプレイ４４およびプリンタ４６などの出力装置が
接続されている。

【００３０】次に、上記のように構成された本システム
の動作を説明する。

【００３１】図２は、工程設計自動化モジュール１２の
動作の内容を示すフローチャート、図３は、非加工時間
計算モジュール１４の動作の内容を示すフローチャー
ト、図４は、マシン台数最適化モジュール１６の動作の
内容を示すフローチャートである。なお、図３と図４の
各処理は、図２中の非加工時間計算処理およびマシン台
数最適化処理のサブルーチンとしてそれぞれ実行される
ので、その説明は図２中の該当箇所で行う。

【００３２】以下、図２〜図４のフローチャートについ
て各段階（ステップ）ごとに説明を加える。

【００３３】ステップＳ１ 工程設計自動化モジュール１２を起動してプログラムが
スタートすると、当該工程設計自動化モジュール１２
は、加工部位ファイル２０から、加工部位の座標値、加
工種類、加工径、加工開始座標、加工終了座標の情報を
取り込む。

【００３４】ステップＳ２ ステップＳ１で得た加工種類、加工径をキーにして、切
削条件ファイル２２から、標準の切削速度(m/min)、送
り速度(mm/rev)の情報を取り込む。

【００３５】ステップＳ３ ステップＳ１とステップＳ２で得た加工開始座標、加工
終了座標、加工径、切削速度、送り速度に基づいて、各
加工部位の工程別切削時間を計算する。具体的には、下
記の式、 切削距離(mm)＝加工開始座標と加工終了座標間の距離 によって切削距離(mm)を、また、下記の式、 スピンドル回転数(rpm)＝切削速度(m/min)×１０００÷
（加工径(mm)×π） によってスピンドル回転数(rpm)をそれぞれ求めた後、
下記の式、 切削時間(min)＝切削距離(mm)÷（スピンドル回転数(rp
m)×送り速度(mm/rev)） によって切削時間(min)を求める。

【００３６】このステップの処理結果は、例えば、図５
（Ａ）の棒グラフに示すとおりである。ここで、横軸の
アルファベット（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，…）は加工部位を示
し、各加工部位の棒グラフ中の数字（１，２，３，４，
…）は工程番号を示している。また、縦軸は時間であ
り、棒グラフの高さは当該ステップで計算した切削時間
(min)である。なお、以下において具体例を示す場合
は、すべてこの図５（Ａ）を前提とする。

【００３７】ここで、加工部位と工程番号について説明
しておく。例えば、図５（Ｂ）に示すように、加工部位
Ａをタップ穴とすると、加工部位Ａは、ドリル加工（工
程１）とタップ加工（工程２）の二つの工程に分けてこ
の順序で加工しなければならない。この分割された工程
に付される番号が工程番号である。

【００３８】ステップＳ４ このステップでは、すべての加工部位のすべての工程が
加工マシン（マシニングセンタ）に割り当てられたかど
うかを判断する。

【００３９】この判断の結果としてＹＥＳであれば、目
的達成により一連の処理を終了し、ＮＯであれば、次の
ステップＳ５に進む。

【００４０】ステップＳ５ このステップでは、未だ割り当てられていない加工部位
の工程（これが対象工程となる）の情報（図５（Ａ）、
図７（Ａ）参照）に基づいて、かかる対象工程のすべて
の組合せパターンを抽出する。このとき、工程順序を考
慮した上で組合せを抽出する。例えば、図５（Ｂ）の例
において、加工部位Ａの工程２を単独で抽出することは
できない。ドリル加工をせずにタップ加工を行うことは
物理的に不可能だからである。

【００４１】この処理の結果は、例えば、図５（Ａ）に
示す組合せ候補を前提にステーション１への割当てを考
える場合には、図６（Ａ）の棒グラフに示すとおりであ
り、次のステーション２への割当てに際して図７（Ａ）
に示す組合せ候補を前提にする場合には、図７（Ｂ）の
棒グラフに示すとおりである。

