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JP7700466B2 - Tool life prediction system - Google Patents
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Description

本発明は、工具寿命予測システムに関するものである。 The present invention relates to a tool life prediction system.

機械加工に用いられる工具の寿命の予測は、工具コストの観点から重要である。従来、工具寿命は、工具の個体ばらつきや安全率を考慮して、寿命に到達したと規定する加工回数を予め決めていた。しかし、このような寿命の決定方法では、工具が実際には寿命に到達していない場合にも、寿命に到達したとみなして、工具を交換することが行われていた。 Predicting the lifespan of tools used in machining is important from the perspective of tool costs. Conventionally, tool lifespans were determined in advance based on the number of machining operations required to determine the end of a tool's lifespan, taking into account individual tool variations and safety factors. However, with this method of determining tool lifespan, even when the tool had not actually reached its end of life, it was deemed to have reached its end of life and the tool was replaced.

そこで、特許文献1において、工具により加工を行っている場合の加工情報、例えば、主軸装置のモータの駆動電流を用いて、工具寿命を予測することが提案されている。当該予測方法においては、加工情報に基づいて決定された演算モデルを用いて、工具の寿命予測を行っている。また、工具の寿命予測に用いる演算モデルは、例えば、工作物の材質や加工条件等に応じて、複数の演算モデルの中から選択するとされている。 Therefore, Patent Document 1 proposes predicting tool life using machining information when machining is being performed with a tool, for example, the drive current of the motor of the spindle device. In this prediction method, a calculation model determined based on the machining information is used to predict the tool life. In addition, the calculation model used to predict the tool life is selected from a plurality of calculation models depending on, for example, the material of the workpiece, the machining conditions, etc.

特開2019-82836号公報JP 2019-82836 A

工具の種類、工作物の材質、加工条件等の要因に応じて、工具が寿命に到達する状態が異なる。従って、工具の種類、工作物の材質、加工条件等の要因に応じた寿命ケース毎に工具の寿命予測に用いる演算モデルを設定することは有効である。 The state in which a tool reaches the end of its life varies depending on factors such as the type of tool, the material of the workpiece, and the machining conditions. Therefore, it is effective to set a calculation model to be used to predict the tool's life for each life case depending on factors such as the type of tool, the material of the workpiece, and the machining conditions.

しかし、複数の演算モデルの中から、1つの演算モデルを選択することは容易ではない。例えば、工具、工作物、加工条件等の要因の全てが同一である演算モデルが存在すれば、当該演算モデルを用いることができる。しかし、要因の一部が異なる場合、例えば、工具の種類が異なる場合には、どの演算モデルを選択するべきか容易に決定できない。さらに、仮に、工具、工作物、加工条件等の要因が全て同一であったとしても、工具、工作物、加工機本体等の個体差の影響により、選択された演算モデルが適切ではない場合もある。 However, it is not easy to select one calculation model from among multiple calculation models. For example, if a calculation model exists in which all factors such as the tool, workpiece, and processing conditions are the same, that calculation model can be used. However, if some of the factors are different, for example, if the type of tool is different, it is not easy to determine which calculation model should be selected. Furthermore, even if all factors such as the tool, workpiece, and processing conditions are the same, the selected calculation model may not be appropriate due to the influence of individual differences in the tool, workpiece, processing machine body, etc.

また、機械学習を適用する場合において、複数の学習済みモデルの中から1つの学習済みモデルを選択する場合を考える。この場合、複数の学習済みモデルの説明変数が全て同種であるならば、推定フェーズにおける説明変数に基づいて、適用する1つの学習済みモデルを選択することも可能である。 When applying machine learning, consider the case where one trained model is selected from multiple trained models. In this case, if the explanatory variables of the multiple trained models are all homogeneous, it is also possible to select one trained model to apply based on the explanatory variables in the estimation phase.

一般に、機械学習における説明変数としての特徴量の選定は、機械学習の推定精度に大きな影響を及ぼす。従って、説明変数としての特徴量は、学習モデル毎に異なる特徴量を用いることが有効な場合がある。しかし、複数の学習済みモデルの説明変数としての特徴量がモデル毎に異なる場合には、複数の学習済みモデルの中から1つの学習済みモデルを選択することは、容易ではない。 In general, the selection of features as explanatory variables in machine learning has a significant impact on the estimation accuracy of machine learning. Therefore, it may be effective to use different features as explanatory variables for each learning model. However, when the features as explanatory variables of multiple trained models differ for each model, it is not easy to select one trained model from among the multiple trained models.

本発明は、複数の学習済みモデルから1つの学習済みモデルを選択することなく、複数の学習済みモデルを利用することにより工具の寿命予測を高精度に行うことができる工具寿命予測システムを提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a tool life prediction system that can predict tool life with high accuracy by using multiple trained models without having to select one trained model from among multiple trained models.

工具寿命予測システムは、工具を用いて工作物の機械加工を行う加工機本体と、工作物の加工中に加工機本体における観測可能な状態データを検出する検出器と、検出器により検出された状態データを説明変数とし、1つの工具において寿命に到達するまでの工作物の残加工回数を目的変数とし、説明変数及び目的変数を含む訓練データセットを用いて機械学習を行うことにより生成された寿命予測モデルを、複数の寿命ケース毎に記憶する寿命予測モデル記憶部と、寿命ケース毎における状態データの各々を説明変数とする訓練データセットを用いて機械学習を行うことにより生成されたスコアリングモデルであって状態データのスコア値を出力するスコアリングモデルを、工具の各々によるケースを別々の寿命ケースとした場合に複数の寿命ケース毎に記憶するスコアリングモデル記憶部と、推定フェーズにおける状態データに基づいて、複数の寿命予測モデルの各々により残加工回数予測値を各々出力する残加工回数予測部と、推定フェーズにおける状態データに基づいて、複数のスコアリングモデルの各々によりスコア値を各々出力するスコア値出力部と、複数の残加工回数予測値の各々、及び、複数のスコア値の各々に基づいて、総合残加工回数を演算する総合残加工回数予測部とを備える。 The tool life prediction system includes a processing machine body that uses a tool to machine a workpiece, a detector that detects observable state data in the processing machine body while the workpiece is being machined, a life prediction model storage unit that stores, for each of a plurality of life cases, a life prediction model that is generated by performing machine learning using a training data set including the explanatory variables and the objective variable, with the state data detected by the detector as an explanatory variable and the remaining number of times the workpiece is to be machined until the life of one tool is reached as an objective variable, and the life prediction model that is generated by performing machine learning using a training data set including the explanatory variables and the objective variable, a scoring model storage unit that stores, for each of a plurality of life cases, a scoring model that is generated by performing machine learning using a training data set with the state data for each of the life cases as an explanatory variable, the scoring model that outputs a score value of the state data, when the cases for each of the tools are treated as separate life cases , a remaining number of times of machining prediction unit that outputs a remaining number of times of machining prediction value by each of the plurality of life prediction models based on the state data in the estimation phase, a score value output unit that outputs a score value by each of the plurality of scoring models based on the state data in the estimation phase, and an overall remaining number of times of machining prediction unit that calculates an overall remaining number of times of machining based on each of the plurality of remaining number of times of machining predicted values and each of the plurality of score values.

上記工具寿命予測システムによれば、寿命予測モデルとスコアリングモデルとが、寿命ケース毎に対応付けられて記憶されている。スコアリングモデルは、説明変数としての状態データのスコア値を出力する。スコアリングモデルが出力するスコア値は、対応する寿命予測モデルのスコア値、すなわち、当該状態データに対して当該寿命予測モデルがどの程度適合しているかを表す適合度に相当する。例えば、スコア値が大きい場合には、対応する寿命予測モデルの適合度が高いと推定したことになり、スコア値が小さい場合には、対応する寿命予測モデルの適合度が低いと推定したことになる。 According to the above tool life prediction system, a life prediction model and a scoring model are stored in correspondence with each life case. The scoring model outputs a score value of the condition data as an explanatory variable. The score value output by the scoring model corresponds to the score value of the corresponding life prediction model, i.e., the degree of suitability that indicates how well the life prediction model suits the condition data. For example, when the score value is large, it is estimated that the degree of suitability of the corresponding life prediction model is high, and when the score value is small, it is estimated that the degree of suitability of the corresponding life prediction model is low.

そして、総合残加工回数予測部は、複数の残加工回数予測値の各々、及び、複数のスコア値の各々に基づいて、総合残加工回数を演算する。換言すると、総合残加工回数予測部は、スコア値を考慮することで、複数の寿命予測モデルを用いることができる。つまり、総合残加工回数予測部は、複数の寿命予測モデルの中から1つの寿命予測モデルのみを選択する必要がない。このように、総合残加工回数予測部は、複数の寿命予測モデル及び複数のスコア値を用いて総合残加工回数を予測するため、工具の寿命予測を高精度に行うことができる。 Then, the overall remaining number of machining operations prediction unit calculates the overall remaining number of machining operations based on each of the multiple remaining number of machining operations prediction values and each of the multiple score values. In other words, the overall remaining number of machining operations prediction unit can use multiple life prediction models by taking the score values into consideration. In other words, the overall remaining number of machining operations prediction unit does not need to select only one life prediction model from among the multiple life prediction models. In this way, the overall remaining number of machining operations prediction unit predicts the overall remaining number of machining operations using multiple life prediction models and multiple score values, and therefore can perform tool life prediction with high accuracy.

