具有生产管理装置的生产系统的制作方法

专利名称：具有生产管理装置的生产系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有工业用机器人、机床和生产管理装置的生产系统。
背景技术：
在由工业用机器人(以下简称为机器人)和机床构成的生产系统中，其行 为通过机器人和机床的协同动作而被定义。该协同是指，例如在机器人将未加 工的工件设置在机床上后由机床进行加工，在机床的加工结束后由机器人取出 加工好的工件等。除了这样的简单的协同以夕卜，协同动作还包含利用机床进行 加工的时间，由机器人搬送接下来应加工的工件这种并列动作。
为了实现这些协同，使机器人和机床可以通过某种形态进行通信。可能有
使机器人和机床直接通信的形态，也可以将机器人和机床分别与PLC连接， 从而通过PLC进行连接。
在任何形态中，为了实现所述的机器人和机床的协同，都需要掌握该协同 的生产管理装置。在最简单的形态中，机器人起到生产管理装置的作用。在这 种情况下，可以在机器人将工件设置在机床上后，由机器人指示机床进行加工， 等待机床中的加工程序结束，然后取出工件。另外，在机床起到生产管理装置 的作用的情况下，机床指示机器人取出加工好的工件，并设置未加工的工件， 在机器人的作业结束后开始加工。
但是，在机器人起到生产管理装置的作用的情况下，机器人的作业程序包 含针对机器人自身的作业和针对机床的指令，因此，机器人的作业程序变得复 杂，其变更变得困难。在机床作为生产管理装置的情况下也一样，尽管机器人 的作业程序变得简单，但机床的加工程序却相应地变得复杂。
因此，为了实现复杂的行为，最好准备独立的生产管理装置，采取由生产 管理装置对机器人和机床发出指示的形态。由此，机器人的作业程序、机床的 加工程序两者都变得简单。
在由一台机器人和一台机床构成的生产系统中，机器人和机床可以同时动作，因此难以将机器人和机床的行为作为 一个程序来表现。
在由多个机器人和多个机床构成的一般的生产系统中，记述它们的行为更 为困难。这是因为，在多个机器人和多个机床可以同时动作的生产系统中，以 各个机器人的状态的数量以及各个机床的状态的数量的组合来表示作为生产 系统整体的状态的数量，因此，作为生产系统整体的状态的数量变得庞大。
为了解决该问题，在特开2006-343828号公报中，以某个单位来分割机 器人的作业程序，根据生产系统的状况启动适当的作业程序。通过这种方法， 对于某单一的作业程序关联了用于启动该作业程序的条件，因此不需要掌握作 为生产系统整体的状态的总数。因此，容易对已有的生产系统新追加作业程序 以及变更作业程序。
然而，在将程序和可以执行该程序的条件关:^来的特开2006-343828 号公报的方式中，仅可以掌握构成生产系统的机器人以及机床的状态是不够 的。在这种情况下，除机器人以及机床的状态以外，还需要掌握把持工件的夹 具以及机器人机械手的状态。而且，特别重要的是需要掌握工件在生产系统中 是如何流动的。
说明在生产系统中发生错误的情况下，掌握工件的流动的重要性。 例如，在由两个机器人构成的生产系统中，假设进行机器人la将工件从 工作台A运送到工作台B，机器人2a将工件从工作台B运送到工作台C的动 作。若机器人la正确地将工件从工作台A搬送到工作台B,则工件应该存在 于工作台B上。
但是，在机器人la的搬送后，由于某种原因发生了工件从工作台B落下 的情况。在这种情况下，机器人2a当然无法运送该工件，所以该状态成为错 误。
但是，在没有掌握工件的流动的生产系统中，由于最初不具有工件应该存 在于工作台B上的信息，因此即使工件从工作台B落下也无法识别，机器人 2a为了在工作台B取得不存在的工件而移动。
当假设在工作台B上安装了某种传感器，并关联了若工件存在于工作台B 上则使机器人2a去取得工件这样的程序时，机器人2a不会为了取得不存在的 工件而工作。但是在这种情况下，由于工件不存在于工作台B上，因此生产系统在此处停止工作。此时，尽管生产系统处于错误状态，但两台机器人都在 正常地工作。即，仅通过掌握机器人的状态无法掌握在生产系统中是否发生了 错误。
而且，当发生了基于这种工件不存在于预期的场所的错误时，在无法掌握 工件的流动的生产系统中，用于消除该错误的手段不明确。在前面所述的例子
中，显然工件从工作台B落下是错误的原因。并且，针对该原因存在以下选 项将工件重新放置在工作台B上为好，还是去除工件为好，或者将工件返 回工作台A为好。
虽然认为将工件重新放置在工作台B上的选项最好，但是根据工件在工 作台B上的放置方向，机器人2a有可能无法把持工件。另外，在去除工件或 者将工件返回工作台A的选项的情况下，在未掌握工件的流动的生产系统中， 没有掌握工件是通过机器人以外的什么东西移动，因此，此后生产系统是否正 常运转并不清楚。

发明内容
本发明的目的在于提供一种生产系统，其掌握生产系统的状态并且包括工 件的流动在内，根据该状态选择机器人的作业程序和/或机床的加工程序，由 此，程序的变更和从错误的恢复变待容易。
为了实现上述目的，根据第一种方式提供一种生产系统，其具有管理生 产系统内的生产工序的生产管理装置；包含多个加工程序，对工件进行加工的 至少一个机床；包含多个作业程序，对所述机床供给工件并且从所述机床搬出 所述工件的至少一个机器人；可以配置所述工件的至少一个暂置台；输出表示 所述工件是否存在于所述暂置台上的工件信号的至少一个检测器；分别连接所 述生产管理装置、所述机器人、所述机床以及所述^r测器的通信单元，在该生 产系统中，所述生产管理装置具有存储单元，其预先存储由工件信息和程序 信息构成的生产系统模型，所述工件信息是关于所述工件的信息，所述程序信 息是关于所述至少一个机器人的所述多个作业程序以及所述至少一个机床的 所述多个加工程序的信息；更新单元，其根据通过所述通信单元接收到的表示 所述机器人以及所述机床的执行状态的执行状态信号、和通过所述^r测器输出 的工件信号，对所述存储单元中存储的所述生产系统模型中包含的工件信息以
