(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
仮想マシンを用いてなる、工作機械の工作プロセスをシミュレーションするシミュレーション方法であって、
仮想マシンは、機械データ、ワークピースデータ、および、ＮＣ制御データおよびＰＬＣ制御データの組み合わせとしてのツールデータを用いて、工作機械におけるワークピースの工作をシミュレーションするようセットアップされ、かつ、
工作プロセスのシミュレーションは、複数のプロセッサコアを含むプラットホーム上で実施され、
さらに、異なるプロセッサコア上で並列に実行される部分シミュレーションにより実施され、かつ、
前記工作機械の工作操作が、種々の加工段階を経由した未加工品が完成品に至るまでの、異なる工作セクションに分割され、当該工作セクションについての部分シミュレーションを実行するステップ、または、
前記工作機械の工作操作が、ワークピースの部分形状についての異なる工作セクションに分割されており、当該工作セクションの部分シミュレーションによって、当該部分形状をシミュレーションするステップ、を含み、さらに、
下記ステップを含むことを特徴とする工作機械の工作プロセスをシミュレーションするシミュレーション方法。
（１）それぞれの工作セクションを開始するためのワークピースの形状を生成し、３次元モデルファイルに当該ワークピースの形状を保存するステップ
（２）工作操作の一部としてワークピースを工作するための、事前に選択されたＮＣ制御命令群における事前に選択された工作セクションを開始するためのエントリーマークを書き込むステップ
（３）事前に選択された工作セクションを開始するための前記エントリーマークを用いて、複数の工作セクションを異なるプロセッサコアに転送するステップ
（４）ＮＣ制御命令群から成るそれぞれの工作セクションに対応した現在のワークピースの形状を異なるプロセッサコアに転送するステップ
（５）異なるプロセッサコアにより、転送された工作セクションの並列部分シミュレーションを実施するステップ
【請求項２】
前記プラットホームは、単一チップ上に複数の完全なプロセッサコアが組み込まれたマルチコアプロセッサを含んでおり、および／または、前記プラットホームは、ネットワークを介して互いに接続された複数のプロセッサコアを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の工作プロセスをシミュレーションするシミュレーション方法。
【請求項３】
実行済みの前記部分シミュレーションを結合し、当該結合された部分シミュレーションについて衝突検出を実施するステップを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の工作機械の工作プロセスをシミュレーションするシミュレーション方法。
【請求項４】
前記工作機械の工作プロセスが、異なるシステム構成要素についての機能的シーケンスに従って分割され、異なるシステム構成要素についての機能的シーケンスから成る部分シミュレーションを実施するステップを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の工作機械の工作プロセスをシミュレーションするシミュレーション方法。
【請求項５】
下記ステップをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の工作機械の工作プロセスをシミュレーションするシミュレーション方法。
（１）ツールパスをシミュレーションするシステム構成要素と材料除去モデルをシミュレーションするシステム構成要素以外の、全ての機能的シーケンスの動作を停止するステップ
（２）ツールパスをシミュレーションするシステム構成要素を開始することによって、第１のプロセッサコア上にて部分シミュレーションを実施するステップ
（３）所定のＮＣ制御命令群、およびワークピースについての所定の未加工部分の形状を入力として構成された、材料除去モデルをシミュレーションするシステム構成要素を開始するステップ
【請求項６】
下記ステップをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の工作機械の工作プロセスをシミュレーションするシミュレーション方法。
（１）最初の工作セクションにおいて、時間ｔ０〜ｔ１の間、ツールパスおよび材料除去モデルの部分シミュレーションを継続して実行するステップ
（２）材料除去モデルおよび関連したＮＣ制御命令群の状態について、時間ｔ１に工作されたワークピースの形状を保存するステップ
（３）時間ｔ０〜ｔ１の間の最初の工作セクションについて、第２のプロセッサコア上にて、仮想マシンの全てシステム構成要素を結合した完全なシミュレーションを開始するステップ
【請求項７】
下記ステップをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の工作機械の工作プロセスをシミュレーションするシミュレーション方法。
時間ｔ１〜ｔ２の間の２番目の工作セクションについて、第３のプロセッサコア上にて仮想マシンの全てシステム構成要素を結合した完全なシミュレーションを開始し、該当する場合は、時間ｔ２〜ｔ３、さらにｔｘに至るまで、３番目からＸ番目の工作セクションについて、追加のプロセッサコア上にて仮想マシンの全てシステム構成要素を結合した完全なシミュレーションを開始するステップ
【請求項８】
