JP2023546533A - 製造に応用されるヒューマンマシン実行システム - Google Patents

Abstract

製造自動化のための統合型ヒューマンマシン実行システム及び関連する方法は、コンピュータと、グラフィカルユーザインタフェースと、１つ又は複数のプログラマブル入力／出力と、１つ又は複数のヒューマンマシンインタフェースコンポーネントと、ネットワークアダプタとを含む。コンピュータは、統合型システムの機能を動作させ、及び１つ又は複数の自動化された製造作業の実行を調和させるための全ての必要なソフトウェアを実行することを可能にされる。幾つかの例では、データのアップデートは、時間ベースではなく、イベントベースであり、それにより、データのアップデートは、以前のイベントの発生以降に経過した時間に関係なく、データの値の変化がイベントを開始するときにシステムによって送信される。システムは、自動化コンポーネントに取り付けられた外部の及び別個のプログラマブルロジックコントローラに接続するように構成され得、及び自動化コンポーネントへの命令は、ヒューマンマシン実行システムでインスタンス化され、プログラマブルロジックコントローラでのプログラミングの必要性を除去する。

Description

関連出願の相互参照
本願は、２０２０年１０月１２日に出願された米国仮特許出願第６３／０９０，４７１号に対する優先権を主張するものである。

技術分野
本発明は、概して、自動化制御技術に関し、具体的には、製造自動化に有益な統合されたヒューマンマシン実行システムに関する。

背景技術
自動化制御の分野でのプログラマブルロジックコントローラの導入以来、コンピュータの能力は、格段に向上しており、より高速のマイクロプロセッサがより多くの演算を可能にし、より大容量でより高速のメモリにより、より大量のデータを操作するより大規模でより複雑なプログラムの実行が可能となった。ネットワークの相互接続性も劇的に改善され、以前にはアナログ信号を駆動する直接ワイヤを介してプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、例えば初期のAllen Bradley ＰＬＣに接続されていたコンポーネントは、現在、多くの場合にイーサネット又は同様のネットワークプロトコルによってロジックコントローラと通信する。時間の経過と共に、プログラマブルロジックコンピュータは、コンピュータに発展し、現在、普及しているプログラマブルロジックコントローラは、Intelプロセッサに基づくコンピュータシステム等のパーソナルコンピュータに類似した電子部品を使用し、パーソナルコンピュータ、プロフェッショナルワークステーション及びサーバのために設計された、Microsoft Windows、各種のLinuxディストリビューション又は同様のオペレーティングシステムをはじめとするオペレーティングシステムを実行することができる。このような現代のプログラマブルロジックコントローラの一般的な例は、SiemensのSIMATIC又はBeckhoff CXファミリのコントローラである。

製造分野の要求事項及び慣行も同様に進化している。モデリングツールにより、設備、製造ライン及び工場を大幅に複雑化することが可能となった。基本的なセンサから高度な産業ロボットまで、何百ものデバイスが１つのコントローラに接続される例も珍しくない。コントローラとコンポーネントとの間のデータ伝送の頻度及び量も同じ傾向をたどっている。専用コントローラの場合、１秒間に数百メガバイトのデータが、ミリ秒、ときにマイクロ秒で測定されるレイテンシで伝送されるのが一般的なトレードである。材料フロー、サプライチェーン、製品品質、人的資源及び他の多くの分野に関するデータは、現在、コントローラ及び製造実行システムによって操作されるデータの一部である。

ヒューマンマシンインタフェースは、歴史的に、プログラマブルロジックコントローラとは別個であり、それに接続されている。より最近では、工場内での接続性の増大及びサーバの用途拡大により、これらのインタフェースをサーバに接続することができ、それがプログラマブルロジックコントローラから情報を直接又は間接的に受信し、ヒューマンマシンインタフェースは、基本的にコンピュータディスプレイ上のユーザインタフェースからなる。

製造実行システムが場合により製造施設外及びときに分散型システム上のサーバ上でホストされている例も一般的である。製造実行サーバは、プログラマブルロジックコントローラからサイクルデータを収集し、またこれらのコントローラにデータを送信して、製造を組織化し、材料フロー及び他のシステムを調和させる役割を果たす。

例えば、品質管理に使用されるスマートカメラ又は存在センサ等の他のデバイス及びシステムは、従来、製造実行システムサーバとは別個であるが、それに直接接続されている。工場内で接続されるデバイス及びシステムの数がこのように増加することにより、ネットワークインフラストラクチャ上でのトラフィックが増大し、接続の管理がより複雑化する。これらの接続の管理の１つの重要な側面は、工場内のネットワーク容量が、適切にタイミングよくデータを転送するために帯域幅の要求事項と確実に整合され、それにより、多数のデバイス及びコンポーネントが許容時間内に動作できるようにすることである。これは、安全及び遮断のためのデバイス及びコンポーネントについて特に言えることであり、これらは、マイクロ秒～数ミリ秒という短時間で動作し、反応しなければならない。接続のタイプは、それがアナログ又はデジタルであるべき場合には常に、コンポーネント間の通信のパフォーマンスを最適化するように適切に選択され得る。