工具寿命予測システムの構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a tool life prediction system. 加工機の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a processing machine. 工具寿命予測システムにおける機械学習を利用した工具寿命予測処理の概要図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a tool life prediction process using machine learning in a tool life prediction system. スコアリングモデルにより出力されるスコア値の説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram of score values output by a scoring model. 工具寿命予測システムの機能ブロック構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a functional block configuration of the tool life prediction system. 残加工回数算出部における残加工回数の算出を説明する図であると共に、寿命予測用訓練データセットを示す図である。FIG. 13 is a diagram for explaining the calculation of the remaining number of machining operations in the remaining number of machining operations calculation unit, and is also a diagram showing a training data set for life prediction. 工具、寿命予測モデル、スコアリングモデルの対応表を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a correspondence table between tools, life prediction models, and scoring models. 寿命予測モデル記憶部に記憶される複数の寿命予測モデル、及び、スコアリングモデル記憶部に記憶される複数のスコアリングモデルを示す図である。4 is a diagram showing a plurality of life prediction models stored in a life prediction model storage unit and a plurality of scoring models stored in a scoring model storage unit; FIG.

(1.工具寿命予測システムの適用対象の加工機及び工具の種類)
工具寿命予測システムは、工具を用いて工作物の機械加工を行う加工機において、当該工具の寿命を予測する。ここで、工具の寿命とは、工具が完全に使用不可となる状態のみならず、工具の修正を要する状態を含む。例えば、工具の修正とは、工具を再研すること、砥石車のツルーイング、ドレッシング等である。
(1. Types of machining machines and tools to which the tool life prediction system is applicable)
The tool life prediction system predicts the life of a tool in a processing machine that uses the tool to machine a workpiece. Here, the tool life includes not only a state in which the tool is completely unusable, but also a state in which the tool needs to be modified. For example, tool modification includes resharpening the tool, truing the grinding wheel, dressing, etc.

加工機としては、マシニングセンタ、旋盤、フライス盤、ボーリング盤、歯車加工装置等の切削加工を行う加工機を対象に含む。これらの場合、工具は、切削工具となる。例えば、マシニングセンタにおける工具には、ドリル、フライス工具、ボーリング工具、歯車加工工具、旋削工具等が含まれる。旋盤における工具には、少なくとも旋削工具が含まれ、複合旋盤における工具には、旋削工具の他に、ドリル、フライス工具等、マシニングセンタにおける工具と同様の工具が含まれる。歯車加工装置としては、ギヤスカイビング加工機、ホブ加工機、シェーパ加工機等が含まれ、当該歯車加工装置における工具には、ギヤスカイビング工具、ホブ工具、シェーパ工具等の歯車加工用の工具が含まれる。 Processing machines include machining centers, lathes, milling machines, boring machines, gear processing machines, and other machines that perform cutting processing. In these cases, the tools are cutting tools. For example, tools in machining centers include drills, milling tools, boring tools, gear processing tools, turning tools, and the like. Tools in lathes include at least turning tools, and tools in multi-purpose lathes include turning tools as well as tools similar to those in machining centers, such as drills and milling tools. Gear processing machines include gear skiving machines, hob processing machines, shaper processing machines, and the like, and tools in the gear processing machines include gear skiving tools, hob tools, shaper tools, and other tools for gear processing.

また、加工機としては、研削加工を行う研削盤を対象に含む。研削盤における工具には、砥石車が含まれる。また、加工機としては、鍛造加工機、例えば、プレス機、転造機等を対象に含む。プレス機や転造機における工具には、鍛造用パンチ、鍛造用金型等が含まれる。 Processing machines include grinding machines that perform grinding. Tools for grinding machines include grinding wheels. Processing machines include forging machines, such as presses and rolling machines. Tools for presses and rolling machines include forging punches, forging dies, etc.

(2.工具寿命予測システム1の構成の概要)
工具寿命予測システム1の構成の概要について、図1を参照して説明する。工具寿命予測システム1は、加工機10と、演算装置(20,30)とを備える。加工機10は、1台を対象としてもよいし、図1に示すように複数台を対象としてもよい。本例では、工具寿命予測システム1は、複数台の加工機10を備える場合を例にあげる。
(2. Overview of the configuration of tool life prediction system 1)
An overview of the configuration of the tool life prediction system 1 will be described with reference to Fig. 1. The tool life prediction system 1 includes a processing machine 10 and a computing device (20, 30). The processing machine 10 may be a single machine, or may be a plurality of machines as shown in Fig. 1. In this example, the tool life prediction system 1 includes a plurality of processing machines 10.

加工機10は、少なくとも、工具Tを用いて工作物Wの機械加工を行う加工機本体11と、工作物Wの加工中に加工機本体11における観測可能な状態データを検出する検出器13とを備える。 The machining device 10 includes at least a machine body 11 that uses a tool T to machine a workpiece W, and a detector 13 that detects observable status data of the machine body 11 while the workpiece W is being machined.

演算装置(20,30)は、検出器13により検出された状態データを用いて、機械学習を適用することにより、工具Tの寿命を予測する。図1においては、演算装置(20,30)は、学習処理装置20と予測演算装置30とにより構成され、学習処理装置20と予測演算装置30とは、独立した構成として示すが、一つの装置とすることもできる。また、演算装置(20,30)の一部又は全部は、加工機10への組込みシステムとすることもできる。 The calculation device (20, 30) predicts the life of the tool T by applying machine learning using the condition data detected by the detector 13. In FIG. 1, the calculation device (20, 30) is composed of a learning processing device 20 and a predictive calculation device 30, and although the learning processing device 20 and the predictive calculation device 30 are shown as independent configurations, they can also be one device. In addition, a part or all of the calculation device (20, 30) can be an embedded system in the processing machine 10.

本例では、学習処理装置20と予測演算装置30とは、独立した構成である場合を例にあげる。学習処理装置20は、機械学習における学習フェーズの処理を実行し、予測演算装置30は、機械学習における推定フェーズの処理を実行する。また、学習処理装置20は、いわゆるサーバ機能を有しており、複数台の加工機10と通信可能に接続されている。一方、予測演算装置30は、各加工機10に一対一で設けられ、各加工機10に通信可能に接続されている。つまり、複数台の予測演算装置30は、いわゆるエッジコンピュータとして機能しており、高速演算処理を実現可能としている。つまり、本例では、工具寿命予測システム1は、1台のサーバ機能を有する学習処理装置20と、複数台の加工機10,10の各々に対応する複数台の予測演算装置30,30とを備える。 In this example, the learning processing device 20 and the prediction calculation device 30 are independent. The learning processing device 20 executes the learning phase processing in machine learning, and the prediction calculation device 30 executes the estimation phase processing in machine learning. The learning processing device 20 also has a so-called server function and is connected to multiple processing machines 10 so as to be able to communicate with each other. On the other hand, the prediction calculation device 30 is provided in a one-to-one correspondence with each processing machine 10 and is connected to each processing machine 10 so as to be able to communicate with each other. In other words, the multiple prediction calculation devices 30 function as so-called edge computers and are able to realize high-speed calculation processing. In other words, in this example, the tool life prediction system 1 includes one learning processing device 20 having a server function and multiple prediction calculation devices 30, 30 corresponding to each of the multiple processing machines 10, 10.

(3.工具寿命予測システム1の構成の詳細)
工具寿命予測システム1の詳細構成について、図1を参照して、より詳細に説明する。工具寿命予測システム1は、複数台の加工機10,10、演算装置の一部として機能する1台の学習処理装置20、演算装置の他の一部として機能する複数台の予測演算装置30,30を備える。
(3. Detailed Configuration of Tool Life Prediction System 1)
The detailed configuration of the tool life prediction system 1 will be described in more detail with reference to Fig. 1. The tool life prediction system 1 includes a plurality of processing machines 10, 10, one learning processing device 20 functioning as a part of the calculation device, and a plurality of prediction calculation devices 30, 30 functioning as other parts of the calculation device.

各々の加工機10は、上述したように、種々の加工機を適用可能である。加工機10は、工具Tを用いて工作物Wの機械加工を行う加工機本体11と、加工機本体11を制御する制御装置12と、検出器13と、インターフェース14とを備える。 As described above, various types of processing machines can be applied to each processing machine 10. The processing machine 10 includes a processing machine body 11 that uses a tool T to machine a workpiece W, a control device 12 that controls the processing machine body 11, a detector 13, and an interface 14.

加工機本体11は、工具Tを有し、工作物Wを支持し、工具Tと工作物Wとを相対的に移動させる構成を有する。つまり、加工機本体11は、構造体及び構造体を駆動する駆動装置等を備える。制御装置12は、CNC装置及びPLC装置等を含み、プロセッサ、記憶装置等を備えて構成される。制御装置12は、加工機本体11における駆動装置等を制御する。インターフェース14は、加工機本体11、制御装置12及び検出器13と、外部とを通信可能とする機器である。 The machine body 11 has a tool T, supports a workpiece W, and is configured to move the tool T and the workpiece W relative to one another. In other words, the machine body 11 is equipped with a structure and a drive device that drives the structure. The control device 12 includes a CNC device and a PLC device, and is configured with a processor, a storage device, etc. The control device 12 controls the drive device and the like in the machine body 11. The interface 14 is a device that enables communication between the machine body 11, the control device 12, and the detector 13 and the outside.

検出器13は、工作物Wの加工中に加工機本体11における観測可能な状態データを検出する。検出器13は、例えば、加工負荷や駆動装置の駆動負荷等に関する時系列の状態データを検出する。検出器13は、例えば、駆動装置としてのモータの駆動電流データを検出する電流センサ、加工機本体11の構成部材の振動データを検出する振動センサ、加工中の音データを検出するマイクロフォン等である。つまり、状態データは、例えば、駆動電流データ、振動データ、音データ等である。 The detector 13 detects observable status data in the machine body 11 while the workpiece W is being machined. The detector 13 detects time-series status data relating to, for example, the machining load and the drive load of the drive device. The detector 13 is, for example, a current sensor that detects drive current data of a motor serving as a drive device, a vibration sensor that detects vibration data of components of the machine body 11, a microphone that detects sound data during machining, etc. In other words, the status data is, for example, drive current data, vibration data, sound data, etc.

