JP4912582B2 - 生産情報管理装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば飲料・乳業工場のような飲料製造プラントに配備される複数の生産機器に対して製造指示を発行し、その生産実績の収集を行って、これらの運転データを管理するための生産情報管理装置に関する。
詳しくは、生産工程に沿って複数の機械装置を複数の部屋に亘り夫々分散配置し、これらの機械装置を複数種類の生産ロットに対応して個別に作動制御するための生産情報管理装置に関する。

従来、この種の生産情報管理装置として、充填工程、包装工程、搬送工程で用いられる機械装置に夫々ＰＬＣを接続し、工程別に自動化させているが、夫々専門のメーカが独自に自動化を進めていることもあって、一つの分散型制御システム（ＤＣＳ:Distributed Control System）で統合するには技術的にもコスト的にも大がかりになるため、一部大手メーカの工場を除き、受け入れから出荷までの全工程を単一の分散型制御システムで統合化しているケースは、ほとんどないのが現状であり、そこで、充填前の液体処理工程を制御・管理している分散型制御システムにハンディターミナルをサブシステムとして結合し、オンライン化されていない充填工程、包装工程、搬送工程の機械装置からデータを読み取って集計・管理用コンピュータに転送する機能及び当該転送後に次の巡回のための一連のパラメータが同コンピュータからハンディターミナルにダウンロードさせることにより、工程全体の管理をローコストに実現するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−３５８８７号公報（第２−４頁、図１−５）

しかし乍ら、このような従来の生産情報管理装置では、オペレータがハンディターミナルを持ち歩いて各機械装置と集計・管理用コンピュータとの間をデータ授受するのみで各機械装置は夫々のＰＬＣを介して工程別に自動化されるため、スムーズで確実なデータ転送が図れないと共に、これら各機械装置を上位パソコンシステムで作動制御させることはできなかった。
そこで、一部大手メーカの工場のように、生産工程に沿って配設した全ての機械装置を上位パソコンシステムで作動制御させることが考えられる。
しかし、この場合には、ネットワーク工事やその調整（立上げ）期間が必要で費用が高価になるばかりでなく調整期間が長くなるという問題があった。
更に、各機械装置が配備される生産現場から離れた場所に上位パソコンシステムが配置されるため、それに蓄積されたデータは該コンピュータの配置場所まで移動しなければ確認できず、生産現場でタイムリーに有効利用できないという問題もあった。

本発明のうち請求項１記載の発明は、飲料・乳業工場の生産工程に配置された機械装置に関し、上位パソコンシステムが無くても生産計画を立案できると共に、各機械装置のコントロールレシピを一括設定して、生産指示情報、制御情報に基づきスムーズに作動制御し、さらに、各機械装置のオペレータが自身の作業手順を把握しながら作業を行うことを目的としたものである。
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明の目的に加えて、立案された生産計画を生産現場にて各機械装置の運転状況を見ながら修正・変更することを目的としたものである。
請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の発明の目的に加えて、各機械装置への運転命令を生産現場で直接管理編集することを目的としたものである。
請求項４記載の発明は、請求項１、２または３に記載の発明の目的に加えて、各機械装置に赴く前にどの様なイベントが発生したかを確認することを目的としたものである。
請求項５記載の発明は、請求項１、２、３または４に記載の発明の目的に加えて、全ての機械装置の総合的なインターロックを可能にすることを目的としたものである。