6及程序信息进行更新；以及指示单元，其根据通过所述更新单元更新的生产系 统模型，从所述机器人的所述多个作业程序中选择一个作业程序，以及从所述 机床的所述多个加工程序中选择一个加工程序，并且通过所述通信单元分别向 所述机器人以及所述机床指示执行所选择的作业程序以及加工程序。
根据第二种方式，在第一种方式中，所述生产系统包含多个所述机器人和 多个所述机床，所述指示单元进一步根据通过所述更新单元更新的生产系统模 型，选择所述多个机器人中的一个机器人以及所述多个机床中的一个机床，并 且通过所述通信单元分别向所选择的所述机器人以及所述机床指示执行所述 作业程序以及加工程序。
根据第三种方式，在第一种或第二种方式中，当所述生产系统由于错误而 停止时，所述生产管理装置，仅在所述生产系统-漠型中的所述程序信息与通过 所述通信单元接收的最新的执行状态信号匹配、并且所述生产系统模型中的所 述工件信息与通过所述通信单元接收的最新的工件信号匹配的情况下，使所述 生产系统再次运转。
根据第四种方式，在第三种方式中，所述生产管理装置具备显示单元，该
显示单元在所述生产系统才莫型中的所述程序信息与所述最新的执行状态信号 不匹配的情况下，显示这些执行状态信号，并且，在所述生产系统模型中的所 述工件信息与所述最新的工件信号不匹配的情况下，显示这些工件信号。
根据第五种方式，在第三种或第四种方式中，所述生产管理装置具有变更 所述生产系统模型的变更单元，通过所述变更单元，在所述生产系统模型中的 所述程序信息与所述最新的执行状态信号匹配、并且所述生产系统模型中的所 述工件信息与所述最新的工件信号匹配的情况下，使所述生产系统再次运转。
冲艮据附图所示的本发明的典型的实施方式的详细的说明，本发明的这些目 的、特征以及优点和其它目的、特征以及优点会进一步明确。


图l是表示构成生产系统的生产管理装置、机器人、机床的概略图。
图2是表示构成生产系统的周边设备的图。
图3是表示包含生产系统处理的工件的生产系统的图。
图4是表示工件流动的图。图5是表示生产系统模型的图。 图6是表示执行条件和执行结果的例子的图。 图7是表示生产管理装置的功能模块的图。 图8是表示程序管理部的动作的图。 图9是表示结束处理的细节的图。 图IO是表示信息取得部的动作的图。 图11是表示报警通知部的动作的图。 图12是表示工件的供给的图。 图13是表示条件的不一致的显示内容的图。
具体实施例方式
以下，参照

本发明的实施方式。在以下的附图中，对同样的部件 标注了同样的参照符号。为了容易理解，这些附图适当地变更了比例尺。 关于生产系统模型
在说明本发明的实施方式之前，说明作为用于表现生产系统的行为的表示 法的生产系统模型。所谓行为表示生产系统是如何动作的。生产系统通过在构 成它们的机器人中内置的多个作业程序、在机床中内置的多个加工程序、在生 产管理装置中内置的程序而工作。因此，决定生产系统的行为的是这些程序， 表现生产系统的行为是指表现程序的动作。
具体而言，生产系统模型由工件信息和程序信息构成，所述工件信息与应 该通过机床进行加工的工件相关，所述程序信息与至少一个机器人的多个作业 程序以及至少一个机床的多个加工程序相关。在此，工件信息包含工件的种类、 个数以及加工状态。另外，程序信息包含多个作业程序以及多个加工程序的执 行顺序。
图1中表示构成生产系统的生产管理装置、机器人、机床的一例。该生产 系统l包含用于搬送工件W的三个机器人ll 13;用于加工工件W的两个 机床21、 22;以及用于管理它们的协作的生产管理装置10。
在各个机器人11~13中分别保存了描述机器人的动作的多个程序Al~ An、 Bl~Bn、 Cl~Cn。在本发明中将这些程序称为作业程序。同样地，机床 21、 22分别保存了用于加工工件W的多个加工程序D1-Dn、 El~En。作业程序以及加工程序都是由生产系统1的生成者编写的。
各个机器人11 ~ 13、各个机床21、 22和生产管理装置10可以通过通信 单元60相互通信。通过该通信单元60，生产管理装置IO可以指示机器人11 ~ 13以及机床21、 22执行作业程序或加工程序。反之，可以从机器人11~13 以及机床21 、 22对生产管理装置10通知该时刻的机器人或机床的执行状态的 信号，以及通知作业程序或加工程序的执行结果的信号。此外，出于简洁的目 的，在图2和图3中省略了通信单元60的参照符号。
生产系统1还包含各种周边设备和通过生产系统1处理的工件W。图2 表示图1中举例表示的生产系统的周边设备。在机器人11~13上，作为周边 设备而分别连接了两个机械手14~19。并且，在机床21、 22上分别安装了夹 具23、 24。
如图所示，在机械手14~19以及夹具23、 24上分别安装了传感器141 ~ 191、 231、 241。通过这些传感器可以检测出机械手14~ 19是否把持着工件W， 夹具23、 24是否把持着工件W。这些传感器通常与机器人11~13或机床21、 22相连。在该生产系统1中，生产管理装置10能够经由机器人11 ~ 13或机 床21、 22接收这些传感器的信号。
在图2中还表示了两个暂置台31、 32和4个托盘(pallet)放置场41、 42、 51、 52。暂置台31、 32是在多个机器人之间交接工件W时临时放置工件W 的场所。在这些暂置台31、 32上分别安装了传感器311、 321。通过这些传感 器311、 321，生产管理装置10作为信号(工件信号)而接收在暂置台31、 32 上是否放置有工件W。传感器311、 321与生产管理装置IO相连，生产管理 装置IO可以掌握暂置台31、 32各自有无工件W。