現代のプログラマブルロジックコントローラは、典型的には、これらの接続性の要求事項を満たしやすくするために、複数のタイプの接続をサポートしている。例えば、複数のアナログポートを通信拡張として利用することができ、これらをコントローラのコアユニットに接続することができる。コアコントローラは、それぞれAllen-Bradley、Siemens及びBeckhoffによって開発されたEthernetIP、Profinet又はEtherCAT等の所有権保護されたプロトコルを用いて、アクチュエータ、モータ、センサ、ロボットといったほとんどの自動化デバイスに接続される。２０００年代初頭以降、プログラマブルロジックコントローラの大半は、少なくとも１つのイーサネットポートも備え、それにより企業のネットワークとの通信が可能となっている。

デバイスの数、接続のタイプ並びにこれらの全コンポーネントの役割及び機能の多さの結果として、自動化制御の設備及び実装の複雑さ及びコストが増大している。これは、依然としてより非効率的なプログラミング手段を使用する特定のプログラマブルロジックコントローラが、利用可能な最新の技術を使用するシステムと相互作用するという、最適とは言えない解決策につながりつつある。例えば、一部の従来のプログラマブルロジックコントローラは、記述することができるプログラムの複雑さを限定し、Python、Java、C、C++又はC#等の現代のソフトウェア言語を使用する場合よりも記述するのに時間のかかるラダーロジック言語を用いてプログラムされる。

製造設備の実行及び安全性にとって極めて重要な複数のデバイスとインタフェースするコントローラをプログラムするために使用される言語の選択で重要となる要求事項は、決定論である。Python及びjavascript等のハイレベルのインタプリタ型言語は、複雑なプログラムを迅速に開発する点で注目を集めている。しかしながら、このような言語は、コード実行が一貫して予測可能なタイミングで確実に行われることを保証することができない。これらは、製造自動化システムのためのヒューマンマシンインタフェースの一部であるユーザインタフェースの開発に適し得るが、設備及び自動化デバイスを統合し、及び／又はそれらとインタフェースするロジックの開発に使用すべきではない。

より効率的で費用対効果の高い革新的な自動化制御システムを創出するために、本発明は、製造実行システム、ヒューマンマシンインタフェース及び従来、プログラマブルロジックコントローラで実行されている複雑なロジックのタイムクリティカルな面のような重要な機能の全てを１つのシステム、すなわち本明細書ではＨＭＥシステム又はコントローラと呼ばれる場合もあるヒューマンマシン実行システムに統合することにより、そのようなシステムの複雑さを単純化する。

発明の説明
幾つかの実施形態において、ＨＭＥシステムは、１つ又は複数の入力デバイス、例えばタッチスクリーン又はマウス及びキーボード等によって制御されるグラフィカルユーザインタフェースを含むヒューマンマシンインタフェースを含む。グラフィカルユーザインタフェースは、ＨＭＥシステム内に埋め込まれたコンピュータによって実行され、これは、モータ、センサ、スタックライト、スキャナ等の自動化制御デバイスを制御し、それからの読み取りを行う１つ又は複数のコネクタを有する。

従来、ユーザインタフェースを、通常、プログラマブルロジックコントローラに接続されるハンドヘルドツール及びボタン等、ヒューマンマシンインタフェースの他の側面から分離する既存のシステムと異なり、ＨＭＥシステムは、ヒューマンマシンインタフェースの全ての機能を統合型コントローラにまとめる。これは、緊急停止が発動されたときに緊急停止させる必要のある設備を制御するヒューマンマシン実行システムに接続できる緊急停止ボタン等の安全機能を含む。図１は、埋め込み型コンピュータに直接接続される入力及び出力の配置を示し、それにより、このコンピュータに接続された自動化コンポーネントを制御するための同じプログラムは、ヒューマンマシンインタフェースを含むユーザインタフェース及び関連するコンポーネントも扱うことができる。

