JP2010250383A - 原単位算出装置、原単位算出装置の制御方法、および制御プログラム - Google Patents

原単位算出装置、原単位算出装置の制御方法、および制御プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】容易にエネルギー原単位を算出する原単位算出装置等を実現する。
【解決手段】本発明の稼働情報出力装置１は、生産機器３が処理を実行するときに消費する、または発生する物理量の時系列データを取得する電力データ取得部１１と、電力データ取得部１１が取得した時系列データから、所定時間の時系列データを検出する１サイクル検出部２１と、
特定の期間における生産機器３による生産対象物の生産数を、１サイクル検出部２１が検出した時系列データを用いて算出する生産数算出部２４と、特定の期間における物理量の時系列データと、生産数算出部２４が算出した生産数とを用いて物理量の原単位を算出する電力原単位算出部２７と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、生産ラインにおける生産機器の物理量の原単位を出力する原単位算出装置、原単位算出装置の制御方法、および制御プログラムに関するものである。
従来から、機械加工の工場では、製造物を生産するために必要な複数の工程を実行するためのそれぞれの生産機器をライン上に配置して、流れ作業で生産を行う生産ラインが設けられている。そして、生産ラインを管理する生産管理の現場では、生産ラインにおける生産性の向上、および消費電力の削減等の省エネルギー化を図ることが常に求められている。
そして、生産ラインにおける生産性の向上や省エネルギー化のためには、該生産ラインの状況を把握する必要がある。そこで、例えば、特許文献１には、機械が停止したときに停止信号を取得し、該停止信号に基づいて自動的に停止理由を所定の項目に割り付ける技術が開示されている。
また、生産ラインにおける生産性の向上や省エネルギー化のためには、１製品当たり、どれだけのエネルギーを消費しているのかを把握することが重要である。そこで、例えば、特許文献２には、複数の異なる製品を生産する生産設備において、単位時間において消費されるエネルギー量と製品毎の生産量とから、生産設備において生産される製品毎のエネルギー原単位を算出する技術が開示されている。
また、特許文献３には、製品の工程ごとに環境負荷を管理し製品のライフサイクルにわたる環境負荷を評価する装置において、工程の稼働時に発生する環境負荷と、工程の準備時に発生する環境負荷と、製品に関する製品情報と、設備に関する稼働情報とに基づいて任意期間に応じた製品数量に相当する総環境負荷を算出する装置が開示されている。
特開平７−３２３５２３号公報（１９９５年１２月１２日公開） 特開２００５−５６２６２号公報（２００５年３月３日公開） 特開２００６−２４４３７４号公報（２００６年９月１４日公開）
そして、従来の構成によりエネルギー原単位を算出するためには、図２４の（ａ）に示すように、上記生産機器の制御を行っているＰＬＣ（Programmable Logic Controller）から出力された情報を元に生産数を算出し、電力量計から出力された電力量を用いてエネルギー原単位を算出する必要がある。または、同図の（ｂ）に示すように、生産機器に接続された何らかのセンサの出力から生産数を算出し、算出した生産数と電力量計から出力された電力量とからエネルギー原単位を算出する必要がある。
よって、従来の構成のまま、エネルギー原単位を算出するためには、生産数を算出できるようにＰＬＣのラダープログラムを作成・変更する必要が生じる。または、生産数をカウントするためのセンサ、およびカウンタが必要となる。
また、特許文献２に記載の構成では、エネルギー原単位を算出するためには、何らかの方法で製品毎の生産量を取得する必要がある。よって、生産量を取得するための何らかの装置が必要となる。
なお、特許文献１、３には、エネルギー原単位等の物理量原単位については記載されていない。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、容易に物理量の原単位を算出する原単位算出装置等を実現することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る原単位算出装置は、生産機器が処理を実行するときに消費する、または発生する物理量の時系列データを取得する物理量取得手段と、上記物理量取得手段が取得した物理量の時系列データから、所定時間の時系列データを検出するデータ検出手段と、特定の期間における上記生産機器による生産対象物の生産数を、上記データ検出手段が検出した時系列データを用いて算出する生産数算出手段と、上記特定の期間における物理量の時系列データと、上記生産数算出手段が算出した生産数とを用いて上記物理量の原単位を算出する原単位算出手段と、を備えていることを特徴としている。
また、本発明に係る原単位算出装置の制御方法は、生産機器が処理を実行するときに消費する、または発生する物理量の時系列データを取得する物理量取得ステップと、上記物理用取得ステップで取得した物理量の時系列データから、所定時間の時系列データを検出するデータ検出ステップと、特定の期間における上記生産機器による生産対象物の生産数を、上記データ検出ステップで検出した時系列データを用いて算出する生産数算出ステップと、上記特定の期間における物理量の時系列データと、上記生産数算出ステップで算出した生産数とを用いて上記物理量の原単位を算出する原単位算出ステップと、を含むことを特徴としている。
ここで、所定時間としては、例えば、当該生産機器のおけるサイクルタイムの設計値を挙げることができる。
上記の構成または方法によれば、生産機器が処理を実行するときに消費する、または発生する物理量の時系列データが取得される。そして、該物理量の時系列データの所定時間の時系列データが検出され、検出された時系列データを用いて、特定の期間における、生産機器の生産数が算出される。そして、取得した物理量時系列データと生産数とから物理量の原単位が算出される。
これにより、取得した物理量の時系列データのみから該物理量の原単位を算出することが可能となる。よって、物理量の原単位を算出するために他の装置を付加したり、ＰＬＣのラダープログラムを変更したりすることなく、容易に物理量の原単位を算出することができる。
本発明に係る原単位算出装置では、上記物理量は、電力量または電流値であってもよい。
生産機器が消費する電力量、または電流値は、予め設置されている電力量計によって測定可能な場合が多い。または、上記電力量計は上記設備機器に容易に設定可能な場合が多い。したがって、上記物理量が、電力量、または電流値であれば、容易な構成で上記物理量を取得することができる。
本発明に係る原単位算出装置では、上記原単位算出手段は、上記生産機器の消費電力量の原単位である電力原単位を算出するものであってもよい。
上記の構成によれば、電力原単位を算出することができるので、ユーザは、容易に電力の効率を認識することが可能となる。
本発明に係る原単位算出装置では、上記データ検出手段は、上記生産機器が、生産対象物の１つに対し処理を開始したときから終了したときまでを１サイクルとした場合に、上記物理量取得手段が取得した物理量の時系列データの該１サイクル部分を検出するものであることが好ましい。
上記の構成によれば、１サイクル部分を検出することで、生産ラインにおける生産対象物の１つに対する処理工程を開始したときから終了したときまでの時間であるサイクルタイムを算出することができる。また、サイクルタイムから生産数を算出することができる。
本発明に係る原単位算出装置では、上記生産機器が処理を実行した生産対象物の品種を判別する品種判別手段を備え、上記原単位算出手段は、上記品種判別手段が判別した結果を用いて、品種毎に上記物理量の原単位を算出するものであってもよい。
上記の構成によれば、生産機器で処理を実行した生産対象物の品種毎の物理量原単位を算出することができる。これにより、例えば、ユーザに対し、品種毎の物理量原単位を認識させることが可能となる。よって、ユーザは、品種毎の物理量原単位から品種別の生産効率を把握することができ、品種別に生産性を向上させるための対策を採ることが可能となる。
本発明に係る原単位算出装置では、上記物理量は、上記生産機器が上記処理工程を実行するときに発生する該生産機器における振動エネルギーであり、上記原単位算出手段は、上記振動エネルギーの原単位である振動原単位を算出するものであってもよい。
上記の構成によれば、生産機器が処理工程を実行するときに発生する該生産機器の振動エネルギーの原単位である振動原単位を算出することができる。これにより、ユーザに対し、一定量の製品を処理することにより生じた振動量を認識させることができる。
本発明に係る原単位算出装置では、表示部と、該表示部に、上記原単位算出手段が算出した原単位の高低を表示させる表示制御手段とを備えているものであってもよい。
上記の構成によれば、表示部に原単位の高低を表示させることができる。これにより、ユーザは原単位の高低を容易に認識することができる。
本発明に係る原単位算出装置では、表示部と、該表示部に、複数の生産ラインにおける原単位を表示させる表示制御手段と、を備えているものであってもよい。
上記の構成によれば、複数の生産ラインにおける原単位を表示させることができる。これにより、ユーザは、容易に生産ライン毎の原単位を認識することができる。
