JP2668565B2 - 織機の回転数制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、織機の回転数を生産量増大の観点から最も
適切な状態に設定する制御方法に関する。

従来技術 特許出願人は、特願昭63−143109号や特願昭63−2525
56号の発明により、織機の稼動中に、製織条件を考慮し
ながら、織機の回転数を高めて行き、生産量を可能な限
り高めることを提案している。

その制御は、織機の稼動中に、当該稼動過程での過去
のデータを参照することによって、織布の品質の良否を
判断し、その判断結果に基づいてその後の回転数を高め
るかまたは低める方向に設定する。

従来技術の課題 その制御の過程で、品質不良の織布が製織されたり、
停止中の複数の織機に対し、織工が速やかに対応できな
かったりするため、織機の運転状態は、過去のデータの
収集過程で、一時的に最適な状態とならないこともあ
る。

このため、織機の回転数の制御過程で、重要な事項
は、織機を適切な運転状態に維持したまま、その後の運
転状態を予測することである。

発明の目的 したがって、本発明の目的は、織機の稼動中に、現在
のデータから予め設定された織布の品質および織工の余
裕度などを考慮し、その後の織機の停止回数を予測し、
その予測結果に基づいて織機の回転数を最適な状態に設
定することである。

発明の解決手段 そこで、本発明は、織機の回転数を高める方向に変更
し、生産量を高める制御過程で、所定の期間中のある時
点で当該所定の期間の最終時点での停止回数を予測し、
この予測停止回数と、予め設定された限界停止回数とを
比較し、予測停止回数が限界停止回数より少ないとき
は、回転数を上げ、また予測停止回数が限界停止回数を
越えるときには、回転数を下げる方向に設定していく。
ここで、織機の限界停止回数は、織布の品質および織工
の余裕度のうち少なくとも１つから予め設定される。通
常、織布の品質は、停台レベルから判断できる。すなわ
ち、織布単位長当りの停止回数が増加すると、これに伴
って停止段が増加し、織布の品質が低下する。したがっ
て、停台レベルが低いほど、織布の品質が良いと判断で
きる。また、織工の余裕度は、織機の稼動率から判断で
きる。すなわち、織機の停台時間は、織機が織工の到着
を待っている待機時間と、織工が到着後修復に要する時
間とからなる。織工の作業時間に余裕がないときには、
待機時間が増大し、これに伴って織機の停台時間も増大
することから、織機の稼動率が低下する。したがって、
織機の稼動率が高いほど、織工の余裕が大であると判断
できる。

このように、この織機の回転数制御方法は、回転数の
変更過程で、先を予測して回転数を制御していくため、
回転数の制御過程で、不良な織布が織られたり、また織
工に余裕のない状態で回転数が高められることもなくな
る。

発明の構成 織機の稼動中に、あるｉシフトの結果が下記のデータ
であったとする。

シフト時間 T₀ 〔min〕 回転数 N_i 〔PPM〕 停止回数 n_i 〔回／シフト〕 平均停台時間 τ 〔min〕 生産量 P_i 〔cmpx〕 稼動率 E_i 〔％〕 停台レベル S_i 〔停止回数/cmpx〕 ここで、cmpxは、10万ピックを表す単位である。

このとき、ｉシフトにおける生産量P_i、稼動率E_iおよ
び停台レベルS_iは、第１図を参照して下記で求められ
る。

なお、第１図は、ｉシフトにおける織機の稼動および
停止を簡略的に示したものであり、斜線部が生産量P_iに
相当する。

ただしＡ＝100000 T₀＞n_iτ この停台レベルS_iは、織布の品質の判断要因となる。

今、織工が余裕があり、平均停台時間τは、不変とす
るとき、回転数N_iをｘだけ上げたとき、停止回数n_iがｙ
だけ増えたとするならば、次の（ｉ＋１）シフトにおけ
る生産量P_i+1、稼動率E_i+1、および停台レベルS_i+1は、
下記で求められる。

ただしN_i＋ｘ＞０ ∴ｘ＞−N_i n_i＋ｙ＞０ ∴ｙ＞−n_i T₀−（n_i＋ｙ）τ＞０ ∴ｙ＜（T₀−τn_i）／τ 第２図は、（ｉ＋１）シフトにおける織機の稼動およ
び停止を示したものである。回転数の増加に伴って、生
産量は増える傾向にあるものの、停止回数が増加すると
逆に生産量が減少する可能性のあることが理解できる。
そこで、回転数を増加させた（ｉ＋１）シフトにおい
て、生産量が増加する条件を検討する。

