JP6453806B2 - 製造機械の動作負荷を低減する製造管理装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の製造機械を制御する製造管理装置に関する。

従来の技術においては、ロボットおよび工作機械等の製造機械により物品を製造することが知られている。製造工場では、部品の加工や運搬等の作業を製造機械が行うことにより、生産性が向上することが知られている。製造工場では、種類の異なる製造機械が用いられたり、複数台の同一の種類の製造機械が用いられたりする。複数の製造機械を用いる場合には、複数の製造機械が作業を分担して物品を製造する。

特開２０１５−２０８８１１号公報には、複数台のロボットを含むロボットシステムの動作をシミュレーションして、動作プログラムを最適化するシミュレーション装置が開示されている。このシミュレーション装置では、動作プログラムの行番号毎に、動作プログラムの実行時間を算出し、実行時間に基づいて動作待ち時間を算出することが開示されている。

特許第４５７１２２５号公報には、ロボットがオフラインの状態で、ロボットの動作のシミュレーションを実施することにより、ロボットシステムの消費電力を推定する消費電力量推定装置が開示されている。

特許第３３５７１４３号公報には、ロボットの駆動機構に加わる負荷をモニタして、ロボットの寿命に関する情報を表示するロボット制御装置が開示されている。

特開２０１５−２０８８１１号公報 特許第４５７１２２５号公報 特許第３３５７１４３号公報

物品を製造する製造システムでは、複数の製造機械が物品を製造することができる。製造機械は、電気にて駆動されるものが多く存在する。製造システムには、製造機械を駆動するために電気が供給される。この場合に、製造システムに供給される最大電力は小さいことが好ましい。すなわち、製造システムの消費電力のピーク値は小さいことが好ましい。また、予め定められた期間における消費電力の合計値は小さいことが好ましい。換言すると、製造システムの平均消費電力は、小さいことが好ましい。

また、製造機械は、使用を継続すると摩耗や劣化等により機能が低下する部品を含む。たとえば、軸受や減速機は、使用を継続すると劣化する。これらの部品は、製造機械の動作方法により寿命が変化することが知られている。このために、製造機械は、部品の寿命が長くなるような動作方法にて駆動することが好ましい。

製造システムでは、複数の製造機械が互いに異なる時期に作業を実施したり停止したりする。または、製造機械は、同一の動作でも速度等を変化させることができる。作業者は、製造システムに配置された１つの製造機械に着目して、１つの製造機械における消費電力のピーク値および平均消費電力を低減することが考えられる。または、作業者は、１つの製造機械において、部品の寿命を長くする動作を選定することができる。

ところが、それぞれの製造機械ごとに、消費電力のピーク値、平均消費電力および部品の寿命等の負荷を最適化しても、製造システムの全体では、負荷が最適化されていない場合がある。

本発明の製造管理装置は、複数の製造機械を含む製造セルを制御する製造管理装置である。製造管理装置は、それぞれの製造機械の消費電力および部品の寿命に関する情報のうち少なくとも１つを含む負荷情報を時系列で取得する負荷情報取得部を備える。製造管理装置は、負荷情報に基づいて、予め定められた期間における製造セルの平均消費電力、最大消費電力、および部品の寿命を示す変数のうち少なくとも１つを含む動作負荷を算出する負荷算出部を備える。製造管理装置は、予め定められた期間における物品の製造数が変化しない範囲内で、製造機械が駆動する速度および加速度のうち少なくとも一方を小さくする第１の制御、および動作負荷が低減するように、各製造機械における連続する２つの動作の作業の合計時間が変わらないように、かつ、複数の製造機械における連続する動作の切り替えの時期が同一となるように、複数の製造機械の動作の速度を変更することにより、各製造機械における連続する２つの動作の時間の割合を調整する第２の制御を実施する動作調整部を備える。製造管理装置は、動作調整部により調整した動作の指令を製造機械に送信する送信部を備える。

上記発明においては、製造管理装置は、物品の製造計画を設定する生産計画装置から物品の製造数の指令を受信する製造数取得部を備えることができる。動作調整部は、製造数取得部が受信した製造数の物品を製造可能な範囲内で予め定められた期間における物品の製造数を設定すると共に、動作負荷が低減するように第１の制御および第２の制御を実施することができる。

上記発明においては、製造管理装置は、複数の製造セルを制御するように形成されており、動作調整部は、それぞれの製造セルごとに、第１の制御および第２の制御を実施することができる。

本発明によれば、複数の製造機械の全体の負荷を低減する製造管理装置を提供することができる。

実施の形態における製造システムのブロック図である。 実施の形態におけるセル制御装置および製造セルのブロック図である。 第１製造機械、第２製造機械および第３製造機械の動作プログラムである。 図３の動作プログラムに従った製造機械の動作を説明する表である。 実施の形態における第１の制御のフローチャートである。 動作調整部が第１の制御により動作を調整した後の製造機械の動作を説明する表である。 実施の形態における第２の制御を含む制御を説明する製造機械の動作の表である。 実施の形態における第２の制御を含む制御のフローチャートである。

図１から図８を参照して、実施の形態における製造管理装置について説明する。本実施の形態の製造管理装置は、複数の製造機械を含む製造セルを制御する。

図１は、本実施の形態における製造システムのブロック図である。製造システム１は、複数の製造機械３ａ〜３ｅを含む。それぞれの製造機械３ａ〜３ｅは、部品の取り付けや溶接などの所定の作業を実施するロボットを含む。製造機械としては、ロボットに限られず、部品を切削する工作機械、印刷機、および塗装機等の物品を製造する任意の製造機械を採用することができる。