時間ｔ１〜ｔｘは、ツール交換と関連付けられるように選択してあることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の工作機械の工作プロセスをシミュレーションするシミュレーション方法。
【請求項９】
前記工作セクションへの分割が自動で実施され、
制御命令群は、異なるプロセッサコアにインストールされた利用可能な仮想マシンの数Ｎに依存して、Ｎ−１個の工作セクションに分割され、
プロセッサコアの一つは、前記部分シミュレーションを実施することを特徴とする請求項５〜８のいずれか一項に記載の工作機械の工作プロセスをシミュレーションするシミュレーション方法。
【請求項１０】
仮想マシンを用いてなる、工作機械の工作プロセスをシミュレーションするシミュレーションシステムであって、
仮想マシンは、機械データ、ワークピースデータ、および、ＮＣ制御データおよびＰＬＣ制御データの組み合わせとしてのツールデータを用いて、工作機械におけるワークピースの工作をシミュレーションするようセットアップされ、
シミュレーションシステムは、複数のプロセッサコアを含んだプラットホームとして設計され、
かつ、当該プロセッサコアは工作プロセスをシミュレーションする部分シミュレーションを実施するようにセットアップされており、さらに、
下記装置を含むことを特徴とする工作機械の工作プロセスをシミュレーションするシミュレーションシステム。
（１）工作機械の工作プロセスにおける工作操作をワークピースの異なる工作セクションに分割する装置
（２）工作セクションを開始するためのワークピースの形状を生成し、当該ワークピースの形状を３次元モデルに格納する装置
（３）工作操作の一部としてワークピースを工作するための、事前に選択されたＮＣ制御命令群における事前に選択された工作セクションを開始するためのエントリーマークを書き込む装置
【請求項１１】
前記プラットホームは、単一チップ上に複数の完全なプロセッサコアが組み込まれたマルチコアプロセッサを含んでおり、および／または、前記プラットホームは、ネットワークを介して互いに接続された複数のプロセッサコアを含んでいることを特徴とする請求項１０に記載の工作機械の工作プロセスをシミュレーションするシミュレーションシステム。
【請求項１２】
前記工作機械の工作プロセスが、異なるシステム構成要素についての機能的シーケンスに従って分割され、異なるシステム構成要素についての機能的シーケンスから成る部分シミュレーションを実施する装置を含むことを特徴とする請求項１０または１１に記載の工作機械の工作プロセスをシミュレーションするシミュレーションシステム。
【請求項１３】
ツールパスをシミュレーションするシステム構成要素、および材料除去モデルをシミュレーションするシステム構成要素以外の、全ての機能的シーケンスの動作を停止する装置、を含むことを特徴とする請求項１２に記載の工作機械の工作プロセスをシミュレーションするシミュレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、仮想マシンを用いてなる工作機械の工作プロセスをシミュレーションするシミュレーション方法およびそのような方法に準じたシミュレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
主要な工作機械メーカーや研究機関においては、長年に渡り、「仮想的な工作機械」に関連した研究を行っている。このような仮想マシンの重要な側面は、製造プロセス、すなわち、ツールとワークピースの相互作用をシミュレーションし、３次元上でグラフィカルに可視化することである。最新のシステムでは、工作機械による工作物であるワークピースの製造プロセス中に発生する材料除去を含んだ、すべての可動な機械の動作が再現されている。
【０００３】
例えば、ＥＰ１９０１１４９Ｂ１（特許文献１参照）は、工作機械においてワークピースを工作する連続した工程をシミュレーションする装置および方法について開示している。
より具体的には、ワークピース自体に作用するすべての工作操作をできるだけ全体的に再現することを目的としているのみならず、可能な限り現実的で、全体的な描写に基づき、ツール交換機、ワークピース交換機、ワークスペース等の工作機械の周辺装置をも、シミュレーションし、再現することを目的としている。
【０００４】
そして、工作機械アプリケーションにおいて、仮想マシンは、通常、コントロール側の構成要素と、システム側の構成要素と、から構成されている。
すなわち、コントロール側の構成要素は、コントロールデスクおよびモニターから成るヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）、数値制御コア、すなわち、ＮＣプログラムにより事前に定義された制御命令群、および、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、すなわち、特定の工作機械特有のコントローラであり、ツール交換機、冷却水の供給、ドライブコントローラなどの付随的な装置を、通常含んだ機械的に統制された回路を制御するコントローラ、から構成されている。
さらに、システム側の構成要素は、運動学的および動的挙動（復元力や熱による挙動）、関連した制御部、空気圧／流体システム、形状描写を含む工作および軸の動力学、工作治具やツール、ワークピースと材料除去工程、等を含むドライブシステムから構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＥＰ１９０１１４９Ｂ１（特許請求の範囲等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、多くの仮想マシンにおいては、これらの構成要素のいくつかについてのみ、具現化されているに留まっている。したがって、例えば、外部自動ユニットの形状描写などの追加の構成要素についての具現化は、ほとんど見られない状況である。