ｉシフトから（ｉ＋１）シフト間での生産量の差Ｚ
は、下記で計算できる。

Ｚ＞０となるためには、下記の式が成立しなければな
らない。

τ（N_i＋ｘ）ｙ＜（T₀−n_iτ）ｘ ここで、τ＞０、N_i＋ｘ＞０より、上記式は、下記と
なる。

第３図は、これの範囲を斜線で示す。ただし、ここで
一般に回転数が上がれば、停止回数も増えるはずである
から、図中の第４象限は、それに反するので、範囲外と
して除外した。

また実際には、停止回数n_iすなわちｙは自然数である
から、例えば回転数N_iをｘだけ上げたときの停止回数の
増分ｙ＝ｋ（ｋは自然数）とすると、次式が成立する。

T₀−（n_i＋ｋ）τ＞０より すなわち、停止回数n_iがｋ回増えたとき、生産量P_iを
増大させるためには回転数の増分は、ｋτN_i/〔T₀−（n
_i＋ｋ）τ〕よりも上げる必要がある。逆に言うと、回
転数の増分をｋτN_i/〔T₀−（n_i＋ｋ）τ〕以上に上げ
たとき、停止回数n_iの増加がｋより少なければ、生産量
Ｐは増える。

例えばｋ＝２とおき、回転数N_i+1＝２τN_i/〔T₀−（n
_i＋２）τ〕＋N_iに上げたとき、停止回数n_i+1＜n_i＋
２、つまりn_i、n_i+1は自然数であるからn_i+1≦n_i＋１で
あれば、生産量Ｐは増えることになる。

次に、織工余裕度を稼動率で見ることとし、稼動率が
E₀以上なら、織工が余裕をもって作業でき、平均停台時
間は変わらないことが分かっていれば、下記の大小関係
でなければならない。

E_i≧E₀ E_i+1≧E₀ したがって、次式が成立する。

（１）式より このときのn_iは、織工の余裕度から見た、１シフト中
の限界停止回数Q_Eとして定義される。

また（２）式より 100T₀−100n_iτ−100τｙ≧E₀T₀ 100τｙ≦T₀（100−E₀）−100n_iτ したがって、E_i+1≧E₀を満足するための停止回数の増
分ｙは、下式を満足する必要がある。

第４図は、上式を満足する領域を斜線部分で示してい
る。

次に、織布の品質基準を停台レベルで見ることとし、
停台レベル〔停止回数/cmpx〕がS₀以下ならば、品質は
合格であるという基準がわかっていれば、次の大小関係
でなければならない。

S_i≦S₀ S_i+1≦S₀ （３）式より このときのn_iは織布の品質からみた、１シフト中の限
界停止回数Q_sと定義できる。

また、（４）式より An_i＋Ay≦S₀(N_i＋ｘ)(T₀＋τn_i)−S₀(N_i＋ｘ)τｙ 〔S₀τ(Ni＋ｘ)＋Ａ〕ｙ≦S₀(T₀−τn_i)(ｘ＋N_i)−An_i したがって、S_i+1≦S₀を満足するための停止回数の増
分ｙは、下式を満足することが必要である。

第５図は、上式を満たす領域を示す。

また、ｙ＝ｋ（ｋは自然数）とすると次式が成立す
る。

すなわち停止回数がｋ回増えたとき、回転数の増分ｘ
が上式を満たしていれば、品質上の問題は発生しない。
逆に言えば、上式で求めたｘ以上に回転数を上げれば、
ｋ回以下の停止回数の増加であれば、品質上の問題はな
いことになる。

第６図は、第３図、第４図および第５図のグラフを１
つのグラフト上で表している。このグラフから、織工の
余裕度（稼動率E₀）および品質（停台レベルS₀）の条件
を満たし、かつ生産量P_iが増加する領域（斜線部）が判
る。

一般に回転数が上がれば停止回数は増える。この停止
回数は、自然数であるが、簡単のために回転数の増分に
比例すると仮定すれば、例えば第６図の直線L₁、L₂で表
すことができる。

ここで、直線L₁は、ｘ＞０のとき曲線y_pの領域から外
れ、ｘ＜０のとき領域内にある。このように表されると
き、すなわち回転数の変化によって停止回数が大きく変
化する場合は、回転数を上げても、生産量は増加せず、
逆に回転数を下げることによって生産量の増加が期待で
きる。

