JPH11119815A

JPH11119815A - Ｎｃ工作機械の故障診断方法及び装置

Info

Publication number: JPH11119815A
Application number: JP30373197A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Kakumoto; 雅彦覚本
Original assignee: Nakamura Tome Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Nakamura Tome Precision Industry Co Ltd
Priority date: 1997-10-17
Filing date: 1997-10-17
Publication date: 1999-04-30
Anticipated expiration: 2017-10-17
Also published as: JP3744661B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＮＣ工作機械の故障をコンピュータを用いて
診断する方法及び装置に関し、通信回線を利用して適時
的確に高度な故障診断を可能にする。【解決手段】ＣＮＣ工作機械とホストコンピュータと
を通信回線を介して接続可能に設置し、特定の操作また
は警報装置の動作信号により工作機械側の回線接続装置
を起動してホストコンピュータに接続し、工作機械及び
その付属装置に設けられているスイッチ、センサ及びリ
レーのオンオフ状態を含む状態データをホストコンピュ
ータに送信し、ホストコンピュータは受信した状態デー
タと自己が保有する故障診断手段により故障原因を抽出
し、抽出した故障原因に対応するメッセージないし故障
回復プログラムを工作機械側に送信する。ホストコンピ
ュータの故障診断手段は、診断対象となる工作機械の制
御系の論理モデルと、受信した状態データに基いて生成
した故障モデルとを用いて故障箇所を抽出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ＮＣ工作機械の
故障を診断する方法及び装置に関するもので、特にコン
ピュータを備えたＮＣ工作機械（ＣＮＣ工作機械）の機
械系及び制御系に生じた故障を、コンピュータを用いて
診断する方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高度に自動化されたＣＮＣ工作機械は、
自動工具交換装置を初めとして、ローダやアンローダ、
ワークの位置や寸法の検出装置など、多くの付属装置を
備えており、これらの付属装置を含む工作機械全体を統
合的に制御するため、及びオペレータの誤操作や装置に
生じた軽微な故障が重大事故に繋がることがないように
するために、インターロックを含む複雑で大規模な制御
システムを備えている。そのため、オペレータがスイッ
チ類を操作したときに対応する動作が起こらなかった
り、運転中の機械が停止したときなどに、オペレータが
独自でその原因を見出すことが非常に困難になってきて
いる。

【０００３】このような場合、工作機械のユーザは、メ
ーカに電話をかけ、機械の状態を告げてどのように対処
したらよいかを問い合わせる。メーカの技術者は故障の
原因を探るために、オペレータに特定のスイッチ類の操
作等を依頼し、そのときの機械の動作や操作盤に設けら
れているディスプレイの表示内容を連絡してもらう。こ
れらのデータによってメーカの技術者は故障箇所を予測
し、軽微な故障であれば復旧させるために必要な操作手
順を連絡する。故障原因を特定することができなかった
り、復旧操作を行っても機械が復旧しないときは、メー
カの技術者はユーザに機械状態についての追加情報を求
め、それに基づく故障原因の追及作業を繰り返す。

【０００４】このようなユーザとメーカ間の電話でのや
りとりによる故障診断では、故障が起こったときの機械
内部の、たとえばリミットスイッチのオンオフ状態やリ
レーのオンオフ状態が直接検出できないため、スイッチ
類を種々操作してみることによってそれらの状態を予測
し、それに基いて故障原因を予測することになるので、
診断作業に時間がかかるうえ、正確な診断結果を得るこ
とも困難であり、そのために機械の復旧に時間がかか
る。

【０００５】故障発生時におけるこのような問題を軽減
するため、工作機械に設けられているコンピュータに故
障診断プログラムを内蔵し、それによってオペレータや
メーカの技術者によるコンピュータ診断作業を補佐する
ようにした工作機械が提供されている。この種の故障診
断プログラムは、工作機械が停止したり所望の動作を行
わないとき、オペレータがキーボードやタッチパネルの
操作でその原因を問い合わせることによって動作し、機
械の状態を自己診断して、故障の原因をディスプレイに
表示するというものである。

