JP6179198B2 - プランニング用データ生成装置、プランニング用データ生成方法及びプランニング用データ生成プログラム - Google Patents

Description

本発明は生産システムの制御に用いられるシーケンスの生成に利用されるプランニング用データを生成するプランニング用データ生成装置、プランニング用データ生成方法及びプランニング用データ生成プログラムに関する。

従来から、製品の生産や加工に産業用ロボット等の生産システムが使用されている。生産システムは、複数のロボットの組み合わせで構成され、各ロボットが予め定められる手順で処理（組み立て、加工等）を実行し、製品を生産する。

具体的には、生産システムは、同一の工程を同一手順で実行することで、同一の製品を複数個生産することが可能である。生産システムを使用して製品を複数個生産する場合、最適な処理の順序で各ロボットを制御（シーケンス制御）することで、生産効率を向上することができる。したがって、生産システムの各ロボットを制御する際には、効率の良い順序（シーケンス）で制御することが望まれている。

現在、このようなシーケンス制御で利用されるシーケンスを生成するのに利用することが可能な汎用プランニングソフトウェアが開発されている（例えば、ＰＯＰＦ Ａ.Ｊ. Ｃｏｌｅｓ（非特許文献１参照））。

シーケンスの生成に汎用プランニングソフトウェアを用いる場合、まず、生産システムと生産システムの状態を表す「モデル」を生成し（ステップ１）、次に、汎用プランニングソフトウェアを使用してモデルから、「プラン」を作成し、（ステップ２）、その後、作成されたプランを利用して「シーケンス」を生成する（ステップ３）。すなわち、汎用プランニングソフトウェアは、ステップ２の「プラン」を作成するために利用される。

ここで「シーケンス」とは、装置が行う動作の順序を定めたものである。「プラン」とは生産システムのある状態を表す「開始ステータス」と、目標とする生産システムの状態の一部を決定したものである「終了ステータス」と、動作の集合が与えられた時に、開始ステータスから終了ステータスを満たす状態へ変化させるために必要な動作とその順序を定めたものである。また、非特許文献１のような汎用プランニングソフトウェアで得られた解のことを指す場合もある。同じ動作の列であっても、装置を動かす場合に用いる場合は「シーケンス」であり、ある開始ステータスから終了ステータスを満たす状態までの動作列を求めている場合に得られた場合は「プラン」と呼ばれる。

ここで、効率的なシーケンスを生成するためにはステップ２において優れたプランを作成する必要がある。また、優れたプランを作成するためには、ステップ１において優れたモデルを生成し、適切な開始ステータスと終了ステータスを設定する必要がある。ステップ１でモデルを生成する際に、優れたモデルを生成し、適切な開始ステータスと終了ステータスを設定できれば、ステップ２の汎用プランニングソフトウェアを利用したプランの計画を、容易かつ短時間に実行することが可能となる。

特開２００８−２９９８４１号公報 特開２００５−２８５１２６号公報

インターネット2013年5月17日検索（URL: http://www.inf.kcl.ac.uk/staff/andrew/popf.html）

従来の方法では、生産システムに新たな材料（ワーク）が投入された状態を開始ステータスとし、全ての製品の生産が完了したことを終了ステータスとしてプランを生成している。したがって、新たなワークが投入される度に、新たにシーケンスを生成し直す必要がある。また、従来の方法では、投入されたワーク数が多い程、作成するプランが長くなる。そのため、投入されるワークの数が多い程、プランの作成が困難になり、生成時間が長くなる。