【０００７】
すなわち、今日におけるシミュレーションプロセスの重要な目的は、工作／動作から成る一連の実際の工程を、シミュレーションプラットホーム上で、実時間で、実際の工程と同様に、再現することである。
このように実施することによって、例えば、新規工作機械を組み込む場合、または、工作機械の設定をする場合において、実際に起こると期待される、工作プロセスに関する様々な情報を取得することが可能となる。
【０００８】
また、シミュレーション速度、すなわち、特定の工作プロセスによる急激な影響（例えば、衝突がないことなど）を前もって取得することは、使用されるハードウエアの容量、クロック周波数の増加による計算速度の向上の程度、および、新しいハードウエア機能の組み込みは限られた範囲でのみ可能であること等の事情により、既存のシミュレーションプラットホームでは、現状、実質的に、制限されている。
しかしながら、その一方で、工作および動作命令は、先進的な工作機械の開発により、より一層複雑になってきており、このことは、仮想マシンに対する全体的なアプローチに制限を課している。
【０００９】
したがって、このような本質的な問題点を認識することが本発明の出発点であり、よって、本発明の目的は、仮想マシンを用いて工作機械の工作プロセスをシミュレーションする、高速なシミュレーション方法および、そのような方法に準じてなる仮想マシンを用いた工作機械による工作プロセスのシミュレーションシステムを提供することである。
【００１０】
すなわち、本発明の目的は、請求項１に記載された特徴を有する仮想マシンを用いて工作機械の工作プロセスをシミュレーションするシミュレーション方法、および請求項１２に記載された特徴を有する仮想マシンを用いた工作機械による工作プロセスのシミュレーションシステムによって達成される。
【００１１】
さらに、本発明の好適な各種態様については、請求項１や請求項１２の各従属項に記載されている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、仮想マシンを用いてなる、工作機械の工作プロセスをシミュレーションするシミュレーション方法であって、仮想マシンは、機械データ、ワークピースデータ、および、ＮＣ制御データおよびＰＬＣ制御データを組み合わせてなるツールデータを用いて、工作機械においてワークピースを工作する工作プロセスをシミュレーションするようセットアップされている。
また、本発明によれば、工作プロセスのシミュレーションは、複数のプロセッサコアを含むプラットホーム上で実施され、さらに、異なるプロセッサコア上で並列に実行される部分シミュレーションにより、構成されている。
【００１３】
すなわち、このような実施に際して、本発明によれば、仮想マシンが数度に渡って並列に実行されるプラットホームを構成することにより、全体的に、より良い性能のシミュレーション環境やシミュレーション結果が提供される。
【００１４】
さらに、本発明のシミュレーション環境等においては、部分シミュレーションを実行するよう、複数の異なるプロセッサコアに完全な仮想マシンをインストールすることが可能であることが含まれている。
そしてさらに、相応に機能を削減した特別な仮想マシンが、異なるプロセッサコア上にインストールされ、それによって実行することが可能であることも含まれている。
【００１５】
また、シミュレーションの並列実行によって得られる時間的利点は、次のように説明される。すなわち、Ｔｐａｒ＝Ｔｓｅｑ／Ｎ＋Ｔｓｅｑ／Ｎである。
ここで、ＮはＮＣプログラムのセクションの数、ＣはＣＰＵコア又は仮想マシンの数、Ｔｓｅｑはシーケンシャルに実施した場合の実行時間、Ｔｐａｒは並列に実施した場合の実行時間、であり、Ｎ＝Ｃを仮定している。
例として、８つの仮想マシンにて並列計算を実施した場合、実行時間としては、Ｔｐａｒ＝２／８×Ｔｓｅｑ＝０．２５×Ｔｓｅｑにオーバーヘッドによる時間を加えたものとなる。
【００１６】
さらには、本発明によるアプローチによれば、特定の複雑性を伴う工作プロセスのシミュレーションを高速にするばかりか、全ての工作プロセスから成るさらなる全体的シミュレーションのための決定的な必須要件を定めることも可能となる。
この場合、シミュレーションは、本発明の解決方法の結果として、複雑性に関するいかなる制限も受けない。
このことは、本発明が、原理的に、計算能力を向上させるために異なる手法を提供しているからであり、すなわち、本発明によれば、工作プロセスまたは工作プロセスのシミュレーションは、異なるプロセッサコア上で実行可能な部分シミュレーションに分割されるからである。
【００１７】
そして、かかる部分シミュレーションが行われる場合、本発明の好適な実施例として、いわゆる、マルチコアテクノロジー使用すること、すなわち、単一チップ上に複数の完全なプロセッサコアが組み込まれたマルチコアプロセッサを使用しても良い。
【００１８】
しかしながら、一方で、本発明において、上記記載に制限されるものでなく、ローカルネットワークまたはインターネットを介してネットワークにより互いに接続された、複数のプロセッサコアを使用しても良い。