【０００６】さらに近時のコンピュータ間の通信手段の
発達により、各種の故障診断プログラムをメーカのホス
トコンピュータに待機させておき、故障が起こったとき
に工作機械側のコンピュータが通信回線を使ってメーカ
のホストコンピュータにアクセスして、故障診断プログ
ラムをダウンロードし、それによって工作機械自身が故
障の診断をするというシステムも提供されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、ユー
ザとメーカの技術者とが電話で故障状態を連絡しながら
故障診断を行うという方法は、煩雑で時間がかかり、短
時間で正確に故障原因を判定することは困難である。さ
らに夜間運転中に故障が起きたときなど、現場にオペレ
ータが居なかったり、メーカに技術者が居なかったりし
て、故障診断ができないということが起こる。

【０００８】一方各工作機械のコンピュータに故障診断
プログラムを内蔵するという方法は、比較的頻繁に生ず
る単純な原因の故障の診断には有効であるが、複雑な原
因で生ずる故障についても自己診断可能にしようとする
と、故障診断プログラムが膨大になり、装置が非常に高
価になる。通信回線を通じて故障診断プログラムをメー
カのホストコンピュータから工作機械のコンピュータに
ダウンロードする方法においても、工作機械側のコンピ
ュータの処理能力やメモリの制限によって、故障診断プ
ログラムの大きさが制限され、高度の診断を行うことは
不可能である。

【０００９】この発明は、工作機械に搭載するコンピュ
ータを含む制御装置のコストを上昇させることがなく、
かつ適時的確に高度な故障診断を行うことが可能な、工
作機械の故障診断方法及び装置を提供することを課題と
している。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のＮＣ工作
機械の故障診断方法は、ＣＮＣ工作機械２５と、故障診
断手段１５、１６、１８を備えたホストコンピュータ６
とを、通信回線を介して接続可能に設置し、オペレータ
の特定の操作または警報装置の動作信号により工作機械
側の回線接続装置２を起動してホストコンピュータ６に
接続し、ホストコンピュータ６の応答を待って工作機械
及びその付属装置に設けられているスイッチ、センサ及
びリレーのオンオフ状態を含む状態データをホストコン
ピュータ６に送信し、ホストコンピュータ６は受信した
状態データと自己が保有する故障診断手段１５、１６、
１８により故障原因を抽出し、抽出した故障原因に対応
するメッセージないし故障回復プログラムを工作機械側
に送信することを特徴とするものである。

【００１１】請求項２記載の発明は、請求項１記載のＮ
Ｃ工作機械の故障診断方法においてホストコンピュータ
の故障診断手段を、診断対象となるＣＮＣ工作機械２５
の制御系の論理モデルと、ＣＮＣ工作機械から受信した
状態データに基いて論理モデルの各要素の状態を設定し
て故障モデルを生成する状態設定手段１５と、故障モデ
ルの動作シュミレーションにより故障箇所を抽出する故
障箇所抽出手段１６と、抽出された故障箇所から送信す
るべきメッセージ及び／又は回復プログラムを選択する
回復処理選択手段１８とで構成することを特徴とするも
のである。

【００１２】請求項３記載の発明は、請求項１記載のＮ
Ｃ工作機械の故障診断方法において、ホストコンピュー
タの故障診断手段を、ＣＮＣ工作機械から受信した動作
履歴データに基いて論理モデルの各要素の状態を設定し
て故障モデルを生成する状態設定手段１５と、生成した
故障モデルの各要素の状態と工作機械から受信した状態
データの各要素の状態との比較により故障箇所を抽出す
る故障箇所抽出手段１６と、抽出された故障箇所から送
信するべきメッセージ及び／又は回復プログラムを選択
する回復処理選択手段１８とで構成することを特徴とす
るものである。

