预测制造机械故障的单元控制装置以及生产系统的制作方法

本发明涉及一种预测制造机械故障的单元控制装置以及具备单元控制装置的生产系统。

背景技术：

目前，已知在制造工厂通过制造机械来进行部件的加工或焊接等作业，由此提高生产率。另外，在制造产品时，会有使用多个制造机械的情况。各个制造机械通过制造机械的控制装置进行控制。然后，已知多个制造机械的控制装置基于来自上位控制装置的指令来驱动制造机械。

在特开2004-202624号公报中公开了从连接到网络的多个机器人收集信息，将信息来积存在数据库中的装置。该装置在预定的机器人发生了故障时，基于预先登录的机器人信息以及实时取得的机器人的单独信息来预测可能发生故障的机器人。另外，在该公报中公开了当装置发生了故障时提取需要的部件的候补。

在日本专利第3530263号公报中公开了在一方的机器人不能动作时，通过具有与该机器人重复的可动作区域的其他机器人从发生了故障的时间点开始代为作业的方法。

存在制造机械因常年使用或部件的不良而发生故障的情况。例如，制造机械的驱动部包含进行旋转或向预定方向进行移动的部件。因此，存在驱动部施加力或者进行滑动从而发生故障的情况。或者，存在由于长时间使用，达到部件寿命而发生故障的情况。

在使用多个制造机械来制造产品的工厂等中，会有即使一个部件发生故障也无法使用制造机械的情况。而且，会有由于一个制造机械无法使用，必须在生产线上停止制造产品的情况。即，会有在发生了故障的部件的替换品到来之前必须等待重新开始制造的情况。在这种情况下，工厂的生产率显著降低。

在进行制造机械的部件故障的预测时，在制造机械正常动作的期间，能够订购预测故障的部件。但是，预测故障的部件的交货期因部件而不同。在部件的交货需要花费时间的情况下，会有在制造机械发生了故障后部件才交货的情况。在这种情况下，有可能在部件到来之前无法使用制造机械。

技术实现要素：

本发明的单元控制装置控制包含多个制造机械的制造单元，其具备运转信息取得部，该运转信息取得部取得制造机械的运转信息。单元控制装置具备故障预测部，该故障预测部基于制造机械的运转信息来预测制造机械的部件的故障时期，并向进行制造机械的部件管理的部件管理装置发送预测出故障的部件的信息。单元控制装置具备更换时期取得部，该更换时期取得部从部件管理装置取得能够更换部件的时期即更换时期。单元控制装置判别故障时期是否早于更换时期。单元控制装置具备作业调整部，该作业调整部在故障时期早于更换时期时，执行用于降低预测到部件故障的制造机械的作业负担的控制，以使故障时期晚于更换时期。

在上述发明中，作业调整部能够执行用于减少预测到部件故障的制造机械的作业的控制，并进行控制以使其他的制造机械执行减少的作业。

在上述发明中，作业调整部能够生成预测到部件故障的制造机械的动作程序以及其他的制造机械的动作程序，并将其发送给各个制造机械的机械控制装置。

本发明的生产系统具备上述的单元控制装置；包含多个制造机械的制造单元；进行制造机械的部件管理的部件管理装置。单元控制装置经由网络向部件管理装置发送预测出故障的部件的信息，并从部件管理装置取得更换时期。

附图说明

图1是实施方式的生产系统的框图。

图2是实施方式的制造单元的制造机械的概要图。

图3是实施方式的单元控制装置以及制造单元的框图。

图4是实施方式的生产系统的控制的流程图。

具体实施方式

参照图1至图4，对实施方式的单元控制装置以及具备单元控制装置的生产系统进行说明。

图1是实施方式的生产系统的框图。本实施方式的生产系统81具备包含多个制造机械3a、3b、3c的制造单元4。制造单元4是用于执行预先设定的作业的多个制造机械的集合。本实施方式的制造单元4包含第一制造机械3a、第二制造机械3b以及第三制造机械3c。

