JP4888783B2 - 機械の運転診断装置および運転診断法 - Google Patents

Description

本発明は機械の運転診断装置および運転診断法に関する。さらに詳しくは、機械の所定の動作データ、たとえば圧力波形や工程時間などを診断する機械の運転診断装置および運転診断法に関する。

従来、造型機の運転中のデータを収集し、運転状況を監視することは公知である（たとえば特許文献１、特許文献２）。かかる造型機の監視システムでは、造型機に配備されたセンサにより計測された運転中の動作データを通信回線により遠隔の監視ユニットに送信したのち、該監視ユニットの表示器に表示するようにしている。

特開２００１−２９３５４０号公報 特開２００２−２６３７９３号公報

しかしながら、従来の監視システムでは、造型運転時の一連の工程における空圧圧力波形や工程時間データを収集し、コンピュータで１サイクル毎に１つのＣＳＶ（Ｃｏｍｍａ Ｓｅｐａｒａｔｅｄ Ｖａｌｕｅ）ファイルで保存している。この収集されたデータファイルから機械の運転状態を診断する方法としては、作業者が保存したＣＳＶファイルを一つひとつ開いてデータを閲覧し、造型機試運転調整時に収集した最適な基準データと個々に見比べ診断するという作業を繰り返し行わなければならなかった。とりわけ、実測の圧力波形のデータについては、基準の圧力波形との比較は圧力波形診断に精通した作業者でなければ診断を行うことができない。さらに、設定圧力条件や加圧時間など造型毎に変わるパラメータを考慮した診断は困難極まるものであった。
したがって、作業者による手作業では膨大なファイル中にある必要なデータを見落としなく、しかもバラツキのない診断を繰り返すことは非常に難しいという問題がある。

そこで、本発明は、叙上の事情に鑑み、機械の動作データをデータベースに取り込み、運転状態を診断する機械の運転診断装置および運転診断法を提供することを目的とする。

本発明の造型機の運転診断装置は、造型機の運転状態を診断する造型機の運転診断装置であって、あらかじめ造型機の最適な運転条件による造型工程のときに取り込んだ基準の圧力波形と、実際の造型工程のときに取り込んだ１サイクル毎の実測の圧力波形とをデータベースに保存する記憶手段と、
前記基準の圧力波形と、実測の圧力波形とを比較する比較手段と、
該比較手段の結果に基づいて造型機の運転状態を診断する診断手段であって、診断したい実測の圧力波形の診断に切り替える診断切替え手段を具備する診断手段と、
前記実測の圧力波形に対する前記基準の圧力波形に乗ずる圧力係数を算出して当該圧力係数を基準の圧力波形に乗算し、その後、前記基準の圧力波形を時間軸に伸縮する加圧時間係数を算出して当該加圧時間係数を前記圧力係数を乗算した基準の圧力波形に乗算して新たな基準の圧力波形を推定する推定手段とを備えてなることを特徴とする。

さらに、本発明の造型機の運転診断法は、造型機の運転状態を診断する造型機の運転診断法であって、あらかじめ造型機の最適な運転条件による造型工程のときに取り込んだ基準の圧力波形と、実際の造型工程のときに取り込んだ１サイクル毎の実測の圧力波形をデータベースに保存登録する工程と、
前記基準の圧力波形と実測の圧力波形とを比較する工程と、
診断したい実測の圧力波形の診断に切り替える診断切替え手段を具備する診断手段により前記比較の結果に基づいて造型機の運転状態を診断する工程と、
前記実測の圧力波形に対する前記基準の圧力波形に乗ずる圧力係数を算出して当該圧力係数を基準の圧力波形に乗算し、その後、前記基準の圧力波形を時間軸に伸縮する加圧時間係数を算出して当該加圧時間係数を前記圧力係数を乗算した基準の圧力波形に乗算して新たな基準の圧力波形を推定する工程とを含むことを特徴とする造型機の運転診断法を特徴としている。

本発明によれば、機械の運転時に１サイクル毎に別々のＣＳＶファイルで保存された実測の動作データ、たとえば圧力波形および工程時間をデータベース化することで、あらかじめ登録した基準の動作データと比較を行うことにより、運転状態を自動的に診断することができるため、膨大なデータの中から機械の保全に影響の大きいデータのみを抽出して一覧表示することができる。
また、前記動作データが圧力波形の場合、実測の動作データに対応する運転条件、圧力波形の到達圧力の設定値や加圧時間の設定値を加味して新たな基準の圧力波形を推定し、その推定した圧力波形を用いて診断することで、圧力波形を高精度に診断することができる。