【００４２】ステップＳ６ ステップＳ５で対象工程の全組合せパターンの抽出が完
了すると、非加工時間計算モジュール１４を起動させ
る。

【００４３】非加工時間計算モジュール１４の動作内容
は、図３のフローチャートに示すとおりである。動作の
概要は、加工マシンの早送り動作時間を計算した後、こ
の早送り動作時間、ＡＴＣ時間、治具動作時間を加算し
て非加工動作時間を計算するというものである。

【００４４】後述するように、時間計算においては各工
程の切削時間に所定項目の非加工時間要素、ここでは、
加工マシンの早送り動作時間、ＡＴＣ時間、および治具
動作時間の三つの非加工時間要素が追加される。追加さ
れるこれら非加工時間要素は、動作シミュレーションに
より自動的に算出されたりあるいは加工マシン性能ファ
イル２６から読み取ることによって取得される。

【００４５】各ステップの内容を説明する前に、図８と
図９を用いて、加工マシンの早送り動作時間、ＡＴＣ時
間、および治具動作時間について、それらの詳細を説明
しておく。

【００４６】図８は、ワーク１をドリル加工する際のス
ピンドル２の動作経路を示す図である。同図中の実線３
は早送り動作経路である。この早送り動作経路３は、ス
ピンドル２を加工位置まで移動させる経路である。この
経路３は最短距離であることが望ましいが、加工マシン
内にはワーク１を把持する治具やワーク１の加工マシン
間移動を行う搬送装置の構造物があるため、これらとの
干渉を避けるように動作経路を決定する必要がある。こ
こでは、三次元モデルを用いた動作シミュレーションを
使用して最適経路を算出する。早送り動作時間は、この
経路情報と加工マシン性能ファイル２６から得られる早
送り速度、早送り加速／減速時間とから求められる。

【００４７】図８中の点４は、ツール５の交換を行う位
置（ＡＴＣ位置）である。ツール交換にかかる時間（Ａ
ＴＣ時間）は加工機の性能によるものであり、あらかじ
め加工マシン性能ファイル２６に記憶されている。

【００４８】図９は、治具動作時間の説明に供する図で
ある。工程の組合せの中に治具を動作させないと加工が
成立しない工程がある場合、例えば、治具６によって把
持されたワーク１に対し同図中の二つの工程ｐ，ｑがそ
のような一つの組合せとして定義された場合には、時間
計算に治具動作時間を加算する。図９の例では、工程ｐ
を行った後、工程ｑを行うが、その際、同図（Ａ）の状
態から同図（Ｂ）の状態へ治具６を９０°回転させる。
この回転にかかる時間が治具６の動作時間である。かか
る治具動作時間は治具の性能によるものであり、あらか
じめ加工マシン性能ファイル２６に記憶されている。な
お、同図中、「７」はマシニングセンタである。

【００４９】ステップＳ２１ 非加工時間計算モジュール１４が起動すると、当該非加
工時間計算モジュール１４は、加工マシン性能ファイル
２６から、加工マシンの性能、具体的には、加工マシン
の早送り速度、早送り加速時間、早送り減速時間、ＡＴ
Ｃ位置、ＡＴＣ時間、治具動作時間、インデックスセン
タ、インデックス回転軸方向、チルトセンタ、チルト回
転軸方法、スピンドル回転立上げ時間の情報を取り込
む。

【００５０】ステップＳ２２ このステップでは、すべての組合せに対してステップＳ
２３〜ステップＳ２８の一連の計算処理を終了したかど
うかを判断する。

【００５１】この判断の結果としてＹＥＳであれば、目
的達成により図２のメインフローチャートに戻り、ＮＯ
であれば、次のステップＳ２３に進む。

【００５２】ステップＳ２３ このステップでは、加工部位ファイル２０から、各加工
部位の位置情報、具体的には、加工種類、加工径、加工
深さ、加工開始座標、加工終了座標の情報を取り込む。

【００５３】ステップＳ２４ ここでは、対象工程の組合せの中で、同一加工諸元の
（つまり、同一のツールで加工できる）工程を一つにま
とめる。同一の加工諸元かどうかは、ステップＳ２３で
得た加工種類、加工径、加工深さの情報に基づいて判断
する。