学習処理装置20は、プロセッサ21、記憶装置22、インターフェース23等を備えて構成される。学習処理装置20は、機械学習における学習フェーズの処理を実行する。また、本例では、学習処理装置20は、サーバ機能を有しており、複数台の加工機10と通信可能に接続されている。 The learning processing device 20 is configured with a processor 21, a storage device 22, an interface 23, etc. The learning processing device 20 executes the processing of the learning phase in machine learning. In this example, the learning processing device 20 also has a server function and is connected to multiple processing machines 10 so that it can communicate with them.

学習処理装置20は、検出器13により検出された状態データに基づいて、機械学習を行うことにより、工具Tの寿命を予測するための寿命予測モデルを生成する。特に、学習処理装置20は、複数の寿命ケース毎に寿命予測モデルを生成する。つまり、学習処理装置20は、複数の寿命予測モデルを生成する。 The learning processing device 20 generates a life prediction model for predicting the life of the tool T by performing machine learning based on the condition data detected by the detector 13. In particular, the learning processing device 20 generates a life prediction model for each of multiple life cases. In other words, the learning processing device 20 generates multiple life prediction models.

例えば、学習処理装置20においては、各々の工具Tについて寿命予測モデルが生成される。異種の工具Tについてはもちろん同種の工具Tについても、各々の工具Tによる寿命ケースが別々の寿命ケースであるとして、寿命ケース毎の寿命予測モデルが生成される。つまり、同種又は異種に関わらず各々の工具Tについて、寿命予測モデルが生成される。このように、学習処理装置20は、各々の工具Tを各々の寿命ケースとして、寿命予測モデルを複数の寿命ケース毎に生成する。 For example, in the learning processing device 20, a life prediction model is generated for each tool T. For tools of the same type as well as for different types of tools T, a life prediction model is generated for each life case, with the life cases for each tool T being treated as separate life cases. In other words, a life prediction model is generated for each tool T, regardless of whether it is the same type or different. In this way, the learning processing device 20 generates a life prediction model for each of multiple life cases, with each tool T treated as a respective life case.

さらに、学習処理装置20は、検出器13により検出された寿命ケース毎における状態データに基づいて、機械学習を行うことにより、当該状態データのスコア値を出力するスコアリングモデルを生成する。つまり、学習処理装置20は、複数の寿命ケース毎にスコアリングモデルを生成する。従って、スコアリングモデルは、寿命予測モデルと同数生成され、各々のスコアリングモデルは、各々の寿命予測モデルに対応する。 Furthermore, the learning processing device 20 performs machine learning based on the state data for each lifespan case detected by the detector 13 to generate a scoring model that outputs a score value for the state data. In other words, the learning processing device 20 generates a scoring model for each of the multiple lifespan cases. Therefore, the same number of scoring models as the lifespan prediction models are generated, and each scoring model corresponds to each lifespan prediction model.

ここで、スコア値は、スコアリングモデルに入力された状態データの正常度合を表す数値である。スコア値は、正常度合が高いほど大きな値を示し、正常度合が低いほど小さな値を示す。さらに、スコア値は、スコアリングモデルに入力された状態データについて、正常を表す値に加えて、異常を表す値を示すようにしても良い。例えば、スコア値は、正常を表す値を正値とし、異常を表す値を負値とする。 Here, the score value is a numerical value that indicates the degree of normality of the condition data input to the scoring model. The higher the degree of normality, the larger the score value, and the lower the degree of normality, the smaller the score value. Furthermore, the score value may indicate a value that indicates an abnormality in addition to a value that indicates normality for the condition data input to the scoring model. For example, the score value indicates a positive value that indicates normality and a negative value that indicates an abnormality.

そして、上述したように、各々のスコアリングモデルは、各々の寿命予測モデルに対応する。従って、スコアリングモデルが大きなスコア値を出力する場合には、当該スコアリングモデルに対応する寿命予測モデルは、入力される状態データに対する適合度が高いことを意味する。反対に、スコアリングモデルが小さなスコア値を出力する場合には、当該スコアリングモデルに対応する寿命予測モデルは、入力される状態データに対する適合度が低いことを意味する。つまり、スコアリングモデルは、入力される状態データが当該スコアリングモデルに対応する寿命予測モデルに適合する度合(適合度)としてのスコア値を出力する。つまり、スコア値は、寿命予測モデルと当該寿命予測モデルに入力される状態データとの適合度を表す。 And, as described above, each scoring model corresponds to a respective lifespan prediction model. Therefore, when a scoring model outputs a large score value, it means that the lifespan prediction model corresponding to that scoring model has a high degree of compatibility with the input state data. Conversely, when a scoring model outputs a small score value, it means that the lifespan prediction model corresponding to that scoring model has a low degree of compatibility with the input state data. In other words, the scoring model outputs a score value as the degree to which the input state data matches (goodness of compatibility) with the lifespan prediction model corresponding to that scoring model. In other words, the score value represents the degree of compatibility between a lifespan prediction model and the state data input to that lifespan prediction model.

各々の予測演算装置30は、プロセッサ31、記憶装置32、インターフェース33等を備えて構成される。予測演算装置30は、機械学習における推定フェーズの処理を実行する。また、予測演算装置30は、サーバとしての学習処理装置20、及び、対応する加工機10と通信可能に接続されている。 Each prediction calculation device 30 is configured with a processor 31, a storage device 32, an interface 33, etc. The prediction calculation device 30 executes the processing of the estimation phase in machine learning. In addition, the prediction calculation device 30 is connected so as to be able to communicate with the learning processing device 20 as a server and the corresponding processing machine 10.

各々の予測演算装置30は、各々の加工機10に近接した位置に配置されており、いわゆるエッジコンピュータとして機能する。予測演算装置30は、学習処理装置20により生成された複数の寿命予測モデル及び複数のスコアリングモデルを用いて、工作物Wの加工中に検出器13により検出された状態データに基づいて、工具Tの寿命を予測する。本例においては、予測演算装置30は、残加工回数、すなわち、工作物Wを加工できる残りの回数を予測する。 Each prediction calculation device 30 is disposed in close proximity to each processing machine 10 and functions as a so-called edge computer. Using a plurality of life prediction models and a plurality of scoring models generated by the learning processing device 20, the prediction calculation device 30 predicts the life of the tool T based on the status data detected by the detector 13 during processing of the workpiece W. In this example, the prediction calculation device 30 predicts the remaining number of times of processing, i.e., the remaining number of times that the workpiece W can be processed.

工具寿命予測システム1は、さらに、共通表示装置40、複数の個別表示装置50を備える。ただし、工具寿命予測システム1は、共通表示装置40を備えない構成としても良いし、個別表示装置50を備えない構成としても良い。共通表示装置40は、学習処理装置20に対応して配置されている。また、個別表示装置50は、各々の加工機10に対応して配置されている。 The tool life prediction system 1 further includes a common display device 40 and a plurality of individual display devices 50. However, the tool life prediction system 1 may be configured without the common display device 40, or without the individual display devices 50. The common display device 40 is arranged in correspondence with the learning processing device 20. Furthermore, the individual display devices 50 are arranged in correspondence with each of the processing machines 10.

(4.加工機本体11の例)
加工機本体11の一例として、マシニングセンタについて、図2を参照して説明する。なお、加工機本体11は、上述したように、歯車加工を含む種々の加工を行うことができる加工機は一例であり、他の加工機に適用してもよい。
(4. Examples of Processing Machine Body 11)
As an example of the processing machine body 11, a machining center will be described with reference to Fig. 2. As described above, the processing machine body 11 is an example of a processing machine capable of performing various processes including gear processing, and may be applied to other processing machines.

図2に示すように、マシニングセンタとしての加工機本体11は、工作物Wと工具Tの相対的な位置及び姿勢を変化させる駆動軸として、3つの直進軸及び2つの回転軸を有する5軸マシニングセンタの構成を適用する。本例では、加工機本体11は、直進軸としての直交3軸(X軸,Y軸,Z軸)、並びに、回転軸としてのB軸及びCw軸を有する。B軸は、Y軸線回りの回転軸であり、Cw軸は、工作物Wの中心軸線回りの回転軸である。 As shown in FIG. 2, the machine body 11 as a machining center is configured as a five-axis machining center having three linear axes and two rotational axes as drive axes that change the relative position and posture of the workpiece W and the tool T. In this example, the machine body 11 has three orthogonal axes (X-axis, Y-axis, Z-axis) as linear axes, and the B-axis and Cw-axis as rotational axes. The B-axis is a rotational axis around the Y-axis, and the Cw-axis is a rotational axis around the central axis of the workpiece W.

加工機本体11は、工具T(回転工具)を支持してCt軸に回転可能であり、且つ、Y軸方向及びZ軸方向にそれぞれ移動可能な工具主軸61を備える。さらに、加工機本体11は、工作物Wを支持してCw軸に回転可能であり、且つ、B軸に回転可能であり、X軸方向に移動可能な工作物主軸62を備える。加工機本体11は、各軸(X軸、Y軸、Z軸、B軸、Cw軸、Ct軸)を駆動するための駆動装置としてモータを有している。 The processing machine body 11 is provided with a tool spindle 61 that supports a tool T (rotary tool) and can rotate on the Ct axis, and can move in the Y axis and Z axis directions. The processing machine body 11 further includes a workpiece spindle 62 that supports a workpiece W and can rotate on the Cw axis, can rotate on the B axis, and can move in the X axis direction. The processing machine body 11 has a motor as a drive device for driving each axis (X axis, Y axis, Z axis, B axis, Cw axis, Ct axis).