以下、添付図面に基づいて本発明の機械の運転診断装置および運転診断法を説明する。たとえば図１に示されるように、本発明の一実施の形態の運転診断装置Ａは、操作盤１を備える機械、たとえば抜枠造型機２に適用することができる。この操作盤１は、造型機２の運転に必要な操作スイッチ（ＯＮ―ＯＦＦ）などが装備されている。また、運転診断装置Ａに着脱自在に接続された制御盤３には、運転条件を制御する制御部が搭載されており、造型機２のスクィーズ圧力、油圧ポンプ圧力、エアレーション圧力、上枠の位置、下枠の位置などを計測する計測手段である圧力センサや、エンコーダからの信号は直接制御盤３に取り込まれ、造型機２の運転状態（造型工程の運転状態など）が監視されている。また、制御盤３は、バルブ開閉（開度）制御用に出力している指令値も取り込んでいる。前記制御盤３としては、予め動作手順のプログラム（ソフトウエア）を記憶させておき、センサなどから出力された信号をもとに、プログラムした通りに動かすように指示を出すことができるものであれば、とくに限定されるものではないが、たとえばプログラマブル・ロジックコントローラ（ＰＬＣ）とすることができる。また、この運転診断装置Ａは、基準の動作データおよび実際の造型時に取り込んだ１サイクル毎の実測の動作データを、格納しているデータベースに保存する記憶手段と、基準の動作データと実測の動作データとを比較する比較手段と、該比較手段の結果に基づいて造型機の運転状態を診断する診断手段とを備えている。前記記憶手段としては、とくに限定されるものではないが、基準の動作データと実測の動作データを対比して表示するためのタッチパネル、ディスプレイなどの表示画面を備えたパーソナルコンピュータなどを用いることができる。前記造型機２の運転条件は実測の動作データに対応して保存されている。

前記動作データは、本実施の形態では、機械として造型機２が適用されているため、圧力波形や、工程時間、運転条件の各設定値（圧力波形の到達圧力の設定値（設定圧力値）や加圧時間（加圧指令時間）の設定値）、位置データなどを挙げることができる。この圧力波形に関しては、造型の良否を診断するうえで最も重要な要素のひとつとして挙げられるサンドタンク内の圧力波形（データ）である。また、工程時間には、たとえばターンテーブルの回転時間、パターンシャトル時間(行)、パターンシャトル時間(帰)、枠反転時間(正転)、枠反転時間(反転)、枠セット時間、ドロー時間、モールド押出時間（行）、モールド押出時間（帰）、枠合せ時間、抜枠時間または枠分離時間などがある。
また、前記基準の動作データは、運転状態を診断するにあたり比較判断の基準となる理想データであって、造型機の据付後などに行う試運転の調整の時にあらかじめ造型機の最適な運転条件による造型工程で取り込まれたデータである。
この運転条件や、圧力波形、工程時間の動作データは、形状が異なるパターンＮｏ．を用いて鋳物製品の製造のための造型(単にパターンＮｏ．という)毎に異なることから、基準の動作データとして鋳物製品の製造のための造型毎に確認した最適な動作データをデータベースに保存し登録しておくのが好ましい。また、診断はパターンＮｏ．を選択してパターンＮｏ．毎に行うものとする。本実施の形態では、動作データが圧力波形と工程時間など複数のデータがある場合、診断したい実測の動作データを選定できるように切り替えられる診断切替え手段を具備するのが好ましい。
なお、前記圧力波形や工程時間のデータは、たとえばＣＳＶファイルや、ＴＸＴファイル（タブ区切り）、ＰＲＮファイル（スペース区切り）などのファイルに保存したのをデータベースの所定のエリアファイルに置き換えて保存されている。

ところで、基準の動作データの圧力波形は、最適な運転条件の到達圧力の設定値や加圧時間の設定値を設定して動作させても、図２（ａ）に示されるように所定の到達圧力値Ｐと加圧時間Ｔの圧力波形になる。このときの圧力波形を基準の動作データの圧力波形と設定する。しかし、この到達圧力の設定値は、同一鋳物製品の製造のための造型でも混練砂の性状特性などにより作業者が手動にて高くしたり低くしたりしながら最適な造型運転を行っている。たとえば設定値を低く設定したときには、図２（ｂ）に示されるように、圧力波形の到達圧力が基準の到達圧力値Ｐの場合の圧力波形から、圧力波形の到達圧力値Ｐより低い到達圧力値Ｐ１の圧力波形になる。また、同様に加圧時間Ｔは制御部が自動的に長くしたり短くしたりしながら最適な造型運転を行っている。たとえば設定値を長く設定したときには、図２（ｃ）に示されるように、圧力波形の加圧時間が基準の加圧時間Ｔの場合の圧力波形から、制御部により圧力波形の加圧時間Ｔより長い加圧時間Ｔ１の圧力波形になる。
したがって、実際に実測した圧力波形の診断を行う際、診断結果の信頼性は診断基準となる基準の圧力波形の設定に大きく依存することになる。このため、基準の圧力波形は、実際の運転条件の圧力波形の設定値が基準の圧力波形の設定値と異なるときには新たな基準の圧力波形を考慮する必要がある。そこで、本発明では、運転条件の変更の有り無しにかかわらず、前記最適な運転条件時の基準の動作データを実測の動作データに対応する運転条件により、該基準の動作データを換算し、新たな基準の動作データを推定する推定手段を具備するのが好ましい。