本発明のアーキテクチャは、ヒューマンマシンインタフェースの機能を実現するのに必要な様々なコンポーネントが異なるネットワーク及び入力／出力を通してプログラマブルロジックコントローラに個別に接続される従来のモデルを大幅に改良したものである。図２は、このような接続が、プログラマブルロジックコントローラを使用する従来の自動化制御の構成内で典型的にどのように設定されるかを強調する。この複雑さの結果、各層又は接続の役割及び機能が混同され、帯域幅及びレイテンシ等のパフォーマンスの制約に焦点が当てられなくなる。例えば、その信号がサーボドライブの位置をマイクロ又はミリ秒で作動させるために使用されるセンサは、セーフクリティカル以外のボタンにはシステムが数百ミリ秒又はさらに２秒で応答することも通常受け入れられることから、その応答が数百倍低速であり得るヒューマンマシンインタフェースのためのボタンと同じネットワーク又はバスに接続される可能性がある。ヒューマンマシン実行システムのアーキテクチャは、１つのコンピュータで扱われるヒューマンマシンインタフェースの全てのコンポーネントをグループ分けし直すものである。その結果、実装がより容易になり、ユーザインタフェース及び製造プロセス全体を、工場内での製造プロセスの実行を確実にする類似の又は全く同じデバイスで作成することができる１つのプログラムから作成することが可能となる。本発明の利点は、より低コストであること、より効率的であること、１か所で作成、試験及び実行できること並びにプログラムへのアップデートを迅速に展開できることである。

幾つかの実施形態において、システムは、Intelベースのコンピュータアーキテクチャを、マイクロコントローラと、Intelプロセッサとマイクロコントローラとの間のデータ交換を可能にするためのカスタムファームウェアとで拡張したものに基づく。図３は、そのアーキテクチャの簡略表現である。幾つかの実施形態において、これは、Microsoft Windows及びLinux等の従来のオペレーティングシステムをサポートし、C++又はC#言語をサポートするほとんどの現代の開発ツールに適合する。これにより、数例を挙げれば、Microsoft Visual Studio、CLion、Eclipse又はQT Creator等の統合型開発環境ツールの利用が可能となる。C++又はC#を使用すると、セーフクリティカルタスクを含む自動化制御のための容認可能な決定論レベルが確保され、同時に、ソフトウェア開発者のコミュニティの最も多くの部分は、すでにこれらの言語に精通しているため、このシステムを開発し、それに貢献し得る。これらの言語は、数例を挙げれば、Git、Perforce、SVN等のソース制御システム及びレポジトリによって広くサポートされている。したがって、ソース制御を用いて、簡単に連続的統合システムを実装し、近年開発され、スマートデバイス、コンピュータ、サーバ並びにロボット及び自動車といった接続装置のためのソフトウェアの開発及び展開において広く使用されている現代のソフトウェアエンジニアリングの手法を利用することができる。連続統合及び連続展開により、プロセス、ヒューマンマシンインタフェース及び設備の調和の両方での製造施設内の高速イテレーションが可能となる。

ＨＭＥシステムの他の利点は、ヒューマンマシンインタフェースのための主コントローラとしてヒューマンマシン実行システムに接続された全てのコンポーネント並びにその動作がヒューマンマシンインタフェースによって駆動されるモータ及びセンサ等の自動化制御用コンポーネントからのテレメトリを容易に実装できることである。これらの信号の全てを操作する実行コンピュータは、これらを所望の頻度でサンプリングし、これらを、データベース又はローカルストレージに直接保存されたファイル内にローカルで保存し、これらの信号をリモートシステムに体系的にブロードキャストする。これらの信号のブロードキャストは、複数のフォーマット又はプロトコルを通して実行することができる。１つの実施形態では、本発明は、クライアントがサブスクライブによってこのデータを利用することができるように、Kafka又はMOTT等のオープンソースのストリーム処理ソフトウェアを通してデータを公開し、また消費者がインターネット上でテレメトリに関するデータをリアルタイムで閲覧できるように、ウェブソケットを介してデータをリモートテレメトリサーバに送信する。

安全性は、別の重要な利益であり、これは、本発明が緊急停止ボタンのためのサポートを組み込むためである。実行ソフトウェアは、１つ又は複数の緊急停止ボタンとの冗長接続をサポートし、コントローラに接続された何れのモータ又はアクチュエータの動きも１０ミリ秒以内に停止させることが保証される。これにより、製造現場での自動化制御は、このような行動を実装するか、又は配線の見直し、コード、テスト手順等を含む安全性のための検収をクリアできるようにする必要がなくなる。組み込まれた安全システムが最初に製造業者の衛生安全部門によって審査され、承認された後、多くの同じシステムを工場内に展開でき、そのコントローラ内で実行されるプログラムの安全面に関わるコードに変更がない限り、さらに安全性の審査を行う必要がない。