【００５４】すなわち、一つの組合せの中に加工諸元が
全く同じものが存在する場合、これらは連続して加工を
行わせるように順序付けを行う。例えば、加工部位Ａと
Ｂが全く同一の加工諸元であるとすると、これらは同一
の工具で加工できるから、連続して加工を行わせる（図
１０（Ａ）参照）。これにより、ＡＴＣ時間が節約され
る。したがって、図１０（Ｂ）のような組合せは、候補
として採用しない。

【００５５】さらに、加工諸元が全く同一である工程が
三つ以上存在する場合には、早送り動作距離が最短にな
るように連続加工の順序を決定する。

【００５６】具体的には、例えば、組合せの内訳が下記
のようになっているとき、 Ａ Ｂ Ｃ Ｄ Ｅ Ｆ Ｇ Ｈ Ｉ まず、この中のＣ，Ｄ，Ｇ，ＨとＢ，Ｆ，Ｅがそれぞれ
同一加工諸元（上記のように、加工種類、加工径、加工
深さで判断される）であれば、下記のように、 Ａ Ｂ Ｅ Ｆ Ｃ Ｄ Ｇ Ｈ Ｉ 同一加工諸元どうしが隣り合うように並べ替えを行う。

【００５７】そしてさらに、同一加工諸元であるＣ，
Ｄ，Ｇ，Ｈの中でＧが最もＡＴＣ位置に近ければＧを当
該グループの先頭に配置し、Ｇに一番近いＤをその次に
配置し、…、というように、これら四つの工程を並べ替
える。このときの並べ替え順序は、ステップＳ２１で得
たＡＴＣ位置とステップＳ２３で得た加工開始座標とに
基づいて判断する。

【００５８】したがって、この例において、最終的な加
工順序は、 Ａ Ｂ Ｅ Ｆ Ｇ Ｄ Ｈ Ｃ Ｉ となり、ツール交換が最も少なく、かつ、早送り動作経
路が最も短いものとなっている。

【００５９】ステップＳ２５ このステップでは、治具動作が必要かどうかを判定す
る。具体的には、加工開始座標と加工終了座標とを結ぶ
ベクトルと加工マシンの加工方向ベクトルとが異なって
いる場合、このままでは加工できないため、それらのベ
クトルを合わせるように治具を回転させる。そして、治
具の回転に従って加工開始座標と加工終了座標を変更
し、変更後のデータを加工部位ファイル２０に格納す
る。治具の回転には、ステップＳ２１で得たインデック
スセンタ、インデックス回転軸方向、チルトセンタ、チ
ルト回転軸方向の情報を使用する。

【００６０】ステップＳ２６ このステップでは、ステップＳ２４で決定した加工順序
とＡＴＣ位置を結ぶように早送り動作経路を決定する。
この動作経路を決定する際には、干渉シミュレーション
部３０を起動し、三次元の干渉シミュレーションを用い
て最適値、すなわち治具や搬送装置との干渉を避けるこ
とができる最短距離の動作経路を算出する。

【００６１】ステップＳ２７ このステップでは、ステップＳ２６で求めた早送り動作
経路とステップＳ２１で得た早送り速度、早送り加速時
間、および早送り減速時間とから、早送り動作時間を計
算する。

【００６２】ステップＳ２８ このステップでは、ステップＳ２７で求めた早送り動作
時間にステップＳ２１で得たＡＴＣ時間と治具動作時間
を加算して、つまり三つの非加工時間要素を加算して非
加工時間を得る。

【００６３】その後、ステップＳ２２に戻り、すべての
組合せに対する計算が終了するまでステップＳ２３〜ス
テップＳ２８の処理を繰り返し、その計算が終了した時
点で図２のメインフローチャートにリターンする。

【００６４】このように、工程の組合せによる時間計算
において非加工動作時間を構成する三つの非加工時間要
素、つまり、加工マシンの早送り動作時間、ＡＴＣ時
間、および治具動作時間が考慮されるので、工程設計の
詳細度が増し、より正確な検討ができるようになる。

