JP2011506987A - 機械装置のエネルギ消費量の分析方法および機械装置 - Google Patents

Abstract

本発明は機械装置のエネルギ消費量の分析方法に関する。本発明では、まず、１つの作業工程の各部分工程を表す複数のデータと機械装置のエネルギ消費量を表す複数のデータとが記録され、ついで、各部分工程を表す複数のデータとエネルギ消費量を表す複数のデータとがメモリ装置へ記憶され、さらに、メモリ装置から各データが読み出されて表示される。表示の際には少なくとも２つの部分工程に対するエネルギ消費量が別々に表示される。

Description

本発明は、機械装置のエネルギ消費量の分析方法、ならびに、機械装置に関する。最近、システムに対して、機械装置のエネルギ消費量を低減する要求がますます増大している。従来技術では、システム全体のエネルギ消費量を検出する電流計を設けることが以前から知られている。しかし、こうした電流測定装置は或る程度平均された消費量の値しか出力できず、ステップごと、ワークツールごと、あるいは、主作業時間または副作業時間などの時間ごとの真のフローに関する精細な消費量を出力することはできないという欠点を有していた。

したがって、本発明の基礎とする課題は、機械装置のエネルギ消費量を正確に分析できるようにすることである。この課題は、本発明の請求項１の特徴を有する機械装置のエネルギ消費量の分析方法と本発明の請求項１１の特徴を有する機械装置とにより解決される。有利な実施形態および実施態様は従属請求項に記載されている。

本発明の機械装置のエネルギ消費量の分析方法では、まず、機械装置の１つの作業工程の各部分工程を表す複数のデータが記録され、次に、機械装置のエネルギ消費量を表す複数のデータが記録され、ついで、各部分工程を表す複数のデータとエネルギ消費量を表す複数のデータとがメモリ装置へ記憶され、さらに、メモリ装置に記憶されたデータからエネルギ消費量が求められて表示される。なお、ここでは、少なくとも２つの部分工程に対するエネルギ消費量が別々に表示される。

本発明の方法によれば、機械装置のエネルギ消費量が詳細に表示される。つまり、機械装置の全エネルギ消費量だけでなく、部分工程ごとのエネルギ消費量や作業ユニットごとのエネルギ消費量などを詳細に表示することができる。このように各部分を表示することにより、特にエネルギの集中するプロセスまたは駆動部が求められる。これにより、相応のプロセスないし相応の駆動部のエネルギ消費量の低減措置を導入することができる。

本発明の方法のブロック図である。 機械装置のエネルギ消費量の第１のバリエーションのグラフである。 機械装置のエネルギ消費量の第２のバリエーションのグラフである。 機械装置のエネルギ消費量の第３のバリエーションのグラフである。

有利には、機械装置のエネルギ消費量を表す複数のデータまたは量はセンサ装置によって測定される。本発明では、機械装置でのエネルギ消費量を機械的工程に具体的に関連させて検出し、グラフィック表示することができる。このため、手動または自動で、エネルギ消費量を低減することができる。このようなエネルギの記録分析方法はオートメーション分野では知られていない。つまり、信号分析の際に機関流量などの個々の信号を記録することは知られているが、エネルギ特性値を出力するために工程に関連して機関流量などの個々の信号を具体的に評価することは知られていないのである。このため、従来技術では精細な分析が行えなかったが、本発明によれば工程、プロセスおよびワークツールに関連した分析、あるいは、主作業時間および副作業時間その他の時間に関連した分析が行えるのである。

有利な実施形態では、エネルギ消費量を表す複数のデータと基準データとが比較される。例えば、機関流量などの測定データと目標流量とが比較され、高いエネルギ消費量が推論される。また、エネルギ消費量を直接に測定するだけでなく、エネルギ消費量にとって重大な作用をもたらす機関トルク、機関流量などのパラメータを検出し、このパラメータを用いてエネルギ消費量を推論することもできる。これらのパラメータからエネルギ消費量が数学的手法を用いて求められ、求められたエネルギ消費量がユーザに対してグラフィック表示される。電気的なパラメータのほか、機械的なパラメータもエネルギ消費量を求めるために測定することができる。

２つの部分工程は例えば１つのプロセスにおける２つの異なるプロセスステップである。また、２つの部分工程が２つの異なるワークツールまたは２つの異なる駆動部を表し、そこから機械装置のエネルギ消費量が推論されるように構成することもできる。別の有利な実施形態では、エネルギ消費量を表す複数のデータと基準データとの比較のための代表値が出力される。このようにすれば、ユーザに対して、測定されたエネルギ消費量が予測値に相応するか否かまたは例えば予測値を超える値を取っているか否かを表示することができる。

