JP2022029982A - 表示システム、表示方法、及び表示プログラム - Google Patents

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俊文 峯本
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Abstract

【課題】生産設備において生じ得る異常に関連する構成要素を容易に確認することができる、表示システム、表示方法及び表示プログラムを提供する。【解決手段】本発明に係る表示システムは、製品を生産する生産設備であって、当該生産設備の駆動を行う少なくとも１つの駆動手段及び生産の監視を行う監視手段を構成要素として有するものであって、制御部、表示部、記憶部とを備え、記憶部は生産設備に生じ得る異常に関し複数の構成要素のうちの２以上の構成要素の関係を因果関係モデルとして記憶し、制御部は因果関係モデルに基づいて、各構成要素に対応するノードと、ノード間を連結するエッジとを有するモデル図を表示部に表示し、ユーザからの要求に応じて、モデル図を全てのノードを表示する第１態様と、所定の基準にしたがって、全てのノードを所定の数のグループに分け、当該グループをノードとして表示する第２態様のいずれかで表示するように構成される。【選択図】図１１

Description

本発明は、表示システム、表示方法、及び表示プログラムに関する。
設備状態を監視する方法として、特許文献１では、イベント信号に基づいて運転状態別にモード分割し、モード毎に正常モデルを作成し、作成した正常モデルに基づいて異常判定を行う方法が提案されている。この方法では、正常モデルの作成に用いた学習データの十分性をチェックし、その結果に応じて、異常判定に利用する閾値を設定することで、正常を異常と判定する誤報の発生を防止している。
また、特許文献２では、生産設備が生産する製品に異常が生じたことを検知する方法が提案されている。具体的に、特許文献２では、生産システムから収集されるデータを製品が正常な場合と異常な場合とに分類し、正常な場合と異常な場合とで有意な差異が生じる特徴量を特定して、特定した特徴量に基づいて製品が正常であるか否かを診断する方法が提案されている。
特開２０１５－１７２９４５号公報 特開２０１０－２７７１９９号公報
ところで、生産設備において、異常が生じた場合には、これを即座に解決しなければならないが、ユーザは、生じた異常の原因をマニュアルなどで調べた上で、解決のための処理を行うのが一般的である。しかしながら、異常が生じる度にマニュアルを調べるとなると、時間を要し、処理が遅れることがある。本発明は、この問題を解決するためになされたものであり、生産設備において生じ得る異常に関連する構成要素を容易に確認することができる、表示システム、表示方法、及び表示プログラムを提供することを目的とする。
本発明に係る表示システムは、製品を生産する生産設備であって、当該生産設備の駆動を行う少なくとも１つの駆動手段及び前記生産の監視を行う少なくとも１つの監視手段を、それぞれ、構成要素として有有する、生産設備に設けられる表示システムであって、制御部と、表示部と、記憶部と、を備え、前記記憶部は、前記生産設備に生じ得る異常に関し、複数の前記構成要素のうちの２以上の前記構成要素の関係を因果関係モデルとして、記憶し、前記制御部は、前記因果関係モデルに基づいて、前記各構成要素に対応するノードと、前記ノード間を連結するエッジと、を有するモデル図を前記表示部に表示し、ユーザに要求に応じて、前記モデル図を、全ての前記ノードを表示する第１態様と、所定の基準にしたがって、全ての前記ノードを所定の数のグループに分け、当該グループをノードとして表示する第２態様のいずれかで表示するように構成されている。
この構成によれば、因果関係モデルを表示するに当たって、因果関係モデルを構成する全てのノードを表示する第１態様と、いくつかのノードをグループに分け、そのグループをノードとして表示する第２態様とを選択可能であるため、ユーザの目的に応じて因果関係モデルを表示することができる。例えば、構成要素間の詳細な因果関係を確認したい場合には、第１態様で表示を行い、因果関係モデルの全体像を確認したい場合には、第２態様で表示を行うことができる。
上記表示システムにおいて、前記モデル図の第２態様は、異なる表示態様を有する複数の階層で構成され、前記階層が下位から上位にいくにしたがって、複数の前記グループを、さらに所定の数のグループに分けて、当該グループを表示するように構成することができる。
上記表示システムにおいては、前記生産設備に異常が生じたとき、前記モデル図が前記第１態様であるときには、前記異常に関連する前記構成要素に対応するノードの表示態様を変化させ、前記モデル図が前記第２態様であるときには、前記異常に関連する前記構成要素に対応するノードが含まれるグループの表示態様を変化させるように構成することができる。
これにより、異常に関連する構成要素を容易に視認することができる。特に、因果関係モデルが、第２態様で表示されている場合には、注目すべき構成要素がどこにあるかを素早く視認することができる。
上記表示システムにおいては、前記モデル図が前記第２態様であるときに、いずれかの前記グループを選択すると、当該グループに含まれる前記ノードが表示されるように構成することができる。
これにより、確認したいグループのみ、詳細な構成要素に対応するノードを示すことができるため、全体像が複雑にならず、視認性を向上することができる。
本発明に係る表示方法は、製品を生産する生産設備であって、当該生産設備の駆動を行う少なくとも１つの駆動手段及び前記生産の監視を行う少なくとも１つの監視手段を、それぞれ、構成要素として有有し、前記生産設備において生じ得る異常に関する前記構成要素間の因果関係を表示部に表示するための表示方法であって、前記生産設備に生じ得る異常に関し、複数の前記構成要素のうちの２以上の前記構成要素の関係を因果関係モデルとして、記憶するステップと、前記因果関係モデルに基づいて、前記各構成要素に対応するノードと、前記ノード間を連結するエッジと、を有するモデル図を前記表示部に表示するステップと、を備え、前記モデル図は、ユーザからの要求に応じて、全ての前記ノードを表示する第１態様と、所定の基準にしたがって、全ての前記ノードを所定の数のグループに分け、当該グループを表示する第２態様のいずれかで表示されるように構成されている。
