(57)【要約】【課題】ガラスと機構との間、及び機構間において干渉する変位又はシーケンスの制限を高精度で予測する。【解決手段】ガラス形成機械は、機械の動作を制御するために使用される複数のイベント角を入力として受け取る。該イベント角は、１周期内で各イベントがオン／オフされる時点を規定し、完了に２機械サイクルよりも多くを要するガラス・プロセスにおいて、時点を表すために展開される。展開サイクルのコンピュータ化モデルは、プロセス・イベント時点の最適スケジュールを決定するために、コンピュータ化モデルを制約最適化問題として分析し、プロセス・イベント時点の複数の順次中間スケジュールを決定する【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械サイクルにおける離散時点において動作させる多数の変位可能な機構及びプロセスを含むガラス形成機における制御システムであって、機械サイクルにおいて各機構またはプロセスを動作させる時点をイベント角度テーブルが規定し、前記ガラス形成機は、完了に２機械サイクルよりも多くを要するガラス・プロセスにおいて、溶融ガラスの塊を瓶に変形し、前記機械サイクル・イベント角度をガラス・プロセス・イベント時点に展開し、コンピュータ化モデルとして提示する制御システムにおいて、
プロセス・イベント時点の最適スケジュールを決定するために、前記コンピュータ化モデルを制約最適化問題として分析し、プロセス・イベント時点の複数の順次中間スケジュールを決定するコンピュータ
を備えていることを特徴とする制御システム。
【請求項２】
請求項１記載の制御システムにおいて、前記プロセス・イベント時点の中間スケジュールは、線形補間によって決定されることを特徴とする制御システム。
【請求項３】
請求項１記載の制御システムにおいて、前記コンピュータ・モデルを制約最適化問題として分析することによって、前記プロセス・イベント時点の中間スケジュールの各々が決定されることを特徴とする制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス形成機械の制御システムに関し、より詳細には、ＩＳ（Individual Section: 個別セクション）機械の制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、２００４年１１月３日に出願した米国特許出願第１０／９８０，５０２号の一部継続出願である。
【０００３】
ＩＳ機械は、複数の（通常は、６、８、１０又は１２）セクションを含む。各セクションは、ブランク金型の半分を担持する対向する金型支持部を有する金型開閉機構を含むブランク部を有する。金型支持部は、空気式シリンダ又は翼状アクチュエータ(profiled actuator)（サーボ・モータ）のような適宜のモータによって、開放位置及び閉鎖位置の間を変位する。閉鎖したブランク金型に、溶融ガラスの塊（ゴブ）が送り込まれると、ブランク金型の開放上面がバッフルによって閉鎖される。バッフルは、適宜のモータによって遠隔位置から前進位置まで変位される。塊は、ブランク金型の中でパリソンに形成され、パリソンの表面が十分に冷却された後、バッフルを引っ込めて、金型支持部を引っ込め、反転機構によって回転するように支持されている１対のネック・リンク・ホルダ・アームを１８０゜回転させて、パリソンを吹込セクションに変位させる。吹込セクションも、吹込金型の半分をそれぞれ担持する、対向する金型支持部を含む。これらの金型支持部は、適当なモータによって、開放位置及び閉鎖位置の間を変位される。パリソンが吹込部に位置すると、金型支持部は閉鎖され、ネック・リング・アームを開放してパリソンを放出し、反転機構がネック・リング・アームをブランク側に戻し、吹込ヘッド支持部が引き込み位置から前進位置に変位し、ここで、支持されている吹込ヘッドが吹込金型を閉鎖する。パリソンに吹込を行って瓶を形成し、十分に冷却したときに、吹込ヘッドを引っ込め、ブランク金型を開放し、取出機構を変位させて、形成された瓶を取り出し、これをデッド・プレート（口板）上に搬送し、ここで瓶をぶら下げたまま冷却し、次いでデッド・プレート上に積み上げる。機構及びデバイスの移動に加えて、空気式シリンダ又は金型冷却システムへのプロセス・エアーも制御することができる。