本実施の形態の製造システム１では、複数の製造セル２ａ，２ｂが設定されている。製造セル２ａ，２ｂは、予め定められた作業を実施するための単一の製造機械または複数の製造機械の集合である。本実施の形態の製造セル２ａは、第１製造機械３ａ、第２製造機械３ｂ、および第３製造機械３ｃを含む。また、本実施の形態の製造セル２ｂは、第４製造機械３ｄおよび第５製造機械３ｅを含む。

製造システム１は、製造セル２ａ，２ｂを制御するセル制御装置５を備える。セル制御装置５は複数の製造機械３ａ〜３ｅを制御する製造管理装置として機能する。セル制御装置５は、バスを介して互いに接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、およびＲＯＭ（Read Only Memory）等を有する演算処理装置を含む。

製造システム１は、セル制御装置５と通信できるように形成された生産計画装置６を備える。生産計画装置６は、ＣＰＵ等を有する演算処理装置を含む。本実施の形態における生産計画装置６は、工場の物品の製造計画を設定する。すなわち、生産計画装置６は、工場全体の工程の管理および物品の生産の管理を実施するように形成されている。

本実施の形態では、製造セル２ａ，２ｂは、物品を製造する工場に配置される。これに対して、セル制御装置５および生産計画装置６は、工場とは異なる建屋に配置されていても構わない。例えば、セル制御装置５は、製造工場の敷地にある別の建屋に配置されていても構わない。この場合には、セル制御装置５と製造機械３ａ〜３ｅとは、例えば、イントラネット等のネットワークを介して接続することができる。また、生産計画装置６は、製造工場とは離れた地域に配置された事務所に配置されていても構わない。例えば、生産計画装置６は、インターネット等のネットワークを介して、セル制御装置５と互いに通信が可能に接続される。

図２に、本実施の形態におけるセル制御装置および製造セルのブロック図を示す。第１製造機械３ａは、ロボット１３と、ロボット１３の動作を制御する機械制御装置１２とを含む。製造機械３ｂ〜３ｅについても、機械制御装置１２およびロボット１３を含む。セル制御装置５は、それぞれの製造機械３ａ〜３ｅに取り付けられた機械制御装置１２と互いに通信できるように形成されている。

それぞれの製造機械３ａ〜３ｅは、ロボット１３の稼働の状態を検出する検出器１１を含む。検出器１１は、後述する消費電力および部品の寿命に関する情報などを検出する。セル制御装置５は、機械制御装置１２から製造機械３ａ〜３ｅの稼働の状態を取得したり、機械制御装置１２にロボット１３の動作の指令を送出したりする。

本実施の形態におけるセル制御装置５は、それぞれの製造セル２ａ，２ｂの予め定められた期間における動作負荷を算出する。動作負荷には、平均消費電力、最大消費電力、および部品の寿命を示す変数が含まれる。すなわち、セル制御装置５は、平均消費電力、最大消費電力、および部品の寿命を示す変数のうち少なくとも１つを算出する。そして、セル制御装置５は、動作負荷を低減するように製造機械の動作を調整する。

セル制御装置５は、入力部５１を備える。入力部５１としては、キーボード等の入力装置を例示することができる。作業者は、入力部５１を介して所望の情報をセル制御装置５に入力することができる。セル制御装置５は、製造セル２ａ，２ｂの制御に関する情報を記憶する記憶部５２を有する。

セル制御装置５は、それぞれの製造機械の消費電力および部品の寿命に関する情報のうち少なくとも１つを含む負荷情報を取得する負荷情報取得部５３を備える。本実施の形態における負荷情報取得部５３は、予め定められた時間間隔ごとに負荷情報を取得する。負荷情報取得部５３は、時系列で負荷情報を取得する。負荷情報取得部５３にて取得された負荷情報は、記憶部５２に記憶される。

負荷情報が製造機械３ａ〜３ｅの消費電力の場合には、検出器１１として製造機械に供給される電力を検出するセンサを、それぞれの製造機械３ａ〜３ｅに取り付けることができる。負荷情報取得部５３は、電力を検出するセンサの出力に基づいて、製造機械３ａ〜３ｅの消費電力を取得することができる。

または、検出器１１としては、ロボット１３を動作させる為のモータの速度を検出する検出器、およびモータが出力するトルクを検出するトルクセンサを配置することができる。負荷情報取得部５３は、速度およびトルク等のモータの駆動の情報に基づいて、消費電力を推定しても構わない。または、負荷情報取得部５３は、機械制御装置１２がロボット１３に送信する動作指令に基づいて消費電力を算出しても構わない。

セル制御装置５は、負荷情報取得部５３により取得した負荷情報に基づいて、動作負荷を算出する負荷算出部５４を含む。動作負荷は、予め定めた期間における製造セル２ａ，２ｂの平均消費電力、最大消費電力、および部品の寿命を示す変数のうち少なくとも１つを含む。

負荷算出部５４は、製造機械３ａ〜３ｅごとの消費電力を加算することにより、１つの製造セルの消費電力を取得することができる。そして、負荷算出部５４は、予め定められた時間間隔ごとに算出した製造セルの消費電力に基づいて、予め定められた期間における１つの製造セルの最大消費電力を算出することができる。または、負荷算出部５４は、予め定められた期間における製造セル２ａ，２ｂごとの平均消費電力を算出することができる。例えば、負荷算出部５４は、第１製造機械３ａの消費電力、第２製造機械３ｂの消費電力、および第３製造機械３ｃの消費電力に基づいて、第１の製造セル２ａの平均消費電力を算出することができる。

