(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワーク・ユニットを処理しかつ少なくとも１つの輸送ハイウエイに沿って輸送する複数の代替機能を有する複数のコンポーネントを具備したモジュラー生産システムの自己同期化方法であって、前記コンポーネントと少なくとも１つの輸送ハイウエイが１つの構成で配列され、前記方法は、
各ジョブが生産されるべき少なくとも１つワーク・ユニットを含む関心ジョブを判定し、
前記コンポーネントおよび前記少なくとも１つの輸送ハイウエイの構成を判定し、前記構成が少なくとも１つのループより成り、かつ前記コンポーネントが少なくとも１つのマシン・モジュールを含んでおり、
前記コンポーネントのそれぞれに対する存続時間を判定し、前記存続時間はコンポーネントの入力場所におけるワーク・ユニットの受領からコンポーネント出力場所への前記ワーク・ユニットの到達までの経過時間を含み、
少なくとも１つのデフォルト自己同期化時間を判定し、前記デフォルト自己同期化時間は前記少なくとも１つのマシン・モジュールに対する複数の前記存続時間を含み、
少なくとも１つのコンポーネント存続時間を調整することによって前記デフォルト自己同期化時間を最適化し、
前記最適化されたデフォルト自己同期化時間は、前記少なくとも１つのループに関連するマシン・モジュールのための前記複数の前記存続時間を含み、
前記複数のコンポーネントは、前記輸送ハイウエイから前記マシン・モジュールへ導くコンポーネントである少なくとも１つのオフランプと、前記マシン・モジュールから前記輸送ハイウエイへ導くコンポーネントである少なくとも１つのオンランプと、を含み、
前記少なくとも１つの輸送ハイウエイの構成は、共用の複数のハイウエイセグメントと連続的に接続された少なくとも２つのループを含み、
前記少なくとも２つのループの各ループは、少なくとも１つのオフランプ、少なくとも１つのオンランプ、複数のハイウエイセグメントに関連する少なくとも１つのマシン・モジュールコンポーネントを含み、
前記複数のハイウエイセグメントは、前記ワーク・ユニットが、少なくとも１つのマシン・モジュールコンポーネント中を通過し又はバイパスし、
前記少なくとも１つのデフォルト自己同期化時間を判定することは、前記少なくとも１つのマシン・モジュールコンポーネントを前記ワーク・ユニットがバイパスする第１のデフォルト存続時間と、前記少なくとも１つのマシン・モジュールコンポーネント中を前記ワーク・ユニットが通過する第２のデフォルト存続時間との差を判定することを含み、
前記デフォルト自己同期化時間を最適化することは、前記少なくとも１つのマシン・モジュールコンポーネントをバイパスするための前記ワーク・ユニットの流れと前記少なくとも１つのマシン・モジュールコンポーネント中を通過するための前記ワーク・ユニットの流れとを同期させることを含むことを特徴とするモジュラー生産システムの自己同期化方法。
【請求項２】
ワーク・ユニットを処理しかつ少なくとも１つの輸送ハイウエイに沿って輸送する複数の代替機能を有する複数のコンポーネントを具備したモジュラー生産システムの自己同期化システムであって、前記コンポーネントと少なくとも１つの輸送ハイウエイが１つの構成を有しており、前記システムは、
各ジョブが生産されるべき少なくとも１つワーク・ユニットを含む関心ジョブを判定する手段と、
前記コンポーネントおよび前記少なくとも１つの輸送ハイウエイの構成を判定する手段であって、前記構成が少なくとも１つのループより成り、かつ前記コンポーネントが少なくとも１つのマシン・モジュールを含んでいる手段と、
前記コンポーネントのそれぞれに対する存続時間を判定する手段であって、前記存続時間はコンポーネントの入力場所におけるワーク・ユニットの受領からコンポーネント出力場所への前記ワーク・ユニットの到達までの経過時間を含む手段と、
少なくとも１つのデフォルト自己同期化時間を判定する手段であって、前記デフォルト自己同期化時間は前記少なくとも１つのマシン・モジュールに対する複数の前記存続時間を含む手段と、
少なくとも１つのコンポーネント存続時間を調整することによって前記デフォルト自己同期化時間を最適化する手段と、
を含み、
前記複数のコンポーネントは、前記輸送ハイウエイから前記マシン・モジュールへ導くコンポーネントである少なくとも１つのオフランプと、前記マシン・モジュールから前記輸送ハイウエイへ導くコンポーネントである少なくとも１つのオンランプと、を含み、
前記少なくとも１つの輸送ハイウエイの構成は、共用の複数のハイウエイセグメントと連続的に接続された少なくとも２つのループを含み、
前記少なくとも２つのループの各ループは、少なくとも１つのオフランプ、少なくとも１つのオンランプ、複数のハイウエイセグメントに関連する少なくとも１つのマシン・モジュールコンポーネントを含み、
前記複数のハイウエイセグメントは、前記ワーク・ユニットが、少なくとも１つのマシン・モジュールコンポーネント中を通過し又はバイパスし、
前記少なくとも１つのデフォルト自己同期化時間を判定することは、前記少なくとも１つのマシン・モジュールコンポーネントを前記ワーク・ユニットがバイパスする第１のデフォルト存続時間と、前記少なくとも１つのマシン・モジュールコンポーネント中を前記ワーク・ユニットが通過する第２のデフォルト存続時間との差を判定することを含み、