このように構成することで、それぞれのセクションの計算に必要なデータが入手可能であれば、地理的に異なる地点において部分計算が実行でき、例えば、グリッドコンピューティングまたはクラウドコンピューティングなどの技術を使用することも可能である。
【００１９】
本発明のさらなる重要な利点は、シミュレーション速度を向上することに直接的に関係している点ではなく、むしろ、ユーザーが選択したハードウエアにミュレーション速度が基本的に依存しているという問題を考慮している点にある。
この場合、仮想マシンの複雑性により、達成可能な性能を事前に見積もることが困難になるだけでなく、マシンを構築するために支払われる労力や、特定の構成（例えば、使用されるグラフィックカード、およびＯＳ）に対応するための労力が非常に大きくなるということがある。
本発明のアプローチでは、このような状況での、マシンの構築や構成への対応である適合性に対して、かかる労力や負荷を削減することにつき、重要な役割を果たすことができる。すなわち、コンピュータへの負荷は、ローカルまたはリモートネットワークに分散され、いくつかのコンピュータに分担されることになる。
また、この場合、ヒューマンマシンインターフェースをユーザーのコンピュータに提供することも可能である。
このように実施することにより、分担としてのインストールの主要部分および全体的なシミュレーションの実行は、ユーザーのコンピュータシステム上では実施されることなく、それにより、ローカルコンピュータへのシステム要素依存性を削減でき、アップデートに際しても、その適用を極めて容易に取り扱うことができるようになる。
【００２０】
本発明のシミュレーション方法における好適例としては、工作機械の工作プロセスにおけるツール／ワークピースの工作操作が、異なる工作セクションに分割されることが挙げられる。
このように実施することによって、種々の加工段階を経由した未加工品が完成品に至るまでのワークピースに対するシーケンシャルな工作セクションが、必然的に得られることとなる。
【００２１】
さらに、別な態様として、ワークピースを異なる部分的な形状に分割することが挙げられる。すなわち、部分シミュレーションは、それぞれの工作セクションごとに実行され、さらには、部分形状、および／または、個々のシーケンシャルな工作セクションに関連付けられる。
【００２２】
この工作セクションごとへの分割は、例えば、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムにより、初期の段階で実施されても良い。
すなわち、ワークピースの状態は、ＣＡＭシステムにより、各セクションの開始の段階で、幾何学的な形状として生成され、３次元モデルファイル（ＶＲＬ、ＩＧＥＳ、ＳＴＥＰ等）に保存される。
【００２３】
また、ＣＡＭシステムのポストプロセッサは、例えば、ＮＣ制御命令群にエントリーマークを書き込むようにしても良い。
すなわち、ＮＣプログラム中に直接書き込んだり、事前に選択された特定の工作セクションに書き込んだり、または、工作セクションそれぞれに書き込んでもよい。エントリーマークとしては、より効果的にするため、サイクルまたはテキストマークを使用してもよい。
【００２４】
そしてさらに、本発明の上記実施形態は、次の各ステップを含むものであってよい。
すなわち、エントリーマークに従って工作セクションを異なるプロセッサコアに転送するステップ、ＮＣ制御命令から成るそれぞれの工作セクションに関連した現在のワークピースの形状を異なるプロセッサコアに転送するステップ、および、異なるプロセッサコアによる部分シミュレーションの実行命令、を含むものであって良い。
言い換えると、利用可能な仮想マシンは、それぞれの場合において、各工作セクションにおいてシミュレーションしながらタスクを実行し、それにより、各プロセッサコアによって、ＮＣプログラムの各セクションの目的を達成することができ、そして、未完成部分（半製品）の関連する現行形状を形成することができる。
【００２５】
そして、かかる本発明の態様によれば、次のような利点が得られる。
すなわち、一連のプロセスの各部分が、仮想マシンまたはＣＡＤ／ＣＡＭシステム内に事前に保持されていたとしても、本発明のシミュレーション方法によれば、ユーザーは工作セクションを特定でき、そして、異なるプロセッサコア上で仮想マシンを並列に実行することが可能であるという利点である。
【００２６】
また、事前に定義された個々の工作セクションについての部分シミュレーションを実行する本発明は、衝突検出を実施する手順を追加するという単純な方法をコンセプトとしている。
よって、本発明によれば、例えば、ワークピースは異なる形状に分割することが可能であり、個々の仮想的な部分シミュレーションは、当該部分形状について実行される。
また、形状の共通部分は、これら部分形状の間に形成され、衝突検出は、２つの形状が結合された形状に対するシミュレーションの実行時に実施される。
よって、次のステップにおいて、さらに追加の形状が、形状の共通部分として追加され、再度、衝突検出が実施される。そしてこの操作は最終的な完成品になるまで実施される。
【００２７】
加えて、特定のワークピースに対する中間結果を、ＣＡＭ解析の一部として生成し、衝突検出を伴う部分シミュレーションとして異なる仮想マシン上で処理することも可能である。
したがって、本発明は、これら目的をために、関連した機能を有するように改修されたＣＡＭソフトウエアを含む。
【００２８】
また、工作機械の工作プロセスを異なるシステム構成要素に対する機能的なシーケンスに分割することも可能である。
このようにすることによって、異なるシステム構成要素に対する機能的なシーケンスについて部分シミュレーションを実行することが可能である。