本発明に係る表示プログラムは、製品を生産する生産設備であって、当該生産設備の駆動を行う少なくとも１つの駆動手段及び前記生産の監視を行う少なくとも１つの監視手段を、それぞれ、構成要素として有有し、前記生産設備において生じ得る異常に関する前記構成要素間の因果関係を表示部に表示するための表示プログラムであって、コンピュータに、前記生産設備に生じ得る異常に関し、複数の前記構成要素のうちの２以上の前記構成要素の関係を因果関係モデルとして、記憶するステップと、前記因果関係モデルに基づいて、前記各構成要素に対応するノードと、前記ノード間を連結するエッジと、を有するモデル図を前記表示部に表示するステップと、を実行させ、前記モデル図は、ユーザからの要求に応じて、全ての前記ノードを表示する第１態様と、所定の基準にしたがって、全ての前記ノードを所定の数のグループに分け、当該グループを表示する第２態様のいずれかで表示されるように構成されている。
本発明によれば、生産設備において生じ得る異常に関連する構成要素を容易に確認することができる。
本発明が適用される場面の一例を模式的に例示する。 ノードのグループ化の例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る解析装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る生産設備の概略図である。 解析装置の機能構成を示すブロック図である。 因果関係モデルの構築の例を示すフローチャートである。 制御信号とタクト時間との関係の例である。 因果関係モデルの例である。 因果関係モデルの例である。 因果関係モデルの例である。 包装機の概略図に因果関係モデルのノードを重ねた図である。 表示装置の画面の例である。 表示装置の画面の例である。 表示装置の画面の例である。 図１０Ａの画面からノードをグループ化した画面の例である。 異常が発生したときの表示装置の画面の例である。 表示装置の画面の例である。
以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。ただし、以下で説明する本実施形態は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。つまり、本発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。なお、本実施形態において登場するデータを自然言語により説明しているが、より具体的には、コンピュータが認識可能な疑似言語、コマンド、パラメータ、マシン語等で指定される。
＜１．適用例＞
まず、図１を用いて、本発明が適用される場面の一例について説明する。図１は、本実施形態に係る生産システムの適用場面の一例を模式的に例示する。本実施形態に係る生産システムは、生産設備の一例である包装機３と、解析装置１と、表示装置２と、を備えている。解析装置１は、包装機３に設けられたサーボモータ（駆動手段）や各種センサ（監視手段）間の因果関係を導出し、これを表示するように構成されたコンピュータである。なお、以下では、サーボモータ等の駆動手段や各種センサ等の監視手段を構成要素と称することとする。
解析装置１は、包装機３に生じ得る異常について、構成要素間の因果関係モデルを生成し、これを表示装置２の画面２１に表示する。図１の例では、後述するフィルムロール３０（図３参照）のブレーキ用の革ベルトの摩耗が異常として生じるときの因果関係モデルを示している。すなわち、包装機３に設けられた複数のサーボモータのうち、サーボ１，３，４がノードとして表示され、これらがエッジにより連結されている。そして、エッジの向きが因果関係を示している。つまり、革ベルトの摩耗が生じるときには、サーボ１がサーボ３に影響を及ぼし、さらにサーボ３がサーボ４に影響を及ぼすことで、結果として革ベルトの摩耗が生じることを示している。したがって、包装機３の作業者は、サーボ４，３，１の順に異常が生じる原因を確認すればよい。但し、詳細は後述するが、各サーボモータには、トルク、位置などの制御可能な複数の特徴量があり、サーボモータの特徴量のいずれかが上記因果関係を構築する。
図１の例では、革ベルトの摩耗を異常イベントとする因果関係モデルについて、全ての構成要素が示されているが、構成要素が多数ある場合には、構成要素間の因果関係がわかりにくいおそれがある。そこで、本実施形態においては、因果関係モデルの全ての構成要素を表示する態様（第１態様）と、いくつかの構成要素をグループ化して複数のグループを生成し、そのグループを因果関係モデルとして表示する態様（第２態様）とのいずれかを表示するように構成されている。
例えば、図２に示す例では、上述した包装機３の上流側の２つの設備（フィーダ及びピック・アンド・プレースロボット（Ｐ＆Ｐロボ））と、包装機の下流側の検査設備とを加えた生産システムの構成要素を示している。フィーダは、食品、文房具等の内容物をコンベアに送るための装置であり、Ｐ＆Ｐロボは、コンベア上にある内容物を吸着し、包装機の上流側コンベア（後述する図４の内容物搬送部３２）に載せ替えるための公知のロボットである。また、検査設備は、包装された内容物の外観を検査するための公知の装置である。そして、これら４つの設備をノードとする因果関係モデルが、第１階層に表示されている。また、第１階層の各設備に含まれる複数の装置をノードとする因果関係モデルが、第２階層に表示されている。さらに、第２階層の各装置に含まれる複数の構成要素（上述したサーボモータや各種センサ）をノードとする因果関係モデルが、第３階層に表示されている。換言すると、第３階層の構成要素を複数のグループに分け、これらグループをノードとしたものが第２階層で表示され、第２階層の装置を複数のグループに分け、これらグループをノードとしたものが第１階層で表示されている。
本実施形態の一例としては、因果関係モデルを、第１～第３階層のいずれかの態様で表示することができる。これにより、構成要素間の詳細な因果関係モデルを確認したいときは、第３階層を表示し、装置間あるいは設備間の因果関係モデルを確認したいときは、第１階層あるいは第２階層を表示することができる。