前述した目的を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、飲料・乳業工場における生産工程（１）に沿って複数の機械装置（２）が複数の部屋に亘り夫々分散配置され、これらの機械装置（２）を複数種類の生産ロットに対応して個別に作動制御する生産情報管理装置において、前記生産工程（１）の各機械装置（２）に接続され、生産計画を立案すると共に、上記生産計画に基づき上記各機械装置（２）に対してコントロールレシピを一括設定する一台のＰＬＣ（３）と、上記ＰＬＣ（３）と接続され、ヒューマンマシンインターフェースとして各機械装置（２）の生産指示情報、制御情報を表示すると共に生産の進捗に合わせた各工程の操作ガイダンスを表示する機能と操作スイッチ機能とを有し、上記各機械装置（２）の近くに配置された複数の表示器（４）とを備え、 上記生産計画は、充填機毎に立案される、製造する製品別の、少なくとも製造順、製造量に関する計画であることを特徴とする。
上記「ＰＬＣ」とは、一般的にプログラマブルロジックコントローラ又はプログラマブルコントローラと呼ばれるシーケンシャルに制御するためのコントローラである。
また、上記「生産計画」とは、複数種類の生産品種に対応したマスターデータを元に、乳飲料の充填機毎における製造品種と、製造順序等を決定することである。
請求項２記載の発明は、前記ＰＬＣ（３）にて立案された生産計画を記録・蓄積し、この生産計画を、各機械装置の近くに配置した表示器（４）で参照・変更することを特徴とする。
請求項３記載の発明は、前記ＰＬＣに複数種類の生産品種に対応したマスターデータを保有させ、各機械装置の近くに配置した表示器にて変更管理を行うことを特徴とする。
請求項４記載の発明は、前記生産工程の全ての機械装置からイベント発生情報を収集・記録・蓄積して、各機械装置の近くに配置した表示器に表示することを特徴とする。
ここで、上記機械装置のいずれかにイベントが発生した場合には、このイベント内容を各表示器に表示して、その近くのオペレータのみにアナウンスするだけでなく、それと別個に何処からでも見える場所に設けた外部表示器に表示して、不特定多数のオペレータにアナウンスしても良い。
請求項５記載の発明は、前記各機械装置への運転信号をＰＬＣで中継・配信して、各機械装置間の情報を共有することを特徴とする。

請求項１記載の発明にあっては、飲料・乳業工場における生産工程（１）に沿って複数の機械装置（２）が複数の部屋に亘り夫々分散配置され、これらの機械装置（２）を複数種類の生産ロットに対応して個別に作動制御する生産情報管理装置において、前記生産工程（１）の各機械装置（２）に接続され、生産計画を立案すると共に上記各機械装置（２）に対してコントロールレシピを一括設定する一台のＰＬＣ（３）と、上記ＰＬＣ（３）と接続され、ヒューマンマシンインターフェースとして各機械装置（２）の生産指示情報、制御情報を表示すると共に生産の進捗に合わせた各工程の操作ガイダンスを表示する機能と操作スイッチ機能とを有する表示器（４）とを備えていることから、上位パソコンシステムが無くても生産計画を立案することができ、かつ、生産計画に基づき上記各機械装置（２）に対してコントロールレシピを一括設定し、生産指示情報、制御情報に基づいて上記複数の機械装置（２）をスムーズに作動制御することができる。
その結果、上位パソコンシステムで、生産計画を立案すると共に各工程の全ての機械装置を作動制御する従来のものに比べ、パソコン側の費用及びネットワーク工事費が不要となるから安価に済み、工事・立上げ期間はパソコン側部分との調整期間を短縮できると共に、構成機器が少ないので、リスクも低減でき、しかもパソコン側システムを前提としないので、システム立上げ時間も短縮される、という効果を奏する。

また、生産工程の全ての機械装置からデータを一括収集して一つのＰＬＣ（３）に記録・蓄積し、この一台のＰＬＣ（３）で加工処理した
内容を各機械装置の近くに配置した表示器に表示するほか、制御プログラムや表示器操作により判断、決定した結果を生産現場の表示器で参照可能になるので、作業支援・作業する上での必要な情報を生産現場で迅速に把握することができる。その結果、作業時間の短縮を図ることができる。
オペレータが各装置を巡回することなく、各装置の稼働状況の記録が行える（省力・省人化）上、データを蓄積しているので、過去のデータの確認ができ、トラブル時の状況確認を支援できる。また、生産実績の確認も可能となる。

さらに、上記表示器（４）により、各機械装置の近くに配置された表示器に、生産の進捗に合わせた各工程の操作ガイダンスを表示するので、オペレータが自身の作業手順を把握しながら作業を行うことができる。その結果、標準作業手順（ＳＯＰ）による作業や歩進条件の確認が行なえるだけでなく、表示されたガイダンスで操作した結果が直接各機械装置と連動するので、作業手順に間違いが発生しない、という効果を奏する。

