JPH0435923A - エキスパートシステムを用いた成形条件探索方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、プラスチック射出成形等の分野に適用され
る成形条件探索方法に関し、特にエキスパートシステム
を用いた成形条件探索方法に関する。

〔従来の技術、発明が解決りようとする課題〕近年、プ
ラスチック成形業界においては、射出成形の現場におけ
る熟練技術者の経験、ノウハウを蓄積、体系化した射出
成形支援エキスパートシステムが開発されている。

かかる射出成形支援エキスパートシステムのねらいは、 ・成形条件用し作業の効率化 ・経験、ノウハウのデータｔ＼〜ス化 ・新人技能者の教育 なとてあり、この射出成形支援エキスハートシステムに
よる成形条件の決定動作は、概ね以下の２工程に大別さ
れる。

工程１・・成形条件の初期設定 成形機、材料、金型等の特徴を考慮して第１回目の試射
成形条件を推論する。

工程２・・・成形条件出し 不具合の発生状況や対策結果をもとに不具合の原因を推
論し、成形条件を調整することにより不具合を解消する
。

ところが、このような従来の射出成形支援エキスパート
システムでは、量産ということを考慮して成形条件出し
を行っていなかったので、推論された成形条件は、まだ
また最適なものとはいえないものであった。

すなわち、ここでいう最適成形条件とは、（１）成形誤
差を許容範囲内に抑える （２）量産時に外乱を受けても成形品に不具合を生しな
い ものである。これらの成形誤差や外乱を考慮して最適条
件を経験や勘で求めることは熟練者にとっても極めて困
難であり、従来装置ではこれらの要因は考慮され・てい
ないというのか現状である。

ところで、最近、射出成形機の分野で、最適成形条件を
求めるために、品質管理手法を応用した統計手法を用い
ることが研究され始めている。

その１つであるパラメータ設計法では、工程条件を変え
た試作実験により最適条件を決定するものであり、以下
の工程を踏む。

（１）製品品質への影響が予想される因子の選択、実験
規模、実験因子の水準値の選択 （２）実験計画に基ずき試作を行い、実験試料を得る。

（３）試作した多数の試料の注目する特性を測定する。

（４）１１１１定されたデータを解析し、制御性とばら
つきをＳＮ比で評価する。条件設定因子のＳＮ比への影
響を調べ、影響の大きい因子についてはＳＮ比の高い水
準を組み合わせた最適条件を求める。

しかしなから、かかるパラメータ設計法では、交互作用
（ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＯＮ）の生しる複数の不具合へ対
処するために、また射出速度や保圧の多段制御パターン
の決定へ対処するために、膨大な数の実験か必要になる
とともに、影響因子や実験水準の決定に高度の専門技術
経験か必要になるなと、現場での実用にはまたまた問題
が多い。

〔課題を解決するための手段〕

この発明では、対策記録および入力された不具合の発生
状況なとから不具合の発生原因を推論し、試成形を繰り
返し行ないながら仮成形条件を求める第１の工程と、こ
の第１の工程で発生した不具合の中から質的不具合を抽
出し、前記対策記録を用いて抽出した質的不具合を対象
とした判別分析を行う二とにより不具合発生領域境界を
求め、この不具合発生領域境界に基ずき質的不具合を解
消する成形条件を求める第２の工程と、この第２の工程
後、前記第１の工程で発生した不具合の中から量的不具
合を抽出し、前記対策記録を用いて抽出した量的不具合
を対象とした実験計画法による分散分析を実行すること
により量的不具合を解消する成形条件を求める第３の工
程とを具えるようにする。

〔作用〕

すなわち本発明によれば、従来から行われているエキス
バートンステムの機能に統計手法を付加するようにして
いる。

本発明によれば、まず第１工程により従来の通常のエキ
スパートシステムによる故障診断を行うことで、成形条
件出しを行う。この第１工程を経ることにより成形条件
を最適条件に近付けておく。