なお、上記の説明では、生産設備の例として包装機３、フィーダ、Ｐ＆Ｐロボ、及び検査設備を示しているが、何らかの物を生産可能であればよく、その種類は、特に限定されなくてもよい。各構成要素の種類は、特に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。各構成要素は、例えば、コンベア、ロボットアーム、サーボモータ、シリンダ（成形機等）、吸着パッド、カッター装置、シール装置等であってよい。また、生産設備は、上述した包装機３のほか、例えば、印刷機、実装機、リフロー炉、基板検査装置等の複合装置であってもよい。更に、生産設備は、例えば、上記のような何らかの物理的な動作を伴う装置の他に、例えば、各種センサにより何らかの情報を検知する装置、各種センサからデータを取得する装置、取得したデータから何らかの情報を検知する装置、取得したデータを情報処理する装置等の内部処理を行う装置を含んでもよい。１つの生産設備は、１又は複数の装置で構成されてもよいし、装置の一部で構成されてもよい。また、同一の装置が複数の処理を実行する場合には、それぞれを別の構成要素とみなしてもよい。例えば、同一の装置が第１の処理と第２の処理とを実行する場合に、第１の処理を実行する当該装置を第１の構成要素とみなし、第２の処理を実行する当該装置を第２の構成要素とみなしてもよい。
＜２．構成例＞
＜２－１．ハードウェア構成＞
次に、本実施形態に係る生産システムのハードウェア構成の一例について説明する。図３は、本実施形態に係る解析装置１のハードウェア構成の一例を示すブロック図であり、図４は包装機の概略構成を示す図である。
＜２－１－１．解析装置＞
まず、図３を用いて、本実施形態に係る解析装置１のハードウェア構成の一例を説明する。図３に示すように、この解析装置１は、制御部１１、記憶部１２、通信インタフェース１３、外部インタフェース１４、入力装置１５、及びドライブ１６が電気的に接続されたコンピュータである。
制御部１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を含み、情報処理に応じて各構成の制御を行う。記憶部１２は、例えば、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ等の補助記憶装置であり、制御部１１で実行されるプログラム１２１、概略図データ１２２、因果関係モデルデータ１２３、及び動作状態データ１２４等を記憶する。
プログラム１２１は、包装機３に生じる異常と構成要素との因果関係モデルを生成したり、これを表示装置２に表示すること等を行うためのプログラムである。概略図データ１２２は、対象となる生産設備の概略図が示されたデータであり、本実施形態においては、包装機３の概略図を示すデータである。概略図は、少なくとも因果関係モデルで示される構成要素の位置が分かるような包装機全体の概略図であればよく、必ずしも詳細に図でなくてもよい。また、包装機３の一部のみを示す拡大図であってもよい。
因果関係モデルデータ１２３は、包装機３から抽出される各構成要素の特徴量によって構築される異常発生の因果関係モデルを示すデータである。すなわち、異常が発生するときの、構成要素間の因果関係を示すデータである。この解析装置１では、後述するように、包装機３から抽出される特徴量等によって因果関係モデルデータが生成されるが、外部の装置において予め生成された因果関係モデルデータを記憶することもできる。
動作状態データ１２４は、包装機３の動作状態を示すデータである。詳細は、後述するが、例えば、上述した各構成要素の駆動において生じ得るデータ、例えば、トルク、速度、加速度、温度、圧力等の計測データとすることができる。また、構成要素がセンサの場合には、検出される結果、例えば、内容物ＷＡが存在するか否かを「on」と「off」とで示す検出データとすることができる。
通信インタフェース１３は、例えば、有線ＬＡＮ（Local Area Network）モジュール、無線ＬＡＮモジュール等であり、有線又は無線通信を行うためのインタフェースである。すなわち、通信インタフェース１３は、他の装置と通信を行うように構成された通信部の一例である。本実施形態の解析装置１は、通信インタフェース１３を介して包装機３と接続されている。
外部インタフェース１４は、外部装置と接続するためのインタフェースであり、接続する外部装置に応じて適宜構成される。本実施形態では、外部インタフェース１４が、表示装置２に接続されている。なお、表示装置２は、公知の液晶ディスプレイ、タッチパネルディスプレイ等が用いられてよい。
入力装置１５は、例えば、マウス、キーボード等の入力を行うための装置である。
ドライブ１６は、例えば、ＣＤ（Compact Disk）ドライブ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）ドライブ等であり、記憶媒体１７に記憶されたプログラムを読み込むための装置である。ドライブ１６の種類は、記憶媒体１７の種類に応じて適宜選択されてよい。なお、記憶部に記憶されている、プログラム１２１を含む各種のデータ１２２～１２４の少なくとも一部は、この記憶媒体１７に記憶されていてもよい。
記憶媒体１７は、コンピュータその他装置、機械等が記録されたプログラム等の情報を読み取り可能なように、このプログラム等の情報を、電気的、磁気的、光学的、機械的又は化学的作用によって蓄積する媒体である。図３では、記憶媒体１７の一例として、ＣＤ、ＤＶＤ等のディスク型の記憶媒体を例示している。しかしながら、記憶媒体１７の種類は、ディスク型に限定される訳ではなく、ディスク型以外であってもよい。ディスク型以外の記憶媒体として、例えば、フラッシュメモリ等の半導体メモリを挙げることができる。
なお、解析装置１の具体的なハードウェア構成に関して、実施形態に応じて、適宜、構成の省略、置換及び追加が可能である。例えば、制御部１１は、複数のプロセッサを含んでもよい。解析装置１は、複数台の情報処理装置で構成されてもよい。また、解析装置１には、提供されるサービス専用に設計された情報処理装置の他、汎用のサーバ装置等が用いられてよい。
＜２－１－２．包装機＞
