JP3744661B2

JP3744661B2 - Ｎｃ工作機械の故障診断方法及び装置

Info

Publication number: JP3744661B2
Application number: JP30373197A
Authority: JP
Inventors: 雅彦覚本
Original assignee: Nakamura Tome Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Nakamura Tome Precision Industry Co Ltd
Priority date: 1997-10-17
Filing date: 1997-10-17
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2017-10-17
Also published as: JPH11119815A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＮＣ工作機械の故障を診断する方法及び装置に関するもので、特にコンピュータを備えたＮＣ工作機械（ＣＮＣ工作機械）の機械系及び制御系に生じた故障を、コンピュータを用いて診断する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高度に自動化されたＣＮＣ工作機械は、自動工具交換装置を初めとして、ローダやアンローダ、ワークの位置や寸法の検出装置など、多くの付属装置を備えており、これらの付属装置を含む工作機械全体を統合的に制御するため、及びオペレータの誤操作や装置に生じた軽微な故障が重大事故に繋がることがないようにするために、インターロックを含む複雑で大規模な制御システムを備えている。そのため、オペレータがスイッチ類を操作したときに対応する動作が起こらなかったり、運転中の機械が停止したときなどに、オペレータが独自でその原因を見出すことが非常に困難になってきている。
【０００３】
このような場合、工作機械のユーザは、メーカに電話をかけ、機械の状態を告げてどのように対処したらよいかを問い合わせる。メーカの技術者は故障の原因を探るために、オペレータに特定のスイッチ類の操作等を依頼し、そのときの機械の動作や操作盤に設けられているディスプレイの表示内容を連絡してもらう。これらのデータによってメーカの技術者は故障箇所を予測し、軽微な故障であれば復旧させるために必要な操作手順を連絡する。故障原因を特定することができなかったり、復旧操作を行っても機械が復旧しないときは、メーカの技術者はユーザに機械状態についての追加情報を求め、それに基づく故障原因の追及作業を繰り返す。
【０００４】
このようなユーザとメーカ間の電話でのやりとりによる故障診断では、故障が起こったときの機械内部の、たとえばリミットスイッチのオンオフ状態やリレーのオンオフ状態が直接検出できないため、スイッチ類を種々操作してみることによってそれらの状態を予測し、それに基いて故障原因を予測することになるので、診断作業に時間がかかるうえ、正確な診断結果を得ることも困難であり、そのために機械の復旧に時間がかかる。
【０００５】
故障発生時におけるこのような問題を軽減するため、工作機械に設けられているコンピュータに故障診断プログラムを内蔵し、それによってオペレータやメーカの技術者によるコンピュータ診断作業を補佐するようにした工作機械が提供されている。この種の故障診断プログラムは、工作機械が停止したり所望の動作を行わないとき、オペレータがキーボードやタッチパネルの操作でその原因を問い合わせることによって動作し、機械の状態を自己診断して、故障の原因をディスプレイに表示するというものである。
【０００６】
さらに近時のコンピュータ間の通信手段の発達により、各種の故障診断プログラムをメーカのホストコンピュータに待機させておき、故障が起こったときに工作機械側のコンピュータが通信回線を使ってメーカのホストコンピュータにアクセスして、故障診断プログラムをダウンロードし、それによって工作機械自身が故障の診断をするというシステムも提供されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、ユーザとメーカの技術者とが電話で故障状態を連絡しながら故障診断を行うという方法は、煩雑で時間がかかり、短時間で正確に故障原因を判定することは困難である。さらに夜間運転中に故障が起きたときなど、現場にオペレータが居なかったり、メーカに技術者が居なかったりして、故障診断ができないということが起こる。