また、直線L₂は、ｘ＞０のとき曲線y_pの領域内にあ
り、ｘ＜０のとき領域外にある。このような場合、回転
数を上げれば、生産量は増加し、回転数を下げても生産
量は増加しない。

なお、曲線y_pに原点で接する直線で表される場合は、
回転数を上げても下げても生産量は減少し、そこが生産
量を最大にするための回転数の最適点となる。

ところで、理論的には、上述の通りであるが、実際に
は直線L₁、L₂が未知であるから、回転数の増減と停止回
数の増減との比は、回転数を上げてみなければ判らな
い。

そこで、本発明は、次に述べるアルゴリズムで上記傾
向を予測しなから回転数の制御を行う。

予測制御は、経過時間ｔ＝Ｔにおける生産量をＰ、停
止回数をｎ、稼動時間をｒ、回転数をＮとして、下記の
ように定義し、判断を実行する。

〔１〕パラメータ予測 現在、すなわち経過時間ｔ＝Ｔにおける各パラメータ
の実績が、１シフトの完了時点である経過時間ｔ＝T₀に
至るまでそのままの傾向で推移するものとして、１シフ
トの完了時点における生産量Ｐ、停止回数ｎ、稼動率
Ｅ、および停台レベルＳを次のように予測する。なお、
予測値は∧印を付けて示す。

＝T₀P/T ＝T₀n/T ＝100A/T₀N ＝／ １シフト中の限界停台レベルS₀、限界稼動率E₀をそれ
ぞれ満足するための限界停止回数Q_S、Q_Eは、前述の説明
から次の通りである。

Q_S＝S₀T₀N/（Ａ＋S₀τＮ） Q_E＝T₀（100−E₀）/100τ（ただしτ≠０） τ＝（Ｔ−ｒ）/n 〔２〕重みｗの設定（第７図参照） 経過時間ｔ＝Ｔが、T₀に近づく程、予測値の確からし
さが大きくなることから、経過時間に対応して例えば次
のように重みｗを設定する。

Ｔ＜T₀/4のとき、ｗ＝０ T₀/4≦Ｔ＜3T₀/4のとき、ｗ＝（2T/T₀）−0.5 Ｔ≦3T₀/4のとき、ｗ＝１ 〔３〕判断 （ａ） ＞Min（Q_S、Q_E）のとき、回転数down 予測停止回数が、限界停止回数Q_S、Q_Eのうち少ない
方を越えるとき、回転数を下げる方向へ変更する。この
とき、回転数の変更量ΔＮは、例えば次のようにして求
める。

まず、回転数変更後の目標の停止回数の増分Ｙを次式
のように仮定する。

Ｙ＝〔Min（Q_S、Q_E）−〕/2 Ｙ＜０ このとき、Ｙ＜０となるから、Ｙは、停止回数の減少
分を示している。なお、上式では、制御の行き過ぎを防
止するために、１例として、回転数変更後の停止回数の
増分Ｙが、限界停止回数と予測停止回数との差の半分に
なるように定めているが、必要なら分母の値を２より大
きくまたは小さくすることにより、仮定の停止回数の増
分Ｙは小さくまたは大きく変更してもよい。

次に、この増分Ｙを満足するような回転数の増分Ｘ
を、前記した回転数の増分ｘと停止回数の増分ｋとの関
係式を用いて、次式から求める。

ｘ＝Ｙ・τ・N/〔T₀−（＋Ｙ）τ〕 さらに、上記の経過時間に対応した重みｗを用いて、
判別式Ｗを次のように定義し、上式より求められた回転
数の増分Ｘに対する重みW_Nを求める。

Ｗ＝ｗ（−Min（Q_S、Q_E））として Ｗ≦０のとき W_N＝０ ０＜Ｗ＜１のとき W_N＝Ｗ Ｗ≧１のとき、W_N＝１ こうして求められた増分Ｘと重みW_Nとから、回転数の
変更量ΔＮを次式から求める。

ΔＮ＝W_N・Ｘ （ｂ） ≦Min（Q_S、Q_E）のとき、回転数up 予測停止回数ｎが、限界停止回数Q_S、Q_Eのうち少ない
方よりも小さいとき、回転数を上げる方向へ変更する。
このとき、回転数の変更量ΔＮは、上記（ａ）と同様に
して、例えば次のようにして求める。