次に、図４を用いて、本実施形態に係る包装機３のハードウェア構成の一例を説明する。図４は、本実施形態に係る包装機３のハードウェア構成の一例を模式的に例示する。包装機３は、いわゆる横ピロー包装機であり、食品（乾燥麺等）、文房具（消しゴム等）等の内容物ＷＡを包装する装置である。但し、内容物ＷＡの種類は、実施の形態に応じて適宜選択可能であり、特には限定されない。この包装機３は、主として３つの装置、つまり包装フィルムが巻き取られたフィルムロール３０を含み包装フィルムを搬送するフィルム搬送部３１と、内容物ＷＡを搬送する内容物搬送部３２と、内容物を包装フィルムで包装する製袋部３３と、を備えている。
包装フィルムは、例えば、ポリエチレンフィルム等の樹脂フィルムとすることができる。フィルムロール３０は巻き芯を備えており、包装フィルムはその巻き芯に巻き取られている。巻き芯は軸周りに回転可能に支持されており、これにより、フィルムロール３０は、回転しながら包装フィルムを繰り出すことができるように構成されている。
フィルム搬送部３１は、サーボモータ（サーボ１）３１１により駆動される駆動ローラと、この駆動ローラから回転力を付与される受動ローラ３１２と、包装フィルムにテンションをかけながらガイドする複数のプーリ３１３と、を備えている。これにより、フィルム搬送部３１は、フィルムロール３０から包装フィルムを繰り出し、繰り出した包装フィルムを弛ませることなく製袋部３３に搬送するように構成されている。
内容物搬送部３２は、包装対象となる内容物ＷＡを搬送するコンベア３２１と、コンベア３２１を駆動するサーボモータ（サーボ２）３２２と、を備えている。図４に例示されるように、内容物搬送部３２は、フィルム搬送部３１の下方を経て、製袋部３３に連結している。これにより、内容物搬送部３２により搬送される内容物ＷＡは、製袋部３３に供給され、フィルム搬送部３１から供給された包装フィルムにより包装される。また、コンベア３２１の下流の上方には、内容物ＷＡの位置を検知するファイバセンサ（センサ１）３２４が設けられている。さらに、コンベア３２１の下方には、内容物ＷＡの乗り上げ等を検知するファイバセンサ（センサ２）３２５が設けられている。これらセンサ１，２により、内容物ＷＡが正しく包装されるために、正しい位置で搬送されているか否かを検知する。
製袋部３３は、コンベア３３１と、コンベア３３１を駆動するサーボモータ（サーボ３）３３２と、包装フィルムを搬送方向にシールするセンターシール部３３３と、包装フィルムを搬送方向の両端側で切断し、各端部でシールするエンドシール部３３４と、を備えている。
コンベア３３１は、内容物搬送部３２から搬送された内容物ＷＡとフィルム搬送部３１から供給された包装フィルムとを搬送する。フィルム搬送部３１から供給された包装フィルムは、幅方向の両側端縁部同士が重なるように適宜折り曲げられつつ、センターシール部３３３に供給される。センターシール部３３３は、例えば、左右一対の加熱ローラ（ヒータ１，２）により構成されており、折り曲げられた包装フィルムの両側端縁部を加熱により搬送方向に沿ってシールする。これにより、包装フィルムは、筒状に形成される。内容物ＷＡは、この筒状に形成された包装フィルム内に投入される。また、エンドシール部３３４の上流側には、コンベア３３１の上方に、内容物ＷＡの位置を検知するファイバセンサ（センサ３）３３６が設けられている。
一方、エンドシール部３３４は、例えば、サーボモータ３３５により駆動されるローラと、ローラの回転によって開閉する一対のカッタと、各カッタの両側に設けられるヒータ（ヒータ３）と、を有している。これらにより、エンドシール部３３４は、搬送方向に直交する方向に筒状の包装フィルムをカットするとともに、カットした部分で加熱によりシールすることができるように構成されている。このエンドシール部３３４を通過すると、筒状に形成された包装フィルムの先端部分は、搬送方向の両側でシールされ、後続から分離されて、内容物ＷＡを内包する包装体ＷＢとなる。
＜２－１－３．包装工程＞
以上の包装機３は、次のような工程で、内容物ＷＡの包装を行うことができる。すなわち、フィルム搬送部３１によって、フィルムロール３０から包装フィルムを繰り出す。また、内容物搬送部３２によって、包装対象となる内容物ＷＡを搬送する。次に、製袋部３３のセンターシール部３３３によって、繰り出された包装フィルムを筒状に形成する。そして、形成した筒状の包装フィルムに内容物ＷＡを投入した上で、エンドシール部３３４によって、搬送方向に直交する方向に筒状の包装フィルムをカットするとともに、カットした部分の搬送方向の両側で加熱によりシールする。これにより、内容物ＷＡを内包する横ピロー型の包装体ＷＢが形成される。すなわち、内容物ＷＡの包装が完了する。
なお、包装機３の駆動の制御は、包装機３とは別個に設けたＰＬＣなどで行うこともできる。この場合、上述した動作状態データ１２４は、ＰＬＣから取得することができる。また、上記のように構成された包装機３では、一例として、異常の因果関係を構築するために、１０個の構成要素が設定されている（例えば、図９参照）。すなわち、上述したサーボ１～４，ヒータ１～３，及びセンサ１～３が構成要素として設定され、異常が発生するときの、これら構成要素間の因果関係が因果関係モデルとして構築される。詳細は後述する。
＜２－２．機能構成＞
次に、解析装置１の機能構成（ソフトウエア構成）を説明する。図５は、本実施形態に係る解析装置１の機能構成の一例である。解析装置１の制御部１１は、記憶部１２に記憶されたプログラム１２１をＲＡＭに展開する。そして、制御部１１は、ＲＡＭに展開されたプログラム１２１をＣＰＵにより解釈及び実行して、各構成を制御する。これによって、図５に示すように、本実施形態に係る解析装置１は、特徴量取得部１１１、モデル構築部１１２、及び表示制御部１１３を備えるコンピュータとして機能する。
特徴量取得部１１１は、包装機３が包装体ＷＢを正常に形成した正常時、及び形成される包装体ＷＢに異常が生じた異常時それぞれについて、包装機３の動作状態を示す動作状態データ１２４から算出される複数種の特徴量の値を取得する。モデル構築部１１２は、取得した正常時及び異常時それぞれの各種類の特徴量の値から、形成される包装体ＷＢに生じる異常と各種類の特徴量との関連度を導出する所定のアルゴリズムに基づいて、取得した複数種の特徴量の中から異常の予測に有効な特徴量を選択する。そして、選択した特徴量を用いて、異常が生じるときの、構成要素間の因果関係を示す因果関係モデル１２３を構築する。
