分析生产线运行状况的系统及其分析方法

具体实施方式

下文将结合附图描述本发明的实施例。首先，将描述实施例的主要特征。根据本发明实施例的分析系统能够对任意指定的分析目标周期进行分析。

图1示意性地表示出了系统100，它用来分析根据本发明的实施例的生产线的运行状况，该图还表示出了生产线102，它是系统100的分析目标。系统100包括管理装置134和分析装置146，管理装置集中管理从生产线102传来的数据，分析装置分析生产线102的运行状态。生产线102由一系列生产步骤组成，其中诸如加工工件、组装工件、检验等操作在这些生产步骤中被执行。

在生产线102上，从前一步骤传送来的工件经历在机床104、106、108、110上执行的操作。完成这些操作后，工件被送到后一步骤。工件通过传送线124从前一步骤传送到机床104。在机床104加工后的工件通过传送线126传送到机床106。在机床106加工后的工件通过传送线128传送到机床108。在机床108加工后的工件通过传送线130传送到机床110。在机床110加工后的工件通过传送线132传送到后一步骤。

机床104是装备了PLC112的加工机床，PLC是包含控制程序的微电脑。PLC112控制机床104的运转。工人150把从传送线124传送来的工件安装到机床104上，并打开机床104的开关(未示出)，以使得机床104根据包含在PLC112内的控制程序自动加工工件。工件加工结束后，机床104关闭开关，结束运转。机床104装备了工件检测装置(未示出)。工件检测装置检测工件是否已被安装到机床104上。工件检测装置将检测结果输出到PLC112。如果有必要，机床104能够从由PLC112进行的控制转换到由工人150执行的人工控制。例如，当更换机床104的刀具或者在工作台上检验机床104加工的工件质量时，就可以执行由工人150进行的人工控制。

与机床104类似，机床106、110也是装备了PLC114、116的加工设备。如果工人150将工件安装到机床106、110上，并打开其开关，则机床106、110根据包含在PLC114、116内的程序自动执行工件的加工。工件加工结束后，机床106、110关闭开关，由此结束运转。与机床104类似，机床106、110也装备了工件检测装置。仍然与机床104类似，机床106、110也能够从由PLC114、116进行的控制转换到由工人150执行的人工控制。

机床108是由工人150手动加工工件的加工机床。机床108装备有供工件安装的安装台(未示出)和工人150在加工工件时使用的工具(未示出)。工人150将传送线128送来的工件安装到机床108上，并使用工具手动加工该工件。

当生产线运行时，工人150围绕机床104、106、108、110来回走动。工人150在机床104处加工完工件后，工人150将加工好的工件从机床104取出并放到传送线126上，然后从传送线124上取下一个从前一步骤传送来的新工件并将它安装到机床104上。将新工件安装到机床104以后，工人150打开机床104的开关以开始在机床104处加工工件。打开机床104的开关以后，工人150移动到机床106。移动到机床106以后，工人150一直等到机床106加工工件结束。在机床106处加工工件结束以后，工人150将加工好的工件从机床106取出并放到传送线128上，然后从传送线126上取下一个新传送来的工件并将它安装到机床106上。在将新工件安装到机床106以后，工人150打开机床106的开关以开始在机床106处加工工件。在打开机床106的开关以后，工人150移动到机床108。在移动到机床108以后，工人150从传送线128上取一个新传送来的工件并将它安装到机床108上。将新工件安装到机床108以后，工人150通过使用机床108加工工件。在工人150结束工件的加工以后，工人150将加工好的工件从机床108取出并放到传送线130上。在取出工件以后，工人150移动到机床110。在移动到机床110以后，工人150一直等到在机床110处的工件加工结束。在机床110处的工件加工结束以后，工人150将加工好的工件从机床110取出并放到传送线132上，然后从传送线130上取下一个新传送来的工件，并将它安装到机床110上。将新工件安装到机床110以后，工人150打开机床110的开关以开始由机床110加工工件。在打开机床110的开关以后，工人150移动到机床104。在移动到机床104以后，工人150一直等到在机床104处的工件加工结束。在机床104处的工件加工结束以后，工人150再次更换在机床104处的工件。随着工人150重复执行上述系列操作，生产线102在机床104、106、108、110处加工工件并将工件传送到后一步骤。