在生产系统中被供给并被排出的工件W —般被收纳在托盘或箱子 (container)等某种容器中。在图2中举例表示了配置用于供给工件W的托 盘的两个供给托盘it置场41、 42，以及配置用于排出工件的托盘的两个排出 托盘放置场51、 52。在这些托盘放置场41、 42中也分别安装了传感器411、 421 (参照图3)。生产管理装置IO可以检测出在托盘放置场41、 42、 51、 52 中是否放置有托盘。
与工件W相当的要素也构成生产系统1。图3中表示了在此前所示的生产系统1中追加了工件W的图。在图3中，容纳了工件Wl和工件W2的供 给托盘40放置在供给托盘放置场41中，在排出托盘放置场51中放置了空的 排出托盘50。
在此，在本发明中将供给托盘40以及排出托盘50作为相当于工件W的 要素来处理。这些托盘40、 50仅是工件W的容纳物，不作为加工的对象。但 是，当将生产系统1作为对所输入的要素进行某种处理后进行输出的系统来处 理时，由于托盘40、 50也被输入输出，因此可以将托盘40、 50作为相当于工 件W的要素来进^f亍处理。另一方面，由于托盘放置场41、 42、 51、 52以及夹 具23 、 24不被输入输出，因此视为生产系统1的 一部分。
至此，说明了某生产系统l的构成要素。接着，对该生产系统的动态方面 即生产系统的行为进行说明。由图1至图3可知，生产系统1的行为是通过 机器人11-13将通过供给托盘40供给的工件Wl、 W2设置在机床21、 22上， 机床21、 22对工件W1、 W2进行加工，机器人取出加工后的工件Wl、 W2， 将其放置在排出托盘放置场51、 52。另外，当供给托盘40变空时，机器人将 供给托盘40作为排出托盘50移动到供给托盘放置场51。当排出托盘50满载 工件时，也有将排出托盘50向排出托盘放置场52排出的行为。图4更准确地 表示了这种行为。
图4表示相当于工件的要素在生产系统中如何运动。图4中的圓表示相当 于工件的要素的放置场所，箭头表示相当于工件的要素的移动。
例如，在供给托盘放置场41中有供给托盘40,在供给托盘40中容纳了 工件W1、工件W2。当参照图4时，工件Wl和工件W2移动到机器人11的 机械手14，然后移动到暂置台31,从^L器人12的机械手16向夹具23或夹具 24移动，进而从机器人12的机械手17向暂置台32移动，最终从机器人13 的机械手18移动到排出托盘50。
另外，在图4中也表示了下述情况供给托盘40通过机器人11的机械手 15从供给托盘放置场41向供给托盘放置场42移动，另外，排出托盘50从排 出托盘放置场51向机器人13的机械手19移动，然后从机械手19向排出托盘 放置场52移动。
实际上通过机器人移动工件Wl、 W2，出于容易理解的目的，在图4中
10未表示机器人。另外，出于相同目的，在图4中未表示工件W1或工件W2通 过机床21、 22被加工的情况。
图5对此进行了表示。在本发明中将图5的内容称为生产系统模型。在图 5中用圆表示放置相当于工件的要素的场所。作为放置相当于工件的要素的场 所，除了暂置台31、 32以外，机器人的机械手14~19以及夹具23、 24也符 合条件。
在图5中用黑圈或托盘的形态表示了相当于工件自身的要素。黑圈表示工 件W，托盘40、 50可以在其内部配置作为个别要素的工件W。图5中的矩形 表示通过机器人11 ~ 13执行的作业程序、或通过机床21、22实施的加工程序。 图5中的箭头表示用于执行作业程序或加工程序的执行条件、以及在作业程序 或加工程序结束时实现的执行结果。
工件
在图5中，黑圈表示工件W。在本发明中，工件W可以具有以下属性。
(1) .. Class ID:表示种类的数字
(2) .. Instance ID:唯一确定工件的数字
(3) ..Status:表示状态的数字(已加工、未加工等)
Class ID是表示工件的种类的号码。在图5中仅表示了一种工件，但如果 生产系统能够以多个种类的工件作为输入来进行处理，则通过Class ID区别这 些工件。
唯一确定工件的号码。这不是必需的属性。
Status是生产系统中表示工件的状态迁移的号码。在本发明中举例表示的 生产系统是加工工件的生产系统，因此，在输入的时刻工件未加工，被输出的 工件应该是已加工的工件。可以通过未加工的工件的Status-1、已加工的工 件的Status = 2的形式来记述这种情况。假如需要对一个工件进行两次加工， 则以Status-2作为第1工序加工完成、以Status-3作为第2工序加工完成来 处理即可。若不需要这样的工件状态管理，则也可以不使用Status属性。
工件的放置场所
关于在图5中以圆或者托盘的形状表示的要素，能够在其内部放置工件
iiw。工件的放置场所附带有在该工件的放置场所中放置的工件w的数量以及
工件的种类等条件。例如，机械手14把持工件Wl或工件W2。可以通过机 械手14把持的工件W的最大数量是1 。而且也限定了可以把持的工件的种类， 机械手14仅可以把持与工件Wl或工件W2相同种类的工件。将这样的条件 作为工件放置场所附带的属性而记述。记述方法可以是任何形式，但在本发明 中以下面的形式进行记述。
Count in 0..1
Class ID = 2
在以上的表现中记述了可以放置O个或1个工件、并且必须是Class ID = 2的情况。该条件在本发明中称为工件条件。
在工件的放置场所安装了传感器的情况下，可以把来自该传感器的信号与 生产系统模型中的工件的放置场所中包含的工件的个数或种类关联起来。例 如，当能够以RCl.RI[l]这样的名称参照安装在机械手14上的传感器时，在该 传感器单纯地通过On/Off信号来传达工件的有无的情况下，如下这样将传感 器的信号与工件的放置场所中包含的工件的数量关联起来。
RC1.RI[1]=0N —> Count > 0 RC1.RI[1]=0FF —> Count =0
上面的式子记述了若RCl.RI[l]=ON,则工件的放置场所中包含的工件 的数量必须大于0。下面的式子意^^未着若RCl.RI[l]K)FF，则工件的数量必 须为0。这样的式子在本发明中称为工件条件补充式。