予め定められた期間としては、例えば、１つの製造セルにて１つの物品の作業を実施する時間を例示することができる。予め定められた期間としては、この形態に限られず、任意の期間を採用することができる。例えば、予め定められた期間は、１日などの時間により設定されていても構わない。または、予め定められた期間は、予め定められた個数の物品を製造する期間を設定することができる。

ここで、動作負荷としての部品の寿命を示す変数について説明する。製造機械の部品は、製造機械が駆動するとともに劣化する。たとえば、製造機械が駆動することにより、部品が摩耗したり劣化したりする。部品の寿命が到来した場合には、部品の交換が必要になる。部品の寿命を示す変数としては、予め定められた条件にて使用できる時間長さや、劣化の程度を示す変数などを採用することができる。本実施の形態では、ロボットの部品として減速機を例示して説明する。

減速機の部品の寿命を示す変数としては、定格寿命比Ｒｒ１を例示することができる。減速機は、出力軸の平均トルクに基づいて寿命を判断することができる。検出器１１としてトルクセンサを配置することにより、予め定められた期間における減速機に加わる平均トルクＴ_mpを算出することができる。そして、平均トルクＴ_mpに減速機の減速比Ｒ１および減速効率ηを乗じて、式（１）に示すように減速機の出力軸から出力されるトルクＴ_0mpを求めることができる。

次に、検出器１１としてモータの出力軸に回転角検出器を配置することにより、平均速度ｎ_mを算出することができる。平均速度ｎ_mに減速比の逆数（１／Ｒ１）を乗じることにより、減速機の出力軸の回転速度Ｎ_0mを算出することができる。そして減速機の定格寿命時間Ｋ（Ｈour）、減速機の定格トルクＴ₀（Ｋｇｆ・ｍ）、減速機の定格回転数Ｎ₀（ｒｐｍ）を用いて、式（２）により、減速機の寿命時間Ｌ_10RP（Ｈour）を算出することができる。

次に、減速機の総作動時間Ｔｔから時間Ｔｔ´（Ｈour）を求めて（端数を切り捨て）、総作動時間Ｔｔ´を減速機の寿命Ｌ_10RPで除算することにより、定格寿命比Ｒｒ１（＝Ｔｔ´／Ｌ_10RP）を算出することができる。定格寿命比は、大きくなるほど減速機の寿命が近いことを示している。

負荷算出部５４が、部品の寿命を示す変数として減速機の定格寿命比Ｒｒ１を算出する場合に、負荷情報取得部５３は、部品の寿命に関する情報として、減速機に加わるトルクおよびモータの回転速度を取得する。そして、負荷算出部５４は、上記の式（１）および式（２）に基づいて、定格寿命比を算出することができる。

セル制御装置５は、負荷算出部５４により算出される動作負荷を低減するように、製造機械３ａ〜３ｅの動作を調整する動作調整部５５を備える。動作調整部５５は、後述するように、製造機械３ａ〜３ｅの待機時間を少なくするとともに、製造機械３ａ〜３ｅが駆動する速度および加速度のうち少なくとも一方を小さくする第１の制御を実施する。また、動作調整部５５は、動作負荷が低減するように、連続する動作の時間の割合を調整する第２の制御を実施する。動作調整部５５は、予め定められた期間における物品の製造数が変化しない範囲内で、動作負荷が低減するように、製造機械の動作を調整する。第１の制御及び第２の制御については、後に詳しく説明する。

製造機械が駆動する速度としては、製造機械の駆動する部分における予め定められた点の速度を例示することができる。例えば、製造機械がロボット装置の場合に、ロボットは時間とともに位置および姿勢を変更する。動作調整部５５は、ロボット装置のツール先端点が移動する速度を調整することができる。または、ロボットに取り付けられたエンドエフェクタが駆動する場合には、エンドエフェクタが駆動する速度は、製造機械が駆動する速度に相当する。また、製造機械が工作機械の場合に、工作機械は、ワークに対する工具の相対位置が時間とともに変化する。動作調整部５５は、ワークに対する工具の相対速度を変更することができる。製造機械が駆動する加速度とは、製造機械の駆動する部分における予め定められた点の加速度を例示することができる。

セル制御装置５は、動作調整部５５により調整した動作を行うための動作プログラムを生成する動作プログラム生成部５６を備える。動作プログラム生成部５６は、それぞれの製造機械３ａ〜３ｅを駆動する為の動作プログラムを生成する。この時に、動作プログラム生成部５６は、動作調整部５５により定められた製造機械の動作の速度および加速度に基づいて、動作プログラムを生成する。

セル制御装置５は、動作プログラム生成部５６により生成された動作プログラムを、それぞれの製造機械３ａ〜３ｅの機械制御装置１２に送信する送信部５７を備える。すなわち、送信部５７は、動作調整部５５により調整した動作に関する動作指令を、それぞれの製造機械３ａ〜３ｅに送信する。製造機械３ａ〜３ｅは、受信した動作プログラムに従って駆動する。

なお、本実施の形態では、動作調整部５５は、速度および加速度のうち少なくとも一方を調整する。動作プログラムは、製造機械の動作が定められたファイルと、それぞれの動作に対応する速度または加速度が記載されたファイルとから構成されている場合がある。この場合には、動作プログラム生成部５６は、速度または加速度が記載されたファイルの記載を変更することができる。送信部５７は、動作指令として速度または加速度が記載されたファイルを、製造機械３ａ〜３ｅの機械制御装置１２に送信することができる。

次に、本実施の形態における動作調整部５５が実施する第１の制御について説明する。ここでは、複数の製造セル２ａ，２ｂのうち、第１の製造セル２ａを例に取りあげて説明する。第２の製造セル２ｂにおいても第１の製造セル２ａと同様の制御により、製造機械３ｄ，３ｅの動作を調整することができる。