生产系统81具备控制制造单元4的单元控制装置5。制造机械3a、3b、3c具备控制制造机械的机械控制装置。将单元控制装置5形成为能与控制制造机械3a、3b、3c的机械控制装置相互通信。单元控制装置5从机械控制装置取得制造机械3a、3b、3c的运转状态，或向机械控制装置发送指令。

生产系统81具备形成为能够与单元控制装置5通信的生产计划装置6。本实施方式的生产计划装置6作为进行制造机械3a、3b、3c的部件管理的部件管理装置发挥功能。本实施方式的生产计划装置6形成为用于执行整个工厂的工序管理以及产品的生产管理。

在本实施方式中，制造单元4配置在制造产品的工厂中。与此相对，可以将单元控制装置5以及生产计划装置6配置在与工厂不同的建筑物中。例如，可以将单元控制装置5配置在制造工厂所在地的其他的建筑物中。在这种情况下，可以将单元控制装置5和机械控制装置例如经由内联网等网络来进行连接。另外，可以将生产计划装置6配置在事务所中，该事务所被配置在远离制造工厂的地域。例如，将生产计划装置6经由因特网等网络与单元控制装置5能够相互通信地连接。

图2是表示通过实施方式的制造单元正在进行作业时的概要图。参照图1以及图2，本实施方式的制造机械3a、3b、3c是基于动作程序自动进行焊接的焊接机。第一制造机械3a包含第一机器人1a和第一焊接枪8a。第二制造机械3b包含第二机器人1b和第二焊接枪8b。第三制造机械3c包含第三机器人1c和第三焊接枪8c。本实施方式的成为作业对象的产品是汽车的车体71。在本实施方式中，举例说明在车体71的多个位置进行点焊的作业。

车体71由台架72支撑。通过输送机73来输送台架72。车体71被输送到预先设定的位置后停止。然后，机器人1a、1b、1c进行驱动从而在多个焊点上进行点焊。预先设定了进行点焊的焊点位置。

本实施方式的机器人1a、1b、1c中相邻的机器人接近。各个机器人以及焊接枪形成为能够执行相邻的机器人进行的作业的至少一部分。例如，形成为第一制造机械3a进行焊接的一部分焊点，通过第二制造机械3b进行焊接。另外，同样地形成为第二制造机械3b进行焊接的一部分焊点，通过第一制造机械3a进行焊接。

如此，多个制造机械3a、3b、3c能够进行作业的可作业范围的至少一部分重叠。制造机械3a、3b、3c形成为能够执行相邻的制造机械的作业。

图3是表示本实施方式的单元控制装置以及制造单元的框图。参照图1至图3，第一制造机械3a具备控制第一机器人1a以及第一焊接枪8a的第一机器人控制装置2a。第一机器人1a支撑作为末端执行机构的第一焊接枪8a。本实施方式的第一机器人1a是包含手臂12和多个关节部13的多关节机器人。

第一机器人1a包含驱动手臂12的手臂驱动装置。手臂驱动装置包含变更手臂12的姿势的手臂驱动电动机14。通过手臂驱动电动机14进行驱动，能够通过关节部13使手臂12朝向期望的方向。第一机器人1a具备支撑手臂12的基体部19、相对于基体部19进行旋转的旋转部11。基体部19被固定在设置面20上。旋转部11围绕沿垂直方向延伸的旋转轴进行旋转。通过旋转部11进行旋转，能够改变手臂12的朝向。手臂驱动装置包含驱动旋转部11的驱动电动机。

第一焊接枪8a形成为能够通过对前端的枪尖(tip)通电来进行点焊。第一焊接枪8a包含移动枪尖的枪驱动电动机18。此外，作为末端执行机构，并不限于焊接枪，能够根据期望的作业在机器人上连结任意的装置。