コードを記述せずにユーザインタフェース及び製造プロセスを開発できることも本発明のまた別の重要な利点である。コントローラに接続された全てのコンポーネントは、グラフィック表現並びにプロパティ及びイベントを表示する、厳格なフォーマットによるプログラマティックインタフェースを有する。好ましくは、組み込まれたユーザインタフェースデザイナ等の統合型開発環境作成ツールを使用することで、ユーザは、これらのコンポーネントの動作を視覚的に例示し、プログラムすることができる。これによりユーザインタフェース及びプロセスのロジックを実装するための時間が大幅に短縮され、故障につながり得る、コードへの望ましくない挙動の導入が回避される。１つの実施形態は、Microsoft Visual Studioのユーザインタフェースデザインツールを用いて、コンポーネントをユーザインタフェース内に設置し、それらのインタフェースを相互接続し、それらの構成及び動作を記述する。プロセスが、ユーザインタフェースを通して表示されたプロパティ及びイベントではできない特定の変更を必要とする場合、コードの編集も依然として可能である。このような効率の改善を実現するために、統合型開発環境に設けられたライブラリは、自動化コンポーネントの各々に利用可能なコマンド及びプロパティを表示するコードを生成することができる。

図面の簡単な説明
当業者であればわかるように、以下の説明は、本開示の原理を例示するにすぎず、これを様々な方法で応用して、多くの各種の代替的な実施形態を提供し得る。この説明は、本開示の発明の教示の一般的原理を例示するためになされ、本明細書で開示される進歩的概念を限定しようとするものではない。

添付の図面は、本明細書に組み込まれ、その一部を構成し、本開示の実施形態を図解し、前述の本開示の概要及び後述の図面の詳細な説明と共に本開示の原理を説明する。

ＨＭＥシステムの実施形態のアーキテクチャの概略的表現である。 別個のコンポーネントに依拠する従来のプログラマブルロジックコントローラシステムのアーキテクチャの概略的表現である。 ＨＭＥシステムのコンピュータの内部アーキテクチャの概略的表現である。 例示的な自動化コントローラ群の図である。 コントローラに関するグラフィカルユーザインタフェースの一部である。 コントローラに関するグラフィカルユーザインタフェースの別の一部である。 コントローラに関するグラフィカルユーザインタフェースのまた別の一部である。

図面は、必ずしも正確な縮尺によらない。特定の例では、本開示の理解に不要であるか又は他の詳細を認識しづらくするような詳細は、省略され得る。当然のことながら、本開示は、必ずしも本明細書に示される実施形態に限定されないことが理解されるべきである。

発明を実施するための最良の態様
本発明は、広範囲にわたる努力を通してその利益を提供する。本出願人が意図することとして、開示される具体例を参照するという要求事項によって使用せざるを得ない限定的文言のように思われるものに関わらず、本明細書及びそれに附属する請求項には、開示されている本発明の範囲及び趣旨に沿った範囲が付与される。そのため、本発明に最も密接に関係する関連する技術分野の当業者に対して、システムの好ましい実施形態は、本発明の性質を例示することを目的として開示される。システムを動作させる例示的な方法が好ましい実施形態に従って詳細に説明されるが、本発明を実施し得る様々な形態及び変更形態の全てを説明しようとするものでない。そのため、本明細書に記載の実施形態は、例示的であり、当業者に明らかであるように、本発明の範囲及び趣旨内で様々な方法で変更され得、本発明は、本明細書の詳細ではなく、付属の請求項によって定義される。

以下の説明文は、各種の実施形態の詳細な説明を示すものの、説明の法的範囲は、本開示の末尾に示される請求項の文言によって定義される。説明は、あくまでも例として解釈されるものとし、考え得る全ての実施形態を説明するわけではなく、なぜなら、考え得る全ての実施形態を説明することは、不可能とまでは言わずとも、現実的ではないためである。現在の技術を使用するか、又は本特許の出願日以降に開発される技術を使用して、多くの代替的な実施形態を実装することができ、これらも依然として特許請求の範囲に含まれる。

ある用語が本明細書で明示的に定義されない限り、その用語の意味をその平易又は通常の意味以外に明示的又は黙示的に限定する意図はないことも理解されるべきであり、そのような用語は、その範囲が、（請求項の文言を除き）本特許の何れかの部分で行われる何れかの表明に基づいて限定されると解釈されるべきではない。本特許の末尾の請求項で使用される何れかの用語が本特許内で単独の意味としてのみ言及される場合、これは、読者を混乱させないように明瞭さのためにのみ行われ、その請求項の用語が限定により、黙示により又は他にその単独の意味に限定されることを意図されない。最後に、請求項の要素が、いかなる構造も明示せずに「手段」という用語及び機能を明示することによって定義されない限り、請求項のあらゆる要素の範囲は、米国特許法第１１２条サブパラグラフ（ｆ）の適用に基づいて解釈されることを意図されない。

