(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の加工工程を組み合わせた加工プロセスにおいて、加工プロセス全体として適正な加工目標を達成し、加えて加工プロセス全体目標から各加工工程を設計し得る加工プロセスの最適設計システムを提供する。【解決手段】第１次工程から所定の第ｎ次工程までの複数の加工工程を時系列に組み合わせた加工プロセスの最適設計システムにおいて、第ｉ次工程の加工前の第ｉ−１次工程後の第ｉ−１次工程品質情報と、第ｉ次工程における加工条件を含む第ｉ次加工パラメータと、第ｉ次工程後の品質を算出する関数としての第ｉ次工程品質関数と、第ｉ次工程の第ｉ次工程コスト関数と、を設定し、第ｉ次加工パラメータ及び第ｉ次工程品質関数に基づく加工後の品質情報を次の第ｉ次工程における第ｉ次工程品質情報として出力し、第ｉ次加工パラメータ及び第ｉ次工程コスト関数に基づく被加工物の第ｉ次工程の第ｉ次工程コスト情報を出力する。【選択図】図３
2022002096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１次工程から所定の第ｎ次工程までの複数の加工工程を時系列に組み合わせた加工プロセスの最適設計システムにおいて、
第１次工程から第ｎ次工程の中の第ｉ次工程の加工前の第ｉ−１次工程後の被加工物の少なくとも品質を含む材料情報としての第ｉ−１次工程品質情報（Ｑｐｉ−１）と、
第ｉ次工程における加工条件を含む第ｉ次加工パラメータ（Ｐｐｉ）と、
前記第ｉ−１次工程品質情報（Ｑｐｉ−１）と前記第ｉ次加工パラメータ（Ｐｐｉ）とから第ｉ次工程の加工工程後の被加工物の少なくとも品質を算出する関数としての第ｉ次工程品質関数（ｆｉ）と、
前記第ｉ−１次工程品質情報（Ｑｐｉ−１）と前記第ｉ次加工パラメータ（Ｐｐｉ）とから第ｉ次工程の加工工程に必要なコストを算出する関数としての第ｉ次工程コスト関数（ｇｉ）と、を設定し、
第ｉ−１次工程品質情報（Ｑｐｉ−１）の入力に対して第ｉ次加工パラメータ（Ｐｐｉ）及び第ｉ次工程品質関数（ｆｉ）に基づく加工後の被加工物の少なくとも品質を含む材料情報を次の第ｉ次工程における材料情報とされる第ｉ次工程品質情報（Ｑｐｉ）として出力し、
第ｉ−１次工程品質情報（Ｑｐｉ−１）の入力に対して第ｉ次加工パラメータ（Ｐｐｉ）及び第ｉ次工程コスト関数（ｇｉ）に基づく被加工物の第ｉ次工程に必要なコストを含む工数情報を第ｉ次工程コスト情報（Ｃｐｉ）として出力する、
加工プロセスの最適設計システム。
【請求項２】
加工プロセス中にリアルタイムに計測された被加工物の材料情報としての品質情報及び加工条件を含む所定の加工パラメータに対する加工結果を集積記憶・更新した加工データ群の記憶手段を備え、
前記第ｉ次工程品質情報（Ｑｐｉ）及び第ｉ次工程コスト情報（Ｃｐｉ）は、
前記加工データ群の記憶手段に記憶された加工データ群から第ｉ−１次工程品質情報（Ｑｐｉ−１）及び第ｉ次加工パラメータ（Ｐｐｉ）とこれに対する第ｉ次工程品質関数（ｆｉ）及び第ｉ次工程コスト関数（ｇｉ）とに合致する加工結果を抽出・設定することで第ｉ次工程品質情報（Ｑｐｉ）と第ｉ次工程コスト情報（Ｃｐi）とを出力する、請求項１に記載の加工プロセスの最適設計システム。
【請求項３】
第１次工程の加工前の被加工物の少なくとも品質を含む材料情報を初期状態の０次工程品質情報（Ｑｐ0）として予め設定しておき、
ｉ＝ｎである加工プロセスの最終工程後品質情報としての第ｎ次工程品質情報（Ｑｐn）を、第１次工程品質情報（Ｑｐ1）から前記第ｎ次工程品質情報（Ｑｐn）まで各次工程を順次算出することで出力する、請求項１又は２に記載の加工プロセスの最適設計システム。
【請求項４】
出力された前記第ｉ次工程コスト情報（Ｃｐｉ）をｉ＝１である第１次工程からｉ＝ｎである第ｎ次工程にわたって合算して加工プロセス全体の総コスト情報（ΣＣｐ）として出力する、請求項３に記載の加工プロセスの最適設計システム。
【請求項５】