上記課題に鑑み、プランの作成に利用する汎用プランニングソフトウェアで容易に処理可能なデータ（プランニング用データ）を生成することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、異なる複数の工程の処理を所定の順序で実行し、処理する順序が予め定められたワークの処理を実行する生産システムの構成を入力する第１入力部と、当該生産システムにおいて複数のワークの処理を実行する際、当該生産システムで同時に複数の工程の処理を実行して複数のワークを処理する一連の手順のうち、繰り返し実行される処理手順の開始の条件を特定する開始ステータスを入力する第２入力部と、前記第２入力部が入力した開始ステータスの各ワークの工程を前の順序のワークの工程として終了ステータスを生成し、入力した開始ステータス及び生成した終了ステータスをプランニング用データとする生成部とを備えることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、第１入力部は、生産システムの構成として、少なくともワークの処理に必要な機器の種別と、当該機器を使用して処理を実行する時間と、当該機器が複数存在する場合、複数の機器を使用する順序を入力し、第２入力部は、複数のワークがそれぞれ位置する工程を入力することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、異なる複数の工程の処理を所定の順序で実行し、処理する順序が予め定められたワークの処理を実行する生産システムの構成を入力する第１の入力ステップと、当該生産システムにおいて複数のワークの処理を実行する際、当該生産システムで同時に複数の工程の処理を実行して複数のワークを処理する一連の手順のうち、繰り返し実行される処理手順の開始の条件を特定する開始ステータスを入力する第２の入力ステップと、入力した開始ステータスの各ワークの工程を前の順序のワークの工程として終了ステータスを生成する生成ステップと、入力した開始ステータス及び生成した終了ステータスをプランニング用データとするステップとを有することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、異なる複数の工程の処理を所定の順序で実行し、処理する順序が予め定められたワークの処理を実行する生産システムの構成を入力する第１の入力ステップと、当該生産システムにおいて複数のワークの処理を実行する際、当該生産システムで同時に複数の工程の処理を実行して複数のワークを処理する一連の手順のうち、繰り返し実行される処理手順の開始の条件を特定する開始ステータスを入力する第２の入力ステップと、前記第２の入力ステップで入力した開始ステータスの各ワークの工程を前の順序のワークの工程として終了ステータスを生成する生成ステップと、入力した開始ステータス及び生成した終了ステータスをプランニング用データとするステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明によれば、シーケンスの生成に利用する汎用プランニングソフトウェアで容易に処理可能なデータ（プランニング用データ）を生成することができる。

実施形態に係るプランニング用データ生成装置を説明するブロック図である。 組み立てロボットを説明する概略図である。 組み立てロボットを説明する他の概略図である。 実施形態に係るプランニング用データ生成方法を説明するフローチャートである。 プランニング用データを利用して生成されるプランの一例をガントチャートの形で表現したものである。 プランニング用データを利用して生成されるプランの他の一例をガントチャートの形で表現したものである。

以下に、図面を用いて本発明に係るプランニング用データ生成装置、プランニング用データ生成方法及びプランニング用データ生成プログラムについて説明する。本発明に係るプランニング用データ生成装置、プランニング用データ生成方法及びプランニング用データ生成プログラムでは、シーケンス制御で利用するシーケンスを作成するための「プラン」を作成する汎用プランニングソフトウェアに提供する「モデル」、「開始ステータス」、「終了ステータス」を「プランニング用データ」として生成する。

「モデル」とは、生産システムが有する装置の状態や、装置がどういった状態の場合に動作を行うことができるか、動作によって装置がどのように変化するか、といった装置に関する知識のことである。また、装置に関する知識を言語や数式などを用いて探索やシミュレータで扱いやすくしたものも「モデル」と呼ぶ。

図１は、実施形態に係るプランニング用データ生成装置１が、生産システムである組み立てロボットシステム２を制御する制御装置３と接続され、この組み立てロボットシステム２に関する「モデル」をプランニング用データとして生成する一例である。また、図１に示す例では、プランニング用データ生成装置１は、制御装置３の他、組み立てロボットシステム２のシーケンスを作成するためのプランを生成する汎用プランニングソフトウェアがインストールされるプランニング装置４と接続されている。プランニング装置４は、制御装置３と接続されており、プランニング装置４で生成されたプランは、制御装置３に送信される。制御装置３では、このプランを利用してシーケンスを生成し、組み立てロボットシステム２を制御することができる。

