TW202349150A - 工廠運轉支援系統 - Google Patents

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前田𨺓史
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日商東芝三菱電機產業系統股份有限公司
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Abstract

本發明之目的為：在工廠運轉中發生感測器故障時，比較可採取的每個運轉處置之生產量的下降量，藉由導引顯示而支援從生產性的觀點來看為最佳的運轉處置，將生產量的下降量抑制在最小限度。因此，在感測器故障的狀態下，工廠運轉支援系統係於按照用以繼續進行工廠的運轉的暫時處置資訊對工廠施行暫時處置而繼續運轉時的暫時處置後生產量為在將故障之感測器更換為正常之感測器的作業後再度開始運轉時的更換後生產量以上之情形，導引顯示暫時處置資訊。

Description

工廠運轉支援系統
本發明係關於工廠運轉支援系統。
例如，如專利文獻1所揭示，已知有一種在工廠發生異常時，在畫面顯示應與該異常案例對應的操作處置的運轉支援系統。就運轉穩定性的觀點而言，在習知的運轉支援系統中，係在成為機器故障等異常的狀態時，將對應於工廠的運轉狀態的危險的迴避操作方法、處置方法通知操作員(operator)，藉此支援穩定的運轉。操作員進一步收集判斷資訊，判斷是否繼續運轉。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開2003-140742號公報
然而，就生產性之觀點而言，基於運轉穩定性之觀點的先前之運轉支援系統並非定量地判斷最佳的處置方法、運轉方法並自動通知的技術。因此，並非直接將生產量的下降抑制在最小限度之機制。
又，關於機器故障發生時之運轉處置方法的其中一種方法，亦即藉由暫時處置而繼續運轉，從安全上的觀點來看，基於運轉穩定性之觀點的先前之運轉支援系統係避免自動實施處置。因此，存在有未預先確立對應於對象機器之暫時處置方法，至處置為止需要時間，以及至再度開始運轉為止需要時間等問題。
本發明係為了解決如上述之課題所研創，其目的在於提供一種工廠運轉支援裝置，在機器故障發生時，比較可採取的每個運轉處置之生產量的下降量，藉由導引顯示而支援從生產性的觀點來看為最佳的運轉處置，可將生產量的下降量抑制在最小限度。
第一態樣係關於一種工廠運轉支援系統。
工廠運轉支援系統係具備：設置於工廠且用於運轉之感測器；及至少一個處理器與記憶體。
前述記憶體係儲存暫時處置資訊，該暫時處置資訊係用以在前述感測器故障的狀態下繼續進行前述工廠的運轉。
在前述感測器故障的狀態下，前述處理器係於按照前述暫時處置資訊對前述工廠施行暫時處置而繼續運轉時的暫時處置後生產量為將故障之前述感測器更換為正常之感測器的作業後再度開始運轉時的更換後生產量以上之情形，輸出顯示前述暫時處置資訊之信號。
據此，於對運轉有影響之感測器故障時，工廠運轉支援系統係比較暫時處置與感測器更換所致之生產量的下降量，自動判斷最佳的處置，在應實施暫時處置時，顯示已登錄的暫時處置資訊。藉此，可支援操作員，將生產量的下降量抑制在最小限度。
第2態樣係在第1態樣以外更具有以下特點。
在前述感測器故障的狀態下，前述處理器係於前述暫時處置後生產量未達前述更換後生產量之情形，輸出顯示指示前述感測器之更換作業之更換資訊之信號。
第3態樣係在第1或第2態樣以外更具有以下特點。
前述記憶體係儲存：對應於故障之前述感測器之暫時處置後的運轉的暫時處置生產率；及
將故障之前述感測器更換為前述正常之感測器的作業所需之更換時間。
前述暫時處置後生產量係對於前述暫時處置生產率乘以從現在至定期修理時刻為止之剩餘運轉時間所得之值。
前述更換後生產量係對於使用前述正常之感測器的通常運轉之生產率乘以從前述剩餘運轉時間減去前述更換時間後的時間所得之值。
