JP2009282822A - 工作機械システム - Google Patents

Abstract

【課題】 他機で起きた現象や経験した内容の情報を、自己機でだけでなく、他機へも連絡することで、情報の共有化を図り、その共有情報を自己機に利用することができる工作機械システムを提供する。
【解決手段】 通信ネットワーク２０で接続された複数台の工作機械１を備える。各工作機械１の制御装置２に、工作機械本体２の監視を行う監視手段９をその監視結果を記憶する記憶手段１０を設ける。その記憶情報につき、複数の工作機械１の間で、互いに記憶情報の送信およびアクセス許可のいずれか一方または両方を行う情報共有化手段１１を設ける。この情報共有化手段１１で得た他の工作機械１の情報を利用する他機情報利用手段１２を設ける。
【選択図】 図１

Description

この発明は、複数台の同機種等の工作機械を備えた工作機械システムに関する。

工場内に同一機種の工作機械を並設し、各工作機械で同様な加工を行う場合がある。各工作機械は、数値制御装置等の制御装置を備えており、スケジュール管理や稼働状況の管理、故障診断等のため、ローカルエリアネットワークに接続される場合が多い。
特開２００５−２０２８４４号公報 特開２００７−２４９３１３号公報 特開平０６−２９００７１号公報

工作機械の故障の発生、例えば、モータの焼きつき等の機械異常が発生した場合、従来は個々の工作機械の単独で対処しており、その故障等の現象の情報が、他の工作機械の運転に十分に生かされていない。
同一機種であると、同じような故障可能性部位を持ち、また同じような故障へ通じる稼働状況の経過を辿る道筋がある場合が多い。特に、同じ工場で、同じようなライン構成、環境に置かれた工作機械であれば、同じような故障が発生する可能性が高い。そのため、いずれかの工作機械で故障や不調等の現象が発生した場合に、他の同一機種の工作機械でその現象の情報が利用できれば、故障を未然に防止できる可能性が高いと考えられる。しかし、従来は、このような他の同機種の工作機械の情報が効果的に利用されていない。

また、従来は、工作機械が干渉したりすると、アラーム表示を行い、その段階で内部状態を取り出し、検証することが行われている。この場合、干渉があった時点のデータから判断して、原因追求を行う形態が採られており、その干渉等に至った前段階の経緯は、あくまで推測から判断されていた。
このような場合、その干渉時の対処は良好に行えて、うまく動作するように復旧できたとしても、その中に潜んでいる根本の要因や予兆を見逃し、後から再発して大きな問題に発展する場合も生じる。

さらに、工作機械のデータが不安定の場合に、他の同機種の工作機械とデータを見比べてみたい場合や、自己の工作機械の制御装置の中に存在していないプログラムで、他の工作機械に入っているプログラムと比較したい場合がある。このような場合、メモで控えたりして、そのデータと自己の工作機械のデータとを比較しているのが現状である。

この発明の目的は、他機で起きた現象や経験した内容の情報を、自己機でだけでなく、他機へも連絡することで、情報の共有化を図り、その共有情報を自己機に利用することができる工作機械システムを提供することである。
この発明の他の目的は、他機の異常発生の予兆の情報を自己機の処理に用いることを可能とすることである。
この発明のさらに他の目的は、他機の情報と自己機の情報を対比して見ることが容易に行えるようにすることである。

この発明の工作機械システムは、工作機械本体（２）を制御する制御機能および通信ネットワーク（２０）上の通信機能を有する制御装置（３）をそれぞれ備えた工作機械（１）を複数台設置した工作機械システムであって、
前記各工作機械（１）における制御装置に、工作機械本体（２）の設定監視対象（１９）の監視を行う監視手段（９）と、この監視手段（９）の監視結果を記憶する記憶手段（１０）と、この記憶手段（１０）に記憶した記憶情報につき、他機への記憶情報の送信および他機からのアクセスの許可のいずれか一方または両方を行う情報共有化手段（１１）と、この情報共有化手段（１１）で得た他の工作機械（１）の情報を利用する他機情報利用手段（１２）とを設けたことを特徴とする。