図３に、本実施の形態における第１製造機械、第２製造機械および第３製造機械の動作プログラムを示す。図３は、動作プログラムのうち一部分を示している。それぞれの動作プログラムは、作業者により予め作成されている。製造セルにおいて予め定められた期間における物品の製造数は、動作プログラムにより定まる。

第１製造機械３ａの動作プログラム２１ａにおいて、「動作Ａ１」は、動作Ａ１を実行する指令を示している。「待機ＤＩ［１］＝ＯＮ」は、ＤＯ［１］がＯＮになるまで待機する指令を示している。そして、「ＤＯ［１１］＝ＯＮ」は、ＤＯ［１１］をＯＮにする指令を示している。また、「待機２秒」は、２秒の間は動作せずに停止した状態を維持する指令を示している。すなわち、第１製造機械３ａは、動作Ａ２が終った後に、動作せずに２秒間停止する。第２製造機械３ｂの動作プログラム２１ｂおよび第３製造機械３ｃの動作プログラム２１ｃも同様の指令により構成されている。

本実施の形態では、１つの製造機械の動作が他の製造機械の動作に依存している。複数の製造機械３ａ〜３ｃにおいて、１つの製造機械の動作の開始と他の製造機械の動作の停止とが関連している。図３に示される例の場合には、第１製造機械３ａは動作Ａ１を実施し、第２製造機械３ｂは、動作Ｂ１を実施し、第３製造機械３ｃは動作Ｃ１を実施する。第２製造機械３ｂでは、動作Ｂ１が終了した後にＤＯ［１］がＯＮに変更される。第１製造機械３ａは、動作Ａ１が終了した後に待機している。矢印８１に示すように、第２製造機械３ｂのＤＯ［１］がＯＮになることによりＤＩ［１］がＯＮになる。そして、第１製造機械３ａは、次の動作Ａ２を実施する。

第３製造機械３ｃは、動作Ｃ１を実施した後に待機する。第２製造機械３ｂにおいては、動作Ｂ２が終了した後にＤＯ［２］がＯＮになる。そして、第３製造機械３ｃにおいては、矢印８２に示すようにＤＩ［２］がＯＮになる。この後に、第３製造機械３ｃは、動作Ｃ２を実施する。

第２製造機械３ｂは、ＤＯ［２］をＯＮにした後には待機する。第３製造機械３ｃは、動作Ｃ２が終了した後に待機する。そして、第１製造機械３ａが動作Ａ３を終了した後には、ＤＯ［１１］がＯＮになる。矢印８３，８４に示すように、ＤＩ［１１］がＯＮになる。第２製造機械３ｂおよび第３製造機械３ｃは、ＤＩ［１１］がＯＮになるまで待機する制御が実施される。

図４に、図３に示される動作プログラムにて実施される製造機械の動作の説明図を示す。矢印８６は、時間の流れを示している。例えば、第１製造機械３ａは、動作Ａ１を実施した後に、第２製造機械３ｂの動作Ｂ１が終了するまで待機する。第３製造機械３ｃは、動作Ｃ１を実施した後に第２製造機械３ｂの動作Ｂ２が終了するまで待機する。本実施の形態の動作調整部５５は、少なくとも１つの製造機械の動作が変化した時刻を境界にして、動作に関するＩＤ番号を付与している。図４に示す例では、ＩＤ番号は、１番から７番までが設定されている。

また、動作調整部５５は、全ての製造機械において、動作が停止または動作が切り替わる時刻を検出し、この時刻を境界にして、ＩＤグループを設定している。ＩＤグループは、１番から３番までが設定されている。例えば、第１のＩＤグループは、ＩＤ番号が１番から３番までの動作を含む。第２のＩＤグループは、ＩＤ番号が４番の動作が設定されている。そして、第３のＩＤグループは、ＩＤ番号が５番から７番の動作を含む。このように、本実施の形態においては、３つのＩＤグループが設定されている。

また、本実施の形態においては、一部のＩＤ番号の動作において、拘束条件が設定されている。拘束条件は、制御を実施する時に従わなければならない条件である。例えば、４番のＩＤ番号の動作は、動作Ａ１，Ｂ１，Ｃ１の全てが完了した後に開始される。また、４番のＩＤ番号の動作は、第１製造機械３ａと第２製造機械３ｂとが、協調して１つの作業を実施する。このために、動作Ａ２と動作Ｂ２とは動作を調整することが禁止されている。すなわち、４番のＩＤ番号の動作Ａ２および動作Ｂ２は、動作調整部による調整を受けずに変化しない動作になる。このように予め定められた動作に対して、動作調整部５５は、それぞれの製造機械３ａ〜３ｃの動作時間を調整する。

第１の制御では、動作調整部５５は、それぞれの製造機械３ａ〜３ｃごとに動作の調整を実施する。動作調整部５５は、製造機械が待機状態であることを検出する。動作調整部５５は、待機状態の前または後において製造機械が動作している場合に、動作の速度を低減して動作にかかる時間を長くする制御を行う。動作調整部５５は、待機時間を削減して動作する時間を長くする制御を実施する。この制御により、平均消費電力および最大消費電力を低減することができる。または、部品の寿命を長くすることができる。

図５に、本実施の形態における動作調整部の第１の制御のフローチャートを示す。図４および図５を参照して、ステップ６１において、動作調整部５５は、変数ＩＤを１に設定する。すなわち、１番のＩＤ番号を選択する。ステップ６２において、動作調整部５５は、製造機械の番号ＭＮを１に設定する。すなわち、複数の製造機械のうち第１製造機械３ａが選定される。