【００６５】ステップＳ７ 図２のメインフローチャートに戻って、このステップ
で、工程設計自動化モジュール１２は、加工マシンの台
数を最少化するかどうかを判断する。この判断は、使用
者の指示に基づいて行われる。使用者は、例えば、図１
１に示すように、時間の無駄が多い（つまり、図１１中
のステーション３と８のように許容値未満の組合せが多
い）と判断できる場合に、マシン台数最少化の指示を与
える。その際、使用者に判断材料を提供するため、好ま
しくは、図１０に示すようなグラフその他の現在の割当
て状態を表すものが、ディスプレイ４４に表示され、あ
るいはプリンタ４６で印刷されるようになっている。

【００６６】この判断の結果としてＹＥＳであれば、ス
テップＳ１５に進み、ＮＯであれば、ステップＳ８に進
む。

【００６７】ステップＳ８ ステップＳ７でマシン台数最少化をしないと宣言される
と、工程設計自動化モジュール１２は、前提条件ファイ
ル２４から、ステーションに割り当てる組合せ候補抽出
用の前提条件を取り込む。前提条件は、前述のように、
許容値（許容時間）と選択パターン（とその順序）とか
らなっている。

【００６８】ここで、前提条件を用いたステーションへ
の割当て処理の概要を説明しておく。ステーションへの
組合せの割当てに際しては、まず、サイクルタイムと許
容値の間の範囲（許容範囲）に収まる組合せが割当ての
候補になる。そして、その結果割当て候補が複数ある場
合には、かかる候補群の中から選択パターンに従って一
つの組合せを選ぶ。もし許容範囲内に候補となる組合せ
が存在しない場合、あるいは選択パターンによって一つ
の候補を選択できない場合には、許容値に一番近い組合
せを一つ選択する。これにより、選択された最適値（一
つの組合せ）が各ステーション（加工マシン）に割り当
てられることになる。

【００６９】この詳細をフローチャートに沿って説明す
ると、次のとおりである。

【００７０】ステップＳ９ ステップＳ８で前提条件を入力すると、工程設計自動化
モジュール１２は、各組合せ（図５（Ａ）、図７（Ａ）
参照）に対して、ステップＳ３で得た工程別切削時間の
合計とステップＳ６で得た非加工動作時間との総計を計
算し、この総計がサイクルタイムと許容値の間の範囲
（許容範囲）内にあるものをすべて割当て候補として抽
出する。

【００７１】ステップＳ１０ このステップでは、ステップＳ９の処理結果として候補
が抽出されたかどうかを判断する。

【００７２】この判断の結果としてＹＥＳであれば、次
のステップＳ１１に進むが、ＮＯであれば、ステップＳ
１４に進む。

【００７３】ステップＳ１１ ステップＳ１０の判断結果としてＹＥＳであれば、次
に、ステップＳ９で抽出された候補の個数が一つかどう
かを判断する。

【００７４】この判断の結果としてＹＥＳであれば、た
だちにステップＳ１６に進むが、ＮＯであれば、次のス
テップＳ１２に進む。

【００７５】ステップＳ１２ このステップでは、複数の候補を含む候補群の中から、
選択パターンに従って一つの組合せを選ぶ。前述のよう
に、ここでは、選択パターンとして、三つのパターン、
つまり、同一加工諸元の集まっているもの優先、同一加
工部位の集まっているもの優先、サイクルタイムに近い
もの優先が用意されている。これら三つの選択パターン
の間の適用順序はあらかじめ決められており、最優先
（最上位）の選択パターンからはじめて順次、上位の選
択パターンを用いて組合せが一つに決まらない場合に、
その結果に対して下位の選択パターンを用いるようにな
っている。