以下では、図２（ａ）に示す組み立てロボットシステム２を例として使用して説明する。組み立てロボットシステム２は、“ワーク搬入”操作で未加工ワーク置き場２１に搬入されるワークを搬送装置２２によって搬送し、装置Ａ、装置Ｂ、装置Ｃ、装置Ｄを用いて加工（“工程１”、“工程２”、“工程３”、“工程４”、“工程５”、“工程６”、“工程７”、“工程８”、“工程９”）した後に完成品置き場２３から“ワーク搬出”操作で装置外に搬出する装置である。図２（ｂ）を例とすると、「モデル」は、「“ワーク４”がワークとして扱われること」、「“ワーク４”は“装置Ａ”の上にあること」、「“ワーク１”には“工程９”を行うことが可能であること」等といったことをまとめたものである。

図２（ａ）に示す組み立てロボットシステム２では、各工程を実施するには、その前の工程まで完了したワークが必要であり、（工程４を行うには工程３まで完了したワークが必要。）かつ、その工程まで完了したワークが次工程以降まで進んでいる必要がある（工程４を行うには、工程４まで完了したワークはすべて工程５も完了していないといけない。）とする。

また、ここでいう「工程」とは、「ワークを装置Ａから装置Ｂまで移動させること」、「装置Ａにおいてワークに穴を開ける処理を施すこと」、「装置Ｃでワークに塗料を塗ること」などが例として挙げられる。

図２（ａ）を用いて「シーケンス」の説明を行う。図２に示した例で装置上にワークが無い状態から１個のワークを加工する場合、たとえば表１のようなシーケンスを用いることが可能である。つまり、動作開始直後に１５秒かけて“ワーク搬入”を行い、開始から１５秒後に工程１を１０秒かけて行い、開始から２５秒後に”工程２”を１０秒かけて行い、開始から３５秒後に”工程３”を１０秒かけて行い、開始から４５秒後に”工程４”を１０秒かけて行い、開始から５５秒後に”工程５”を１５秒かけて行い、開始から７０秒後に”工程６”を１０秒かけて行い、開始から８０秒後に”工程７”を１５秒かけて行い、開始から９５秒後に”工程８”を３５秒かけて行い、開始から１３０秒後に”工程９”を２５秒かけて行い、開始から１５５秒後に”ワーク搬出”を１０秒かけて行う。

図２（ａ）を用いて「プラン」の説明を行う。図２（ａ）に示した例で装置上にワークが無い状態から１個のワークを加工する場合のシーケンスを得たい場合、「開始ステータス」を装置上にワークが無い状態とする。また、「終了ステータス」をワークが工程９まで加工され、搬出された状態とする。

「モデル」と「開始ステータス」、「終了ステータス」を設定するとたとえば表１のような「プラン」が得られる。つまり、動作開始直後に１５秒かけて“ワーク搬入”を行い、開始から１５秒後に工程１を１０秒かけて行い、開始から２５秒後に”工程２”を１０秒かけて行い、開始から３５秒後に”工程３”を１０秒かけて行い、開始から４５秒後に”工程４”を１０秒かけて行い、開始から５５秒後に”工程５”を１５秒かけて行い、開始から７０秒後に”工程６”を１０秒かけて行い、開始から８０秒後に”工程７”を１５秒かけて行い、開始から９５秒後に”工程８”を３５秒かけて行い、開始から１３０秒後に”工程９”を２５秒かけて行い、開始から１５５秒後に”ワーク搬出”を１０秒かけて行う。

開始ステータスである装置上にワーク無い状態から表１の順序どおりにモデルを変化させると、最後の動作である“ワーク搬出”を実行した後の状態が、終了ステータスを満たす状態になっていることがわかる。

〈プランニング用データ生成装置〉
例えば、図１に示すように、プランニング用データ生成装置１は、第１入力部１０１、第２入力部１０２、生成部１０３及び出力部１０４を有している。このプランニング用データ生成装置１は、中央処理装置（ＣＰＵ）１０、記憶装置１１、通信インタフェース（通信Ｉ／Ｆ）１２、キーボードやマウス等の入力装置１３、ディスプレイ等の出力装置１４を有する情報処理装置である。記憶装置１１には、プランニング用データ生成プログラムＰが記憶されており、このプランニング用データ生成プログラムＰが実行されることで、ＣＰＵ１０が第１入力部１０１、第２入力部１０２、生成部１０３及び出力部１０４として処理を実行する。