例えば、個々の機械装置の部品、機械的機構（液圧系手段、気圧系手段、冷却手段）、シャフト（個別シャフト、レールシャフト、補助シャフト）、スピンドルなどを、プログラミングされた作業工程、処理工程、プロセスステップ、ワークツール、作動ストラテジ、ＮＣセット、主作業時間、副作業時間、ワークツール時間およびワークツール交換時間などに関連して、特にグラフィック形態で表示することができる。

別の有利な実施形態では、比較の結果に基づいて作業指示が出力される。これにより、測定されてメモリ装置に記憶されたデータが自動分析され、どのようにエネルギを節約したらよいかの提案がユーザに対して出力される。また、ユーザは消費量を自身で最適化することもできる。

別の有利な実施形態では、エネルギ消費量を表す複数のデータを考慮して機械装置が制御される。正確に云えば、個々の部分工程を、求められたデータに基づいて最適化することができる。したがって、制御の際に、例えば或る冷却ポンプのエネルギ消費量が高いことを確認できる。また、機械装置で実行されるプロセスを損なうことなく、当該の冷却ポンプの電力消費量を低減することもできる。このように、エネルギ消費量を正確に分析し、続いて具体的な措置を導入することにより、当該のエネルギ消費量を低減することができるのである。測定されるパラメータは例えば機関流量、機関応力、機関トルク、機関回転速度などである。

有利には、各部分工程は１つの作業工程の時間的部分である。この場合、作業工程全体は時間的に複数のプロセスステップに分割され、個々の作業工程ごとにエネルギ消費量が分析される。

これに代えて、各部分工程が、機械装置のそれぞれのワークツールを表すようにしてもよい。これは、例えば、機械装置の複数の駆動部ごとにエネルギ消費量が厳密に分析され、１つの機械装置のうちどのユニットがエネルギを集中して消費しているかが識別されることを意味する。また、所定の時間にわたるエネルギ消費量を求めることもできる。このとき、エネルギ消費量の分析はプログラムフローに関連させて行っても関連させずに行ってもよい。さらに、所定の作業距離にわたるエネルギ消費量、特に所定のワークツールエレメントの作業距離にわたるエネルギ消費量を、プログラムフローに関連させてまたはプログラムフローに関連させずに、監視することもできる。前述したように、エネルギ消費量はワークツールごとに異なっていたり、時間ごとに異なっていたりする。例えば、主作業時間、副作業時間、ワークツール交換時間、部材交換時間、利用時間などによって変化する。それぞれのエネルギ消費量を制御チャネルごとに分離して監視することも可能である。

上述したデータを記憶することにより、記録されたデータを後から正確に分析することができる。また、それぞれの記録間でのエネルギ消費量を比較して、最適化を行うこともできる。さらに、作業シーケンスごと、処理サイクルごと、部分サイクルごと、階層ごとのエネルギ消費量を区別することもできる。

エネルギ消費量はさまざまなグラフ、例えばバーコードグラフまたは円グラフによって表示される。

さらに、インタネットを利用した分析を行うことができる。例えば、機械装置のユーザは所定の位置にエネルギ消費量を表す複数のデータを格納しておき、当該のデータの評価のためにインタネットを介してデータベースへアクセスすることができる。ここで、データは例えばデータシートから形成される。

別の有利な実施形態では、各部分工程を表す複数のデータとエネルギ消費量を表す複数のデータとが反復して記録され、記憶される。

例えば、エネルギデータを周期的に、例えば週ごとに、所定の時間にわたって記録し、記憶し、処理することができる。このようにして、例えば傾向グラフを出力することにより、部品の損傷を早期に識別するためのコンディションモニタリングが可能となる。

例えば、３回の測定および記録が行われ、個々の部品のエネルギ関連データが収集される場合、第１の測定の際には相応の機械装置がスイッチオンされたが運動は生じず、第２の測定の際には機械装置は処理すべき部材なしで運動し（つまり空転し）、第３の測定の際には機械装置が運動して部材を処理したとする。

これらの測定のうち、第２の測定で求められたエネルギを第３の測定で求められたエネルギから減算することにより、機械装置の作業プロセスに必要なエネルギの値を推論することができる。また、これらの測定のうち、第１の測定で求められたエネルギを第２の測定で求められたエネルギから減算することにより、機械装置の運動に必要なエネルギを推論することができる。