表示制御部１１３は、上述した包装機３の概略図、因果関係モデル（上述したグループ化表示を含む）、各種の特徴量等を表示装置２の画面２１に表示する機能を有する。その他、表示制御部１１３は、表示装置２の画面２１に各種の情報を表示するための制御を行う。
解析装置１の各機能に関しては後述する動作例で詳細に説明する。なお、本実施形態では、以上の機能がいずれも汎用のＣＰＵによって実現される例について説明している。しかしながら、以上の機能の一部又は全部が、１又は複数の専用のプロセッサにより実現されてもよい。また、解析装置１の機能構成に関しては、実施形態に応じて、適宜、機能の省略、置換及び追加が行われてもよい。
＜３．動作例＞
次に、上記のように構成された生産システムの動作例を説明する。
＜３－１．因果関係モデルの作成＞
まず、図６を用いて、解析装置が因果関係モデルを作成する際の処理手順について説明する。図６は、因果関係モデルを作成する際の解析装置の処理手順の一例を例示する。
（ステップＳ１０１）
最初のステップＳ１０１では、解析装置１の制御部１１は、特徴量取得部１１１として機能し、包装機３が包装体ＷＢを正常に形成した正常時、及び形成される包装体ＷＢに異常が生じた異常時それぞれについて、包装機３の動作状態を示す動作状態データ１２４から算出される複数種類の特徴量の値を取得する。
具体的には、まず、制御部１１は、正常時と異常時とに分類して、動作状態データ１２４を収集する。収集する動作状態データ１２４の種類は、包装機３の状態を示すデータであれば、特に限定されないが、本実施形態においては、上述した各構成要素の駆動において生じ得るデータ、例えば、トルク、速度、加速度、温度、圧力等の計測データとすることができる。
構成要素がセンサの場合には、ＯＮ時間、ＯＦＦ時間、ターンＯＮ時間、ターンＯＦＦ時間などの計測データを動作状態データ１２４とすることができる。ＯＮ時間及びＯＦＦ時間は、後述する図７に示すように、対象とするフレーム内での制御信号がＯＮまたはＯＦＦとなっている総時間であり、ターンＯＮ時間及びターンＯＦＦ時間は、対象とするフレーム内で制御信号が初めてＯＮまたはＯＦＦになるまでの時間である。その他、制御部１１は、各センサの検出結果、例えば、内容物ＷＡが存在するか否かを「on」と「off」とで示す検出データを動作状態データ１２４として取得することができる。なお、収集した動作状態データ１２４は、記憶部１２に蓄積してもよいし、外部の記憶装置に蓄積してもよい。
次に、制御部１１は、特徴量を算出する処理範囲を規定するため、収集した動作状態データ１２４をフレーム毎に分割する。例えば、制御部１１は、動作状態データ１２４を一定時間長のフレーム毎に分割してもよい。ただし、包装機３は、必ずしも一定時間間隔で動作しているとは限らない。そのため、動作状態データ１２４を一定時間長のフレーム毎に分割すると、各フレームに反映される包装機３の動作がずれてしまう可能性がある。
そこで、本実施形態では、制御部１１は、動作状態データ１２４をタクト時間毎にフレーム分割する。タクト時間は、製品を所定個数分生産する、すなわち、包装体ＷＢを所定個数分形成するのにかかる時間である。このタクト時間は、包装機３を制御する信号、例えば、包装機３の各サーボモータ等の動作を制御する制御信号に基づいて特定することができる。
図７を用いて、制御信号とタクト時間との関係について説明する。図７は、制御信号とタクト時間との関係を模式的に例示する。図７に示すように、包装機３のような製品の生産を繰り返す生産設備に対する制御信号は、所定個数分の製品の生産に応じて「on」と「off」とが周期的に表れるパルス信号になっている。
例えば、図７に示す制御信号では、１つの包装体ＷＢを形成する間に、「on」と「off」とが１回ずつ表れている。そこで、制御部１１は、この制御信号を包装機３から取得し、取得した制御信号の立ち上がり（「on」）から次の立ち上がり（「on」）までの時間をタクト時間とすることができる。そして、制御部１１は、図７に示すように、タクト時間毎に動作状態データ１２４をフレームに分割することができる。
なお、制御信号の種類は、包装機３を制御するのに利用可能な信号であれば、特に限定されなくてもよい。例えば、包装機３が、包装フィルムに付されたマークを検知するためのセンサを備えており、このセンサの出力信号を包装フィルムの送り量の調節に利用する場合には、このセンサの出力信号を制御信号として利用してもよい。
次に、制御部１１は、動作状態データ１２４の各フレームから特徴量の値を算出する。特徴量の種類は、生産設備の特徴を示すものであれば、特に限定されなくてもよい。
例えば、動作状態データ１２４が上記計測データのような量的データ（図７の物理量データ）である場合には、制御部１１は、フレーム内の振幅、最大値、最小値、平均値、分散値、標準偏差、自己相関係数、フーリエ変換により得られるパワースペクトルの最大値、歪度、尖度等を特徴量として算出してもよい。
また、例えば、動作状態データ１２４が上記検出データのような質的データ（図７のパルスデータ）である場合には、制御部１１は、各フレーム内の「on」時間、「off」時間、Ｄｕｔｙ比、「on」回数、「off」回数、等を特徴量として算出してもよい。
さらに、特徴量は、単一の動作状態データ１２４からだけではなく、複数件の動作状態データ１２４から導出してもよい。例えば、制御部１１は、２種類の動作状態データ１２４の対応するフレーム同士の相互相関係数、比率、差分、同期のずれ量、距離、等を特徴量として算出してもよい。
制御部１１は、動作状態データ１２４から上記のような特徴量を複数種類算出する。これにより、制御部１１は、正常時及び異常時それぞれについて、動作状態データ１２４から算出される複数種類の特徴量の値を取得することができる。なお、動作状態データ１２４の収集から特徴量の値の算出までの処理は、解析装置１ではなく、包装機３またはそれを制御する各種の装置で行うようにしてもよい。また、制御部１１は、各種類の特徴量の値を、例えば、閾値より高い状態を「１」又は「high」、閾値を低い状態を「０」又は「low」というように離散化してもよい。
（ステップＳ１０２）
次のステップＳ１０２では、制御部１１は、モデル構築部１１２として機能し、ステップＳ１０１で取得した正常時及び異常時それぞれの各種類の特徴量の値から、形成される包装体ＷＢに生じる異常と各種類の特徴量との関連度を特定する所定のアルゴリズムに基づいて、取得した複数種類の特徴量の中から異常の予測に有効な特徴量を選択する。