前記最終工程後品質情報としての第ｎ次工程品質情報（Ｑｐn）及び前記総コスト情報（ΣＣＰ）の出力後に、任意のｉ次工程の第ｉ次加工パラメータ（Ｐｐi）及び／又は第ｉ次工程品質関数（ｆi）及び／又は第ｉ次工程コスト関数（ｇi）を再設定して、前記第ｎ次工程品質情報（Ｑｐn）及び前記総コスト情報（ΣＣＰ）を修正出力する、請求項４に記載の加工プロセスの最適設計システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の加工工程を組み合わせた加工プロセスにおいて各加工工程ごとに目標とする品質やコスト等を踏まえて加工プロセス全体として要求される品質・コスト等を達成し得る加工プロセスの最適設計システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
【０００３】
切削加工や研削加工、研磨加工、摩擦攪拌接合等を実行して製品加工する場合、その加工は、例えば粗加工、中粗加工、仕上げ加工、内径研磨などの各加工工程を時系列に組み合わせた全加工プロセスを実行することで行っている。従来、その各加工工程において加工装置は、被加工部材の材質や肉厚、形状に応じて、定められた最適なツールの仕様（材質、形状、刃数、切込み角など）、回転数（回転速度）、切込み速度などの加工条件を経験的な値として設定し、事後的に製品の品質・コストを検証していた。
【０００４】
これに対して本発明者ら及び本出願人は、各加工中における工具等の加工ツールや潤滑油などの温度、振動、負荷等をリアルタイムに計測し、加工中に加工条件を適正に評価・検証でき、加工装置又は外部装置から修正し得る装置及びシステムを開発してきた（特許文献１〜３参照）。また、加工中のリアルタイムデータは、個々に記憶・更新され集積したデータ群として種々の事前参考データとして形成され、新たな加工において適正な加工条件データを用いた制御も可能としている（特許文献４  特開２０１９−４２８３１号公報）。
【０００５】
しかしながら、実際の加工では上述するように種々の加工工程が時系列順に組み合わされた加工プロセス全体で最終加工品の適正な品質やコスト（工程数を含む）等の加工目標（プロセスターゲット）を満足させるものであり、各加工工程のみの加工目標を満足させれば足りるものではなく、各加工工程ごとに調整し、当該加工工程以外の他の加工工程への影響を考慮しながら最終的に加工プロセス全体として設計していく必要がある。例えば、粗加工や中粗加工で加工目標を高く要求すれば仕上げ加工のコストを小さくできる一方、粗加工や中粗加工の加工目標を過度に高く要求する粗加工や中粗加工のコストが大幅に上昇し、加工プロセス全体としては適正な品質に対するコストとしてのバランスを欠く結果になり得る。また、最終加工品の受注業者の品質やコストの要望は多種多様であり、これを満足させることを優先して加工プロセス全体を設計すべく各加工工程それぞれを調整していく必要もある。したがって、実際に加工現場では、各加工工程ごとに品質・コスト等を設計していくだけでは所謂「木を見て森を得ず」となり、加工工程全体として設計し、要求される最終製品の品質・総コストの範囲内に収めることが必要となる。現状、この設計は現場オペレータの経験則に委ねられており、人材確保及び人材教育の時間確保や製造拠点の海外移転促進の観点から今後重要な課題になってくることが予想される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開公報ＷＯ２０１５−０２２９６７
【特許文献２】国際公開公報ＷＯ２０１６−１３６９１９
【特許文献３】特開２０１８−５４６１１号公報
【特許文献４】特開２０１９−４２８３１号公報
【発明の概要】
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記実情に鑑みて創作されたものであり、複数の加工工程を組み合わせた加工プロセスにおいて、各加工工程においてリアルタイム計測した計測結果のデータベースを活用し、各加工プロセス間の相関を踏まえて加工プロセス全体として適正な加工目標を達成し得る加工プロセスの最適設計システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、第１次工程から所定の第ｎ次工程までの複数の加工工程を時系列に組み合わせた加工プロセスの最適設計システムにおいて、
第１次工程から第ｎ次工程の中の第ｉ次工程の加工前の第ｉ−１次工程後の被加工物の少なくとも品質（寸法精度や面粗度、キズ深さ）を含む材料情報としての第ｉ−１次工程品質情報（Ｑｐｉ−１）と、