さらに、周期的に測定を行うことにより、各部品または各ステップのステータスを推論することができる。

また、本発明は機械装置にも関する。本発明の機械装置は、当該の機械装置のエネルギ消費量を表す少なくとも１つの値を送出する少なくとも１つのセンサユニット、当該の機械装置の１つの作業工程の各部分工程を表す複数のデータおよび当該の機械装置のエネルギ消費量を表す値を出力する第１の出力装置、エネルギ消費量の値および各部分工程を表す複数のデータを記憶するメモリ装置、各部分工程とそれぞれ異なるエネルギ消費量とを対応させるプロセッサ装置、および、少なくとも２つの部分工程のエネルギ消費量を別々に表示する第２の出力装置を備えている。第２の出力装置は特にディスプレイまたはモニタなどの表示装置である。

したがって、本発明の機械装置によれば、部分工程ごとのエネルギ消費量を表示することができる。ここで、部分工程とは、種々の駆動部などの部品ごとの動作であってもよいし、１つまたは複数の部品の動作の時間的部分または空間的部分であってもよい。

センサ装置は駆動部の所定の機関流量を測定する流量測定装置である。有利には、こうした流量測定装置が複数設けられる。特に、機械装置の駆動部（駆動エレメント）ごとに１つずつ固有のセンサユニットが設けられる。

エネルギ消費量を表す各データを各部分工程に対応させることにより、前述したように、機械装置のエネルギ消費量の分析が容易となる。

別の有利な実施形態では、当該の機械装置は、当該の機械装置を記述する別のデータをメモリ装置へ入力する入力装置を有している。ここで、例えば、当該の入力装置は、目標流量、目標トルクなど、データシートから形成されるデータを入力可能なＰＣである。これらのデータを補助的に用いると、エネルギ消費量の分析が容易になる。また、これらのデータを補助的に用いて、推定を行うこともできる。

さらに有利には、機械装置は複数の駆動部を有しており、各駆動部のエネルギ消費量を表す複数のデータを個別に出力する出力装置を有している。このようにすれば、機械装置のエネルギ消費量を種々の駆動部ごとに厳密に分析することができる。

別の有利な実施形態では、機械装置は自身を制御する制御装置を有しており、当該の制御装置は機械装置の制御に用いられる特徴データをメモリ装置へ出力する。この場合、例えば機械装置を制御するＳＰＳ制御が行われる。機械装置の制御に用いられる特徴データは、制御のために機械装置に対して出力されるだけでなく、メモリ装置へも出力される。こうしたＳＰＳデータも機械装置のエネルギ消費量を評価する際に考慮され、これにより、エネルギ消費量の厳密な分析が可能となる。

本発明のその他の特徴、利点および実施形態を図示の実施例に則して説明する。

図１には、本発明の方法のブロック図が示されている。ここでは、複数の駆動部を有する実際の機械装置１が用いられている。そのほか、少なくとも１つ、有利には複数のセンサ装置２が設けられており、エネルギ消費量を表すデータまたは測定量が記録される。

また、機関流量、機関回転速度、機関トルクなどの機関の特徴データを受信装置へ出力する出力装置４も設けられている。一般に、この出力装置４を介して、駆動バスデータが出力される。逆に、入力部６から、複数のデータ、特に駆動部ごとに異なるデータを実際の機械装置１ないしその内部の駆動部４へ転送することもできる。

さらに、センサ装置２の特性量、例えば位置センサ、温度センサ、圧力センサなどの測定した特性量を出力する出力装置５も設けられている。

センサデータは入力部７によって受け取られる。入力部６，７へ伝達されたデータはメモリ装置またはデータ収集装置１０へ送出され、そこで記憶される。このため、メモリ装置１０には、機械装置のエネルギ消費量を表すデータも格納される。そのほか、機関の運動シーケンスを直接に表すデータ、例えば機関の駆動時間、ワークツール交換時間のデータなども格納される。

このように、メモリ装置１０内で、例えば１つのプロセスを時間的に分割した複数のステップに対して、そのつどのエネルギ消費量を表すデータが対応づけられ、格納される。また、本発明の機械装置には、実際の機械装置を通常モードで動作させる制御を行う制御装置１６も設けられている。この場合、特にＳＰＳ制御が行われる。実際の機械装置１の制御に用いられるデータもメモリ装置１０内に格納される。このようにすれば制御に固有のデータの割り当ても行うことができる。

また、例えば機械装置１を表すデータをデータシートとして入力するための第１の入力装置１８，例えばＰＣも設けられている。さらに、ここでは、内部ＮＣデータ、例えば、関連するワークツールを記述するデータをメモリ装置１０へ送出する第２の入力装置２２も設けられている。したがって、全体として、機械装置１に対する実際の制御システム２０が形成される。