図１を参照すると、本発明のヒューマンマシン実行システムのアーキテクチャの概略的表現が示されている。幾つかの実施形態において、ヒューマンマシン実行システムは、少なくとも１つのコンピュータ（１０１）を含む統合型システムであり、これは、Intelプロセッサ及びSTM32等のマイクロコントローラを用いて、ヒューマンマシンインタフェースコンポーネント（１０４）が直接接続されているプログラマブルデジタル及びアナログ入出力（１０３）を表示することができる。幾つかの実施形態において、グラフィカルユーザインタフェース（１０２）はコンピュータにディスプレイを通して接続される。幾つかの実施形態において、タッチスクリーンはコンピュータ（１０１）に、ビデオ信号を送信するための高解像度マルチメディアインタフェース及びタッチ信号に関するデータを受信するためのユニバーサルシリアルバスを通して接続される。ネットワークインタフェースは、ネットワークアダプタ（１０５）を通して公開され、それは、コンピュータ（１０１）の一部であり、コンピュータ（１０１）を、ＴＣＰ接続を介して企業ネットワーク（１０６）に、また自動化制御デバイス（１０８）、例えばロボット、ドライブ、センサ等とインタフェースするための自動化ネットワーク又はフィールドバス（１０７）に接続する。特に、自動化制御デバイス（１０８）との接続は任意である。ＨＭＥシステムはコンピュータ（１０１）を用いて、自動化された製造作業を調和させ、ヒューマンマシンインタフェースの機能を動作させるのに必要なソフトウェア及びプログラムを実行する。幾つかの実施形態において、複数のコンピュータ１０１が使用され得、これらは、エッジコンピューティング等の仮想化若しくは分散型コンピューティング技術又はKubernetes等の分散型クラスタの使用を可能にし得る。

図２を参照すると、プログラマブルロジックコントローラを使用する従来の製造システムのアーキテクチャの概略的表現が示されている。プログラマブルロジックコントローラ（２０１）は、製造プロセスの調和を実行する。これは製造実行システム（２０４）と、何を製造する必要があるかのオーダを変更し、製造実行システムに何が製造されるかを知らせるために必要なイーサネットアダプタ（２０２）を通してデータ交換できる。自動化デバイス（２０５及び２０６）は、プログラマブルロジックコントローラに、それぞれ自動化フィールドバス（２０３）と任意のアナログ及びデジタル入出力群（２０７）を介して接続される。幾つかの実施例において、ユーザインタフェース（２０９）はヒューマンマシンインタフェースサーバ（２０８）に接続され、他の幾つかのケースでは、これはプログラマブルロジックコントローラにネットワークアダプタ（２０３）を介して接続される。ユーザインタフェースを、自動化制御フィールドバス（２０３）を通して接続することも可能である。特に製造実行システムからのデータが製造プロセスの変更を要求している場合、ビジネスロジック、例えば材料フロー、タスク及びプロセスステップのトレーサビリティを実現するロジックと呼ばれることもある複雑なロジック及びその変形形態をプログラマブルロジックコントローラ（２０１）上で実行して、製造プロセスを実現できる。ここで、複数の別個のコンポーネントの必要性及び特にプログラマブルロジックコントローラをユーザの干渉から分離することの必要性の結果として、複雑さがどのように増大し、望ましくないレベルになるかがわかる。

図３を参照すると、ＨＭＥシステムのコンピュータ（１０１）の内部アーキテクチャの図が示されている。これは、Intel x86コンパチブルプロセッサ（３０１）に基づいて構成されている。この実施形態は、第８世代のIntel i7プロセッサを使用しており、現代のIntel x86アーキテクチャと命令セットと互換性のある何れのIntel又はAMDプロセッサでも使用できる。この実施形態ではソリッドステートドライブを使用するローカルストレージ（３０８）等の一般的なIntelベースのコンピュータにおいて見られる周辺機器及びユニバーサルシリアルバス、シリアルＡＴアタッチメント（ＳＡＴＡ）等の全ての外部インタフェース（３１０）は、周辺コンポーネント相互接続バス（３０９）を介してシステムに接続される。Intelベースのアーキテクチャの拡張は、複数のアナログ及びデジタル入出力を表示するST Microelectronicsによって開発されたSTM32等のマイクロコントローラ（３０２）が追加されていることである。これらの入出力の動作及びこれらの入出力をスキャンし、それと通信し、それを制御するためのロジックは、マイクロコントローラのファームウェア（３０６）で実装され、これは、Intelプロセッサ空間で実行されるソフトウェアからシリアルペリフェラルインタフェース（３０３）を通してアップロードできる。Intelプログラム空間とマイクロコントローラ（３０２）との間の通信は、集積回路インタフェース（３０４）によって確保される。