なお、上記原単位算出装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記各ステップとして動作させることにより上記原単位算出装置の制御方法をコンピュータにて実現させる原単位算出装置の制御プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。
以上のように、本発明に係る原単位算出装置は、取得した物理量の時系列データのみから該物理量の原単位を算出することが可能となる。よって、物理量の原単位を算出するために他の装置を付加したり、ＰＬＣのラダープログラムを変更したりすることなく、容易に物理量の原単位を算出することができる。
本発明の実施形態を示すものであり、稼働情報出力装置の要部構成を示すブロック図である。 上記実施の形態における、稼働情報出力装置と電力量計と生産機器との関係を示す説明図である。 生産機器の消費電力の時間変化の一例を示すグラフである。 或るプレス機の稼働状況を示すグラフである。 上記実施の形態における、１サイクル検出部が、パターン認識を用いて、消費電力の波形から１サイクル部分を検出する方法を示す説明図である。 上記実施の形態における、生産対象物によって１サイクルの時間が異なる場合の消費電力の波形を示す図である。 上記実施の形態において、稼働情報出力装置が電力原単位を算出する処理の流れを示すフローチャートである。 上記実施の形態において、稼働情報出力装置が、品種別の電力原単位を算出する処理の流れを示すフローチャートである。 上記実施の形態において、電力原単位の表示例を示す図である。 本発明の他の実施の形態を示すものであり、稼働情報出力装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明のさらに他の実施の形態を示すものであり、稼働情報出力装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明のさらに他の実施の形態における、１サイクル検出部と、これに用いられるデータを記憶する記憶部との概略構成を示すブロック図である。 上記他の実施の形態において、基本周波数を検出する手法を説明するための、サイクルタイム設計値の逆数Ｄct−１付近における周波数スペクトルの例を示すグラフである。 上記他の実施の形態において、フィルタ処理実行部がフィルタ処理を実行する前後における電力データの一例を示すグラフである。 上記他の実施の形態において、図１４に示す電力データの周波数スペクトルをそれぞれ示すグラフである。 上記他の実施の形態において、フィルタ処理後の電力データとその２階微分のデータとを示すグラフである。 上記他の実施の形態において、電力閾値を決定するためのグラフである。 上記体の実施の形態において、１サイクル検出部の処理動作の概要を示すフローチャートである。 本発明のさらに他の実施の形態において、１サイクル検出部と、これに用いられるデータを記憶する記憶部との概略構成を示すブロック図である。 上記他の実施の形態において、パターン照合の詳細を示すグラフである。 上記他の実施の形態において、１サイクル検出部の処理動作の概要を示すフローチャートである。 上記他の実施の形態において、１サイクル検出部およびパターン波形作成部と、これに用いられるデータを記憶する記憶部との概略構成を示すブロック図である。 上記他の実施の形態において、パターン波形作成部の処理動作の概要を示すフローチャートである。 従来技術において、エネルギー原単位を算出する方法を示す説明図である。
〔実施の形態１〕
本発明の一実施の形態について図１から図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。まず、図２を参照して、本実施の形態における全体の概要について説明する。図２は、本実施の形態における、稼働情報出力装置（原単位算出装置）１と電力量計２と生産機器３との関係を示す説明図である。図２に示すように、本実施の形態においては、生産ライン５に複数の生産機器３が配置されている。そして、複数の生産機器３それぞれに供給する電力量を計測する電力量計２と稼働情報出力装置１とが接続されている。なお、生産機器３の例としては、プレス機、射出成形機、洗浄機などの任意の加工機を挙げることができる。
そして、稼働情報出力装置１は、電力量計２から取得した生産機器３の消費電力の波形を解析して、該生産機器３における、稼働状態時間、停止状態時間、負荷状態時間、品種、生産数、サイクルタイム等の稼働情報を算出、または判別するとともに、算出した生産数および積算電力量から電力原単位（物理量原単位）を算出するものである。そして、算出、または判別した上記各種情報を出力するものである。これにより、稼働情報出力装置１は、電力量計２から取得した生産機器３の消費電力のみから電力原単位を算出することができ、従来のＰＬＣのラダープログラムを変更したり、新たなＰＬＣを導入したりする必要がなくなる。したがって、容易に上記電力原単位を算出することができる。
ここで、サイクルタイムとは、繰り返し行われる仕事、タスク、ジョブなどのプロセスにおいて、その１回のプロセスに要する時間であって、該プロセスの頻度や周期の単位となるものをいう。図３は、生産機器の消費電力の時間変化の一例を示すグラフであり、上記サイクルタイムを示すためのものである。例えば、工作機械の場合、図３の（ａ）に示すように、１つのワーク（生産対象物）の加工開始から終了までの時間が１サイクルタイムとなる。
また、プレス機の場合、１つのワークの加工に費やされる加工時間は、非常に短い（０．５ｍｓなど）。しかしながら、図３の（ｂ）のように、所定数の製品に対するプレス動作を連続的に行い、その後所定時間待機をするという動作を行う場合、この一連のプロセスが繰り返されていると見なすことができる。従って、プレス動作の開始から待機時間の終了までを１サイクルと見なすことができる。
また、原単位とは、製品の一定量を生産するのに必要な各生産要素（原料・動力・労働力等）の量のことをいい、電力原単位とは、生産要素が消費電力の場合である。
また、上記稼働情報は、生産ライン５全体の生産性の向上や消費エネルギーの軽減を図るために利用することができる。さらに、電力原単位を利用することで、生産ライン５の生産性を把握することが可能となる。
次に、図１を参照して、稼働情報出力装置１の要部構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る稼働情報出力装置１の要部構成を示すブロック図である。図１に示すように、稼働情報出力装置１は、電力データ取得部（物理量取得手段）１１、表示部１２、電力波形解析部１３、稼働情報管理部（表示制御手段）１４、出力部１５、記憶部１６、および電力原単位算出部２７を含む構成である。そして、記憶部１６は、識別情報記憶部３１、判別情報記憶部３２、算出情報記憶部３３、稼働情報データ記憶部３４、および電力データ記憶部３５を含んでいる。
識別情報記憶部３１は、後述する１サイクル検出部２１が、１サイクルを検出するために用いる識別情報を記憶しているものである。識別情報とは、例えば、生産機器３が生産対象物に対する処理を開始してから終了するまで（１サイクル）の、生産対象物別の、生産機器３が消費した電力の波形や、生産機器３が消費した１サイクルの電力の周波数特性である。
判別情報記憶部３２は、後述する品種判別部２２が、生産機器３で生産している品種を判別するために用いる判別情報を記憶しているものである。判別情報とは、サイクルタイム（生産機器３が生産対象物に対する処理を開始してから終了するまでの時間）と品種との関係を示すテーブルである。
算出情報記憶部３３は、後述する稼働状態時間算出部２５、負荷状態時間算出部２６、および停止状態時間算出部５１が、それぞれ、稼働状態時間、負荷状態時間、および停止状態時間を算出するために用いる算出情報を記憶しているものである。具体的には、生産機器３の消費電力と生産機器３の稼働状態、負荷状態、および停止状態との関係を記憶している。
ここで、稼働状態、負荷状態、および停止状態について、図４を用いて説明する。図４は、或るプレス機の稼働状況を示すグラフであり、具体的には、上記プレス機にて消費される消費電力（ｋＷ）の時間変化を示すグラフである。図４には、数時間のグラフが示されている。なお、図４では、生産機器の例としてプレス機を挙げているが、その他の生産機器でも同様である。
図４のグラフにおいて、消費電力が０ｋＷに近い期間ｔoffは、上記プレス機の電源がオフである状態の期間であり、この状態は電源オフ状態と呼ばれている。一方、電源オフ状態の期間ｔoff以外の期間ｔonは、上記プレス機の電源がオンである状態の期間であり、この状態は負荷状態と呼ばれている。また、プレス機が、負荷状態にある時間を負荷状態時間と呼ぶ。
負荷状態の期間ｔonのうち、消費電力の低い期間ｔsは、上記プレス機が停止している状態の期間であり、この状態は停止状態と呼ばれている。また、プレス機が、停止状態にある時間を停止状態時間と呼ぶ。なお、停止状態が発生する要因としては、例えば、設備の故障または予期せぬ異常によるもの、工程変更のための段取り（ワークまたは治具の切り替え等）によるもの、消耗部品（刃具等）の交換によるもの、設備の立ち上げ（電源を投入してからのウォーミングアップ等）・立ち下げ（電源を切る前の準備等）によるもの等が挙げられる。