この構成によると、各工作機械（１）は、監視手段（９）によって工作機械本体（２）のモータ電流等の設定監視対象（１９）の監視を行い、その監視結果を前記記憶手段（１０）に記憶する。前記情報共有化手段（１１）は、前記記憶手段（１０）に記憶した記憶情報につき、この工作機械システムを構成する工作機械（１）の間で、互いに記憶情報の送信、およびアクセス許可のいずれか一方または両方を行う。上記記憶情報の送信は、制御装置（３）が自己の記憶手段（１０）の記憶内容を自発的に送信することであり、前記アクセス許可は、他の工作機械（１）の制御装置（３）から記憶内容のアクセスを求められた場合に、アクセスを許可することである。他機情報利用手段（１２）は、前記情報共有化手段（１１）で得た他の工作機械（１）の情報を利用する。この利用は、例えば、自己の工作機械（１）の制御や、自己の工作機械（１）における制御装置（３）の表示画面の表示等に用いることである。
上記記憶手段（１０）に記憶させて情報共有を図る情報は、監視手段（９）の監視結果の他に、制御パラメータの設定値等を含んでいても良い。
このように、情報共有化手段（１１）および他機情報利用手段（１２）を設けたため、他機で起きた現象や経験した内容の情報を、自己機でだけでなく、他機へも連絡することで、情報の共有化を図り、その共有情報を自己機に利用することができる。

この発明において、前記監視手段（９）が、加工負荷と、機械異常の発生を監視するものであり、前記情報共有化手段（１１）は、前記監視手段（９）が機械異常の発生を検出した時に、機械異常に至る加工負荷の経過の情報を他の工作機械（１）へ送信する異常時情報送信部（１６）を有し、前記他機情報利用手段（１２）は、他の工作機械（１）から前記異常時情報送信部（１６）で送信された機械異常に至る加工負荷の経過の情報に対して、自己の工作機械（１）の加工負荷の情報を比較し、比較結果に応じて所定の処理を行う異常負荷予兆対処部（１７）を有するものとしても良い。
この構成の場合、機械異常の発生が検出された工作機械（１）の情報共有化手段（１１）が、他の各工作機械（１）へ機械異常に至る加工負荷の経過の情報を送信する。その情報を受信した工作機械（１）は、受信した機械異常に至る加工負荷の経過の情報に対し、異常負荷予兆対処部（１７）により、自己の工作機械（１）の加工負荷の情報を比較し、比較結果に応じて所定の処理を行う。このため、他機の異常発生の予兆の情報を自己機の処理に用いることができる。

この発明において、前記他機情報利用手段（１２）が、他の工作機械（１）の情報と自己の工作機械（１）の情報とを対比して表示装置（５）の画面に表示する他機情報表示出力部（１８）を有するものとしても良い。
これにより、自己機の情報と他機の情報とを対比して画面で見ることができ、その異同の判断が容易にできる。

この発明の工作機械システムは、工作機械本体を制御する制御機能および通信ネットワーク上の通信機能を有する制御装置をそれぞれ備えた工作機械を複数台設置した工作機械システムであって、前記各工作機械における制御装置に、工作機械本体の設定監視対象の監視を行う監視手段と、この監視手段の監視結果を記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶した記憶情報につき、他機への記憶情報の送信および他機からのアクセスの許可のいずれか一方または両方を行う情報共有化手段と、この情報共有化手段で得た他の工作機械の情報を利用する他機情報利用手段とを設けたため、他機で起きた現象や経験した内容の情報を、自己機でだけでなく、他機へも連絡することで、情報の共有化を図り、その共有情報を各工作機械において、自己機に利用することができる。

前記監視手段が、加工負荷と、機械異常の発生を監視するものであり、前記情報共有化手段は、前記監視手段が機械異常の発生を検出した時に、機械異常に至る加工負荷の経過の情報を他の工作機械へ送信する異常時情報送信部を有し、前記他機情報利用手段は、他の工作機械から前記異常時情報送信部で送信された機械異常に至る加工負荷の経過の情報に対して、自己の工作機械の加工負荷の情報を比較し、比較結果に応じて所定の処理を行う異常負荷予兆対処部を有する場合は、他機の異常発生の予兆の情報を自己機の処理に用いることが可能となる。

前記他機情報利用手段が、他の工作機械の情報と自己の工作機械の情報とを対比して表示装置の画面に表示する他機情報表示出力部を有する場合は、容易に、他機の情報と自己機の情報を対比して見ることができる。