図示のブロック２５では、メモリ装置１０に格納されているデータの処理が行われる。より詳しく云えば、メモリ装置１０に格納されていたデータが数学的補助手段を用いて分析され、エネルギ消費量の尺度が出力される。このとき、実際の機械装置の部分ごとのエネルギ消費量をそれぞれ別個に出力することができる。したがって、ポンプ駆動機構など、駆動部ごとのエネルギ消費量を出力することができる。そのほか、エネルギ消費量を、生じた圧力などに関連して出力することもできる。このために、データ処理ユニット１２が設けられている。

ディスプレイ装置１４により、機械装置１のエネルギ消費量がグラフィック表示される。

例えば、式
Ｐ_ｉｓｔ（ｔ）＝Ｕ_ｉｓｔ（ｔ）・Ｉ_ｉｓｔ（ｔ）
にしたがって瞬時の電力実際値Ｐ_ｉｓｔ（ｔ）が出力される。

相応に、式

にしたがって、エネルギ値も出力される。

電圧実際値Ｕ_ｉｓｔ（ｔ）または電流実際値Ｉ_ｉｓｔ（ｔ）に代えて、これらに比例する別のパラメータを近似計算に利用してもよい。例えば目標電圧値Ｕ_ｓｏｌｌ、電圧平均値Ｕ_{Ｍｉｔｔｅｌｗｅｒｔ}、または、データシートから取り出された電圧値Ｕ_{Ｄａｔｅｎｂｌａｔｔ}などを利用することができる。相応に、目標電流値Ｉ_ｓｏｌｌ、電流平均値Ｉ_{Ｍｉｔｔｅｌｗｅｒｔ}、データシートから取り出された電流値または電流曲線Ｉ_{Ｄａｔｅｎｂｌａｔｔ}などを利用することもできる。特に、このようにすれば、ＳＰＳ制御される駆動部、例えば液圧駆動機構または電気的アクチュエータのエネルギ消費量をきわめて簡単に求めることができる。

正確には、電力を計算するために、測定量である電圧実際値Ｕ_ｉｓｔ（ｔ）と、求められた近似量である電流実際値Ｉ_ｉｓｔ（ｔ）とを利用することができる。

電力に変えて、式
Ｐ_Ｍｅｃｈ（ｔ）＝Ｆ_ｉｓｔ（ｔ）・ν_ｉｓｔ（ｔ）＋Ｍ_ｉｓｔ（ｔ）・ω_ｉｓｔ（ｔ）
にしたがって機械的な出力を検出することもできる。

図２には、エネルギ消費量の表示の第１の実施例が示されている。ここでは、種々の時間形式、すなわち、主作業時間Ｉ、副作業時間ＩＩ、ワークツール交換時間ＩＩＩにしたがって分割された時間でのエネルギ消費量が示されている。グラフのそれぞれのバーは機械装置の個々の駆動部Ａ〜Ｅを表している。このようにすれば、主作業時間のあいだ、駆動部Ａ，Ｄが大きな規模の電力を必要としていることが評価される。こうした電力を低減する措置も分析の範囲において試みられる。グラフのｙ軸には電力Ｐが示されている。

図３には、エネルギ消費量の表示の第２の実施例が示されている。ここでは、種々のワークツールＦ〜Ｋについて、設定された処理過程でのエネルギ消費量が示されている。また、個々のバーをワークツールの作業ステップにしたがって分割して、さらに精細な表示を行うこともできる。このために表示内でワークツールを呼び出し、詳細に分析することができる。

図４には、エネルギ消費量の表示の第３の実施例が示されている。ここでは、所定の部品、例えば電気駆動機構でのエネルギ消費量の時間特性Ｅ（ｔ）および電力消費量の時間特性Ｐ（ｔ）が曲線３０で示されている。図４では、時間特性だけでなく、下方の部分図として、作業工程の部分工程ごとまたはプログラムの命令ラインごとの消費量も示されている。このようにすれば、どのステップないしどのプログラム命令に特にエネルギが集中しているかを分析することができる。正確に云えば、ＮＣフロー分析が可能となり、エネルギ消費の観点から個々のセットを別々に監視することができるようになる。

特に、制御装置からのデータを用いることにより、エネルギ効率の良い工程を確認し、どのようにすればエネルギを節約できるかを知ることができる。例えば、機械装置の個々の部品について見たとき、冷却剤ポンプが全エネルギ消費量のうちきわめて大きな成分を占めていることが確認されたとする。同時に、当該の冷却剤ポンプによって維持されている冷却剤圧力が当該の機械装置の通常動作で必要となる圧力よりもかなり高いことが検出されたとする。この場合、冷却剤ポンプの駆動状態を修正して、機械装置全体でのエネルギ消費量を低減することができる。