前記デフォルト自己同期化時間を最適化することは、前記少なくとも１つのマシン・モジュールコンポーネントをバイパスするための前記ワーク・ユニットの流れと前記少なくとも１つのマシン・モジュールコンポーネント中を通過するための前記ワーク・ユニットの流れとを同期させることを含むことを特徴とするモジュラー生産システムの自己同期化システム。
【請求項３】
ワーク・ユニットを処理しかつ輸送ハイウエイに沿って輸送するための複数の代替機能を有する種々のコンポーネントを具備したモジュラー生産システムの自己同期化のための方法ステップを、コンピュータにより実行される時に、前記コンピュータに実行させるコンピュータ可読プログラム・コードを具現したコンピュータ使用可能媒体より成る製品であって、前記方法が、
各ジョブが生産されるべき少なくとも１つワーク・ユニットを含む関心ジョブを判定し、
前記コンポーネントおよび前記少なくとも１つの輸送ハイウエイの構成を判定し、前記構成が少なくとも１つのループより成り、かつ前記コンポーネントが少なくとも１つのマシン・モジュールを含んでおり、
前記コンポーネントのそれぞれに対する存続時間を判定し、前記存続時間はコンポーネントの入力場所におけるワーク・ユニットの受領からコンポーネント出力場所への前記ワーク・ユニットの到達までの経過時間を含み、
少なくとも１つのデフォルト自己同期化時間を判定し、前記デフォルト自己同期化時間は前記少なくとも１つのマシン・モジュールに対する複数の前記存続時間を含み、
少なくとも１つのコンポーネント存続時間を調整することによって前記デフォルト自己同期化時間を最適化する、
ことを含み、
前記最適化されたデフォルト自己同期化時間は、前記少なくとも１つのループに関連する選択マシン・モジュールのための前記複数の前記存続時間を含み、
前記複数のコンポーネントは、前記輸送ハイウエイから前記マシン・モジュールへ導くコンポーネントである少なくとも１つのオフランプと、前記マシン・モジュールから前記輸送ハイウエイへ導くコンポーネントである少なくとも１つのオンランプと、を含み、
前記少なくとも１つの輸送ハイウエイの構成は、共用の複数のハイウエイセグメントと連続的に接続された少なくとも２つのループを含み、
前記少なくとも２つのループの各ループは、少なくとも１つのオフランプ、少なくとも１つのオンランプ、複数のハイウエイセグメントに関連する少なくとも１つのマシン・モジュールコンポーネントを含み、
前記複数のハイウエイセグメントは、前記ワーク・ユニットが、少なくとも１つのマシン・モジュールコンポーネント中を通過し又はバイパスし、
前記少なくとも１つのデフォルト自己同期化時間を判定することは、前記少なくとも１つのマシン・モジュールコンポーネントを前記ワーク・ユニットがバイパスする第１のデフォルト存続時間と、前記少なくとも１つのマシン・モジュールコンポーネント中を前記ワーク・ユニットが通過する第２のデフォルト存続時間との差を判定することを含み、
前記デフォルト自己同期化時間を最適化することは、前記少なくとも１つのマシン・モジュールコンポーネントをバイパスするための前記ワーク・ユニットの流れと前記少なくとも１つのマシン・モジュールコンポーネント中を通過するための前記ワーク・ユニットの流れとを同期させることを含むことを特徴とするコンピュータ使用可能媒体より成る製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、自動化生産システムの制御および管理に関し、さらに詳細には、生産性を改善するためにモジュラー生産システムのモデルベース計画化（planning）および予定化（scheduling）に対して自己同期化を適用することに関する。
【背景技術】
【０００２】
タスクを実行するための複数のコンポーネントまたはリソースを利用したモジュラー生産システムは、これらのコンポーネントが互いに対して同期化されていない場合には、次善最適に実行することになるであろう。一例は、二重ループを有する印刷システムであり、その場合には、全ループ時間（１つのページを印刷してから次のページを印刷するまでの）が１つの画像を印刷する時間の整数倍でなければならず、それにより、プリンターの全生産力が活用されることになる。従来は、自己同期化が確保されるように既知の構成が「手動で」最適化されるが、モジュラー・コンポーネントおよび複数の協働するリソースで構成された新しいシステムは、この自己同期化を得るために自動化された方法を必要とする。
【０００３】
既存のシステムでは、所定の固定システム構成およびシステム・パラメーター（例えば、コンポーネントの寸法またはタイミング）を分析することによって自己同期化が得られることが多い。例えば、印刷生産システムの場合には、システムの最適生産性を得るようにコンポーネントの寸法とタイミングを判定するために、手動のまたはスプレッドシート・ベースの分析が通常用いられている。印刷生産システムでは、この分析は、プリンターの線形構成およびそれらの二重ループに制限されるのが通常である。これは、線形の順次構成における２つの印刷ユニットおよび転送ユニットがペーパー移動に対して同期化されるハートマン外（Hartmann et al.）に対する米国特許である特許文献１と、また衝突無し輸送を確保するためにシート材を搬送する輸送装置の同期化を輸送システムが与えるフランク外（Frank et al.）に対する米国特許である特許文献２とに見られる。しかし、この技術は、標準の印刷システム構成に関するものであり、複数の動作モジュールを有するシステムに関連する問題を解決するものではない。