一方、上記負荷状態の期間ｔonのうち、消費電力の高い期間ｔaは、上記プレス機が稼働している状態の期間であり、この状態は稼働状態と呼ばれている。また、プレス機が稼働状態にある時間を稼働状態時間と呼ぶ。
稼働情報データ記憶部３４は、稼働情報出力装置１において算出、または判別した稼働情報を記憶しているものである。
電力データ記憶部３５は、電力量計２が計測した生産機器３の消費した電力量（積算電力）および消費している電力（消費電力）をその時刻とともに記憶している。
電力データ取得部１１は、電力データ記憶部３５に記憶されている、電力量計２が計測した生産機器３の消費電力を取得するものである。具体的には、生産機器３が消費した電力量（積算電力）と消費している電力（消費電力）との所定期間における時系列データを取得する。そして、取得した消費電力および積算電力を示すデータを電力波形解析部１３へ送信する。なお、生産機器３が処理を実行するときに使用した電流値を取得するものであってもよい。
電力波形解析部１３は、電力データ取得部１１から取得した消費電力の時系列データ（波形）を解析して、稼働情報を算出、または判別するものである。より詳細には、電力波形解析部１３は、１サイクル検出部（データ検出手段）２１、品種判別部（品種判別手段）２２、サイクルタイム算出部２３、生産数算出部（生産数算出手段）２４、稼働状態時間算出部２５、負荷状態時間算出部２６、停止状態時間算出部５１、および稼働情報取得部２０を含む構成である。なお、電力量ではなく電流値の時系列データを用いて解析するものであってもよい。
１サイクル検出部２１は、電力データ取得部１１から取得した消費電力の時系列データ（波形）から１サイクル部分を検出するものである。より詳細には、１サイクル検出部２１は、波形取得部４１、前処理部４２、特徴抽出部４３、識別部４４、および結果出力部４５を含む構成である。
波形取得部４１は、電力データ取得部１１から取得した消費電力の時系列データ（波形）のうち、所定の時間幅のデータを取得するものである。
前処理部４２は、波形取得部４１が取得した所定の時間幅の消費電力の波形から、ノイズ等を除去するものである。
特徴抽出部４３は、前処理部４２がノイズ等を除去した消費電力の波形から、予め設定している特徴を抽出するものである。
識別部４４は、特徴抽出部４３が抽出した特徴と、識別情報記憶部３１に記憶されている識別情報とから、所定の時間幅の消費電力の波形が１サイクルに該当するか否かを判断するものである。
結果出力部４５は、識別部４４が判断した結果を出力するものである。
１サイクル検出部２１が、パターン認識を用いて、電力データ取得部１１から取得した消費電力の時系列データ（波形）から１サイクル部分を検出する方法について図５を参照して説明する。図５は、１サイクル検出部２１が、パターン認識を用いて、消費電力の波形から１サイクル部分を検出する方法を示す説明図である。図５に示すように、パターン認識を用いて、１サイクル部分を検出する場合、まず、波形取得部４１は、電力データ取得部１１が取得した消費電力の時系列データ（波形）から、所定の時間幅の波形（電力パターン４０）を取得する。そして、電力パターン４０に対し、前処理部４２がノイズ等を除去し、特徴抽出部４３は、ノイズ等が除去された電力パターン４０の特徴を抽出する。そして、識別部４４は、抽出された特徴と識別情報記憶部３１に記憶されている１サイクルの特徴とを比較することにより、１サイクルに当たるか否かを判断する。そして、結果出力部４５が結果を出力する。
なお、１サイクル部分の検出は、パターン認識に限られるものではなく、周波数解析、テンプレートマッチング手法、統計学習手法、一定積算電力量カウントによるものであってもよい。また、これらを組み合わせてもよい。
周波数解析とは、消費電力の波形の周波数の特徴を用いて１サイクル部分を検出する方法である。テンプレートマッチングとは、予め記憶されている１サイクルの波形の雛形（テンプレート）と取得した波形とを比較して１サイクル部分を検出する方法である。統計学習手法とは、過去の１サイクル部分の特徴を記憶して、該特徴を用いて、次回、１サイクル部分に当たるか否かを判断する方法である。一定積算電力量カウントは、積算電力量が一定の値になると、１サイクルと判断する方法である。
品種判別部２２は、１サイクル検出部２１が検出した１サイクル部分の特徴と、判別情報記憶部３２に記憶されている判別情報とを用いて、生産機器３の生産対象物が何であるかを判別するものである。例えば、生産対象物によって１サイクルの時間が異なる場合、１サイクルの時間によって生産対象物の品種（稼働情報）を判別することができる。図６を参照して説明する。図６は、生産対象物によって１サイクルの時間が異なる場合の消費電力の波形を示す図である。図６では、時刻０から時刻ｔ６までは生産対象物として製品Ａに対する処理を実行し、時刻ｔ７以降は生産対象物として製品Ｂに対する処理を実行している。そして、製品Ａに対する処理を実行しているときと製品Ｂに対する処理を実行しているときとで、１サイクルに必要な時間が異なる。そこで、製品毎の１サイクルに必要な時間を判別情報として記憶しておけば、記憶されている１サイクルの時間から生産対象物の品種を判別することができる。
サイクルタイム算出部２３は、消費電力の波形における１サイクルの時間（サイクルタイム、稼働情報）を算出するものである。これは、消費電力の波形における、特徴点あるいは特徴部分が繰り返すタイミングから算出する。
生産数算出部２４は、所定の時間において、生産機器３が処理した生産対象物の数（生産数、稼働情報）を算出するものである。これは、所定の時間内におけるサイクル数をカウントすることで算出する。なお、１サイクルで生産される量は、生産機器３ごとにことなるため、調整するための係数を与えてもよい。たとえば、１サイクルで１２個の製品を生産するような生産機器３の場合、係数１２を掛け合わせて、生産数＝サイクル数×１２で算出してもよい。
稼働状態時間算出部２５は、所定の時間のうち、稼働状態にあった時間（稼働状態時間、稼働情報）を、算出情報記憶部３３に記憶されている算出情報を用いて算出するものである。なお、稼働状態時間算出部２５は、算出情報記憶部３３の記憶されている算出情報を用いるのではなく、負荷状態時間算出部２６および停止状態時間算出部５１が算出した負荷状態時間および停止状態時間から稼働状態時間を算出するものであってもよい。
負荷状態時間算出部２６は、所定の時間のうち、負荷状態にあった時間（負荷状態時間、稼働情報）を、算出情報記憶部３３に記憶されている算出情報を用いて算出するものである。なお、負荷状態時間算出部２６は、算出情報記憶部３３に記憶されている算出情報を用いるのではなく、稼働状態時間算出部２５および停止状態時間算出部５１が算出した稼働状態時間および停止状態時間から負荷状態時間を算出するものであってもよい。
停止状態時間算出部５１は、所定の時間のうち、停止状態にあった時間（停止状態時間、稼働情報）を、算出情報記憶部３３に記憶されている算出情報を用いて算出するものである。なお、停止状態時間算出部５１は、算出情報記憶部３３に記憶されている算出情報を用いるのではなく、稼働状態時間算出部２５および負荷状態時間算出部２６が算出した稼働状態時間および負荷状態時間から停止状態時間を算出するものであってもよい。
稼働情報取得部２０は、品種判別部２２、サイクルタイム算出部２３、生産数算出部２４、稼働状態時間算出部２５、負荷状態時間算出部２６、および停止状態時間算出部５１がそれぞれ算出および判別した稼働情報を取得し、稼働情報管理部１４および電力原単位算出部２７へ送信するものである。
電力原単位算出部２７は、電力データ取得部１１が取得した電力量の積算電力量を算出し、算出した積算電力量と、稼働情報取得部２０から取得した、生産数算出部２４が算出した生産数とから電力原単位を算出するものである。
電力原単位は、（積算電力量）／（生産数）で算出する。より具体的には、電力原単位＝（積算電力量）／（電力波形解析部１３によって算出した生産数）により算出する。これにより、稼働状態および停止状態を含む負荷状態での、電力量を積算した期間における電力原単位が算出できるので、待機など生産していない時間（例えば、停止状態にある時間）に消費された電力の大小などによる電力原単位の悪化状況を把握することができる。なお、これ以外にも、積算電力量のうち、実際に処理に使用された電力量のみを用いて電力原単位を算出してもよい。これにより、処理が実行されたときのみの電力原単位を算出することができる。実際に処理に使用された電力量は、稼働状態時間の積算電力量を用いてもよいし、（１サイクルの積算電力量）×（生産数）で算出することもできる。
また、（理想の１サイクルの積算電力量）×（生産数）により、理想の積算電力量を算出することができる。そして、これを用いて電力原単位を算出することにより、理想の電力原単位を算出することができ、これを基準として実際の電力原単位を算出すると、理想の状態からどれだけ悪化しているかを認識することができる。
また、時間別や日別で電力原単位を算出し、算出した電力原単位の分散、標準偏差、最大値、最小値等を算出してもよい。分散や標準偏差を算出することにより、電力原単位の散らばり具合を把握することができる。これにより、電力原単位が極端に高い時間（日）や低い時間（日）を把握することができ、生産性の向上に役立てることができる。また、最大値や最小値を算出することによっても同様の効果を奏することができる。