在此要注意的是，该关联并非用来根据信号的值求出工件的个数或种类， 而是表示了信号的值和工件的个数或种类应该满足的条件。并不是当成为 RC1.RI[1]=0FF的瞬间，在生产系统模型中工件的放置场所中包含的工件的数 量为0，而仅表示若RCl.RI[l]=OFF则工件的数量必须为0的条件，即使 RCl.RI[l]OFF,也有可能出现在生产系统模型上的机械手14中包含的工件 的数量为1的状况。
另外，在很多情况下，传感器可以表示的信息受到限制。例如在上面的例 子中可以检测出机械手14是否把持着工件，但不知道所把持的工件的种类。 因此，将传感器的信号用作对生产系统模型的工件放置场所所具有的工件的种
12类或个数的信息进行补充的信息。 进程
在图5中以矩形表示机器人11 ~ 13的作业程序以及机床21、 22的加工程 序。它们在本发明中称为进程(process )。进程具有以下属性。
(1) ..确定执行进程的机器人11 ~ 13或机床21、 22的字符串
(2) ..进程的名称
(3) ..执行状态
(4) ..结束状态以及返回值
例如，作业程序Al相当于通过机器人11执行的PNS0011程序，若当前 不在执行过程中，则可以如下表现。 Controller-Robot 11 Program ID = PNS0011 Status = idle
才丸4亍状态具有idle、 running、 pause、 finished这4个状态。它们分别表示 未启动程序的状态、启动过程中、程序的暂时停止中、程序结束的状态。 另外，作业程序以及加工程序在程序结束时返回如下两个值。
(1) ..表示正常结束或异常结束的值(结束状态)
(2) ..返回值
结束状态表示作业程序或加工程序正常结束还是异常结束。在此，所谓正 常结束，表示程序被执行到最后然后结束的情况、或者通过预先在程序内记载 的使程序结束的命令而结束的情况中的某一种情况。所谓异常结束，表示程序 在本不应该结束的行而结束的情况。
在本发明中，当作业程序以及加工程序结束时可以返回某数值。将其称为 返回值。返回值对于生产系统模型来说不是必需的。使用方法在后面进行描述。
执行条件、执行结果
图5中包含两种箭头。其中一种是从工件的放置场所指向进程的箭头，另 一种是从进程指向工件的放置场所的箭头。从工件的;j文置场所指向进程的箭头 表示为了执行进程而需要什么(执行条件)。从进程指向工件的放置场所的箭 头表示在进程的执行后引起的变化(执行结果)。
13图6是表示执行条件和执行结果的例子的图。图6是从图5中提取出与机 器人12具有的作业程序Bl有关的某部分而得到的图。以下以图6为例，说 明作业程序、其执行条件和执行结果。
图6中所示的从暂置台31指向作业程序Bl的箭头，表示为了执行作业 程序B1而需要的条件(执行条件)。在该执行条件中可以记述如下事项。
(1 )..通过执行程序，暂置台31上的工件W的数量、种类、状态所产 生的变化(例如工件的移动)
(2)..为了执行程序而需要的机器人、机床、周边设备的状态(事前条
件)
关于作业程序Bl，假定是从暂置台31取得ClassID- 1的工件的程序时， 在执行条件中包含的工件的移动如下进行记述。 Count = 1 Class ID = 1
这些式子不表示在暂置台31上有一个工件，意味着作业程序Bl需要一 个Class ID = 1的工件。即，当暂置台31上有一个以上ClassID-1的工件时， 满足作业程序Bl的执行条件。并且，当执行作业程序B1时，按照Count指 定的数量从暂置台31消耗ClassID-l的工件。即，在所述的例子中，从暂置 台31上减少一个工件。
执行条件中不仅可以记述工件W的移动，也可以记述事前条件。例如， 为了执行该程序机器人12需要位于其原始位置(home position )。若机器人12 位于原始位置、而假设输出RC2.UO[7]这样的信号，则如下这样记述事前条件。
RC2.UO[7] = ON
接着，说明该作业程序Bl的执行结果。作业程序Bl是通过机器人12的 机械手16从暂置台31取出工件W的程序。因此，其执行结果是在机械手16 中存在一个Class ID = 1的工件。如下这样对其进行记述。
Count = 1
Class ID = 1
这些式子表示，当作业程序Bl结束时，针对位于箭头尖端的机械手16 追力口一个Class ID=1的工件。需要注意该箭头不表示机械手16的状态，而表示工件的移动。即，该箭头并不意味着成为在才几械手16中有一个ClassID二 1 的工件的状态。
对于执行结果，也不仅可以记述工件的移动，而且可以记述机器人、机床、 周边设备的状态。将其称为事后条件。例如当作业程序B1结束时，若机器人 12需要返回原始位置，则如下进行记述。
RC2.UO[7] = QN
此外，当作业程序B1结束时，当然安装在机械手16上的传感器应该变 为ON。可以将其记载在事后条件中，但更理想的是记载在作为工件放置场的 机械手16的工件条件补充式中。
作业程序以及加工程序具有表示程序正常结束还是异常结束的值和返回 值。可以在执行结果中的工件移动式中使用返回值。例如，在通过安装在机器 人上的视觉传感器测定工件个数的作业程序中，作为其返回值而返回工件W 的个数，如下这样将其带入工件条件式。
Count = Return Value
至此所描述的与执行结果相关的说明，仅适用于所有作业程序以及加工程 序的结束状态正常的情况。在作业程序以及加工程序的结束状态异常的情况 下，在执行结果中的工件条件式中记载的工件的移动不被执行。
进程的执行
在此，总结图6所表示的信息。首先，暂置台31保存有在该场所放置了 几个什么样的工件的信息。执行条件(箭头)表示为了执行作业程序B1而需 要的工件W的种类和数量。作业程序Bl保存有作为其执行主体的机器人和 实际被执行的程序名。
执行结果(箭头)表示在执行作业程序Bl后输出的工件W的种类和数 量。并且，机械手16保存了可以放置在机械手16中的工件W的种类和数量 的条件。