【００１３】請求項４記載のＣＮＣ工作機械の故障診断
装置は、回線接続装置２と、オペレータによる特定のス
イッチの操作信号または警報装置の動作信号を受けて回
線接続装置を動作させて回線をホストコンピュータ６に
接続する通信制御手段９と、工作機械及びその付属装置
の制御機器のオンオフ状態を含む状態データないし動作
履歴データを記憶するデータ記憶領域８と、ホストコン
ピュータ６からの応答信号を受けてデータ記憶領域のデ
ータをホストコンピュータ６に送信するデータ送信手段
１１と、ホストコンピュータ６から送信されるメッセー
ジを表示したり回復プログラムを実行する回復処理実行
手段１２とを備えていることを特徴とするものである。

【００１４】請求項５記載のＮＣ工作機械の故障診断装
置は、回線接続装置７と、回線接続装置を動作させる通
信制御手段２１と、工作機械からのアクセスによって起
動される故障診断手段１５、１６、１８と、回線接続装
置を介して受信した状態データを記憶するデータ記憶領
域１３と、特定の工作機械の制御系に対応する論理モデ
ルを記憶した論理モデル記憶領域１４と、複数のメッセ
ージ及び／又は回復プログラムを記憶した知識ベース１
７と、選択されたメッセージや回復プログラムを送信す
るデータ送信手段１９と、回線接続装置７を制御する通
信制御手段２１とを備えていることを特徴とするもので
ある。

【００１５】

【作用】工作機械の付属装置の制御及び付属装置との関
連における工作機械の制御は、シーケンス制御によって
行われている部分が大部分である。シーケンス制御系の
論理モデルとしては、例えばペトリネットモデルを挙げ
ることができる。ペトリネットモデルは、シーケンス制
御系を構成する接点やリレーのオンオフ状態がどのよう
な条件によって遷移するかを各要素毎に記述し、これら
の要素間の繋がり方を記述することにより、シーケンス
制御系と等価な論理モデルを得るものである。現実の工
作機械には、オペレータのスイッチ操作、２つの電気要
素間の機械的な関係や機械的なインターロックなど、シ
ーケンス制御系の設計図には表れない要素も含まれるの
で、これらの要素を加味した制御系に対応するペトリネ
ットモデルを作成することにより、現実に則した論理モ
デルを得ることができる。この論理モデルを用いて、工
作機械の動作をシュミレートすることができ、また故障
状態や正常状態における各要素の状態をチェックできる
ので、それを利用して故障箇所の抽出を行うことができ
る。

【００１６】ＣＮＣ工作機械２５とホストコンピュータ
６とを接続する通信手段として、インターネットが利用
可能である。インターネットを利用することにより、広
くかつ安価にこの発明の故障診断方法を実施できる。こ
の発明の方法によれば、工作機械とホストコンピュータ
との間で送受信されるデータは、工作機械側から送られ
る状態データないし動作履歴データとホストコンピュー
タ側から送られる選択されたメッセージないし故障回復
プログラムであるから、送受信されるデータのデータ量
が小さく、従って通信回線や工作機械側のコンピュータ
の負担を小さくできる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下図１及び図３に示す実施形態
に基いて説明する。工作機械側のコンピュータ１は、モ
デム２を備えており、このモデムは公衆回線３及び任意
のプロバイダ４を介してインターネット５に接続されて
いる。工作機械のメーカに設置したホストコンピュータ
６は回線接続装置７を備え、この回線接続装置も公衆回
線３及び任意のプロバイダ４を介してインターネット５
に接続されている。

【００１８】工作機械のコンピュータ１は、データ記憶
領域８を備え、データ記憶領域８には、ＮＣの座標デー
タ、アラーム状態データ、アラーム履歴データ、操作履
歴データ及び工作機械本体とその付属装置とに設けられ
た多数のスイッチ、センサ、リレーなどの機器のオンオ
フ状態などのデータが状態データないし動作履歴データ
として記憶される。さらに工作機械のコンピュータ１
は、モデム２を制御する通信制御手段９、コンピュータ
に記憶されたデータのうちの予め定められたものを送信
するデータ送信手段１１、及びモデムを介して受信した
処理内容データを実行する回復処理実行手段１２を備え
ている。通信制御手段９、データ送信手段１１及び回復
処理実行手段１２は、プログラムである。