稼働情報管理部１４は、電力波形解析部１３で算出、判別された稼働情報を稼働情報取得部２０から取得し、稼働情報データ記憶部３４へ記憶させるとともに、該稼働情報を外部の装置へ送信する場合に出力部１５へ稼働情報を示すデータを送信するものである。また、稼働情報管理部１４は、稼働情報を表示部１２に表示させるものである。また、稼働情報管理部１４は、稼働情報と同様に、電力原単位算出部２７から取得した電力原単位の算出結果を、稼働情報データ記憶部３４に記憶させるとともに、表示部１２に表示させる。さらに、外部の装置へ電力原単位の算出結果を送信する場合に、出力部１５へ電力原単位の算出結果を示すデータを送信する。
表示部１２は、稼働情報管理部１４から取得した稼働情報等の情報を表示する表示装置である。
出力部１５は、稼働情報を外部の装置へ送信する場合に、稼働情報管理部１４から取得した稼働情報を外部の装置へ出力するものである。
次に、稼働情報出力装置１において、稼働情報を算出、および判別する処理の流れについて図７を用いて説明する。図７は、稼働情報出力装置１において稼働情報を算出、および判別する処理の流れを示すフローチャートである。
図７に示すように、まず、電力データ取得部１１は、前回電力データを取得したときから現時点までの時系列の電力データを取得する（Ｓ１）。次に、１サイクル検出部２１は、電力データ取得部１１が取得した時系列の電力データから１サイクルを検出する（Ｓ２）。そして、生産数算出部２４は、電力データ取得部１１が取得した時系列の電力データが示す期間に生産機器３が処理を実行した生産対象物の数を算出する（Ｓ３）。
次に、稼働状態時間算出部２５は、電力データ取得部１１が取得した時系列の電力データが示す期間において、生産機器３が稼働状態にあった時間を算出し、負荷状態時間算出部２６は、同期間において、生産機器３が負荷状態にあった時間を算出する（Ｓ４）。そして、サイクルタイム算出部２３が、サイクルタイムを算出する（Ｓ５）。
その後、電力原単位算出部２７は、電力データ取得部１１が取得した電力量の積算電力量を算出する（Ｓ６）。そして、電力原単位算出部２７は算出した積算電力量と、生産数算出部２４が算出した生産数とから電力原単位を算出する（Ｓ７）。以上で、処理の流れは終了する。
なお、積算電力量を、処理を行っている生産対象物の品種別に算出するものであってもよい。この場合の処理の流れを図８を用いて説明する。図８は、積算電力量を、処理を行っている生産対象物の品種別に算出する場合の処理の流れを示すフローチャートである。
図７と同様の部分は説明を省略する。ステップＳ２で１サイクルを検出すると、品種判別部２２は、生産機器３の対象生産物の品種を判別する（Ｓ３）。そして、ステップＳ６でサイクルタイムを算出すると、電力原単位算出部２７は、電力データ取得部１１が取得した電力量と品種判別部２２で判別した品種とから品種別の積算電力量を算出する（Ｓ９）。そして、電力原単位算出部２７は、算出した品種別の積算電力量と生産数算出部２４が算出した生産数とから電力原単位を算出する（Ｓ１０）。
次に、算出した電力原単位を表示部１２に表示させたときの表示例について図９を用いて説明する。図９の（ａ）と（ｂ）は、それぞれ、電力原単位を含む情報を表示させたときの表示例である。図９の（ａ）は、上半分が、横軸が時間で、縦軸が生産個数および電力原単位であり、下半分が、横軸が時間で、縦軸が消費電力および積算電力である。
上半分では、棒グラフが生産個数を示し、折れ線グラフは電力原単位を示す。上半分に示す例の場合、電力原単位は、５時、１１時、１８時、および２１時で悪化していることが分かる。下半分は、異なる２つのラインにおける消費電力および積算電力を示している。
図９の（ｂ）に示す例では、横軸が時刻、縦軸がライン別の表示であり、それぞれのラインにおけるそれぞれの時刻での電力原単位が数字で表示されている。これにより、ユーザは、容易に電力原単位の高低を把握することができる。なお、数字とともに、高低を色別で表示する（カラーマップ）ことで、ユーザに電力原単位の高低をより容易に認識させることができる。
カラーマップを用いることにより、ユーザは、全ラインの原単位の状況を俯瞰することが可能となる。よって、ユーザは、各ラインの原単位の状況を１つ１つ確認することなく、一覧して全体の状況を把握することができるので、容易にどこのラインの原単位が悪化しているかを把握することができる。
なお、図９では、ラインにおける電力原単位表示を行っているが、生産機器３別に電力原単位の表示を行ってもよい。また、ラインにおける電力原単位は、該ラインに含まれる生産機器３の電力原単位を合算することにより算出することができる。
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図１０に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、上記の実施の形態１において示した部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付し、その説明を省略する。図１０は、本実施の形態に係る稼働情報出力装置１の要部構成を示すブロック図である。
本実施の形態において、上記実施の形態１と異なるのは、稼働情報を算出、および判別するために、時系列の電力データではなく、生産機器３の特定の部位における変位量である時系列の振動データを利用する点、および該振動のエネルギーの原単位である振動原単位を算出する点である。そのため、本実施の形態においては、生産機器３に振動センサ４を備え、記憶部１６に振動データ記憶部３６、および振動データ取得部（物理量取得手段）１７を備えている構成である。また、電力波形解析部１３に代えて振動波形解析部１８を備えるとともに、振動原単位算出部（原単位算出手段）２８を備えている。
振動データ記憶部３６は、振動センサ４から送信された振動データを記憶している。
振動センサ４は、振動を検知するセンサであり、生産機器３の振動を検知して、検知した振動を示す振動データを振動データ記憶部３６へ記憶させるものである。
振動データ取得部１７は、振動データ記憶部３６に記憶されている時系列の振動データを取得し、振動波形解析部１８へ送信するものである。
振動波形解析部１８は、振動データ取得部１７から取得した時系列の振動データ（波形）を解析して、生産機器３の稼働情報を算出、および判別するものである。振動波形解析部１８の具体的な構成のうち、電力波形解析部１３と同様の点は、説明を省略する。振動波形解析部１８における時系列の振動データが、電力波形解析部１３における時系列の電力データに相当する。
振動原単位算出部２８は、振動データ取得部１７が取得した振動データと、稼働情報取得部２０から取得した、生産数算出部２４が算出した生産数とから振動原単位を算出するものである。具体的には、振動データ取得部１７が取得した振動データから振動エネルギーの積算量を算出し、振動原単位＝（振動エネルギーの積算量）／（振動波形解析部１８によって算出された生産数）で算出する。
なお、上記実施の形態では、振動センサ４を用いて時系列のデータを取得したが、これに限られるものではない。流量センサ、温度センサ、湿度センサ、音センサ、画像センサ、近接センサ、および光電センサ等からの時系列データを用いて、１サイクルを検出し、稼働情報を算出、および判別するものであってもよい。
また、生産数算出部２４は、振動データ取得部１７が取得した振動データに含まれるサイクル数から生産数を算出する。
また、上記各センサと、電力量計とを組み合わせて１サイクルを検出し、稼働情報を算出、および判別するものであってもよい。
また、本実施の形態では、電力原単位と振動原単位とを算出する構成としたが、電力原単位の算出が不要であれば、電力原単位算出部２７は不要である。
さらに、電力波形解析部１３を備え、電力原単位算出部２７は、電力波形解析部１３によって算出された生産数を用いて電力原単位を算出するものであってもよい。すなわち、電力波形解析部１３および振動波形解析部１８を備えている場合、電力原単位算出部２７は、電力波形解析部１３が算出した生産数を用いて電力原単位を算出してもよいし、振動波形解析部１８が算出した生産数を用いて電力原単位を算出してもよい。具体的には、電力原単位を、電力原単位＝（積算電力量）／（振動波形解析部１８によって算出された生産数）で算出してもよい。
また、振動原単位算出部２８は、電力波形解析部１３が算出した生産数を用いて振動原単位を算出するものであってもよい。すなわち、電力波形解析部１３および振動波形解析部１８を備えている場合、振動原単位算出部２８は、電力波形解析部１３が算出した生産数を用いて振動原単位を算出してもよいし、振動波形解析部１８が算出した生産数を用いて振動原単位を算出してもよい。具体的には、振動原単位を、振動原単位＝（振動エネルギーの積算量）／（電力波形解析部１３によって算出された生産数）で算出してもよい。
〔実施の形態３〕
本発明のさらなる他の実施の形態について図１１に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、上記の実施の形態１において示した部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付し、その説明を省略する。図１１は、本実施の形態に係る稼働情報出力装置１の要部構成を示すブロック図である。