【０００４】
各セクションは、コンピュータによって制御されている。コンピュータは、３６０度タイミング・ドラム（プログラマブル・シーケンサ）の制御の下で動作する。３６０度タイミング・ドラムは、ドラム周囲に有限数の角度刻みを規定し、ここで３６０度の回転毎に、機構等をオン及びオフに切り替えることができる。操作者が選択する複数の「イベント角度」で、各バルブは動作を一巡し（オン及びオフとなる）、各機構も動作を一巡する。
できるだけ速いサイクル速度でＩＳ機械を動作させることが有利である。従来これを達成した度合いは、操作者の習熟度に依存している。熟練した操作者は、他の操作者が可能なよりも速いサイクル速度で、同じ瓶を操ることができる。
【０００５】
これまで最良の操作者でなければ操作できなかった速度で、任意の同僚が機械を操作させることができるようにするために、ＩＳ機械の制御について米国特許第６，６０４，３８３号、第６，６０４，３８４号、第６，６０４，３８５号、第６，６０４，４８６号、６，６０６，８８６号、第６，７０５，１１９号、第６，７１１，１２０号、及び第６，７２２，１５８号に開示されている。これらの特許の教示は、ここで引用したことにより、本願にも含まれるものとする。その制御にしたがって、機械サイクルを最初に規定する際に、３６０イベント角度表を制約図に展開する(unwrap)。「展開する」とは、溶融ガラスのランナからの塊を切断することによって、溶融ガラスの塊を形成することから始まり、形成された瓶をデッド・プレート上に配置したときに、取り出しトング(tong)を開放することで終了するガラス・プロセス・サイクルを意味する。このプロセス・サイクルは、２機械周期よりも多少長いことが通常である。次いで、展開したサイクル制約図の数学的表現を作る。これは、二次コスト関数(quadratic coＳt equation)に使用により、自動形成及び解決が可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＩＳ機械をサーボ制御機構によって制御するとき、ガラスと機構との間、及び機構間において干渉する変位又はシーケンスの制限を、かなりの正確度で予測することができるが、一方、従来のＩＳ機械は、空気式モータで変位させる機構を有しており、この予測精度は遥かに低い。
本発明の目的は、従来のＩＳ機械に容易に適用することができる、先に論じた形式のガラス形成機用の制御システムを提供することである。
本発明のその他の目的及び利点は、本明細書の以下の部分、及び添付図面から明らかとなるであろう。添付図面は、本発明の原理を組み込んだ、現時点における好適な実施形態を示している。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的を達成するために、本発明は、機械サイクルにおける離散時点において動作させる多数の変位可能な機構及びプロセスを含むガラス形成機における制御システムであって、機械サイクルにおいて各機構またはプロセスを動作させる時点をイベント角度テーブルが規定し、前記ガラス形成機は、完了に２機械サイクルよりも多くを要するガラス・プロセスにおいて、溶融ガラスの塊を瓶に変形し、前記機械サイクル・イベント角度をガラス・プロセス・イベント時点に展開し、コンピュータ化モデルとして提示する制御システムにおいて、プロセス・イベント時点の最適スケジュールを決定するために、前記コンピュータ化モデルを制約最適化問題として分析し、プロセス・イベント時点の複数の順次中間スケジュールを決定するコンピュータを備えていることを特徴とする制御システムを提供する。
上記した制御システムにおいて、前記プロセス・イベント時点の中間スケジュールは、線形補間によって決定されることが好ましい。また、前記コンピュータ・モデルを制約最適化問題として分析することによって、前記プロセス・イベント時点の中間スケジュールの各々が決定されることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、既存の機械設定について、最適化されたサイクルの時間（最適サイクル時間）、及び、そのスケジュールに対する最適化されたイベント角度を規定するための、前述の特許において開示されているような、コンピュータ化モデルの使用を示す。