【００１９】一方ホストコンピュータ６は、工作機械側
から送られてくる状態データないし動作履歴データを記
憶するデータ記憶領域１３と、診断対象となる工作機械
の制御系の論理モデルを記憶した論理モデル記憶領域１
４と、論理モデル記憶領域に記憶されている工作機械の
制御系に対応する論理モデルを選択してその状態を状態
データ記憶領域に記憶された状態データないし動作履歴
データに基いて設定ないし動作させて故障モデルを生成
する状態設定手段１５と、故障モデル、論理モデル、受
信した故障機械の各要素の状態などのデータから故障箇
所を抽出する故障箇所抽出手段１６と、各工作機械の制
御系ごとの各故障箇所に対応するメッセージ及び自動復
旧可能な故障についての回復プログラムを記憶した知識
ベース１７と、知識ベースから故障原因に対応したメッ
セージ（回復プログラムを含む）を選択する回復処理選
択手段１８と、選択されたメッセージや回復プログラム
から処理内容データを作成し、送信するデータ送信手段
１９と、回線接続装置７を制御する通信制御手段２１と
を備えている。状態設定手段１５、故障箇所抽出手段１
６、回復処理選択手段１８、データ送信手段１９及び通
信制御手段２１は、プログラムである。

【００２０】論理モデル記憶領域１４には、診断対象と
なる工作機械のシーケンス制御系の論理モデルが記憶さ
れている。論理モデルとしてペトリネットを採用した場
合には、行列演算によりシステムの挙動を調べることが
できる。

【００２１】ペトリネットは、プレイスとトランシジョ
ンの２種類のノードと有向枝を持つグラフであり、プレ
イスはトークンを持つことができる。工作機械等のシス
テムを表現する場合には、プレイスは、スイッチやセン
サ等の各構成要素、作業者による操作及びインターロッ
クの条件を表し、トランシジョンは、システムの各処理
や各遷移を表し、トークンはプレイスの状態（オン・オ
フなど）を表す。トランシジョンは、そのトランシジョ
ンに入力する方向に枝が接続するプレイス（入力プレイ
ス）の全てがトークンを持つ場合に初めて処理や遷移を
開始（発火）する。また、トランシジョンの発火後に
は、入力プレイスのトークンは消滅し、そのトランシジ
ョンから出力する方向に枝が接続するプレイス（出力プ
レイス）に新たにトークンが生じる。ペトリネットによ
りシステムを表現して、これを行列により記述してシス
テムの数学的な論理モデルを得た後には、各プレイスの
オン・オフの設定から、システムの挙動をコンピュータ
によりシュミレートすることが可能になる。

【００２２】工作機械２２が故障のために停止してアラ
ーム装置が動作するか、あるいはオペレータが工作機械
に所望の動作をさせようとしてそのスイッチを操作した
にも係わらず動作しなかったときは、そのアラーム装置
の起動により、あるいはオペレータが特定のスイッチを
操作することにより、通信制御手段９を起動し、工作機
械のコンピュータ１をホストコンピュータ６に接続す
る。そしてホストコンピュータ６からの応答を受けた
後、工作機械側のコンピュータ１のデータ記憶領域８に
記憶されている状態データをホストコンピュータ６側に
送信する。この状態データには、工作機械側のシーケン
ス制御系を構成する各要素のオンオフ状態、操作履歴デ
ータ、アラーム動作データ等が含まれる。ホストコンピ
ュータ６は受信した状態データをデータ記憶領域１３に
記憶する。