次ぎに、統計手法を利用した第２および第３］−程を実
行する。

第２工程では、第１の工程で発生した不具合の中から質
的不具合を抽出し、エキスパートシステムに蓄積された
対策記録を用いて抽出した質的不具合を対象とした判別
分析の手法を行うことにより不具合発生領域境界を求め
、この不具合発生領域境界に基ずき質的不具合を解消す
る成形条件を求める。この第２工程で求められる成形条
件は、各不具合発生領域境界から最も離れた位置にある
点に対応している。

第３工程では、前記第１の工程で発生した不具合の中か
ら量的不具合を抽出し、前記対策記録を用いて抽出した
量的不具合を対象とした実験計画法による分散分析を実
行することにより量的不具合を解消する成形条件を求め
る。

この第３工程は、第２工程を行うことで質的不具合が解
消された後に行うことで、実験計画法による分散分析を
行う際、対象としない質的不具合の再発生を抑え、対象
とする量的不具合のみを考慮した分散分析を実行するこ
とができる。

なお、質的不具合とは外観不良のように発生の有無で区
別できる不良をいい、量的不具合とは数値とばらつきで
評価される不良をいう。

〔実施例〕

以下、この発明を添付図面に示す実施例にしたがって説
明する。

この実施例では、第１図に示すように、以下の手順て最
適成形条件を決定する。

■成形条件の初期設定 ■成形条件出し ■質的不良に対する成形条件の決定 ■量的不良に対する成形条件の決定 これらの手順において、手順■、■は従来の射出成形支
援エキスパートシステムで行われていた機能手順を示す
もので、最初にこの手順■、■について説明する。

第２図は手順■、■を行うエキスパートシステムの構成
を示すもので、このシステム１０においては現場で成形
条件出しを行う際にオペレータがコンピュータからの質
問に応じて不具合状況を入力するたけて不具合の発生原
因を推論しさらに最適な対策案を決定されるようになっ
ている。

このエキスパートシステム１０は射出成形機２０とはオ
ンラインで接続され、成形機２０の設定条件や実測デー
タは自動的にシステム１０に取り込まれ、また逆にシス
テムが推論した成形条件は自動的に成形機２０にセット
され、さらにこのシステム１０によって自動運転を起動
できるようになっている。エキスパートシステム１０は
不具合対策に必要な各種の知識を格納した知識ベース３
０と、その知識を用いて推論を行う推論エンジン４０と
オペレータが不具合状況を入力するためのユーザインタ
フェース５０からなる。知識ベース３０の中には、不具
合−原因一対策の関係を示す表形式の知識、熟練技能者
からのヒヤリングにより得られた条件出しのノウハウ、
その他条件出しを行う上で不可欠な各種の知識が格納さ
れている。

システム１０を起動すると、システム１０は対策案を推
論する上で必要な不具合状況を随時質問してくるので、
オペレータは質問に応じて詳しい状況をユーザインタフ
ェース５０を通して人力する。システム１０はこれをも
とに対策案を推論し試射を行い、その後オペレータは試
射後の状況を再びユーザインタフェース５０を通して入
力する。

この対策による状況の変化は対策記録として保存され、
これ以後の対策案の推論に活用される。

以下に、システム１０て行われる推論の手順を示す。

（１）初期成形条件の決定 オペレータから成形機、材料、金型の特性が入力される
・と、第１回目の試射条件を推論する。

（２）成形条件の自動設定および試射 成形条件を射出成形機２０に自動設定し、その条件で自
動運転を開始する。試射後には成形機２０から成形条件
の設定値と、シリンダ温度や射出量なとの実測値を取り
込みこれを記憶する。

（３）不具合状況の入力と対策結果の記録オペレータは
現在発生している不具合の種類および発生位置など、不
具合の発生状況をニーサインタフエース５０を通して人
力する。設定条件を修正して対策を行った後ならばそれ
によって不具合かとのように変化したかをオペレータか
ユーザインタフェース５０を通し７て人力する。入力さ
れた対策結果は後での利用のため記憶される。この記録
データは前述したように「対策記録（実際に設定された
成形条件とそのときの不具合状況の変化の記録）」と称
している。