既知の移動期間、準移動期間(Sub-motion duration)、衝突分岐下限、シーケンス分岐下限、イベント時点、及び、最適機械サイクル時間／目標／ロック・ステータスが入力されて、最短サイクル時間を得るための、展開したスケジュールを最適化する（ステップ８２）、コンピュータ化モデル６４は、実現可能なスケジュールがあるか否か判定を行う（ステップ８３）。存在しない場合、モデルは入力を拒絶する（ステップ８５）。実現可能なスケジュールがある場合、モデルは、最適イベント時点をイベント角度に取り込み（ステップ８４）、スケジュール・サイクルについてイベント角度及び新たな機械サイクル時間をプリントし（ステップ８６）、制御の機械制御部への入力に利用できるようにする（「プリント」は、ＩＳ機械制御において、これらのイベント角度を更新することを含む）。
【０００９】
準移動がある場合、構造の変位の一部が他の何らかの品目と干渉する可能性があり、この準移動の間、衝突が生じる虞れがある。続く分岐は、ブランク金型を閉じてからでないとバッフルを移動させて金型を閉鎖することができないというように、あるイベントが他のイベントの前に起こらなければならないということを実現する処理を行う。熱形成時間は、熱がガラスから除去されている時間、あるいは吹込又はプレスなどのような何らかのガラス形成プロセスが行われている時間である。例えば、パリソンに吹込を行って、吹込金型内で瓶を形成する場合、吹込金型を開くまで、熱が金型表面において吹込形成(blown)された瓶から転移する。操作者が最適化プロセスの間の熱形成時間を固定すると、ガラス・プロセスは不変のままとなる。「目標」は、操作者が達成することを望む値を導入することを示す。
【００１０】
図２Ａは、サーボ・モータは吹込ヘッド及び取出機構を動作させるＩＳ機構について展開したサイクル制約図の一部を示す。この図の完全な論述は、引用した上記の特許に示されているが、ここでは論述の目的のために、「ｎ」はノードを示し、「ｅ」は２つのノードが同時に取り付けられることを示し、「ｍ」は準移動を示し、「Ｍ」は完全な移動を示し、「ｃｚ」は衝突帯を示し、そして「ｃ」は、２つの機構が衝突することを示す。図示のように、３箇所の衝突帯があり、その各々では、これら２つの機構の間で衝突が発生する可能性があり、コンピュータ化モデルは、その分析において各々を考慮に入れることができる。
【００１１】
本発明によれば、潜在的に衝突する可能性がある機構に関する図面の部分では、機構の１又は全てがサーボ・モータで動作せず、「ユーザ衝突分岐」として描き直されている。図２Ｂは、２つの潜在的に衝突する可能性のある機構（吹込ヘッド及び取り出し装置）双方をサーボ・モータで動作させない（ここでは、いずれもサーボ・モータでは動作させない）状況を表す「ユーザ衝突分岐」を示す。衝突が発生する可能性がある（取り出し装置が吹込ヘッドと衝突する）という事実は、このユーザ衝突分岐では、「ｃ」で示されており、２つの移動分岐の開始ノードｎ１、ｎ３の間に接続されている。また、衝突分岐は、これらの機構の終端ノード間に接続される可能性もある。
【００１２】
この図２Ｂは、「吹込ヘッドの上昇」がｎ１において開始し、その後のある時点ｎ２において終了し、「取り出し装置」がｎ３（ｎ１よりも遅い時点）において起動してｎ４において終了する場合、衝突はないことを示している。これらの開始時点は、既存のイベント角度図からわかる。図２Ｂは、単に、取り出し装置がｎ１の後のｎ３−ｎ１で起動すれば、衝突は起こらないことを定めている。このモデルに対する修正は、双方共サーボ・モータで動作しない２つの機構間で衝突が発生する可能性がある場合には、いつでも行うことができる。ユーザ衝突分岐では、２つの機構の起動間の最短時間は、現イベント角度図を参照することによって規定される時間である。ユーザは、ユーザの観察によってある時間が取れると判断したならば、この下限を下げることができる。
【００１３】
最適スケジュールを決定したならば、ガラス製造プロセスを途絶させることなく、動作機械に適用する。これを遂行するために、イベント時点スケジュールを、その現在の動作から最終的な最適スケジュールまで、少しずつ修正していく。このプロセスを「漸増適用」(incremental application)と呼ぶことにする。