次に、ステップ６３において、動作調整部５５は、選定された製造機械が待機状態であるか否かを判別する。例えば、１番のＩＤ番号において第１製造機械は待機状態にてあるか否かを判別する。ステップ６３において製造機械が待機状態でない場合には、制御はステップ６９に移行する。ステップ６３において製造機械が待機状態である場合には、制御はステップ６４に移行する。

ステップ６４において、動作調整部５５は、選定されたＩＤ番号と製造機械に関して、拘束条件があるか否かを判別する。ステップ６４において、拘束条件による制約がある場合に、制御はステップ６９に移行する。ステップ６４において、拘束条件による制約がない場合には、制御はステップ６５に移行する。

ステップ６５において、動作調整部５５は、待機状態の直前に選定された製造機械が動作しているか否かを判別する。ステップ６５において、待機状態の直前に選定された製造機械が動作している場合に、制御はステップ６６に移行する。

ステップ６６において、動作調整部５５は、待機状態の直前の動作の速度を低くする制御を実施する。本実施の形態においては、動作調整部５５は、待機時間の全てにわたって動作を実施するように、製造機械の動作の速度を低くする。すなわち、動作調整部５５は、待機時間がゼロになるように、製造機械の動作の速度を遅くする。

ステップ６５において、待機状態の直前に動作していない場合には、制御はステップ６７に移行する。ステップ６７において、動作調整部５５は、待機状態の直後に動作しているか否かを判別する。ステップ６７において、待機状態の直後に動作している場合には、制御はステップ６８に移行する。

ステップ６８において、動作調整部５５は、待機状態の直後の動作の速度を低くする制御を実施する。本実施の形態においては、待機時間の全てに亘って動作を実施するように、動作の速度を低くする。ステップ６８の制御を実施した後に、制御はステップ６９に移行する。または、ステップ６７において、待機状態の直後に動作していない場合には、制御はステップ６９に移行する。

ステップ６９において、動作調整部５５は、現在に選定されているＩＤ番号に対応する全ての製造機械について検討したか否かを判別する。ここでの例では、第１製造機械３ａ、第２製造機械３ｂおよび第３製造機械３ｃの全てについて、ステップ６３からステップ６８の制御を実施したか否かを判別する。

ステップ６９において、製造機械のうち一部の製造機械について検討していない場合には、制御はステップ７０に移行する。ステップ７０においては、製造機械の番号ＭＮに１を加算して、ステップ６３に戻る。すなわち、次の製造機械について、ステップ６３からステップ６８の制御を実施する。はじめに第１製造機械を検討した後には、第２製造機械が検討される。ステップ６９において、選定されたＩＤ番号において、全ての製造機械についての検討を実施した場合には、ステップ７１に移行する。

ステップ７１においては、全てのＩＤ番号について検討したか否かを判別する。ステップ７１において、全てのＩＤ番号について検討した場合には、この制御を終了する。ステップ７１において、検討していないＩＤ番号が残存する場合には、制御はステップ７２に移行する。

ステップ７２においては、ＩＤ番号に１を加算する。すなわち、矢印８６に示す時間の流れに従って、次のＩＤ番号の動作に移行する。そして、制御は、ステップ６３に移行して、新たに選定されたＩＤ番号に対応する製造機械の検討を実施する。たとえば、第１製造機械３ａ、第２の製造機械３ｂ、および第３の製造機械３ｃの検討を実施する。

図６に、動作調整部が第１の制御にて動作を調整した後の製造機械の動作を説明する表を示す。図４および図６を参照して、調整を実施する前では、３番のＩＤ番号において第３製造機械３ｃは、待機している状態である。そして、第３製造機械３ｃは、待機状態の直前に動作Ｃ１を実施している。このために、図５のステップ６５，６６において、動作Ｃ１の速度を低くする制御が実施されている。ここでは、３番のＩＤ番号の待機状態の全ての時間を動作Ｃ１に付与する。この時に、４番のＩＤ番号については、拘束条件が加わっているために、動作Ｃ１は、３番のＩＤ番号まで広げられている。図６に、動作Ｃ１が調整された後の状態が示されている。

また、第３製造機械３ｃは、７番のＩＤ番号では待機状態である。そして、待機状態の直前には動作Ｃ２を実施している。このために、動作Ｃ２においては、動作の速度が低減され、７番のＩＤ番号まで動作時間が広げられている。

第１製造機械３ａは、調整前の２番のＩＤ番号では待機状態である。このために、図５のステップ６５，６６において、動作の速度を低減することにより、動作Ａ１を実施する時間が２番のＩＤ番号まで延長される。更に、第１製造機械３ａは、調整前の３番のＩＤ番号では待機状態である。このために、３番のＩＤ番号を検討する制御において、図５のステップ６５，６６により、動作Ａ１の動作時間が３番のＩＤ番号まで広げられている。この結果、図６に示されるように、動作Ａ１は、１番のＩＤ番号から３番のＩＤ番号までの期間全体において実施される。

図６に示されるように、調整された動作Ａ１、動作Ｃ１、および動作Ｃ２においては、調整前と調整後とで同一の動作をしているが、速度が低減されている。それぞれの動作にかかる時間が長くなっている。このために、それぞれの製造機械を駆動するモータ等に供給される消費電力を平均化することができて、製造セル２ａの最大消費電力を低減することができる。また、製造セル２ａの平均消費電力を低減することができる。更に、急激な動作や速い動作が回避されるために、製造機械の部品の寿命を長くすることができる。ここで、調整後の全ての作業にかかる時間は、調整前の全ての作業にかかる時間と同一である。このために、予め定められた期間における物品の製造数を同一に維持しながら、製造セル全体の動作負荷を低減することができる。