将它们综合起来，为了实际执行作业程序B1而需要满足以下条件。
(1) ..若执行了作业程序Bl，此后在暂置台31上放置的工件的种类和 数量满足暂置台31的与工件的种类和数量相关的条件。
(2) ..若执行了作业程序Bl,此后放置在机械手16中的工件W的种类
15和数量满足机械手16的与工件的种类和数量相关的条件。
例如，当对机械手16附加了 Count in 0..1这样的条件时，当机械手16中 存在工件W时无法执行作业程序B1。其理由是，当执行作业程序B1时在机 械手16中追加一个工件W， Count = 2，这不满足机械手16的条件。
同样地，当暂置台31上不存在工件W时，在假设执行了作业程序Bl的 情况下，暂置台31上包含的工件成为"-l个"，这不满足暂置台31的条件。 为了执行进程，分别保持与该进程相对应的作业程序以及加工程序的机器人以 及机床必须能够执行该程序。
例如，作业程序B1是通过机器人12执行的程序，但在通过机器人12执 行其它作业程序时无法执行作业程序Bl。这是不言自明的条件，因此在生产 系统模型中不需要记述。
在执行条件和执行结果中，除了与通过进程而移动的工件相关的条件、执 行与该进程相对应的程序的机器人或机床是否能够执行该程序的条件以外，可 以追加机器人、机床以及周边设备的状态。例如，为了执行作业程序Bl,事 先机器人需要处在某特定的位置(在此称为原始位置)。若可以利用表示机器 人位于原始位置的信号，则可以将此追加到执行条件中。另外，若能够通过信 号检测出生产系统中存在的其它机器人是否在工作过程中，则可以将其也追加 到执行条件中。
总结
若对以上进行总结，则可以说图5中所示的生产系统模型表示了生产系统 中的作业程序以及力口工程序、以及工件通过这些程序如何移动、以及这些程序 在工件位于何处时执行。通过这种生产系统模型可以表现生产系统的行为。另 外，可以把来自安装在机器人、机床以及周边设备上的传感器等的信号追加到 作业程序以及加工程序的执行条件中，或者作为用于对工件;改置场所中的工件 的配置(数量、种类)等进行验证的条件来进行追加。
生产系统模型中定义的条件有以下3个。
(1) ..工件的放置场所具有工件条件和工件条件补充式。
(2) ..执行条件具有工件移动式和事前条件。
(3) ..执行结果具有工件移动式和事后条件。生产系统模型的安装
接下来，说明使用此前所述的生产系统模型来管理生产系统的生产管理装
置10的实现方法。对图5所示的生产系统模型中表现的生产系统进行管理的 是生产管理装置IO。如图7所示，生产管理装置10包含生产系统模型4和 对其进行存储的存储单元3、错误检测部2、信息收集部5、程序管理部6以 及用户接口部7。用户接口部7具有显示编辑部8以及错误显示部9。
首先，图7所示的生产系统模型4如前所述，表现生产系统l的状态，在 存储单元3中保存了以生产管理装置可以处理的形式表现图5的内容的生产系 统模型4。生产系统模型4的形式可以是任何形式，在本发明中以XML形式 保存。
信息收集部5与安装在机器人11 13、机床21、 22以及周边设备上的传 感器进行通信，根据接收到的表示机器人以及机床的执行状态的执行状态信 号、以及来自传感器、例如来自传感器311、 321的表示有无工件的工件信号， 更新生产系统模型4。程序管理部6参照生产系统模型4，若存在可以执行的 作业程序以及加工程序，则启动这些程序并监视启动后的程序的执行状态。错 误检测部2具有以下作用监视与生产系统模型4中包含的工件的放置场所或 执行条件、执行结果关联的条件，通知条件是否成立。
程序管理部的动作
说明程序管理部6的详细情况。图8表示程序管理部6的动作。程序管理 部6参照生产系统模型4，持续监视是否存在可以执行的程序。当存在可以执 行的程序时，程序管理部6生成程序管理任务6a。所生成的程序管理任务6a 与机器人以及机床进行通信，指示该可以执行的程序的启动，进行待机直到已 启动的作业程序或加工程序结束，在结束处理后将自身清除。此外，当生产系 统1具有多个机器人11 ~ 13和/或多个机床21、 22时，程序管理部6也从多 个机器人11 ~ 13和/或多个机床21、 22中选择具有可以执行的程序的机器人 和/或机床。
是否存在可以执行的程序的判断，如前所述根据以下3项来判定若执行 了该程序，其结果是否满足与成为输入的工件放置场以及成为输出的工件放置 场相关联的条件；机器人自身是否成为可以执行该程序的状态；来自安装在机
17器人或机床、周边设备上的传感器的信号是否满足与执行条件相关联的条件。
在程序管理任务6a中的启动处理中进行以下操作。
(1) ..按照程序的执行条件，在生产系统模型4中，从成为输入的工件 放置场删除工件。
(2) ..对于执行程序的机器人或机床指示程序的启动。 在生成程序管理任务6a的时刻，通过程序管理部6已经确认了所选择的
程序满足执行条件，因此程序管理任务6a不需要检查程序的执行条件。 在程序管理任务6a中的结束处理中进行以下操作。
(1) ..从执行程序的机器人或者机床取得表示程序结束的信号。
(2) ..按照程序的执行结果，向在生产系统模型4中成为输出的工件放 置场追加工件。
使用图6来说明该动作。首先在暂置台31上存在一个Class ID = 1的工件 W。在机械手16中不存在工件，并且机器人12为没有执行任何作业程序的状 态。此时可以执行作业程序Bl，因此程序管理部6为了执行作业程序Bl而生 成程序管理任务6a。
程序管理任务6a进行启动处理，首先从生产系统模型4中的暂置台31上 去除一个工件W。由此，在生产系统模型4中放置在暂置台31上的工件W为 零。接着，程序管理任务6a与机器人12通信，指示执行作业程序。此外，在 此瞬间，在现实的生产系统中显然放置在暂置台31上的工件W还没有移动。