第一机器人1a具备检测手臂12的移动的状态检测器。第一机器人控制装置2a通过状态检测器的输出来检测第一机器人1a的位置以及姿势。本实施方式中的状态检测器包含安装在手臂驱动电动机14上的旋转位置检测器15。旋转位置检测器15检测手臂驱动电动机14进行驱动时的旋转位置。能够基于各个手臂驱动电动机14的旋转位置，检测手臂12在关节部13的姿势。另外，状态检测器包含安装在用于驱动旋转部11的驱动电动机上的旋转位置检测器。能够基于旋转部11的旋转位置，检测手臂12延伸的方向。

第二机器人1b以及第三机器人1c具有与第一机器人1a相同的结构。另外，第二焊接枪8b以及第三焊接枪8c具有与第一焊接枪8a相同的结构。

第一机器人控制装置2a包含运算处理装置，该运算处理装置具有经由总线相互连接的CPU(Central Processing Unit中央处理器)、RAM(Random Access Memory随机存取存储器)、以及ROM(Read Only Memory只读存储器)等。第一机器人控制装置2a基于预先生成的第一动作程序9a来驱动第一机器人1a以及第一焊接枪8a。第一机器人控制装置2a包含存储第一动作程序9a等任意信息的存储部24。

第一机器人控制装置2a包含动作控制部21。动作控制部21发送用于驱动第一机器人1a以及第一焊接枪8a的动作指令。动作控制部21向手臂驱动部22发送用于驱动第一机器人1a的动作指令。手臂驱动部22包含用于驱动手臂驱动电动机14等电动机的电路。手臂驱动部22基于动作指令向手臂驱动电动机14等供电，从而驱动手臂。另外，动作控制部21向焊接枪驱动部23发送用于驱动第一焊接枪8a的动作指令。焊接枪驱动部23包含用于驱动枪驱动电动机18的电路以及向枪尖提供电流的电路。焊接枪驱动部23基于动作指令向枪驱动电动机18等供电。

第二制造机械3b包含第二机器人控制装置2b。另外，第三制造机械3c包含第三机器人控制装置2c。第二机器人控制装置2b以及第三机器人控制装置2c具有与第一机器人控制装置2a相同的结构。机器人控制装置2a、2b、2c作为控制各个制造机械的机械控制装置发挥功能。

在第二机器人控制装置2b中输入预先生产的第二动作程序9b。在第三机器人控制装置2c中输入预先生成的第三动作程序9c。基于动作程序9b、9c来控制各个机器人1b、1c以及焊接枪8b、8c。

本实施方式的单元控制装置5以及生产计划装置6由包含CPU以及RAM等的运算处理装置构成。单元控制装置5包含用于取得多个制造机械3a、3b、3c的运转信息的运转信息取得部51。作为制造机械3a、3b、3c的运转信息，包含表示各机器人1a、1b、1c的驱动状态的变量以及表示焊接枪8a、8b、8c的驱动状态的变量。

例如，在运转信息中，包含向驱动电动机或焊接枪的枪尖提供的电流值、安装在驱动电动机上的旋转位置检测器15的输出、以及安装在机器人或焊接枪上的传感器的输出等。另外，驱动本实施方式的手臂12的驱动电动机实施反馈控制。在运转信息中，包含反馈控制的信号等机器人控制装置2a、2b、2c的内部信号。并且，在运转信息中，包含对机器人控制装置2a、2b、2c输入的信号以及从机器人控制装置2a、2b、2c输出的信号。

运转信息取得部51每隔预先设定的时间间隔取得制造机械3a、3b、3c的运转信息。单元控制装置5包含存储预先设定的信息的存储部56。存储部56存储取得的运转信息。

单元控制装置5包含基于制造机械3a、3b、3c的运转信息，预测制造机械3a、3b、3c的部件的故障时期的故障预测部52。故障预测部52基于在存储部56中存储的运转信息来推定预测出将来发生故障的部件以及部件的故障时期。