第ｉ次工程における加工条件を含む第ｉ次加工パラメータ（Ｐｐｉ）と、
前記第ｉ−１次工程品質情報（Ｑｐｉ−１）と前記第ｉ次加工パラメータ（Ｐｐｉ）とから第ｉ次工程の加工工程後の被加工物の少なくとも品質を算出する関数としての第ｉ次工程品質関数（ｆｉ）と、
前記第ｉ−１次工程品質情報（Ｑｐｉ−１）と前記第ｉ次加工パラメータ（Ｐｐｉ）とから第ｉ次工程の加工工程に必要なコスト（加工費用、加工時間）を算出する関数としての第ｉ次工程コスト関数（ｇｉ）と、を設定し、
第ｉ−１次工程品質情報（Ｑｐｉ−１）の入力に対して第ｉ次加工パラメータ（Ｐｐｉ）及び第ｉ次工程品質関数（ｆｉ）に基づく加工後の被加工物の少なくとも品質を含む材料情報を次の第ｉ次工程における材料情報とされる第ｉ次工程品質情報（Ｑｐｉ）として出力し、
第ｉ−１次工程品質情報（Ｑｐｉ−１）の入力に対して第ｉ次加工パラメータ（Ｐｐｉ）及び第ｉ次工程コスト関数（ｇｉ）に基づく被加工物の第ｉ次工程に必要なコスト（加工費用、加工時間）を含む工数情報を第ｉ次工程コスト情報（Ｃｐｉ）として出力する。
【００１０】
また、本加工プロセスの最適設計システムは、加工プロセス中にリアルタイムに計測された被加工物の材料情報としての品質情報及び加工条件を含む所定の加工パラメータに対する加工結果を集積記憶・更新した加工データ群の記憶手段を備え、前記第ｉ次工程品質情報（Ｑｐi）及び第ｉ次工程コスト情報（Ｃｐi）は、
前記加工データ群の記憶手段に記憶された加工データ群から第ｉ−１次工程品質情報（Ｑｐi−１）及び第ｉ次加工パラメータ（Ｐｐi）とこれに対する第ｉ次工程品質関数（ｆi）及び第ｉ次工程コスト関数（ｇi）とに合致する加工結果を抽出・設定することで第ｉ次工程品質情報（Ｑｐｉ）と第ｉ次工程コスト情報（Ｃｐi）とを出力する、ことができる。
【００１１】
通常、被加工物の加工プロセスでは、例えば上述するように粗加工、中粗加工、仕上げ加工、内径研磨等、第１次工程から第ｎ次工程までの複数の加工工程が時系列で組み合されて全体の加工プロセスが形成されている。本発明の加工プロセスの最適設計システムでは、各加工工程ごとに（例えば第ｉ次工程で）事前に加工「前」の被加工物の寸法精度や面粗度、キズ深さ等の品質情報（Ｑｐｉ−１）を入力し、入力された品質情報（Ｑｐｉ−１）と工具や加工条件等の加工パラメータ（Ｐｐｉ）との組み合わせで加工目標となる加工「後」の品質情報（Ｑｐi）と加工費用や加工時間等、加工に必要なコスト情報（Ｃｐｉ）を出力する。このとき各加工工程ごとに品質の許容範囲（制約条件）に基づく関数（ｆｉ）をもっており、この関数（ｆｉ）を加工「前」の品質情報（Ｑｐｉ-1）と加工パラメータ（Ｐｐｉ）とを組み合わせて演算することで各加工工程後（＝次の加工工程としてのｉ＋１次工程）」の品質情報（Ｑｐｉ）が算出される。。また、各加工工程ごとにコストの許容範囲に基づく関数（ｇｉ）をもっており、この関数（ｇｉ）を加工「前」の品質情報（Ｑｐｉ-1）と加工パラメータ（Ｐｐｉ）とを組み合わせて演算することで各加工工程における加工に必要な加工費用や加工時間等のコスト情報（Ｃｐｉ）も算出される。
【００１２】
さらに、本加工プロセスの最適設計システムでは、過去に集積された加工データ群から読み込んで各加工工程における品質情報（Ｑｐｉ-1，Ｑｐｉ）、コスト情報（Ｃｐｉ）、品質関数（ｆi）、コスト関数（ｇi）を抽出・設定することができ、実際の過去の加工中に計測した加工データ群（データベース）から最適設計されるため実用性が高い。さらに、その加工データ群は、加工プロセス中の各加工工程ごとにリアルタイムに計測される都度、更新されていくため時間経過とともにデータ群が拡大し、最適設計精度が向上する。
【００１３】
また、本加工プロセスの最適設計システムでは、例えば、第１次工程の加工前の被加工物の少なくとも品質を含む材料情報を初期状態の０次工程品質情報（Ｑｐ0）として予め設定しておき、ｉ＝ｎである加工プロセスの最終工程後品質情報としての第ｎ次工程品質情報（Ｑｐn）を、第１次工程品質情報（Ｑｐ1）から前記第ｎ次工程品質情報（Ｑｐn）まで各次工程を順次算出することで出力している。
【００１４】