本実施の形態において、上記実施の形態１と異なるのは、生産機器３にエアー流量計６を備え、エアー流量データを取得する点、およびエアー流量の原単位であるエアー原単位を算出する点である。そのため、本実施の形態においては、生産機器３にエアー流量計６を備え、記憶部１６に流量データ記憶部３７を含んでいる。また、エアー原単位算出部２９（原単位算出手段）を備えている。
エアー流量計６は、エアーの流量を計測するものであり、生産機器３が処理を実行するときに利用するエアー（圧縮空気）の流量を計測するものである。
流量データ記憶部３７は、エアー流量計６から送信された流量データを記憶している。
エアー原単位算出部２９は、流量データ記憶部３７に記憶されているエアー流量と、稼働情報取得部２０から取得した、生産数算出部２４が算出した生産数とからエアー原単位を算出するものである。具体的には、エアー原単位を、エアー原単位＝（エアー積算量）／（電力波形解析部１３によって算出された生産数）で算出する。なお、振動波形解析部１８も備え、振動波形解析部１８によって算出された生産数を用いてエアー原単位を算出してもよい。具体的には、エアー原単位を、エアー原単位＝（エアー積算量）／（振動波形解析部１８によって算出された生産数）で算出してもよい。
〔実施の形態４〕
次に、本発明のさらに別の実施形態について、図１２〜図１８を参照して説明する。本実施形態の稼働情報出力装置１は、図１〜図１１に示す稼働情報出力装置１に比べて、１サイクル検出部２１の動作が異なる。なお、上記実施形態で説明した構成と同様の機能を有する構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態の１サイクル検出部２１は、サイクルタイム設計値Ｄctと周波数解析とを利用して、電力データから１サイクルの開始時点を検出することにより、１サイクルの電力データを検出するものである。ここで、サイクルタイム設計値Ｄctとは、製造現場の担当者などが設定するサイクルタイムの計画値をいう。
図１２は、１サイクル検出部２１と、これに用いられるデータを記憶する記憶部１６との概略構成を示している。図示のように、１サイクル検出部２１は、周波数解析部１１０、フィルタ処理部１１１、およびサイクル開始検出部１１２を備える構成である。また、記憶部１６は、設計値記憶部１００、パラメータ記憶部１０１、および条件記憶部１０２を備える構成である。
設計値記憶部１００は、サイクルタイム設計値Ｄctを記憶するものである。また、パラメータ記憶部１０１は、フィルタ処理部１１１にてフィルタ処理に利用される各種パラメータの値を記憶するものである。また、条件記憶部１０２は、１サイクルの開始時点を検出するための各種条件を記憶するものである。サイクルタイム設計値Ｄct、上記各種パラメータ、および上記各種条件は、入力部（図示せず）などを介して、設計値記憶部１００、パラメータ記憶部１０１、および条件記憶部１０２にそれぞれ予め記憶される。
周波数解析部１１０は、電力データの周波数解析を行い、サイクルタイム設計値Ｄctを利用して、周期波形の基本周波数ｆ0を検出するものである。周波数解析部１１０は、ＦＦＴ部１２０および基本周波数検出部１２１を備える構成である。
ＦＦＴ部１２０は、所定期間の電力データに対しＦＦＴを行うものである。ＦＦＴ部１２０は、ＦＦＴ後の周波数スペクトルのデータを基本周波数検出部１２１に送信する。なお、上記所定期間は、後述する各種の統計値を電力データから取得できる期間であればよく、例えば、サイクルタイム設計値Ｄctの数倍〜稼働状態が連続する期間ｔaが挙げられる。
基本周波数検出部１２１は、ＦＦＴ部１２０からの周波数スペクトルのデータを利用して、周期波形の基本周波数ｆ0を検出するものである。基本周波数検出部１２１は、検出した基本周波数ｆ0をフィルタ処理部１１１に送信する。
本実施形態では、上記基本周波数を検出する周波数の範囲を、設計値記憶部１００に記憶されたサイクルタイム設計値の逆数Ｄct−１を含む所定範囲に限定している。これにより、サイクルタイムに対応する周期波形の基本周波数を確実に取得することができる。
図１３は、上記基本周波数を検出する手法を説明するためのものであり、サイクルタイム設計値の逆数Ｄct−１付近における上記周波数スペクトルの例を折れ線グラフで示している。図１３において、破線で挟まれた範囲が上記所定範囲である。基本周波数検出部１２１は、破線で挟まれた範囲にて周波数スペクトルが最も強い周波数を基本周波数ｆ0として検出する。なお、本実施例では、上記所定範囲の周波数は、サイクルタイム設計値の逆数Ｄct−１に対する１／２倍〜２倍としている。
フィルタ処理部１１１は、上記電力データに対しフィルタ処理（フィルタリング）を行って、基本周波数ｆ0付近の周波数成分を強調するものである。フィルタ処理部１１１は、関数決定部１２２およびフィルタ処理実行部１２３を備える構成である。
関数決定部１２２は、基本周波数検出部１２１からの基本周波数ｆ0を利用して、フィルタ処理に利用される関数であるフィルタ用関数を決定するものである。関数決定部１２２は、決定したフィルタ用関数の情報をフィルタ処理実行部１２３に送信する。
本実施形態では、フィルタ用関数として次式のロジスティック関数ｆ(x)が利用されている。なお、その他の関数をフィルタ用関数として利用することもできる。
ｆ(x)＝１／（１＋ｅｘｐ（ｓ×（ｘ−ｆc）））
ここで、ｆcは、ｆ＝１／２であるときのｘの値を表し、本実施形態ではカットオフ周波数に対応する。また、本実施形態では、カットオフ周波数ｆc＝基本周波数ｆ0×パラメータParamとしている。また、ｓは、ロジスティック関数の減少率を表しており、０≦ｓ≦１の範囲をとる。
フィルタ処理実行部１２３は、関数決定部１２２からのフィルタ用関数を用いて、電力データに対しフィルタ処理を実行するものである。フィルタ処理実行部１２３は、フィルタ処理後の電力データをサイクル開始検出部１１２に送信する。
図１４の（ａ）および（ｂ）は、フィルタ処理実行部１２３が上記フィルタ処理を実行する前後における電力データの一例をそれぞれ示すグラフである。また、図１５の（ａ）および（ｂ）は、図１４の（ａ）および（ｂ）に示す電力データの周波数スペクトルをそれぞれ示すグラフである。
なお、図１５の（ａ）および（ｂ）には、関数決定部１２２が決定したフィルタ用関数であるロジスティック関数の周波数特性が示されている。図示の例では、ｆ0≒０．０５７３Ｈｚ、Param＝３（従って、ｆc＝０．１７１９Ｈｚ）、ｓ＝０．１である。また、図１４および図１５は、生産機器３が射出成形機である場合の例を示している。
図１５の（ａ）および（ｂ）を比較すると、上記フィルタ処理を実行することにより、基本周波数ｆ0よりも高く、かつ０．２Ｈｚ以上である周波数成分が除去されることが理解できる。また、図１４の（ａ）および（ｂ）を比較すると、上記フィルタ処理を実行することにより、サイクル波形が明確化されることが理解できる。
サイクル開始検出部１１２は、１サイクルの開始時点を検出するものである。生産機器３がワークに対する加工を開始する時、消費電力が急激に増加することが多い。実際、図１４の（ｂ）に示す上記フィルタ処理後の電力データを参照すると、電力値が急激に増加する立上がりが周期的に発生していることが理解できる。
従って、上記フィルタ処理後の上記電力値の立上がりを検出できれば、１サイクルの開始時点を検出できることが理解できる。本実施形態では、上記電力値の立上がりの時点を１サイクルの開始時点とする。
上記電力値の立上がりの決定手法としては、種々のものが知られているが、本実施形態にて利用される上記検出手法について、図１６を参照して説明する。図１６は、上記フィルタ処理後の電力データとその２階微分のデータとを示すグラフである。図中、実線のグラフは上記電力データであり、破線のグラフは上記２階微分のデータである。
図１６に示すように、上記フィルタ処理後の上記電力値の立上がりの直前には、上記フィルタ処理後の電力値が小さく、時間の経過と共に、上記電力値の傾きが負から正に急激に増加している。このため、上記電力値の２階微分値が大きくなっている。従って、上記電力値が或る閾値よりも低く、かつ、上記電力値の２階微分値が別の閾値よりも高くなるという条件を満たす時点を、上記電力値の立上がりの時点と決定することができる。例えば、図１６において、グラフの線種と同じ線種の○印で囲まれた箇所が上記条件を満たすので、当該箇所の時点が上記電力値の立上がりの時点として決定される。以下、上記電力値に関する上記閾値を「電力閾値」と称し、上記電力値の２階微分値に関する上記閾値を「２階微分閾値」と称し、かつ、上記条件を「立上がり検出条件」と称する。
なお、上記立上がり検出条件として他の条件を追加してもよい。例えば、上述のように、上記電力値の傾きが急激に増加しても、その直後に減少すれば、上記電力値の増加が抑制されることになり、上記立上がりとは呼べなくなる。そこで、上記条件を満たす時点から所定時間経過後（例えば５秒後）の上記電力値が、上記電力閾値よりも大きいという条件を上記立上がり検出条件に追加してもよい。
また、図１６に示すように、上記立上がり検出条件は、或る時点のみ満たされるのではなく、当該時点を含む複数の時点で満たされる可能性がある。そこで、サイクルタイム設計値Ｄctと、基本周波数ｆ0の逆数である基本周期Ｔ0との何れか一方の０．５倍以内の期間に、上記立上がり検出条件を満たす複数の時点が存在する場合、上記電力値の２階微分値が最も大きい時点を、上記電力値の立上がりの時点とするという条件を上記立上がり検出条件に追加してもよい。