【０００８】
一方各工作機械のコンピュータに故障診断プログラムを内蔵するという方法は、比較的頻繁に生ずる単純な原因の故障の診断には有効であるが、複雑な原因で生ずる故障についても自己診断可能にしようとすると、故障診断プログラムが膨大になり、装置が非常に高価になる。通信回線を通じて故障診断プログラムをメーカのホストコンピュータから工作機械のコンピュータにダウンロードする方法においても、工作機械側のコンピュータの処理能力やメモリの制限によって、故障診断プログラムの大きさが制限され、高度の診断を行うことは不可能である。
【０００９】
この発明は、工作機械に搭載するコンピュータを含む制御装置のコストを上昇させることがなく、かつ適時的確に高度な故障診断を行うことが可能な、工作機械の故障診断方法及び装置を提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明のＮＣ工作機械の故障診断方法は、ＣＮＣ工作機械２５と、故障診断手段を備えたホストコンピュータ６とを、通信回線を介して接続可能に設置し、オペレータの特定の操作または警報装置の動作信号により工作機械側の回線接続装置２を起動してホストコンピュータ６に接続し、ホストコンピュータ６の応答を待って工作機械及びその付属装置に設けられているスイッチ、センサ及びリレーのオンオフ状態を含む状態データをホストコンピュータ６に送信し、ホストコンピュータ６は受信した状態データと自己が保有する上記故障診断手段により故障原因を抽出し、抽出した故障原因に対応するメッセージないし故障回復プログラムを工作機械側に送信する故障診断方法を前提としている。
【００１１】
本願の請求項１記載の発明は、上記前提事項を備えたＮＣ工作機械の故障診断方法において、ホストコンピュータの故障診断手段を、診断対象となるＣＮＣ工作機械２５の制御系の論理モデルと、ＣＮＣ工作機械から受信した状態データに基いて論理モデルの各要素の状態を設定して故障モデルを生成する状態設定手段１５と、故障モデルの動作シミュレーションにより故障箇所を抽出する故障箇所抽出手段１６と、抽出された故障箇所から送信するべきメッセージないし回復プログラムを選択する回復処理選択手段１８とで構成することを特徴とするものである。
【００１２】
また本願の請求項２記載の発明は、上記前提事項を備えたＮＣ工作機械の故障診断方法において、ホストコンピュータの故障診断手段を、ＣＮＣ工作機械から受信した動作履歴データに基いて論理モデルの各要素の状態を設定して故障モデルを生成する状態設定手段１５と、生成した故障モデルの各要素の状態と工作機械から受信した状態データの各要素の状態との比較により故障箇所を抽出する故障箇所抽出手段１６と、抽出された故障箇所から送信するべきメッセージないし回復プログラムを選択する回復処理選択手段１８とで構成することを特徴とするものである。
【００１４】
本願の請求項３記載のＮＣ工作機械の故障診断装置は、回線接続装置７と、回線接続装置を動作させる通信制御手段２１と、工作機械からのアクセスによって起動される故障診断手段１５、１６、１８と、回線接続装置を介して受信した状態データを記憶するデータ記憶領域１３と、特定の工作機械の制御系に対応する論理モデルを記憶した論理モデル記憶領域１４と、複数のメッセージないし回復プログラムを記憶した知識ベース１７と、選択されたメッセージや回復プログラムを送信するデータ送信手段１９と、回線接続装置７を制御する通信制御手段２１とを備えていることを特徴とするものである。
【００１５】
【作用】
工作機械の付属装置の制御及び付属装置との関連における工作機械の制御は、シーケンス制御によって行われている部分が大部分である。シーケンス制御系の論理モデルとしては、例えばペトリネットモデルを挙げることができる。ペトリネットモデルは、シーケンス制御系を構成する接点やリレーのオンオフ状態がどのような条件によって遷移するかを各要素毎に記述し、これらの要素間の繋がり方を記述することにより、シーケンス制御系と等価な論理モデルを得るものである。現実の工作機械には、オペレータのスイッチ操作、２つの電気要素間の機械的な関係や機械的なインターロックなど、シーケンス制御系の設計図には表れない要素も含まれるので、これらの要素を加味した制御系に対応するペトリネットモデルを作成することにより、現実に則した論理モデルを得ることができる。この論理モデルを用いて、工作機械の動作をシミュレートすることができ、また故障状態や正常状態における各要素の状態をチェックできるので、それを利用して故障箇所の抽出を行うことができる。