この発明の一実施形態を図１ないし図５と共に説明する。この工作機械システムは、複数の工作機械１で構成される。各工作機械１は、加工を行う機械部分である工作機械本体２と、この工作機械本体２を制御する制御装置３とを備える。各工作機械１は、例えば、同一機種で同一仕様のものである。これら各工作機械１は、同じ工場内の同じ部屋内に設置されたものであっても、一部または各工作機械１がそれぞれ、別の工場、または同じ工場の別の建屋や別の建物に設置されたものであっても良い。各工作機械１は、通信ネットワーク２０を介して相互に接続されている。通信ネットワーク２０は、ローカルエリアネットワークであっても、また公衆電話回線網等を用いたインターネット等の広域通信ネットワークであっても良い。

工作機械１は、具体例を挙げると、例えば図５に示す旋盤である。この工作機械１の工作機械本体２は、ワークＷを把持して回転させる主軸３１と、工具３２が複数取付けられたタレット式の刃物台３３とを有する。刃物台３３は、送り台３４上に割出回転可能に搭載され、送り台３４の左右方向（Ｘ方向）の移動および送り台３４に対する刃物台３３の前後方向（Ｙ方向）の移動により、直交２軸方向に移動する。主軸３１は主軸モータ３５により、刃物台３３は各軸方向のモータ３６，３７により駆動される。
制御装置３は、例えば、コンピュータ式の数値制御装置とプログラマブルコントローラなどで構成され、工作機械本体２の側に設置されている。制御装置３には、操作盤４が設けられている。

図１は、各工作機械１の内の１台につき、その制御装置３の概念構成をブロック図で示している。操作盤４は、液晶表示装置等の画面に画像で表示可能な表示装置５と、入力手段６とを有している。入力手段６は、例えば複数のスイッチを配列したものとされ、または表示装置５の画面を覆うタッチパネル等で構成される。
制御装置３は、上記通信ネットワーク２０と通信するインタフェースとなる通信手段７を有している。

制御機能部８は、制御装置３における工作機械本体１を制御する役割を果たす部分につき、後に特に説明する部分以外の部分を総称したものである。制御機能部８は、中央処理装置、メモリ、および上記中央処理装置に実行させるプログラム等で構成される。
制御装置３は、制御機能部８に、監視手段９、記憶手段１０、情報共有化手段１１、および他機情報利用手段１２を備える。

監視手段９は、工作機械本体２の設定監視対象１９の監視を行う手段である。設定監視対象１９は、例えば、加工負荷となる各軸モータ（例えば、図５の主軸モータ３５や刃物台３３の各軸駆動用のモータ３６，３７）の負荷電流や、ツールカウンタのカウント値である。モータ電流は、電流計（図示せず）等によって常時検出されるが、監視手段９は、例えば設定サンプリング間隔で、その検出したモータ電流を記憶手段１０に記憶させる。ツールカウンタは、刃物台３３の各工具３２の使用回数をカウントする手段である。
監視手段９は、この他に、工作機械本体２が搬送装置（図示せず）等と干渉した場合の干渉や、モータ電流が設定値を超える過負荷等の機械異常を監視する機能を有し、その機械異常を、アラーム情報として記憶手段１０に記憶させる。

記憶手段１０は、設定内容記憶部１３と、監視情報記憶部１４とを有している。
監視情報記憶部１４、監視手段９で監視された結果、例えば、モータ電流監視結果、ツールカウンタのカウント値、上記アラーム情報等が記憶される。
設定内容記憶部１３には、制御機能部８で制御に用いる各種の制御パラメータ、例えば主軸回転速度、切削油の吐出間隔、各軸移動速度の最大値、あるいは省エネ運転の有無などの情報が設定される。設定内容記憶部１３には固定部１３ａと可変部１３ｂとがあり、固定部１３ａは、後に示す他機情報利用手段で記憶内容が変更不可とされ、可変部１３ｂは記憶内容が変更可能とされる。なお、固定部１３ａと可変部１３ｂとは、互いに記憶領域で分けてあっても、またフラグ等で概念的に分けるようにしても良い。