(5.工具寿命予測処理の概要)
工具寿命予測システム1における工具Tの寿命予測処理の概要について図3及び図4を参照して説明する。ここで、以下の説明は、寿命予測処理の概要を把握するために、一例をあげて説明している。従って、寿命予測処理は、以下の説明に限定されるものではない。寿命予測処理は、機械学習を適用しており、学習処理装置20による学習フェーズ及び予測演算装置30による推定フェーズを実行する処理である。
(5. Overview of Tool Life Prediction Processing)
An overview of the tool life prediction process of the tool T in the tool life prediction system 1 will be described with reference to Fig. 3 and Fig. 4. Here, the following description is given by way of an example in order to understand the overview of the tool life prediction process. Therefore, the tool life prediction process is not limited to the following description. The tool life prediction process applies machine learning, and is a process in which a learning phase is performed by the learning processing device 20 and an estimation phase is performed by the prediction calculation device 30.

図3に示すように、学習処理装置20による学習フェーズでは、工具Taによる加工中の状態データDa、工具Tbによる加工中の状態データDb、工具Tcによる加工中の状態データDcを用いる。つまり、工具Ta,Tb,Tcの各々によるケースを、別々の寿命ケースとする。 As shown in FIG. 3, in the learning phase by the learning processing device 20, status data Da during machining by tool Ta, status data Db during machining by tool Tb, and status data Dc during machining by tool Tc are used. In other words, the cases using each of the tools Ta, Tb, and Tc are treated as separate life cases.

まず、学習処理装置20は、機械学習を行うことにより、寿命予測モデルMa1を生成する。寿命予測モデルMa1は、工具Taによる加工中の状態データDaを説明変数とし、当該1つの工具Taが寿命に到達するまでの工作物Wの残加工回数を目的変数とし、説明変数及び目的変数を含む寿命予測用訓練データセットを用いて機械学習を行うことにより生成される。つまり、寿命予測モデルMa1は、説明変数である状態データDaが入力された場合に、目的変数である残加工回数予測値Naを出力する学習済みモデルである。 First, the learning processing device 20 generates a life prediction model Ma1 by performing machine learning. The life prediction model Ma1 is generated by performing machine learning using a life prediction training dataset including explanatory variables and objective variables, with the status data Da during machining by the tool Ta as explanatory variables and the remaining number of times the workpiece W is machined until the tool Ta reaches its life as objective variables. In other words, the life prediction model Ma1 is a trained model that outputs a remaining number of times machining, Na, which is the objective variable, when the status data Da, which is the explanatory variable, is input.

学習処理装置20は、例えば教師あり学習により、寿命予測モデルMa1を生成する。寿命予測モデルMa1は、例えば、線形回帰、リッジ回帰、Lasso、エラスティックネット、ランダムフォレスト、サポートベクターマシーン等を適用可能である。寿命予測モデルMa1は、説明変数である状態データDaと目的変数である残加工回数との関係を定義することができるモデルであれば良い。 The learning processing device 20 generates a life prediction model Ma1, for example, by supervised learning. For example, linear regression, ridge regression, Lasso, elastic net, random forest, support vector machine, etc. can be applied to the life prediction model Ma1. The life prediction model Ma1 may be any model that can define the relationship between the state data Da, which is an explanatory variable, and the remaining number of machining operations, which is an objective variable.

さらに、学習処理装置20は、状態データDaを説明変数とするスコアリング用訓練データセットを用いて機械学習を行うことにより、スコアリングモデルMa2を生成する。学習処理装置20は、機械学習を行うことにより、状態データDaについてのスコア値Vaを出力するスコアリングモデルMa2を生成する。 Furthermore, the learning processing device 20 generates a scoring model Ma2 by performing machine learning using a training dataset for scoring in which the state data Da is an explanatory variable. The learning processing device 20 generates a scoring model Ma2 that outputs a score value Va for the state data Da by performing machine learning.

学習処理装置20は、例えば教師なし学習により、スコアリングモデルMa2を生成する。スコアリングモデルMa2は、例えば、1クラスサポートベクターマシーン(SVM)を適用可能である。1クラスSVMは、図4に示すように、正常データを用いて機械学習を行い、正常と異常との境界を設定することができ、正常を表すスコア値と異常を表すスコア値とを異なる値として出力する。1クラスSVMは、例えば、正常の場合に正値にて表されたスコア値を出力し、異常の場合に負値にて表すとするスコア値を出力する。さらに、1クラスSVMは、正常の場合には正常度合を表すスコア値を出力する。正常度合を表すスコア値の各範囲は、図4の破線にて図示する。 The learning processing device 20 generates a scoring model Ma2, for example, by unsupervised learning. For example, a one-class support vector machine (SVM) can be applied to the scoring model Ma2. As shown in FIG. 4, the one-class SVM performs machine learning using normal data, can set the boundary between normal and abnormal, and outputs a score value representing normal and a score value representing abnormality as different values. For example, the one-class SVM outputs a score value represented by a positive value in the case of normality, and outputs a score value represented by a negative value in the case of abnormality. Furthermore, the one-class SVM outputs a score value representing the degree of normality in the case of normality. Each range of the score value representing the degree of normality is illustrated by a dashed line in FIG. 4.

なお、スコアリングモデルMa2は、1クラスSVMの他に、正常度合を出力することができるモデル、例えば、オートエンコーダ、マハラノビス距離、尤度等を適用可能である。マハラノビス距離は、データの分散に基づき得られる距離の指標である。尤度は、ベイズ推定等で使用される「もっともらしさ」を示す指標である。 In addition to the one-class SVM, the scoring model Ma2 can also be a model capable of outputting the degree of normality, such as an autoencoder, Mahalanobis distance, or likelihood. The Mahalanobis distance is an index of distance obtained based on the variance of the data. The likelihood is an index of "plausibility" used in Bayesian estimation, etc.

ここで、寿命予測モデルMa1と、当該寿命予測モデルMa1に対応するスコアリングモデルMa2とは、同種の特徴量を説明変数とすると良い。同種の特徴量を説明変数とすることで、両モデルMa1,Ma2の相関を高くすることができる。ただし、両モデルMa1,Ma2の説明変数としての特徴量は、全て同種ではなく、一部異なるようにしても良い。 Here, it is preferable that the lifespan prediction model Ma1 and the scoring model Ma2 corresponding to the lifespan prediction model Ma1 use the same type of feature as explanatory variables. By using the same type of feature as explanatory variables, it is possible to increase the correlation between the two models Ma1 and Ma2. However, the feature amounts serving as explanatory variables of the two models Ma1 and Ma2 do not all have to be the same type, and some of them may be different.

特徴量は、種々の統計量を適用することができる。例えば、特徴量は、平均、分散、標準偏差、歪度、尖度、最大値、最小値、中央値、第一四分位点、第三四分位点、最大値と最小値の差等の統計量とすることができる。また、特徴量は、状態データを微分したデータに対する上記の統計量、状態データの周波数解析を行ったデータに対する上記の統計量等を含めても良い。 Various statistics can be applied as the feature quantity. For example, the feature quantity can be a statistical quantity such as the mean, variance, standard deviation, skewness, kurtosis, maximum value, minimum value, median, first quartile, third quartile, or difference between the maximum and minimum values. The feature quantity may also include the above statistical quantities for data obtained by differentiating state data, the above statistical quantities for data obtained by performing frequency analysis on state data, etc.

また、学習処理装置20は、工具Tbに関する状態データDbについても同様に、寿命予測モデルMb1及びスコアリングモデルMb2を生成する。さらに、学習処理装置20は、工具Tcに関する状態データDcについても同様に、寿命予測モデルMc1及びスコアリングモデルMc2を生成する。 The learning processing device 20 also generates a life prediction model Mb1 and a scoring model Mb2 for the condition data Db related to the tool Tb. The learning processing device 20 also generates a life prediction model Mc1 and a scoring model Mc2 for the condition data Dc related to the tool Tc.

このように、学習処理装置20は、工具Ta,Tb,Tcの各々、すなわち寿命ケース毎に、寿命予測モデルMa1,Mb1,Mc1及びスコアリングモデルMa2,Mb2,Mc2を生成する。 In this way, the learning processing device 20 generates life prediction models Ma1, Mb1, Mc1 and scoring models Ma2, Mb2, Mc2 for each of the tools Ta, Tb, Tc, i.e., for each life case.

ここで、各々の寿命予測モデルMa1,Mb1,Mc1は、状態データDa,Db,Dcの各々についての異なる特徴量を説明変数とすることができる。つまり、寿命予測モデルMa1の説明変数としての特徴量、寿命予測モデルMb1の説明変数としての特徴量、寿命予測モデルMc1の説明変数としての特徴量の少なくとも一部を、異なる種類の特徴量とすることができる。 Here, each of the life prediction models Ma1, Mb1, and Mc1 can use different feature quantities for each of the state data Da, Db, and Dc as explanatory variables. In other words, at least some of the feature quantities serving as explanatory variables for the life prediction model Ma1, the feature quantities serving as explanatory variables for the life prediction model Mb1, and the feature quantities serving as explanatory variables for the life prediction model Mc1 can be different types of feature quantities.

もちろん、寿命予測モデルMa1,Mb1,Mc1の説明変数を、全て同種の特徴量としても良い。ただし、異なる特徴量を説明変数とすることを許容することにより、各々の寿命予測モデルMa1,Mb1,Mc1を良好なモデル、すなわち高精度な予測を行うことができるモデルとすることができる。 Of course, the explanatory variables of the life prediction models Ma1, Mb1, and Mc1 may all be the same type of feature. However, by allowing different features to be used as explanatory variables, each of the life prediction models Ma1, Mb1, and Mc1 can be a good model, i.e., a model that can perform highly accurate predictions.