当机器人12中的程序的执行状态从running变为finished时，程序管理任 务6a取得程序的结束状态。如图9所示，若结束状态正常，则程序管理任务 6a进一步取得返回值。并且，程序管理任务6a对生产系统模型4的机械手16 追加一个工件(相当于图9中的"工件的移动")，将程序的状态从finished变 更为idle。由此，在生产系统模型4的机床21中放置1个工件。
在定义了事后条件的情况下，如图9所示，程序管理任务6a评价此后的 当前的生产系统的状态和事后条件的匹配性。并且，当匹配时，程序管理任务 6a清除。
另一方面，当结束状态异常时，如图9所示，程序管理任务6a不取得返 回值，另外使程序的状态保持为finished。而且不评价事后条件，另外，程序管理任务6a自身也不清除。在这种情况下，仅当操作者使用显示编辑部8来 手动解除错误时，进行事后条件的评价(要参照图9)。
可以同时生成多个程序管理任务6a。即，若可以执行多个进程，则可以 按照其数量生成程序管理任务6a，执行作业程序和/或加工程序。如图l所示， 在此举例表示的生产系统1中存在三个机器人11 ~ 13以及两个机床21、 22， 因此若条件满足，则最多并列执行5个进程。
信息收集部的动作
信息收集部5是简单的结构。如图IO所示，信息收集部5在生产管理装 置IO启动时读入生产系统模型4，生成在其中的条件中记述的信号的一览表。 如前所述，在生产系统模型4中可以将信号作为条件来记述的有工件的放置场 所的条件、进程的执行条件、进程的执行结果这三种。从生产系统模型4中记 述的全部工件放置场所和全部进程中，提取出生产系统模型4需要监视的信 号。该信号的一览表例如成为如下这样。
(1) ..表示暂置台31有无工件W的传感器311的信号
(2) ..表示暂置台32有无工件W的传感器321的信号
(3) ..表示机械手14有无工件W的传感器141的信号
(4) ..其它信号
在安装了这些传感器的各个装置中，各传感器可以通过独特的字符串来参 照。例如，若在机器人11中可以通过RI[1]这样的字符串参照安装在机器人11 的机械手14上的传感器，则在生产管理装置10中通过Robotl.RI[l]这样的字 符串参照该信号。此外，生产管理装置10和机器人11~13之间、生产管理装
置10和机床21、 22之间的信号的交换可以通过各种方法容易地实现，因此省 略其具体方法的说明。
错误检测部的动作
错误检测部2周期性地对生产系统模型4中定义的条件进行评价，在以下 两种情况下通知错误(图11)。
(1) ..工件条件不满足工件条件补充式。
(2) ..存在未正常结束的进程(结束状态异常的情况、和没有满足执行 结果中包含的事后条件的情况)
19前者表示生产系统模型4中定义的工件的移动、与来自安装在生产系统中 的传感器的信号不一致，后者表示与工件的移动无关地，生产系统的状态与希 望的结果不同。
工件条件不满足工件条件补充式的情况的例子例如如下所述。为这样的情 况在图6中，执行作业程序Bl,在生产系统模型4上工件应该在机械手16 中，但在现实中机器人12将工件在中途掉落，安装在机械手16上的传感器 161的信号成为OFF。
另外，当进程的结束状态异常时也成为错误。这种情况的例子是例如在图 6中的作业程序Bl的执行过程中由于某种原因使作业程序Bl结束的情况。作 为其原因，认为有机器人12与未预料到的障碍物撞击的状况、或者生产系统 的操作者手动使机器人12在中途停止等状况。
没有满足作为执行结果的一部分的事后条件的情况的例子，例如是在图6 中，当作业程序Bl结束时机器人12不在原始位置的情况。
此外，也可能有因为不满足事前条件，所以不执行作业程序或加工程序的 情况。这虽然不是异常，但却是生产系统未如期待那样进行动作的状况。为了 向生产系统的操作者表示该状况，生产管理装置10可以针对任意的作业程序 或加工程序，在错误显示部9上显示事前条件的不一致。在表示错误显示部9 的例子的图13中表示了信号"PLCDO[3]"本应该为"ON",而实际上却成 为"OFF"的情况。生产系统的操作者可以在看到该画面后开始解决故障。此 外，图13中的字符A-G分别表示图5中所示的作业程序或加工程序。
用户接口部的动作
用户接口部7由用来显示、编辑生产系统模型4的显示编辑部8、和在发 生错误时表示其原因的错误显示部9构成。
在显示编辑部8中可以手动变更生产系统模型4的工件的放置场所中包含 的工件的个数、种类、状态。另外，在显示编辑部8中，当进程(程序)的执 行结果异常时，操作者可以手动使异常恢复正常。错误显示部9如参照图13 所示的那样，显示进程的事前条件、事后条件、或工件条件与工件条件补充式 的匹配性。
生产系统的运转描述使用了具备此前所述的生产系统模型4的生产管理装置10的生产系 统1的典型的运转方法。 工件的放入
该生产系统为了进行工作首先需要工件，以工件存在于生产系统模型4 中的工件的放置场所作为开始。为了在生产系统模型4中放入工件，有以下两 种方法。
(1) ..使用生产管理装置的手动编辑部具有的功能，在生产系统模型4
上的工件的^:置场所追加工件。
(2) ..在可以通过某个周边装置^^测出存在于工件的放置场所的工件的
数量或种类的情况下，执行具有放入工件功能的程序。
前者是最简单的方法，在该方法中，仅进行由生产系统的操作者手动在生
产系统模型4上的任意工件放置场所放入工件的操作。但是，该方法是手动操 作，因此无法用于无人运转的生产系统。
为了在无人情况下运转生产系统，必须能够从周边装置或PLC等取得工 件的数量或种类等信息。若是这种生产系统，则通过执行取得这些信息的作业 程序，可以在生产系统模型4上放入工件。例如考虑与仓库联动的生产系统。 在此例中，仓库和生产系统如下地交换信号。
(1) ..仓库对生产系统供给工件时，送出表示工件的个数的信号。
(2) ..仓库对生产系统供给工件时，使表示工件供给的信号为ON。
(3) ..当从生产系统对仓库表示取得了工件的数量的信号成为ON时， 从仓库表示工件供给的信号成为OFF。