所定のアルゴリズムは、例えば、ベイジアンネットワークを利用して構成されてもよい。ベイジアンネットワークは、複数の確率変数間の因果関係を有向非巡回グラフ構造で表現すると共に、各確率変数間の因果関係を条件付確率で表現するグラフィカルモデリングの１つである。
制御部１１は、取得した各特徴量及び包装体ＷＢの状態を確率変数として扱って、すなわち、取得した各特徴量及び包装体ＷＢの状態を各ノードに設定して、ベイジアンネットワークを構築することで、各特徴量と包装体ＷＢの状態との因果関係を導出することができる。ベイジアンネットワークの構築には、公知の方法が用いられてよい。例えば、ベイジアンネットワークの構築には、Greedy Search アルゴリズム、Stingy Search アルゴリズム、全探索法等の構造学習アルゴリズムを用いることができる。また、構築されるベイジアンネットワークの評価基準には、ＡＩＣ（Akaike ' s. Information Criterion）、Ｃ４．５、ＣＨＭ（Cooper Herskovits Measure）、ＭＤＬ（Minimum Description Length）、ＭＬ（Maximum Likelihood）等を用いることができる。また、ベイジアンネットワークの構築に利用する学習データ（動作状態データ１２４）に欠損値が含まれる場合の処理方法として、ペアワイズ法、リストワイズ法等を用いることができる。
例えば、図８Ａは、革ベルトの摩耗が異常イベントであるときの因果関係モデルを示している。すなわち、サーボ１の特徴量であるトルク平均値と位置の標準偏差が、サーボ３の特徴量である速度最小値とトルク最大値に影響を与え、さらにこれらがサーボ４のトルク平均値に影響を与える、という因果関係モデルが構築される。
図８Ｂは、内容物搬送部３２のコンベア３２１のチェーンの緩みが異常イベントであるときの因果関係モデルを示している。すなわち、センサ２の特徴量であるＯＮ時間が、センサ３の特徴量であるターンＯＮ時間に影響を与え、さらにこれがサーボ４のトルク平均値に影響を与える、という因果関係モデルが構築される。
図８Ｃは、包装フィルムのシール不良が異常イベントであるときの因果関係モデルを示している。この異常イベントについては、サーボ４のトルク平均値のみが原因であるという因果関係モデルが構築される。このように構築された因果関係モデルは、因果関係モデルデータ１２３として、記憶部１２に記憶される。
なお、取得した各特徴量及び包装体ＷＢの状態を確率変数として取り扱う方法は、実施の形態に応じて適宜設定可能である。例えば、包装体ＷＢが正常である事象を「０」、包装体ＷＢに異常が発生している事象を「１」として、それぞれの事象に確率を対応させることにより、包装体ＷＢの状態を確率変数とみなすことができる。また、例えば、各特徴量の値が閾値以下である事象を「０」、各特徴量の値が閾値を超えている事象を「１」として、それぞれの事象に確率を対応させることにより、各特徴量の状態を確率変数とみなすことができる。ただし、各特徴量に対して設定する状態数は、２つに限定されなくてもよく、３つ以上であってもよい。
＜３－２．因果関係モデルの表示＞
次に、上記のように構築された因果関係モデルの表示について説明する。このとき、解析装置１の制御部１１は、表示制御部１１３として機能する。表示制御部１１３は、以下に示す画面２１の表示を制御する。まず、表示制御部１１３は、記憶部１２から読み出した概略図１２２と、上述した因果関係モデル１２３とを重ねて表示装置２の画面２１に表示する。図９は、本実施形態における異常イベントの原因となり得る構成要素を、概略図に重ね合わせた図である。ここでは、上述したように、因果関係モデルのノードであるサーボ１～４，ヒータ１～３，及びセンサ１～３を、概略図において、それらが設置される位置に配置している。そして、次に説明する表示装置２の画面２１においては、ユーザによって選択された異常イベントに応じて、これらの構成要素の中から、因果関係モデルを構築する構成要素がノードとして選択されるとともに、因果関係を示す矢印が示されたエッジがノードとともに表示される。
図１０Ａは、因果関係モデルを示す表示装置２の画面２１の例である。この画面２１は、上述した入力装置１５により操作することができる。この画面２１には、左上に異常イベントを選択するための選択ボックス２１１が表示され、プルダウンメニューにより、異常イベントを選択できるようになっている。この例では、革ベルトの摩耗、チェーンの緩み、及びシール不良が異常イベントとして示され、この中から革ベルトの摩耗が選択されている。
この選択ボックス２１１の下側には、包装機の概略図と因果関係モデルとが重ねられたモデル図２１２が表示されている。図１０Ａの例では、異常イベントが革ベルトの摩耗であるときのモデル図が表示されている。そして、このモデル図２１２の左下には、選択された異常イベントに応じて、構成要素とその特徴量とが示されたリスト２１３が表示されている。ユーザは、このリスト２１３の中から、いずれかの構成要素及び特徴量を選択することができ、いずれかを選択すると、モデル図２１２の中の対応する構成要素が強調表示される。この例では、リスト２１３の中から（サーボ１－トルク平均値）が選択されており、これによって、モデル図２１２の中のサーボ１が強調表示される。強調表示は、種々の方法が可能であり、着色、点滅等、他のノードと区別できるように表示されればよい。
さらに、リスト２１３の右側には、選択された特徴量の経時変化がグラフ２１４によって表示されている。この例では、（サーボ１－トルク平均値）が選択されているため、その経時的な変化を示す折れ線グラフ２１４が表示されている。
図１０Ｂは、ボックス２１１において、チェーンの緩みが異常イベントとして表示された例を示している。これにより、リスト２１３には、チェーンの緩みの原因となる構成要素と特徴量が表示されている。ここでは、（サーボ４－トルク平均値）が選択されているため、モデル図２１２のサーボ４が強調されるとともに、（サーボ４－トルク平均値）の経時的な変化を示す折れ線グラフ２１４が表示されている。
図１０Ｃは、ボックス２１１において、シール不良が異常イベントとして表示された例を示している。これにより、リスト２１３には、シール不良の原因となる構成要素と特徴量が表示されている。ここでは、（サーボ４－トルク平均値）が選択されているため、モデル図２１２のサーボ４が強調されるとともに、（サーボ４－トルク平均値）の経時的な変化を示す折れ線グラフ２１４が表示されている。
