JPH10124110A - 自動加工処理システムのコンピュータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シーケンス動作記述に適した扱いやすいプロ
グラム言語を考案することにより、専門技術者以外のサ
ービスマン等でもシーケンス動作プログラムを作成、保
守可能なコンピュータ制御装置を開発する。 【解決手段】 複数の加工装置と、ワークをロット単位
でシステムに搬入、搬出する搬入・搬出口と、ワークの
加工条件を入力する入力装置と、装置間でワークを搬送
する搬送装置と、システムに組み込まれ一体となって動
作するコンピュータ装置とを備え、システムのシーケン
ス動作プログラムをペトリネットを応用したプログラム
言語によって記述し制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数個のワークに
対し一定の順序で複数の加工を並列非同期に行う自動加
工処理システムのコンピュータ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のシステムのシーケンス動
作制御には、ＰＬＣでラダープログラムを用いたり、組
み込み型制御用コンピュータでＣ言語等の汎用プログラ
ム言語を用いて行ってきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これらの方法では、ソ
フトウェア開発のための専門的知識と技能を持った技術
者でないとシーケンス動作制御プログラムを理解し作成
・変更することができなかった。そのため、プログラム
開発負荷が少数の技術者に集中し、納期遅れを招きやす
かった。また、納入後客先での動作修正や変更の際に
は、軽微なものでも技術者が客先に赴き、相当量の作業
を行わねばならず大きな負担となっていた。加えて、ラ
ダープログラム、Ｃ言語プログラム等はこの種の並列非
同期のシーケンス動作の記述には不向きであり、ために
プログラムの内容が複雑で理解しがたいものとなり、そ
の開発、保守には多大の労力を要した。

【０００４】本発明が解決しようとする課題は、かかる
従来技術の問題点に鑑み、シーケンス動作記述に適した
扱いやすいプログラム言語を考案することにより、専門
技術者以外のサービスマン等でもシーケンス動作プログ
ラムを作成、保守可能なコンピュータ制御装置を開発す
ることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、複数の加工装置と、ワークをロット単位でシステム
に搬入、搬出する搬入・搬出口と、ワークの加工条件を
入力する入力装置と、装置間でワークを搬送する搬送装
置と、システムに組み込まれ一体となって動作するコン
ピュータ装置とを備え、該システムのシーケンス動作プ
ログラムをペトリネットを応用したプログラム言語によ
って記述し制御することを特徴とする自動加工処理シス
テムのコンピュータ制御装置である。

【０００６】請求項２に記載の発明は、通常のトークン
の他に、ワークをあらわすワークトークンを用いること
を特徴とする請求項１に記載の自動加工処理システムの
コンピュータ制御装置である。

【０００７】請求項３に記載の発明は、少なくとも一部
のプレースに、実システムの制御プログラムを実行する
機能を持たせるようにしたことを特徴とする請求項１又
は２に記載の自動加工処理システムのコンピュータ制御
装置である。

【０００８】ペトリネットは、生産システム等の離散事
象システムをモデル化し、動作解析する有力な手法とし
て知られている。また、実システムの動作制御にも用い
られている。動作制御に用いる場合には、一般にペトリ
ネット本来の機能のみでは不十分であり、種々の機能拡
張が行われる。

【０００９】１）ワークトークン トークンに以下の種別を設ける。 通常トークン ペトリネットにおける通常のトークン ワークトークン ワーク（加工対象部品）をあらわすトークン。本トーク
ンには識別番号を付け、個々のワークと１対１に対応さ
せる。また、ワークの加工に関わる種々のデータを「ト
ークン情報」としてこれに付属させる。

【００１０】それぞれの種別に対応して、プレースも通
常トークン用の「通常プレース」とワークトークン用の
「ワークプレース」を設ける。またこれに関連して、ト
ランジション発火に伴うトークンの消滅、生成則に下記
を加える。 「入力プレース中にワークプレースが存在する場合は、
そのプレース中のワークトークンを出力プレース中のワ
ークプレースにコピーする」 図１（ａ）にその表記を示す。

【００１１】２）プレースプログラム この発明のある態様においては、個々のプレースに、実
システムの制御プログラムを実行する機能を持たせる。
以後、これをプレースプログラムと呼ぶ。プレースプロ
グラムの機能は以下の通りである。なお、本件制御対象
の自動加工処理システムを構成する個々の装置を以後ユ
ニットと呼ぶ。 ・各ユニットに動作指令を出力し、動作完了を確認す
る。 ・トークン情報を書き込み・読み出しする。 ・プロセスとの間でデジタルデータを入出力する。 ・トークンを発生・消滅させる。