情報共有化手段１１は、制御装置３の記憶手段１０に記憶した記憶情報につき、この工作機械システムを構成する工作機械１の間で、互いに記憶情報の送信およびアクセス許可のいずれか一方または両方を行う手段である。この実施形態では、記憶手段１０に対してアクセス許可を行うアクセス許可部１５と、情報の送信を行う異常時情報送信部１６とを有する。アクセス許可部１５は、アクセス権限を有する機器からのアクセスであるか否かの判断を行い、アクセス権限を有する機器からのアクセスである場合に、記憶手段１０の設定範囲のアクセスを許可する。なお、アクセス許可部１５は、グループ管理や許可機の登録等でアクセス権限の判断を可能としておく。

異常時情報送信部１６は、監視手段９が、機械異常の発生を検出した時に、機械異常に至る加工負荷の経過の情報、またはさらに機械異常後の設定期間の加工負荷の経過の情報を、他の工作機械１へ送信する手段である。送信を行う機械異常の種類は、設定された内容の機械異常とされる。

他機情報利用手段１２は、情報共有化手段１１で得た他の工作機械１の情報を自己の工作機械１の制御や状況認識等に利用する手段である。他機情報利用手段１２は、異常負荷予兆対処部１７と、他機情報表示出力部１８とを有している。

異常負荷予兆対処部１７は、他の工作機械１から異常時情報送信部１６で送信された機械異常に至る加工負荷の経過の情報に対して、自己の工作機械１の加工負荷の情報を比較し、比較結果に応じて所定の処理を行う手段である。所定の処理は、例えば、機械停止の制御や、上記記憶手段１０の設定内容記憶部１３における可変部１３ｂの制御パラメータを変更する処理等である。

他機情報表示出力部１８は、他の工作機械１の情報と自己の工作機械１の情報とを対比して表示装置５の画面に表示する手段である。他機情報表示出力部１８は、対比表示の他に、他の工作機械１の情報のみの表示も可能としてある。

なお、制御装置３を構成する各手段，各部のより具体的な内容は、以下の動作説明と共に説明する。

上記構成の作用，動作を説明する。この工作機械システムによると、各工作機械１は、監視手段９によって工作機械本体２のモータ電流等の設定監視対象１９の監視を行い、その監視結果を記憶手段１０に記憶する。情報共有化手段１１は、記憶手段１０に記憶した記憶情報につき、この工作機械システムを構成する工作機械１の間で、異常時情報送信部６で互いに記憶情報の送信を行い、またアクセス許可部１５でアクセス許可を行う。
他機情報利用手段１２は、情報共有化手段１１で得た他の工作機械１の情報を、自己の工作機械１の制御や、自己の工作機械１における表示装置５の表示画面の表示する。

このように、情報共有化手段１１および他機情報利用手段１２を設けたため、他機で起きた現象や経験した内容の情報を、自己機でだけでなく、他機へも連絡することで、情報の共有化を図り、その共有情報を自己機に利用することができる。
従来においても、リモート診断やネットワークを行うための回線を持つものがあるが、機械の状態をモニタする程度や、サービスセンター等からのデータ転送の程度である。これに対して、この実施形態では、工作機械１で予め設定した範囲や項目につき、自動的に会話することで、情報を共有してゆくことが実現できる。

情報共有の具体例を説明する。
（具体例１）
ある工作機械１（「♯１」と称す））で軸の移動時の電流推移を監視していたとして、ある時期にその予兆から本当に故障に至ってしまったとする。♯１の工作機械１は、故障に至るまでの電流推移のデータが存在していて、そのデータを監視情報記憶部１４に格納している。自己機では、制御機能部８で、この電流推移のデータと監視データとを比較しながら、次に同じ傾向が現れたとしたら、故障を事前に発見することが可能になり、自己機が故障に至る前にアラーム等を出力してオペレータに知らせることが可能になる。

この実施形態では、そのときの異常に至るデータを、固別の工作機械１の情報としておくのではなく、同機種の工作機械１（「♯２」と称す）へ、異常時情報送信部１６で自動的に通信し、傾向の分析データを転送しておくことで、その♯２の工作機械１は、自己機の経験データと、他機の経験傾向データの両方のデータを持つことができる。これにより、♯２の工作機械１は、実経験がないのに、同機種の情報を持ち得、自己機の故障に気づく確率が大きく上がる。
なお、♯１の工作機械１から♯２の工作機械１へのデータの転送は、同じ工場内の工作機械１間で行うようにしても、またリモートシステムを兼ね備えた別の工場の工作機械１との間で行うようにしても良い。