換言すれば、各加工工程の品質は、前の加工工程（１次工程の場合は初期品質）の品質に依存して加工工程後の品質が算出され、この算出を第１次工程から順に最終工程まで実行することで加工プロセス全体終了後の品質が算出される。
【００１５】
また、本加工プロセスの最適設計システムでは、例えば、出力された前記第ｉ次工程コスト情報（Ｃｐi）をｉ＝１である第１次工程からｉ＝ｎである第ｎ次工程にわたって合算して加工プロセス全体の総コスト情報（ΣＣｐ）として出力する。
【００１６】
上述したように各加工工程のコスト情報は、各加工工程ごとに前の加工工程後の品質情報に基づいて算出され、このコスト情報を初期工程〜最終工程までの順次合算することで加工プロセス全体のコスト情報を算出することができる。
【００１７】
したがって、本加工プロセスの最適設計システムでは各加工工程ごとに品質及びコストを出力しつつ、加工プロセス全体としてのコスト（加工時間、加工費用）を算出することができ、加工プロセス全体の最終品質、総コストを評価し、最適化・最小化することができる。すなわち、最終加工後の目標（要求）に応じた全加工プロセスの最終品質及び総コストを最適設計をすることができる。
【００１８】
さらに本加工プロセスの最適設計システムでは、前記最終工程後品質情報としての第ｎ次工程品質情報（Ｑｐn）及び前記総コスト情報（ΣＣｐ）の出力後に、任意のｉ次工程の第ｉ次加工パラメータ（Ｐｐi）及び／又は第ｉ次工程品質関数（ｆi）及び／又は第ｉ次工程コスト関数（ｇi）を再設定して、前記第ｎ次工程品質情報（Ｑｐn）及び前記総コスト情報（ΣＣｐ）を修正出力する、こともできる。
【００１９】
すなわち本加工プロセスの最適設計システムでは、一旦、加工プロセス全体としての品質情報や総コスト情報を算出した後に、さらに任意の加工工程における条件（Ｐｐi，Ｑｐｉ，ｆi，ｇi）を変えて再設定し、加工プロセス全体としての品質情報や総コスト情報を算出し直すこともできる。このとき再設定するときの条件は、現加工におけるリアルタイム計測データから設定する場合や、加工データ群（データベース）の異なるデータから抽出して設定する場合や、現場職人が経験則から手入力して設定する場合等が挙げられる。
【００２０】
なお、上述したように本加工プロセスの最適設計システムは各加工工程ごとに品質情報とコスト情報とを出力して、加工プロセス全体としてのコストや加工時間を最小化・最適化することができるが、各加工工程における加工のコスト情報（Ｃｐｉ）は各加工工程ごとに加工時間、加工費用、必要資源に対する重み付けを行うことが好ましい。各加工工程に必要な製造設備は他製造品を製造・加工する製造工場の稼働状況や材料在庫状況等、必要資源の状況に応じて最適化目標が異なってくるものであるからである。したがって、各加工工程ごとに重み付けを行って、必要となる総コストを評価し、逆に総コストから各加工工程を設計選択倉庫ｓできることとなる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の加工プロセスの最適設計システムでは、複数の加工工程を組み合わせた加工プロセスにおいて、各加工工程ごとに前の加工工程後の品質に基づいてその加工工程後の被加工物の品質及びコストを許容範囲内に調整するよう設計することができ、また、加工プロセス全体の中で各加工工程間の相関を踏まえて加工プロセス全体が終了したときの品質及び総コストについての目標を最適化することができ、逆に加工プロセス全体終了時の許容品質及び総コストから各加工工程での品質及びコストを最適化することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】複数の加工工程が時系列で組み合わさった加工プロセスの模式図である。
【図２】（ａ）には、本発明の加工プロセスの最適設計システムにおいて任意の加工工程の入力品質（Ｑｐｉ）の解空間のイメージ、（ｂ）には任意の加工工程で必要なコスト（Ｃｐｉ）の解空間のイメージを示している。
【図３】図２の解空間の概念図を用いて上述した品質情報（Ｑｐｉ）、コスト情報（Ｃｐｉ）の解空間の写像を視覚化した模式図を示している。