根據本發明，在機器故障發生時，比較可採取的每個運轉處置之生產量的下降量，藉由導引顯示而支援從生產性的觀點來看為最佳的運轉處置，可將生產量的下降量抑制在最小限度。
1:工廠
2:現場機器
3:可程式邏輯控制器(PLC)
4:專用控制區域網路
5:通用控制區域網路
10:伺服器
10a:處理器
10b:記憶體
10c:網路介面
11:資料庫
12:各種設定表
20:人機介面(HMI)
20a:處理器
20b:記憶體
20c:網路介面
20d:輸入介面
20e:監視器
21:暫時處置導引畫面
A41:感測器類別表
B42:暫時處置生產率表
C43:庫存表
D44:更換所需時間表
S100,S110,S120,S130,S140:步驟
S200,S210,S220,S230,S240,S250,S260,S270,S280,S290,S300:步驟
圖1為用以說明本發明之實施型態的工廠之全體構成例的圖。
圖2為用以說明本發明之實施型態之機器故障發生時之運轉恢復處理流程的流程圖。
圖3為用以說明本發明之實施型態之運轉處置判斷演算法的流程圖。
圖4為用以說明本發明之實施型態之各種表(table)之具體例的圖。
圖5為顯示本發明之實施型態的工廠運轉支援系統之硬體構成例的方塊圖。
以下，參照圖式詳細說明本發明之實施型態。再者，對各圖中共通之要素標註相同之符號並省略重複之說明。
實施型態
1.整體構成
圖1為用以說明實施型態的工廠之全體構成的圖。圖1所示之工廠1還具備未圖示之構成，但為了簡化說明而對於其他的構成省略說明。
工廠1係生產製品的產業工廠。產業工廠例如為鋼鐵工廠、製紙工廠、石油化學工廠、食品工廠、發電工廠等。圖1所示之工廠1係具備：現場機器2、可程式邏輯控制器(以下稱為PLC)3、伺服器(server)10、人機介面(以下稱為HMI)20。
PLC 3與伺服器10藉由作為資料的介面之專用控制區域網路(LAN,Local Area Network)4而連接。PLC 3、伺服器10與HMI 20係藉由作為資料的介面之通用控制區域網路5而連接。
現場機器2係用以監視、控制工廠1的運轉之感測器(sensor)及致動器(actuator)。致動器係對應於來自PLC 3的控制信號而動作。感測器係檢測出對象的狀態。致動器及感測器之機器狀態信號係經由輸入/輸出卡(I/O card)而被取入於PLC 3。
PLC3係工廠控制用控制器。PLC 3向現場機器2發送控制信號。PLC 3將從現場機器2接收到之機器狀態信號輸出至專用控制區域網路4。此外，PLC 3係從設置於HMI 20之PLC軟體工程工具(software engineering tool)接收PLC設定信號，而可實施控制程式之變更或電路之重組。
伺服器10係機器故障監視用資料收集伺服器。伺服器10係監視專用控制區域網路4中所傳輸之感測器或致動器之機器狀態信號。若檢測到屬於機器狀態信號之其中一種的感測器之機器故障狀態，伺服器10就執行後述之圖2的運轉恢復處理流程。再者，於檢測到致動器之機器故障狀態之情形，係設為於機器更換後恢復運轉。
伺服器10具備包含各種設定表12之資料庫11。各種設定表12包含後述之圖4所示之感測器類別表A41、暫時處置生產率表B42、庫存表C43、更換所需時間表D44。此外，各種設定表12還包含用以在感測器故障的狀態下繼續進行工廠的運轉的暫時處置資訊。在暫時處置資訊中，已按每個感測器預先登錄了PLC軟體之暫時處置方法。
HMI 20為HMI & PLC軟體工程工具。HMI 20具備根據對應於從伺服器10接收到之顯示信號(包含暫時處置資訊)而顯示暫時處置導引畫面21之功能(圖1中描繪有暫時處置導引畫面21之表的顯示例)。此外，HMI 20係具有可藉由操作員的操作來編輯PLC 3的設定之PLC軟體編輯器22，具備作為工程工具的功能(圖1中描繪有PLC軟體編輯器22的顯示例)。HMI 20係將PLC軟體工程工具的PLC設定信號經由通用控制區域網路5發送至PLC 3。
2.工廠運轉支援系統
