JP6302014B2 - セル制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、機械の予防保全データを監視して、該機械の保全計画を作成する予防保全管理システムにおいて使用可能なセル制御装置に関する。

生産システム等の、複数の機械を含むシステムには、該複数の機械をそれぞれ制御する複数の数値制御装置が、上位コンピュータからの指令に基づいて各機械を作動させるタイプのものがある。これに関連する周知技術として、例えば特許文献１には、ネットワークに接続された複数のロボットから情報を定期的に収集して、各ロボットの状態をデータベースに蓄積する方法及び装置が開示されている。また特許文献１には、あるロボットの故障発生時に、予め登録したロボットの情報及びリアルタイムで取得したロボットの情報に基づいて、今後故障する可能性のあるロボットを予測することができると記載されている。

また特許文献２には、工作機械又は測定装置の機器情報を予め設定された周期で定期的に収集し、収集された機器情報を収集時刻と関係付けてデータベースに蓄積し、蓄積された機器情報を外部装置に送信する手段を備えた機器情報配信装置が記載されている。

一方、工作機械等で使用されている個々の部品についての点検を行う時期を作業者に通知する機能を有する装置も周知である。例えば特許文献３には、工作機械で使用されている個々の部品について、点検を行う時期をユーザへ通知する部品点検時期通知機能を有する数値制御装置が記載されている。

また特許文献４には、装置の交換可能部品の稼働状態を蓄積稼働情報として蓄積する蓄積手段と、交換可能部品の稼働限度を表す寿命情報を記憶する寿命情報記憶手段と、交換可能部品の所定期間の稼働状態を表す期間稼働情報を記憶する期間稼働情報記憶手段と、期間稼働情報、蓄積稼働情報及び寿命情報とに基づいて、交換可能部品の交換が必要になる交換時期を算出する交換時期算出手段と、算出した交換時期を出力する出力手段とを備えた部品情報処理システムが記載されている。

さらに特許文献５には、プラント設備保全の最適化システムが記載されており、当該システムは、（１）プラント機器材料の経年劣化に対して材料劣化・腐食傾向等を高度技術で解析し、定量的に評価を行うとともに、機能故障モード影響解析による動機器の故障に対する定量的評価を行う手段、（２）前記定量的評価に基づいて保全個所を定量的に特定する手段、（３）影響度評価手法を用いて故障の発生頻度とその故障発生による影響度を設定し、（頻度＊影響度）をリスクとして評価する手段、を備える、と記載されている。

特開２００４―２０２６２４号公報 特開２００４―０６２２７６号公報 特開２０１４―１７４６８０号公報 特開２００３―０３６３２０号公報 特開２００２―１２３３１４号公報

従来、各機械の部品の劣化等に伴う交換は、対象部品の使用時間が予め定めた一定期間を超えたらその部品は劣化したとみなし、作業者が行う場合が多い。しかし、このような一定期間毎に部品を交換するやり方では、実際には劣化が進んでいないものも交換する場合もあり、無駄が生じる。

また、劣化に関する閾値等の条件に基づいて数値制御装置が外部（作業者等）に部品交換を促す警告等を出力するやり方もあるが、実際に部品が寿命に達するまで（使用不能になるまで）の時間（猶予時間）がかなり短い場合もある。そのような場合は、警告の出力後に作業者が交換作業を開始しても間に合わない（交換作業完了前に部部品が使用不能となる）可能性があり、生産効率等が大幅に低下する虞がある。特許文献１及び２に記載の技術は、このような猶予期間の計算を行うものではない。

また、特許文献３に記載の技術は、数値制御装置が部品の点検周期を測定値から算出し外部に通知するものであるが、上述の猶予時間の計算や通知を行うものではない。また特許文献４に記載の技術は、寿命の算出を稼働情報に基づいて行っており、実際の部品の状態から寿命を算出するものではないので、実際の部品の寿命が過去の寿命情報から大きく乖離している場合は、適切な時期に部品交換を行うことが難しい。さらに、特許文献５に記載の技術は、プラント機器材料の劣化・腐食傾向等を定量的に評価し、それにより保全箇所を特定し、リスクを評価するものであるが、やはり実際の部品の状態に基づいて猶予時間を正確に求めるものではない。

そこで本発明は、予防保全データを監視することにより、部品が寿命に達するまでの猶予時間を正確に求めることができ、これに基づいて適切な保全計画を作成可能な予防保全管理システムにおいて使用可能なセル制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願第１の発明は、機械を制御する機械制御装置と通信可能なセル制御装置であって、前記機械制御装置から受信した前記機械の予防保全データを所定の周期で監視し、監視した予防保全データに基づいて前記予防保全データに関連する前記機械の部品の劣化を検出し、前記劣化を検出したら前記部品が寿命に達するまでの猶予時間を前記予防保全データに基づいて算出する解析部と、前記解析部が算出した猶予時間を、前記劣化が検出された旨を示す警告とともに、前記猶予時間に基づいて前記部品の交換作業を含む保全計画を作成又は更新する保全計画部を備える上位コンピュータに通知する通知部とを備える、セル制御装置を提供する。