机床104、106、110可分别配备有无线子基站118、120、122。无线子基站118、120、122能够与管理装置134配备的无线父基站136通讯。每个机床104、106、110每隔预定时间将它自身的运转状况输出到管理装置134。每个机床的运转状况用九种二进制信号表达。在下文中，将描述从机床104输出到管理装置134的信号。应当注意，机床106、110也向管理装置134传送类似的信号。

机床104输出的第一信号表示机床104是否在加工工件。当机床104正在加工工件时，第一信号输出ON。当机床104不在加工工件时，第一信号输出OFF。机床104输出的第二信号表示工件是否安装到机床104上。当工件安装到那里，第二信号输出ON。当工件没有安装到那里，第二信号输出OFF。机床104输出的第三信号表示机床104是否存在异常情况。当机床104有异常情况时，第三信号输出ON。当机床104没有异常情况时，第三信号输出OFF。机床104输出的第四信号表示刀具需要更换。在机床104上使用特定刀具加工完预定数量的工件(如1000个工件)以后，第四信号输出ON。在更换刀具之后，第四信号输出OFF。机床104输出的第五信号表示机床104被停下来更换刀具。当机床104被停下来以更换刀具，第五信号输出ON。在其它情况下，第五信号输出OFF。机床104输出的第六信号表示工件质量检验预报。在遵循先前的工件质量检验在机床104上加工完预定数量的工件(如100个工件)以后，第六信号输出ON。其后，当工件的质量检验已经执行后，第六信号输出OFF。机床104输出的第七信号表示机床104停下来以进行质量检验的状态。当机床104停下来以进行工件质量检验时，第七信号输出ON。在其它情况下，第七信号输出OFF。机床104输出的第八信号表示机床104是否被工人150的手动操作控制。当机床104被手动操作进行控制时，第八信号输出ON。当机床104不是被手动操作控制时，第八信号输出OFF。机床104输出的第九信号表示刀具被磨光。刀具被磨光的时间被称为研磨周期。如果机床104在研磨周期内，第九信号输出ON。在其它情况下，第九信号输出OFF。

管理装置134集中管理生产线102的运行状态。管理装置134装备有无限LAN子基站140和显示板138。无线父基站136能够单独地与机床104的无线子基站118、机床106的无线子基站120、机床110的无线子基站122通讯。管理装置134接受来自机床104、106、110的指示机床动作状态的信号，并在这些信号基础上控制显示板138。显示板138，也被称为“andon”，显示每个机床的动作状态以告诉从事生产线102的工人有关整个生产线102的运行状况。无线LAN子基站140能够与连接到网络144的无线LAN父基站142通讯。通过无线LAN子基站140和无线LAN父基站142，管理装置134能够与连接到网络144的分析装置146通讯。

分析装置146连接到网络144，并能够通过网络144与管理装置134通讯。分析装置146在从管理装置134传递来的机床动作状态的基础上分析生产线102的运行状态。

图2表示了分析装置146的结构。分析装置146装备有CPU202、通讯设备204、存储设备206、运行状况分析装置208、显示设备210和性能曲线生成设备212。CPU202控制通讯设备204、存储设备206、运行状况分析装置208、显示设备210和性能曲线生成设备212。通讯设备204控制经由网络144与其它设备的通讯。存储设备206存储从通讯设备204输入的数据、由运行状况分析装置208产生的数据和由性能曲线生成设备212生成的性能曲线。机床104、106、108、110在生产线102上的布置以及对于每个机床而言，它是否能够将自身的动作状态作为数据输出，都被预先存储在存储设备206中。运行状况分析装置208象下文描述的那样分析生产线102的运行状况。显示设备210装备有显示器，并由此显示从通讯设备204输入的数据、由运行状况分析装置208产生的数据和由性能曲线生成设备212生成的性能曲线。性能曲线生成设备212执行下文描述的性能曲线生成程序。