【００２３】ホストコンピュータ６の状態設定手段１５
および故障箇所抽出手段１６は、論理モデル記憶領域１
４に記憶されている論理モデルの中から、診断要求のあ
ったユーザの使用している工作機械の制御系に該当する
論理モデルを選択し、選択された論理モデルの各要素の
状態をデータ記憶領域に記憶した状態データに基いて設
定して故障モデルを生成し、特定のスイッチ類をオンオ
フさせたときの故障モデルの動作をシュミレートした
り、動作履歴データに基づいて論理モデルを動作させて
そのときの各要素の状態をデータ記憶領域に記憶された
故障機械の各要素の状態と比較すること等により、故障
原因を抽出する。

【００２４】論理モデルにペトリネットを利用した場
合、故障原因の抽出は故障モデルの未発火トランシジョ
ンを特定することにより行われる。未発火のトランシジ
ョンが発火条件が整っているにも係わらず未発火である
場合には、そのトランシジョンが故障原因であり、シス
テム内部に故障原因が存在することになる。一方、未発
火トランシジョンの発火条件が整っていないことが未発
火の原因であれば、未発火トランシジョンの入力プレイ
ス側に故障原因があると考えられる。

【００２５】故障原因が抽出されたら、回復処理選択手
段１８は、故障に合ったメッセージ及び可能な場合には
その回復プログラムを知識ベース１７に記憶されている
データの中から選択する。選択されたメッセージ（プロ
グラムを含む）は、データ送信手段１９により処理内容
データに変換され、回線を通して工作機械側のコンピュ
ータに送信される。

【００２６】工作機械側のコンピュータでは、回復処理
実行手段１２によりモデム２を介して受信した処理内容
データに基づいて、メッセージを表示装置２３に表示し
たり、回復プログラムを実行することにより故障の回復
を図る。

【００２７】図４は上記のような処理を行う過程におい
て、工作機械側の表示装置２３と、ホストコンピュータ
側の表示装置２４とに表示されるメッセージの例を示し
たものである。オペレータが故障診断システムを呼び出
すことにより、工作機械側の表示装置２３に遠隔故障診
断システムというプログラム名が表示され、取消及び実
行ボタンが表示される。そこで現象の入力画面が表示さ
れ、オペレータは例えば自動ドアが手動スイッチで動作
しない等の故障の現象を入力して、完了ボタンを押す。
これによりホストコンピュータとの交信が開始され、工
作機械側の表示装置にはその旨のメッセージが表示され
る。工作機械側から故障診断システムの起動指令を受け
たホストコンピュータは、ユーザ名や機械名を表示装置
２４に表示して、システム起動及び交信中である旨のメ
ッセージを表示する。次に故障原因解析中である旨のメ
ッセージを表示し、故障原因が抽出されたら、診断結果
送信中である旨を表示する。この状態でホストコンピュ
ータは診断結果のデータを工作機械側のコンピュータに
送信し、工作機械側の表示装置には、ホストコンピュー
タから送られたメッセージ例えば自動ドア用エアソレノ
イドバルブの不良です、というような故障原因の診断結
果が表示される。

【００２８】

【発明の効果】本発明の故障診断方法及び装置によれ
ば、次のような効果を得ることができる。・通信回線により必要な情報を一度に全て抽出すること
ができるので、情報の交換に費やす時間が短い。・専門的な経験や知識を持った技術者の常駐が不要であ
る。・故障診断システムがホストコンピュータ側にあるの
で、機械本体のコストを低減すると共に、最新のシステ
ムにより故障診断をすることが可能になる。・診断作業が自動化されるので、迅速な対応が可能であ
る。・ホストコンピュータの稼働時間内であれば故障診断が
可能であり、夜間等でも故障診断サービスを提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】故障診断装置を示す模式図