【００７６】ステップＳ１３ このステップでは、ステップＳ１２の処理結果として一
つの組合せが選択できたかどうかを判断する。

【００７７】この判断の結果としてＹＥＳであれば、ス
テップＳ１６に進み、ＮＯであれば、ステップＳ１４に
進む。

【００７８】ステップＳ１４ このステップでは、ステップＳ１０の判断の結果として
ＮＯの場合（総計時間が許容範囲内にある候補が存在し
ない場合）、または、ステップＳ１３の判断の結果とし
てＮＯの場合（選択パターンによって一つの組合せを選
択できなかった場合）に、前提条件の中の許容値（許容
時間）を用いてこれに一番近い組合せを一つだけ選び出
す。より具体的には、前者の場合には、サイクルタイム
を超えることは許されないため、ステップＳ５で抽出さ
れたすべての組合せパターンの中から、総計時間が許容
値を下回るもののうちで最大のものを一つ選択する。一
方、後者の場合には、選択パターンを適用して残った候
補群の中から、総計時間が最小のものを一つ選択する。

【００７９】ステップＳ１６ このステップでは、ステップＳ９、ステップＳ１２、ま
たはステップＳ１４で選択された一つの組合せを最適値
として加工マシン（ステーション）に割り当てる。

【００８０】この処理の結果は、例えば、ステーション
１への割当ての場合、図６（Ｂ）に示すとおりである。

【００８１】ステップＳ１６で最適値の割当て処理が終
わると、ステップＳ４に戻り、未だ割り当てられていな
い加工部位の工程が存在すれば、これを対象工程とし
て、次のステーションへの割当て作業を実行する。すな
わち、すべての工程がステーションに割り当てられるま
で一連の処理を繰り返す。

【００８２】一方、ステップＳ７でマシン台数最少化の
指示を認識した場合には、ステップＳ１５に進む。

【００８３】ステップＳ１５ このステップでは、マシン台数最適化モジュール１６を
起動してマシン台数の最適化（最少化）を行う。

【００８４】その具体的な動作内容は、図４のフローチ
ャートに示すとおりである。

【００８５】ステップＳ３１ マシン台数最適化モジュール１６が起動すると、当該マ
シン台数最適化モジュール１６は、加工マシン性能ファ
イル２６から、加工マシンの性能のうちスピンドル回転
立上げ時間の情報を取り込む。

【００８６】ステップＳ３２ このステップでは、ステップＳ５で抽出されたすべての
組合せに対して以下の計算が終了したかどうかを判断す
る。

【００８７】この判断の結果としてＹＥＳであれば、ス
テップＳ３７に進み、ＮＯであれば、ステップＳ３３に
進む。

【００８８】ステップＳ３３ このステップでは、加工部位ファイル２０から、各加工
部位の情報、具体的には、各加工部位の加工種類、加工
径、加工深さ、加工開始座標、加工終了座標の情報を取
り込む。

【００８９】ステップＳ３４ ステップＳ３３で得た加工種類、加工径をキーにして、
切削条件ファイル２２から、切削条件の許容範囲、つま
り、送り速度(mm/rev)、切削速度(m/min)の許容値（最
大値）の情報を取り込む。

【００９０】ステップＳ３５ このステップでは、早送り動作に待ちが発生しない範囲
で切削条件を補正する。

【００９１】具体的には、まず、加工径と切削速度から
スピンドル回転数を計算する（ステップＳ３の説明を参
照）。次いで、スピンドル回転立上げ時間から、所要の
スピンドル回転数に達するまでの時間を計算し、この時
間と早送り動作時間とを比較する。そして、おいて、早
送り動作時間を上回らない範囲で切削速度を上昇させる
（もちろん、自身の許容値（最大値）も上回らない範囲
内において）。

【００９２】ステップＳ３６ このステップでは、ステップＳ３５で得た切削条件の補
正値に基づいて、加工部位の工程別の切削時間を再計算
する。切削時間の計算方法は、すでにステップＳ３で説
明したので、ここではその説明は省略する。

【００９３】このステップにおける切削時間の再計算が
終了すると、ステップＳ３２に戻り、すべての組合せに
対して当該計算が終了するまでステップＳ３３からステ
ップＳ３６の処理を繰り返す。