【００１２】また、プレースはそれぞれ「発火禁止フラ
グ」を持つ。このフラグがオンの場合、そのプレースに
接続しているトランジションは発火禁止される。プレー
スプログラム中で本フラグを操作することで、必要な処
理が完了するまで次プレースへのトランジション発火を
禁止することができる。

【００１３】プレースプログラムの実行形式は用途に合
わせて以下の中から選択できる。 ・常時実行型：プレースの状態に関わらず連続して実行
される ・活性中実行型：プレースが活性状態の時だけ連続して
実行される。 ・活性化時実行型：プレースが非活性状態から活性状態
に変化したとき一度だけ実行される。 プレースプログラムはＣ言語に似たインタープリタ形式
の簡易言語で記述される。表１にプレースプログラムの
表記例を示す。

【表１】

【００１４】３）分岐アーク 分岐アークは複数のアークの中から１本を選択してワー
クトークンの移動経路を動的に変更するものである。ア
ークの選択はプレースプログラムで種々の条件を判定し
て行う。図１（ｂ）に分岐アークの表記を示す。

【００１５】これらのペトリネット拡張要素プレースプ
ログラム、ワークトークン、分岐アークは、実システム
を制御する機能をペトリネットに付加する作用をもつ。
プレースプログラムは、システムの状態を検知し、シス
テムに種々の動作を行わせる作用を持つ。プレースプロ
グラムで各ユニットを動作させることにより、加工の各
工程とプレースを１対１に対応させることができる。こ
れによりプログラムが工程の流れをそのまま図表現した
ものとなり、プログラムを容易に理解し作成することが
できるようになる。

【００１６】ワークトークンは、複数のワークに対して
並列に所定の開始条件、順序で工程を行う作用を持つ。
トークン情報は、ワークの加工条件を参照する作用を持
つ。分岐アークは、ワークトークンの移動経路を動的に
変え、加工条件に応じて個々のワークの加工内容を柔軟
に変える作用を持つ。プレースプログラムの３通りの実
行形式は、無駄なプログラム実行をなくしてＣＰＵ処理
時間を節約し、制御の応答速度を向上させ、システムの
スループットを向上させる作用を持つ。

【００１７】本件の適用対象である自動加工処理装置を
制御する場合のペトリネット基本パターン例を図２に示
す。ワークに対し、加工１、加工２、加工３の３種の加
工を順に行う。それぞれの加工機間を、１台の搬送機で
ワーク搬送する。図でプレース１、４、８でそれぞれ加
工１、加工２、加工３を行う。プレース３、７ではそれ
ぞれ加工１機から加工２機へ、加工２機から加工３機へ
搬送機でワークを搬送する。プレース２、５、９、６の
トークンは、それぞれ加工１機、加工２機、加工３機、
搬送機の占有権をあらわしている。これらのプレースに
トークンが存在するときは当該機は待機状態にあって利
用できる。トークンがない場合はいずれかの工程に当該
機が占有されているので他の工程では利用できない。こ
の種のプレース、トークンを以後セマフォプレース、セ
マフォトークンと呼ぶ。

【００１８】加工１が完了し、加工２機が待機状態（プ
レース５にトークンがある）、搬送機が待機状態（プレ
ース６にトークンがある）であればトランジション１が
発火し、ワークトークンがプレース１からプレース３に
移動する。またプレース５のトークンが消滅し（加工２
機が占有状態となる）、プレース６のトークンも消滅す
る（搬送機が占有状態となる）。プレース３のプログラ
ムによりワークが加工１機から加工２機に搬送され、完
了するとトランジション２が発火する。発火によりワー
クトークンはプレース３からプレース４に移動しプレー
ス４のプログラムにより加工２が行われる。またプレー
ス２とプレース６にトークンが発生し加工１機と搬送機
が再び待機状態になる。加工２が完了し、加工３機と搬
送機が待機状態であればトランジション３が発火し、ワ
ークトークンがプレース４からプレース７に移動する。
プレース７のプログラムによりワークが加工２機から加
工３機に搬送され、完了するとトランジション４が発火
する。発火によりワークトークンはプレース７からプレ
ース８に移動しプレース８のプログラムにより加工３が
行われる。このようにして順次加工が行われてゆく。

【００１９】このようにして各々の工程開始の条件が成
立したときその工程が実行されるよう、ペトリネットを
用いて制御することにより、複数のワークを並列に、所
定の開始条件、順序で工程を進めることができる。