每次管理装置134从任何一个机床104、106、110获得信号时，管理装置134都会将获得的信号传递到分析装置146。分析装置146将机床104、106、110的输出信号的时序数据存储在存储设备206中。

下文将描述分析装置146执行的分析有关生产线102的运行状况的分析程序。分析装置146输入机床104、106、108、110在生产线102上的布置情况以及有关每个机床的信息，如该机床是否是一个能输出数据的机床或者是一个不能输出数据的机床。分析装置146搜索出存储在存储设备206中的数据，并在所分析的预定时间段(例如，一天)内提取从机床104、106、110获得的第一信号的时序数据。在所提取的时序数据的基础上，分析装置146确定机床104、106、108、110的等待周期和加工周期。

参照图3，将描述每个生产步骤的等待周期和加工周期的确定。对于能输出数据的各个机床104、106、110，已经获得第一信号(加工信号)的时序数据。对这些机床的每一个，从其自身的生产步骤的加工开始时刻到相应的加工结束时刻被定为加工周期(在图3中表示为“加工”)。通过检测机床输出的第一信号(加工信号)的上升时刻来确定机床生产步骤的加工开始时刻。通过检测机床输出的第一信号(加工信号)的下降时刻来确定机床生产步骤的加工结束时刻。确定了机床的加工周期以后，分析装置146确定分析目标周期内未包含在加工周期内的时间段作为等待周期。进一步地，对于每个机床104、106、110，所确定的等待周期被划分成两类，一类是机床等待直到更换工件操作成为可能的周期(在图3中表示为“等待A”)，另一类是需要工件更换操作的周期(在图3中表示为“等待B”)。至于等待周期的分类，如图3所示，在确定的等待周期中，从该机床的前一步骤的加工开始时刻持续到该步骤的相应的加工开始时刻的每个周期被确定为需要工件更换操作的周期。在分析装置146中，不被包括在需要工件更换操作的周期内的等待周期被确定为机床等待直到工件更换操作变为可能的周期。如果是针对机床110，其前一步骤是不能输出数据的机床(如，机床108)，等待周期全部被划分为机床等待直到工件更换操作变为可能的周期。

为了确定在不能输出数据的机床108内的工件加工时间，分析装置146设定后续工件在前一步骤(机床106)的加工开始时刻到特定工件在后一步骤(机床110)的加工开始时刻之间的持续时间作为机床(机床108)的加工周期。分析装置146确定在分析目标周期内的未包含在加工周期内的周期为机床108的等待周期。机床108的等待周期全部被划分为机床等待直到工件更换操作变为可能的周期(在图3中表示为“等待A”)。在前述方式中，分析装置146确定机床104、106、108、110的加工周期和等待周期。

对于机床104、106、110而言，通过使用机床输出的信号可以更加精确地分析每个机床的运行状况。在确定了每个机床的加工周期和等待周期以后，分析装置146使用机床输出的其它信号来确定需要从等待周期或加工周期排除的例外周期并从等待周期和加工周期排除该例外周期。本实施例的分析装置146划分出异常周期、刀具更换周期、质量检验周期、手动周期、研磨周期作为例外周期，异常周期是机床有异常情况出现的期间，刀具更换周期是刀具被更换的期间，质量检验周期是在机床上检查加工工件质量的期间，手动周期是工人150手动操作机床的期间，研磨周期是机床的刀具被打磨的期间。

对于例外周期，分析装置146将机床的第三信号(异常信号)为ON的期间处理为机床的异常期间，并从已经确定的加工周期和等待周期中排除异常期间。

对于刀具更换周期，分析装置146将第五信号(刀具更换信号)为ON状态的期间和从第八信号(手动信号)升为ON状态的时刻直到第一信号(加工信号)变成ON状态的时刻持续的时间处理为刀具更换周期，并从已经确定的加工周期和等待周期中去除这样的刀具更换周期。或者，分析装置146也可以将第四信号(刀具更换预报信号)为ON状态的期间和从第八信号(手动信号)升为ON状态的时刻直到第一信号(加工信号)变成ON状态的时刻持续的时间处理为刀具更换周期。