例如，会有机器人1a、1b、1c的手臂驱动电动机14发生故障的情况。在此，作为有可能发生故障的部件，以手臂驱动电动机14为例来进行说明。本实施方式的机器人控制装置2a、2b、2c基于旋转位置检测器15输出的旋转位置来进行手臂驱动电动机14的反馈控制。动作控制部21能够基于动作程序生成速度指令。另一方面，旋转位置检测器15检测手臂驱动电动机14的实际的旋转角。旋转位置检测器15能够基于实际的旋转角来计算实际的速度。然后，动作控制部21能够根据实际的速度来修正基于动作程序的速度指令。

在手臂驱动电动机14发生故障时，基于动作程序的速度指令与实施速度之间的差变大。因此，故障预测部52能够根据基于动作程序的速度指令与实际速度之间的差来预测故障。

例如，单元控制装置5的存储部56每隔预先设定的时间间隔存储基于动作程序的速度指令与实施速度之间的速度差。并且，在存储部56中，预先存储了与速度差的故障相关的判定值、作为正常范围的边界的允许值。当速度差超过了允许值时，故障预测部52基于过去的数据来计算速度差的上升速度。故障预测部52能够使用上升速度，推定速度差超过判定值的时期。故障预测部52能够将速度差超过判定值的时期设定为手臂驱动电动机14发生故障的故障时期。此外，故障预测部52也可以基于位置指令和通过旋转位置检测器15检测出的实际位置来推定故障时期。

另外，在其他的故障时期的推定控制中，使用在手臂驱动电动机14发生故障时产生的手臂驱动电动机14的振动。旋转位置检测器15能够基于手臂驱动电动机14的旋转位置来检测振动。或者，也可以在手臂驱动电动机14上安装振动传感器。存储部56能够每隔预先设定的时间间隔存储手臂驱动电动机14的振动。特别是，存储部56能够存储特定的频率成分的振动的振幅。在开始发生故障时，特定的频率成分的振幅增加。在存储部56中，预先存储了特定的频率成分的振幅的判定值。

故障预测部52能够基于过去的数据来计算特定频率成分的振动的振幅的上升速度。并且，故障预测部52能够计算特定的频率成分的振动的振幅超过判定值的时期。故障预测部52能够推定特定频率成分的振动的振幅超过判定值的时期来作为故障时期。

如此，故障预测部52对于在部件发生了故障时值进行变化的变量，基于过去的数据来计算变化速度。故障预测部52能够基于预定变量的变化速度和预先设定的判定值来预测故障时期。

预测故障的部件并不限于手臂驱动电动机。能够选择构成制造机械的任意的部件。能够预先选定预测故障的部件并存储在存储部中。例如，能够将在进行驱动的部分安装的减速机选定为推定故障的部件。此外，推定部件故障的控制并不限于该方式，故障预测部能够通过任意的方法来预测故障时期。

故障预测部52向生产计划装置6发送预测出制造机械3a、3b、3c的故障的部件的名称或部件编号等与部件相关的信息。

本实施方式的生产计划装置6基于预测出发生故障的部件的信息来自动订购制造机械的部件。例如，在预测出手臂驱动电动机14发生故障时，订购作为替换品的手臂驱动电动机。生产计划装置6在进行了部件订购时，取得部件到达设置制造单元的工厂的时期。即，生产计划装置6取得更换时期，即能够进行预测出故障的部件的更换的时期。

此外，部件的订购以及更换时期的取得并不限于该方式，也可以由作业者判别生产计划装置6输出的信息，并由作业者订购部件。并且，也可以由作业者取得部件的更换时期来输入到生产计划装置6中。

单元控制装置5具有用于取得预测出故障的部件的更换时期的更换时期取得部53。更换时期取得部53从生产计划装置6取得更换时期。

单元控制装置5包含作业调整部54，该作业调整部54用于调整多个制造机械3a、3b、3c的作业的负担。在本实施方式中，当未在制造机械3a、3b、3c中预测出故障时，设定焊点的分配，以使多个制造机械3a、3b、3c在相同的时刻开始作业，并在几乎相同的时刻结束作业。