次に、予測演算装置30による推定フェーズでは、新たな工具Txによる加工中の状態データDxを用いる。予測演算装置30は、工具Txに関する状態データDxを入力データとして、複数の寿命予測モデルMa1,Mb1,Mc1を用いて、寿命予測結果としての残加工回数予測値Na,Nb,Ncを出力する。例えば、残加工回数予測値Na,Nb,Ncは、それぞれ、500回、480回、510回とする。 Next, in the estimation phase by the prediction calculation device 30, status data Dx during machining by the new tool Tx is used. The prediction calculation device 30 uses the status data Dx regarding the tool Tx as input data, and outputs remaining machining cycle prediction values Na, Nb, Nc as life prediction results using multiple life prediction models Ma1, Mb1, Mc1. For example, the remaining machining cycle prediction values Na, Nb, Nc are 500 times, 480 times, and 510 times, respectively.

さらに、予測演算装置30は、工具Txに関する状態データDxを入力データとして、複数のスコアリングモデルMa2,Mb2,Mc2を用いて、スコアリング結果としてスコア値Va,Vb,Vcを出力する。例えば、スコア値Va,Vb,Vcは、それぞれ、5、4、2とする。 Furthermore, the prediction calculation device 30 uses the state data Dx regarding the tool Tx as input data, and outputs the score values Va, Vb, and Vc as the scoring results using multiple scoring models Ma2, Mb2, and Mc2. For example, the score values Va, Vb, and Vc are 5, 4, and 2, respectively.

そして、予測演算装置30は、複数のスコア値Va,Vb,Vcの各々を複数の残加工回数予測値Na,Nb,Ncの各々の重みとして、総合残加工回数Nxを演算する。例えば、予測演算装置30は、複数のスコア値Va,Vb,Vcの各々を重みとして、加重平均により総合残加工回数Nxを演算する。この場合、総合残加工回数Nxは、式1により求められる。
Nx=500×5/11+480×4/11+510×2/11=495 (式1)
Then, the prediction calculation device 30 calculates the total remaining number of processing times Nx by using each of the multiple score values Va, Vb, and Vc as a weight for each of the multiple remaining number of processing times predicted values Na, Nb, and Nc. For example, the prediction calculation device 30 calculates the total remaining number of processing times Nx by a weighted average by using each of the multiple score values Va, Vb, and Vc as a weight. In this case, the total remaining number of processing times Nx is calculated by Equation 1.
Nx=500×5/11+480×4/11+510×2/11=495 (Formula 1)

(6.工具寿命予測システム1の機能ブロック構成)
上述した工具寿命予測処理を実現するための工具寿命予測システム1の機能ブロック構成について、図5-図8を参照して説明する。図5に示すように、工具寿命予測システム1は、検出器13、カウンタ12a、学習処理装置20、予測演算装置30、表示装置40,50を備える。
(6. Functional Block Configuration of Tool Life Prediction System 1)
The functional block configuration of the tool life prediction system 1 for realizing the above-mentioned tool life prediction process will be described with reference to Figures 5 to 8. As shown in Figure 5, the tool life prediction system 1 includes a detector 13, a counter 12a, a learning processing device 20, a prediction calculation device 30, and display devices 40 and 50.

検出器13は、上述したように、工作物Wの加工中に加工機本体11における観測可能な状態データを検出する。状態データは、例えば、回転工具Tを回転駆動するモータにおける駆動負荷データを含む。状態データは、さらに、例えば、工作物Wを回転駆動するモータにおける駆動負荷データを含む。駆動負荷データは、モータの駆動電流データに相当する。また、状態データは、振動データ、加工音データ等を含むようにしてもよい。状態データは、1個の工作物Wにおける加工開始から加工終了までの時系列データである。 As described above, the detector 13 detects observable status data in the machine body 11 while machining the workpiece W. The status data includes, for example, driving load data in the motor that drives the rotating tool T. The status data further includes, for example, driving load data in the motor that drives the workpiece W. The driving load data corresponds to the driving current data of the motor. The status data may also include vibration data, machining sound data, and the like. The status data is time-series data from the start to the end of machining of one workpiece W.

カウンタ12aは、加工機10の制御装置12に含まれており、工具T毎に工作物Wの加工回数をカウントする。つまり、カウンタ12aは、工具T毎に、工具Tの使用開始時からの工作物Wの加工数をカウントする。なお、カウンタ12aは、制御装置12の他に、検出器13自身が備えるようにすることもできる。 The counter 12a is included in the control device 12 of the processing machine 10, and counts the number of times the workpiece W has been processed for each tool T. In other words, the counter 12a counts the number of times the workpiece W has been processed for each tool T since the tool T was first used. The counter 12a can also be provided in the detector 13 itself, in addition to the control device 12.

学習処理装置20は、検出器13により検出された状態データ、及び、カウンタ12aによる加工回数に基づいて、工具Tの寿命予測を行うための寿命予測モデルを生成する。さらに、学習処理装置20は、検出器13により検出された状態データに基づいて、入力された状態データのスコア値を出力するスコアリングモデルを生成する。 The learning processing device 20 generates a life prediction model for predicting the life of the tool T based on the condition data detected by the detector 13 and the number of machining operations counted by the counter 12a. Furthermore, the learning processing device 20 generates a scoring model that outputs a score value of the input condition data based on the condition data detected by the detector 13.

学習処理装置20は、図5に示すように、訓練データセット取得部71、寿命予測用訓練データセット記憶部72、スコアリング用訓練データセット記憶部73、寿命予測モデル生成部74、スコアリングモデル生成部75を備える。 As shown in FIG. 5, the learning processing device 20 includes a training dataset acquisition unit 71, a training dataset storage unit 72 for life prediction, a training dataset storage unit 73 for scoring, a life prediction model generation unit 74, and a scoring model generation unit 75.

訓練データセット取得部71は、複数個の工具Tについて、個々の工具T毎に機械学習を行うための訓練データセットを取得する。複数個の工具Tは、同種の工具T、異種の工具T等を含む。同種、異種に関わらず個々の工具Tによる寿命ケースが別々の寿命ケースであるとして、個々の工具T毎に訓練データセットを取得することは、訓練データセットを複数の寿命ケース毎に取得することを意味する。 The training dataset acquisition unit 71 acquires a training dataset for performing machine learning for each of a plurality of tools T. The plurality of tools T includes tools T of the same type, tools T of different types, etc. Regardless of whether the tools T are of the same type or different types, the life cases of each tool T are considered to be separate life cases, and acquiring a training dataset for each of the tools T means acquiring a training dataset for each of a plurality of life cases.

訓練データセット取得部71は、状態データ取得部71a、特徴量算出部71bを備える。状態データ取得部71aは、工作物Wの加工中において、検出器13により検出された状態データを取得する。状態データ取得部71aは、1個の工具Tによる1回の加工(例えば1個の工作物Wの加工)において、検出器13の数分の状態データを取得する。 The training data set acquisition unit 71 includes a state data acquisition unit 71a and a feature calculation unit 71b. The state data acquisition unit 71a acquires state data detected by the detector 13 during machining of the workpiece W. The state data acquisition unit 71a acquires state data for the number of detectors 13 in one machining session with one tool T (e.g., machining of one workpiece W).

そして、状態データ取得部71aは、1個の工具Tが寿命に到達するまで、複数回の加工の各々の状態データを取得する。つまり、状態データ取得部71aは、1個の工具Tに関して、寿命に到達するまでの加工回数分について、複数個の検出器13の状態データを取得する。そして、状態データ取得部71aは、上記の状態データを、複数個の工具Tの各々に関して取得する。つまり、状態データ取得部71aは、寿命ケース毎に、状態データを取得する。 Then, the status data acquisition unit 71a acquires status data for each of the multiple machining operations until one tool T reaches the end of its life. In other words, the status data acquisition unit 71a acquires status data for multiple detectors 13 for the number of machining operations until one tool T reaches the end of its life. The status data acquisition unit 71a then acquires the above status data for each of the multiple tools T. In other words, the status data acquisition unit 71a acquires status data for each life case.

特徴量算出部71bは、状態データ取得部71aにて取得された状態データの複数の特徴量を算出する。特徴量は、上述したように、平均値等である。 The feature amount calculation unit 71b calculates multiple feature amounts of the state data acquired by the state data acquisition unit 71a. As described above, the feature amounts are average values, etc.

訓練データセット取得部71は、さらに、加工回数取得部71c、寿命到達情報取得部71d、残加工回数算出部71eを備える。加工回数取得部71cは、カウンタ12aから、個々の工具Tにおいて加工開始からの加工回数を取得する。寿命到達情報取得部71dは、作業者が対象の工具Tが寿命に到達したか否かを判断し、例えば作業者が入力する。工具Tが寿命に到達したか否かの判定は、例えば、工作物Wの表面に、ツールマークと称されるキズが形成されたか否かで行うことができる。他に、当該判定は、工作物Wの加工精度が著しく低下したか否かによって行うこともできる。また、寿命到達情報取得部71dは、作業者が入力することの他に、検査装置によって判定する場合には検査装置によって入力されるようにしても良い。 The training data set acquisition unit 71 further includes a machining count acquisition unit 71c, a lifespan information acquisition unit 71d, and a remaining machining count calculation unit 71e. The machining count acquisition unit 71c acquires the number of machining operations from the start of machining for each tool T from the counter 12a. The lifespan information acquisition unit 71d is input by, for example, an operator who judges whether the target tool T has reached its lifespan. The judgment of whether the tool T has reached its lifespan can be made, for example, by whether scratches called tool marks have been formed on the surface of the workpiece W. In addition, the judgment can also be made by whether the machining accuracy of the workpiece W has significantly decreased. In addition to being input by an operator, the lifespan information acquisition unit 71d may be input by an inspection device when the judgment is made by an inspection device.