上記の画面２１の操作をまとめると、以下の通りである。まず、ユーザは、入力装置１５によって、選択ボックス２１１から確認を行うべき異常イベントを選択する。これにより、表示制御部１１３は、選択された異常イベントに対応するモデル図２１２及びリスト２１３を画面に表示する。そして、リスト２１３から、いずれかの特徴量が選択されると、対応するモデル図２１２のノードが強調表示されるとともに、選択された特徴量の経時変化を示すグラフ２１４が表示される。したがって、ユーザは、この画面２１を見ながら、異常イベントに係る因果関係を視認することができる。なお、グラフ２１４に表示する特徴量の経時変化の期間は、ユーザが適宜設定することができる。
また、本実施形態においては、上述したように、各構成要素をグループ化して表示することができる。例えば、図１０Ａの画面２１において、その上部にあるグループ化ボタン２１５を選択すると、図１１に示す画面２１に遷移し、構成要素がグループ化される。図１０Ａのサーボ１はフィルム搬送部３１に設けられるものであり、サーボ３，４は製袋部３３に設けられるものであるので、グループ化ボタン２１５を選択すると、サーボ１を上位の階層であるフィルム搬送部とし、サーボ３，４をグループ化して上位の階層である製袋部としたノードで表示される。また、これらフィルム搬送部を示すノードと製袋部を示すノードとの間には、図１０Ａに示す因果関係モデルと対応するエッジが示される。一方、グループ解除ボタン２１６を選択すると、図１１の画面２１から図１０Ａの画面２１に遷移する。
＜３－３．異常発生時の表示＞
次に、異常が発生したときの画面の表示について、図１２を参照しつつ説明する。図１２は、図１０Ａと対応する図であり、異常イベントが革ベルトの摩耗であるときのモデル図２１２が表示されており、実際に革ベルトの摩耗に関する異常が発生している。このとき、モデル図２１２のサーボ３のノードの外縁が着色され、強調表示がなされている。これは、この異常がサーボ１に起因している可能性があることを示している。この例では、折れ線グラフ２１４に示すように、サーボ１のトルク最大値がある時期から上昇しており、所定値（例えば、０．８）を超えている。したがって、サーボ３のトルク最大値が所定値を超えていることが、異常発生の原因の１つと考えることができる。このように、表示制御部１１３は、異常が発生したときに、特に、特徴量が所定値を超えた構成要素に対応するノードを強調表示する。これに対して、ユーザは、サーボ３のみならず、サーボ３に影響を及ぼしているサーボ１に何らかの修理を施すことで、異常を解消することができる。
なお、構成要素をグループ化して図１１の画面が示されているときに異常が発生すると、サーボ３が含まれる製袋部３３に対応するノードが強調表示される（図示省略）。
＜４．特徴＞
（１）本実施形態によれば、因果関係モデルを表示するに当たって、因果関係モデルを構成する全てのノードを表示する態様と、いくつかのノードをグループに分け、そのグループをノードとして表示する態様とを選択可能であるため、ユーザの目的に応じて因果関係モデルを表示することができる。例えば、構成要素間の詳細な因果関係を確認したい場合には、図１０Ａに示すように表示を行い、因果関係モデルの全体像を確認したい場合には、図１１に示すように表示を行うことができる。したがって、このような因果関係モデルを利用することで、発生した異常に寄与する構成要素が容易に把握でき、異常に対する対応を迅速に行うことができる。
（２）包装機３において生じ得る異常に係る因果関係モデルを表示し、包装機３に異常が生じたときに、その異常に関連する構成要素に対応するノードを強調表示するようにしている。そのため、ユーザは、異常に関連する構成要素を容易に視認することができ、異常に対する処理を迅速に進めることができる。この点は、構成要素をグループ化したときも同様であり、ノードとして表示されたグループを強調表示することができる。
（３）各構成要素の特徴量の経時的な変化をグラフによって表しているため、ユーザは、異常が生じたときに、関連のある構成要素の特徴量の経時的な変化を視覚的に確認することができる。これにより、例えば、特徴量がどのように変化して異常が生じたかを事後的に確認することができる。あるいは、特徴量の変化を視認することで、異常の発生の予兆を検知することができる。
＜５．変形例＞
以上、本発明の実施の形態を詳細に説明してきたが、前述までの説明はあらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略した。以下の変形例は適宜組み合わせ可能である。
＜５－１＞
上記実施形態では、画面２１に、異常イベントの選択ボックス２１１、モデル図２１２、リスト２１３、及びグラフ２１４を表示しているが、これに限定されるものではなく、少なくともモデル図２１２が示されていればよい。例えば、対象となる生産設備によっては、異常イベントが１つの場合もあるため、この場合には、選択ボックス２１１も不要となる。また、画面２１に、全ての要素２１１～２１４を表示する必要はなく、これらを複数の画面に分けて表示し、ユーザがこれらを切り替えられるようにしてもよい。
＜５－２＞
異常が発生したときのノードの表示態様は特には限定されず、異常に関連しない構成要素に対応するノードと異なる表示態様であればよい。例えば、異なる色、異なる形状、アニメーションなど、種々の表示態様を採用することができる。また、表示態様を経時的に変化させることができる。例えば、異常発生直後と、そこから所定時間経過したときの表示態様を変化させることで、ユーザは、異常発生時からの概ねの時間経過を視認することができる。また、ノードのみならず、そのノードに接続されるエッジの表示態様も変化させることができる。すなわち、異常に関連のあるノードあるいはエッジの少なくとも一方の表示態様が変化するように構成されていればよい。さらに、ノードやエッジの表示態様の変化に加え、警告音を発したり、あるいはメールなどの手段で関係者に異常を通知することもできる。また、異常が発生したときのみならず、異常の発生の予兆が示されたときにノードの表示態様を変化させることもできる。
＜５－３＞