接下來，參照圖1至圖4，說明包含伺服器10及HMI 20之工廠運轉支援系統。
圖2為用以說明實施型態之工廠運轉支援系統中的機器故障發生時之運轉恢復處理流程的圖。圖2所示之運轉恢復處理流程係作為圖1之伺服器10內的軟體而安裝。
2-1.運轉恢復處理流程之概要
若檢測到機器故障狀態，伺服器10就執行圖2所示之運轉恢復處理流程。此處，機器故障係設為感測器故障。
最初，在步驟S100中，判定現狀的工廠運轉狀態為運轉中或定期修理中。於判定為運轉中之情形，執行步驟S110之處理。於判定為定期修理中之情形，執行後述之步驟S140之處理。
步驟S110中，係執行後述之圖3之運轉處置判斷演算法，且對應於判斷結果而執行步驟S120至步驟S140之任一處理。
步驟S120被選擇時，工廠繼續進行通常運轉。步驟S120被選擇之情形為不會對生產量造成影響之機器故障之情形，例如為監視專用感測器故障之情形。
步驟S130被選擇時，係在操作員按照暫時處置導引畫面21(圖1)對PLC 3施行暫時處置的狀態下，使工廠運轉。步驟S130被選擇之情形為：雖從自動運轉成為手動運轉會使得生產量降低，但若考慮機器修復之時間，則採用暫時處置而繼續運轉係可抑制對生產量之影響。於實施暫時處置之情形，係於下次的定期修理時實施正式處置(機器更換等)。
參照圖1說明具體例。暫時處置後的運轉(步驟S130)被選擇作為最佳的運轉時，係檢索已預先登錄工廠內機器故障時的軟體暫時處置方法的資料庫11，將對象故障機器的軟體暫時處置方法顯示在圖1的HMI 20的暫時處置導引畫面21。操作員係按照暫時處置導引畫面21，在HMI 20的PLC軟體編輯器22實施暫時處置。在PLC軟體編輯器22實施之暫時處理係反映在PLC 3內的PLC軟體中。圖1所示之例中，於暫時處置導引畫面21上，感測器A現在故障，因此進行導引，將位於MS10的接點A進行跨接。操作員係按照導引而在PLC軟體編輯器22實施將感測器信號接點A進行跨接之暫時處置。
步驟S140被選擇時，係於將故障機器修復為正常之機器後，使工廠再度開始運轉。步驟S140被選擇之情形為若不修復故障機器就無法運轉。此情形為：停止運轉以修復(更換)故障機器時，可比採用暫時處置而繼續運轉更為抑制對生產量之影響。
2-2.運轉處置判斷演算法
參照圖3，說明在圖2之步驟S100所執行之運轉處置判斷演算法的詳細內容。
首先，步驟S200中，伺服器10使用感測器類別表A41執行感測器類別判定。感測器分類為3個種類。類別1為於感測器故障時完全不會對繼續運轉有影響之感測器。類別2為於感測器故障時會對運轉有影響但可採用暫時處置而繼續運轉之感測器。類別3為於感測器故障時會對運轉有影響，且無法藉由暫時處置而繼續運轉之感測器。於圖4所示之感測器類別表A41之一例中，感測器A定義為類別2，感測器B定義為類別1，感測器C定義為類別2，感測器D定義為類別3。
步驟S200中，係判定故障之感測器是否為類別1。於判定為故障之感測器為類別1之情形，故障之感測器為不會對生產量造成影響之機器，例如監視專用感測器。因此，工廠係繼續進行通常運轉(步驟S210)。步驟S210係與圖2之步驟S120對應。之後，是否繼續運轉係委由操作員判斷。
另一方面，步驟S200中，於判定為故障之感測器並非為類別1之情形，執行步驟S220之處理。
步驟S220中，伺服器10使用感測器類別表A41，判定故障之感測器為類別2或類別3。於判定為類別2之情形，為了判斷可否進行暫時處置運轉(藉由暫時處置而手動運轉)而執行步驟S230以後之處理。另一方面，於判定為類別3之情形，由於無法進行暫時處置運轉，故而執行步驟S270以後之處理。
步驟S230中，伺服器10使用庫存表C43判定有無預備品庫存。在圖4所示之庫存表C43中定義有各個感測器之有無庫存狀況。於感測器(類別2)有預備品之情形，執行步驟S240之處理。於感測器(類別2)無預備品之情形，執行步驟S250之處理。
步驟S240中，伺服器10使用暫時處置生產率表B42與更換所需時間表D44，比較暫時處置運轉所致之生產降低量與故障感測器(類別2)修復所致之生產降低量。