【００２０】

【実施例】半導体製造に用いるウエハ研磨装置に本発明
を実施した例を示す。先ずウエハ研磨装置の構成を図３
により説明する。この図は、全体を上から眺めたもので
ある。１ロット分のウエハを入れたカセット、カセット
テーブル、ウエハを反転させる反転機、研磨機１、研磨
機２、研磨後の洗浄を行うＡ洗浄機、Ｂ洗浄機およびユ
ニット間をウエハ搬送する搬送機の各ユニットから構成
される。図中矢印はウエハの搬送経路と搬送機の移動経
路をあらわしている。

【００２１】オペレータはまずカセットをカセット搬入
・搬出口からカセットテーブル上に置く。ついでウエハ
一枚一枚について加工条件を操作パネルから入力する。
さらに加工開始スイッチを押すと、搬送機が順次ウエハ
をカセットから取り出して各ユニット間を搬送し、加工
を行った後、カセット内の元の位置にもどす。全ウエハ
の加工が完了すると、操作パネルのブザー鳴動によりそ
のむねをオペレータに通知する。研磨機１、研磨機２は
同一の機器であり空いている方を使用する。Ａ洗浄、Ｂ
洗浄はウエハ毎にいずれを行うかオペレータが加工条件
に入力する。

【００２２】本コンピュータ制御装置の構成を図４に示
す。これは、制御用コンピュータと操作パネルから構成
され、コンピュータ内には制御ソフトウェアが存在す
る。制御ソフトウェアはマルチタスクＯＳ上に構築され
おり、プログラム部とデータファイル部から構成され
る。

【００２３】プログラム部は、シーケンス動作制御部
と、それ以外の各ユニットの詳細な制御やマン・マシン
インタフェース機能等を制御するメカニズム制御部から
構成されている。メカニズム制御部の行う制御内容につ
いては、そのプログラム記述には従来の方法が適してお
り、問題とはならない。シーケンス動作制御部が行う制
御内容について、従来技術では前記の問題があり、ペト
リネットを応用したプログラム言語を導入する。本プロ
グラム言語で作成したプログラムを以下ペトリネットプ
ログラムと呼ぶ。プログラム作成は汎用パーソナルコン
ピュータにて専用のプログラミング用ソフトウェアを使
用して行う。作成したプログラムは通信線を介してコン
ピュータ制御装置に転送され、実行される。

【００２４】データファイル部は、加工条件ファイル、
トークン情報ファイル、ペトリネットプログラムファイ
ルから構成される。オペレータが操作パネルから入力し
た各ワークの加工条件は加工条件ファイルに書き込まれ
る。シーケンス動作制御部は、オペレータが加工開始ス
イッチを押すと、ペトリネットプログラムファイルにし
たがって、加工条件ファイルから必要な情報を読み出し
てトークン情報ファイルを作成し、加工動作を開始す
る。操作パネルには、ペトリネットプログラムを図表示
する表示装置と、オペレータが加工条件等を入力する入
力装置、各種スイッチ、表示ランプがある。

【００２５】図５は本装置により実際にウエハ研磨を行
うペトリネットプログラムである。各プレースの機能
を、表２に示す。なお便宜上同一プレースが各所で記述
されているものがある。またトランジション１０とトラ
ンジション２５に分岐アークがある。

【表２】

【００２６】先の表１は、図５中のプレース１、５、１
３のプレースプログラムである。プレースプログラムは
Ｃ言語に似た簡易言語で記述される。言語規約は簡潔単
純で一定のパターンに従って記述すればよく、容易に作
成できる。

【００２７】以下、図５のペトリネットプログラムの動
作を説明する。プレース１では加工開始スイッチ押下を
検知するとトークンが発生し（表１参照）、トランジシ
ョン１が発火する。プレース２にトークンが発生する。
このプレースプログラムではウエハの枚数だけのワーク
トークンを生成し処理順にキューに入れる。さらに個々
のウエハの加工条件ファイル番号、カセット内位置をト
ークン情報ファイル中の当該ワークトークン情報に書き
込む。搬送機と反転機が待機状態であればトランジショ
ン２が発火、プレース５に最初のワークトークンがキュ
ーの先頭から移動し、該ウエハがカセットから反転機に
搬送される（表１参照）。搬送完了するとトランジショ
ン３が発火する。ワークトークンはプレース６に移動、
反転が行われる。完了後搬送機が待機状態で研磨機１が
待機状態ならトランジション４が、研磨機２が待機状態
ならトランジション５が発火する。前者の場合研磨機１
で、後者は研磨機２で研磨がおこなわれ、完了すればそ
れぞれプレース１３、１４にワークトークンが移動す
る。また研磨機への搬送が完了する（トランジション６
または７が発火する）と反転機が待機状態になるので、
次のウエハがカセットから反転機へ搬送され同様に加工
が進行する。