【００２９】
さらに、本発明によれば、仮想的な工作機械を支援するために、システム構成要素および部分シミュレーションのスイッチを時間的に切ることによって、工作プロセスを効率的および直接的に分割することも可能である。
【００３０】
このようなアプローチに基づく実施形態は、ツールパスをシミュレーションするシステム構成要素と材料除去モデルをシミュレーションするシステム構成要素以外の、全ての機能的シーケンスの動作を停止するステップを含んでいる。
したがって、この操作においては、未加工部分の形状およびＮＣコントロール命令群に関連したデータのみが、最初の実施に資する仮想マシンにより利用可能となる。
【００３１】
上記操作の後に、ツールパスをシミュレーションするシステム構成要素と材料除去モデルをシミュレーションするシステム構成要素に関する部分シミュレーションが、所定のＮＣコントロール命令群および未加工ワークピースの所定形状を入力として受け取り、第１のプロセッサコアにおいて実行される。
【００３２】
これら部分シミュレーションは継続され、ワークピース形状が材料除去モデルにより達成され、ＮＣコントロール命令群の関連した状態が所定の時間ｔ１に保存される。
そして、時間ｔ０からｔ１の間に、第１のプロセッサコアにより、既に実施された第１の工作セクションのさらに完全なシミュレーションが、第２のプロセッサコアにて開始され、すべてのシステム構成要素が特定の仮想マシンにおいて結合される。
【００３３】
かかるシミュレーションに関し、時間が、ｔ２または、ｔ３〜ｔｘになることで、３番目のプロセッサコア、または第２、第３、第Ｘ番目の工作セクションについての他のプロセッサコア上で、仮想マシンのすべてのシステム構成要素が結合され、完全なシミュレーションが開始されることにより継続される。
【００３４】
この場合、プロセッサコアに関連付けられた時間ｔ１〜ｔｘは、ツール交換と関連付けられるように選択することも可能である。
【００３５】
また、工作セクションに自動的に分割するという利点もある。
すなわち、ＮＣコントロール命令群は、異なるプロセッサコア上で利用可能な仮想マシンの数Ｎに従って、Ｎ−１個の工作セクションに分割され、１つのプロセッサコアは、特定の時間間隔において１つの部分シミュレーションを実行する。
【００３６】
また、本発明の別の実施形態は、仮想マシンを用いてなる、工作機械の工作プロセスをシミュレーションするシミュレーションシステムであって、仮想マシンは、機械データ、ワークピースデータ、および、ＮＣ制御データおよびＰＬＣ制御データの組み合わせとしてのツールデータを用いて、工作機械においてワークピースを工作する工程をシミュレーションするようセットアップされている。
さらに、本発明によれば、工作プロセスのシミュレーションは、複数のプロセッサコアを含むプラットホーム上で実施され、さらに、異なるプロセッサコア上で並列に実行される部分シミュレーションにより実施される。
【００３７】
また、本発明の好適例としては、単一チップ上に複数の完全なプロセッサコアが組み込まれたマルチコアプロセッサを含むことである。
【００３８】
また、本発明におけるシミュレーションシステムのプラットホームは、ネットワークを介して、相互に接続された複数のプロセッサコアを含んでいても良い。
【００３９】
また、好適な実施形態として、本発明のシミュレーションシステムは、工作機械の工作プロセスにおける工作操作をワークピースのシーケンシャルな工作セクションに分割する装置を含んでいても良い。
この場合、当該装置は、工作セクションを異なる加工段階を経由した未加工品が完成品に至るまでのそれぞれの段階に分割する装置であって良い。
その一方、この装置は、ワークピースを異なる部分形状に分割するように設計されていても良い。
【００４０】
加えて、本発明のシミュレーションシステムは、所定のＮＣプログラムから成るそれぞれの工作セクションを開始するためのワークピースの形状を構成し、３次元モデルにおけるワークピースの形状を保持する装置を含んでいても良い。
また、工作操作の一部としてワークピース工作するための、事前に選択されたＮＣ命令群（すなわち、ＮＣプログラム）における事前に選択された工作セクションを開始するためのエントリーマークを書き込む装置を含んでいても良い。
【００４１】
また、本発明のシミュレーションシステムは、工作機械の工作プロセスを、異なるシステム構成要素についての機能的なシーケンスに従って分割し、異なるシステム構成要素についての機能的なシーケンスから成る部分シミュレーションを実行する装置を含んでいても良い。
【００４２】
また、完全な例ではないが、関連したシステム構成要素としては、ツールパスをシミュレーションするシステム構成要素、材料除去モデルをシミュレーションするシステム構成要素、エンクロージャモデル（enclosure model）をシミュレーションするシステム構成要素、ワークスペースをシミュレーションするシステム構成要素、ドライブシステムをシミュレーションするシステム構成要素、空気圧／流体システムをシミュレーションするシステム構成要素、工作治具をシミュレーションするシステム構成要素、および、ツールおよび／またはワークピースをシミュレーションするシステム構成要素、を含んでいても良い。
【００４３】
かかる実施形態において、本発明のシミュレーションシステムは、ツールパスをシミュレーションするシステム構成要素と材料除去モデルをシミュレーションするシステム構成要素以外の、全ての機能的シーケンスの動作を停止する装置を含んでいても良い。