对于质量检验周期，分析装置146将第七信号(质量检验信号)为ON状态的期间和从第八信号(手动信号)升为ON状态的时刻直到第一信号(加工信号)变成ON状态的时刻持续的时间处理为质量检验周期，并从已经确定的加工周期和等待周期中去除这样的质量检验周期。或者，将第六信号(质量检验预报信号)为ON状态的期间和从第八信号(手动信号)升为ON状态的时刻直到第一信号(加工信号)变成ON状态的时刻持续的时间处理为质量检验周期。

对于手动周期，分析装置146将第四信号(刀具更换预报信号)、第五信号(刀具更换)、第六信号(质量检验预报信号)和第七信号(质量检验信号)都为OFF状态和其中第八信号(手动信号)为ON状态的期间处理为手动周期，并从已经确定的加工周期和等待周期中去除这样的手动周期。

对于研磨周期，分析装置146将第九信号(研磨信号)为ON状态的期间处理为研磨周期，并从加工周期和等待周期中去除这样的研磨周期。

在前述方式中，分析装置146确定了机床104、106、110的例外周期，并从已经确定的加工周期和等待周期中去除这样的例外周期。

在确定了各个加工步骤的加工周期、等待周期和例外周期以后，分析装置146生成了生产线102的性能曲线。生成的性能曲线的一个例子如图4所示。性能曲线400表示在分析目标周期(加工一个工件的平均周转时间)内的生产性能。通过用分析目标周期内在生产线102上加工的工件数目来除分析目标周期的长度，从而计算在分析目标周期内的生产性能。机床104、106、108、110的运行状况的细节被划分为加工周期、等待周期和例外周期，并用竖条404、406、408、410表示。在竖条404、406、408、410中，加工周期、等待周期和例外周期的长度是根据加工周期、等待周期和例外周期的长度占分析目标周期的长度的比例来确定的。性能曲线400表示生产线102相对于其目标生产性能402实际上实现了多少生产性能。参照性能曲线400，可以判断是否需要改进生产线102，如果需要，应该改进哪一个生产步骤。参照性能曲线400，可以很容易地掌握生产线102的运行状况。性能曲线400存储在分析装置146的存储设备206中，并显示在显示设备210上。分析装置146能够打印分析结果，将结果存储到外部存储设备中，并将结果传送到外部计算机。

根据本实施例的系统100，对于由能输出数据的机床104、106、110和不能输出数据的机床108混合组成的生产线102，机床104、106、108、110的加工周期和等待周期可以根据从机床104、106、110传来的这些机床的运转状态数据而确定。因此，可以确定不能输出数据的机床108的加工周期和等待周期，从而使得定量掌握不能输出数据的机床108和生产线102的生产性能之间的关系成为可能。

根据本实施例的系统100，通过使用来自能输出数据的机床104、106、110的第一信号(表示机床是否在执行加工的信号)，可以划分确定的等待周期是机床等待直到工件更换操作成为可能的周期，还是需要工件更换操作的周期。通过利用该信息，能够清楚地获知现有生产线存在的问题。例如，如果在某个生产步骤中，需要工件更换操作的周期过长，就能明白工人执行的工件更换操作是导致生产线性能受抑制的原因。在这种情况下，可以期望通过改变工人的安排或改变由工人执行的操作内容来提高生产线的性能。进一步地，如果机床等待直到工件更换操作成为可能的周期过长，就能明白前一和/或后一操作步骤是导致生产线性能受抑制的原因。在这种情况下，可以期望，例如，通过将产生问题的生产步骤以并行方式加倍布置以提高生产步骤的性能，从而提高提高生产线的性能。

虽然上面详细描述了本发明的实施例，但是这些实施例仅仅是示意性的，而不是限制权利要求的范围。在权利要求中描述的技术包括上述具体实施例的各种变型和替代方案。进一步地，在说明书或附图中描述的技术要素单独地或以要素的各种组合形式提出技术实用性，并且这些技术要素不限于申请的权利要求中描述的组合。进一步地，在说明书或附图中例举的技术同时达到多个目标，并且任何一个目标的实现仍具有技术实用性。