次に、上記電力閾値および上記２階微分閾値の決定手法について説明する。図１６を参照すると、上記電力閾値を下回る電力値が周期的に存在する必要があることが理解できる。従って、上記電力閾値としては、当該値を下回る電力値が周期的に検出されるようなものに決定される。
図１７は、上記電力閾値を決定するためのグラフを示している。図１７の上段に記載のグラフは、電力データの時間変化を示しており、図中の破線は、それぞれ、探索区間を示している。図１７の下段には、各探索区間内の電力データのうち、下位の所定数の電力値の中央値が示されている。
なお、上記所定数としては、実際の数が設定されてもよいし、当該所定数を求めるための式が設定されてもよい。この式の例としては次式が挙げられる。
所定数＝ａ／（ｆ0＊ｔｓａｍｐｌｉｎｇ） （但し、小数点以下は切り上げ）
ここで、ｔｓａｍｐｌｉｎｇは、データ計測のサンプリング周期を表している。また、（ｆ0＊ｔｓａｍｐｌｉｎｇ）−１は、基本周期Ｔ0（＝１／ｆ0）のデータ数を表し、ａはその係数を表している。本実施例ではａ＝０．３である。例えば、ｆ0＝０．１７１９Ｈz、ｔｓａｍｐｌｉｎｇ＝０．６秒の場合、上記所定数＝３となり、下位の３個の電力値の中央値を算出することになる。
図１７に示すように、本実施形態では、所定の探索区間を上流側の或る時間に設定し、設定された探索区間内の電力データのうち、下位の所定数の電力値の中央値を算出する。なお、上記探索区間は、基本周期Ｔ0よりも広い所定期間であることが望ましい。
次に、上記探索区間を下流側に所定時間ずらして上述と同様の処理を行い、これを繰り返す。そして、算出された中央値の集合の上側隣接値を上記電力閾値として決定する。なお、上記所定時間は、基本周期Ｔ0よりも狭いことが望ましく、基本周期Ｔ0の半分程度であることがより望ましい。
ここで、上側隣接値は、上側ヒンジＵ＋１ヒンジ散布度ｈ×ａよりも下側にあるデータの最大値を意味する。また、１ヒンジ散布度ｈは、上側ヒンジ（upper hinge）Ｕと下側ヒンジ（lower hinge）との間隔を意味し、上側ヒンジは、中央値よりも大きな値のデータの中央値（７５パーセンタイル値）を意味し、下側ヒンジは、中央値よりも小さな値のデータの中央値（２５パーセンタイル値）を意味する。なお、パラメータａは、通常１．５であるが、本実施例では立上がりを確実に検出するためのマージンを考慮して、２としている。
なお、上記２階微分閾値は、上記電力閾値の決定手法と反対の手法により決定することができる。具体的には、図１６を参照すると、上記２階微分閾値を上回る電力値が周期的に存在する必要があることが理解できる。従って、上記２階微分閾値としては、当該値を上回る電力値が周期的に検出されるようなものに決定される。
本実施形態では、所定の探索区間を上流側の或る時間に設定し、設定された探索区間内の上記２階微分のデータのうち、上位の所定数の電力値の中央値を算出する。次に、上記探索区間を下流側に所定時間ずらして上述と同様の処理を行い、これを繰り返す。そして、算出された中央値の集合の下側隣接値を上記２階微分閾値として決定する。ここで、下側隣接値は、下側ヒンジＬ−１ヒンジ散布度ｈ×ａよりも上側にあるデータの最小値を意味する。
従って、サイクル開始検出部１１２は、フィルタ処理実行部１２３にてフィルタ処理が実行された電力データと、その２階微分のデータとを用いて、電力値の立上がりの時点を１サイクルの開始時点として検出している。サイクル開始検出部１１２は、２階微分演算部１２４、閾値決定部１２５および開始時刻検出部１２６を備える構成である。また、条件記憶部１０２は、上記探索区間、上記所定数、上記所定時間、およびパラメータａを記憶している。
２階微分演算部１２４は、フィルタ処理実行部１２３からのフィルタ処理後の電力データに対し２階微分の演算を行うものである。２階微分演算部１２４は、演算した２階微分のデータを上記フィルタ処理後の電力データと共に閾値決定部１２５および開始時刻検出部１２６に送信する。
閾値決定部１２５は、２階微分演算部１２４からのフィルタ処理後の電力データおよび２階微分のデータと、条件記憶部１０２に記憶された上記探索区間、上記所定数、上記所定時間、およびパラメータａとを利用して、上述のように、上記電力閾値および上記２階微分閾値を決定するものである。閾値決定部１２５は、決定した上記電力閾値および上記２階微分閾値を開始時刻検出部１２６に送信する。
開始時刻検出部１２６は、２階微分演算部１２４からのフィルタ処理後の電力データおよび２階微分のデータと、閾値決定部１２５からの上記電力閾値および上記２階微分閾値とを利用し、上記立上がり検出条件に基づいて、１サイクルの開始時点を検出するものである。これにより、１サイクル検出部２１は、１サイクル部分の電力データを検出することができる。
次に、上記構成の稼働情報出力装置１の１サイクル検出部２１における処理動作を、図１８を参照して説明する。図１８は、１サイクル検出部２１の処理動作の概要を示している。
図１８に示すように、まず、１サイクル検出部２１は、電力データ記憶部３５から所定の時間幅の電力データを取得する（Ｓ２０）。次に、取得された電力データに対し、ＦＦＴ部１２０はＦＦＴを行い（Ｓ２１）、該ＦＦＴにより取得された周波数スペクトルのデータと、設計値記憶部１００に記憶されたサイクルタイム設計値Ｄctとを利用して、基本周波数検出部１２１は周期波形の基本周波数ｆ0を検出する（Ｓ２２）。
次に、検出された基本周波数ｆ0と、パラメータ記憶部１０１に記憶された各種パラメータとを利用して、関数決定部１２２はフィルタ用関数を決定し（Ｓ２３）、決定されたフィルタ用関数を利用して、フィルタ処理実行部１２３は、上記電力データに対しフィルタ処理を実行する（Ｓ２４）。
次に、上記フィルタ処理後の電力データに対し、２階微分演算部１２４は、２階微分の演算を行い、該演算結果から得られた２階微分のデータと、上記フィルタ処理後の電力データと、条件記憶部１０２に記憶された各種データとを利用して、閾値決定部１２５は、上記電力閾値および上記２階微分閾値を決定する（Ｓ２５）。次に、決定された電力閾値および２階微分閾値と、上記フィルタ処理後の電力データおよび上記２階微分のデータとを利用して、開始時刻検出部１２６は、上記立上がり検出条件に基づいて、１サイクルの開始時点を検出する（Ｓ２６）。そして、検出された１サイクルの開始時点を利用して、１サイクル検出部２１は、電力データ記憶部３０から取得された所定の時間幅の電力データから１サイクル部分の電力データを検出して出力し（Ｓ２７）、その後、処理動作を終了する。
従って、本実施形態では、電力データと各種の設定値とを利用して、１サイクルの開始時点を検出することができるので、パターン波形を利用する必要が無い。
なお、本実施形態では、電力値の立上がりの時点を１サイクルの開始時点としているが、生産機器３によっては、上記加工のための準備を行ってから、上記加工を開始するものも存在する。この場合、上記１サイクルの開始時点は、上記準備の開始時点となり、上記加工の開始時点、すなわち上記電力値の立上がりの時点からずれることになる。しかしながら、生産機器３の動作から、上記準備の期間が既知であったり、当該期間における電力データに特徴を有したりすることが多い。従って、上記電力値の立上がりの時点を検出することにより、上記準備の開始時点、すなわち上記１サイクルの開始時点を容易に求めることができる。
また、上記電力値の立上がりの検出と同様にして、上記電力値の立下がりを検出してもよい。この場合、上記電力値の立上がりの時点から上記電力値の立下がりの時点までの期間が、正味稼働状態（図４参照）の期間ｔavとなり、付加価値創出期間を求めることができる。
〔実施の形態５〕
次に、本発明のさらに別の実施形態について、図１９〜図２１を参照して説明する。図１９は、本実施形態の稼働情報出力装置１において、電力波形解析部１３に含まれる１サイクル検出部２１と、これに用いられるデータを記憶する記憶部１６との概略構成を示している。
本実施形態の稼働情報出力装置１は、図１２〜図１８に示す稼働情報出力装置１に比べて、１サイクル検出部２１におけるサイクル開始検出部１１２の動作と、記憶部１６が、条件記憶部１０２に代えて、パターン波形記憶部１０３を備える点とが異なる。なお、上記実施形態で説明した構成と同様の機能を有する構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
パターン波形記憶部１０３は、１サイクルの電力データのパターン波形を示すパターン波形情報を記憶するものである。
本実施形態の１サイクル検出部２１は、サイクルタイム設計値Ｄctと周波数解析とパターン照合とを利用して、電力データから１サイクルの開始時点を検出することにより、１サイクルの電力データを検出するものである。図１９に示すように、１サイクル検出部２１におけるサイクル開始検出部１１２は、パターン照合部１３０および開始時刻検出部１３１を備える構成である。
パターン照合部１３０は、電力データ記憶部３０からフィルタ処理実行部１２３を介して取得したフィルタ処理後の電力データに対し、パターン波形記憶部１０３からフィルタ処理実行部１２３を介して取得したフィルタ処理後の上記パターン波形の電力データを利用して、パターン照合（テンプレートマッチング）を行うものである。
パターン照合部１３０は、上記パターン照合の結果、上記フィルタ処理後のパターン波形の電力データに最も類似（適合）する上記フィルタ処理後の電力データの部分を特定し、当該部分における開始時点を、１サイクルの基準開始時点として検出する。パターン照合部１３０は、検出した１サイクルの基準開始時点を開始時刻検出部１３１に送信する。なお、本実施形態では、照合の度合（評価基準）を相関係数で表しているが、たたみ込み積分値など、公知の評価基準で表すこともできる。