第１入力部１０１は、組み立てロボットシステム２の構成に関する構成データを入力し、入力した構成データを生成部１０３に出力する。図１に示す例では、記憶装置１１に構成データＤ１が記憶されている。したがって、第１入力部１０１は、プランニング用データの生成のタイミングで、記憶装置１１からこの構成データＤ１を読み出すことで、構成データを入力する。

構成データＤ１は、いわゆる組み立てロボットシステム２の構成を表すモデルであり、例えば、ワークの加工に必要な機器の種別と、当該機器を使用する加工時間と、複数の機器を使用する順序とを含むデータである。具体的には、組み立てロボットシステムが有する「アームＡ」、「マシンＡ」、「マシンＢ」等の機器の識別子や、「ワーク搬入」「工程１」といった動作の識別子、「工程１はマシンＡ上で行われる」、「工程２には１０秒の時間が必要である」等の動作の実行に必要な条件等を含むデータである。この構成データＤ１は、例えば、予め入力装置１３や通信Ｉ／Ｆ１２を介して記憶装置１１に記憶されている。なお、組み立てロボットシステム２で改造等を行うことにより構成が変更した場合には、構成データＤ１も更新される。なお、記憶装置１１に構成データＤ１が予め記憶されていない場合、第１入力部１０１は、プランニング用データの生成のタイミングで、制御装置３等から構成データを入力してもよい。

第２入力部１０２は、組み立てロボットシステム２の定常シーケンスを作成するためのプランの作成に利用する開始ステータスを入力し、入力した開始ステータスを生成部１０３に出力する。この開始ステータスは、汎用プランニングソフトウェアを利用してまたは、オペレータによって予め生成されたものである。

ここで、「定常シーケンス」とは、 同一の手順を用いて同一の製品を作成することが可能なシステムのシーケンスであり、シーケンスを実行することで１個以上の製品が完成し、シーケンスを繰り返し実行し続けることが可能である、という条件を満たすシーケンスである。

定常シーケンスを求めるためのプランの作成における「開始ステータス」は、システム設計時に人手もしくは加工途中のワークの状態をランダムに複数選んで定めるものとする。

例えば、第２入力部１０２は、プランニング用データを生成するタイミングで、入力装置１３を介してこの開始ステータスを入力される。図２（ｂ）は、開始ステータスの一例を示している。図２（ｂ）では、ワーク１の工程が「８／９」（全９工程あるうちの８工程目まで終了）、ワーク２の工程が「７／９」（７工程目まで終了）、ワーク３の工程が「５／９」（５工程目まで終了）、ワーク４の工程が「２／９」（２工程目まで終了）、ワーク５の工程が「０／９」（未着手状態）の状態である。

生成部１０３は、第１入力部１０１から構成データを入力し、第２入力部１０２から開始ステータスを入力すると、この構成データの組み立てロボットシステムにおいて、開始ステータスで開始する定常シーケンスの終了の条件を特定する終了ステータスを生成する。「終了ステータス」は、開始ステータスで投入されたワークを加工し、新たなワークを投入すると、再び定常シーケンスを実行できるようになる状態を設定する。

具体的には、加工や組み立て等の処理が行われるワークには処理が行われる順序（番号）を定めることができ、生成部１０３は、開始ステータスで各工程に対応付けられている各ワークについて、前の順序のワークに対応付けられている工程に移行させることで、終了ステータスを生成することができる。

また、生成部１０３は、入力した開始ステータス及び生成した終了ステータスと、構成データの内容をプランニング用データとして決定し、出力部１０４に出力する。

終了ステータスを、複数のワークが工程の終了した順番で並んでいる場合に、各ワークに関する終了ステータスをひとつ前のワークの開始ステータスと一致することと定めることで、作成されるプランをもとにしたシーケンスは定常シーケンスとなる。