【特許文献１】米国特許第6095043号
【特許文献２】米国特許第6592121号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
印刷分野では、タンデム構成（２つまたはそれ以上の緊密に結合されたプリンター・モジュール）を有する製品は少なく、主生産性判定リソース（プリンター）間にリダンダントなパス（redundant paths）を有するものはさらに少ない、すなわち、構成は通常、単純でかつ分析が容易である。他の分野における技術の状態、例えばアセンブリ・ラインも、特定の構成（例えば、自動車生産工場）に対しては手動の微調整によることが多く、あるいは部品が格納されうる生産モジュールの間にバッファーが存在する、すなわち、モジュールが緩く結合されているにすぎないと仮定される。他の方法は構成を最適化しないで次善最適の生産性に甘受することであるが、これは、高価な設備を一部遊ばせることになるから、受諾できる手法ではないことが多い。
【０００５】
本発明の請求項１の態様によれば、ワーク・ユニットを処理しかつ少なくとも１つの輸送ハイウエイに沿って輸送する複数の代替機能を有する複数のコンポーネントを具備したモジュラー生産システムの自己同期化方法であって、前記コンポーネントと少なくとも１つの輸送ハイウエイが１つの構成で配列され、前記方法は、各ジョブが生産されるべき少なくとも１つワーク・ユニットを含む関心ジョブを判定し；前記コンポーネントおよび前記少なくとも１つの輸送ハイウエイの構成を判定し、前記構成が少なくとも１つのループより成り、かつ前記コンポーネントが少なくとも１つのマシン・モジュールを含んでおり；前記コンポーネントのそれぞれに対する存続時間を判定し、前記存続時間はコンポーネントの入力場所におけるワーク・ユニットの受領からコンポーネント出力場所への前記ワーク・ユニットの到達までの経過時間を含み；少なくとも１つのデフォルト自己同期化時間を判定し、前記デフォルト自己同期化時間は前記少なくとも１つのマシン・モジュールに対する複数の前記存続時間を含み；少なくとも１つのコンポーネント存続時間を調整することによって前記デフォルト自己同期化時間を最適化する、ことを含む。
【０００６】
本発明の請求項２の態様によれば、ワーク・ユニットを処理しかつ少なくとも１つの輸送ハイウエイに沿って輸送する複数の代替機能を有する複数のコンポーネントを具備したモジュラー生産システムの自己同期化システムであって、前記コンポーネントと少なくとも１つの輸送ハイウエイが１つの構成を有しており、前記システムは、各ジョブが生産されるべき少なくとも１つワーク・ユニットを含む関心ジョブを判定する手段と；前記コンポーネントおよび前記少なくとも１つの輸送ハイウエイの構成を判定する手段であって、前記構成が少なくとも１つのループより成り、かつ前記コンポーネントが少なくとも１つのマシン・モジュールを含んでいる手段；前記コンポーネントのそれぞれに対する存続時間を判定する手段であって、前記存続時間はコンポーネントの入力場所におけるワーク・ユニットの受領からコンポーネント出力場所への前記ワーク・ユニットの到達までの経過時間を含む手段と；少なくとも１つのデフォルト自己同期化時間を判定する手段であって、前記デフォルト自己同期化時間は前記少なくとも１つのマシン・モジュールに対する複数の前記存続時間を含む手段と；少なくとも１つのコンポーネント存続時間を調整することによって前記デフォルト自己同期化時間を最適化する手段と、を含む。
【０００７】
本発明の請求項３の態様によれば、ワーク・ユニットを処理しかつ輸送ハイウエイに沿って輸送するための複数の代替機能を有する種々のコンポーネントを具備したモジュラー生産システムの自己同期化のための方法ステップを、コンピュータにより実行される時に、前記コンピュータに実行させるコンピュータ可読プログラム・コードを具現したコンピュータ使用可能媒体より成る製品であって、前記方法が、各ジョブが生産されるべき少なくとも１つワーク・ユニットを含む関心ジョブを判定し；前記コンポーネントおよび前記少なくとも１つの輸送ハイウエイの構成を判定し、前記構成が少なくとも１つのループより成り、かつ前記コンポーネントが少なくとも１つのマシン・モジュールを含んでおり；前記コンポーネントのそれぞれに対する存続時間を判定し、前記存続時間はコンポーネントの入力場所におけるワーク・ユニットの受領からコンポーネント出力場所への前記ワーク・ユニットの到達までの経過時間を含み；少なくとも１つのデフォルト自己同期化時間を判定し、前記デフォルト自己同期化時間は前記少なくとも１つのマシン・モジュールに対する複数の前記存続時間を含み；少なくとも１つのコンポーネント存続時間を調整することによって前記デフォルト自己同期化時間を最適化する、ことを含む。