（４）対策の絞り込み 不具合の発生状況や対策記録をもとに不具合の発生原因
を推論し、それに基ずいていくつかの対策案を一覧表示
する。さらに、各対策案を幾つかの観点から評価して最
適な対策案を決定する。

（５）対策案の詳細化 提示した各対策案について具体的にどの成形条件パラメ
ータをどれたけ修正するかを推論する。この対策案の実
施により重大な不具合（パリや離形不良など）の発生が
予想される場合には、予め予防策を行うようアドバイス
する。

（６）対策の表示 先の手順（５）で決定された対策案を表示する。

オペレータはこの対策案を実施したり、自分の考えに基
ずき推論結果を修正したり、推論のやり直しを指示した
りする。このように、第２図に示した射出成形支援エキ
スパートシステムはオペレタかシステムとの対話を繰り
返すことにより各種不具合を解決しようとするものであ
る。

この実施例では、第２図に示した射出成形支援エキスパ
ートシステムを用いて先の手順■成形条件の初期設定、
および■成形条件出し、を実行することで、成形条件を
ある程度絞り込むようにする。すなわち、手順■および
■を行うことて、不具合発生に関して考慮すべき主要因
（重要な成形パラメータ）と実験水準（各成形パラメー
タ水準）を絞り込む事ができ、これによりその後いわゆ
る交互作用の少ない状況下で手順■および手順■にかか
る実験と分析を行うことができる。また、この手順■お
よび■て蓄積した対策記録を手順■および手順■の統計
手法に利用することかできる。

次ぎに、統計手法による手順■および手順■をこの順番
に実行する。すなわち本装置では、従来の射出成形支援
エキスパートシステムの手順■、■にかかる機能を利用
して成形条件を最適成形条件の近傍に接近させた後、以
下に示す統計手法に入る。これら統計手法による手順■
、■は、誤差ばらつきの少ない製品を成形すると共に外
乱に強い成形を行うためのもので、この順番に手順を踏
むことか重要なポイントとなる。

■質的不良に対する成形条件の決定処理この手順■ては
、パリやジェツテイングなとの外観不良なとのように発
生したか否かで評価される不良を質的不良とし、これら
質的不良を解消する成形条件を決定する。この手順■て
決定される成形条件を安定条件と称する。

なお、調整する成形パラメータには樹脂温度や射出速度
のような量的なものと、材料や機械の種類のように質的
なものがあるか、この手順■ては量的成形パラメータの
みを調整するようにしている。なお、手順■の量的不良
に対する成形条件の決定処理では、量的成形パラメータ
および質的成形パラメータの双方を調整対象としている
。

以下、手順■の詳細動作を第３図のフローチャトにした
かって説明する。この手順■は小手順Ｉ、■、■に分割
されている、 ・小手順１−ｒ対象とする不具合と 成形パラメータの決定」 第３図ステップ１００〜］２０ まず、先Ｏ手順■で発生していた不具合のなかからパリ
やジェツテイングなどの質的不具合を抽出する。そして
、先の手順■て求まった成形条件から各成形パラメータ
の値をそれぞれ所定の設定量だけ変更したとき、先の手
順■て発生していた各質的不具合が再度発生するか否か
を前記知識ベスの中に記憶されている対策記録に基ずき
推定し、再発生すると判断された質的不具合とこの質的
不具合に対応する成形パラメータを選出する。

例えば、第４図では、先の手順■てパリとひけとジョー
トンヨツトとの３つの質的不具合か発生していたとし、
Ｄ点を手順■て求まった成形条件に対応する点とする。

この第４図の場合では、２つの成形パラメータＰＩ　、
Ｐ２を矢印で示した所定の範囲たけ変更すると、３つの
質的不具合のうちパリのみか再発生する可能性かあり、
他のひけとジョートンヨツトは再発生しないと考えられ
る。

したがってこの場合は、ハリか再発生の可能性のある質
的不具合として選出され、またこのパリに対応する成形
パラメータとしてはＰＩ　、Ｐ２か選出される。

ただし、上記各成形パラメータの変更量をどう設定する
かという点についてはノウハウが必要であり、量産時に
おいて各種外乱が発生した場合各パラメータがどのよう
に変化したかという過去の様々な事例を考慮して適当な
る値を予め設定するようにしている。