（具体例２）
ライン構成上で、上流の工作機械１と下流の工作機械１がある場合につき説明する。固定したインタフェース等の構成を事前に検討して、それを配備しておけば、情報を次へ流すことができるが、その場合、専用のハードウェアおよびソフトウェアを必要とする。そこで、例えば、上流の工作機械１でワーク無しの状況や待ち状況が発生するケースを監視手段９で監視し、そのワーク無し状況や待ち状況が発生したときに、その情報を、異常時情報送信部１６でラインの下流の装置で自動的に伝達を行うようにする。これにより、下流の工作機械１で、上流の生産状況に合わせたシフトが採れ、またワーク無し状況を事前に認識することで、他機情報利用手段１２により、機械を省エネ運転に切り換えたり、他機情報表示出力部１８による画面表示で、オペレータへ上流の情報を知らせることが可能となる。

つぎに、他機情報利用手段１２における他機情報表示出力部１８の具体的内容例を説明する。他機情報表示出力部１８は、入力手段６から任意の工作機械１のアクセス番号の指定と、呼び出したい情報の種類の選択の入力とが行われると、その指定された工作機械１についてアクセス指令を行い、通信ネットワーク２０を介して、その工作機械１の前記の選択された種類の情報を呼び出し、表示装置５の画面に表示する。各工作機械１は、アクセス許可部１５が、アクセス番号からアクセク権限の有無を判断し、アクセク権限のある工作機械１に対してのみ、アクセスを許可して記憶情報の送信を可能とする。アクセス番号は、例えば、個々の工作機械１に割当てられた基台番号、またはネットワーク識別番号等である。呼び出したい情報の種類は、例えば、監視データ、加工プログラム、制御パラメータ等である。
したがって、オペレータは、画面に自分が呼び出したい基台のアクセス番号を入力し、呼び出したい情報の種類を画面上から選択すれば良い。

また、他機情報表示出力部１８は、入力手段６から、単純呼び出しモードと、データ比較表示モードとの選択の入力を可能とし、単純呼び出しモードが選択された場合は、選択された他機となる工作機械１の情報を表示装置５の画面に表示する。データ比較表示モードが選択された場合は、選択された他機と自己機の情報を対比して表示する。図２は、そのデータ比較表示モードの場合の画面例を示す。なお、同図の吹き出し表示は、画面に表示される内容ではなく、画面の表示内容に対する説明である。
この形式を実現するとこで、従来のメモ書きやパソコン上のデータとの比較を、自己機の表示装置５の画面内で確認することが可能である。また、他機情報表示出力部１８は、データ比較表示モードの場合に、ホストセンターを選択すると、メーカ側のホストセンター（図示せず）に格納されている標準データまたは基準データとの比較を可能としてある。これにより、異常要因を、自己機の前でデータ比較して調べることができる。

図２の画面例では、参照基台（参照する工作機械１）のアクセス番号の表示部２１と、モード表示部２２と、呼び出しデータ種類の表示部２３とがあり、これら各表示部２１〜２３の表示内容を変更する入力が可能とされ、その表示された内容に対応する選択状態となる。その選択状態で実行ボタン表示２４を指定すると、アクセスが実行される。
また、画面上の下部は、データの表示部であり、実機（自己の工作機械１）のデータと参照基台のデータとが対比して表示される。この画面例では、各データ毎に、実機と参照基台のデータが一致するか否かを示す比較結果表示２５が表示される。比較結果表示２５は、同図では○×のマークとしているが、この他に、データの表示部分の色等を変えて、比較結果表示としても良い。

図３，図４は、異常負荷予兆対処部１７および監視手段９等の処理例を示す。監視手段９は、所定のモータのモータ電流等について、常時、一定間隔でサンプリングし、記憶手段１０の監視情報記憶部１４に記憶する。監視手段９は、設定基準に従って監視データから異常発生の有無を判定し、異常発生と判定すると、その異常発生時の直前となる一定時間のデータと、直後の一定時間のデータとし、トラブル経緯データとして、監視結果記憶部１４に記憶する。