図４Ａ～４Ｄに関して、ＨＭＥシステムは、産業用又は他の種類の自動化コントローラに接続され得、これらのコントローラに接続されるか又はそこで実行されるコンポーネントの抽出は、ＨＭＥシステムによって自動的に管理されるため、これらのコンポーネントは、例えば、それらがＨＭＥシステム上で直接接続されているかのように管理され得る。図４Ａに示される、すなわち生産ラインのためのＨＭＥシステムで実行されるVitesse ＨＭＥソフトウェアの例として例示のために示されるＧＵＩでは、２つのセンサ及びコンベヤを駆動する１つのモータがラインＰＬＣに物理的に接続されている。

図４Ｂに関して、ＨＭＥシステムはリモートでコントローラのソフトウェアインスタンスを管理し、そのコンテンツを検出し、そのコントローラでホストされるプロパティとコマンドの読み書きを可能にする。ＨＭＥシステムは、コントローラに接続されると、リモートＰＬＣとの継続的な双方向接続が可能となり、それにより、そこに接続されたコンポーネントのＩＯポートデータへのアクセス又はＩＯポートデータを管理するロジカルルーチンを通したコンポーネントの制御が可能となる。このようなルーチンは、一般に、ファンクションブロック又はアドオンインストラクション（ＡＯＩ）と呼ばれる。

例えば、図４Ｃに関して、生産ラインのための１つの現在の実施例では、コンベヤのモータ、MAIN.CONV1は、「Line_PLC」と名付けられたコントローラ上で「MAIN.CONV1」と名付けられた単純なファンクションブロックによって管理される。この実施例では、「MAIN.CONV1」ファンクションブロックが変数をメモリに設定し、これは、安全要件が満たされたことをチェックした後に、この数値を物理的出力に送る。

ＨＭＥシステムを用いると、ＰＬＣのロジックを使用する必要性がなくなり、幾つの実施形態では、ＰＬＣ上の入出力はそのロジックのあるＨＭＥシステムに直接表示されるが、ある低レイテンシ及び／又はセーフクリティカルプロセシングに対する具体な必要性等の特定の要求事項により、何れかのロジックをこれらの入出力が物理的に接続されているＰＬＣ上で実行することが要求される場合は例外である。

例えば、図４Ｄに示されるように、１つの現在の実施例では、ＰＬＣ上のBeckhoff EL1809入力ブロックの第三の入力に接続された帰納的部分存在センサのインスタンスがＨＭＥシステム内で作成され、EL 1809入力ブロックのデジタルインスタンスの第三のインデックスに直接マッピングされる。その結果、ＰＬＣレベルではプログラミングが一切不要である。これにより、ＨＭＥシステムレベルでより複雑なプロセスをプログラミングすることが可能となり、ＰＬＣレベルでのプログラミングが不要となる。

幾つかの実施形態において、ＨＭＥシステムのソフトウェアコンポーネントは、コントローラがIntel又はARMベースのＣＰＵを使用する限り、ＰＬＣ上に直接インストールできる。このような動作モードでは、ソフトウェアは、ＨＭＥシステムと通信するのにネットワーク接続性及びレイテンシに依拠する必要はなく、ＨＭＥシステムの入出力を、ＰＬＣ専用のネイティブの開発ツールによって提供されるものと同等のパフォーマンスで管理できる。例えば、人気の高いBeckhoffコントローラで、パフォーマンスの測定により、同様のプロセス実行の場合にＰＬＣでのＨＭＥシステムのスキャン時間は、ネイティブの実行より約１０％高速であることがわかった（例えば、２．６ｍｓに対して２．４ｍｓ）。

ＰＬＣとＨＭＥシステムとの間の通信の１つの側面は、イベントドリブン型であることであり、これは、一定時間に基づくスキャニングを使用する産業自動化分野で使用されているほとんどの通信モデルと異なる。従来のＰＬＣでは、入出力はある一定の周波数（スキャン時間と呼ばれ、典型的には２～１００Ｈｚの範囲内である）でスキャンされ、データは別の一定の周波数（典型的には０．５～１０Ｈｚ）でＰＬＣと他の産業用コンポーネントとの間でフィールドバスを通して交換される。その結果、数値が変化しなくてもデータ交換が定常的に行われる。例えば、ＰＬＣがモータの回転速度をモニタする場合、それは数値の変化に関係なく、ある周波数で速度の数値表現を受け取る。それに対して、本発明のＨＭＥシステムはイベントドリブン型であり、最後にイベントが発生してからの経過時間に関係なく、データの値の変化がイベントを開始するときにデータのアップデートが送信される。変化の閾値は、データ取得の粒度を制御するように設定でき、イベントを送信すべきとき、これにより信号を最新状態に保つために必要な帯域幅を所望の正確さで制御できる。産業ロボットの様々な関節の速度又はモータの角速度を、一定のスキャン速度及びイベントドリブンデータ記録の両方を用いてモニタしたところ、イベントベースのモニタリングシステムでは、同等のデータセットについて最大１２０倍（１２００％）だけネットワーク帯域幅が縮小されることがわかった。

