JP4182399B2

JP4182399B2 - 工作機械の稼働情報収集システム

Info

Publication number: JP4182399B2
Application number: JP2002225099A
Authority: JP
Inventors: 島高英中; 荻康博赤
Original assignee: シムックス株式会社
Priority date: 2002-08-01
Filing date: 2002-08-01
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2022-08-01
Also published as: JP2004070424A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械、主として、ＮＣ工作機械の稼働情報を収集するシステムに係り、特に、生産ライン上での稼働効率を向上するため、また、適切な保守のタイミングを得るための情報収集を主眼とする工作機械の稼働情報収集システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
機械加工の工場において、工作機械の稼働状態、特に、数値制御工作機械（以下、ＮＣ工作機械と称す）の稼働状態を逐次、記録して置くことは、生産管理における原価計算、実績収集のために、また、作業時の電力の変動量についての負荷配分、更には、作業過程での省エネルギー対策上、必要である。既に、ＮＣ工作機械の稼働状況は、加工時における、その加工ヘッドの移動、加工具の送り、主軸の回転数などの検出により、稼働状況を監視するシステムは存在するが、加工対象の相違による工具交換、加工工程に係る入力データの選択などの、段取りや休止における時間的な遷移情報までは、自動的に把握していない。まして、汎用の工作機械においては、ＮＣ工作機械のように、加工工程での一切の情報を自動的に把握できない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上述の段取りやＮＣ工作機械の運転休止などを含めた情報の収集は、作業者による、逐次的な稼働状態（休止中、段取り中、加工中など）の記録に依存している。しかしながら、作業者による、このような人為的な記録では、記録漏れ、記録ミスなどの発生が避けられず、生産ライン上での稼働効率向上のため、また、保守のタイミングを得、更には、工程での省エネルギー対策に有効で正確な情報収集が達成されない。
【０００４】
本発明は、上記事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、ＮＣ工作機などの工作機械の稼働状態を全運転・作業工程において自動的に取得し、稼働データの実績収集を容易かつ正確に行い、保守のタイミングを得、工程での省エネルギー対策に有効な、そして、生産管理における原価計算、生産効率の向上のための基礎データの蓄積を行うことにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明による請求項１に記載の工作機械の稼働情報収集システムは、工作機械の稼働状態を特定する稼働信号として工作機械の消費電力の波形データをリアルタイムで計測する稼働状態計測手段と、前記稼働状態の各カテゴリーは、少なくとも、工作機械への電力供給、工作機械の運転、加工状態、工具交換操作、主軸回転を各センサによって検出し、前記波形データの経時的変化との対応で分析することにより、前記稼働状態に係る各カテゴリーについての前記稼働信号の特性を、予め工作機械の機種別に、前記稼働状態の判定基準に設定する判定基準設定手段と、前記稼働信号の波形データの経時的変化から、その時間的遷移の特性についての前記稼働状態の各カテゴリーとの対応をモニタすることにより、カテゴリー別の稼働状態を前記判定基準と対比して判定する判定手段と、前記判定手段による判定結果を、各カテゴリー別の稼働情報としてストックする稼働情報収集手段と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
請求項２は、工作機械の稼働情報収集に際して前記判定手段で取得した波形データにより、所要の学習条件で、前記判定基準設定手段での判定基準を補正することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、ＮＣ平面研削盤の制御系について、図面を参照して具体的に説明する。ここでの稼働情報収集システムは、図１に示すような、以下の構成要件▲１▼〜▲４▼を備えている。
▲１▼ ＮＣ工作機械Ｔの稼働状態（稼働ステータス）を特定する稼働信号をリアルタイムで計測する稼働状態計測手段１００、
▲２▼ ＮＣ工作機械Ｔの機種別に、前記稼働状態に係る各カテゴリー（後述する）についての前記稼働信号の特性を、予め、前記稼働状態の判定基準に設定する判定基準設定手段２００、
▲３▼ 前記稼働状態計測手段で計測する対象のＮＣ工作機械Ｔの機種に対応した稼働状態のカテゴリー毎に、その計測信号の特性により、前記稼働信号についてカテゴリー別の稼働状態を前記判定基準と対比して判定する判定手段３００、