本願の明細書、特許請求の範囲および図面に示されている全ての特徴は、従来技術に対して新規である限り、単独でも任意に組み合わせても本発明の対象となりうる。

１ 機械装置、 ２ センサ装置、 ４，５ 出力装置、 ６，７ 入力部、 １０ メモリ装置またはデータ収集装置、 １２ データ処理ユニット、 １４ ディスプレイ装置、 １６ 制御装置、 １８ 第１の入力装置、 ２０ 制御システム、 ２２ 第２の入力装置、 ２５ ブロック、 ３０ 曲線、 Ｉ 主作業時間、 ＩＩ 副作業時間、 ＩＩＩ ワークツール交換時間、 Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ 駆動部での電力またはエネルギ消費量、 Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｋ 機械装置での電力またはエネルギ消費量、 Ｐ 電力

Claims (15)

1. 機械装置の１つの作業工程の各部分工程を表す複数のデータを記録するステップ、
   機械装置のエネルギ消費量を表す複数のデータを記録するステップ、
   前記各部分工程を表す複数のデータと前記エネルギ消費量を表す複数のデータとをメモリ装置へ記憶するステップ、
   該メモリ装置に記憶されているデータから前記エネルギ消費量を求めるステップ、および、
   少なくとも２つの部分工程に対するエネルギ消費量を別々に表示するステップ
   を有する
   ことを特徴とする機械装置のエネルギ消費量の分析方法。
2. 前記エネルギ消費量を表す複数のデータと基準データとを比較する、請求項１記載の機械装置のエネルギ消費量の分析方法。
3. 前記エネルギ消費量を表す複数のデータと前記基準データとの比較のための代表値を出力する、請求項２記載の機械装置のエネルギ消費量の分析方法。
4. 前記比較に基づいて作業指示を出力する、請求項２または３記載の機械装置のエネルギ消費量の分析方法。
5. 前記エネルギ消費量を表す複数のデータを考慮して前記機械装置を制御する、請求項１から４までのいずれか１項記載の機械装置のエネルギ消費量の分析方法。
6. 各部分工程は前記１つの作業工程の時間的部分である、請求項１から５までのいずれか１項記載の機械装置のエネルギ消費量の分析方法。
7. 各部分工程は１つの作業工程の空間的部分である、請求項１から５までのいずれか１項記載の機械装置のエネルギ消費量の分析方法。
8. 各部分工程は機械装置の種々のワークツールに固有のシーケンスである、請求項１から５までのいずれか１項記載の機械装置のエネルギ消費量の分析方法。
9. 種々の作業工程の複数のデータを比較する、請求項２から８までのいずれか１項記載の機械装置のエネルギ消費量の分析方法。
10. インタネットを利用して前記エネルギ消費量の分析を行う、請求項１から９までのいずれか１項記載の機械装置のエネルギ消費量の分析方法。
11. 前記各部分工程を表す複数のデータと前記エネルギ消費量を表す複数のデータとを反復して記録および記憶させる、請求項１から１０までのいずれか１項記載の機械装置のエネルギ消費量の分析方法。
12. 機械装置（１）のエネルギ消費量を表す少なくとも１つの値を出力する少なくとも１つのセンサユニット（２）、
    該エネルギ消費量の各値と当該の機械装置の１つの作業工程の各部分工程を表す複数のデータとを出力する第１の出力装置（４，５）、
    前記エネルギ消費量の各値および前記各部分工程を表す複数のデータを記憶するメモリ装置（１０）、
    各部分工程とそれぞれ異なるエネルギ消費量とを対応させるプロセッサ装置（１２）、および、
    少なくとも２つの部分工程のエネルギ消費量を別々に表示する第２の出力装置（１４）
    を備えている
    ことを特徴とする機械装置。
13. 当該の機械装置は、当該の機械装置を記述するデータを前記メモリ装置へ入力する入力装置（１８）を有する、請求項１２記載の機械装置。
14. 当該の機械装置は複数の駆動部を有しており、前記第２の出力装置により、各駆動部のエネルギ消費量を表す複数のデータが別々に出力される、請求項１２または１３記載の機械装置。
15. 当該の機械装置は自身を制御する制御装置（１６）を有しており、該制御装置により、当該の機械装置を制御するための複数のデータが前記メモリ装置へ送出される、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の機械装置。

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