【０００８】
開示された実施形態は、上記背景技術の記述および本明細書中で引用された技術で注目された問題に対する改善された解決策の例を提供する。これらの例では、種々のコンポーネント／輸送ハイウエイ構成に対して、輸送ハイウエイに沿ってワーク・ユニットを処理しかつ輸送するための種々の代替的機能を有するコンポーネントを具備したモジュラー生産システムの自己同期化のための改良されたシステムおよび方法が示されており、これらは、下記の特徴のうちの幾つかまたは全てを提供しうる。この方法は、それぞれ少なくとも１つのワーク・ユニットを必要とする関心のあるジョブを判定することを含む。少なくとも１つのワーク・ユニットと、輸送ハイウエイを含むコンポーネントの構成が判定される。各コンポーネント存続時間が判定され、かつデフォルト自己同期化時間が識別される。デフォルト自己同期化時間は、少なくとも１つのコンポーネント存続時間を調整することによって最適化される。
【０００９】
本システムは、それぞれ少なくとも１つのワーク・ユニットの生産を必要とする関心のあるジョブを判定する手段を含む。マシン・モジュールおよび輸送ハイウエイを含むシステム構成が、モジュール動作の存続期間と同様に、識別される。デフォルト自己同期化時間が判定され、そして少なくとも１つの動作存続時間の調整によって最適化される。
【００１０】
他の実施形態では、ワーク・ユニットを処理しかつ輸送ハイウエイに沿って輸送するための複数の代替機能を有する種々のコンポーネントを具備したモジュラー生産システムの自己同期化のための方法ステップをコンピュータに実行させるコンピュータ可読プログラム・コードを具現したコンピュータ使用可能媒体上の製品が提供される。少なくとも１つのマシン・ユニット、および輸送ハイウエイを含むコンポーネントの構成が判定される。各コンポーネント存続時間が判定され、かつデフォルト自己同期化時間が識別される。デフォルト自己同期化時間は、少なくとも１つのコンポーネント存続時間を調整することによって、最適化される。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
モジュラー生産システムの計画化および予定化のために自己同期化を利用する方法およびシステムが本明細書に開示される。このようなシステムでは、コントローラがすべての利用可能なシステム機能の継続使用を提供しかつ機能が実行された後で必要に応じてシステム状態を報告する。これを達成するために、本方法は、利用可能なモジュールを分析し、そして実行されるべき所望のタスクを前提として、システム全体が完了されるべきジョブに対して最適に機能するように、選択されたモジュールの作用とタイミング変数を判定する。本方法は、単一のリソースあるいはループまたは共用パスを介して接続された複数のリソースを同期化することと組み合わせてもよい。一般に手動同期化を用いる既存の同期化に対する手法とは対照的に、本明細書に記載されるシステムおよび方法は、接続されたシステム・モジュールの最新のかつリアルタイムの情報と処理中のジョブの要件とを利用して、システム・モジュールの自動同期化を可能にしかつ生産性を最大にすることを可能となされる。
【００１２】
本システムおよび方法は、製造、印刷あるいは組み立てのような多工程生産プロセスに対して用いられる制御ソフトウエアに適用される。柔軟な経路指定、最適の生産性、および最適の負荷バランシングを提供するとともに、複雑なパスにおける複雑な動作の処理を行うようにする。下記の記述では、本発明についての十分な理解を与えるために多くの具体的詳細事項が説明される。しかし、そのような具体的詳細事項がなくても、本発明を実施することは、当業者には明らかであろう。他の事例では、本発明を不必要に不明瞭にしないために、具体的な実施上の詳細事項は示されていない。
【００１３】
本システムおよび方法を例示することを目的とし限定するものではない図面を参照すると、図１は、本システムの１つの実施形態に従って種々のジョブを計画化および予定化するためおよび生産性を最大にするためのコントローラを示している。システム１００では、システム・コントローラ１１０は、任意の公知タイプのジョブ入力源から生成されるべきワーク・ユニットの記述を受信する。これらの記述は、所望の出力生産物または達成されるべき目標の記述に対応する。それらは、生産物の属性（または特性）、これらの属性の値または範囲あるいは一般的な制約、および場合により、生産のタイミングに対する制約（例えば、期限）を特定するが、一般的にはその生産物がどのようにして生産されるかについては特定しない。ワーク・ユニットの記述は通常は複数のジョブにグループ分けされ、かつ増加的に受信される。
【００１４】