【００１４】
図３は、最適化セッションの上位概要を表すフロー・チャートである。セッションがステップ２０２において開始すると、衝突及びシーケンス・マージンが現在のジョブ・タイミングを用いた場合よりも悪化することが絶対にないように、ステップ２０４において限界値が初期化される。次いで、ユーザは、必要に応じて、ユーザ・インターフェースを通じて、ステップ２０６において、ネットワーク分岐に対する現在の目標及び限界値を修正する。これらの設定を用いて、最適化を実行し、ステップ２０８において、最適解（すなわち最適スケジュール）のプレビューをユーザに提示する。このプレビューは、ネットワーク分岐の最適化した期間、ならびに実際の限界、及び最適解を目標値に更に近づけることができるようにするためには、これらをどのように調節すればよいかについての指示を含む。
【００１５】
次いで、ユーザは、機械の動作を観察し（ステップ２１０）、実際の限界に対して示唆した調節が容認可能か否か評価する（例えば、特定の１対の機構が本当に衝突寸前であるか、又は余裕が残っているか）。下見した結果、及びユーザの観察に基づいて、ユーザは、ステップ２１２において、ステップ２０６に戻って最適化設定値に更に修正を加えるか、セッションを中断しイベント・タイミングを変化させない（ステップ２１４）か、変更の適用を継続するかを選択することができる。ユーザが継続すると判断した場合、機械のタイミングは、ステップ２１６において、その現在の状態から最適化タイミングまで徐々に移動される。ステップ２１６を実行する毎に生ずるイベント角度の変化は、最大でも、何らかの予め指定されている最大増分だけである。
【００１６】
このような各増分変化の後、ユーザは、ステップ２１において、機械の動作を観察し、差し迫った衝突、シーケンスの問題、又は器の形成に対する望ましくない影響が無いか否か検証する。この観察に基づいて、ユーザは、ステップ２２０において、ステップ２１６に戻って次の増分変化を加えるか８すなわち、再度増分するか）、ステップ２０６に戻って最適化設定値に更に修正を行うか、又は最適化プロセスを中断するかを選択することができる。ユーザが最適化プロセスを中断する場合、ステップ２２２において、設定値（永続データ）をユーザの意思によって記憶し、ステップ２２４において、セッションを終了する。
【００１７】
一般に、全てのセクションにおいてイベント角度を修正しなければならないのは、機械の速度を最適化するときである。これは、全てのセッションが同じ速度で動作しなければならないからであり、更にセッション毎の最適イベント・タイミングが機械の速度に左右されるからである。機械の最大達成可能速度は、最も遅いセクションの最大達成可能速度によって制限される。最も遅いセクションの最大達成可能速度で実行するように、全てのセクションを最適化する。
【００１８】
最適スケジュールを徐々に適用するプロセスの変形の２種類を、図４〜図７に詳細に示す。図４では、制約強化の使用をフロー・チャートで示し、図５では、この手法の図式表現を表す。補間に基づく代替手法を図６にフロー・チャートで示し、この手法の図式表現を図７に示す。
【００１９】
制約強化を用いた漸増適用は、イベントの即時スケジュール、及びそれに伴うサイクル時間（図４）を作成する１つの手法である。制約強化手法では、元の制約関数を強化して、制約最適化問題を繰り返し解く。即ち、各展開イベント時点をその現在値から変更することができる最大量を制限する追加の制約によって、元の（プレビュー）最適化の制約関数を強化する。図４に示すフロー・チャートに、このプロセスを詳述する。このプロセスは、ステップ６０４において、元の非漸増制約関数及びコスト関数のパラメータ、あらゆるイベント角度における最大許容変化又はあらゆるイベント時点における最大許容変化、繰り返し周期における最大許容変化、現繰り返し周期、現在展開しているイベント時点を入力することにより、開始される。
【００２０】
任意のイベント時点における最大許容変化は、入力として供給されない場合、ステップ６０６において、次の式を用いて計算する。
δｔ＝δθ／３６０・（Ｔ−δＴ）      加速
δｔ＝δθ／３６０・Ｔ                減速
ここで、
δｔ＝イベント時点における最大許容変化の大きさ