作业调整部54判别推定出的故障时期是否早于更换时期。当故障时期为更换时期以后时，作业者能够在制造机械发生了故障时直接更换部件。或者，作业者能够在发生故障前更换部件。因此，能够不对产品的制造造成大的影响地继续进行制造。在各制造机械中，维持当前的作业负荷。在本实施方式，在各制造机械3a、3b、3c中，维持当前的焊点分配来继续进行焊接作业。

但是，当故障时期早于更换时期时，当制造机械发生了故障时无法使用制造机械。作业调整部54在故障时期早于更换时期时，针对预测出部件故障的制造机械，实施降低作业负担的控制。并且，作业调整部54设定作业以使部件的故障时期晚于更换时期。

关于降低作业负担的方法，能够预先设定。例如，进行中止一部分作业，或者降低机器人的动作速度的控制。降低机器人的动作速度的控制适合于在预测出故障的制造机械中时间宽裕的情况。接着，说明在预测出故障的制造机械中，中止一部分作业的控制。

如上所述，以相互邻接的制造机械3a、3b、3c的作业范围重叠的方式形成了本实施方式的制造单元4。即，将制造机械形成为能够进行相邻设置的制造机械所要焊接的至少一分部焊点的焊接。在各制造机械中，预先设定了可实施的作业。并且，单元控制装置5的存储部56存储各制造机械3a、3b、3c可实施的作业。

参照图2，在本实施方式中以预测出第一机器人1a的部件发生故障的情况为例来进行说明。在预测出第一机器人1a的部件发生故障时，中止第一制造机械3a进行的多个焊接的焊点中的一部分焊点的作业。本实施方式的作业调整部54实施用于减少第一制造机械3a的焊接位置的个数的控制。中止作业的焊点是可通过第二制造机械3b焊接的焊点。

在存储部56中，关于预测出故障的部件，预先存储了作业负担的减少量与故障进展速度的降低量之间的关系。作业调整部54能够根据故障进展的速度来设定作业负担的减少量。作业调整部54实施故障进展的速度越大，越增大作业负担的减少量的控制。例如，作业调整部54能够实施驱动电动机的振动的振幅的上升速度越大，越减少更多的焊点个数的控制。

此时，作业调整部54能够设定作业负担的减少量，以使故障时期晚于更换时期。例如，作业调整部54设定晚于更换时期的时期。作业调整部54以在设定的时期发生故障的方式计算故障进展的速度。作业调整部54能够基于计算出的故障进展的速度来设定作业负担的减少量。

作业调整部54控制其他的制造机械，以使其他的制造机械实施由于预测出部件故障的制造机械减少的作业。作业调整部54实施将包含预测出故障的部件的制造机械的一部分作业转移到其他的制造机械的控制。例如，作业调整部54进行控制从而由第二制造机械3b实施第一制造机械3a中止的一部分焊点的焊接作业。

转移作业的控制并不限于该方式，也可以根据发生了故障的部件或故障的种类来预先设定作业负担的减少量。例如，能够根据发生了故障的部件来预先设定从第一制造机械向第二制造机械转移的焊接的焊点。在该控制中，优选转移尽可能多的焊点的作业，以使故障时期晚于更换时期。

本实施方式的作业调整部54具备动作程序生成部55。本实施方式中的用于降低预测出故障的制造机械的作业负担的控制、以及将作业转移给其他的制造机械的控制能够通过改写动作程序来实施。

动作程序生成部55生成预测出部件故障的制造机械的动作程序。另外，动作程序生成部55生成转移作业的其他制造机械的动作程序。然后，作业调整部54向各制造机械的机械控制装置发送动作程序。

例如，在预测出第一机器人1a的部件发生故障时，作业调整部54向第一机器人控制装置2a发送减少了第一制造机械3a进行焊接的焊点个数的第一动作程序。第一机器人控制装置2a的存储部24更新第一动作程序。另外，作业调整部54向第二机器人控制装置2b发送由第二制造机械3b进行焊接的焊点的个数增加的第二动作程序。第二机器人控制装置2b的存储部更新第二动作程序。通过该控制，能够分配多个制造机械进行的作业。此外，也可以将预测出故障的制造机械的全部作业转移给其他的制造机械。