对于这种仓库，在生产系统侧准备取得工件个数的作业程序，在生产系统 模型4中将仓库对生产系统供给工件的供给场所作为工件放置场所进行表示 (要参照图12)。此时，在生产系统模型4中定义成当来自仓库的信号为 ON时，执行从仓库取得工件个数这样的程序。当可以通过PLC.DI[l]这样的 字符串来表现来自仓库的信号时，该条件可以作为作业程序的执行条件而记述 如下。
工件移动式无
事前条件PLC.DI[l] = ON该作业程序在其内部从仓库取得工件个数，并对仓库发送已取得工件个数 的信号。工件个数作为恢复值而返回。此时，执行结果通过下式来表示。
工件移动式Count = RetumValue 事后条件PLC.DI[l] = OFF
由此，当从仓库发送来信号时，实现取得工件个数这样的行为。 通常运转
当在生产系统模型4中放入工件时，通过程序管理部6启动可以执行的作 业程序以及加工程序，作为执行了作业程序以及加工程序的结果，工件在生产 系统模型4内移动。持续该动作，直到不存在可以执行的作业程序以及加工程 序。通常，可以执行的程序不存在的状态是针对工件的作业全部结束，工件全 部移动到排出场所的状态。
工件的排出
与工件的供给大体同样地通过手动地从生产系统模型4去除或者执行进 行相同动作的程序，从而实现工件的排出。 错误的发送和检测
在本发明中所述的生产系统中可以检测出以下错误。
(1) ..作业程序以及加工程序未正常结束的情况
(A) ..作业程序以及加工程序异常结束的情况
(B) ..作业程序以及加工程序正常结束，但在生产系统模型4中作业 程序以及加工程序的执行结果的事后条件不匹配的情况
(2) ..在生产系统模型4中，与工件的放置场所相关联的工件条件和工 件条件补充式不匹配的情况
作业程序以及加工程序未正常结束的错误，表示作业程序以及加工程序的 执行结果未成为期待的状况。在该错误中，错误发生的时刻是程序结束时。
在生产系统模型4中，与工件的放置场所相关联的工件条件和工件条件补 充式不匹配的错误，表示作为生产系统的模型的生产系统模型4和实际的生产 系统的状况不一致。该错误有可能时常发生。
本发明的特征是，生产系统管理装置具有生产系统模型4这样的模型，通 过将该模型与实际生产系统的状态进行比较来检测错误。通过将该模型和实际的生产系统进行比较的方式，甚至可以掌握工件的流动来^r测镅-误，并且如后所述，可以容易地从错误状态恢复。
此外，除上述的两个错误(l)、 (2)以外，在作业程序以及加工程序的动作中也有发生报警的情况，但此时在本发明中不作为错误来处理。例如，在某个机器人中，在作业程序的执行过程中与某个障碍物撞击而发生报警，作业程序成为暂时停止状态。该状态，在生产系统模型4中仅是相应的作业程序的执行状态从running变更为paused。若除去障碍物后再次开始作业程序，则生产系统可以继续动作，因此该状态在本发明中不作为错误来处理。但是，在该状态下结束了作业程序时，成为异常结束情况，相当于本发明中的错误的定义内的一个。
从错误状态的恢复
在本发明的生产系统中发生了错误时，通过以下步骤来恢复。需要在最初处理作业程序或加工程序未正常结束的情况下的错误。作业程序或加工程序的异常结束，例如是在操作者指示了中途结束的情况下发生。或者，作业程序或加工程序的异常结束，是在程序的执行中由于机器人或机床的电源掉落，而使得程序在中途停止，此后无法继续才丸行的情况下发生。
在任何情况下，操作者的错误恢复作业都是为了满足异常结束的程序的执行结果的事后条件而手动地操作机器人或机床。例如，在机器人与某个障碍物撞击而作业程序异常结束的情况下，机器人的手臂的位置显然与正常结束时的位置不同，因此不满足事后条件。因此，操作者手动操作机器人，使其移动到程序正常结束时的位置。通过该恢复作业，成为与机器人的作业程序或机床的加工程序正常结束时相同的状态。
接着，当工件的配置在模型和实际的系统中不同的情况下，必须从该错误中恢复。存在两个从该错误恢复的方法。 一个恢复方法是，使生产系统模型4中的工件信息、即工件的种类、个数以及加工状态与实际的生产系统中的工件的状态一致。另一恢复方法是，变更实际的生产系统的状态，由此使实际的生产系统的状态和生产系统模型4一致。无论哪种手段，只要是使模型和实际的状态一致即可。
在错误状态下，生产系统的操作者可以在错误显示部9上显示模型和实际
23的生产系统不一致的情况是哪一种。在此画面中包含如下信息。
(1) ..若是异常结束的进程，则是该进程的名称
(2) ..在生产系统模型4中，作业程序以及加工程序的执行结果的事后条件不匹配的部分
(3) ..与工件的^t置场所相关联的工件条件、和工件条件补充式的不匹配的部分
具体而言，若进程异常结束则错误显示部9显示该进程的名称，另外，尽管进程正常结束，zf旦在生产系统模型定义的进程的事后条件、与通过通信单元60接收到的最新的执行状态信号不匹配时，显示这些执行状态信号。而且，错误显示部9,在根据进程的结果而更新的生产系统模型4的工件信息不满足基于通过通信单元60而接收到的最新工件信号的工件条件补充式时，显示这些工件信号。
例如，图6是从暂置台31由机器人12通过机械手16取得工件的程序。假定执行该程序的结果是，程序正常结束，但此后工件从机械手16落下的情况。此时，在生产系统模型4上成为工件被机械手16把持的情况，但这与实际不同，根据生产系统模型中的工件信息不满足基于最新工件信号的工件条件补充式，而检测出错误。因此，生产管理装置IO通知生产系统的操作者在机械手16中生产系统模型和实际的生产系统不一致。
在此，若使实际的系统与生产系统模型4一致，则生产系统的操作者拾取工件并使机械手16进行把持即可。由此，生产系统才莫型和实际的生产系统一致。
在使生产系统^=莫型4与现实的生产系统一致的情况下，也可以删除生产系统模型4的机械手16中的工件。或者也可以在实际的系统中将工件重新放置在暂置台31上，在生产系统模型4上也使工件从机械手16移动到暂置台31上。无论哪种方法都可以选择最简单的方法。