図２０は、上記パターン照合の詳細を示すグラフである。図２０の上段に記載のグラフは、フィルタ処理後の電力データの時間変化を示しており、図中の二点差線は、それぞれ、比較区間を示している。図２０の下段には、フィルタ処理後のパターン波形の電力データを示している。なお、上記比較区間は、上記フィルタ処理後のパターン波形の電力データの区間と同じである。
図２０に示すように、本実施形態では、まず、探索開始時点を適当な時点に設定し、探索開始時点から下流側に比較区間を設定する。次に、設定された比較区間の上記電力データと、上記パターン波形の電力データとの相関係数を算出する。
次に、上記比較区間を下流側にずらして上述と同様の処理を行い、これを、比較区間の開始時点が探索終了時点に到達するまで繰り返す。そして、相関係数が最大となる比較区間の開始時点を１サイクルの基準開始時点として決定し、決定された１サイクルの基準開始時点を開始時刻検出部１３１に送信する。
なお、探索開始時点は、フィルタ処理後の電力データの先頭でもよいし、中央でもよい。また、比較区間の移動方向は、上流側でもよいし、下流側でもよい。また、探索開始時点から探索終了時点までの期間は、サイクルタイム設計値Ｄctの２倍というように、サイクルタイム設計値Ｄctに依存してもよいし、一定でもよい。また、比較区間は、１つの電力値ごとにずらしてもよいし、複数の電力値ごとにずらしてもよい。
開始時刻検出部１３１は、パターン照合部１３０からの１サイクルの基準開始時点を利用して、上記フィルタ処理後の電力データにおける他の１サイクルの開始時点を検出する。パターン照合部１３０が検出した１サイクルの基準開始時点と、開始時刻検出部１３１が検出した１サイクルの開始時点とを利用して、１サイクル検出部２１は、１サイクル部分の電力データを検出することができる。
開始時刻検出部１３１が上記他の１サイクルの開始時点を検出する手法としては、下記の２つが考えられる。第１の手法は、基本周波数検出部１２１が検出した基本周波数ｆ0の逆数である基本周期Ｔ0を利用するものである。この手法では、上記１サイクルの基準開始時点を起点として、基本周期Ｔ0ごとに離間した時点が、上記他の１サイクルの開始時点として検出される。なお、基本周期Ｔ0の代わりに、サイクルタイム設計値Ｄctなど、サイクルタイムに対応する任意の期間を利用してもよい。
また、第２の手法は、第１の手法により検出された１サイクルの開始時点の前後に上記探索開始時点および上記探索終了時点をそれぞれ設定してパターン照合部１３０に送信することにより、上記探索開始時点〜上記探索終了時点の期間における上記１サイクルの基準開始時点をパターン照合部１３０から受信するものである。第２の手法の場合、第１の手法の場合に比べて、処理が増加するが、１サイクルの開始時点の精度を向上することができる。
なお、上記探索開始時点は、上記１サイクルの開始時点より少し前（例えば、基本周期Ｔ0の０．１倍など）の時点であることが望ましい。また、上記探索終了時点は、上記探索開始時点から所定期間（例えば、基本周期Ｔ0、サイクルタイム設計値Ｄctなど）経過した時点であることが望ましい。
次に、上記構成の稼働情報出力装置１の１サイクル検出部２１における処理動作を、図２１を参照して説明する。図２１は、１サイクル検出部２１の処理動作の概要を示している。なお、電力データ記憶部３０から所定の時間幅の電力データを取得してから（Ｓ２０）、関数決定部１２２がフィルタ用関数を決定するまで（Ｓ２３）の処理は、図Ｇと同様であるので、その説明を省略する。
Ｓ２３の後、フィルタ処理実行部１２３は、決定されたフィルタ用関数を利用して、上記電力データと、パターン波形記憶部１０３から取得されたパターン波形の電力データとに対しフィルタ処理を実行する（Ｓ３０）。次に、パターン照合部１３０は、上記フィルタ処理後の電力データに対し、上記フィルタ処理後のパターン波形の電力データを利用して、パターン照合を行う（Ｓ３１）。そして、パターン照合部１３０は、上記パターン照合の結果、上記フィルタ処理後のパターン波形の電力データに最も類似する上記フィルタ処理後の電力データの部分における開始時点を、１サイクルの基準開始時点として検出する（Ｓ３２）。
次に、開始時刻検出部１３１は、検出された１サイクルの基準開始時点を利用して、上記フィルタ処理後の電力データにおける他の１サイクルの開始時点を検出する（Ｓ３３）。そして、検出された他の１サイクルの開始時点と、上記１サイクルの基準開始時点とを利用して、１サイクル検出部２１は、電力データ記憶部３０から取得された所定の時間幅の電力データから１サイクル部分の電力データを検出して出力し（Ｓ３４）、その後、処理動作を終了する。
なお、パターン波形記憶部１０３は、フィルタ処理後の上記パターン波形情報を記憶してもよい。この場合、パターン照合部１３０は、上記フィルタ処理後のパターン波形情報をパターン波形記憶部１０３から直接取得することができる。なお、上記パターン波形情報に施されたフィルタ処理は、フィルタ処理実行部１２３が実行するフィルタ処理と同じであることが望ましい。
〔実施の形態６〕
次に、本発明のさらに別の実施形態について、図２２および図２３を参照して説明する。本実施形態の稼働情報出力装置１は、図１９〜図２１に示す稼働情報出力装置１に比べて、電力波形解析部１３にパターン波形作成部１１３が追加されている点が異なる。なお、上記実施形態で説明した構成と同様の機能を有する構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図２２は、本実施形態の稼働情報出力装置１において、電力波形解析部１３に含まれる１サイクル検出部２１およびパターン波形作成部１１３と、これに用いられるデータを記憶する記憶部１６との概略構成を示している。なお、１サイクル検出部２１は、図１９に示す１サイクル検出部２１と同様であるので、その説明を省略する。
パターン波形作成部１１３は、１サイクル検出部２１が検出した１サイクルの電力データを利用して、１サイクルの電力データのパターン波形を作成するものである。図２２に示すように、パターン波形作成部１１３は、正常波形抽出部１３２およびパターン作成部１３３を備える構成である。
正常波形抽出部１３２は、１サイクル検出部２１から１サイクルの電力データを受信し、受信した１サイクルの電力データの中から、波形が正常であるものを抽出するものである。以下では、波形が正常である１サイクルの電力データを正常波形データと称する。正常波形抽出部１３２は、抽出した正常波形データをパターン作成部１３３に送信する。
正常波形抽出部１３２において上記波形が正常であると判断する手法について説明する。まず、１サイクルの波形を特徴付ける１または複数の特徴量Ｆiを予め選択する。この特徴量Ｆiとして、実施例ではサイクルタイムＦ1と１サイクルの電力和Ｆ2とを利用している。特徴量Ｆiの他の例としては、基本統計量を用いたものが考えられ、具体的には、平均、分散、標準偏差、２乗平均平方根、最大値、最小値、尖度、歪度などが挙げられる。なお、尖度とは、１サイクル中の電力の分布が正規分布に対してどれだけ尖っているかを表すものである。また、歪度とは、１サイクル中の電力の分布が正規分布に対してどれだけ歪んでいるかを表すものである。
次に、受信された１サイクルの電力データのそれぞれに関して、特徴量Ｆiを算出し、算出された特徴量Ｆiの集合から、中央値ｍｄiおよび標準偏差ｓｄiを算出する。そして、この処理を、特徴量Ｆiのそれぞれについて繰り返す。
そして、特徴量Ｆiと中央値ｍｄiとの差の絶対値ａｂｓ（Ｆｉ−ｍｄi）が標準偏差ｓｄiよりも小さいという条件を、全ての特徴量Ｆiで満足するような１サイクルの電力データを正常波形データとして抽出し、パターン作成部１３３に送信する。実施例の場合、ａｂｓ（Ｆ1−ｍｄ1）＜ｓｄ1、かつ、ａｂｓ（Ｆ2−ｍｄ2）＜ｓｄ2を満たすような１サイクルの電力データを抽出することになる。
パターン作成部１３３は、正常波形抽出部１３２からの複数の正常波形データを利用して、パターン波形を作成するものである。具体的には、パターン作成部１３３は、開始時刻から同じ経過時間における電力値を、上記複数の正常波形データから抽出し、抽出した複数の電力値における中央値を算出し、算出した中央値を当該経過時間におけるパターン波形の電力値とし、これを全ての経過時間について繰り返すことにより、パターン波形を作成している。パターン作成部１３３は、作成したパターン波形のデータをパターン波形記憶部１０３に記憶する。
次に、上記構成の稼働情報出力装置１のパターン波形作成部１１３における処理動作を、図２３を参照して説明する。図２３は、パターン波形作成部１１３の処理動作の概要を示している。
図２３に示すように、まず、１サイクル検出部２１が所定の時間幅の電力データの中から検出した１サイクルの電力データを受信すると（Ｓ４０）、正常波形抽出部１３２は、波形が正常であるものを正常波形データとして抽出する（Ｓ４１）。次に、パターン作成部１３３は、抽出された複数の正常波形データを利用して、パターン波形を作成し（Ｓ４２）、作成されたパターン波形のデータをパターン波形記憶部１０３に記憶する（Ｓ４３）。その後、処理動作を終了する。
従って、本実施形態では、パターン波形が事前に判明していない場合でも、適切なパターン波形を自動的に取得することができる。