作为将预测出故障的制造机械的一部分作业或全部作业转移给其他制造机械的控制，并不限于该方式，能够采用任意的控制。例如，各机器人控制装置可以预先存储与焊点的图案相对应的多个动作程序。作业调整部能够向机器人控制装置发送焊点的位置，机器人控制装置基于焊点的位置来选定动作程序。

或者，机器人控制装置能够事先存储与各焊点相关的动作程序的要素。机器人控制装置可以基于从作业调整部发送的焊点位置，组合多个动作程序的要素来生成一个动作程序。

图4表示本实施方式的生产系统的控制流程。在步骤91中，单元控制装置5的运转信息取得部51取得各制造机械3a、3b、3c的运转状态。

在步骤92中，故障预测部52取得各制造机械3a、3b、3c的运转状态。故障预测部52检测预料会发生故障的部件。故障预测部52能够基于部件的预定变量来判别是否预测出故障。例如，在驱动电动机的振动的振幅低于预先设定的允许值时，故障预测部52能够判别驱动电动机为正常。故障预测部52能够判别在驱动电动机中未预测出故障。

在步骤92中，当没有检测出预测出故障的部件时，结束该控制。即，在全部的制造机械的部件正常时，结束该控制。在步骤92中，当检测出预测出故障的部件时，控制移动到步骤93。

在步骤93中，故障预测部52推定检测出的部件的故障时期。故障预测部52向生成计划装置6发送预料会发生故障的部件的信息。生产计划装置6订购部件，并且取得工厂收到部件的时期。即，生产计划装置6设定在工厂可更换部件的更换时期。在步骤94中，更换时期取得部53从生产计划装置6取得更换时期。

接着，在步骤95中，作业调整部54判别故障时期是否早于部件的更换时期。在更换时期与故障时期相同时、或者在故障时期晚于更换时期时，结束该控制。在故障时期早于更换时期时，控制移动到步骤96。

在步骤96中，作业调整部54的动作程序生成部55针对各制造机械3a、3b、3c生成变更了作业的动作程序。动作程序生成部55对于包含预测出故障的部件的制造机械，以作业负担减少的方式生成动作程序。另外，动作程序生成部55生成其他制造机械的动作程序，以便追加减少的作业。动作程序生成部55向机器人控制装置2a、2b、2c发送对应的动作程序。

在步骤97中，机器人控制装置2a、2b、2c进行更新各动作程序的控制。各制造机械3a、3b、3c能够基于更新后的动作程序来实施作业。通过该控制，能够降低预测出部件更换的制造机械的作业负担。另外，减少的作业能够通过其他的制造机械来实施。因此，能够避免制造机械在更换部件的替换品到达之前发生故障。

本实施方式的制造单元所包含的多个制造机械全部是进行焊接作业的制造机械。即，形成为制造单元所包含的制造机械进行相同的作业。作为制造单元所包含的制造机械，并不限于该方式，也可以包含实施不同作业的制造机械。

在本实施方式中，作为制造机械，虽然举例说明了焊接机，但是并不限于该方式，能够在任意的制造机械中应用本发明。例如，作为制造机械能够例举进行工件输送的输送机械、进行涂覆的涂覆机械、以及进行印刷的印刷机械等。并且，作为制造机械能够例举机床。制造单元能够通过多个机床来切削材料，从而制造预先设定的产品。并且，在通过其他的机床来实施一个机床的至少一部分作业的情况下，能够应用本发明。

在上述的控制中，能够在不变更功能以及作用的范围内适当地变更步骤的顺序。

本发明的单元控制装置以及生产系统能够预测部件的故障，并控制制造机械，以使制造机械不会在可更换部件的时期之前发生故障。

能够将上述实施方式适当地进行组合。在上述各图中，对相同或相等的部分赋予相同的符号。此外，上述实施方式是个例子，并非限定发明。另外，在实施方式中包含在权利要求中所示的实施方式的变更。