具体的には、ワーク５に関する終了ステータスを開始ステータスのワーク４のステータスとする。同様にワーク４に関する終了ステータスを開始ステータスのワーク３のステータスとする。同様にワーク３に関する終了ステータスを開始ステータスのワーク２のステータスとする。同様にワーク２に関する終了ステータスを開始ステータスのワーク１のステータスとする。最後にワーク１に関する終了ステータスを全工程が終了したステータスとする。

このように終了ステータスを定めると、開始ステータスから終了ステータスを満たす状態までのプランの中で、全工程が終了したワークが１つだけ作られることがわかる。

図３（ａ）に終了ステータスの一例を示す。具体的には、図３（ａ）に示す一例は、ワーク１の工程が「９／９」で搬出されており、ワーク２の工程が「８／９」、ワーク３の工程が「７／９」、ワーク４の工程が「５／９」、ワーク５の工程が「２／９」の状態である。ここで、図３（ｂ）に示すように、未加工のワーク６を工程「０／９」に追加した場合には、図２（ｂ）の開始ステータスと同等の状態に戻ることができる。

したがって、例えば、図２（ｂ）に示す開始ステータスと図３（ａ）に示す終了ステータスと、装置の状態や動作を表すモデルを合わせてプランニング用データが決定される。

出力部１０４は、生成部１０３から入力したプランニング用データをプランニング装置４に送信する。

〈プランニング用データ生成方法〉
続いて、図４に示すフローチャートを用いて、プランニング用データ生成装置１を利用して実行されるプランニング用データ生成方法について説明する。このプランニング用データ生成方法は、例えば、入力装置１３を介して操作されたタイミングで開始される。

まず、第１入力部１０１が、組み立てロボットシステム２の構成データＤ１を入力すると、この構成データＤ１を生成部１０３に出力する（Ｓ１）。また、第２入力部１０２が、開始ステータスを入力すると、この開始ステータスを生成部１０３に出力する（Ｓ２）。

構成データ及び開始ステータスを入力すると、生成部１０３は、構成データ及び開始ステータスから終了ステータスを生成する（Ｓ３）。また、生成部１０３は、第２入力部１０２から入力した開始ステータス及びステップＳ３で生成した終了ステータスと、構成データの内容を含むデータをプランニング用データとして決定し、出力部１０４に出力する（Ｓ４）。

プランニング用データを入力した出力部１０４は、このプランニング用データをプランニング装置４に出力する（Ｓ５）。

例えば、プランニング装置４では、所定の定常シーケンスを基準にするプランニング用データから、組み立てロボットシステム２を制御する際のシーケンスの生成に利用されるプランを生成する。プランは、例えば、表２に一例を示すように、各工程についてその所要時間、開始時刻、対象とするワークが含まれるデータとして表される。また、その後、このプランにより、図５（ａ）に一例を示すようなシーケンスが生成される。また、このシーケンスの状態に至るまでも汎用プランニングソフトウェアを使用して、または、オペレータの手動により生成することができる。その後、図５（ａ）に示したように生成されたシーケンスを繰り返して実行することで、シーケンス制御を実現することができる。

ここで、プランニング装置４における処理は、プランを作成するのに必要な動作が多いほどプランを生成する処理時間も長くなる。従来から利用されていたシーケンスの生成方法では、複数のワークの投入から複数の製品の生産の完了までの全工程についてのプランを生成していた。具体的には、図５（ａ）と同様に１１の工程で処理を実行する組み立てロボットシステムの場合であっても、ワークの投入から製品の完成までの全工程についてのプランは、図５（ｂ）に一例を示すように図５（ａ）と比較して長くなる。したがって、プランの生成が複雑となり、生成時間が長くなる。

例えば、ワーク４個を同時に加工する組み立てロボットシステムにおいて、５個の製品を生産するシーケンスを生成する場合、図６（ｂ）に示すように、従来の方法では、２０の工程の開始時刻を設定する必要がある。これに対し、図６（ａ）に示すように、実施形態に係るプランニング用データ生成装置で生成されるプランニング用データを使用する場合、４の工程の開始時刻を設定すればよく、シーケンスの生成が容易になり、生成時間を短くすることができる。