次に、本実施の形態の動作調整部が実施する第２の制御について説明する。第２の制御では、連続する２つのＩＤグループが選定される。そして、２つのＩＤグループの合計の動作時間は変化させずに、動作時間の割合を調整する。

図７に、本実施の形態における第２の制御を説明する製造機械の動作の表を示す。図７は、第１の制御が実施された後の動作を示す表である。この例では、１番から６番までのＩＤ番号が設定されている。そして、１番から３番までのＩＤ番号の動作が、第１のＩＤグループに設定されている。４番のＩＤ番号の動作が、第２のＩＤグループに設定されている。５番から６番までのＩＤ番号の動作が、第３のＩＤグループに設定されている。この例では、第１の制御により、動作Ａ１、動作Ａ３および動作Ｃ１の時間が長くなっている。

第１のＩＤグループの動作Ａ１，Ｂ１，Ｃ１は、１番のＩＤ番号から３番のＩＤ番号までの期間にて実施されている。動作Ａ１，Ｂ１，Ｃ１は、動作時間ｔ１にて実施されている。そして、第２のＩＤグループの動作Ａ２，Ｂ２，Ｃ２は、動作時間ｔ２にて実施されている。このために、１番から４番のＩＤ番号の作業に必要な全体の動作時間は、（ｔ１＋ｔ２）になる。

本実施の形態の第２の制御では、作業の合計時間が変わらないように、２つのＩＤグループの動作時間の割合を変更する制御を実施する。この場合に、予め定められた規則に基づいて動作時間の割合を変更することができる。本実施の形態では、予め定められた時間ずつ変化させて動作負荷を算出する。この結果、動作負荷が下降する場合には、動作時間の割合を変更する制御を継続する。一方で、動作負荷が上昇する場合には、動作時間の割合を変更する制御を終了する。

図８に、動作調整部が実施する第２の制御を含む制御のフローチャートを示す。ステップ９１においては、動作調整部５５は、ＩＤグループの番号ＩＤＧを１に設定する。すなわち、動作調整部５５は、第１のＩＤグループを選定している。更に、動作調整部５５は、番号ＩＤＧの次の第２のＩＤグループを選定する。ステップ９２において、負荷算出部５４は、予め定められた期間における動作負荷を算出する。

ステップ９３において、動作調整部５５は、番号ＩＤＧのＩＤグループと番号（ＩＤＧ＋１）のＩＤグループの合計の動作時間は変更せずに、時間割合を変更する。例えば、動作調整部５５は、第１のＩＤグループの動作時間ｔ１の時間を短くして、第２のＩＤグループの動作時間ｔ２を長くする制御を実施する。

本実施の形態の動作調整部５５は、予め定められた時間を動作時間ｔ１から減算して、予め定められた時間を動作時間ｔ２に加算する。第１のＩＤグループに属する製造機械の動作Ａ１，Ｂ１，Ｃ１においては、動作の速度が大きくなる。一方で、第２のＩＤグループに属する製造機械の動作Ａ２，Ｂ２，Ｃ２においては、動作の速度が小さくなる。

動作調整部５５は、変更された動作時間に基づいて、それぞれの製造機械の動作の速度を算出する。動作プログラム生成部５６は、算出した速度に基づいて、新たな製造機械３ａ〜３ｃの動作プログラムを生成する。動作プログラム生成部５６は、調整後の動作に基づいて製造機械３ａ〜３ｃの動作プログラムを生成する。そして、送信部５７は、動作プログラムを製造機械３ａ〜３ｃの機械制御装置１２に送信する。

ステップ９４においては、変更された動作プログラムに基づいて、製造セル２ａの製造機械３ａ〜３ｃが駆動する。そして、セル制御装置５の負荷情報取得部５３は負荷情報を取得し、負荷算出部５４は予め定められた期間における製造セルの動作負荷を算出する。記憶部５２は、算出した動作負荷を記憶する。

ステップ９５において、セル制御装置５は、調整前の動作負荷とステップ９３における調整後の動作負荷とを比較する。調整後の動作負荷が調整前の動作負荷よりも小さい場合には、制御はステップ９３に移行する。そして、更に、番号ＩＤＧのＩＤグループの動作時間が短くなるように動作時間の割合を変更する。この後に、ステップ９４，９５の制御を繰り返す。

ステップ９５において、調整後の動作負荷が調整前の動作負荷以上の場合に、制御はステップ９６に移行する。ステップ９６からステップ９８は、動作時間の割合を変更する方法が異なる以外は、ステップ９３からステップ９５と同様である。

ステップ９６においては、ステップ９３と逆に割合を変更する制御を実施する。動作調整部５５は、動作時間ｔ１，ｔ２を図７に示す初期の状態に戻す。そして、動作調整部５５は、動作時間ｔ１を長くして、動作時間ｔ２を短くする制御を実施する。この時に、１番のＩＤ番号の開始から４番のＩＤ番号の終了までの合計の動作時間（ｔ１＋ｔ２）は変化しないように割合を変更する。動作プログラム生成部５６は、製造機械３ａ〜３ｃの調整後の動作に基づいて、それぞれの製造機械３ａ〜３ｃの動作プログラムを生成する。

ステップ９７においては、変更された動作プログラムに基づいて、製造セル２ｂの製造機械３ａ〜３ｃが駆動する。そして、セル制御装置５の負荷情報取得部５３は負荷情報を取得し、負荷算出部５４は、この時の予め定められた期間における製造セルの動作負荷を算出する。記憶部５２は、算出した動作負荷を記憶する。