残加工回数算出部71eは、加工回数取得部71cが取得した加工回数と、寿命到達情報取得部71dが取得した寿命到達情報とに基づいて、工具Tの残加工回数を決定する。残加工回数は、寿命到達時をゼロとして、寿命到達以前に遡りながら昇順増加する。図6の左欄に示すように、加工回数Nの時に寿命到達と判定された場合には、図6の右欄に示すように、残加工回数は、寿命到達時がゼロとなり、最初が(N-1)となる。 The remaining number of machining operations calculation unit 71e determines the remaining number of machining operations for the tool T based on the number of machining operations acquired by the number of machining operations acquisition unit 71c and the life end information acquired by the life end information acquisition unit 71d. The remaining number of machining operations is set to zero when the tool's life end is reached, and increases in ascending order going back to the time before the end of the tool's life. As shown in the left column of FIG. 6, if the tool is determined to have reached the end of its life when the number of machining operations is N, the remaining number of machining operations will be zero when the tool's life end is reached, and will start at (N-1), as shown in the right column of FIG. 6.

寿命予測用訓練データセット記憶部72は、図6の右欄に示すように、訓練データセット取得部71によって取得した状態データの特徴量D(1)~D(N)及び残加工回数(N-1)~(0)を、寿命予測用訓練データセットとして、複数の寿命ケース毎に記憶する。さらに、寿命予測用訓練データセット記憶部72は、状態データの特徴量D(1)~D(N)と、残加工回数(N-1)~(0)とを、関連付けて記憶する。図6の右欄に示す内容が、1個の工具Tに関する訓練データセットである。そして、寿命予測用訓練データセット記憶部72には、複数個の工具Tの各々、すなわち複数の寿命ケース毎に、訓練データセットが記憶される。 As shown in the right column of FIG. 6, the training dataset storage unit 72 for life prediction stores the feature quantities D(1) to D(N) and the remaining number of machining operations (N-1) to (0) of the condition data acquired by the training dataset acquisition unit 71 as a training dataset for life prediction for each of multiple life cases. Furthermore, the training dataset storage unit 72 for life prediction stores the feature quantities D(1) to D(N) of the condition data and the remaining number of machining operations (N-1) to (0) in association with each other. The contents shown in the right column of FIG. 6 are the training dataset for one tool T. The training dataset storage unit 72 for life prediction stores a training dataset for each of multiple tools T, i.e., for each of multiple life cases.

スコアリング用訓練データセット記憶部73は、訓練データセット取得部71によって取得した状態データの特徴量D(1)~D(N)を、スコアリング用訓練データセットとして、複数の寿命ケース毎に記憶する。つまり、スコアリング用訓練データセット記憶部73には、複数個の工具Tの各々、すなわち複数の寿命ケース毎に、訓練データセットが記憶される。 The scoring training dataset storage unit 73 stores the feature quantities D(1) to D(N) of the condition data acquired by the training dataset acquisition unit 71 as a scoring training dataset for each of the multiple life cases. In other words, the scoring training dataset storage unit 73 stores a training dataset for each of the multiple tools T, i.e., for each of the multiple life cases.

なお、寿命予測用訓練データセット記憶部72とスコアリング用訓練データセット記憶部73は、便宜上別々に記載したが、一体としても良い。つまり、一体の訓練データセット記憶部が、寿命予測用訓練データセットとして、状態データの特徴量D(1)~D(N)及び残加工回数(N-1)~(0)を関連付けて記憶し、スコアリング用訓練データセットとして、状態データの特徴量D(1)~D(N)を記憶するようにしても良い。状態データの特徴量D(1)~D(N)は、共通するデータとなる。 Note that the life prediction training dataset storage unit 72 and the scoring training dataset storage unit 73 are described separately for convenience, but they may be integrated. In other words, the integrated training dataset storage unit may store the feature quantities D(1) to D(N) of the status data and the remaining number of machining operations (N-1) to (0) in association with each other as a training dataset for life prediction, and store the feature quantities D(1) to D(N) of the status data as a training dataset for scoring. The feature quantities D(1) to D(N) of the status data are common data.

寿命予測モデル生成部74は、寿命予測用訓練データセット記憶部72に記憶された寿命予測用訓練データセットを用いて機械学習を行う。具体的には、寿命予測モデル生成部74は、寿命ケース毎に、すなわち個々の工具T毎に、検出器13により検出された状態データの特徴量を説明変数とし、残加工回数を目的変数とした機械学習を行う。そして、寿命予測モデル生成部74は、工具Tの寿命を予測するための寿命予測モデルを生成する。 The life prediction model generation unit 74 performs machine learning using the life prediction training dataset stored in the life prediction training dataset storage unit 72. Specifically, for each life case, i.e., for each individual tool T, the life prediction model generation unit 74 performs machine learning using the feature quantities of the state data detected by the detector 13 as explanatory variables and the remaining number of machining operations as a target variable. Then, the life prediction model generation unit 74 generates a life prediction model for predicting the life of the tool T.

ここで、寿命予測モデルは、寿命ケース毎、すなわち個々の工具T毎に生成される。従って、寿命予測モデル生成部74は、複数個の工具Tの数分だけ、寿命予測モデルを生成する。つまり、工具Tと寿命予測モデルとの対応は、図7に示す通りとなる。例えば、工具Taが、寿命予測モデルMa1に対応し、以下、同様の対応となる。 Here, a life prediction model is generated for each life case, i.e., for each individual tool T. Therefore, the life prediction model generation unit 74 generates life prediction models for each of the multiple tools T. In other words, the correspondence between the tools T and the life prediction models is as shown in FIG. 7. For example, tool Ta corresponds to life prediction model Ma1, and so on.

機械学習の手法は、例えば、回帰を用いるとよい。例えば、線形回帰、リッジ回帰、Lasso、エラスティックネット、ランダムフォレスト、サポートベクターマシーン等が有用である。特に、これらの手法を用いることによって、複数の特徴量についての影響度を把握することができ、必要に応じて特徴量の選定等に利用することもできる。なお、機械学習の手法としては、回帰以外にも適用可能である。 For example, regression may be used as a machine learning technique. For example, linear regression, ridge regression, Lasso, elastic net, random forest, support vector machine, etc. are useful. In particular, by using these techniques, the influence of multiple feature quantities can be grasped, and they can also be used for feature selection, etc., as necessary. Note that machine learning techniques other than regression can also be applied.

スコアリングモデル生成部75は、スコアリング用訓練データセット記憶部73に記憶されたスコアリング用訓練データセットを用いて機械学習を行う。具体的には、スコアリングモデル生成部75は、寿命ケース毎に、すなわち個々の工具T毎に、検出器13により検出された状態データの特徴量を説明変数とした機械学習を行う。そして、スコアリングモデル生成部75は、状態データのスコア値を出力するスコアリングモデルを生成する。 The scoring model generation unit 75 performs machine learning using the scoring training dataset stored in the scoring training dataset storage unit 73. Specifically, the scoring model generation unit 75 performs machine learning for each life case, i.e., for each individual tool T, using the feature quantities of the condition data detected by the detector 13 as explanatory variables. Then, the scoring model generation unit 75 generates a scoring model that outputs a score value of the condition data.

ここで、スコアリングモデルは、寿命ケース毎、すなわち個々の工具T毎に生成される。従って、スコアリングモデル生成部75は、複数個の工具Tの数分だけ、スコアリングモデルを生成する。つまり、工具Tとスコアリングモデルとの対応は、図7に示す通りとなる。例えば、工具Taが、スコアリングモデルMa2に対応し、以下、同様の対応となる。さらに、図7に示すように、スコアリングモデルは、寿命予測モデルにも対応している。機械学習の手法は、正常度合を出力することができるモデル、例えば、1クラスSVM、オートエンコーダ、マハラノビス距離、尤度等を用いると良い。 Here, the scoring model is generated for each life case, that is, for each individual tool T. Therefore, the scoring model generation unit 75 generates scoring models for each of the multiple tools T. That is, the correspondence between the tools T and the scoring models is as shown in FIG. 7. For example, tool Ta corresponds to scoring model Ma2, and so on. Furthermore, as shown in FIG. 7, the scoring model also corresponds to a life prediction model. As a machine learning technique, a model capable of outputting the degree of normality, such as one-class SVM, autoencoder, Mahalanobis distance, likelihood, etc., may be used.

予測演算装置30は、対応する加工機10において加工中の状態データに基づいて、加工に用いた工具Tの寿命を予測する。予測演算装置30は、寿命予測モデル記憶部81、スコアリングモデル記憶部82、予測用データ取得部83、残加工回数予測部84、スコア値出力部85、総合残加工回数予測部86、出力部87を備える。 The prediction calculation device 30 predicts the life of the tool T used in processing based on status data during processing in the corresponding processing machine 10. The prediction calculation device 30 includes a life prediction model storage unit 81, a scoring model storage unit 82, a prediction data acquisition unit 83, a remaining number of processing operations prediction unit 84, a score value output unit 85, a total remaining number of processing operations prediction unit 86, and an output unit 87.

寿命予測モデル記憶部81は、図8に示すように、寿命予測モデル生成部74が生成した複数の寿命予測モデルMa1,Mb1,Mc1,・・・を記憶する。複数の寿命予測モデルMa1,Mb1,Mc1,・・・は、上述したように、寿命ケース毎に対応しており、本例においては、個々の工具Tに対応している。 As shown in FIG. 8, the life prediction model storage unit 81 stores multiple life prediction models Ma1, Mb1, Mc1, ... generated by the life prediction model generation unit 74. As described above, the multiple life prediction models Ma1, Mb1, Mc1, ... correspond to each life case, and in this example, correspond to each tool T.