請求項２の発明は、請求項１の発明の効果に加えて、ＰＬＣ（３）に生産計画を記録・蓄積し、この生産計画を、各機械装置の近くに配置した表示器で参照・変更するので、立案された生産計画を生産現場にて各機械装置の運転状況を見ながら修正・変更することができる。
その結果、上位パソコンシステムを必要とする従来のシステムに比べ、設定変更に関する柔軟性が高いと共に、同一画面で生産現場の状況も確認できるから設定ミスを軽減でき、しかもオペレータが巡回して各機械装置を設定し直す作業もなくなる。

請求項３の発明は、請求項１または２の発明の効果に加えて、ＰＬＣ（３）に複数種類の生産品種に対応したマスターデータを保有させ、各機械装置の近くに配置した表示器にて変更管理を行うので、各機械装置への運転命令を生産現場で直接管理編集することができる。
その結果、製造指示作成時もマスターデータをベースに容易に表示器で作成でき、類似のマスターデータを容易に作成できる。
また生産現場の各機械装置と直接接続されているので、確認も容易である。

請求項４の発明は、請求項１、２または３の発明の効果に加えて、生産工程の全ての機械装置からのイベント発生情報を収集して、各機械装置の近くに配置した表示器に表示するので、各機械装置に赴く前にどの様なイベントが発生したかを確認することができる。
その結果、各機械装置が複数の部屋に分散配備されている場合でも、その室内に設置されている全ての機械装置のイベント情報を、その場にいながら把握することができて、作業性を著しく向上できる。

請求項５の発明は、請求項１、２、３または４の発明の効果に加えて、各機械装置への運転信号をＰＬＣで中継・配信して、各機械装置間の情報を共有するので、全ての機械装置の総合的なインターロックを可能にすることができる。
その結果、各機械装置が生産可能状態になっていることを一括で確認でき、生産指示とのインターロック構築において、ターゲットとするシステムについての情報を各機械装置側へ早期提供できるだけでなく、各機械設備担当オペレータの打合せ期間及び調整も短縮できる。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
この実施例は、図１〜図５に示す如く、本発明の生産情報管理装置を例えば飲料・乳業工場のような飲料製造プラントの充填・包装工程に配備し、これらの生産工程１に沿って分散配置された複数の機械装置２を各工程のＰＬＣ３に接続し、このＰＬＣ３には、ヒューマンマシンインターフェースとして、例えばタッチパネルのようなプログラマブル表示器４を接続した場合を示すものである。

具体的には、複数の部屋に分かれた充填工程と包装工程とを連絡する生産工程１に沿って、充填機２ａの下流側に配置されたコンベア２ｂ、賞味期限や製造年月日などを印字する例えばインクジェットプリンターなどの印字装置２ｃ、日付検査装置２ｄ、金属検査装置２ｅ、重量検査装置２ｆ、ケーサー２ｇ、パレタイザ２ｈなどの機械装置２を夫々分散配置し、各部屋に上記ＰＬＣ３とリンクする表示器４を分散配置している。

更に、上記ＰＬＣ３には、表示器４以外に必要に応じて、他の充填・包装工程や別の生産工程などと接続させる場合に設置する管理用ＰＬＣ５と、例えば警報発生時にオペレータへ視覚的にアナウンスする例えば電光掲示板などの外部表示器６と、帳票用データを収集するための帳票用ＰＣ（パソコン）７に接続することが好ましい。

また、本発明の生産情報管理装置は、上述した各工程のＰＬＣ３と表示器４による構成を基本としており、必要に応じて充填前の液体処理工程（図示せず）を制御・管理している上位パソコン（ＰＣ）システム８とリンクさせることも可能である。

そして、上記ＰＬＣ３は、一般的にプログラマブルロジックコントローラ又はプログラマブルコントローラと呼ばれる、主にＦＡ、メカトロ機器をシーケンシャルに制御するコントローラであり、上述した充填機２ａ、コンベア２ｂ、印字装置２ｃ、日付検査装置２ｄ、金属検査装置２ｅ、重量検査装置２ｆ、ケーサー２ｇ、パレタイザ２ｈなどの機械装置２が異なるメーカのものであっても、これらと相互にデータの授受を可能にするためのソフトウェアを有している。
上記ＰＬＣ３の代表例としては、三菱電機（株）製のＭＥＬＳＥＣ（登録商標）シーケンサ（登録商標）やオムロン（株）のＳＹＳＭＡＣ（登録商標）シリーズなどがある。