【００１６】
ＣＮＣ工作機械２５とホストコンピュータ６とを接続する通信手段として、インターネットが利用可能である。インターネットを利用することにより、広くかつ安価にこの発明の故障診断方法を実施できる。この発明の方法によれば、工作機械とホストコンピュータとの間で送受信されるデータは、工作機械側から送られる状態データないし動作履歴データとホストコンピュータ側から送られる選択されたメッセージないし故障回復プログラムであるから、送受信されるデータのデータ量が小さく、従って通信回線や工作機械側のコンピュータの負担を小さくできる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下図１及び図３に示す実施形態に基いて説明する。工作機械側のコンピュータ１は、モデム２を備えており、このモデムは公衆回線３及び任意のプロバイダ４を介してインターネット５に接続されている。工作機械のメーカに設置したホストコンピュータ６は回線接続装置７を備え、この回線接続装置も公衆回線３及び任意のプロバイダ４を介してインターネット５に接続されている。
【００１８】
工作機械のコンピュータ１は、データ記憶領域８を備え、データ記憶領域８には、ＮＣの座標データ、アラーム状態データ、アラーム履歴データ、操作履歴データ及び工作機械本体とその付属装置とに設けられた多数のスイッチ、センサ、リレーなどの機器のオンオフ状態などのデータが状態データないし動作履歴データとして記憶される。さらに工作機械のコンピュータ１は、モデム２を制御する通信制御手段９、コンピュータに記憶されたデータのうちの予め定められたものを送信するデータ送信手段１１、及びモデムを介して受信した処理内容データを実行する回復処理実行手段１２を備えている。通信制御手段９、データ送信手段１１及び回復処理実行手段１２は、プログラムである。
【００１９】
一方ホストコンピュータ６は、工作機械側から送られてくる状態データないし動作履歴データを記憶するデータ記憶領域１３と、診断対象となる工作機械の制御系の論理モデルを記憶した論理モデル記憶領域１４と、論理モデル記憶領域に記憶されている工作機械の制御系に対応する論理モデルを選択してその状態を状態データ記憶領域に記憶された状態データないし動作履歴データに基いて設定ないし動作させて故障モデルを生成する状態設定手段１５と、故障モデル、論理モデル、受信した故障機械の各要素の状態などのデータから故障箇所を抽出する故障箇所抽出手段１６と、各工作機械の制御系ごとの各故障箇所に対応するメッセージ及び自動復旧可能な故障についての回復プログラムを記憶した知識ベース１７と、知識ベースから故障原因に対応したメッセージ（回復プログラムを含む）を選択する回復処理選択手段１８と、選択されたメッセージや回復プログラムから処理内容データを作成し、送信するデータ送信手段１９と、回線接続装置７を制御する通信制御手段２１とを備えている。状態設定手段１５、故障箇所抽出手段１６、回復処理選択手段１８、データ送信手段１９及び通信制御手段２１は、プログラムである。
【００２０】
論理モデル記憶領域１４には、診断対象となる工作機械のシーケンス制御系の論理モデルが記憶されている。論理モデルとしてペトリネットを採用した場合には、行列演算によりシステムの挙動を調べることができる。
【００２１】
ペトリネットは、プレイスとトランシジョンの２種類のノードと有向枝を持つグラフであり、プレイスはトークンを持つことができる。工作機械等のシステムを表現する場合には、プレイスは、スイッチやセンサ等の各構成要素、作業者による操作及びインターロックの条件を表し、トランシジョンは、システムの各処理や各遷移を表し、トークンはプレイスの状態（オン・オフなど）を表す。トランシジョンは、そのトランシジョンに入力する方向に枝が接続するプレイス（入力プレイス）の全てがトークンを持つ場合に初めて処理や遷移を開始（発火）する。また、トランシジョンの発火後には、入力プレイスのトークンは消滅し、そのトランシジョンから出力する方向に枝が接続するプレイス（出力プレイス）に新たにトークンが生じる。ペトリネットによりシステムを表現して、これを行列により記述してシステムの数学的な論理モデルを得た後には、各プレイスのオン・オフの設定から、システムの挙動をコンピュータによりシミュレートすることが可能になる。