Ｙ＝〔Min（Q_S、Q_E）−〕/2 Ｙ≧０ ｘ＝Ｙ・τ・N/〔T₀−＋Ｙ）τ〕 Ｗ＝ｗ（−Min（Q_S、Q_E））として ０＜ＷのときW_N＝０ −１＜Ｗ≦０のとき、W_N＝|W| Ｗ≦−１のとき、W_N＝１ ΔＮ＝W_N・Ｘ （ｃ） 回転数の変更量ΔＮの最大量をΔN₀とし、｜Δ
N|＞ΔN₀のとき、ΔＮ＝ΔN₀とする。

（ｄ） 回転数の変更範囲の上限、下限をそれぞれ Nmax、Nminとし、 Nmin＞Ｎ＋ΔＮのとき、Ｎ＝Nmin Nmax＜Ｎ＋ΔＮのとき、Ｎ＝Nmax Nmin≦Ｎ＋ΔＮ≦Nmaxのとき、Ｎ＝Ｎ＋ＮΔとする。

以上のようにして、１シフトの完了時点における停止
回数が、限界停止回数Q_S、Q_Eを越えないようにし、シフ
ト途中で、回転数を変更して行く。

以上の制御をコンピューターシュミレーションにより
確認したところ、次のような結果が得られた。コンピュ
ーターシミュレーションは、以下の手順に基づいて行っ
た。

〔１〕停台発生 停台発生の状況をポアソン分布で与えるものとする。
単位時間にλの停台がある場合、時間間隔Ｔの間にＳ回
停台する確率は、次式で求められる。

ここでλＴは時間間隔Ｔ中に停台する平均である。こ
の停台する単位の時間間隔を分布型で表すと、次の指数
分布となる。

Ｐ（ｔ）＝λｅ^−λＴ ここで、1/λがこの分布の平均値となる。

〔２〕サービス時間 サービス時間（織機停台時間）を指数分布を与える。

平均サービス率（単位時間の平均サービス数）をμと
すれば、下記となる。

Ｐ（ｔ）＝μｅ^−μｔ ここで1/μがこの分布の平均値で、平均サービス時間
と一致する。

〔３〕織布工場の場合 T₀:シフト時間 n:合計停止回数 N:回転数 R:サービス時間/STOP 上記のデータが与えられているとして、下記のように
定義できる。

このとき、それぞれの事項の分布は、次式で与えられ
る。

停台間隔の分布 Ｐ（ｔ）＝λｅ^−λｔ サービス時間の分布 Ｐ（ｔ）＝μｅ^−μｔ 第８図は、限界稼動率E₀＝80.0〔％〕、限界停台レベ
ルS₀＝5.0〔停止回数/cmpx〕としたときのコンピュータ
シミュレーション結果の１例を示す。

ここでは最初の９シフトを本発明の制御をOFFとして
シミュレーション稼動させ、次の10〜18シフトは本発明
の制御をONとしてシミュレーション稼動させた。

個々のシフトではデータにばらつきがあるため、その
状況が分かりにくいが、平均（Average）で見ると、回
転数Ｎが上がって、停止回数ｎは５から11に増加し、稼
動率Ｅは96.％から90.％に減少し、また停台レベルＳは
1.45から3.18に増加しているが、生産量Ｐは3.23cmpxか
ら3.42cmpxに増加している。これは９シフトTotalでは
1.74cmpxの生産増を意味している。

ここで稼動率、停台レベル共に悪くなっているが、決
して限界稼動率（STD Eff）の8.0％、限界停台レベル
（STD 停止回数/cmpx）の5.0を越えてはいないことが
判る。

実施例 第９図は、本発明の回転数制御方法を実施するとき
の、システムを示している。

ホストコンピュータ１は、本発明の回転数制御方法の
プログラムを内蔵しており、複数の織機２の制御用コン
ピュータ３に対し通信回線４によって接続されている。
ホストコンピュータ１のプログラムは、あらかじめ設定
された期間内の所定の時期（１回以上設定）に、制御対
象の織機２を特定し、回転数制御のプログラムを実行し
ていく。この制御の実行時期は、対応の織機２の停止時
毎に行ってもよく、また所定の周期枚に行われる。