このＰＬＣ３には、パソコンなどからの転送又は専用のコンソール（打ち込み機）で制御プログラム（シーケンスプログラム）が入力され、この制御プログラムに従って各機械装置２へ生産指示情報、制御情報を自動的に配信させる。

更に、上記ＰＬＣ３には、生産計画の立案及びこの生産計画が記録・蓄積されており、各機械装置２近くの表示器４で該生産計画を書き換え可能にしている。
上記表示器４に表示された生産計画の一例を図２に示す。
この生産計画の画面中において、上から２番目までの製造項目「01…」「02…」は製造終了しており、製造項目「03…」は現在製造中であり、製造項目「04…」以降は製造予定を示している。

更にまた、上記ＰＬＣ３には、マスターデータを保有させ、このマスターデータのメンテナンスはＰＣ上の管理ツールソフトからも可能である。
上記マスターデータには、該工程で生産する品種に関する情報を格納した製品マスターや、各機械装置２に設定するコントロールレシピ（品種によって一義的に決定される各装置への運転パラメータ）などが含まれる。

一方、上記表示器４は、各機械装置２の生産指示情報、制御情報を表示する機能と操作スイッチ機能とを有し、生産データの作成、生産指示の配信、生産状況の確認、実績確認などが行える。
この表示器４の動作フローチャートを図３に示す。
更に、上記表示器４に表示される画面の具体例を図４及び図５に示す。

次に、斯かる生産情報管理装置の作用効果について、従来技術と対比しながら説明する。
［対比Ａ］
乳業工場の充填以降の工程において、生産現場の情報はＰＬＣ経由にて上位パソコンに収集されることが一般的であり、収集されたデータは上位パソコンに蓄積され、帳票等に加工処理されて印刷・表示している。
しかし、生産現場にて充填以降の工程の記録を参照することは上位パソコンやそのクライアントが生産現場になければ、把握することができなかった。ゆえに該工程のオペレータが必要に応じて過去のデータを元に意思決定を行う等、生産現場固有の臨機応変な対応が困難であった。
また、過去の運転結果から当日の運転において工夫することも、その都度、オペレータが上位パソコンまで足を運ぶか、帳票などを見ないと判断することができなかった。

これに対し、本発明の生産情報管理装置では、生産工程１の全ての機械装置２からデータを一括収集してＰＬＣ３に記録・蓄積し、これに基づいたデータ処理をＰＬＣ３で行い、このＰＬＣ３で加工処理したデータを、各機械装置２近くの表示器４に表示するため、表示器４にて過去の充填以降の工程の生産実績を参照することができ、オペレータが必要に応じた意思決定を行うための情報を容易に入手することができる。
中小規模の飲料・乳業メーカにおける既存工場では、充填以降の工程をオペレータが巡回してデータを記録することが多いが、本発明の生産情報管理装置はＰＬＣ３に統合されるので、面倒な巡回データ収集作業を行なう必要はない。

［対比Ｂ］
飲料製造工程の稼働率情報の表示は、ＰＬＣ３と表示器４にて対応が可能となるので、機械稼動率等の重要な情報を日常操作にて用いている表示器４にて参照できる。また、表示器４がクライアント的存在となるので、工程毎にオペレータは表示器４より情報を入手し、活用することができる。

日配物製品においては、製造品目や生産数量の変更が多く、また需要予測等の精度にもよるが、先行手配品目等により、見込にて生産計画を立案している。従って、当日の製造品目や生産数量の再設定行為は比較的多い。

これに対し、本発明の生産情報管理装置では、ＰＬＣ３にて立案される生産計画を記録・蓄積し、この生産計画を、各機械装置２近くの表示器４で書き換え可能にしたため、表示器４にて生産数量の変更や製造品目の変更が生産現場にて迅速に行える。
上記生産計画は、例えば製造指図日時、製品名、製造量、サージ取出タンクＩＤ、装置指図コード、処理液（ベースコード）等が含まれる製造品目、製造順番から構成される。