上記実施形態の図１０Ａ及び図１１におけるノードのグループ化は一例であり、種々の表示方法が可能である。例えば、図１１の例では、グループ化したときに、サーボ１をフィルム搬送部と表示しているが、この因果関係モデルでは、フィルム搬送部に構成要素としてサーボ１しか含まれないため、グループ化した表示においても、サーボ１として、構成要素をそのまま表示することができる。
また、グループ化の基準は特には限定されず、設備ごと、装置ごと、測定項目毎、機構ごと、工程毎等、種々の基準でグループ化することができる。また、構成要素の数が多い場合には、図２に示すように、異なる表示態様を有する３以上の階層でノードを表示するようにし、いずれかの階層でモデル図の表示を行うことができる。この場合、表示切り替えボタンを準備し、ボタンを１つ押す毎に、階層を１段ずつ切り替えて表示してもよいし、任意の階層を選択して表示するようにしてもよい。
また、モデル図において、グループ化されたノードを選択すれば、そのグループに含まれるノードを示すように構成することができる。例えば、図１１の画面において、製袋部を選択すれば、図１３に示すように、それに含まれる２つのノードを示すことができる。
＜５－４＞
上記実施形態で示した因果関係モデルの構築は、一例であり、その他の方法であってもよい。また、他の装置で構築した概略図データ１２２や因果関係モデルデータ１２３を記憶部１２に逐次記憶することもできる。
＜５－５＞
包装機３以外の生産設備においても適用可能であり、その場合には、因果関係モデルを構築するための構成要素も、生産設備に応じて適宜選択することができる。また、複数の生産設備に係る概略図データを記憶部１２に記憶しておき、対応する生産設備ごとに、表示装置２に表示することもできる。但し、生産設備の概略図は必須ではなく、因果関係モデルのみを表示することもできる。
＜５－６＞
本発明に係る表示システムは、上記生産システムにおける解析装置１と表示装置２により構成することができる。したがって、上記実施形態の表示装置２が本発明の表示部に相当し、解析装置１の制御部１１及び記憶部１２が、本発明の制御部及び記憶部に相当する。例えば、本発明に係る制御部、記憶部、及び表示部をタブレットＰＣなどで構成することもできる。
１…解析装置、
１１…制御部
１２…記憶部、
２…表示装置（表示部）
３…包装機（生産設備）

Claims (6)

  1. 製品を生産する生産設備であって、当該生産設備の駆動を行う少なくとも１つの駆動手段及び前記生産の監視を行う少なくとも１つの監視手段を、それぞれ、構成要素として有有する、生産設備に設けられる表示システムであって、
    制御部と、
    表示部と、
    記憶部と、
    を備え、
    前記記憶部は、前記生産設備に生じ得る異常に関し、複数の前記構成要素のうちの２以上の前記構成要素の関係を因果関係モデルとして、記憶し、
    前記制御部は、
    前記因果関係モデルに基づいて、前記各構成要素に対応するノードと、前記ノード間を連結するエッジと、を有するモデル図を前記表示部に表示し、
    ユーザに要求に応じて、前記モデル図を、全ての前記ノードを表示する第１態様と、所定の基準にしたがって、全ての前記ノードを所定の数のグループに分け、当該グループをノードとして表示する第２態様のいずれかで表示するように構成されている、表示システム。
  2. 前記モデル図の第２態様は、異なる表示態様を有する複数の階層で構成され、前記階層が下位から上位にいくにしたがって、複数の前記グループを、さらに所定の数のグループに分けて、当該グループを表示するように構成されている、請求項１に記載の表示システム。
  3. 前記生産設備に異常が生じたとき、
    前記モデル図が前記第１態様であるときには、前記異常に関連する前記構成要素に対応するノードの表示態様を変化させ、
    前記モデル図が前記第２態様であるときには、前記異常に関連する前記構成要素に対応するノードが含まれるグループの表示態様を変化させるように構成されている、請求項１または２に記載の表示システム。
  4. 前記モデル図が前記第２態様であるときに、いずれかの前記グループを選択すると、当該グループに含まれる前記ノードが表示されるように構成されている、請求項１から３のいずれか記載の表示システム。
  5. 製品を生産する生産設備であって、当該生産設備の駆動を行う少なくとも１つの駆動手段及び前記生産の監視を行う少なくとも１つの監視手段を、それぞれ、構成要素として有有し、前記生産設備において生じ得る異常に関する前記構成要素間の因果関係を表示部に表示するための表示方法であって、
    前記生産設備に生じ得る異常に関し、複数の前記構成要素のうちの２以上の前記構成要素の関係を因果関係モデルとして、記憶するステップと、
    前記因果関係モデルに基づいて、前記各構成要素に対応するノードと、前記ノード間を連結するエッジと、を有するモデル図を前記表示部に表示するステップと、
    を備え、
    前記モデル図は、ユーザからの要求に応じて、全ての前記ノードを表示する第１態様と、所定の基準にしたがって、全ての前記ノードを所定の数のグループに分け、当該グループを表示する第２態様のいずれかで表示されるように構成されている、表示方法。
  6. 製品を生産する生産設備であって、当該生産設備の駆動を行う少なくとも１つの駆動手段及び前記生産の監視を行う少なくとも１つの監視手段を、それぞれ、構成要素として有有し、前記生産設備において生じ得る異常に関する前記構成要素間の因果関係を表示部に表示するための表示プログラムであって、
    コンピュータに、
    前記生産設備に生じ得る異常に関し、複数の前記構成要素のうちの２以上の前記構成要素の関係を因果関係モデルとして、記憶するステップと、
    前記因果関係モデルに基づいて、前記各構成要素に対応するノードと、前記ノード間を連結するエッジと、を有するモデル図を前記表示部に表示するステップと、
    を実行させ、
    前記モデル図は、ユーザからの要求に応じて、全ての前記ノードを表示する第１態様と、所定の基準にしたがって、全ての前記ノードを所定の数のグループに分け、当該グループを表示する第２態様のいずれかで表示されるように構成されている、表示プログラム。
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