【図４】本発明の加工プロセスの最適設計システムにおいて加工データ群から第ｎ次工程後の品質情報（Ｑｐｎ）及び加工プロセス全体にわたる総コスト情報（ΣＣｐ）に適する各加工工程の品質情報（Ｑｐ１〜Ｑｐｎ）及びコスト情報（Ｃｐ１〜Ｃｐｎ）を出力する方法を示すフロー図を示している。
【図５】（ａ）は、本発明の加工プロセスの最適設計システムを活用した加工装置例としてのマシニングセンタの回転主軸近傍、(ｂ)は、(ａ)のツールホルダユニット１からのデータを受信し、分析する外部端末の例示写真である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１〜図４には、本発明の加工プロセスの最適設計システムの模式図が示されている。まず、図１に示すように通常、加工プロセスでは第１次工程、第２次工程・・・第ｎ−１次工程、第ｎ次工程のように複数の工程、例えば、第１次工程として粗加工、第２次工程として中粗加工、第３次工程として仕上げ加工、最終の第４次工程として内径研磨のように複数の各加工工程が組み合わさって１つの加工プロセスをなしている。
【００２４】
本加工プロセスの最適設計システム例において第１次工程は、最初の加工工程であり加工前の初期状態の被加工物の寸法誤差や面粗度、キズ深さ等の素材品質（初期品質）を第０（１-１）次工程品質情報（Ｑｐ0）として入力する。また、第１次工程における工具や切削条件等の加工条件を第１次加工パラメータ（Ｐｐ１）として変数設定する。また、第１次工程後の目標となる被加工物の品質を算出する関数としての第１次工程品質関数（ｆ1）を設定し、第１次工程の目標となる被加工物のコスト（加工時間及び加工費用）を算出する関数としての第１次工程コスト関数（ｇ1）を設定する。そして、素材品質（初期品質）としての第０次工程品質情報（Ｑｐ0）と加工条件としての第１次加工パラメータ（Ｐｐ１）との組み合わせに対してそれぞれ第１次工程品質関数（ｆ1）と第１次工程コスト関数（ｇ1）とを用いて、下記式（１）のような第１次工程後（＝第２次工程前）の品質情報（Ｑｐ１）と下記式（２）のような第１次工程に必要なコスト（加工費用、加工時間）としての第１次工程コスト情報（Ｃｐ１）とを算出（出力）する。
【００２５】
Ｑｐ１＝ｆ１[Ｑｐ0×Ｐｐ１]・・・式（１）
Ｃｐ１＝ｇ１[Ｑｐ0×Ｐｐ１]・・・式（２）
【００２６】
次に、第２次工程では、第１次工程後の寸法誤差や面粗度、キズ深さ等の品質（Ｑｐ１）を第一次工程品質情報（Ｑｐ１）として入力する。また、第２次工程における工具や切削条件等の加工条件を第２次加工パラメータ（Ｐｐ２）として変数設定する。また、第２次工程の目標となる被加工物の品質を算出する関数として第２次工程品質関数（ｆ２）を設定し、第２工程の目標となる被加工物のコスト（加工時間及び加工費用）を算出する関数としての第１次工程コスト関数（ｇ２）を設定する。そして、第１次工程のときと同様に加工前（＝第１次工程後）の第１次工程品質情報（Ｑｐ１）と加工条件としての第２次加工パラメータ（Ｐｐ２）との組み合わせに対してそれぞれ第２次工程品質関数（ｆ２）と第２次工程コスト関数（ｇ２）とを用いて、下記式（３）のような第２次工程後（＝第３次工程前）の品質情報（Ｑｐ２）と下記式（４）のような第２次工程に必要なコスト（加工費用、加工時間）としての第２次工程コスト情報（Ｃｐ２）とを算出（出力）する。
【００２７】
Ｑｐ２＝ｆ２[Ｑｐ１×Ｐｐ２]・・・式（３）
Ｃｐ２＝ｇ２[Ｑｐ１×Ｐｐ２]・・・式（４）
【００２８】
上記式（１）〜式（４）もように各加工工程における加工後の品質及び加工に必要なコストの出力を順次、第ｎ次工程まで繰り返すと、最終工程である第ｎ次工程後の品質情報（Ｑｐｎ）及び第ｎ工程に必要なコスト情報（Ｃｐｎ）が出力される。下記式（５）〜式（６）には第ｎ次工程後の品質情報（Ｑｐｎ）及び第ｎ次工程に必要なコスト情報（Ｃｐｎ）の評価関数が示される。
【００２９】
Ｑｐｎ＝ｆｎ[Ｑｐｎ−１×Ｐｐｎ]・・・式（５）
Ｃｐｎ＝ｇｎ[Ｑｐｎ−１×Ｐｐｎ]・・・式（６）
【００３０】