計画化および予定化ならびに実行を含むシステム制御は増加的に起こるので、これらの動作はすべて同時に生ずる。したがって、計画を生成し、次にそれを修正なしに実行することは必ずしも可能でも望ましくもないかも知れない。システム・コントローラ１１０は、パス１３０に沿って、システム内の各モジュール１２０から機能モデルおよび性能ログ情報を受信する。機能モデルは、モジュールが、一般にワーク・ユニットの属性およびタイミングについての情報と一緒に、ワーク・ユニットをどのようにして動かしかつ変換するかについての記述である。モデルは、生産システムが始動された時に一回だけシステム・コントローラに送信されてもよく、あるいは、モデルは定期的にまたは変化が生じた時に更新されうる。モジュールの（したがって、モデルの）このような変化は、例えば、モジュールの構成、タイミング値の変化、およびリソース（したがって幾つかの機能）の利用不可能性でありうる。機能モデルは、例えばタイミング制約（例えば、１つの機能の実行期間、またはリソースの予約）、特徴制約（処理されているワークユニットのサイズに対する制限、１つの部分の配向を変化させることあるいは２つの部分を加え合わせることのようなワークユニットの変換）、およびコマンド（例えば、時間および場合により他の情報と一緒に、機能に対応した動作の名称または識別表示）を含む。タイミング制約および特徴制約は、いつそしていかにして、機能がワークユニットに適用されうるかを記述する。コマンドは、対応する動作を開始するためにモジュールに送られるコマンドである。
【００１５】
モジュール１２０は、多くの種々のタイプの生産システム、例えばフィーダー・モジュール、マーク・エンジン・モジュール、フィニッシャ・モジュール、あるいは輸送モジュールのような印刷エンジンのマシン・モジュールを含みうる。あるいは、モジュール１２０は、準備モジュール、加熱モジュール、混合モジュール、分析モジュール、あるい輸送ロボットを具備しうるバイオテク・スクリーニング・システムの分析モジュールを含んでいてもよい。製造ライン・モジュールは、機械加工モジュール、組み立てモジュール、検査モジュール、輸送ロボット、あるいは包装モジュールを含みうる。包装ラインは、瓶詰めモジュールまたはラベリング・モジュールを含みうる。システム・コントローラは、所望のワークユニットに対する予定の検索時にすべての可能なシステム機能を検討する。
【００１６】
計画化および予定化ソフトウエアによって選択される作用（機能）のタイミングは、作用の存続期間および異なるモジュールの作用間の相互作用を含む幾つかの要因に依存する。１つの作用のタイミングは、それのコンポーネント（例えば、モータ、ロボット）の機械的限界や、これらのコンポーネントを制御するソフトウエアでなされる選択のような要因によって判定される。例えば、輸送モータは、所定の範囲内の幾つかの異なる速度で駆動されうる。すなわち、選択された速度が、１つの部品がいかに速くそのモジュールで輸送されるかを判定する。本システムにおける１つのモジュールの作用のタイミングは他のモジュールの作用のタイミングと存続期間に通常依存するので、１つのモジュールでなされる選択がシステムの全体の生産性に影響する。例えば、作用が一定の間隔だけで実行されうる１つのモジュールに１つのループが存在し、かつそのループ内の他のモジュールの作用存続期間が独立的に一定である場合には、全体の時間ループは、部品が正しい間隔で最初のモジュールに到着するように遅延されなければならないようになされている。
【００１７】
１つまたは複数のジョブの所望のワークユニットの幾つかまたは全部を計画化しかつ予定化すると、１つの組の選択されかつ予定化された機能を生ずる。これらが利用可能な状態で、システム・コントローラ１１０が、予定化された機能に対応した命令コマンドをパス１４０に沿ったモジュール１２０に送る。そこで、それらのモジュールのそれぞれが、指定されたジョブの完了のためにタスク・シーケンスを実行する。処理中のワーク・ユニットのパスを示すパス１５０で見られるように、ワークは、次のモジュールに連続的に移動する前に、特定のモジュール内で反復して循環しうるか、あるいはワークは、３番目のモジュールに進む前に、幾つかのモジュール間で反復して循環しうる。本明細書の目的に対しては３つだけのモジュール１２０が示されているが、システムは、ジョブ要件の複雑性によって、多数のモジュールを含むことになることが理解されるであろう。それらのモジュールは、再構成可能なシステム内では種々の構成を有しうる。さらに、モジュールで予定化されているワークおよび任意の時点におけるシステムの状態についてのオペレータ・フィードバックのための機能も存在している。
【００１８】
自己同期化を活用できるシステム構成の１つの実施例が図２に示されている。このようなシステム２００は、４つの主要なコンポーネント、すなわち少なくとも１つのマシン・モジュールまたはロボット（例えば、プリンター、ラベリング・マシン、ソーター、パッカー等）、アイテム（items）が輸送されるハイウエイ（例えば、ペーパー・パスまたはアセンブリ・ライン）、およびマシン・モジュールをハイウエイに連結させる複数の特別な移動コンポーネントで構成されている。説明の目的のために、これらの移動コンポーネントをオフランプ（off-ramps）（ハイウエイからマシン・モジュールへの）およびオンランプ（on-ramps）（マシン・モジュールからハイウエイへの）と呼ぶことにする。ハイウエイは、通常、アイテムをマシン・モジュールに繰り返し輸送するため、あるいはマシン・モジュールを迂回するために用いられ、この場合、ハイウエイは、通常、マシン・モジュールの処理機能を上回る速さで移動する。