このように記憶することで、トラブル発生の直前と直後のデータ、および過去の代表経緯データを確認することができる。これにより、異常が発生した際に、どのようにデータが変化したそれに至ったかの判断が可能になる。また、このサンプリングデータを用いることで、同じ傾向に進んで行った場合には、予兆として捕らえることができ、異常が発生する前に、機械を保護することが可能となる。
異常情報送信部１６は、このように記憶されたトラブル経緯データおよび常時のサンプリングデータを、監視手段９の異常発生判定の結果応答して、他機へ送信する。他機ではその送信されたデータを受信し、異常負荷予兆対処部１７の制御に用いる。

この機能の試し削りに利用する利用例を説明する。上記のように、軸のモータ電流または負荷をデータとして常時サンプリングしたとする。例えば、ワーク加工開始〜終了までのサンプリングを行うと、加工内の軸負荷を見ることができる。それを表示装置５の画面や外部出力における出力波形として表示する。図４はその出力波形例を示し、参考としてこの出力波形に加工プログラムの各命令を対比して示す。

試し削りの段階においては、どの当たりの切削で負荷がかかっているかが、時間と共にデータ格納することで明確になり、チップと加工の状況とを把握することが可能となる。従来では、単純にツールモニタでレベルを超えたらアラームをするだけであるが、この実施形態によると、加工中の詳細情報を知ることができる。このように、試し削りの際に、負荷度の確認と加工判断の材料として使用できる。
また、この試し削り段階のサンプリングデータを記憶しておき、通常の連続加工サイクル時に加工ワークのサンプリングを常時行い、この試し削りデータと比較することで、異常（例えばチップ破損や軸異常等）を早期に発見でき、不良ワークを作らない、または機械にダメージが与えられる前に止められるといった利点がある。
上記のように、常時サンプリングしたデータと基準データとの比較を行うようにすることで、従来の単純な閾値との間で異常判断するレベルよりも、より判断が早期で確実なものとできる。しかも、他機で行った試し削りのデータを、基準データとして用いることができる。

この発明の一実施形態に係る工作機械システムの概念構成を示すブロック図である。 同工作機械システムの制御装置における出力画面例の説明図である。 同工作機械システムの異常発生時のサンプリング方法を示す説明図である。 同工作機械の試し削り時の負荷の変化を示す波形図である。 同工作機械システムにおける工作機械の一例の平面図である。

符号の説明

１…工作機械
２…工作機械本体
３…制御装置
４…操作盤
５…表示装置
６…入力手段
７…通信手段
９…監視手段
１０…記憶手段
１１…情報共有化手段
１２…他機情報利用手段
１３…設定内容記憶部
１４…監視情報記憶部
１５…アクセス許可部
１６…異常時情報送信部
１７…異常負荷予兆対処部
１８…他機情報表示出力部
１９…監視対象
２０…通信ネットワーク

Claims (3)

1. 工作機械本体を制御する制御機能および通信ネットワーク上の通信機能を有する制御装置をそれぞれ備えた工作機械を複数台設置した工作機械システムであって、
   前記各工作機械における制御装置に、工作機械本体の設定監視対象の監視を行う監視手段と、この監視手段の監視結果を記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶した記憶情報につき、他機への記憶情報の送信および他機からのアクセスの許可のいずれか一方または両方を行う情報共有化手段と、この情報共有化手段で得た他の工作機械の情報を利用する他機情報利用手段とを設けたことを特徴とする工作機械システム。
2. 前記監視手段は、加工負荷と、機械異常の発生を監視するものであり、前記情報共有化手段は、前記監視手段が機械異常の発生を検出した時に、機械異常に至る加工負荷の経過の情報を他の工作機械へ送信する異常時情報送信部を有し、前記他機情報利用手段は、他の工作機械から前記異常時情報送信部で送信された機械異常に至る加工負荷の経過の情報に対して、自己の工作機械の加工負荷の情報を比較し、比較結果に応じて所定の処理を行う異常負荷予兆対処部を有する請求項１記載の工作機械システム。
3. 前記他機情報利用手段は、他の工作機械の情報と自己の工作機械の情報とを対比して表示装置の画面に表示する他機情報表示出力部を有する請求項１または請求項２記載の工作機械システム。

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