【００９４】そして、すべての組合せに対して切削時間
の再計算が終了すると、ステップＳ３７に進む。ステッ
プＳ３７以降の処理は、得られた切削時間の再計算値に
基づいて、ステーションへの割当てを行うものであっ
て、ステップＳ４４が追加されている点を除いて、図２
のメインフローチャートのステップＳ８からステップＳ
１４までの処理と全く同様である。よって、以下では、
簡単に説明するにとどめる。

【００９５】ステップＳ３７ このステップで、マシン台数最適化モジュール１６は、
前提条件ファイル２４から、ステーションに割り当てる
組合せ候補抽出用の前提条件を取り込む。前提条件に
は、許容値と三つの選択パターン（およびその適用順
序）とがある。

【００９６】ステップＳ３８ このステップでは、各組合せに対して、ステップＳ３６
で再計算された工程別切削時間の合計とステップＳ６で
得た非加工時間との総計を計算し、この総計がサイクル
タイムと許容値の間の範囲（許容範囲）内にあるものを
すべて割当て候補として抽出する。

【００９７】ステップＳ３９ このステップでは、ステップＳ９の処理結果として候補
が抽出されたかどうかを判断し、ＹＥＳであれば次のス
テップＳ４０に進むが、ＮＯであればステップＳ４３に
進む。

【００９８】ステップＳ４０ ステップＳ３９の判断結果としてＹＥＳであれば、次
に、ステップＳ３８で抽出された候補の個数が一つかど
うかを判断し、ＹＥＳであればただちに図２のメインフ
ローチャートにリターンするが、ＮＯであれば次のステ
ップＳ４１に進む。

【００９９】ステップＳ４１ このステップでは、複数の候補を含む候補群の中から、
三つの選択パターン（同一加工諸元の集まっているもの
優先、同一加工部位の集まっているもの優先、サイクル
タイムに近いもの優先）を使って一つの組合せを選ぶ。

【０１００】ステップＳ４２ このステップでは、ステップＳ４１の処理結果として一
つの組合せが選択できたかどうかを判断し、ＹＥＳであ
れば図２のメインフローチャートにリターンするが、Ｎ
ＯであればステップＳ４３に進む。

【０１０１】ステップＳ４３ このステップでは、ステップＳ３９の判断の結果として
ＮＯの場合（総計時間が許容範囲内にある候補が存在し
ない場合）、または、ステップＳ４２の判断の結果とし
てＮＯの場合（選択パターンによって一つの組合せを選
択できなかった場合）に、許容値（許容時間）を用いて
これに一番近い組合せを一つだけ選び出す。

【０１０２】ステップＳ４４ このステップでは、ステップＳ３５で補正された切削条
件を補正前の元の値に戻して、図２のメインフローチャ
ートにリターンする。切削条件を元に戻すのは、補正さ
れた切削条件によっては、結局、いわば正規の手順で最
適値を求めることができなかったからである。

【０１０３】ステップＳ３８、ステップＳ４１、または
ステップＳ４３で選択された一つの組合せは、図２のメ
インフローチャートのステップＳ１６で、最適値として
加工マシン（ステーション）に割り当てられる。

【０１０４】このように、マシン台数最適化モジュール
１６を設けて、切削条件を補正することにより工程設計
の内容を最適化する機能を持たせたので、どの程度の切
削条件補正で加工マシンを減らせるかを容易に判別でき
るようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施の形態に係る加工ラインの工
程設計自動化システムの構成を示すブロック図である。