恢复后的重新开始
当发生错误时，程序管理部6停止程序选择动作。但是，在这种状态下信息收集部5持续动作，因此生产管理装置持续监视生产系统仍处于错误状态还是解除了错误状态。在前面所述的例子中，生产管理装置IO不接受来自生产系统的操作者的重新开始的指示，直到机械手21中的模型和实际的生产系统之间的不一致^^皮消除。
即，生产管理装置IO，仅在根据通过通信单元60接收到的最新的执行状态信号确认生产系统模型4中的进程成为正常地结束的状态、并且根据通过通信单元60接收到的最新的工件信号确认所述生产系统模型4中的工件信息的情况下，使生产系统l重新工作。
当生产系统的操作者为使模型和实际一致而进行作业来消除错误状态时，生产管理装置IO接受重新开始的指示，程序管理部6重新开始程序的选择工作。在前面所述的例子中，当使机械手16把持了落下的工件时，从该状态启动可以执行的程序。或者，当将工件放置在暂置台31上时再次执行从暂置台31取得工件的作业程序Bl。或者，可以使用生产管理装置10的显示编辑部8，由操作者手动地将异常(错误状态)恢复为正常。
在一般的生产系统中，对于对生产系统进行某种手动介入后的运转重新开始需要加以注意。其理由是，没有判定手动介入的结果即生产系统是否达到所期待的状态的手段。对此，在本发明的生产系统中，根据执行条件来判定作业程序(或加工程序)是否可以执行。因此，在本发明的生产系统中与有无手动介入无关，若生产系统未达到期待的状态则不调用程序。因此，即使在从错误恢复等手动介入后，也可以安全地重新开始运转生产系统。
使用典型的实施方式说明了本发明，但本领域技术人员应该能够理解，在不超出本发明的范围的情况下，可以进行上述的变更以及各种其它变更、省略、追力口。
2权利要求
1. 一种生产系统，具有管理生产系统(1)内的生产工序的生产管理装置(10)；包含多个加工程序，对工件进行加工的至少一个机床(21、22)；包含多个作业程序，对所述机床(21、22)供给工件并且从所述机床(21、22)搬出所述工件的至少一个机器人(11～13)；可以配置所述工件的至少一个暂置台(31、32)；输出表示所述工件是否存在于所述暂置台(31、32)上的工件信号的至少一个检测器；分别连接所述生产管理装置(10)、所述机器人(11～13)、所述机床(21、22)以及所述检测器的通信单元(60)，所述生产系统的特征在于，所述生产管理装置(10)具有存储单元(3)，其预先存储由工件信息和程序信息构成的生产系统模型，所述工件信息是关于所述工件的信息，所述程序信息是关于所述至少一个机器人(11～13)的所述多个作业程序以及所述至少一个机床(21、22)的所述多个加工程序的信息；更新单元(5)，其根据通过所述通信单元(60)接收到的表示所述机器人(11～13)以及所述机床(21、22)的执行状态的执行状态信号、和通过所述检测器输出的工件信号，对所述存储单元(30)中存储的所述生产系统模型中包含的工件信息以及程序信息进行更新；以及指示单元(6)，其根据通过所述更新单元(5)更新的生产系统模型，从所述机器人(11～13)的所述多个作业程序中选择一个作业程序，以及从所述机床(21、22)的所述多个加工程序中选择一个加工程序，并且通过所述通信单元(60)分别向所述机器人(11～13)以及所述机床(21、22)指示执行所选择的作业程序以及加工程序。
2. 根据权利要求1所述的生产系统，其特征在于，所述生产系统(1)包含多个所述机器人(11~13)和多个所述机床(21、22)，所述指示单元(6)进一步根据通过所述更新单元(5)更新的生产系统模 型，选择所述多个机器人(11~13)中的一个机器人以及所述多个机床(21、22)中的一个机床，并且通过所述通信单元(60)分别向所选择的所述机器人 (11~13)以及所述机床(21、 22)指示执行所述作业程序以及加工程序。
3. 根据权利要求1或2所述的生产系统，其特征在于， 当所述生产系统(1)由于4晉误而停止时，所述生产管理装置(10)，仅在所述生产系统模型中的所述程序信息与通过所述通信单元(60 )接收的最新的 执行状态信号匹配、并且所述生产系统模型中的所述工件信息与通过所述通信 单元(60)接收的最新的工件信号匹配的情况下，使所述生产系统(1)再次 运转。
4. 根据权利要求3所述的生产系统，其特征在于，所述生产管理装置(10)具备显示单元，该显示单元在所述生产系统模型 中的所述程序信息与所述最新的执行状态信号不匹配的情况下，显示这些执行 状态信号，并且在所述生产系统模型中的所述工件信息与所述最新的工件信号 不匹配的情况下，显示这些工件信号。
5. 根据权利要求3或4所述的生产系统，其特征在于， 所述生产管理装置(10)具有变更所述生产系统^t型的变更单元(8)， 通过所述变更单元(8 )，在所述生产系统模型中的所述程序信息与所述最新的执行状态信号匹配、并且所述生产系统模型中的所述工件信息与所述最新 的工件信号匹配的情况下，使所述生产系统(1)再次运转。
全文摘要
一种具有生产管理装置的生产系统。生产系统(1)的生产管理装置(10)具有存储单元(3)，预先存储由工件信息和程序信息构成的生产系统模型(4)，该工件信息与工件(W)有关，该程序信息与机器人(11～13)的多个作业程序和机床(21、22)的多个加工程序有关；更新单元(5)，根据表示机器人及机床的执行状态的执行状态信号和来自检测器(311、321)的工件信号，更新生产系统模型；指示单元(6)，根据更新后的生产系统模型选择一个作业程序和一个加工程序，并且分别向所述机器人和机床指示执行所选择的作业程序和加工程序。由此，通过根据生产系统的状态调用机器人的作业程序等来变更程序，并且容易从错误进行恢复。
文档编号G05B19/418GK101498922SQ20081019054
公开日2009年8月5日 申请日期2008年12月30日 优先权日2008年1月31日
发明者水野淳, 西浩次 申请人:发那科株式会社