このようにこの小手順１を行うことで、先の手順■での
み発生しその後は再発の可能性の低い不具合とそれに対
応するパラメータとを除外することができる。

・小手順■−「不具合発生境界 の決定」 ・・・第３図ステップ１３０〜１６０ 先の小手順１で選出した各不具合毎に、前記対策記録に
基ずき統計手法における判別分析を実行することで、複
数の選出成形パラメータが作るｎ次元座標における不具
合の発生の有無を区別する境界面を算出する。

例えば、先の手順■て、下記第１表のような対策記録が
得ら５れたとする。

第１表 Ｎｏ　　　保圧　　　保圧時間　　　発生不具合１１０
％　　　２ｓｅｃ　　　　　ひけ２３０％　　　　２ｓ
ｅｃ　　　　　ひけ、パリ３２０％　　　３ｓｅｃ　　
　　　ひけ４　２５％　　　　３ｓｅｃ　　　　　　パ
リ５　　２０％　　　　４ｓｅｃ　　　　　　パリ６１
５％　　　４ｓｅｃ　　　　　　未発生この対策記録に
基ずきひけとパリそれぞれについての不具合発生境界を
判別分析の手法を用いて求めると第５図および第６図の
破線に示すようになる。なお、これら図中の添字は第１
表のＮｏに対応する。

・小手順■−「安定条件 の決定」 ・・第３図ステップ１７０〜２００ 先の小手順■で求めた不具合発生境界から安全側に離れ
た成形条件を求め、これを準安定成形条件として設定す
る。具体的には、例えば求められた不具合発生境界が２
つの場合（２次元）は、これら２つの不具合発生境界に
接する円を求め、その中心を準安定成形条件とする。す
なわち、この円の中心は全ての各不具合発生境界から不
具合の発生しない側に最も離隔した点である。

ただし、上記不具合発生境界にて囲まれた領域が閉空間
となって、上記円が定まらないことがあり、この場合に
は準安定成形条件を求めるために以下の２手法のいずれ
かを行う。

第１の方法は閉空間において領域を限定する方法である
。例えば、先の第１表のような対策記録が記憶された場
合における不具合発生境界は第７図に示すようになり、
閉空間を形成することができない。

この第７図の場合には、先の手順■によって成形条件と
しては保圧１５％、保圧時間４秒（Ａ点）が仮決定され
ており、また対策記録によれば保圧を５％単位に、保圧
時間を１秒単位に変更している。そこで、この場合には
、Ａ点を中心にして該中心Ａから各パラメータの上記変
更単位だけの間隔を隔てた多角形（第６図の場合は長方
形）を描き、この多角形と不具合発生境界とによって閉
空間を形成するようにする。そして、該形成された閉空
間を越えない範囲で領域境界に接する最大半径の円を求
め、その中心（第６図の場合はＢ点）を準安定成形条件
とする。

第２の方法は、実験計画法に基ずき追加実験を行うこと
により追加データを得ることで、不具合の発生する各境
界による閉空間を発生させようとするものであり、閉空
間が求まると、前記同様にして各境界に接しかつ最大半
径を有する円の中心に対応する条件を準安定成形条件と
する。

なお、この場合には、２次元の場合を示したが、ｎ次元
の場合にも同様にして準安定成形条件を求めることが可
能である。すなわち、ｎ次元の場合には直観的には判り
にくいが前記と同様の原理に基ずき準安定成形条件を求
めることかできる。

なお、ｎ次元における不具合発生境界の一般式＾０＋Ａ
ＩＸＨ１＋＾２Ｘ）１２＋−−−−＋＾ｎＸＨｎ−０旧
：要因（交互作用を含む成形パラ メータ） Ａｊ：各成形パラメータの不具合発生 に対する影響度 ・・・　（１） と表すことができる。