また、１台のＰＬＣ３と表示器４にて設定された内容は他の機械装置２の設定にも反映させることができるので、オペレータはどこの生産現場にいても、設定の変更が行え、なおかつその内容は速やかに工程に反映されるので、重複設定を防げるだけでなく、時間的制約による変更の不可避の結果（設定変更可能かどうか）も把握できる。

［対比Ｃ］
生産現場では、各機械装置２を巡回しながら、上位パソコンから出力された品種毎の設定表に従って設定を手入力しており、またコントロールレシピの変更は上位パソコンでなければ行なえないので、生産現場とリンクされていない場合、コントロールレシピの変更を正しく生産現場に反映させるには、上位パソコンと生産現場間にネットワークを設置する必要があった。

これに対し、本発明の生産情報管理装置では、ＰＬＣ３に複数種類の生産品種に対応した各機械装置２へのコントロールレシピを保有させ、各機械装置２近くの表示器４にて変更管理を行うため、表示器４にてコントロールレシピの追加、編集、削除ができ、なおかつ直接生産現場の各機械装置２と接続されているので、確認も容易である。
上位パソコンが存在する場合でも、ＰＬＣ３が保有するコントロールレシピのマスタ構造が明確になっているので、どこのパソコンメーカでも、ＰＬＣ３に設定できる機能があれば、パソコン側は表形式等にて簡単に作成でき、従来のように装置毎のインターフェースの仕組みまで留意する必要はない。

［対比Ｄ］
乳業・飲料業界では、充填機２ａが隔離された充填室内に設置され、包装室内に印字装置２ｃと日付検査装置２ｄ、金属検査装置２ｅ、重量検査装置２ｆなどの検査装置やケーサー２ｇ、パレタイザ２ｈなどの積載装置が設置されることが多い。
この充填室に入るには無塵着を着用しエアシャワーを浴びる等が必要で、室内に入るまでに時間を要し、それ以外の機械装置２までの距離も離れている場合もあって、容易に行き来できない場合もある。

これに対し、本発明の生産情報管理装置では、生産工程１の各機械装置２からの例えば警報などのイベント発生情報をＰＬＣ３に一括収集・記録・蓄積して、各機械装置２近くの表示器４及び外部表示器６に表示するため、生産情報の表示、稼働状況、進捗状況の把握が表示器４にて集中管理でき、対応に赴く行き先を確認できる。

［対比Ｅ］
乳業・飲料業界では、製造品種・品目毎の作業手順は各々の工場で定まっているものの、その設備構成は工場毎異なっている場合がある。結果、紙による作業手順書が工程毎に存在し、必要に応じて所定の場所から参照し用いている。
更に進んだ工場では、標準作業手順（ＳＯＰ）が上位パソコンにて管理されている例があり、生産現場に別置きのＳＯＰ表示用パソコンを設置して、オペレータの作業を支援している。この場合でも、実際の工程操作とは全て連動していないため、操作の妥当性を判断するのは人であった。

これに対し、本発明の生産情報管理装置では、各機械装置２近くの表示器４に生産の進捗に合わせた生産工程１の性質に従った操作支援・ガイダンスをオペレータに向けて手順を表示するため、オペレータがこれからどんな作業をすべきなのか、若しくは今なんの作業を行なっているか、把握しながら作業できる。
その具体的な事例として、生産現場における製品の品質検査の手順を表示器４に画面表示する場合がある。この検査作業は製品の品質を保証する上で非常に重要なものであるが、本発明の生産情報管理装置によれば、検査項目と作業手順とが作業場の表示器４に明示されるため、これをひとつひとつ確認しながら間違いなく検査作業を進めることができる。
更に、検査結果を表示器４から画面入力することにより、該製品の品質に問題がないかどうかの判断をＰＬＣ３に機械的に行わせる仕組みが構築できる上、全ての検査が完了し品質が確認されるまでは、各機械装置２を連続運転できなくするなどのインターロックも容易に実現できる。