この実施例では、輸送ハイウエイは、ループを形成する３つのセグメントで構成されており、ハイウエイ・セグメント２４０がアイテムを左からオフランプ２１０への分岐部へと移動させる。ハイウエイ・セグメント２５０は、アイテムをハイウエイ・セグメント２４０からハイウエイ・セグメント２６０へと直接輸送することによりマシン・モジュールを迂回する機能を提供し、かつオフランプ２１０への分岐部からオンランプ２３０からの合流部まで延長している。オフランプ２１０およびオンランプ２３０は、アイテムをハイウエイ・セグメントからハイウエイ・セグメントへと減速および加速させることができるが、アイテムを配向する等の他の動作を行うこともできる。特定の構成では、互いに連結された複数のマシン・モジュールおよび複数のハイウエイを有していてもよい。
【００１９】
種々のコンポーネントは、種々の寸法を有し、アイテムを入力場所から出力場所まで異なる速度で移動させることができる。自己同期化により、システムは、マシン・モジュールが全容量で使用されるように、すなわちマシン・モジュールが遊んでいないように、それらの寸法と時間を選択することができる。ここでの目的のためには、このことは、コンポーネントの入力‐出力時間（または存続時間）を調整する事項であると考えられる。これらのコンポーネントの限界内で、これらは、パスの長さを変更することによって、あるいは処理速度と移動速度を変更することによって変更することができる（存続時間をd、パス長さをl、そして速度をνとして、 d = l/ν）。マシン・モジュールの機能が固定されていることが多く、かつハイウエイ時間を変更することは、関心のある中間の構成の外側における他のコンポーネントに影響を及ぼすことが多いので、オフランプまたはオンランプあるいは両方で適合が生ずるのが通常である。しかし、本明細書に記載される方法は、任意のコンポーネントに対して利用できる。
【００２０】
他のループ構成３００が図３に示されており、この図は、共用ハイウエイ上に順次に配置されたマシン・モジュール３２０および３５０の直列構成を示している。この構成では、各マシン・モジュール・システムは、少なくとも１つのマシン・モジュール（例えば、プリンター、ラベリング・マシン、ソーター、パッカー等）、アイテムが輸送されるハイウエイ（例えば、ペーパー・パスまたはアセンブリ・ライン）、およびマシン・モジュールをハイウエイに連結する特殊な移動コンポーネントを含む。図２に関する上記の場合と同様に、これらの移動コンポーネントは、オフランプ（ハイウエイからマシン・モジュールへの）およびオンランプ（マシン・モジュールからハイウエイへの）と呼ばれる。ハイウエイは通常、アイテムをマシン・モジュールに反復的に輸送するために、あるいはマシン・モジュールを迂回するために用いられ、ハイウエイはマシン・モジュールの処理機能よりも速く移動する。
【００２１】
この実施例では、各マシン・モジュールのための輸送ハイウエイは、ループを形成する３つのセグメントで構成されており、ハイウエイ・セグメント３７０がアイテムを左側からオフランプ３１０への分岐部に転送する。ハイウエイ・セグメント３８０は、アイテムをハイウエイ・セグメント３７０からオンランプ３３０からの合流部に直接輸送することによりマシン・モジュール３２０を迂回する機能を提供し、かつオフランプ３１０への分岐部からオンランプ３３０からの合流部まで延長する。ハイウエイ・セグメント３９０は、オンランプ３３０との合流部から右側に延長し、そこでハイウエイ・セグメント３７０に接続する。同様に、ハイウエイ・セグメント３７５は、オフランプ３４０への分岐部まで延長し、ハイウエイ・セグメント３８５は、アイテムをハイウエイ・セグメント３７５からハイウエイ・セグメントとの合流部まで直接輸送することによってマシン・モジュール３５０を迂回する機能を提供する。オフランプ３１０および３４０とオンランプ３３０および３６０は、アイテムをハイウエイ・セグメントからハイウエイ・セグメントへと減速および加速させることができるが、アイテムを配向する等の他の動作を行うこともできる。
【００２２】
この例の構成では、２つだけのマシン・モジュールがリンクされているが、特定の構成は、複数のマシン・モジュールと互いに直列に接続された複数のハイウエイを有していてもよいことが分かるであろう。この例の構成の種々のコンポーネントは、種々の寸法を有し、アイテムをそれらの入力場所から出力場所へと異なる速度で移動させることができる。自己同期化により、このシステムは、マシン・モジュールが全容量で使用され、かつアイテムが各モジュールに対する処理工程中を直列にリンクされたハイウエイに沿って切れ目なく移動するように、これらの寸法または動作存続時間を選定することができる。
【００２３】