【図２】ＣＮＣ工作機械を示す模式図

【図３】ホストコンピュータを示す模式図

【図４】表示装置の表示内容例を示す図

【符号の説明】

２回線接続装置６ホストコンピュータ７回線接続装置８データ記憶領域９通信制御手段 13 データ記憶領域 14 論理モデル記憶領域 15 状態設定手段 16 故障箇所抽出手段 17 知識ベース 18 回復処理選択手段 19 データ送信手段 21 通信制御手段 25 ＣＮＣ工作機械

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＣＮＣ工作機械(25)と、故障診断手段(1
5,16,18)を備えたホストコンピュータ(6) とを、通信回
線を介して接続可能に設置し、オペレータの特定の操作
または警報装置の動作信号により工作機械側の回線接続
装置(2) を起動してホストコンピュータ(6) に接続し、
ホストコンピュータ(6) の応答を待って工作機械及びそ
の付属装置に設けられているスイッチ、センサ及びリレ
ーのオンオフ状態を含む状態データをホストコンピュー
タ(6) に送信し、ホストコンピュータ(6) は受信した状
態データと自己が保有する故障診断手段(15,16,18)によ
り故障原因を抽出し、抽出した故障原因に対応するメッ
セージないし故障回復プログラムを工作機械側に送信す
ることを特徴とする、ＮＣ工作機械の故障診断方法。
【請求項２】ホストコンピュータの故障診断手段を、
診断対象となるＣＮＣ工作機械(25)の制御系の論理モデ
ルと、ＣＮＣ工作機械から受信した状態データに基いて
論理モデルの各要素の状態を設定して故障モデルを生成
する状態設定手段(15)と、故障モデルの動作シュミレー
ションにより故障箇所を抽出する故障箇所抽出手段(16)
と、抽出された故障箇所から送信するべきメッセージ及
び／又は回復プログラムを選択する回復処理選択手段(1
8)とで構成することを特徴とする、請求項１記載のＮＣ
工作機械の故障診断方法。
【請求項３】ホストコンピュータの故障診断手段を、
診断対象となるＣＮＣ工作機械(25)の制御系の論理モデ
ルと、ＣＮＣ工作機械から受信した動作履歴データに基
いて論理モデルを動作させて故障モデルを生成する状態
設定手段(15)と、生成した故障モデルの各要素の状態と
工作機械から受信した状態データの各要素の状態との比
較により故障箇所を抽出する故障箇所抽出手段(16)と、
抽出された故障箇所から送信するべきメッセージ及び／
又は回復プログラムを選択する回復処理選択手段(18)と
で構成することを特徴とする、請求項１記載のＮＣ工作
機械の故障診断方法。
【請求項４】回線接続装置(2) と、オペレータによる
特定のスイッチの操作信号または警報装置の動作信号を
受けて回線接続装置を動作させて回線をホストコンピュ
ータ(6) に接続する通信制御手段(9) と、工作機械及び
その付属装置の制御機器のオンオフ状態を含む状態デー
タないし動作履歴データを記憶するデータ記憶領域(8)
と、ホストコンピュータ(6) からの応答信号を受けてデ
ータ記憶領域のデータをホストコンピュータ(6) に送信
するデータ送信手段(11)と、ホストコンピュータ(6) か
ら送信されるメッセージを表示したり回復プログラムを
実行する回復処理実行手段(12)とを備えていることを特
徴とする、ＣＮＣ工作機械の故障診断装置。
【請求項５】回線接続装置(7) と、回線接続装置を動
作させる通信制御手段(21)と、工作機械からのアクセス
によって起動される故障診断手段(15,16,18)と、回線接
続装置を介して受信した状態データないし動作履歴デー
タを記憶するデータ記憶領域(13)と、特定の工作機械の
制御系に対応する論理モデルを記憶した論理モデル記憶
領域(14)と、複数のメッセージ及び／又は回復プログラ
ムを記憶した知識ベース(17)と、選択されたメッセージ
や回復プログラムを送信するデータ送信手段(19)と、回
線接続装置(7) を制御する通信制御手段(21)を備えてい
ることを特徴とする、ＮＣ工作機械の故障診断装置。