ステップ９８において、セル制御装置５は、調整前の動作負荷とステップ９６における調整後の動作負荷とを比較する。調整後の動作負荷が調整前の動作負荷よりも小さい場合に、制御はステップ９６に移行する。そして、更に、番号ＩＤＧのＩＤグループの動作時間が長くなるように動作時間の割合を変更する。この後に、ステップ９７，９８の制御を繰り返す。ステップ９８において、調整後の動作負荷が調整前の動作負荷以上の場合に、制御はステップ９９に移行する。

ステップ９９においては、ステップ９３からステップ９８まで変更した時間割合のうち、動作負荷が最小となる時間割合を選定する。たとえば、第１のＩＤグループと第２のＩＤグループとが選定されている場合には、最も動作負荷が小さくなる第１のＩＤグループの動作時間と第２のＩＤグループの動作時間とが選定される。また、動作時間に対応する速度が選定される。

ステップ１００においては、全てのＩＤグループを検討したか否かを判別する。一部分のＩＤグループの検討を実施していない場合には、制御は、ステップ１０１に移行する。ステップ１０１においては、番号ＩＤＧに１を加算する。すなわち、次のＩＤグループを選定する。そして、ステップ９３に戻り、新しいＩＤグループと、新しいＩＤグループの次のＩＤグループとの検討を実施する。例えば、動作調整部５５は、第２のＩＤグループの動作時間ｔ２と第３のＩＤグループの動作時間ｔ３の割合の調整を実施する。ステップ１００において、全てのＩＤグループの検討が終了している場合には、この制御を終了する。

本実施の形態の第２の制御では、動作調整部５５は、動作負荷が変化しない場合または上昇する場合に、検討を終了している。または、動作調整部５５は、動作負荷の極小点が出現するまで動作時間の割合を変更している。ステップ９３，９６における動作時間の割合の変更については、上記の形態に限られず、変更する幅の上限値または下限値が予め定められていても構わない。動作時間を変更する場合に、変更幅が上限値を超えた場合または下限値未満になった場合には、動作時間を変更する制御を終了することができる。

このように、第２の制御では、動作調整部５５は、連続する動作において動作時間の合計時間は変更せずに、動作時間の割合を変更している。そして、動作調整部５５は、変更後の動作時間により作業を実施したときの動作負荷を検出する。このように、動作調整部５５は、動作時間を変更しながら動作負荷を検出し、動作負荷が最小となる動作時間を採用している。この制御を実施することにより、製造セルの動作負荷が小さくなる動作時間を選定することができる。すなわち、動作調整部５５は、製造セルの動作負荷が小さくなるように、製造機械の速度を設定することができる。なお、拘束条件が設定されているＩＤグループは、連続する動作から除外することができる。

上記の第１の制御および第２の制御では、動作の速度を変更する制御を実施しているが、この形態に限られず、動作の加速度を変更する制御を実施しても構わない。または、速度および加速度を両方共に変更しても構わない。この場合には、速度の変化量と加速度の変化量との関係式を予め定めておくことができる。そして、この関係式に基づいて、速度および加速度の両方を変更することができる。または、速度または加速度のうち一方を先に変更した後に、他方を変更しても構わない。例えば、予め定められた幅にて加速度を低減した後に、待機時間が残存している場合には、速度を低減する制御を実施しても構わない。

動作負荷としては、平均消費電力または最大消費電力を選定することができる。この場合に、負荷算出部は、選定している製造セル全体の平均消費電力または最大消費電力を算出することができる。

また、動作負荷としては、前述の定格寿命比のような部品の寿命を示す変数を選定することができる。この場合には、製造機械における対象の部品が予め選定されている。そして、それぞれの部品ごとに寿命を示す変数の値を算出する。第１の制御では、複数の製造機械に取り付けられた部品のうち、残りの寿命が最も短い値を部品の寿命を示す変数として選定することができる。例えば、製造セルの複数の製造機械に取り付けられた減速機の定格寿命比のうち、最大値を寿命を示す変数として選定することができる。また、第２の制御では、複数の製造機械に取り付けられた部品のうち、残りの寿命が最も長くなる時間割合を選定することができる。例えば、複数の製造機械に取り付けられた減速機の定格寿命比のうち、最大値が小さくなるように時間割合を選定することができる。この制御により、部品を長い時間にて使用することができて、部品の交換時期を遅くすることができる。なお、負荷算出部は、時間割合を変化させた後に動作負荷を算出する制御をシミュレーションにより実施しても構わない。

また、第２の制御における動作負荷の評価では、製造セルの平均消費電力、最大消費電力、および部品の寿命を示す変数から複数を選定して評価しても構わない。例えば、複数の動作負荷を同時に評価する場合に、それぞれの動作負荷の重要度を示す重みを用いて、予め評価関数を生成することができる。そして、この評価関数が小さくなるように制御することができる。または、複数の動作負荷に優先順位を作成し、優先順位の順に評価しても構わない。例えば、最大消費電力が判定値以下になるように調整した後に、平均消費電力を小さくする調整を実施しても構わない。このときの判定値は、所定の変数に応じて変化するように設定されていても構わない。例えば、電気料金は、電気を使用する時間に依存する。このために、電気料金が高くなる時間では、最大消費電力を低くするように判定値を設定しても構わない。

図１および図２を参照して、本実施の形態における製造システム１は、生産計画装置６が物品の製造計画を設定する。生産計画装置６は、複数の製造機械３ａ〜３ｅにて製造する計画をセル制御装置５に送信する。セル制御装置５は、生産計画装置６から予め定められた期間における物品の製造数（必要製造数）の指令を受信する製造数取得部５８を備える。製造数取得部５８にて受信にした物品の製造数の指令は、記憶部５２に記憶される。