▲４▼ 前記判定手段による判定結果を、各カテゴリー別の稼働情報としてストックする稼働情報収集手段４００、
更に、この実施の形態では、▲５▼ ＬＡＮやインターネットを介してデータ中継サーバや操作端末に情報を送信し、また、必要な情報（加工データなど）をＮＣ工作機械の主装置に送信するための伝送手段５００。
なお、上述の制御系では、周知のように、ＮＣ工作機械における実稼働時には、主装置側からＮＣデータ（運転スケジュール、工具選択、加工深度などの一連の加工指示データ）をＮＣ工作機械に与える機能の他、稼働状態のモニタリングや、負荷計測値の異常発生の受信装置なども含まれる。
【００１０】
稼働状態計測手段１００は、この実施の形態では、ＮＣ工作機械Ｔでの消費電力の電力波形を、その時間的経過において、前記稼働信号の波形データとして計測する（図２を参照）。前記波形データは、ＮＣ工作機械での消費電力の電力波形から取得する。なお、この実施の形態では、電力波形を稼働信号として収集しているが、ＮＣ工作機械の機種によっては、そこで使用される空気流量、油圧変動、油圧制御での流量などを時系列で取得し、これを稼働信号として適用することもでき、また、電力波形データも含めて、その複合情報を採用することもできる。
【００１１】
稼働状態計測手段１００の具体的構成として、図３に示すような回路構成が採用できる。ここで、アナログセンサＡ−１、Ａ−２は電力計測専用であり、平均自乗回路ＲＭＳを介してＣＰＵに接続され、アナログセンサＡ−３は０〜２０ｍＡの汎用出力形センサで前記ＣＰＵに接続され、また、デジタルセンサＤ−１〜Ｄ−８は、各機種について、判定基準を得るために、学習用のＮＣ工作機械Ｔの所要箇所における機械接点入力用センサで、前記ＣＰＵに接続される。なお、図中、符号ＲＳ−４２２は、ＮＣ工作機械Ｔの稼働管理を行う主装置側への通信用モデムである。なお、電流計測では、センサから、例えば、１分毎に電力、漏洩電流、その他のアナログデータをＡＳＣＩＩ文字列で送信する。また、デジタル入力を行う際には、センサからチャンネル番号を送信し、それがカウンターモードのチャンネルでは、１分毎の、その間のカウント数を送信する。
【００１２】
また、判定基準設定手段２００は、前記稼働信号の波形データおよびその時間的遷移の特性から、前記稼働状態の各カテゴリーとの対応を分析することにより、判定基準を設定するが、この実施の形態では、予め、ＮＣ工作機械Ｔの機種毎に、稼働信号を取り込み、各カテゴリー別に分析し、これを繰り返して、そこでの基準情報を取得し、実稼働における稼働状態の判定基準とする。
【００１３】
この実施の形態におけるカテゴリーは、例えば、少なくとも、ＮＣ工作機械への電力供給、ＮＣ工作機械の運転、加工状態、工具交換操作、主軸回転を各センサによって検出し、波形データとの対応で分析することにより、取得することになる。
即ち、ＮＣ工作機械Ｔを稼働するために、周辺機器を含めて、その主電源に電流が流れている（通電中）か、否（非通電中）かを検出するための第１ステージ用センサ（例えば、主電源に設置した電流トランスからの信号を検出するセンサ）、ＮＣ工作機械Ｔの起動準備状態を含む待機中（非運転中）か、加工中などの運転中かを検出するための第２ステージ用センサ（例えば、ＮＣ工作機械に付属する加工中での、オン信号となる接点スイッチなどのセンサ）、運転中における、例えば、切削加工中か、否（非切削加工中：加工台移動中、工具交換中、スキャニング中、その他）かを検出するための第３ステージ用センサ（例えば、当該工作機械の主軸モータの電流値を測る電流トランスからの信号を検出するセンサ）からの、それぞれの検出信号を、前記稼働信号との対比により、前記稼働信号の特性（波形、信号レベルなど）毎に取得される（図４を参照）。なお、非切削加工中のその他には、ＮＣ工作機械の空転中、段取り中（非加工物のチャッキング、ＮＣ制御のためのプログラム選択など）が含まれる。
【００１４】
このカテゴリーと稼働信号の特性との対比による基準情報の設定のためには、各信号を、電力波形の状態遷移図の形で、例えばモニタ上で可視化する（図１を参照）。そして、分析者（熟練者）により、前記稼働信号と検出信号とを分析し、カテゴリー毎の基準情報として把握する。その結果、稼働信号のレベルが、例えば、電源オフでは０Ｖ（ボルト）、起動準備状態では０．５〜０．６Ｖ、待機中では１．７〜１．８Ｖ、運転中では１．９〜２．０Ｖ、その中、切削中では２．０Ｖ以上（例えば、切削深度の差異による負荷値も含めて）などに識別され、基準情報として取得される。
【００１５】
この種の電力波形分析には、例えば、音声認識システムにおいて、各音素（「すがも」であれば、ｓ−ｕ−ｇ−ａ−ｍ−ｏのそれぞれの子音と母音）の特徴（ケプストラム係数列など）を定義する操作を援用する。
例１．加工台移動中の電流値：それまでの状態の平均値から、ｘ１Ａ＝４アンペア以上で、ｘ２Ａ＝１０アンペア以下であり、その持続時間：上に凸でｚ＝２秒以下のパルス波形およびそれに続く４から１０アンペアで下に凸で１秒以下のパルス波形（条件１）
例２．切削中の電流値：主軸回転中で、非切削状態の電流値よりも、ｘ３Ａ＝１アンペア以上で、ｘ４Ａ＝１．５アンペア以下の大きな値の電流であり、その周波数：ｆ１Ｘ＝０．５ＨＺ以上で、ｆ２Ｘ＝３ＨＺ以下の周波数成分を有する。この場合、細かい変動成分の振幅は０．５アンペア以下である（条件２）。