したがって、これを初期工程から最終工程までの任意の第ｉ次工程（１≦ｉ≦ｎ）として一般化すると、第ｉ次工程後の品質情報（Ｑｐｉ）及び第ｉ工程に必要なコスト情報（Ｃｐｉ）は、第ｉ−１次工程後の品質情報（Ｑｐｉ−１）を第ｉ次工程品質情報（Ｑｐｉ―１）として入力し、第ｉ次工程における工具や切削条件等の加工条件を第ｉ次加工パラメータ（Ｐｐｉ）として変数設定し、第ｉ次工程後の被加工物の品質を算出する関数としての第ｉ次工程品質関数（ｆｉ）、第ｉ次工程のコスト（加工時間及び加工費用）を算出する関数としての第ｉ次工程コスト関数（ｇｉ）とを用いて、下記（７）のように一般化された第ｉ次工程後の品質情報（Ｑｐi）、式（８）のような一般化された第ｉ次工程に必要なコスト情報（Ｃｐｉ）が出力される。
【００３１】
Ｑｐｉ＝ｆｉ[Ｑｐi―１×Ｐｐｉ]・・・式（７）
Ｃｐｉ＝ｇｉ[Ｑｐi―１×Ｐｐｉ]・・・式（８）
【００３２】
換言すれば、図２に示す品質情報（Ｑｐｉ：図２（ｂ））及びコスト情報（Ｃｐｉ：図２（ａ））の解空間の概念図に示すように、各加工工程後の寸法誤差や面粗度、キズ深さ等の品質情報（Ｑｐｉ）や加工時間、加工費用等のコスト情報（Ｃｐｉ）は、各加工工程の前工程後の品質情報（Ｑｐｉ−１）を入力情報とし、工具や切削条件等の加工条件としての加工パラメータ（Ｐｐｉ）との組み合わせたベクトル解の集合（解空間）から写像して決定されることとなる。このうち各加工工程後の品質情報（Ｑｐｉ）は、許容範囲（加工工程後の被加工物の品質を算出する関数（ｉ次工程品質関数：ｆｉ））をもって、すなわち品質情報（Ｑｐｉ−１）の解空間は制約されて順次、次の加工工程の品質情報（Ｑｐｉ）の解空間に写像される（Ｑｐｉ＝ｆｉ[Ｑｐi―１×Ｐｐｉ]）。また、加工時間、加工費用等のコスト情報（Ｃｐｉ）についても、許容範囲（各加工工程に必要なコスト（加工費用、加工時間）を算出する関数（ｉ工程コスト関数：ｇｉ）をもって、すなわち品質情報（Ｑｐｉ―１）の解空間は制約されて、次の加工工程のコスト情報（Ｃｐｉ）の解空間に写像される（Ｃｐｉ＝ｇｉ[Ｑｐi―１×Ｐｐｉ]）。そして、写像された各加工工程のコスト情報（Ｃｐｉ）の全行程にわたって合算した総コスト情報（ΣＣｐ）を決定し、これを製造者や製品納入者等の要求に応じて最小化を求釈することで加工プロセス全体の総コストを低減することを企図する。
【００３３】
なお、上記加工プロセス全体の総コスト情報（ΣＣｐ）について、第１次工程〜第ｎ次工程までの総コスト情報ΣＣｐｎの算出式は、下記数１の通りである。
【数１】
2022002096.tif 000003
【００３４】
図３では、図２の解空間の概念図を用いて上述した品質情報（Ｑｐｉ）、コスト情報（Ｃｐｉ）の解空間の写像を視覚化した模式図が示されている。図３の左欄〜中欄には、（ａ-１）にｉ-１次工程後（＝ｉ次工程前）の品質情報（Ｑｐｉ−１）の解空間が示され、（ａ）に（ａ-1）の品質情報（Ｑｐｉ−１）の解空間が所定の許容範囲（ｉ次工程品質関数：ｆｉ）をもってｉ次工程の加工条件（加工パラメータ（Ｐｐｉ））により写像されたｉ次工程後（＝ｉ+１次工程前）の品質情報（Ｑｐｉ）の解空間が示され、（ｂ）に（ａ-1）の品質情報（Ｑｐｉ−１）の解空間が所定の許容範囲（ｉ次工程コスト関数：ｇｉ）をもってｉ次工程の加工条件（加工パラメータ（Ｐｐｉ））により写像されたｉ次工程のコスト情報（Ｃｐｉ）の解空間が示されている。
【００３５】
また、図３の中欄〜右欄には、（ａ+１）に（ａ）の品質情報（Ｑｐｉ）の解空間が所定の許容範囲（ｉ+１次工程品質関数：ｆｉ+１）をもってｉ次工程の加工条件（加工パラメータ（Ｐｐｉ+１））により写像されたｉ+１次工程後（＝ｉ+２次工程前）の品質情報（Ｑｐｉ+１）の解空間が示され、（ｂ+１）に（ａ）の品質情報（Ｑｐｉ）の解空間が所定の許容範囲（ｉ+１次工程コスト関数：ｇｉ+１）をもってｉ+１次工程の加工条件（加工パラメータ（Ｐｐｉ+１））により写像されたｉ+１次工程のコスト情報（Ｃｐｉ+１）の解空間が示されている。
【００３６】
図３（ａ-1）〜（ａ）（ｂ）の矢印（i）(i)’は、加工条件（加工パラメータ（Ｐｐｉ））の１例として加工費用と加工時間とが許容範囲内で少し多い条件の場合に下記式（９）（１０）を参照するように、
Ｑｐｉ＝ｆｉ[Ｑｐi−１×Ｐｐｉ]・・・式（９）
Ｃｐｉ＝ｇｉ[Ｑｐi−1×Ｐｐｉ]・・・式（１０）