【００２２】
工作機械２２が故障のために停止してアラーム装置が動作するか、あるいはオペレータが工作機械に所望の動作をさせようとしてそのスイッチを操作したにも係わらず動作しなかったときは、そのアラーム装置の起動により、あるいはオペレータが特定のスイッチを操作することにより、通信制御手段９を起動し、工作機械のコンピュータ１をホストコンピュータ６に接続する。そしてホストコンピュータ６からの応答を受けた後、工作機械側のコンピュータ１のデータ記憶領域８に記憶されている状態データをホストコンピュータ６側に送信する。この状態データには、工作機械側のシーケンス制御系を構成する各要素のオンオフ状態、操作履歴データ、アラーム動作データ等が含まれる。ホストコンピュータ６は受信した状態データをデータ記憶領域１３に記憶する。
【００２３】
ホストコンピュータ６の状態設定手段１５および故障箇所抽出手段１６は、論理モデル記憶領域１４に記憶されている論理モデルの中から、診断要求のあったユーザの使用している工作機械の制御系に該当する論理モデルを選択し、選択された論理モデルの各要素の状態をデータ記憶領域に記憶した状態データに基いて設定して故障モデルを生成し、特定のスイッチ類をオンオフさせたときの故障モデルの動作をシミュレートしたり、動作履歴データに基づいて論理モデルを動作させてそのときの各要素の状態をデータ記憶領域に記憶された故障機械の各要素の状態と比較すること等により、故障原因を抽出する。
【００２４】
論理モデルにペトリネットを利用した場合、故障原因の抽出は故障モデルの未発火トランシジョンを特定することにより行われる。未発火のトランシジョンが発火条件が整っているにも係わらず未発火である場合には、そのトランシジョンが故障原因であり、システム内部に故障原因が存在することになる。一方、未発火トランシジョンの発火条件が整っていないことが未発火の原因であれば、未発火トランシジョンの入力プレイス側に故障原因があると考えられる。
【００２５】
故障原因が抽出されたら、回復処理選択手段１８は、故障に合ったメッセージ及び可能な場合にはその回復プログラムを知識ベース１７に記憶されているデータの中から選択する。選択されたメッセージ（プログラムを含む）は、データ送信手段１９により処理内容データに変換され、回線を通して工作機械側のコンピュータに送信される。
【００２６】
工作機械側のコンピュータでは、回復処理実行手段１２によりモデム２を介して受信した処理内容データに基づいて、メッセージを表示装置２３に表示したり、回復プログラムを実行することにより故障の回復を図る。
【００２７】
図４は上記のような処理を行う過程において、工作機械側の表示装置２３と、ホストコンピュータ側の表示装置２４とに表示されるメッセージの例を示したものである。オペレータが故障診断システムを呼び出すことにより、工作機械側の表示装置２３に遠隔故障診断システムというプログラム名が表示され、取消及び実行ボタンが表示される。そこで現象の入力画面が表示され、オペレータは例えば自動ドアが手動スイッチで動作しない等の故障の現象を入力して、完了ボタンを押す。これによりホストコンピュータとの交信が開始され、工作機械側の表示装置にはその旨のメッセージが表示される。工作機械側から故障診断システムの起動指令を受けたホストコンピュータは、ユーザ名や機械名を表示装置２４に表示して、システム起動及び交信中である旨のメッセージを表示する。次に故障原因解析中である旨のメッセージを表示し、故障原因が抽出されたら、診断結果送信中である旨を表示する。この状態でホストコンピュータは診断結果のデータを工作機械側のコンピュータに送信し、工作機械側の表示装置には、ホストコンピュータから送られたメッセージ例えば自動ドア用エアソレノイドバルブの不良です、というような故障原因の診断結果が表示される。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の故障診断方法及び装置によれば、次のような効果を得ることができる。