この様にして準安定成形条件Ｂが求まると、この準安定
成形条件Ｂで試射を行ない、不具合が発生した場合は、
その不具合の発生境界条件を追加して準安定成形条件を
求め直す。すなわち、この場合、第７図を例にとると、
境界線が増加するかあるいは修正されることになる。

また、上記試射において、不具合が発生しない場合は、
上記準安定成形条件Ｂを中心とした前記多角形領域（第
７図の場合は長方形領域）を再設定し、該長方形の各辺
および不具合発生境界によって形成される閉空間に接す
る最大半径を有する円の中心を求め、この中心を準安定
成形条件Ｂ′とする。そして、この準安定成形条件Ｂ′
で試射を行い、二〇試射により不具合が発生しない場合
は先の準安定成形条件Ｂを成形条件として決定する。ま
た、準安定成形条件Ｂ′で不具合が発生すれば、その不
具合の境界線を追加して準安定成形条件を求め直す。

なお、前記準安定成形条件の判定処理においては、準安
定成形条件を求めるために導出した前記閉空間（第７図
の場合はクロスハツチングの部分）を前述の外乱による
パラメータの設定変動幅と比較し、閉空間が外乱による
パラメータの設定変動幅に比べて狭い場合は先の手順■
に戻りパラメータ調整方針を変えて手順■を再実行した
後、前述した手順■を再実行するようにしている。すな
わち、例えば、第６図においては、閉空間の保圧時間に
関するパラメータ幅が２秒前後であるにもかかわらず、
外乱による保圧時間の設定変動幅が２秒以上あった場合
などには、手順■に戻りパラメータ調整方針を変えて手
順■を再実行した後、前述した手順■を再実行するよう
にする。

この様に、準安定成形条件による試射を満足し、かつ外
乱によるパラメータの変動幅の判定条件を満足した準安
定成形条件を安定成形条件として採用する用にしている
。

■量的不良に対する最適成形条件の決定以上のようにし
て、質的不良を解消する安定成形条件が求まると、今度
は先の手順■て発生していた不具合のなかから量的不具
合を抽出する。

この量的不具合は、成形品の反り、寸法、重量、強度と
いった、数値とばらつきで評価される不具合である。

そして、該抽出した量的不具合を対象不具合とした実験
計画法による分散分析を行うことで、設計値に最も近く
かつばらつきを最小とする成形条件の絹み合わせを算出
する。

この手順■は前述したように先の手順■を行うことて質
的不具合が解消された後に行うようにする。すなわち、
一般に、実験計画法により分散分析を主体とした実験解
析を実行すると、他の不具合についての情報か少ない場
合には対象とした不具合以外のものも発生してしまい、
解析精度を著しく低下させることになる。このため、本
装置では、まず質的不良を解消する安定成形条件を求め
、その後で対象とする量的不具合のみを考慮した実験解
析を行うようにしている。

なお、この手順■では、前述したように量的成形パラメ
ータおよび質的成形パラメータの双方を調整対象として
いる。

この手順■の詳細を第８図のフローチャートに示す。

すなわち、手順■は以下の小手順からなる。

・小手順Ｉ 成形条件パラメータの決定 （ステップ３００） ・小手順■ 実験水準の選択 （ステップ３０（）〜３３０） ・小手順■ 自動実験（ステップ３４０） この場合は、射出成形機とのオンライン機能を利用して
、実験計画法の水準テストをランダム化し、自動実験で
きるようにしている。

・小手順■ 分散分析（ステップ３５０） ・小手順Ｖ 影響度Ｂ１の入力 （ステップ３６０〜３７０） ・小手順■ 期待値の予測 （ステップ３８０） 第９図は、対象不具合を重量とし、対象成形条件パラメ
ータを射出圧力、射出速度、および計量としたＬ　４（
２，３）の直交モデル例である。

なお、この手順■において、実験水準の変更に対する期
待値を予測することができるようにしており、その際、
対象成形条件バラメ〜りが量的要因の場合は重回帰分析
の手法を用い、質的な要因の場合は数量化分析■類の手
法を用いるようにしている。