【００４４】
また、本発明のシミュレーションシステムは、シミュレーション環境をユーザー側に永続的にインストールせずとも、ユーザーが仮想マシンを設定し、開始し、停止することが可能となるシステムにリモートアクセスを可能とする装置を含んでいても良い。
さらに、この実施形態においては、容易なメンテナンスが可能なシミュレーション環境であって、工作機械の製造者のためだけのアクセスエリアを設けるように、構成されていても良い。
【００４５】
なお、本発明の利点および特定の実施形態については、適宜図面等を参照しながら、以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、マルチコアＰＣに基づいて、工作機械の工作プロセスをシミュレーションする本発明のシステム構成に関する第１の実施形態を示す図である。
【図２】図２は、ネットワークを介して相互に接続された個別の設備に基づいて、工作機械の工作プロセスをシミュレーションする本発明のシステム構成に関する第１の実施形態を示す図である。
【図３】図３は、仮想マシンを用いて工作機械の工作プロセスをシミュレーションする本発明のシミュレーション方法に関する第１の実施形態を示す図である。
【図４】図４は、仮想マシンを用いて工作機械の工作プロセスをシミュレーションする本発明のシミュレーション方法に関する別の実施形態を示す図である。
【図５】図５は、４つの仮想マシン、および複数の衝突検知手段の実行手続きを用いて工作機械の工作プロセスをシミュレーションする本発明のシミュレーション方法に関する実施形態を示す図である。
【図６】図６は、４つの仮想マシン、およびＣＡＭプログラムにより生成された工作セクションの中間結果を用いて工作機械の工作プロセスをシミュレーションする本発明のシミュレーション方法に関する別の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
まず、図１を参照しつつ、仮想マシンを用いて工作機械の工作プロセスをシミュレーションする本発明のシステム構成の第１の実施形態について説明する。
【００４８】
この第１の実施形態において、本発明に基づくシミュレーションシステムは、複数の独立したプロセッサを有したマルチコアＰＣを用いることで実現される。
【００４９】
かかるマルチコアＰＣ１は、ヒューマンマシンインターフェース２を備えており、当該ヒューマンマシンインターフェースは、ユーザーがコマンドを入力するためのコントローラーデスク２１と、仮想マシンを用いた機械ツールの３次元工作プロセスシミュレーションを表示するためのディスプレイ装置２２と、を有している。
【００５０】
また、本発明に基づくシミュレーションシステムは、記憶装置３を含んでおり、当該記憶装置３は、機械データを保持するストレージ要素３１と、ツールデータを保持するストレージ要素３２と、ワークピースデータ、すなわち、工作される前の未加工のモデル形状を保持するストレージ要素３３を有している。
参照番号４は、第１のプロセッサを意味しており、かかる第１のプロセッサ４には、コントロールデバイス４１が組み込まれている。
また、コントロールデバイス４１は、ＮＣコントロールプログラム４１１と、機械専用のコマンドを実行するためのＰＬＣコントローラ４１２と、を含んでおり、ＮＣコントロールプログラム４１１は、最終的な形状が得られるまでに、切削／機械加工される未加工部分の加工パスがプログラムされている。
そして、第１のプロセッサ４において、さらに、第１の仮想マシン４２が組み込まれており、かかる第１の仮想マシン４２は、動力学モデル４２１、材料除去モデル４２２、およびエンクロージャモデル（enclosure model）４２３を含んでいる。
【００５１】
すなわち、図１に示される実施形態は、デュアルコアＰＣの場合の例であり、第２のプロセッサ５をさらに含んでおり、この第２のプロセッサ５には、コントロールデバイス５１が組み込まれている。
そして、コントロールデバイス５１は、ＮＣコントロールプログラム５１１およびＰＬＣコントロールデバイス５１２を含んでいる。
そして、図１に示した実施形態では、コントロールデバイス４１と５１は、機能的に同一であり、図１において複製することで描写されており、それぞれ、プロセッサ４および５に組み込まれていることを示している。
【００５２】
また、仮想マシン５２は、第２のプロセッサ５にインストールされており、また、動力学モデル５２１、および材料除去モデル５２２を含んでいることが好ましい。
そして、これら動力学モデル５２１および材料除去モデル５２２は、動力学モデル４２１および材料除去モデル４２２と同じものを使用することが好ましい。
この理由は、両者において、機械操作として、ＮＣプログラム、未加工機械形状、および機械構成については同じものを使用するからである。
しかしながら、一方で、第２の仮想マシン５２は、工作治具、テーブル、およびブース等のワークスペースをシミュレーションできるように、エンクロージャモデル（enclosure model）４２３の代わりに、ワークスペースモデル５２３を含んでいても良い。
【００５３】
次いで、図２は、ネットワークを介して相互に接続された複数の仮想マシンを用いて工作機械の工作プロセスをシミュレーションする本発明のシステム構成に関する別の実施形態を示している。
かかる別の実施形態は、システム２５および２６を含み、これらシステム２５および２６は、ネットワーク２７を介して相互に接続されている。かかる別の実施形態において、２つのシステム２５および２６の構成は、図１に示された構成と一部一致しており、図１と同じ参照番号が付された構成要素については図１に示されたものと同じである。