さらに他の例のループ構成４００が図４に示されており、この図は、共用ハイウエイに並列に配置されたマシン・モジュール４２０および４５０の並列構成を示している。この構成では、各マシン・モジュール・システムは、少なくとも１つのマシン・モジュール（例えば、プリンター、ラベリング・マシン、ソーター、パッカー等）、アイテムが輸送されるハイウエイ（例えば、ペーパー・パスまたはアセンブリ・ライン）、およびマシン・モジュールをハイウエイに連結する特殊な移動コンポーネントを含む。図２に関する上記の場合と同様に、これらの移動コンポーネントは、オフランプ（ハイウエイからマシン・モジュールへの）およびオンランプ（マシン・モジュールからハイウエイへの）と呼ばれる。ハイウエイは通常、アイテムをマシン・モジュールに反復的に輸送するために、あるいはマシン・モジュールを迂回するために用いられるが、ハイウエイは必ずしもマシン・モジュールの処理機能より速く移動するわけではない。
【００２４】
この実施例では、各マシン・モジュールのための輸送ハイウエイは、ほぼ並行したループを形成する３つの共用セグメントで構成されており、ハイウエイ・セグメント４７０がアイテムを左側からオフランプ４１０および４４０に通ずる分岐部に転送する。ハイウエイ・セグメント４８０は、アイテムをハイウエイ・セグメント４７０からハイウエイ・セグメント４９０に直接輸送することによりマシン・モジュール４２０および450を迂回する機能を提供し、かつオフランプ４１０および４４０への分岐部からオンランプ４３０および４６０からの合流部まで延長する。ハイウエイ・セグメント４９０は、オンランプ４３０および４６０との合流部から右側に延長する。オフランプ４１０および４４０とオンランプ４３０および４６０は、アイテムをハイウエイ・セグメントからハイウエイ・セグメントへと減速および加速させることができるが、アイテムを配向する等の他の動作を行うこともできる。
【００２５】
この例の構成では、２つだけのマシン・モジュールがリンクされているが、特定の構成は、共用ハイウエイの各側で接続された多数のマシン・モジュールを有していてもよく、かつ並列の構成は互いに直列に接続されてもよいことが分かるであろう。この例の構成の種々のコンポーネントは、種々の寸法を有し、アイテムをそれらの入力場所から出力場所へと異なる速度で移動させることができる。自己同期化により、このシステムは、マシン・モジュールが全容量で使用され、かつアイテムが各モジュールに対する処理工程中を共用ハイウエイに沿って切れ目なく移動するように、これらの寸法または動作存続時間を選定することができる。
【００２６】
システムが動作存続期間を選定できるようにするための１つの選択肢は、１つのジョブまたは１つのジョブの一部が予定化されるべき時にはいつでも、計画作成者／予定作成者が、最適の全システム動作を得るためには、どのような動作が最良であるかを、実行時間で判定できるようにすることである。あるいは、関心のあるジョブに対するモジュール・パラメーターを前以て（例えば、１つの構成が組み立てられた後で）調整し、調整されたモジュールの動作が最適システム動作となるようにすることが可能な場合が多い。モジュール動作は、例えば時間パラメーターを１つの定数に例示化することによって調整されうる。そ場合、計画作成者／予定作成者は、実行時間でパラメーター値を見出す必要はなく、むしろ、これによって関心のあるジョブに対する最適の動作を生ずるであろうという確証をもって、この時間を使う。このことは、構成が複雑で、実行時間に最適時間を見出すのが困難な場合に、有益であることが多い。
【００２７】
自己同期化の方法は、図５に示されているように、最適の全体動作を得るように、ある時間パラメーターを設定するための１つの手法である。方法５００では、関心ジョブが５１０で定義されている。本明細書における目的のために、関心ジョブは、少なくとも１つのマシン・モジュールを含む構成を通る少なくとも１つのパスよりなると仮定する。関心ジョブは、異なるアイテム仕様および実行されるべき異なる動作によって区別することができ、例えば、関心ジョブは、印刷システムにおけるシングル・シート・サイズに対する片面印刷または両面印刷でありうる。この構成は、図２−４に関して上述した３つのタイプの構成の１つであると仮定される。自己同期化方法は任意の数の接続されたマシン・モジュールに適用されるので、共用ハイウエイ構成は２つより多いマシン・モジュールを有していてもよい。
【００２８】
構成存続期間が５２０で判定される。存続期間は、個々のコンポーネントに対する特定された動作時間、すなわち、アイテムが１つのコンポーネントの入力に到達する時点からアイテムがコンポーネントの出力場所に到達する時点までの時間である。存続時間はジョブと処理されるべきアイテムによって変化する。固定のタイプのジョブが仮定されているので、存続時間はそのタイプのジョブに対する定数であると仮定されている。例えば、ループ構成を有する印刷システムでは、オフランプが移動してシートを反転し、プリンター（マシン・モジュール）が映像を印刷し、そして他のコンポーネントはシートを移動するだけである。これらのタスクのそれぞれに対するデフォルトまたは最小存続期間が判定されうる（例えば、画像を印刷することはプリンターの速度と画像のサイズに依存しかつシートを反転することはシートのサイズに依存する）。この例では、オフランプは反転器にシートを保持することもできる、すなわち、必要に応じてそれの動作の存続期間を調節することができる。
【００２９】