以下、新たな基準の動作データとして、造型の品質に最も影響を及ぼす圧力波形と工程時間の推定による診断について説明する。
造型時の運転条件の圧力波形の設定値および到達圧力の設定値は、データベースに保存登録するとともに、基準の圧力波形の設定値と実測の圧力波形に対応する運転条件の到達圧力の設定値とを比較し、所定の圧力係数を算出した後に該係数を基準の圧力波形に乗じる。これにより、運転条件の圧力波形を定量的に加工して、診断基準となる新たな基準の圧力波形と推定しその後の実測した圧力波形の診断を行う。そして、その後の運転条件に際しても同様に新たな基準の圧力波形を推定してその後の実測した圧力波形の診断を行う。
また、加圧時間は、時系列で加圧中、加圧時間に相当する信号としてデータベースに保存登録するとともに、実測の圧力波形に対応する運転条件の加圧時間の設定値はデータベースに保存登録する。そして、基準の圧力波形の設定値と実測の圧力波形に対応する運転条件の加圧時間の設定値とを比較し、所定の加圧時間係数を算出した後に該係数を基準の圧力波形に乗じる。これにより、運転条件の圧力波形を定量的に加工して、診断基準となる新たな基準の圧力波形と推定しその後の実測した圧力波形の診断を行う。そして、その後の運転条件に際しても同様に新たな基準の圧力波形を推定してその後の実測した圧力波形の診断を行う。
この推定法により、最適な運転時の基準の圧力波形を頑なに固定値として扱うのではなく、運転条件の圧力波形の到達圧力の設定値および加圧時間の設定値を加味して新たな基準の圧力波形を推定し、その推定した圧力波形を用いて診断することで、圧力波形の診断を効率よく、最適に良く行うことができる。
また、圧力波形の診断を行った結果、許容範囲を逸脱した圧力波形のデータについては、たとえばエクセルなどの表計算ソフトや、グラフ作成ソフト、数値解析ソフトなどを用いた確認表示手段により全データ、たとえば運転条件と動作データを出力し、データの詳細確認とグラフ化を行うようにする。これにより、許容範囲を逸脱したデータの確認をしたり、また他の空圧データの特性とグラフとを重ねて描き相関を調べたりすることができる。

工程時間の診断については、造型運転時にトラブルが発生する可能性の高い項目について診断を行う。たとえば工程時間の診断項目としては、ターンテーブルの回転時間、パターンシャトル時間(行)、パターンシャトル時間(帰)、枠反転時間(正転)、枠反転時間(反転)、枠セット時間、ドロー時間、モールド押出時間（行）、モールド押出時間（帰）、枠合せ時間、抜枠時間または枠分離時間などがある。診断は基準の工程時間をもとに比較診断を行い、基準値の±８％以内を緑（Ｇｒｅｅｎ）、±１０％以内を黄色（Ｙｅｌｌｏｗ）、それらを逸脱したら桃色（Ｐｉｎｋ）で識別診断の結果を瞬時にわかるようにすることができる。このため、本実施の形態では、前記動作データが工程時間の場合、基準の工程時間の基準値内であるか否かを判断する判断手段と、該判断の結果をカラーで識別して表示する識別表示手段とを具備している。
また、本実施の形態では、工程時間の診断結果は統計演算手段と処理表示手段により、各診断項目毎に統計処理して、データベース内の最大値、最小値および平均値を瞬時に算出することができる。また、前記基準値±８％および±１０％以内の比率も％で表示できるようにされている。