本願に含まれる説明及び図面は、当業者に対して最良の態様を作成し、使用する方法を教示するために具体的な実施例を示している。進歩的な原理を教示するために、一部の従来の態様は、簡略化又は省略されている。当業者であれば、本発明の範囲に含まれるこれらの実施例の変形形態も認識するであろう。当業者であれば、上述の特徴を様々な方法で組み合わせて複数の実施例を形成できることもわかるであろう。その結果、本発明は、上述の具体的な実施例に限定されず、請求項及びその均等物によってのみ限定される。

本開示の上述の議論は、例示及び説明のために提示されている。上記は、本開示をその形態又は本明細書で開示されている形態に限定しようとするものではない。例えば、上述の詳細な説明では、本開示を合理化するために、本開示の様々な特徴が１つ又は複数の実施形態にまとめられている。この開示方法は、特許請求される本開示が、各請求項に明記されるものより多くの特徴を必要とするという意図を反映していると解釈されない。むしろ、以下の請求項に反映されているように、本発明の態様は、上で開示された１つの実施形態の全特徴の一部にもある。そのため、以下の請求項は、この詳細な説明に組み込まれ、各請求項は、本開示の個別の好ましい実施形態として独立する。

さらに、本開示は、１つ又は複数の実施形態並びに特定の変形形態及び改良形態の説明を含むが、他の変形形態及び改良形態も本開示の範囲に含まれ、例えば、上述の特定のコンポーネントの単独での又は他のコンポーネントと組み合わせての使用は、あるシステムを含み得、他の態様では、このシステムは、本明細書に記載されるコンポーネントの全部を、本開示の新規な態様を伝えることを目的として使用されたものと異なる順序で組み合わせたものでもあり得る。本開示を理解した当業者の技術及び知識内において、他の変形形態及び改良形態も着想され得る。この開示方法は、代替的な実施形態を最大限に含む権利を取得するためのものであり、これは、特許請求されるものの代替的、互換的及び／又は均等な構造、機能、範囲又はステップを含み、これらの代替的、互換的及び／又は均等な構造、機能、範囲又はステップが本明細書で開示されるか否かを問わず、また何れかの特許性のある主題を公衆に提供することを意図されない。

Claims (16)