伺服器10係判定按照暫時處置資訊對工廠施行暫時處置而繼續運轉時的暫時處置後生產量是否為在將故障之感測器更換為正常之感測器的作業後再度開始運轉時的更換後生產量以上。詳細而言，暫時處置後生產量係對於暫時處置生產率乘以從現在至定期修理時刻為止之剩餘運轉時間所得之值。更換後生產量係對於使用正常之感測器的通常運轉之生產率乘以從剩餘運轉時間減去更換時間(將故障之感測器更換為正常之感測器的作業所需之時間)後的時間所得之值。
說明具體例。圖4所示之暫時處置生產率表B42係定義與對象感測器正常時的自動運轉之生產率(100%)相對之暫時處置後的手動運轉之生產率。圖4所示之例中，感測器A定義為暫時處理生產率70%，感測器C定義為暫時處理生產率40%。又，圖4所示之更換所需時間表D44之一例中，感測器A定義為更換所需時間8小時，感測器C定義為更換所需時間4小時。
就第1例而言，說明關於故障之感測器為感測器A且至下次的定期修理為止之時間為10小時之情形。
關於進行暫時處置運轉時的生產量，若將以生產率100%進行1小時運轉時的生產量設為100，就將其乘以暫時處置生產率70%與至下次的定期修理為止的剩餘運轉時間(10小時)而計算為700。
另一方面，於更換故障之感測器A之情形，更換作業需要8小時(更換所需時間表D44)，其間之生產率為0%。即使將剩餘的2小時以生產率100%進行通常運轉，生產量仍為200。
亦即，第1例中，實施暫時處置運轉時的生產量之降低較少。步驟S240中，於(a)判定為實施暫時處置運轉時的生產量之降低較少之情形，執行後述之步驟S250之處理。
就第2例而言，說明關於故障之感測器為感測器C且至下次的定期修理為止之時間為10小時之情形。
關於進行暫時處置運轉時的生產量，若將以生產率100%進行1小時運轉時的生產量設為100，就將其乘以暫時處置生產率40%與至下次的定期修理為止的剩餘作業時間(10小時)而計算為400。
另一方面，於更換故障之感測器C之情形，更換作業需要4小時(更換所需時間表D44)，其間之生產率為0%。若將剩餘的6小時以生產率100%進行通常運轉，則生產量為600。
亦即，第2例中，於感測器更換後恢復成通常運轉時的生產量之降低較少。步驟S240中，於(b)判定為於感測器更換後恢復成通常運轉時的生產量之降低較少之情形，執行後述之步驟S290之處理。
上述步驟S240中，於(a)判定為實施暫時處置運轉時的生產量之降低較少之情形，或於步驟S230中判定為無預備品庫存之情形，執行步驟S250之處理。
步驟S250中，於暫時處置後生產量為更換後生產量以上之情形，伺服器10輸出顯示暫時處置資訊之信號。接收到信號之HMI 20顯示對應於暫時處置資訊之暫時處置導引畫面21。操作員係按照暫時處置導引畫面21所顯示之暫時處置方法，在HMI 20的PLC軟體編輯器22實施PLC軟體的暫時處置。工廠係在暫時處置後運轉(步驟S260)。步驟S250及步驟S260係與上述步驟S130對應。
另一方面，上述的步驟S220中，於判定為故障之感測器為類別3之情形，由於若不修復故障機器就無法運轉，因此，接下來執行步驟S270的處理。
步驟S270中，伺服器10使用庫存表C43判定有無預備品庫存。於感測器(類別3)有預備品之情形，執行步驟S290之處理。於感測器(類別3)無預備品之情形，係在步驟S280中取得感測器後，執行步驟S290之處理。
除了於步驟S280之處理後執行以外，步驟S290之處理亦於步驟S270中判定為無預備品庫存之情形、或於步驟S240中判定為暫時處置後生產量未達更換後生產量之情形執行。步驟S290中，伺服器10輸出顯示指示感測器之更換作業之更換資訊之信號。HMI 20將更換資訊顯示於畫面。操作員實施將故障感測器更換為預備品等的處置。此後，於步驟S300 中，工廠再度開始通常運轉。步驟S290及步驟S300係與上述步驟S140對應。
3.功效