第２の発明は、第１の発明において、前記解析部は、前記劣化を検出した後も前記予防保全データの監視を続行し、監視した予防保全データに基づいて前記猶予時間の再計算を行う、セル制御装置を提供する。
第３の発明は、第２の発明において、前記解析部は、前記劣化を検出した後の前記予防保全データの監視を行うときの周期を、前記予防保全データの時間変化割合が大きくなるにつれて小さくする、セル制御装置を提供する。

本発明によれば、従来は一定の使用時間の経過等に基づいて行っていた部品交換を、監視した予防保全データに基づいて自動で算出した猶予時間に基づいて適切な時期に行うことができるので、より確実で無駄のない予防保全が行えるようになる。

本発明の好適な実施形態に係る予防保全管理システムの概略構成を示すブロック図である。 図１の予防保全管理システムにおける処理の一例を示すフローチャートである。 予防保全データの一例であるバッテリ電圧の測定データに基づいて猶予時間を計算する処理の一例を説明するグラフである。 予防保全データの一例であるモータの絶縁抵抗値の測定データに基づいて猶予時間を計算する処理の一例を説明するグラフである。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を説明する。図１は、本発明の好適な実施形態に係る予防保全管理システム１０の概略構成を示すブロック図である。予防保全管理システム１０は、少なくとも１つ、好ましくは複数（図示例では３つ）の機械１２ａ、１２ｂ及び１２ｃ、並びに機械１２ａ、１２ｂ及び１２ｃを制御する少なくとも１つ（通常は機械と同数）の機械制御装置（数値制御装置）１４ａ、１４ｂ及び１４ｃを含むセル１６と、機械制御装置１４ａ、１４ｂ及び１４ｃの各々と通信可能に構成されたセル制御装置（セルコントローラ）１８と、セル制御装置１８と通信可能に構成された上位コンピュータ２０とを備える。

セル１４は、予め定められた作業を実施するための複数の機械の集合である。また機械１２ａ、１２ｂ及び１２ｃは例えば、工作機械、（多関節）ロボット、製造機械等であり、各機械は互いに同一のものでも異なるものでもよい。

機械制御装置１４ａ、１４ｂ及び１４ｃは、それぞれ機械１２ａ、１２ｂ及び１２ｃの動作制御を行うとともに、それぞれの機械において測定された予防保全データをセル制御装置１８に送信する。ここで予防保全データには、各機械において適当な頻度で交換や保守が必要となる部品の物性や性能を示す値が含まれ、具体例としては、各機械の軸や可動部を駆動するモータの絶縁抵抗値、バッテリ電圧、冷却用ファンモータの回転数等、部品の劣化に伴って徐々に値が変化（多くの場合、低下）するものが挙げられる。

なお本実施形態では、セル１６は、製品を製造する工場等に設置可能であり、これに対して、セル制御装置１８及び上位コンピュータ２０は、工場とは異なる建屋等に設置可能である。この場合は、セル制御装置１８と機械制御装置１４ａ、１４ｂ及び１４ｃとは、イントラネット等のネットワーク（第１の通信装置２２）を介して接続することができる。また、上位コンピュータ２０は、工場とは離れた事務所等に設置可能である。この場合は、上位コンピュータ２０は、インターネット等のネットワーク（第２の通信装置２４）を介して、セル制御装置１８と通信可能に接続することができる。但しこれは一例であり、第１の通信装置２２は、セル制御装置１８と機械制御装置１４ａ、１４ｂ及び１４ｃとを通信可能に接続するものであればどのようなものでもよく、また第２の通信装置２４は、セル制御装置１８と上位コンピュータ２０とを通信可能に接続するものであればどのようなものでもよい。

セル制御装置１８は、セル１６を制御するように構成されており、具体的には、機械制御装置１４ａ、１４ｂ及び１４ｃに指令を送出したり、機械制御装置１４ａ、１４ｂ及び１４ｃからそれぞれ機械１２ａ、１２ｂ及び１２ｃの稼働の状態（上述の予防保全データも含む）を取得したりすることができる。より詳細には、図１に示すように、セル制御装置１８は、各機械制御装置から受信した各機械の予防保全データを所定の周期で監視し、監視した予防保全データに基づいて該予防保全データに関連する機械の部品（バッテリやモータ等）の劣化を検出し、該部品の劣化を検出したら該部品が寿命に達するまでの猶予時間を予防保全データに基づいて算出する解析部２６と、解析部２６が算出した猶予時間を、劣化が検出された旨を示す警告とともに上位コンピュータ２０に通知する通知部２８とを備える。