【００５４】
ここで、かかる別の実施形態におけるネットワーク２７は、インターネットを意味しており、本発明のシステム構成およびシミュレーション方法を実施するにあたり、２つのシステム２５および２６は物理的に隔離することが可能であることを意味する。
【００５５】
加えて、図２に示される別の実施形態では、２つのシステム２５および２６にリモートアクセスによって接続することが可能なリモートデスクトップ２９を備えたユーザーサイドの設備２８が示されている。
したがって、ユーザーは、リモートデスクトップ２９を介して、一連のシミュレーションを構成し、停止し、開始することが可能である。また、その一方で、シミュレーション環境設定は、工作機械製造者の制御下に置かれており、このことによって、メンテナンスの一部としてハードウエアに接続したり、アップグレードを適用したりする作業を極めて簡易に実施できる。
そして、リモートデスクトップ２９を介したシミュレーション環境へのアクセスは、当然のことながら、図２に示された実施形態に制限されるものではなく、図２は単なる一例に過ぎない。
なお、この種のリモートアクセスは、図１に示した実施形態およびその他の実施形態によっても達成することが可能である。
【００５６】
次いで、図３は、複数の仮想マシンをインストールした場合における、工作機械の工作プロセスをシミュレーションすることを特徴とした本発明のシミュレーション方法に関する第１の実施形態を示す図である。
【００５７】
最初に、ステップＳ３１において、それぞれの工作セクションを開始するため、ワークピースの状態が、ＣＡＭシステムを用いて設定／入力される。
次いで、ステップＳ３２において、ワークピースの状態が、３次元モデルファイル（例えば、ＶＲＭＬ、ＩＧＥＳ、ＳＴＥＰ形式）に格納される。
【００５８】
次に、ステップＳ３３において、それぞれの工作セクションの開始が確認される。この確認は、ＣＡＭシステムのポストプロセッサによって、ＮＣプログラムにエントリーマークを書き込むことによって行われる。
本実施形態では、それぞれの工作セクションの開始に関連したテキストを挿入することで、ステップＳ３３の工程としている。
【００５９】
次に、ステップＳ３４において、エントリーマークによって開始が確認されたそれぞれの工作セクションは、図１および図２に示される異なるプロセッサコアに転送される。
次いで、ステップＳ３５において、ＮＣプログラムの個々の工作セクションに従って、ワークピースの現在の中間部分の形状が、それぞれのプロセッサコアに転送される。
次いで、ステップＳ３６またはＳ３７において、それぞれのプロセッサコアにインストールされた仮想マシンにより、それぞれのプロセッサコアにおいて部分シミュレーションが実行される。
【００６０】
ここで、図３に示された本発明のシミュレーション方法に関す実施形態では、工作プロセスにおける工作操作および工作機械を、連続した工作セクションに分割する例を示しており、連続した工作セクションは、種々の加工段階を経由した未加工品が完成品に至るまでの、ワークピースについて工作セクションである。
このように実施することによって、連続した工作セクションが異なるプロセッサコアにてシミュレーションされると同時に、シミュレーション速度を増加させることが可能となる。
【００６１】
それに対して、図４は、仮想マシンを用いて工作機械の工作プロセスをシミュレーションする本発明のシミュレーション方法に関する別の実施形態を示している。
かかる別の実施形態では、工作機械の工作プロセスは異なるシステム構成要素についての機能的なシーケンスについて分割され、これら異なるシステム構成要素についての機能的なシーケンスについて、部分シミュレーションが実行される。
【００６２】
したがって、ステップＳ４１において、未加工部分の形状およびＮＣプログラムが、仮想マシンに適用できるように作成される。
次に、ステップＳ４２において、ツールパスをシミュレーションするシステム構成要素と材料除去モデルをシミュレーションするシステム構成要素以外の、全ての機能的シーケンスは動作を停止される。
すなわち、例えば図１に示したシステム構成要素４２３と５２３は、ステップＳ４２において、仮想マシンにてその動作を停止されることになる。
【００６３】
次いで、ステップＳ４３において、第１のプロセッサコアにて、ツールパスのシミュレーションを目的とした部分シミュレーションが開始される。
次いで、ステップＳ４４において、所定のＮＣプログラムおよびワークピースにおける未加工部分の所定の形状が入力されると、材料除去モデルのシミュレーションが開始される。
【００６４】
これらのシミュレーションは、ステップＳ４５において、ユーザーによって規定された所定時間ｔ１まで継続して実行され、ステップＳ４６において、所定時間ｔ１に達した材料除去モデルにおけるワークピースの形状が、ＮＣプログラムの状態に従って保存される。
本実施形態において、ＮＣプログラムの状態とは、ステップＳ４３およびＳ４４において開始された部分シミュレーションに関するＮＣプログラムの行番号である。
【００６５】
次いで、ステップＳ４７において、第２の仮想マシンが、時間ｔ０からｔ１の間に最初の工作セクションに関する、すべての計算複雑性を取り込んだシミュレーションを開始する。
ここで、すべての計算複雑性とは、仮想マシンに関連付けられたあらゆるシステム構成要素のことである。