本実施の形態の動作調整部５５は、製造数取得部５８が受信した製造数の物品を製造可能な範囲内で予め定められた期間における物品の製造数を設定することができる。動作調整部５５は、製造数取得部５８が受信した製造数以上の製造数を設定することができる。そして、動作調整部５５は、それぞれの製造機械の動作を調整することができる。このときに、動作調整部５５は、設定された物品の製造数が変化しない範囲内で動作負荷が減少するように第１の制御および第２の制御を実施することができる。

例えば、上記の第１の制御および第２の制御を実施することにより、それぞれの製造機械の動作時間、速度および加速度が設定される。そして、製造セルにおいて物品を製造する為に要する時間を検出することができる。また、予め定められた期間における実際の物品の製造数を算出することができる。

ここで、予め定められた期間における実際の物品の製造数が、製造数取得部５８が取得した計画の製造数よりも多い場合がある。この場合に、動作調整部５５は、更に、製造機械の速度および加速度のうち少なくとも一方を低減して、動作時間を調整する制御を実施することができる。例えば、動作調整部５５は、製造数取得部５８が取得した計画の製造数を予め定められた期間における物品の製造数に設定する。動作調整部５５は、実際の製造数を製造数取得部５８が取得した計画の製造数で除算した係数を算出する。動作調整部５５は、全ての製造機械の動作時間にこの係数を乗算することができる。例えば、全てのＩＤグループの動作時間に対して、この係数を乗算して動作時間を長くすることができる。そして、動作調整部５５は、算出した動作時間に応じて、速度および加速度を設定することができる。

物品を製造する速度に余裕がある場合に、この制御を実施することにより、動作負荷を更に低減することができる。動作時間を調整する制御においては、任意の動作の動作時間を長くする制御を実施することができる。例えば、動作調整部５５は、動作負荷が大きなＩＤグループを選定し、選定したＩＤグループの動作時間を長くする制御を実施しても構わない。

更には、計画の製造数の変更により、予め定められた期間における計画の製造数が増加する場合がある。この場合には、動作調整部５５は、予め定められた期間における現在の製造数および計画の製造数に基づいて、製造機械の動作時間を短くする制御を実施しても構わない。

なお、上記の実施の形態では、動作調整部は、第１の制御および第２の制御を実施した後に、予め定められた期間における物品の製造数を設定しているが、この形態に限られず、予め定められた期間における物品の製造数を設定すると共に、第１の制御および第２の制御を実施することができる。たとえば、動作調整部は、製造数取得部が取得した計画の製造数に基づいて製造機械の動作を設定した後に、第１の制御および第２の制御を実施しても構わない。また、上記の実施の形態では、生産計画装置から物品の製造数の指令を受信しているが、この形態に限られず、作業者が入力部を介して予め定められた期間における物品の製造数の指令を入力しても構わない。

本実施の形態では、第１の制御および第２の制御の両方の制御を実施しているが、この形態に限られず、いずれか一方の制御を実施しても構わない。

本実施の形態における製造システムは、複数の製造セルが設定されているが、この形態に限られず、製造セルは１つであって構わない。例えば、図２を参照して、製造機械３ａ〜３ｅが１つの製造セルに設定されていても構わない。また、本実施の形態では、それぞれの製造機械の機械制御装置は、セル制御装置に直接的に接続されているが、この形態に限られず、それぞれの製造セルにプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）が配置されていても構わない。そして、セル制御装置がプログラマブルロジックコントローラに接続され、プログラマブルロジックコントローラが複数の機械制御装置に接続されていても構わない。

上述のそれぞれの制御においては、機能および作用が変更されない範囲において適宜ステップの順序を変更することができる。上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。

上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される実施の形態の変更が含まれている。

１ 製造システム
２ａ，２ｂ 製造セル
３ａ〜３ｅ 製造機械
５ セル制御装置
６ 生産計画装置
１１ 検出器
１２ 機械制御装置
２１ａ〜２１ｃ 動作プログラム
５３ 負荷情報取得部
５４ 負荷算出部
５５ 動作調整部
５６ 動作プログラム生成部
５７ 送信部

Claims (3)

1. 複数の製造機械を含む製造セルを制御する製造管理装置であって、
   それぞれの製造機械の消費電力および部品の寿命に関する情報のうち少なくとも１つを含む負荷情報を時系列で取得する負荷情報取得部と、
   前記負荷情報に基づいて、予め定められた期間における製造セルの平均消費電力、最大消費電力、および部品の寿命を示す変数のうち少なくとも１つを含む動作負荷を算出する負荷算出部と、
   予め定められた期間における物品の製造数が変化しない範囲内で、製造機械が駆動する速度および加速度のうち少なくとも一方を小さくする第１の制御、および前記動作負荷が低減するように、各製造機械における連続する２つの動作の作業の合計時間が変わらないように、かつ、複数の製造機械における連続する動作の切り替えの時期が同一となるように、複数の製造機械の動作の速度を変更することにより、各製造機械における連続する２つの動作の時間の割合を調整する第２の制御を実施する動作調整部と、
   動作調整部により調整した動作の指令を製造機械に送信する送信部とを備えることを特徴とする、製造管理装置。
2. 物品の製造計画を設定する生産計画装置から物品の製造数の指令を受信する製造数取得部を備え、
   動作調整部は、製造数取得部が受信した製造数の物品を製造可能な範囲内で予め定められた期間における物品の製造数を設定すると共に、前記動作負荷が低減するように前記第１の制御および前記第２の制御を実施する、請求項１に記載の製造管理装置。
3. 複数の製造セルを制御するように形成されており、
   動作調整部は、それぞれの製造セルごとに、前記第１の制御および前記第２の制御を実施する、請求項１または２に記載の製造管理装置。

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