またセル制御装置１８は、解析部２６が監視又は解析したデータを記憶するメモリ等の記憶部３０を有してもよい。さらに、セル制御装置１８は、作業者や他の装置からの入力を受け付ける入力部３２や、入力部３２が受け付けた情報や解析部２６が処理した内容を表示するディスプレイ等の表示部３４を有してもよい。

上位コンピュータ２０は、例えばパーソナルコンピュータであり、セル制御装置１８から受信した警告と猶予時間とに基づいて、部品交換等の保全作業が猶予時間内に完了するような保全計画を立案・作成する。より詳細には、図１に示すように、上位コンピュータ２０は、セル制御装置１８から劣化が検出された旨の警告を受信したら、セル制御装置１８から受信した猶予時間に基づいて、部品の交換作業を含む保全計画を作成又は更新する保全計画部３６を備える。また上位コンピュータ２０は、保全計画部３６が作成・更新した保全計画等を記憶するメモリ等の記憶部３８を有してもよい。さらに、上位コンピュータ２０は、作業者や他の装置からの入力を受け付ける入力部４０や、入力部４０が受け付けた情報や保全計画部３６が処理した内容を表示するディスプレイ等の表示部４２を有してもよい。

図２は、主にセル制御装置１８における処理の流れの一例を示すフローチャートであり、図３は、予防保全データ（ここではバッテリ電圧）に基づいて猶予時間を計算する処理の一例を説明するグラフである。先ず、セル制御装置１８の記憶部３０等に保存された予防保全データを初期化し（ステップＳ１）、予防保全データの測定周期を、予め定めた初期測定周期に設定する（ステップＳ２）。図３の例では、初期測定周期は、バッテリが正常であるとき（劣化が始まる前）のバッテリ電圧を自動測定する周期ｔ１に相当し、例えば２４時間である。

次に、ステップＳ２で設定された初期測定周期毎、又は後述する変更された測定周期毎に、予防保全データ（ここでは各機械のバッテリ電圧）を測定する（ステップＳ３）。但しここで、予防保全データの対象部品（ここではバッテリ）が交換されている（つまりバッテリ電圧の測定値が初期値に復元している）場合は、処理はステップＳ１に戻る（ステップＳ４）。

次に、測定データを保存した後（ステップＳ５）、バッテリの劣化が検出されているか否かを自動的に判別する（ステップＳ６）。図３の例では、その実線グラフ５０に示すように、バッテリ電圧の測定値Ｖが、初期値又は正常値Ｖ０よりも、予め定めた許容値を超えて小さくなったとき（例えば、Ｖ０の９０％に相当する閾値Ｖ１を下回ったとき）に、バッテリの劣化が始まったと判断することができる。バッテリ電圧の測定値が許容値以上であるときは、ステップＳ３に戻る。

ステップＳ６においてバッテリの劣化が検出されたとき（例えば図３の時刻Ｔ１）は、図３の破線グラフ５２で例示するように、これまでの測定データから、バッテリ電圧の今後の変化を示す寿命予測関数（近似曲線）を自動的に求め（ステップＳ７）、劣化検出時から、バッテリ交換が必要となる交換必要電圧Ｖ２まで測定値が下がるまで（図３では時刻Ｔ２）の猶予時間ｔ２を自動的に計算する（ステップＳ８）。このようにして求めた猶予時間は、劣化が検出された旨の警告とともにセル制御装置１８から上位コンピュータ２０に自動で送信される（ステップＳ９）。上位コンピュータ２０は、セル制御装置１８から受信した猶予時間に基づいて、セル１４の各機械における部品交換等をいつ行うべきかを定めた予防保全計画を作成・立案する。

なお図３に示すように、バッテリ電圧の測定値は、劣化開始後は急激に変化する傾向があるので、劣化検出後は測定周期を変化させて（小さくして）バッテリ電圧の測定・監視を続行し（ステップＳ１０→Ｓ３）、猶予時間の再計算（寿命予測関数の更新）を自動で行うことが好ましい。これにより、上位コンピュータ２０は、劣化開始後は逐次、より精度の高い寿命予測関数をセル制御装置１８から受信できるので、より正確な猶予時間に基づいて予防保全計画を作成・更新できるようになる。