【００２８】プレース１３では当該ワークトークンのト
ークン情報中の加工条件ファイル番号から加工条件ファ
イル中のＡ洗浄／Ｂ洗浄指定を参照して次のトランジシ
ョン１０の分岐アーク番号（１または２）を指定する
（表１参照）。Ａ洗浄の場合はプレース１５、２１、２
５、２７へとワークトークンが移動して、Ａ洗浄が行わ
れ完了後ウエハはカセットの元の位置に戻される。Ｂ洗
浄の場合はプレース１７、２２、２６、２８と移動し同
様にＢ洗浄が行われる。プレース１４でも同様にして研
磨機２からのウエハに対しＡ洗浄またはＢ洗浄が行われ
る。プレース２９には処理完了したワークトークンが順
次流れ込み、全ウエハが完了するとトランジション２３
が発火、プレース３０でブザーを鳴動させオペレータに
通知する。プレース３１にてブザー停止スイッチ押下を
検知しブザーを止める。このように、トークン情報を参
照して分岐アーク番号を指定することによって、個々の
ワークの加工内容を柔軟に制御可能である。

【００２９】図５は、加工の各工程がそれぞれひとつの
プレースで表されており、工程の流れがそのまま図表現
されている。その表現は我々の直感的イメージによく合
致している。また、個々の工程にはすべて図２の基本パ
ターンが利用できるので、作成、変更とも容易である。
専門的な知識や技能は不要であり、誰でも短期間にプロ
グラミングを習得できる。

【００３０】

【発明の効果】本コンピュータ制御装置を用いることで
以下の効果がある。 （１）シーケンス動作制御のプログラミング習得が容易
であり、ソフトウェアの専門知識や技量を持たない者で
も十分行うことができる。 （２）制御対象システムに変更があった場合でもプログ
ラム変更が容易である。構成するユニットに異機種への
交換や追加、撤去等があった場合には、メカニズム制御
部のプログラムおよびペトリネットプログラムを変更す
る必要があるが、シーケンス動作制御部のプログラムは
変更の必要がない。また、前記変更も両者の機能が明確
に分割されているため容易に行うことができる。システ
ムに変更はなくワークに対する加工の内容や順序を変え
るだけの場合には、ペトリネットプログラムを変更する
だけですみ、従来より格段に容易になる。 （３）オペレータが入力する加工条件に応じて、加工内
容をワーク毎に柔軟に変えられる。ワーク毎に加工内容
が異なる他品種少量生産の場合非常に有効である。ペト
リネットプログラムを用いたシーケンス動作制御部プロ
グラムは高い汎用性を持ち、種々のシステムに利用でき
る。これを利用することにより新規システムのプログラ
ム開発がメカニズム制御部のプログラム開発だけです
み、大幅な工数削減となる。またプログラム言語がペト
リネットに統一されるため、担当部署でのプログラム作
成、保守作業を効率的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ペトリネット拡張要素の表記を示す図である。

【図２】ペトリネットプログラム基本パターンを示す図
である。

【図３】ウエハ研磨装置の構成を示す図である。

【図４】本コンピュータ制御装置の構成を示す図であ
る。

【図５】図３のウエハ研磨装置を制御するペトリネット
プログラムを示す図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の加工装置と、ワークをロット単位
   でシステムに搬入、搬出する搬入・搬出口と、ワークの
   加工条件を入力する入力装置と、装置間でワークを搬送
   する搬送装置と、システムに組み込まれ一体となって動
   作するコンピュータ装置とを備え、 該システムのシーケンス動作プログラムをペトリネット
   を応用したプログラム言語によって記述し制御すること
   を特徴とする自動加工処理システムのコンピュータ制御
   装置。
2. 【請求項２】 通常のトークンの他に、ワークをあらわ
   すワークトークンを用いることを特徴とする請求項１に
   記載の自動加工処理システムのコンピュータ制御装置。
3. 【請求項３】 少なくとも一部のプレースに、実システ
   ムの制御プログラムを実行する機能を持たせるようにし
   たことを特徴とする請求項１又は２に記載の自動加工処
   理システムのコンピュータ制御装置。