したがって、定常シーケンスの開始ステータス及び終了ステータスをプランニング用データとしてプランニング装置４に提供することで、プランニング装置４における処理を短縮することができる。

上述したように、本発明に係るプランニング用データ生成装置では、定常シーケンスを求めるための開始ステータス及び終了ステータスを用いてプランニング用データを生成するため、プラン作成の処理を容易にすることができるとともに、処理時間を短縮することができる。

以上、実施形態を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明は本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及び特許請求の範囲の記載と均等の範囲により決定されるものである。

１ プランニング用データ生成装置、１０ ＣＰＵ、１０１ 第１入力部、１０２ 第２入力部、１０３ 生成部、１０４ 出力部、１１ 記憶装置、１２ 通信Ｉ／Ｆ、１３ 入力装置、１４ 出力装置、Ｐ プランニング用データ生成プログラム、２ 組み立てロボットシステム、３ 制御装置、４ プランニング装置

Claims (3)

1. 異なる複数の工程の処理、異なる複数のワークの処理を所定の順序で実行する生産システムの構成を定義する構成データとして、少なくとも前記ワークの処理に必要な機器の種別と、当該機器を使用して処理を実行する処理時間と、当該機器が複数存在する場合には複数の機器を使用する順序とを入力する第１入力部と、
   前記第１入力部から入力された当該生産システムの構成データを持つモデルにおいて複数のワークの処理を実行する際、当該生産システムで同時に複数の工程の処理を実行して複数のワークを処理する一連の手順のうち、繰り返し実行される処理手順の開始の条件を特定する開始ステータスを入力する第２入力部と、
   前記生産システムのモデルにおけるそれぞれのワークの工程において、前記第２入力部が入力した開始ステータスを前の順序のワークの工程として終了ステータスを生成し、入力した開始ステータス及び生成した終了ステータスを含む前記モデルをプランニング用データとする生成部と、
   を備えることを特徴とするプランニング用データ生成装置。
2. 異なる複数の工程の処理、異なる複数のワークの処理を所定の順序で実行する生産システムの構成を定義する構成データとして、少なくとも前記ワークの処理に必要な機器の種別と、当該機器を使用して処理を実行する処理時間と、当該機器が複数存在する場合には複数の機器を使用する順序とを入力する第１の入力ステップと、
   前記第１入力部から入力された当該生産システムの構成データを持つモデルにおいて複数のワークの処理を実行する際、当該生産システムで同時に複数の工程の処理を実行して複数のワークを処理する一連の手順のうち、繰り返し実行される処理手順の開始の条件を特定する開始ステータスを入力する第２の入力ステップと、
   前記生産システムのモデルにおけるそれぞれのワークの工程において、入力した開始ステータスの各ワークの工程を前の順序のワークの工程として終了ステータスを生成する生成ステップと、
   入力した開始ステータス及び生成した終了ステータスをプランニング用データとするステップと、
   を有することを特徴とするプランニング用データ生成方法。
3. 異なる複数の工程の処理、異なる複数のワークの処理を所定の順序で実行する生産システムの構成を定義する構成データとして、少なくとも前記ワークの処理に必要な機器の種別と、当該機器を使用して処理を実行する処理時間と、当該機器が複数存在する場合には複数の機器を使用する順序とを入力する第１の入力ステップと、
   前記第１入力部から入力された当該生産システムの構成データを持つモデルにおいて複数のワークの処理を実行する際、当該生産システムで同時に複数の工程の処理を実行して複数のワークを処理する一連の手順のうち、繰り返し実行される処理手順の開始の条件を特定する開始ステータスを入力する第２の入力ステップと、
   前記生産システムのモデルにおけるそれぞれのワークの工程において、入力した開始ステータスの各ワークの工程を前の順序のワークの工程として終了ステータスを生成する生成ステップと、
   入力した開始ステータス及び生成した終了ステータスをプランニング用データとするステップと、
   をコンピュータに実行させることを特徴とするプランニング用データ生成プログラム。

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