測定周期の変更は、作業者がセル制御装置１８に対して入力することにより行ってもよいが、さらなる省力化の観点からは、例えば上述のステップＳ７において、猶予時間の計算とともに、セル制御装置１８が自動で、新たな測定周期の計算を行うことが好ましい。この測定周期は、予防保全データの時間変化の度合いが大きいときほど、短くすることが望ましいので、例えば、図３におけるバッテリ電圧の測定値の時間変化割合（グラフの勾配）が大きいほど測定周期が短くなるような関数を用いて、測定周期の計算を行うことが考えられる。例えば図３では、劣化検出前はバッテリ電圧の測定・監視を１日に１回行っているが、劣化検出後は１２時間、８時間、４時間のように、破線グラフ５２の勾配に応じて徐々に測定周期を短くしている。

なお寿命予測関数は、過去の測定データ等から経験的に求めることができる。但し、本実施形態では、劣化検出後も測定データを取得して逐次、寿命予測関数を更新することができるので、仮に劣化検出直後に作成した寿命予測関数が比較的精度の低いものであっても、上位コンピュータ２０は逐次的に更新される寿命予測関数（猶予時間）に基づいて保全計画を更新できるので、作業者が不適当な保全計画に基づいて交換作業を行う可能性は極めて小さくなる。

図４は、図３に類似する図であるが、予防保全データの他の例として、機械のモータの絶縁劣化の度合いを示す絶縁抵抗値Ｒを自動測定し、これに基づいて猶予時間を計算する処理の一例を説明するグラフである。基本的に図４の例は、測定対象がバッテリ電圧からモータ絶縁抵抗値に変更され、これに伴って上述の初期電圧Ｖ０、劣化検出のための閾値Ｖ１、及び交換必要電圧Ｖ２が、それぞれ初期抵抗値Ｒ０、劣化検出のための閾値Ｒ１、及び交換必要抵抗値Ｒ２に変更されている点を除けば、図３と同様である。また交換対象部品は、図３の例ではバッテリであるが、図４の例ではモータである。

本実施形態の変形例として、図２のフローチャートにおいて、劣化を検出するステップＳ６を、算出された猶予時間等を上位コンピュータに送信した後（ステップＳ９の後）に移動させてもよい。これにより、劣化を検出する前であっても猶予時間の計算を行うことができ、より早期の段階から保全計画を作成しておくことができるようになる。

上述したように、セル制御装置１８は、所定の時間周期で機械制御装置１４ａ、１４ｂ及び１４ｃからそれぞれ機械１２ａ、１２ｂ及び１２ｃの予防保全データを取得してこれを監視し、監視したデータから、該データに関連する部品に劣化の兆候があると判断した場合は、いつまでに交換・保全作業を行うべきかを示す猶予時間を算出し、算出した猶予時間を警告とともに上位コンピュータ２０に送信する。そして上位コンピュータ２０は、既に作成されている保全計画において、通知された猶予時間内での部品交換作業の追加又は更新を行うことができる。このようにして求めた猶予時間は、部品の個体差等も含めた寿命を表すものであるので、従来のように部品の交換周期を一律に定めていた場合等に比べ、無駄を少なくすることができる。さらに、寿命の予測やこれに基づく保全計画の作成は全て自動で行うことができるので、作業者の負担も増加しない。従って本実施形態によれば、保全計画作成の合理化と部品交換時期の適正化とによる、確実で無駄のない予防保全を行うことができる。

１０ 予防保全管理システム
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ 機械
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ 機械制御装置
１６ セル
１８ セル制御装置
２０ 上位コンピュータ
２２ 第１の通信装置
２４ 第２の通信装置
２６ 解析部
２８ 通知部
３０、３８ 記憶部
３２、４０ 入力部
３４、４２ 表示部

Claims (3)

1. 機械を制御する機械制御装置と通信可能なセル制御装置であって、
   前記機械制御装置から受信した前記機械の予防保全データを所定の周期で監視し、監視した予防保全データに基づいて前記予防保全データに関連する前記機械の部品の劣化を検出し、前記劣化を検出したら前記部品が寿命に達するまでの猶予時間を前記予防保全データに基づいて算出する解析部と、
   前記解析部が算出した猶予時間を、前記劣化が検出された旨を示す警告とともに、前記猶予時間に基づいて前記部品の交換作業を含む保全計画を作成又は更新する保全計画部を備える上位コンピュータに通知する通知部とを備える、セル制御装置。
2. 前記解析部は、前記劣化を検出した後も前記予防保全データの監視を続行し、監視した予防保全データに基づいて前記猶予時間の再計算を行う、請求項１に記載のセル制御装置。
3. 前記解析部は、前記劣化を検出した後の前記予防保全データの監視を行うときの周期を、前記予防保全データの時間変化割合が大きくなるにつれて小さくする、請求項２に記載のセル制御装置。

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