なお、パターン波形作成部１１３が受信する１サイクルの電力データは、フィルタ処理部１１１がフィルタ処理したものでもよいし、フィルタ処理していないものでもよい。また、パターン波形作成部１１３は、他の検出手法によって検出された１サイクルの電力データを利用してもよい。
本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
最後に、稼働情報出力装置１の各ブロック、特に電力波形解析部１３、稼働情報管理部１４、振動波形解析部１８、電力原単位算出部２７、振動原単位算出部２８、およびエアー原単位算出部２９は、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにＣＰＵ（central processing unit）を用いてソフトウェアによって実現してもよい。
すなわち、稼働情報出力装置１は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するＣＰＵ、上記プログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（random access memory）、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置（記録媒体）などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである稼働情報出力装置１の制御プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、上記稼働情報出力装置１に供給し、そのコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ（microprocessor unit））が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。
上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ（compact disc read-only memory）／ＭＯ（magneto-optical）／ＭＤ（Mini Disc）／ＤＶＤ（digital versatile disk）／ＣＤ−Ｒ（CD Recordable）等の光ディスクを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ（erasable programmable read-only memory）／ＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable and programmable read-only memory）／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ系などを用いることができる。
また、稼働情報出力装置１を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ（local area network）、ＩＳＤＮ（integrated services digital network）、ＶＡＮ（value-added network）、ＣＡＴＶ（community antenna television）通信網、仮想専用網（virtual private network）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、ＩＥＥＥ（institute of electrical and electronic engineers）１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ（asynchronous digital subscriber loop）回線等の有線でも、ＩｒＤＡ（infrared data association）やリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、８０２．１１無線、ＨＤＲ（high data rate）、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。
生産ラインにおける生産機器において消費される、または発生する物理量の時系列データから、該生産機器の１サイクルを検出することができるので、該１サイクルを用いて算出および判別することができる稼働情報を出力する機器に好適である。
１ 稼働情報出力装置（原単位算出装置）
２ 電力量計
３ 生産機器
５ 生産ライン
１１ 電力データ取得部（物理量取得手段）
１４ 稼働情報管理部（表示制御手段）
１７ 振動データ取得部（物理量取得手段）
２０ 稼働情報取得部
２１ １サイクル検出部（データ検出手段）
２２ 品種判別部（品種判別手段）
２３ サイクルタイム算出部
２４ 生産数算出部（生産数算出手段）
２５ 稼働状態時間算出部
２６ 負荷状態時間算出部
２７ 電力原単位算出部（原単位算出手段）
２８ 振動原単位算出部（原単位算出手段）
２９ エアー原単位算出部（原単位算出手段）
５１ 停止状態時間算出部

Claims (10)

  1. 生産機器が処理を実行するときに消費する、または発生する物理量の時系列データを取得する物理量取得手段と、
    上記物理量取得手段が取得した物理量の時系列データから、所定時間の時系列データを検出するデータ検出手段と、
    特定の期間における上記生産機器による生産対象物の生産数を、上記データ検出手段が検出した時系列データを用いて算出する生産数算出手段と、
    上記特定の期間における物理量の時系列データと、上記生産数算出手段が算出した生産数とを用いて上記物理量の原単位を算出する原単位算出手段と、を備えていることを特徴とする原単位算出装置。
  2. 上記物理量は、電力量または電流値であることを特徴とする請求項１に記載の原単位算出装置。
  3. 上記原単位算出手段は、上記生産機器の消費電力量の原単位である電力原単位を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の原単位算出装置。
  4. 上記データ検出手段は、上記生産機器が、生産対象物の１つに対し処理を開始したときから終了したときまでを１サイクルとした場合に、上記物理量取得手段が取得した物理量の時系列データの該１サイクル部分を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の原単位算出装置。
  5. 上記生産機器が処理を実行した生産対象物の品種を判別する品種判別手段を備え、
    上記原単位算出手段は、上記品種判別手段が判別した結果を用いて、品種毎に上記物理量の原単位を算出することを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の原単位算出装置。
  6. 上記物理量は、上記生産機器が上記処理を実行するときに発生する該生産機器における振動エネルギーであり、
    上記原単位算出手段は、上記振動エネルギーの原単位である振動原単位を算出することを特徴とする請求項１、４、５のいずれか１項に記載の原単位算出装置。
  7. 表示部と、
    該表示部に、上記原単位算出手段が算出した原単位の高低を表示させる表示制御手段とを備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の原単位算出装置。
  8. 表示部と、
    該表示部に、複数の生産ラインにおける原単位を表示させる表示制御手段と、を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の原単位算出装置。
  9. 生産機器の物理量原単位を算出する原単位算出装置を動作させるための制御プログラムであって、
    生産機器が処理を実行するときに消費する、または発生する物理量を取得する物理量取得ステップと、
    上記物理量取得ステップで取得した物理量の時系列データから、所定時間の時系列データを検出するデータ検出ステップと、
    特定の期間における上記生産機器による生産対象物の生産数を、上記データ検出ステップで検出した時系列データを用いて算出する生産数算出ステップと、
    上記特定の期間における物理量の時系列データと、上記生産数算出ステップで算出した生産数とを用いて上記物理量の原単位を算出する原単位算出ステップと、をコンピュータに実行させるための制御プログラム。
  10. 生産機器が処理を実行するときに消費する、または発生する物理量の時系列データを取得する物理量取得ステップと、
    上記物理量取得ステップで取得した物理量の時系列データから、所定時間の時系列データを検出するデータ検出ステップと、
    特定の期間における上記生産機器による生産対象物の生産数を、上記データ検出ステップで検出した時系列データを用いて算出する生産数算出ステップと、
    上記特定の期間における物理量の時系列データと、上記生産数算出ステップで算出した生産数とを用いて上記物理量の原単位を算出する原単位算出ステップと、を含むことを特徴とする原単位算出装置の制御方法。
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