したがって、図１に示される実施形態では、機械キャビネットをシミュレーションする追加のシステム構成要素４２３、およびワークスペースをシミュレーションするシステム構成要素５２３、が含まれている。
当然ながら、本発明は、これらの追加的なシステム構成要素に制限されるものではなく、一般的な規則により、このような仮想マシンを構成し得るすべてのシステム構成要素を含有することが可能である。
【００６６】
次いで、ステップＳ４８において、さらに時間ｔ２に達した時に、第３の仮想マシンがシミュレーションを開始する。
すなわち、当該仮想マシンは、第２の工作セクションにおける完全な計算を、時間ｔ１〜ｔ２の間に実施することになる。
【００６７】
次いで、ステップＳ４９において、さらに時間ｔ３に達した時に、第４の仮想マシンがシミュレーションを開始する。
すなわち、当該仮想マシンは、第３の工作セクションにおける完全な計算を、時間ｔ２〜ｔ３の間に実施することになる。
【００６８】
そして、図４に示される実施形態において、時間ｔ１〜ｔ３が、それぞれツール交換に対応しており、対応した工作セクションのシミュレーションの開始を容易にしている。
したがって、本発明によれば、ユーザーは、特定の目的に対して、ユーザー自身でエントリーポイントを定義することが可能である。
例えば、1台の仮想マシンは事前の計算(pre-calculating reduced simulation)に必要であるので、利用可能なＮ個の仮想マシンについて、ＮＣプログラムをＮ−１個のセクションに分割することによって、最初の実行は自動化される。
【００６９】
また、図５および６に示す実施形態では、並列シミュレーションが異なるプロセッサコア上で実行される場合に、並列仮想マシンに必要とされる概念の一部である衝突検出手段を組み込むための２つの基本的なシミュレーション方法を示している。
【００７０】
すなわち、図５は、４つの仮想マシン６１〜６４を用いて、ワークピース６０を機械加工する実施形態を示しており、それぞれの仮想マシン６１〜６４は、ＮＣセクション６０１〜６０４を使用して異なるプロセッサコア（図には示さない）上で動作する。
すなわち、図５の実施形態では、ＮＣセクション６０１〜６０４それぞれによって、それぞれの部分立体形状６１１〜６１４が加工される。本実施形態では、衝突検出６２０は、仮想マシン６１において、第１の実行時の最初にのみ実行される。
【００７１】
また、第２の実行６２２〜６２４において、立体形状の共通部分が、立体形状６１１〜６１４により形成され、それぞれの仮想マシン６２〜６４（仮想マシン６１まで）において、衝突検出６２２〜６２４が実行される間、第２の実行が実行される。
その後に、シミュレーションにより加工されたワークピース６３０は、ＣＡＤテンプレートと比較することができる。
【００７２】
本実施形態の長所は、例えば、ユーザーは最初に完全なＮＣプログラムおよびワークピースの情報を、仮想マシンの管理サーバ、例えば、仮想マシンクラウド（インターネット経由）、に転送することが可能である。
そして、この管理サーバは、対応する仮想マシン６１〜６４に、計算能力に応じて適切に負荷分散を行いながら、ワークピースおよびＮＣセクションを転送することが可能である。
したがって、シミュレーションの実行後、仮想マシン６１〜６４は、管理サーバへ、後のステップとして、あらゆる衝突および欠陥を含めて、加工されたワークピース６３０を、送信することができる。
本実施形態のもう一つの長所は、仮想マシンを使用するにあたって、専用に開発されたＣＡＤ／ＣＡＭソフトウエアが必要ない点である。すなわち、ユーザーは、本発明を実施するにあたって、ＣＡＤ／ＣＡＭデータについて一切の変更を必要としないことを意味する。
【００７３】
図６に示す実施形態は、専用に開発されたＣＡＤ／ＣＡＭソフトウエアを用いる例を示している。かかる実施形態において、加工セクションの中間結果は、ＣＡＭプログラムにより生成される。
そして、この加工セクションの中間結果は、衝突検出のために、４つの仮想マシン７１〜７４上で、ＮＣセクションの７０１〜７０４を使用して、ステップ７２１〜７２４において処理され、加工されたワークピース６３０を出力する。
【００７４】
本発明における仮想マシンの並列化を実装するためのコンピューターアーキテクチャに関連して、ワークピースの中間結果は、最初に、ＣＡＭプログラムにより生成された後、かかる中間結果は、元のワークピース６０に対応した形で管理サーバに送信される。管理サーバは、ワークピースまたは中間結果を分割し、ＮＣセクション７０１〜７０４に仮想マシン７１〜７４を対応させる。仮想マシン７１〜７４は、それぞれのワークピースについて、衝突検出を行いつつ処理し、管理サーバにその結果を送信する。結果として、ＣＡＤテンプレートと比較可能な、加工されたワークピース６３０が得られる。
【００７５】
但し、本発明は、上述した実施形態に過度に制限されるものでなく、記載した態様は、当業者の知識に基づいて特別な応用への最適な実施形態を形成する目的で、さらなる実施形態を形成するよう組み合わせることが可能である。
【図１】
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【図２】
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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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