ｉ次工程前の品質情報（Ｑｐｉ−１）の解空間が、ｉ次工程後の品質情報（Ｑｐｉ−１）の解空間及びｉ次工程のコスト情報（Ｃｐｉ）の解空間に写像さている様子を示しており、矢印（ii）(ii)’は、加工条件（加工パラメータ（Ｐｐｉ））の他例として加工費用と加工時間とが許容範囲内で少し少ない条件の場合に、矢印（i）(i)’と同様に解空間が写像さている様子を示している。
【００３７】
また、図３（ａ）〜（ａ+１）（ｂ+１）の矢印（iii）(iii)’は、加工条件（加工パラメータ（Ｐｐｉ））の１例として加工費用と加工時間とが許容範囲内で少し多い条件の場合に下記式（１１）（１２）を参照するように、
Ｑｐｉ＋１＝ｆｉ＋１[Ｑｐi×Ｐｐｉ＋１]・・・式（１１）
Ｃｐｉ＋１＝ｇｉ＋１[Ｑｐi×Ｐｐｉ＋１]・・・式（１２）
上述の図３（ａ）で写像されたｉ+１次工程前の品質情報（Ｑｐｉ）を前提としてその解空間が、ｉ+１次工程後の品質情報（Ｑｐｉ+１）の解空間及びｉ+１次工程のコスト情報（Ｃｐｉ+１）の解空間に写像さている様子を示しており、矢印（iv）(iv)’は、加工条件（加工パラメータ（Ｐｐｉ））の他例として加工費用と加工時間とが許容範囲内で少し少ない条件の場合に、矢印（iii）(iii)’と同様に解空間が写像さている様子を示している。
【００３８】
図３からもわかるように、各加工工程は工程順に相関しており、任意の加工工程（ｉ次工程：例えば、粗加工）での品質が、その後の加工工程（ｉ＋１次工程：例えば、仕上加工）の品質やコストに大きく影響する。その結果、前の工程で少し費用と時間とを費やせば次の工程では費用と時間とを少なくしても所望の品質が得られ、逆に前の工程で費用と時間とを抑えた場合、次の工程では費用と時間とを多く費やさないと所望の品質が得られないこととなる。したがって、１次工程〜ｎ次工程全体にわたって計測データを集積しデータベース化しておけば、工程間の相関を考慮して加工プロセス最終工程の品質や加工プロセス全体での総コストとを要求範囲内に設計していくことができる。例えば、第ｎ次工程を最終工程として許容範囲の品質を所望する場合、データベース（加工データ群）から各加工工程を抽出して加工プロセス全体としての最短の加工時間や最安の加工費用を達成し得る加工条件を加工前に検出することができる。その結果、どの加工工程の品質を上げていけば良いかや、加工時間。加工費用を費やすべきかを最終工程の許容範囲から逆算して最適設計することができる。
【００３９】
次に、本加工プロセスの最適設計システムにおいて加工データ群から各加工工程を読み込んで許容範囲を満たす最終工程（第ｎ次工程）後の品質情報（Ｑｐｎ）及び加工プロセス全体にわたる総コスト情報（ΣＣｐ）に適する各加工工程の品質情報（Ｑｐ１〜Ｑｐｎ）及びコスト情報（Ｃｐ１〜Ｃｐｎ）を出力する方法を図４のフロー図を参照しつつ例示説明する。
【００４０】
まず、予め想定された工程数ｎ、初期状態の品質情報（Ｑｐ０）、第１次工程品質関数（ｆ1）〜第ｉ次工程品質関数（ｆi）、第１次工程コスト関数（ｇ１）〜第ｉ次工程コスト関数（ｇi）を入力設定する（ＳＴ１）。そして、設定された品質情報（Ｑｐ０）、各加工工程品質関数（ｆ1〜ｆi）、各加工工程コスト関数（ｇ１〜ｇi）に対応する過去の記憶データを加工データ群（データベース）から抽出して出力する（ＳＴ２）。
【００４１】
次に、初期加工工程（第１次工程）としてｉ＝１を設定し（ＳＴ３）、ｉ＝１を
Ｑｐｉ＝ｆｉ[Ｑｐi−１×Ｐｐｉ]
Ｃｐｉ＝ｇｉ[Ｑｐi−１×Ｐｐｉ]
に代入し、第１次工程品質情報（Ｑｐ１）、第１次工程コスト情報（Ｃｐ１）を算出する（ＳＴ４）。
【００４２】
第１次工程品質情報（Ｑｐ１）、第１次工程コスト情報（Ｃｐ１）が出力されると、ｉの設定値を１加算してｉ＝２とし（ＳＴ６）、第２次工程においても第２次工程品質情報（Ｑｐ２）、第２次工程コスト情報（Ｃｐ２）を算出した後（ＳＴ４）、再びｉの設定値を１加算設定し（ＳＴ６）、第３次工程においても第３次工程品質情報（Ｑｐ３）、第３次工程コスト情報（Ｃｐ３）を算出する（ＳＴ５）。このＳＴ６〜ＳＴ４をｉ＝ｎまで繰り返し、ｉ≧ｎになると（ＳＴ５）、最終工程の第ｎ次工程品質情報（Ｑｐｎ）と初期工程〜最終工程までのコスト情報を合算した総コスト情報（ΣＣｐ）とを算出する（ＳＴ７）。なお、各工程において実際の加工中にリアルタイムに計測されたデータに基づいて算出されたＱｐｉ＝ｆｉ[Ｑｐi−１×Ｐｐｉ]、Ｃｐｉ＝ｇｉ[Ｑｐi−１×Ｐｐｉ]は逐次、加工データ群（データベース）に集積・更新される（ＳＴ４〜ＳＴ２）。