第10図は、回転数制御のフローチャートを示してい
る。

プログラムの開始後、まずシフト替かどうかの判断が
行われ、シフト替でなければ、次のステップを飛び越す
が、シフト替であるときに、経過時間＝０とセットさ
れ、制御対象の織機２についての実行時期の判断がなさ
れる。この実行時期は、既に述べたように、所定時間の
経過または織機の停止によって設定される。前回の制御
プログラム実行終了時点から所定時間が経過するか、ま
たは織機２が停止したとき、ホストコンピュータ１は、
制御対象の織機２について前記のシフト終了時点を仮定
したパラメータ予測を行い、必要なパラメータのデータ
を演算によって求め、また次のステップでシフト替から
の経過時間に応じた重みｗを算出してから、求められた
予測停止回数について限界停止回数Q_S、Q_E内であるか
どうかの判断を行う。予測停止回数が限界停止回数
Q_S、Q_E内でないとき、プログラムは、減少方向に設定す
べき回転数を算出する。しかし、予測停止回数ｎが限界
停止回数Q_S、Q_E内であるとき、プログラムは、増加すべ
き回転数を算出していく。このようにして、変更後の回
転数が求められた後に、ホストコンピュータ１は、制御
用コンピュータ３に対して新たな回転数を与え、対応の
織機２のそれを変更していく。一連の制御プログラムの
実行終了後、１シフト内で次回の実行時期から再び同様
の制御が繰り返される。このようにして、制御対象の織
機２の回転数は、回転数制御方法によって、停台レベル
や稼動率などから求められる限界停止回数の範囲で、余
裕のある限り、生産量を高める方向に設定されていく。
もちろん、この回転数の変更に際し、変更量が一定値以
上にならないように制限される。また、予め設定された
最大または最小回転数の範囲内で変更される。

なお、このホストコンピュータ１がもっぱら複数の織
機２の運転状態のデータを集計し、それを記録するため
にのみ用いられる場合には、本発明の回転数制御方法
は、それぞれの織機２の制御用コンピュータ３によって
実行される。

発明の効果 本発明では、所定の期間の途中で、当該期間の最終時
点での停止回数が予め予測され、その予測値と織布の品
質すなわち停台レベルおよび織工の余裕度すなわち織機
の稼動率から求められた限界停止回数を上回らないよう
に、回転数を増減させているので、所定の期間の終了時
点で、予め設定された織機の品質または織工の余裕度が
満足できる状態となっており、このような未来予測に基
づいて回転数が制御されるため、生産量が可及的に高め
られる。

また、織布の停止毎に回転数を変える場合には、製織
途中の回転数の変更による布品質への悪影響がなくな
る。また、予測値に重み付けがされておれば、データの
少ないシフトの初期に大きなばらつきが発生せず、織機
の回転数が安定化することになる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はシフト時間と織機の稼動および停
止の関係のグラフ、第３図は生産量の増加から見た回転
数の増分と停止回数の増分のグラフ、第４図は稼動率か
ら見た回転数の増分と停止回数の増分のグラフ、第５図
は停台レベルから見た回転数の増分と停止回数の増分と
のグラフ、第６図は稼動率、停台レベルおよび生産量と
の関係の回転数の増分と停止回数の増分のグラフ、第７
図は経過時間と重み付けのグラフ、第８図はコンピュー
ターシュミレーション結果の１例を示す図、第９図は制
御システムのブロック線図、第10図は回転数制御のプロ
グラムのフローチャート図である。 １……ホストコンピュータ、２……織機、３……制御用
コンピュータ、４……通信回線。

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】織機の稼動中に、所定の期間で、ある時点
   ごとに前記所定の期間の最終時点での停止回数を予測
   し、この予測停止回数と予め設定される限界停止回数と
   を比較し、予測停止回数が限界停止回数より少ないとき
   は、織機の回転数を上げ、予測停止回数が限界停止回数
   を越えるときは、織機の回転数を下げることを特徴とす
   る織機の回転数制御方法。
2. 【請求項２】上記限界停止回数を予め設定された織布の
   品質および織工の余裕度のうち少なくとも１つから決定
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の織機
   の回転数制御方法。
3. 【請求項３】上記停止回数の予測値から織機の回転数を
   変更するための演算過程で、所定期間の最初の時点から
   終了時点までの経過時間に応じて重み付けすることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の織機
   の回転数制御方法。
4. 【請求項４】織布の品質を織機の停台レベルから判断す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の織機の
   回転数制御方法。
5. 【請求項５】上記織工の余裕度を織機の稼動率から求め
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の織機の
   回転数制御方法。