なお、実際の運用に際しては、一定時間窓（タイムシェア）で波形の特徴量を計算することになる。
【００１６】
前述の分析者による稼働状態の定義（識別ラベル付け）には、各状態間の遷移の契機となるイベントを波形の特徴量で表している前記状態遷移図が用いられるが、これを表形式に整理するとよい。上述の例によれば、稼働信号から稼働状態＝運転中であって、波形の特徴量が条件２を満たす場合、状態の把握は「切削中」となる。なお、波形分析には、長時間にわたる電力波形データの取得が必要となるので、特定のグラフ表示ソフト（例えば「カレイダグラフ」）を採用することになる。図５には、状態を定義した学習用電力波形が、その状態判定の条件を示す領域指定と共に示されている。
【００１７】
熟練した分析者による分析結果を、電力波形データの状態遷移図上で表示したのが、図６に示されている。図面下部の定期的なピークを含む台形状の連なりの波形が電力波形であり、画面上部の櫛形の折れ線グラフが基準情報となる分析結果である。なお、稼働状態計測手段１００からの情報（学習用電力波形データ）を基に、熟練者による識別ラベルの取付けを行うことで、例えば、判定基準設定手段２００における機械機種別学習データが構築され、各カテゴリーについての判定基準となる。そして、ここでの前処理プログラムは、この学習データを読み込み、機種別分析プログラムを生成することになる。
【００１８】
このようにして生成された機種別分析プログラムにおいて、現に実行しているＮＣ工作機械の分析対象波形データ（稼働信号）を入力し、電力波形分析する（図７を参照）。
即ち、判定手段３００は、前記稼働信号の波形データおよびその時間的遷移の特性から、前記稼働状態の各カテゴリーとの対応をモニタすることにより、実稼働状態を判定することになる。その実行結果は、図８に示すような情報源として、稼働情報収集手段４００に収集、蓄積される。
このように、予め、機種毎にＮＣ工作機械Ｔの判定基準を学習により取得して置くことで、例えば、上述のような電力波形の状態遷移から、各カテゴリーを判定することができる。この場合、実稼働において、使用されるＮＣ工作機械に、直接、センサを取り付けて、情報を取得する必要がなくなり、稼働状態の管理、運営上に有利となる。
【００１９】
ＮＣ工作機械の稼働情報収集に際して、制御系からの加工指示データと前記判定手段で取得した波形データにより、所要の学習条件（各ＮＣ工作機械の固有の特性により生じる判定基準との誤差の程度を、例えば、０．１の範囲に修正するような学習条件）で、前記判定基準設定手段での判定基準を補正することは、情報収集過程での学習効果が得られる点で有効である。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は、以上詳述したように構成したので、工作機械、特に、ＮＣ工作機の稼働状態を全運転・作業工程において自動的に取得し、稼働データの実績収集を容易かつ正確に行い、保守のタイミングを得、工程での省エネルギー対策に有効で、しかも、生産管理における原価計算、生産効率の向上のための基礎データの蓄積を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の稼働情報収集システムの構成を示すブロック図である。
【図２】稼働状態の判定基準を学習する際の、電力波形を時系列で示す図である。
【図３】前記稼働情報収集システムにおける稼働状態計測手段の構成を示すブロック図である。
【図４】稼働ステータスの判断項目を例示する図である。
【図５】判定基準設定手段での稼働状態を定義した学習用電力波形の一例を示す状態遷移図である。
【図６】電力波形と、その分析結果とを相対して示す時系列の図である。
【図７】判定基準設定手段、判定手段でのプロセスを概念的に示すブロック図である。
【図８】ＮＣ工作機械の実稼働における判定結果（稼働状態解析結果）を示す図である。
【符号の説明】
１００稼働状態計測手段
２００判定基準設定手段
３００判定手段
４００稼働情報収集手段
５００伝送手段

Claims

工作機械の稼働状態を特定する稼働信号として工作機械の消費電力の波形データをリアルタイムで計測する稼働状態計測手段と、
前記稼働状態の各カテゴリーは、少なくとも、工作機械への電力供給、工作機械の運転、加工状態、工具交換操作、主軸回転を各センサによって検出し、前記波形データの経時的変化との対応で分析することにより、前記稼働状態に係る各カテゴリーについての前記稼働信号の特性を、予め工作機械の機種別に、前記稼働状態の判定基準に設定する判定基準設定手段と、
前記稼働信号の波形データの経時的変化から、その時間的遷移の特性についての前記稼働状態の各カテゴリーとの対応をモニタすることにより、カテゴリー別の稼働状態を前記判定基準と対比して判定する判定手段と、
前記判定手段による判定結果を、各カテゴリー別の稼働情報としてストックする稼働情報収集手段と、を備えることを特徴とする工作機械の稼働情報収集システム。
工作機械の稼働情報収集に際して前記判定手段で取得した波形データにより、所要の学習条件で、前記判定基準設定手段での判定基準を補正することを特徴とする請求項１に記載の工作機械の稼働情報収集システム。