δθ＝イベント角度における最大許容変化の大きさ
Ｔ＝繰り返し周期
δＴ＝繰り返し周期における最大許容変化の大きさ
イベント角度の所与の変化に対するイベント時点の変化は、繰り返し周期に左右されるので、前述の式は、更に制限を強める値を選択する。これは、実際の繰り返し周期変化の中間値についても控えめとなる。
【００２１】
基準イベント時点は、ステップ６０８において、現イベント時点と等しく規定される。ステップ６１０において、最大許容イベント時点を基準時間に加算することによって、新たなイベント時点の上限を設定する。同様に、ステップ６１２において、最大許容変化を基準時間から減算することによって、下限を計算する。ステップ６１３において、繰り返し周期の最大許容変化を現在の繰り返し周期に加算することによって、周期的分岐期間の上限を計算し、繰り返し周期の最大許容変化を現繰り返し周期から減算することによって、下限を計算する。ステップ６１４において、容認可能なイベント時点に対する既存の制約関数を、これらの上限及び下限によって強化する。ステップ６１６において、元のコスト関数及び強化した制約関数を用いて、制約最適化を実行する。次いで、得られた新たな展開イベント時点を、ステップ６１７において、３６０度ドラムの回りに取り込み、新たな１組のイベント角度を求める。プロセスは６２０において完了し、最終的な最適スケジュールに向けて更に漸増することをユーザが新たに要求するのを待つか、あるいは、非漸増解(non-incremental Solution)に達したときに終了する。
【００２２】
この手法は、図式表現を考慮することによって、一層深く理解することができる。一般に、Ｎ個の展開（unwrapped）イベント時点から成るスケジュールは、Ｎ次元空間における単一点と考えることができる。これを、２つのイベント時点のみを有するスケジュールについて、図５に示す。任意の特定のスケジュールも、二次元平面７０２内における点としてプロットされる。二次元平面７０２の水平座標は、スケジュール内の１つのイベントについてのイベント時点を表し、垂直座標は該スケジュールにおける２番目のイベントを表す。この平面上には、元の問題に対するコスト関数並びに制約限界７０６及び７０８のレベル線７０４が示されている。漸増適用プロセスは、ある開始スケジュール７１０で開始する。これは、最初の適用に対する基準時点となる。最大許容変化に対する追加の制約強化は、基準点７１０を取り囲むボックス７１２として視覚化することができる。この強化した制約最適化問題を解いて、次のスケジュール７１８を求める。これは、強化した制約の境界の１つにあたる。これが新たな基準点となり、最終スケジュール７１６に達するまで、経路７１４を辿りつつプロセスを繰り返す。
【００２３】
補間手法では、新たなスケジュールを見出す際、初期及び最終（プレビュー）のスケジュール間で補間を行う。このプロセスを、図６に示すフロー・チャートを参照して詳述する。プロセスは、ステップ８０４において、現展開イベント時点、最終展開イベント時点、あらゆるイベント角度における最大許容変化又はあらゆるイベント時点における最大許容変化、繰り返し周期における最大許容変化、及び現繰り返し周期を入力することにより、開始される。
【００２４】
入力として供給されない場合、任意のイベント時点の最大許容変化は、ステップ８０６において、以下の式を用いて計算する。
δｔ＝δθ／３６０・（Ｔ−δＴ）      加速
δｔ＝δθ／３６０・Ｔ                減速
ここで、
δｔ＝イベント時点における最大許容変化の大きさ
δθ＝イベント角度における最大許容変化の大きさ
Ｔ＝繰り返し周期
δＴ＝繰り返し周期における最大許容変化の大きさ
イベント角度の所与の変化に対するイベント時点の変化は、繰り返し周期に左右されるので、前述の式は、更に制限を強める値を選択する。これは、実際の繰り返し周期変化の任意の中間値についても控えめとなる。
【００２５】