つぎに、本実施の形態にかかわる診断手順を説明するが、本発明はかかる診断手順に限定されるものではない。まず、図３に示されるように、診断を開始する前に、あらかじめ基準の動作データとしての圧力波形と工程時間をデータベースに登録する。ここで、前述したようにこの基準の動作データとしての圧力波形と工程時間とは、機械立ち上げ試運転時などに収集したデータで、機械の理想的な運転状態を保存したものである。圧力波形と工程時間の登録は、ＣＳＶファイルから行い、異なる鋳物製品（パターンＮｏ．）毎に個別に登録できるようにされている。
ついで、データベースに実測の圧力波形と工程時間のデータを取り込む（ステップＳ１）。このデータの取り込みは、造型運転時にデータ収集したＣＳＶファイルを指定して行う。また、製造される鋳物製品（パターンＮｏ．）を指定する。なお、診断はパターンＮｏ．毎に行う。
ついで、圧力波形と工程時間のいずれかを診断するかの診断開始ボタン（キー）を選択する（ステップＳ２）。
（１）圧力波形の診断を行う場合
圧力波形の診断開始ボタンを押して、圧力波形の診断画面を表示させる（ステップＳ３）。そして、基準の圧力波形からの上下限許容範囲をしきい値として設定する（ステップＳ４）。診断開始ボタンを押せば基準の圧力波形とともに実測の圧力波形を次々と描きながら診断を行う（ステップＳ５）。許容範囲内の場合は、診断結果は「ＯＫ」と表示され、それを逸脱している場合は「Ｌｉｍｉｔ ｏｖｅｒ」が表示される（ステップＳ６）。「Ｌｉｍｉｔ ｏｖｅｒ」の実測の圧力波形については、履歴リストに記録される。この履歴リストからデータを選択すれば、エクセルへ出力しグラフ化する。
（２）工程時間の診断を行う場合
工程時間の診断開始ボタンを押して、工程時間の診断画面を表示させる（ステップＳ７）。ＣＳＶファイル毎に工程時間の診断項目を基準時間と比較して診断する（ステップＳ８）。診断結果は色で識別されているため、一目で判別できる。診断結果として、基準時間の±８％以内が「Ｇｒｅｅｎ」、基準時間の±１０％以内が「Ｙｅｌｌｏｗ」、その他が「Ｐｉｎｋ」の識別色で表示される。
また、各診断項目毎に統計処理も計算して、最大時間、最小時間および平均時間を算出する。さらに、診断結果、±８％以内や±１０％以内のデータの集計比率も併せて%表示する（ステップＳ９）。これにより、各診断項目における造型機の経年変化などの状況が把握でき、予防保全にも役立てることができる。

つぎに、圧力波形の診断についてさらに説明する。図４に示されるように、前記診断開始ボタンを押すと、基準の圧力波形の設定値が読み込まれる（ステップＳ１１）。
ついで、実測の圧力波形に対応する圧力波形の到達圧力の設定値を読み込む（ステップＳ１２）。そして、実測の圧力波形に対する、基準の圧力波形に乗ずる圧力係数Ｋ１を算出したのち（ステップＳ１３）、該圧力係数Ｋ１を基準の圧力波形に乗算する（ステップＳ１４）。なお、基準の圧力波形における到達圧力の設定値と実測の圧力波形における到達圧力の設定値とが同じ、すなわち変更がない場合は、圧力係数Ｋ１は１になる。
ついで、基準の圧力波形の加圧時間と実測の圧力波形に対応する圧力波形の加圧時間の設定値を読み込む（ステップＳ１５、Ｓ１６）。そして、基準の圧力波形を時間軸に伸縮する加圧時間係数Ｋ２を算出したのち、この加圧時間係数Ｋ２を前記圧力係数Ｋ１を乗算した基準の圧力波形に乗算して新たな基準の圧力波形を推定する（ステップＳ１７、Ｓ１８）。なお、基準の圧力波形における加圧時間の設定値と実測の圧力波形における加圧時間の設定値とが同じ、すなわち変更がない場合は、加圧時間係数Ｋ２は１になる。
ついで、この新たな基準の圧力波形に上下限の許容しきい値を設定する（ステップＳ１９）。
ついで、このしきい値を設定した新たな基準の圧力波形を用いて実測の圧力波形を診断し、許容範囲内である場合は診断結果を「ＯＫ」と表示して診断を終える（ステップＳ２０、Ｓ２１）。許容範囲外である場合は診断結果を「Ｌｉｍｉｔ ｏｖｅｒ」と表示して、履歴リストに記録する（ステップＳ２２）。
ついで、診断結果の履歴から任意に選択したデータをエクセルへ出力する（ステップＳ２３）。そして、圧力波形をエクセルにグラフ化する（ステップＳ２４）。