如以上說明，根據圖2及圖3所示的程序(routine)，在工廠的運轉中發生的感測器故障時，可在繼續進行通常運轉、暫時處置後的再度開始運轉、及故障機器修復後的再度開始運轉當中，自動選擇從生產性的觀點來看能夠將生產量的下降抑制在最小限度的運轉方法。此外，關於運轉處置方法的其中一種方法，亦即藉由軟體的暫時處置而運轉，係按每個對象機器預先登錄暫時處置方法，在機器故障發生時將暫時處置內容進行導引顯示。因此，可支援最短時間之再度開始運轉，可謀求生產性之提高。
4.變形例
然而，上述之實施型態的工廠運轉支援系統雖係設為分別具備有伺服器10和HMI 20，但是，係亦可設為具備具有伺服器10與HMI 20雙方的功能之單一的裝置。又，亦可具備3個以上之裝置。
5.硬體構成例
圖5為顯示伺服器10及HMI 20之硬體構成例的方塊圖。
上述伺服器10之各處理係藉由處理電路而實現。處理電路係由處理器10a、記憶體10b、及網路介面10c連接而構成。處理器10a藉由執行記憶於記憶體10b之各種程式而實現伺服器10之各功能。記憶體10b包含主記憶裝置及輔助記憶裝置。記憶體10b預先記憶有上述暫時處置資訊、各種設定表12。網路介面10c係經由電腦網路而與PLC 3及HMI 20連接，且為可收發信號之裝置。
上述HMI 20之各處理係藉由處理電路而實現。處理電路係由處理器20a、記憶體20b、網路介面20c、輸入介面20d、及至少一個監視器20e連接而構成。處理器20a藉由執行記憶於記憶體20b之各種程式而實現HMI 20之各功能。記憶體10b包含主記憶裝置及輔助記憶裝置。網路介面20c係經由電腦網路而連接至伺服器10，且為可收發信號之裝置。輸入介面20d係鍵盤、滑鼠、觸控面板等輸入裝置。監視器20e亦可設置複數台。
以上，已對本發明之實施型態進行了說明，但本發明並不限定於上述實施型態，可於不脫離本發明之主旨之範圍內進行各種變形而實施。於上述實施型態中提及各要素之個數、數量、量、範圍等之數目之情形，除了特別明示之情形或原理上明確具體指定為該數目之情形以外，本發明並不限定於其所提及之數目。又，上述實施型態中所說明之構造等除了特別明示之情形或原理上明確具體指定為其構造之情形以外，並非本發明所必需者。
S200,S210,S220,S230,S240,S250,S260,S270,S280,S290,S300:步驟

Claims (3)

  1. 一種工廠運轉支援系統，係具備：
    設置於工廠且用於運轉之感測器；
    至少一個處理器與記憶體；及
    顯示資訊的人機介面；且
    前述記憶體係儲存暫時處置資訊，該暫時處置資訊係用以導引操作員應實施之軟體暫時處置方法，以在前述感測器故障的狀態下繼續進行前述工廠的運轉；
    在前述感測器故障的狀態下，前述處理器係於按照前述軟體暫時處置方法對前述工廠施行暫時處置而繼續運轉時的暫時處置後生產量為將故障之前述感測器更換為正常之感測器的作業後再度開始運轉時的更換後生產量以上之情形，將顯示前述軟體暫時處置方法之信號輸出至前述人機介面。
  2. 如請求項1所述之工廠運轉支援系統，其中，
    在前述感測器故障的狀態下，前述處理器係於前述暫時處置後生產量未達前述更換後生產量之情形，輸出顯示指示前述感測器之更換作業之更換資訊之信號。
  3. 如請求項1或2所述之工廠運轉支援系統，其中，
    前述記憶體係儲存：對應於故障之前述感測器之暫時處置後的運轉的暫時處置生產率；及
    將故障之前述感測器更換為前述正常之感測器的作業所需之更換時間；且
    前述暫時處置後生產量係對於前述暫時處置生產率乘以從現在至定期修理時刻為止之剩餘運轉時間所得之值；
    前述更換後生產量係對於使用前述正常之感測器的通常運轉之生產率乘以從前述剩餘運轉時間減去前述更換時間後的時間所得之值。
TW112114241A 2022-04-27 2023-04-17 工廠運轉支援系統 TW202349150A (zh)

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