【図２】 図１の工程設計自動化モジュールの動作内容
を示すフローチャートである。

【図３】 図１の非加工時間計算モジュールの動作内容
を示すフローチャートである。

【図４】 図１のマシン台数最適化モジュールの動作内
容を示すフローチャートである。

【図５】 上記フローチャートの説明に供する具体例を
示す図である。

【図６】 同具体例の次の展開を示す説明図である。

【図７】 同具体例のさらに次の展開を示す説明図であ
る。

【図８】 ワークを加工する際のスピンドルの動作経路
を示す説明図である。

【図９】 治具動作時間の説明に供する図である。

【図１０】 工程の組合せの説明に供する図である。

【図１１】 マシン台数最少化の説明に供する図であ
る。

【符号の説明】

１２…工程設計自動化モジュール（工程設計演算手
段）、１４…非加工時間計算モジュール（非加工時間算
出手段）、１６…マシン台数最適化モジュール（マシン
台数最適化手段）、２０…加工部位ファイル（加工部位
情報記憶手段）、２２…切削条件ファイル（切削条件記
憶手段）、２４…前提条件ファイル（前提条件記憶手
段）、２６…加工マシン性能ファイル（加工マシン性能
情報記憶手段）。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−92246（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−68448（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−105848（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−112346（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−157506（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−309546（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−116450（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−23950（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−334402（ＪＰ，Ａ)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 搬送装置に加工マシンを並設して投入し
   たワークを順次加工する加工ラインを自動的に設計する
   加工ラインの工程設計自動化システムであって、 加工部位に関する所要の情報を記憶する加工部位情報記
   憶手段と、 切削条件に関する所要の情報を記憶する切削条件記憶手
   段と、 対象工程の全組合せパターンの中から工程の組合せ候補
   を抽出し当該候補群の中から最適値を得るための所定の
   前提条件を記憶する前提条件記憶手段と、 所定の加工部位情報と切削条件とから各加工部位の工程
   別の切削時間を算出するとともに、同一加工諸元の工程
   が連続するように工程を並び替えて同一加工諸元の複数
   工程からなる各グループを構成し、さらに、各グループ
   内において、当該グループ内に含まれる複数工程のうち
   で最もＡＴＣ位置に加工部位が近い工程を各グループ内
   の先頭にするとともに、各グループ内において、隣接す
   る工程間の加工部位が近くなるように各グループ内の工
   程を並び替えることによって、対象工程の全組合せパタ
   ーンの中から工程の組合せ候補を抽出し、得られた工程
   別切削時間と前記前提条件とに基づいて、当該候補群の
   中から最適値を選択し、得られた最適組合せを順次加工
   マシンに割り当てる工程設計演算手段と、 を有することを特徴とする加工ラインの工程設計自動化
   システム。
2. 【請求項２】 前記前提条件は、サイクルタイムとの余
   裕時間を規定する許容値と、組合せ候補群の中から一つ
   の組合せを選択する基準となる選択パターンとから成る
   ことを特徴とする請求項１記載の加工ラインの工程設計
   自動化システム。
3. 【請求項３】 前記選択パターンは、同一加工諸元の集
   まっているもの優先、同一加工部位の集まっているもの
   優先、およびサイクルタイムに近いもの優先という三つ
   の基準から成ることを特徴とする請求項２記載の加工ラ
   インの工程設計自動化システム。
4. 【請求項４】 前記三つの基準の間にはあらかじめ適用
   の優先順位が決められていることを特徴とする請求項３
   記載の加工ラインの工程設計自動化システム。
5. 【請求項５】 加工マシンの性能に関する所要の情報を
   記憶する加工マシン性能情報記憶手段と、 所定の加工部位情報と加工マシン性能情報とから、所定
   項目の非加工時間要素から成る非加工動作時間を算出す
   る非加工時間算出手段と、 をさらに有し、 前記工程設計演算手段は、対象工程の全組合せパターン
   の中から工程の組合せ候補を抽出する際に、前記工程別
   切削時間の合計に前記非加工動作時間を加算して得た総
   計時間に基づいて当該抽出処理を行うことを特徴とする
   請求項１〜４のいずれか一に記載の加工ラインの工程設
   計自動化システム。
6. 【請求項６】 前記所定項目の非加工時間要素は、加工
   マシンの早送り動作時間、ＡＴＣ時間、および治具動作
   時間であることを特徴とする請求項５記載の加工ライン
   の工程設計自動化システム。
7. 【請求項７】 所定の加工マシン性能情報と加工部位情
   報と切削条件とに基づいて切削条件を補正し、各加工部
   位の工程別切削時間を再計算し、得られた工程別切削時
   間に基づいて加工マシン台数の最適化処理を行うマシン
   台数最適化手段をさらに有することを特徴とする請求項
   １〜６のいずれか一に記載の加工ラインの工程設計自動
   化システム。