スコアリングモデル記憶部82は、図8に示すように、スコアリングモデル生成部75が生成した複数のスコアリングモデルMa2,Mb2,Mc2,・・・を記憶する。複数のスコアリングモデルMa2,Mb2,Mc2,・・・は、上述したように、寿命ケース毎に対応しており、本例においては、個々の工具Tに対応しており、且つ、各々の寿命予測モデルMa1,Mb1,Mc1,・・・に対応している。 As shown in FIG. 8, the scoring model storage unit 82 stores multiple scoring models Ma2, Mb2, Mc2, ... generated by the scoring model generation unit 75. As described above, the multiple scoring models Ma2, Mb2, Mc2, ... correspond to each life case, and in this example, correspond to each tool T, and also correspond to each life prediction model Ma1, Mb1, Mc1, ....

予測用データ取得部83は、予測対象の工具Txによる加工中において、予測用データを取得する。予測用データ取得部83は、状態データ取得部83a、特徴量算出部83b、加工回数取得部83cを備える。 The prediction data acquisition unit 83 acquires prediction data during machining by the tool Tx to be predicted. The prediction data acquisition unit 83 includes a state data acquisition unit 83a, a feature amount calculation unit 83b, and a machining count acquisition unit 83c.

状態データ取得部83aは、予測対象の工具Txによる工作物Wの加工中において、検出器13により検出された状態データを取得する。ここで、予測対象の工具Txは、訓練データセット取得部71において取得する際に用いた工具Tの種類と同種でも、異種でも良い。 The status data acquisition unit 83a acquires status data detected by the detector 13 during machining of the workpiece W by the tool Tx to be predicted. Here, the tool Tx to be predicted may be the same type as the tool T used when it was acquired by the training data set acquisition unit 71, or may be a different type.

特徴量算出部83bは、状態データ取得部83aにて取得された状態データの特徴量を算出する。ここで、特徴量は、状態データにおける種々の統計量を用いる。そして、特徴量は、訓練データセット取得部71の特徴量算出部71bにおいて算出する特徴量と同種である。加工回数取得部83cは、カウンタ12aから、予測対象の工具Txにおいて加工開始からの加工回数を取得する。 The feature amount calculation unit 83b calculates the feature amount of the state data acquired by the state data acquisition unit 83a. Here, the feature amount uses various statistics in the state data. The feature amount is the same type as the feature amount calculated by the feature amount calculation unit 71b of the training data set acquisition unit 71. The machining count acquisition unit 83c acquires the number of machining times from the start of machining with the tool Tx to be predicted from the counter 12a.

ここで、状態データ取得部83a及び特徴量算出部83bとは、訓練データセット取得部71の状態データ取得部71a及び特徴量算出部71bと同様の処理を行う。そして、本例においては、状態データ取得部83a及び特徴量算出部83bとは、訓練データセット取得部71の状態データ取得部71a及び特徴量算出部71bと別要素として説明した。ただし、訓練データセット取得部71の各要素71a,71bを、予測用データ取得部83の各要素83a,83bと兼用とすることも可能である。つまり、学習処理装置20における要素71a,71bの機能が、予測演算装置30の一部の機能と兼用される。 Here, the state data acquisition unit 83a and the feature amount calculation unit 83b perform the same processing as the state data acquisition unit 71a and the feature amount calculation unit 71b of the training data set acquisition unit 71. In this example, the state data acquisition unit 83a and the feature amount calculation unit 83b have been described as separate elements from the state data acquisition unit 71a and the feature amount calculation unit 71b of the training data set acquisition unit 71. However, it is also possible for the elements 71a and 71b of the training data set acquisition unit 71 to double as the elements 83a and 83b of the prediction data acquisition unit 83. In other words, the functions of the elements 71a and 71b in the learning processing device 20 are shared with some of the functions of the prediction calculation device 30.

残加工回数予測部84は、予測用データ取得部83にて取得した対象工具Txの状態データに基づいて、複数の寿命予測モデルMa1,Mb1,Mc1,・・・の各々により、予測対象の工具Txの残加工回数予測値Na,Nb,Nc,・・・の各々を出力する。具体的には、残加工回数予測部84は、複数の寿命予測モデルMa1,Mb1,Mc1,・・・の各々に対して、特徴量算出部83bにて算出された特徴量の少なくとも一部及び加工回数取得部83cにて取得された加工開始からの加工回数を入力データとすることで、予測対象の工具Txについて複数の残加工回数予測値Na,Nb,Nc,・・・を出力する。このように、残加工回数予測部84は、予測対象の工具Txが加工可能な工作物Wの回数を、複数のパターンについて予測する。 The remaining number of machining operations prediction unit 84 outputs each of the remaining number of machining operations prediction values Na, Nb, Nc, ... of the tool Tx to be predicted by each of the multiple life prediction models Ma1, Mb1, Mc1, ... based on the state data of the target tool Tx acquired by the prediction data acquisition unit 83. Specifically, the remaining number of machining operations prediction unit 84 outputs multiple remaining number of machining operations prediction values Na, Nb, Nc, ... for the tool Tx to be predicted by using at least a part of the feature values calculated by the feature value calculation unit 83b and the number of machining operations from the start of machining acquired by the machining number acquisition unit 83c as input data for each of the multiple life prediction models Ma1, Mb1, Mc1, .... In this way, the remaining number of machining operations prediction unit 84 predicts the number of times the workpiece W can be machined by the tool Tx to be predicted for multiple patterns.

スコア値出力部85は、予測用データ取得部83にて取得した対象工具Txの状態データに基づいて、複数のスコアリングモデルMa2,Mb2,Mc2,・・・の各々によりスコア値Va,Vb,Vc,・・・の各々を出力する。具体的には、スコア値出力部85は、複数のスコアリングモデルMa2,Mb2,Mc2,・・・の各々に対して、特徴量算出部83bにて算出された特徴量の少なくとも一部を入力データとすることで、対象工具Txの状態データについてのスコア値Va,Vb,Vc,・・・を出力する。つまり、スコア値出力部85は、複数の残加工回数予測値Na,Nb,Nc,・・・の各々に対するスコア値Va,Vb,Vc,・・・を出力する。 The score value output unit 85 outputs score values Va, Vb, Vc, ... by each of the multiple scoring models Ma2, Mb2, Mc2, ... based on the state data of the target tool Tx acquired by the prediction data acquisition unit 83. Specifically, the score value output unit 85 outputs score values Va, Vb, Vc, ... for the state data of the target tool Tx for each of the multiple scoring models Ma2, Mb2, Mc2, ... by using at least a part of the feature values calculated by the feature calculation unit 83b as input data. In other words, the score value output unit 85 outputs score values Va, Vb, Vc, ... for each of the multiple remaining machining count prediction values Na, Nb, Nc, ....

総合残加工回数予測部86は、残加工回数予測部84により予測された複数の残加工回数予測値Na,Nb,Nc,・・・の各々、及び、スコア値出力部85により算出された複数のスコア値Va,Vb,Vc,・・・の各々に基づいて、総合残加工回数Nxを演算する。例えば、総合残加工回数Nxは、複数のスコア値Va,Vb,Vc,・・・の各々を複数の残加工回数予測値Na,Nb,Nc,・・・の各々の重みとして、加重平均により演算される。総合残加工回数Nxは、加重平均に限らず、複数のスコア値Va,Vb,Vc,・・・を重みとして用いて演算されれば良い。 The total remaining number of processing times prediction unit 86 calculates the total remaining number of processing times Nx based on each of the multiple remaining number of processing times predicted values Na, Nb, Nc, ... predicted by the remaining number of processing times prediction unit 84 and each of the multiple score values Va, Vb, Vc, ... calculated by the score value output unit 85. For example, the total remaining number of processing times Nx is calculated by a weighted average, with each of the multiple score values Va, Vb, Vc, ... serving as weights for each of the multiple remaining number of processing times predicted values Na, Nb, Nc, .... The total remaining number of processing times Nx is not limited to a weighted average, and may be calculated using the multiple score values Va, Vb, Vc, ... as weights.

また、総合残加工回数予測部86は、複数のスコア値の全てが正常を表す正値の場合には、上記のように、全てのスコア値を用いて加重平均により演算することができる。ただし、複数のスコア値の一部に異常を表す負値が存在する場合には、異なる処理方法とすると良い。例えば、スコア値が異常を表す負値である残加工回数予測値を除外して、残りの残加工回数予測値と、当該残加工回数予測値に対応するスコア値とを用いて、加重平均により総合残加工回数Nxを演算しても良い。また、スコア値の所定数(1以上の数)が異常を表す負値である場合には、対象工具Txが正常摩耗状態ではなく異常状態であると予測することもできる。対象工具Txの異常状態とは、例えば、チッピング、欠け等である。 In addition, when all of the multiple score values are positive values indicating normality, the total remaining number of machining operations prediction unit 86 can perform a weighted average calculation using all the score values as described above. However, when some of the multiple score values have negative values indicating abnormality, a different processing method may be used. For example, the remaining number of machining operations predicted values whose score values are negative values indicating abnormality may be excluded, and the total remaining number of machining operations Nx may be calculated using a weighted average using the remaining remaining number of machining operations predicted values and the score values corresponding to the remaining number of machining operations predicted values. In addition, when a predetermined number of score values (a number equal to or greater than 1) are negative values indicating abnormality, it is also possible to predict that the target tool Tx is not in a normal wear state but in an abnormal state. An abnormal state of the target tool Tx is, for example, chipping, chipping, etc.