本実施の形態では、実測の圧力波形に対応する圧力波形の到達圧力の設定値および加圧時間の設定値を加味して新たな基準の圧力波形を推定し、その推定した圧力波形を用いて診断することで、圧力波形を高精度に診断することができる。

なお、本実施の形態では、運転診断装置を適用した造型機、たとえば枠付造型機または無枠造型機であるが、本発明は、かかる造型機に限定されるものではなく、たとえば製品毎に設定圧による波形が設定されているプレス工程を行うプレス機などの機械に適用することもできる。

また、本発明において、機械の運転状態を診断するにあたり、この機械の起動時の安全確認を行って診断を開始するのが好ましい。この安全確認の手順としては、まず機械の運転起動時、運転を操作する操作盤のタッチパネルの画面に所定の安全確認項目と選択キーを表示したのち、該安全確認項目に適合する選択キーを操作する。そして、所定の安全確認項目に対する選択キーの操作が完了したのち、運転起動時の安全が確認されているか否かを判定し、該判定結果に基づいて、前記タッチパネルの画面を所定の画面に切り換える操作を行う。
この手順を行うことにより、オペレータに起動時の安全確認をさせたのち、機械の不具合があればこれを解消して機械を起動開始させるため、診断の精度が向上する。
なお、機械がたとえば造型機である場合の安全確認事項としては、「配管は確実に接続され、配管およびホースの油、空気および水漏れはないか」などを挙げることができる。

本発明の一実施の形態にかかわる機械の運転診断装置のブロック図である。 基準の圧力波形、到達圧力の設定値の変更後の圧力波形および加圧時間の設定値の変更後の圧力波形の一例を示す図である。 本発明の一実施の形態にかかわるフローチャートの一例を示す面である。 本発明の一実施の形態にかかわる診断フローの一例を示す面である。

符号の説明

１ 操作盤
２ 造型機
３ 制御盤
Ａ 運転診断装置

Claims (7)

1. 造型機の運転状態を診断する造型機の運転診断装置であって、あらかじめ造型機の最適な運転条件による造型工程のときに取り込んだ基準の圧力波形と、実際の造型工程のときに取り込んだ１サイクル毎の実測の圧力波形とをデータベースに保存する記憶手段と、
   前記基準の圧力波形と実測の圧力波形とを比較する比較手段と、
   該比較手段の結果に基づいて造型機の運転状態を診断する診断手段であって、診断したい実測の圧力波形の診断に切り替える診断切替え手段を具備する診断手段と、
   前記実測の圧力波形に対する前記基準の圧力波形に乗ずる圧力係数を算出して当該圧力係数を基準の圧力波形に乗算し、その後、前記基準の圧力波形を時間軸に伸縮する加圧時間係数を算出して当該加圧時間係数を前記圧力係数を乗算した基準の圧力波形に乗算して新たな基準の圧力波形を推定する推定手段とを備えてなる造型機の運転診断装置。
2. 異なる鋳物製品の製造のための造型毎の基準の圧力波形がデータベースに保存されている請求項１記載の造型機の運転診断装置。
3. 前記造型機の運転条件が実測の圧力波形に対応して保存されている請求項１記載の造型機の運転診断装置。
4. 波形診断を行った結果、許容範囲を逸脱した圧力波形のデータについては、全データを出力し、データ詳細確認とグラフ化する確認表示手段を具備する請求項１記載の造型機の運転診断装置。
5. 造型機の運転状態を診断する造型機の運転診断法であって、
   あらかじめ造型機の最適な運転条件による造型工程のときに取り込んだ基準の圧力波形と、実際の造型工程のときに取り込んだ１サイクル毎の実測の圧力波形をデータベースに保存登録する工程と、
   前記基準の圧力波形と実測の圧力波形とを比較する工程と、
   診断したい実測の圧力波形の診断に切り替える診断切替え手段を具備する診断手段により前記比較の結果に基づいて造型機の運転状態を診断する工程と、
   前記実測の圧力波形に対する前記基準の圧力波形に乗ずる圧力係数を算出して当該圧力係数を基準の圧力波形に乗算し、その後、前記基準の圧力波形を時間軸に伸縮する加圧時間係数を算出して当該加圧時間係数を前記圧力係数を乗算した基準の圧力波形に乗算して新たな基準の圧力波形を推定する工程とを含むことを特徴とする造型機の運転診断法。
6. 異なる鋳物製品の製造のための造型毎の基準の圧力波形がデータベースに保存されている請求項５記載の造型機の運転診断法。
7. 前記造型機の運転条件が実測の圧力波形に対応して保存されている請求項６記載の造型機の運転診断法。