［対比Ｆ］
飲料・乳業工場では、品種毎に貯液タンクや包材を切り替える必要があるが、本発明の生産情報管理装置では、総合的なインターロックを行えるから、充填前の液体処理工程のタンクから製品を取り出し充填する際、製造指図（品種・タンク番号・内容物・包材）と実際に繋がっているタンクとその内容物及び包材を照合し、全て合致していなければ充填できない仕組みを確立できる。

牛乳製造工場の充填以降の包装工程では、多品種少量生産が一般的であり、品種切り替えの頻度が非常に高い。一方、各装置への運転パラメータの設定は人手で行なうことが多く、その後、各機械装置の設定が正確かどうかの確認も同一のオペレータによって行われることが殆どである。この作業には多くの時間を要するばかりでなく、ヒューマンエラーを完全に防止する事は事実上不可能である。

これに対し、本発明の生産情報管理装置では、ＰＬＣ３が各機械装置２へのコントロールレシピや制御信号を配信するだけでなく、各機械装置２の設定あるいは運転状態を表す情報を入力し、これを各機械装置２間で共有することにより、総合的なインターロックが行える。また、これらの情報を生産現場の表示器４でも参照することができ、各機械装置２が全て正しい設定で生産可能状態になっていることを一括で確認できる。
更にこの機能は、充填工程で使用する貯液タンクも対象範囲に含まれるので、タンクの誤使用も防止できる。

尚、前示実施例では、本発明の生産情報管理装置を例えば飲料・乳業工場のような飲料製造プラントの充填・包装工程に配備した場合を示したが、これに限定されず、飲料製造プラントの充填・包装工程以外の生産工程に配備しても良い。
この場合も、上述した作用効果と同様な作用効果が得られる。

本発明の一実施例を示す生産システムの概略図である。 生産計画の一例を示す説明図である。 表示器の動作フローチャートである。 表示器の表示画面の一例を示す図である。 表示器の表示画面の他の例を示す図である。

１ 生産工程 ２ 機械装置
２ａ 充填機 ２ｂ コンベア
２ｃ 印字装置 ２ｄ 日付検査装置
２ｅ 金属検査装置 ２ｆ 重量検査装置
２ｇ ケーサー ２ｈ パレタイザ
３ ＰＬＣ ４ プログラマブル表示器
５ 管理用ＰＬＣ ６ 外部表示器
７ 帳票用ＰＣ ８ 上位パソコンシステム

Claims (5)

1. 飲料・乳業工場における生産工程（１）に沿って複数の機械装置（２）が複数の部屋に亘り夫々分散配置され、これらの機械装置（２）を複数種類の生産ロットに対応して個別に作動制御する生産情報管理装置において、
   前記生産工程（１）の各機械装置（２）に接続され、生産計画を立案すると共に、上記生産計画に基づき上記各機械装置（２）に対してコントロールレシピを一括設定する一台のＰＬＣ（３）と、
   上記ＰＬＣ（３）と接続され、ヒューマンマシンインターフェースとして各機械装置（２）の生産指示情報、制御情報を表示すると共に、生産の進捗に合わせた各工程の操作ガイダンスを表示する機能と操作スイッチ機能とを有し、上記各機械装置（２）の近くに配置された複数の表示器（４）とを備え、
   上記生産計画は、充填機毎に立案される、製造する製品別の、少なくとも製造順、製造量に関する計画であることを特徴とする生産情報管理装置。
2. 前記ＰＬＣ（３）にて立案された生産計画を記録・蓄積し、この生産計画を、各機械装置（２）の近くに配置した表示器（４）で参照・変更することを特徴とする請求項１記載の生産情報管理装置。
3. 前記ＰＬＣ（３）に複数種類の生産品種に対応したマスターデータを保有させ、各機械装置（２）の近くに配置した表示器（４）にて変更管理を行うことを特徴とする請求項１または２記載の生産情報管理装置。
4. 前記生産工程（１）の全ての機械装置（２）からイベント発生情報を収集・記録・蓄積して、各機械装置（２）の近くに配置した表示器（４）に表示することを特徴とする請求項１、２、または３記載の生産情報管理装置。
5. 前記各機械装置（２）への運転信号をＰＬＣ（３）で中継・配信して、各機械装置（２）間の情報を共有することを特徴とする請求項１、２、３または４記載の生産情報管理装置。

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