この結果、得らオ一般式は、 ｙ−ＢＯ＋ＢＩＸＨ１＋Ｂ２ＸＨ２＋−・−＋ＢｎＸＨ
ｎｙ：目的変量 旧：要因（交互作用を含む成形 パラメータ） ＢＩ：各成形パラメータの目的変 量ｙに対する影響度 ・・・（２） と表すことができる。

なお、本装置においては、目的変量との相関を阻害する
パラメータを自動的に削除するようにしており、このた
め第９図中の式では計量の項が削除されている。

以上の分散分析により、ばらつきを許容誤差範囲内に収
めることができない場合は、再度光の手順■に戻り、パ
ラメータ調整方針を変えて手順■を再実行した後、前述
した手順■および手順■を再実行するようにしている。

この様にして、手順■ては、実験計画法よる分散分析を
行うことで、設計値に最も近くかつばらつきを最小とす
る成形条件の組み合わせを算出する。なお、この場合に
は、前述したように、手順■では量的成形パラメータの
みを調整するようにし、手順■では量的成形パラメータ
および質的成形パラメータの双方を調整対象としている
ので、両手順■、■で調整パラメータとして同一のもの
が存在することがあり、この場合には、質的不具合を再
現しない範囲で該パラメータの量的不具合対策を行う。

以上述べた手順■および■の統計的手法では、知識ベー
スのデータ（対策記録）の数が多いほど他のパラメータ
やそれらの交互作用を考慮できるようになり、予測精度
を高めることができる。また、先の（１）式および（２
）式中の係数Ａｉ、旧は、過去のデータを成形機、材料
、金型毎に分類し、整理するならば、それらの値を概ね
把握することが可能である。

なお、上記実施例では、本発明を射出成形機に適用した
場合を示したが、本発明を他のプレス成形機などに適用
してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明し・たようにこの発明によれば、従来のエキス
パートシステムの機能と統計手法をリンクさせるように
したので、エキスパートシステムに蓄積した対策記録を
利用することができ、これにより統計手法を行う際の実
験数を大幅に削減することができる。また、本発明では
、統計手法を実行する際不具合を質的なものと量的なも
のとに分けて、質的不良を解消する成形条件を求めた後
量的不良を解消する成形条件を求めるようにしたので、
交互作用の生じる複数の不具合への対処が容易になると
共に、求められる成形条件の信頼性を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はニーの発明の処理手順の概略を示すフローチャ
ート、第２図は一般的な射出成形機支援エキスバートン
ステムを示す図、第３図は質的不具合を対象とした安定
成形条件を求める手順を示すフローチャート、第４図は
安定成形条件算出工程における成形条件選択動作の説明
図、第５図乃至第７図は安定成形条件算出工程の説明図
、第８図は量的不具合を対象とした最適条件を決定する
手順を示すフローチャート、第９図は分散分析の一例を
示す図である。 １０・、・射出成形機支援エキスパートシステム２０・
・・射出成形機 ３０・・・知識ベース　４０・・・推論エンジン第２ 図 質弁ワ千１４合？７丁！覧とし二安３糸イ干ａ麺デのフ
ロー第３図 第４ 図 ブ釆ｌヨ〒己ＥｆＴ＆’ｍ 第７図 第５図 ＠ＥＪ弓問 第６図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　対策記録および入力された不具合の発生状況などから
   不具合の発生原因を推論し、試成形を繰り返し行ないな
   がら仮成形条件を求める第１の工程と、 この第１の工程で発生した不具合の中から質的不具合を
   抽出し、前記対策記録を用いて抽出した質的不具合を対
   象とした判別分析を行うことにより不具合発生領域境界
   を求め、この不具合発生領域境界に基ずき質的不具合を
   解消する成形条件を求める第２の工程と、 この第２の工程後、前記第１の工程で発生した不具合の
   中から量的不具合を抽出し、前記対策記録を用いて抽出
   した量的不具合を対象とした実験計画法による分散分析
   を実行することにより量的不具合を解消する成形条件を
   求める第３の工程と、を具えるエキスパートシステムを
   用いた成形条件探索方法。