・通信回線により必要な情報を一度に全て抽出することができるので、情報の交換に費やす時間が短い。
・専門的な経験や知識を持った技術者の常駐が不要である。
・故障診断システムがホストコンピュータ側にあるので、機械本体のコストを低減すると共に、最新のシステムにより故障診断をすることが可能になる。
・診断作業が自動化されるので、迅速な対応が可能である。
・ホストコンピュータの稼働時間内であれば故障診断が可能であり、夜間等でも故障診断サービスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】故障診断装置を示す模式図
【図２】ＣＮＣ工作機械を示す模式図
【図３】ホストコンピュータを示す模式図
【図４】表示装置の表示内容例を示す図
【符号の説明】
２回線接続装置
６ホストコンピュータ
７回線接続装置
８データ記憶領域
９通信制御手段
13 データ記憶領域
14 論理モデル記憶領域
15 状態設定手段
16 故障箇所抽出手段
17 知識ベース
18 回復処理選択手段
19 データ送信手段
21 通信制御手段
25 ＣＮＣ工作機械

Claims

ＣＮＣ工作機械(25)と、故障診断手段を備えたホストコンピュータ(6)とを、通信回線を介して接続可能に設置し、オペレータの特定の操作または警報装置の動作信号により工作機械側の回線接続装置(2)を起動してホストコンピュータ(6)に接続し、ホストコンピュータ(6)の応答を待って工作機械及びその付属装置に設けられているスイッチ、センサ及びリレーのオンオフ状態を含む状態データをホストコンピュータ(6)に送信し、ホストコンピュータ(6)は受信した状態データと自己が保有する上記故障診断手段により故障原因を抽出し、抽出した故障原因に対応するメッセージないし故障回復プログラムを工作機械側に送信するＮＣ工作機械の故障診断方法において、
上記故障診断手段を、診断対象となるＣＮＣ工作機械 (25) の制御系の論理モデルと、ＣＮＣ工作機械から受信した状態データに基いて論理モデルの各要素の状態を設定して故障モデルを生成する状態設定手段 (15) と、故障モデルの動作シミュレーションにより故障箇所を抽出する故障箇所抽出手段 (16) と、抽出された故障箇所から送信するべきメッセージないし回復プログラムを選択する回復処理選択手段 (18) とで構成したことを特徴とする、ＮＣ工作機械の故障診断方法。
ＣＮＣ工作機械 (25) と、故障診断手段を備えたホストコンピュータ (6) とを、通信回線を介して接続可能に設置し、オペレータの特定の操作または警報装置の動作信号により工作機械側の回線接続装置 (2) を起動してホストコンピュータ (6) に接続し、ホストコンピュータ (6) の応答を待って工作機械及びその付属装置に設けられているスイッチ、センサ及びリレーのオンオフ状態を含む状態データをホストコンピュータ (6) に送信し、ホストコンピュータ (6) は受信した状態データと自己が保有する上記故障診断手段により故障原因を抽出し、抽出した故障原因に対応するメッセージないし故障回復プログラムを工作機械側に送信するＮＣ工作機械の故障診断方法において、
上記故障診断手段を、診断対象となるＣＮＣ工作機械(25)の制御系の論理モデルと、ＣＮＣ工作機械から受信した動作履歴データに基いて論理モデルを動作させて故障モデルを生成する状態設定手段(15)と、生成した故障モデルの各要素の状態と工作機械から受信した状態データの各要素の状態との比較により故障箇所を抽出する故障箇所抽出手段(16)と、抽出された故障箇所から送信するべきメッセージないし回復プログラムを選択する回復処理選択手段(18)とで構成することを特徴とする、ＮＣ工作機械の故障診断方法。
回線接続装置(7)と、回線接続装置を動作させる通信制御手段(21)と、工作機械からのアクセスによって起動される故障診断手段(15,16,18)と、回線接続装置を介して受信した状態データないし動作履歴データを記憶するデータ記憶領域(13)と、特定の工作機械の制御系に対応する論理モデルを記憶した論理モデル記憶領域(14)と、複数のメッセージないし回復プログラムを記憶した知識ベース(17)と、選択されたメッセージや回復プログラムを送信するデータ送信手段(19)と、回線接続装置(7)を制御する通信制御手段(21)を備えていることを特徴とする、ＮＣ工作機械の故障診断装置。