５３０で、デフォルト自己同期化時間が判定され、そしてループまたは他の同期化時間が多数のマシン・モジュールのワーク期間であるように、５４０で調節される。例えば、単純なループでは、それは、特定のタスクに対する各コンポーネントのデフォルト（または最小）存続時間を用いてループを完成する時間である。この時間は、次に、１つまたは複数のコンポーネントの存続時間を最小より大きく増加させることによって調節される。ループ構成としては、デフォルト自己同期化時間tdsはループ内のコンポーネントiのデフォルト存続期間diの和である。
【００３０】
【数１】
0004822724.tif 000002
ただし、dhighway X, loopは、パスの「湾曲部」に沿ったハイウエイXの存続期間である。上述のように、デフォルト時間はある種のコンポーネント（すなわち、マシン・モジュール）に対する所定の一定時間であるが、それは、調整できるコンポーネントに対する最小時間であることが通常である。したがって、このループはそれ自体に同期化される。
【００３１】
直列の共用ハイウエイ構成の場合には、デフォルト自己同期化時間tdsは、デフォルト直線ハイウエイ・パス時間とマシン・モジュールを迂回するためのデフォルト時間との間の差である。
【００３２】
【数２】
0004822724.tif 000003
ただし、
【００３３】
【数３】
0004822724.tif 000004
であり、dhighway X,straightは、このパスの「直線部分」に沿ったハイウエイXの存続期間である。これが、マシン・モジュール・パスをハイウエイ・バイパスと同期化させる。
【００３４】
平行な共用ハイウエイ構成の場合には、ループをそれ自体にかつ互いに同時に同期化させることが必要である。
【００３５】
【数４】
0004822724.tif 000005
マシン・モジュールおよびオフランプ時間がハイウエイ・セクション１および２に同一ある場合には、２つのデフォルト自己同期化時間が同一であり、かつ単純なループ構成について判定できる。アイテムが同じマシン・モジュールにループ・バックされることがない場合には、その構成は直列構成のように動作し、そのように取り扱うことができる。２つのセクションにおける存続期間が異なっており、かつすべてのルートが許容される場合には、１つのアイテムが同じハイウエイ・セクションにループ・バックするか、あるいは他のハイウエイ・セクションにループ・バックするかに応じて選定される。また、アイテムを１つのハイウエイ・セクションから他のハイウエイ・セクションに動かす場合には、各ハイウエイ・セクションが他のハイウエイ・セクションに、他ののマシン・モジュールのワーク期間のうちの多数のワーク期間で供給するように同期化されるべきである。
【００３６】
５４０で、コンポーネント存続時間が自己同期化時間を最適化するように調整される。デフォルト自己同期化時間に対しては、適合時間tadは
【００３７】
【数５】
0004822724.tif 000006
として判定される。ただし、Pmachine moduleはマシン・モジュールの動作期間長さであり、kは
【数６】
0004822724.tif 000007
である（ただし、
【数７】
0004822724.tif 000008
はx以上の最小整数値である）。動作期間は、マシン・モジュールがアイテムを処理する速度によって与えられる。例えば、プリンターでは、動作期間は、感光体ベルト上における画像のピッチ長、すなわち、１つの画像の印刷から次の画像の印刷までの時間であろう。
【００３８】
速度を低下させ、待ち時間を加え、あるいはパス時間を増加させる（可能であれば）ことによって、コンポーネントのうちの１つのコンポーネントの存続期間、例えば、オンランプ存続期間に適応時間が加えられる。この適応時間は、マシン・モジュールの複数のコンポーネント、例えばオフランプとオンランプの両方の間で分割することもできる。これが、多数のマシン・モジュールと輸送コンポーネントとをそれらの間で同期化して、ハイウエイが常に遅延なくマシン・モジュールにおよびそれら間にアイテムを供給できるようにする。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】モジュラー自己同期化を利用したモジュラー生産システムの実施例の概略図である。
【図２】単一のロボット・モジュールを有するモジュラー生産システムのための構成ループの１つの実施例の概略図である。
【図３】直列に構成されたロボット・モジュールを有しかつ共用ハイウエイを利用するモジュラー生産システムのための構成ループの１つの実施例の該略図である。
【図４】並列に構成されたロボット・モジュールを有しかつ共用ハイウエイを利用するモジュラー生産システムのための構成ループの１つの実施例の該略図である。
【図５】モジュラー生産システム内で自己同期化を行うための動作の順序付けを詳細に示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４０】
１００  システム
２００  システム
３００  ループ構成
４００  ループ構成
５００  方法
【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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