1. 製造自動化のための統合型ヒューマンマシン実行システムであって、
   コンピュータと、グラフィカルユーザインタフェースと、１つ又は複数のプログラマブル入力／出力と、１つ又は複数のヒューマンマシンインタフェースコンポーネントと、ネットワークアダプタとを含み、
   前記コンピュータは、前記統合型システムの機能を動作させ、及び１つ又は複数の自動化された製造作業の実行を調和させるための全ての必要なソフトウェアを実行することを可能にされ、
   データのアップデートは、以前のイベントの発生以降に経過した時間に関係なく、データの値の変化がイベントを開始するときに前記システムによって送信される、統合型ヒューマンマシン実行システム。
2. 前記コンピュータは、
   ａ．プロセッサと、
   ｂ．マイクロコントローラと、
   ｃ．ローカルストレージと、
   ｄ．前記１つ又は複数のプログラマブル入力／出力に取り付けられた１つ又は複数の外部インタフェース及びコンポーネント相互接続バスと、
   ｅ．前記プロセッサと前記マイクロコントローラとの間の通信を可能にするファームウェア及び周辺インタフェースと、
   ｆ．集積回路インタフェースと
   を含む、請求項１に記載のヒューマンマシン実行システム。
3. 前記グラフィカルユーザインタフェースは、前記コンピュータに接続されたディスプレイを通して有効化される、請求項１に記載のヒューマンマシン実行システム。
4. 前記グラフィカルユーザインタフェースは、タッチスクリーンであって、前記コンピュータに、（ａ）ビデオ信号を送信するように構成された高解像度マルチメディアインタフェース、及び（ｂ）前記タッチスクリーンを通して送信されたタッチ信号に関するデータを受信するように構成されたユニバーサルシリアルバスインタフェースを通して接続されたタッチスクリーンを通して有効化される、請求項１に記載のヒューマンマシン実行システム。
5. ネットワークインタフェースは、前記コンピュータを企業ネットワークに接続するために、前記ネットワークアダプタを通して公開される、請求項１に記載のヒューマンマシン実行システム。
6. １つ又は複数の自動化制御デバイスとインタフェースするように構成された自動化ネットワーク又はフィールドバスを含む、請求項１に記載のヒューマンマシン実行システム。
7. 少なくとも１つの自動化コンポーネントに取り付けられた少なくとも１つの外部の及び別個のプログラマブルロジックコントローラに接続されるように構成される、請求項１に記載のヒューマンマシン実行システム。
8. 前記自動化コンポーネントへの命令は、前記ヒューマンマシン実行システムでインスタンス化され、前記プログラマブルロジックコントローラでのプログラミングを不要にする、請求項７に記載のヒューマンマシン実行システム。
9. 自動化された製造作業を実行する方法であって、
   ａ．製造自動化のための統合型ヒューマンマシン実行システムであって、コンピュータと、グラフィカルユーザインタフェースと、１つ又は複数のプログラマブル入力／出力と、１つ又は複数のヒューマンマシンインタフェースコンポーネントと、ネットワークアダプタとを含み、前記コンピュータは、前記統合型システムの機能を動作させ、及び前記自動化された製造作業の実行を調和させるための全ての必要なソフトウェアを実行することを可能にされる、統合型ヒューマンマシン実行システムを提供すること、
   ｂ．前記ヒューマンマシン実行システムを外部の及び別個のプログラマブルロジックコントローラに接続することであって、前記プログラマブルロジックコントローラは、少なくとも１つの自動化コンポーネントに取り付けられる、接続すること、
   ｃ．前記ヒューマンマシン実行システムにおいて前記自動化コンポーネントのための１つ又は複数の命令をインスタンス化すること、
   ｄ．前記プログラマブルロジックコントローラに命令するか又はそれをプログラムすることなく、前記命令を、前記ヒューマンマシン実行システムから前記自動化コンポーネントに前記プログラマブルロジックコントローラを通して送信すること
   を含む方法。
10. 命令は、以前のイベントの発生以降に経過した時間に関係なく、データの値の変化がイベントを開始するときに前記ヒューマンマシン実行システムによって送信される、請求項９に記載の方法。
11. 前記コンピュータは、
    ａ．プロセッサと、
    ｂ．マイクロコントローラと、
    ｃ．ローカルストレージと、
    ｄ．前記１つ又は複数のプログラマブル入力／出力に取り付けられた１つ又は複数の外部インタフェース及びコンポーネント相互接続バスと、
    ｅ．前記プロセッサと前記マイクロコントローラとの間の通信を可能にするファームウェア及び周辺インタフェースと、
    ｆ．集積回路インタフェースと
    を含む、請求項９に記載の方法。
12. 前記グラフィカルユーザインタフェースは、前記コンピュータに接続されたディスプレイを通して有効化される、請求項９に記載の方法。
13. 前記グラフィカルユーザインタフェースは、タッチスクリーンであって、前記コンピュータに、（ａ）ビデオ信号を送信するように構成された高解像度マルチメディアインタフェース、及び（ｂ）前記タッチスクリーンを通して送信されたタッチ信号に関するデータを受信するように構成されたユニバーサルシリアルバスインタフェースを通して接続されたタッチスクリーンを通して有効化される、請求項９に記載の方法。
14. ネットワークインタフェースは、前記コンピュータを企業ネットワークに接続するために、前記ネットワークアダプタを通して公開される、請求項９に記載の方法。
15. １つ又は複数の自動化制御デバイスとインタフェースするように構成された自動化ネットワーク又はフィールドバスを含む、請求項９に記載の方法。
16. 製造自動化のための統合型ヒューマンマシン実行システムであって、
    コンピュータと、グラフィカルユーザインタフェースと、１つ又は複数のプログラマブル入力／出力と、１つ又は複数のヒューマンマシンインタフェースコンポーネントと、ネットワークアダプタとを含み、
    前記コンピュータは、前記統合型システムの機能を動作させ、及び１つ又は複数の自動化された製造作業の実行を調和させるための全ての必要なソフトウェアを実行することを可能にされ、
    データのアップデートは、以前のイベントの発生以降に経過した時間に関係なく、データの値の変化がイベントを開始するときに前記システムによって送信され、
    前記システムは、少なくとも１つの自動化コンポーネントに取り付けられた少なくとも１つの外部の及び別個のプログラマブルロジックコントローラに接続されるように構成され、前記自動化コンポーネントへの命令は、前記ヒューマンマシン実行システムでインスタンス化され、前記プログラマブルロジックコントローラでのプログラミングを不要にする、統合型ヒューマンマシン実行システム。

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