基準イベント時点は、ステップ８０８において、現イベント時点と等しく規定される。個々のイベント時点それぞれの、その現在値からその最終的な最適値への変化を、ステップ８１０において計算する。大きさが最大のイベント時点を、ステップ８１２において判定する。この最も微妙なイベント時点を許容限度よりも多く変化させることなく行うことができる変化全体の許容できる端数を、ステップ８１５において計算する。ステップ８１４及び８１５によって計算された端数の内、小さい方をステップ８２１において選択する。次いで、ステップ８１６において、個々の基準イベント時点を、ステップ８２１において計算した端数とステップ８１０において計算した個々のイベント時点の変化全体との積だけ増分することによって、新たなスケジュールを計算する。ステップ８１７において、得られた展開イベント時点スケジュールを３６０ドラムの回りに取り込み（wrap）、新たなイベント角度スケジュールを求める。ステップ８１８において、新たなイベント角度を出力する。プロセスは、ステップ８２０において、最終的な最適スケジュールに向けて更に漸増することをユーザが新たに要求するのを待つか、あるいは非漸増解に達したときに終了する。
【００２６】
この手法は、単純な二次元（２つのイベント時点によるスケジュール）の場合について図７に示した図式表現を検討することによって、一層深く理解することができるであろう。既に図５を参照して論じたように、任意の特定のスケジュールも、二次元平面９０２において点としてプロットすることができる。新たなスケジュール点９０６は、初期スケジュール９０４及び９１２を結ぶ線９０８に沿って補間される。スケジュール点は、任意のイベント時点においてもステップ毎の最大許容変化を超過しないように、線に沿って離間されている。この例では、これは、水平座標の変化を考慮して取られた処置である。何故なら、線９０８に沿った所与の移動によって、水平座標の方が垂直座標よりも大きな変化が生ずるからである。（これは、制限要因がイベント角度の最大許容変化であることを想定している。制限要因が速度の最大許容変化である場合、距離９１０はもっと短くなる。）
【００２７】
尚、現繰り返し周期は、ネットワーク・モデルにおける周期的分岐の期間によって決定されることを注記しておく。つまり、サイクル時間は、スケジュール・ベクトルのＮ次元表現に内在する。また、漸増最適化ルーチンに現繰り返し周期を供給する代わりに、現展開イベント時点、及び周期的分岐の終了に伴う指標からこれを得ることができる。
【００２８】
図８は、漸増適用手順を示す。操作者が、ステップ９２０において、最適イベント時点スケジュールを規定し、次いで、ステップ９２２において、漸増適用によって、複数の順次中間イベント時点スケジュールを決定する。次いで、操作者は、ステップ９２４において、イベント時点スケジュールをイベント角度スケジュールに展開し、イベント角度スケジュールを順次、ＩＳ機械制御に入力する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ＩＳ機械における３６０度機械サイクルの、瓶生産サイクル用のイベント・タイム・スケジュールへの展開、及びこのスケジュールの最適化、並びに、その３６０度機械サイクルへの再取り込みを示すフロー・チャートである。
【図２Ａ】本発明の制御システムに関する、２つの基準にした機構をサーボ動作させる場合の、ＩＳ機械の展開サイクル制約図の一部である。
【図２Ｂ】本発明の制御システムに関する、２つの機構をサーボ動作させない場合の、図２Ａに示した展開サイクル制約の代替の図である。
【図３】本発明の制御システムに関する、強めた制約を用い、徐々に最適スケジュールを適用するプロセスのフロー・チャートである。
【図４】本発明の制御システムに関する、強めた制約を用い、徐々に最適スケジュールを適用するプロセスの図式表現である。
【図５】本発明の制御システムに関する、補間を用いて、徐々に最適スケジュールを適用するプロセスのフロー・チャートである。
【図６】本発明の制御システムに関する、補間を用いて、徐々に最適スケジュールを適用する図式表現である。
【図７】本発明の制御システムに関する、ＩＳ機械の制御の、その既存のサイクルから最適サイクルへの移行を示す模式的ブロック図である。
【図８】本発明の制御システムに関する、漸増適用手順を示す
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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