【００４３】
そして、算出された第ｎ次工程品質情報（Ｑｐｎ）と総コスト情報（ΣＣｐ）とが予め設定した所望範囲内（許容範囲内）であるか否かが判定され（ＳＴ８）、所望範囲内に収まっていれば最適設計されたとして、各工程で設定された品質情報（Ｑｐ１〜Ｑｐｎ）とコスト情報（Ｃｐ１〜Ｃｐｎ）を出力する（ＳＴ１０）。
【００４４】
また、ＳＴ８において算出された第ｎ次工程品質情報（Ｑｐｎ）と総コスト情報（ΣＣｐ）とが予め設定した所望範囲内（許容範囲内）に収まっていない場合は、指定したｉ次工程の品質関数（ｆi）とコスト関数（ｇi）とを再設定する（ＳＴ９）。この再設定（ＳＴ９）において指定するｉ次工程は、図４ではオペレータが任意に選択するケースを想定しているが、加工データ群に記憶された異なる記憶データから加工プロセス全体又は一部の工程を再抽出（ＳＴ２）するケースも想定される。そして、第ｎ次工程品質情報（Ｑｐｎ）と総コスト情報（ΣＣｐ）とが所望範囲内（許容範囲内）に収まるまでＳＴ４〜ＳＴ８のステップを繰り返し、所望範囲内に収まると各工程で再設定された品質情報（Ｑｐ１〜Ｑｐｎ）とコスト情報（Ｃｐ１〜Ｃｐｎ）を出力する（ＳＴ１０）。
【００４５】
次に図５（ａ）は、本加工プロセスの最適設計システムを活用する加工装置例としてのマシニングセンタの回転主軸２近傍を示しており、把持装着した工具の温度・加速度をリアルタイムに計測するセンサを有するツールホルダユニット１の写真図を示している。このツールホルダユニット１は、通常のツールホルダと同様にその上部を回転主軸２に把持され、下部で工具を把持するものであり、通常のツールホルダと異なり、加工中の工具近傍の状態をリアルタイムに検出できる機能を有するユニットとして形成されている。
【００４６】
このユニットでは、加工中の工具の温度、加速度（振動）とマシニングセンタの回転主軸に備えられたモータの負荷（応力（ロードメータ値））を測定し、そのデータをデジタル化して外部に送信し、外部端末（外部パソコン３２）で受信し、分析する。図５(ｂ)は、図５(ａ)のツールホルダユニット１からのデータを受信し、分析する外部端末の例示写真である。レシーバ３１はツールホルダユニット１からのデジタルデータを受信し、外部パソコン３２及び／又は図示しないサーバやクラウドサーバに送信し、この外部パソコン３２又は図示しないサーバやクラウドサーバが記憶手段となって各加工工程における計測データをデータベース（加工データ群）に蓄積・更新する。なお、ツールホルダユニット１のレシーバ３１から外部パソコン３２又は図示しないサーバやクラウドサーバを介してデジタルデータを受信した外部パソコン３２は、その内部の専用ソフトウェアで処理（又は演算）してディスプレイ上のウィンドウ１０に時系列にグラフ表示する表示機能も有する。
【００４７】
新たな加工プロセスを最適化設計する場合、上述する記憶手段としての外部パソコン３２又は図示しないサーバやクラウドサーバに蓄積・更新された各加工工程においてリアルタイム計測されたデータ群から、第ｉ−１次工程品質情報（Ｑｐｉ−１）及び第ｉ次加工パラメータ（Ｐｐｉ）に合致する加工結果、又は第ｉ−１次工程品質情報（Ｑｐｉ−１）及び第ｉ次加工パラメータ（Ｐｐｉ）とこれに対する第ｉ次工程品質関数（ｆｉ）及び第ｉ次工程コスト関数（ｇｉ）とに合致する加工結果、を抽出して第ｉ次工程品質情報（Ｑｐｉ）及び第ｉ次工程コスト情報（Ｃｐｉ）とすることとなる。
【００４８】
以上、本発明の加工プロセスの最適設計システムの実施形態例について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものでなく、本特許請求の範囲の精神や教示に基づいて種々の改良例、変形例があることを当業者は理解するであろう。
【符号の説明】
【００４９】
１…ツールホルダユニット
２…回転主軸
１０…ウィンドウ
３１…レシーバ
３２…外部パソコン
【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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