出力部87は、総合残加工回数予測部86が予測した予測対象の工具Txの総合残加工回数Nxを表示装置40,50に出力する。この場合、表示装置40,50は、総合残加工回数Nxを表示し、作業者は、予測対象の工具Txの総合残加工回数Nxを把握することができる。さらに、出力部87は、総合残加工回数Nxの他に、現在の加工回数、寿命予測モデルの各々のスコア値等を表示装置40,50に出力することもできる。 The output unit 87 outputs the total remaining number of machining operations Nx of the tool Tx to be predicted, which is predicted by the total remaining number of machining operations prediction unit 86, to the display device 40, 50. In this case, the display device 40, 50 displays the total remaining number of machining operations Nx, and the operator can grasp the total remaining number of machining operations Nx of the tool Tx to be predicted. Furthermore, the output unit 87 can also output the current number of machining operations, the score values of each of the life prediction models, and the like, in addition to the total remaining number of machining operations Nx, to the display device 40, 50.

また、出力部87は、予測対象の工具Txの総合残加工回数Nxを制御装置(制御部)12に出力し、制御装置12は、総合残加工回数Nxに基づいて工具交換又は工具修正の動作を実行するようにしても良い。例えば、総合残加工回数Nxが寿命値(例えば、ゼロ)に到達した際に、制御装置12は、工具交換又は工具修正を実行する。なお、工具交換と工具修正は、工具Tの種類に応じて設定されており、工具修正が可能な工具Tの場合、工具修正の回数が所定回数に到達した場合には工具交換が行われる。 The output unit 87 may also output the total remaining number of machining operations Nx of the tool Tx to be predicted to the control device (control unit) 12, and the control device 12 may execute a tool replacement or tool correction operation based on the total remaining number of machining operations Nx. For example, when the total remaining number of machining operations Nx reaches a life value (e.g., zero), the control device 12 executes tool replacement or tool correction. Note that tool replacement and tool correction are set according to the type of tool T, and in the case of a tool T that can be corrected, tool replacement is performed when the number of tool corrections reaches a predetermined number.

ここで、工具修正は、加工機本体11から工具Tを取り外して実行されるようにしても良いし、加工機本体11にて実行されるようにしても良い。例えば、工具Tが切削工具である場合には、工具修正は、工具Tの再研処理であり、通常、加工機本体11から工具Tを取り外して実行される。また、工具Tが砥石車である場合には、工具修正は砥石車のツルーイング又はドレッシングであり、砥石車を備える研削盤にて当該工具修正の処理が実行される。 Here, tool correction may be performed by removing the tool T from the processing machine body 11, or may be performed in the processing machine body 11. For example, if the tool T is a cutting tool, the tool correction is a resharpening process of the tool T, which is usually performed by removing the tool T from the processing machine body 11. Also, if the tool T is a grinding wheel, the tool correction is truing or dressing of the grinding wheel, and the tool correction process is performed on a grinding machine equipped with a grinding wheel.

また、出力部87は、総合残加工回数Nxに基づいて、工具交換又は工具修正の時期を通知するようにしても良い。例えば、出力部87は、総合残加工回数Nxが寿命値に到達したタイミングの他に、寿命値に近づいたタイミングにも、通知すると良い。これにより、作業者は、工具交換又は工具修正の準備や、交換すべき工具Tの準備等を行うことができる。 The output unit 87 may also notify the operator of the timing for tool replacement or tool correction based on the total remaining number of times of machining Nx. For example, the output unit 87 may notify the operator of the timing when the total remaining number of times of machining Nx approaches the life value in addition to the timing when it has reached the life value. This allows the operator to prepare for tool replacement or tool correction, or to prepare the tool T to be replaced.

工具寿命予測システム1によれば、寿命予測モデルMa1,Mb1,Mc1とスコアリングモデルMa2,Mb2,Mc2とが、寿命ケース毎に対応付けられて記憶されている。スコアリングモデルMa2,Mb2,Mc2は、説明変数としての状態データのスコア値Va,Vb,Vcを出力する。スコアリングモデルMa2,Mb2,Mc2が出力するスコア値Va,Vb,Vcは、対応する寿命予測モデルMa1,Mb1,Mc1のスコア値、すなわち、当該状態データに対して当該寿命予測モデルMa1,Mb1,Mc1がどの程度適合しているかを表す適合度に相当する。例えば、スコア値Va,Vb,Vcが大きい場合には、対応する寿命予測モデルMa1,Mb1,Mc1の適合度が高いと推定したことになり、スコア値Va,Vb,Vcが小さい場合には、対応する寿命予測モデルMa1,Mb1,Mc1の適合度が低いと推定したことになる。 According to the tool life prediction system 1, the life prediction models Ma1, Mb1, Mc1 and the scoring models Ma2, Mb2, Mc2 are stored in correspondence with each life case. The scoring models Ma2, Mb2, Mc2 output score values Va, Vb, Vc of the state data as explanatory variables. The score values Va, Vb, Vc output by the scoring models Ma2, Mb2, Mc2 correspond to the score values of the corresponding life prediction models Ma1, Mb1, Mc1, that is, the degree of conformance indicating how well the life prediction models Ma1, Mb1, Mc1 conform to the state data. For example, when the score values Va, Vb, Vc are large, it is estimated that the degree of conformance of the corresponding life prediction models Ma1, Mb1, Mc1 is high, and when the score values Va, Vb, Vc are small, it is estimated that the degree of conformance of the corresponding life prediction models Ma1, Mb1, Mc1 is low.

そして、総合残加工回数予測部86は、複数の残加工回数予測値Na,Nb,Ncの各々、及び、複数のスコア値Va,Vb,Vcの各々に基づいて、総合残加工回数Nxを演算する。換言すると、総合残加工回数予測部86は、スコア値Va,Vb,Vcを考慮することで、複数の寿命予測モデルMa1,Mb1,Mc1を用いることができる。つまり、総合残加工回数予測部86は、複数の寿命予測モデルMa1,Mb1,Mc1の中から1つの寿命予測モデルのみを選択する必要がない。このように、総合残加工回数予測部86は、複数の寿命予測モデルMa1,Mb1,Mc1及び複数のスコア値Va,Vb,Vcを用いて総合残加工回数Nxを予測するため、工具Tの寿命予測を高精度に行うことができる。 Then, the total remaining number of machining operations prediction unit 86 calculates the total remaining number of machining operations Nx based on each of the multiple remaining number of machining operations prediction values Na, Nb, Nc and each of the multiple score values Va, Vb, Vc. In other words, the total remaining number of machining operations prediction unit 86 can use multiple life prediction models Ma1, Mb1, Mc1 by considering the score values Va, Vb, Vc. In other words, the total remaining number of machining operations prediction unit 86 does not need to select only one life prediction model from the multiple life prediction models Ma1, Mb1, Mc1. In this way, the total remaining number of machining operations prediction unit 86 predicts the total remaining number of machining operations Nx using multiple life prediction models Ma1, Mb1, Mc1 and multiple score values Va, Vb, Vc, so that the life prediction of the tool T can be performed with high accuracy.

1:工具寿命予測システム、 10:加工機、 11:加工機本体、 12:制御装置(制御部)、 13:検出器、 20:学習処理装置、 30:予測演算装置、 40,50:表示装置、 71:訓練データセット取得部、 72:寿命予測用訓練データセット記憶部、 73:スコアリング用訓練データセット記憶部、 74:寿命予測モデル生成部、 75:スコアリングモデル生成部、 81:寿命予測モデル記憶部、 82:スコアリングモデル記憶部、 83:予測用データ取得部、 84:残加工回数予測部、 85:スコア値出力部、 86:総合残加工回数予測部、 87:出力部、 Ma1,Mb1,Mc1:寿命予測モデル、 Ma2,Mb2,Mc2:スコアリングモデル、 Na,Nb,Nc:残加工回数予測値、 Nx:総合残加工回数、 T:工具、 Va,Vb,Vc:スコア値、 W:工作物 1: Tool life prediction system, 10: Processing machine, 11: Processing machine main body, 12: Control device (control unit), 13: Detector, 20: Learning processing device, 30: Prediction calculation device, 40, 50: Display device, 71: Training data set acquisition unit, 72: Training data set storage unit for life prediction, 73: Training data set storage unit for scoring, 74: Life prediction model generation unit, 75: Scoring model generation unit, 81: Life prediction model storage unit, 82: Scoring model storage unit, 83: Prediction data acquisition unit, 84: Remaining number of machining operations prediction unit, 85: Score value output unit, 86: Total remaining number of machining operations prediction unit, 87: Output unit, Ma1, Mb1, Mc1: Life prediction model, Ma2, Mb2, Mc2: Scoring model, Na, Nb, Nc: Remaining number of machining operations predicted value, Nx: Total remaining number of machining operations, T: Tool, Va, Vb, Vc: score value, W: workpiece

Claims (10)

工具を用いて工作物の機械加工を行う加工機本体と、
前記工作物の加工中に前記加工機本体における観測可能な状態データを検出する検出器と、
前記検出器により検出された前記状態データを説明変数とし、1つの前記工具において寿命に到達するまでの前記工作物の残加工回数を目的変数とし、前記説明変数及び前記目的変数を含む訓練データセットを用いて機械学習を行うことにより生成された寿命予測モデルを、前記工具の各々によるケースを別々の寿命ケースとした場合に複数の前記寿命ケース毎に記憶する寿命予測モデル記憶部と、
前記寿命ケース毎における前記状態データの各々を説明変数とする訓練データセットを用いて機械学習を行うことにより生成されたスコアリングモデルであって前記状態データのスコア値を出力する前記スコアリングモデルを、複数の前記寿命ケース毎に記憶するスコアリングモデル記憶部と、
推定フェーズにおける前記状態データに基づいて、複数の前記寿命予測モデルの各々により残加工回数予測値を各々出力する残加工回数予測部と、
前記推定フェーズにおける前記状態データに基づいて、複数の前記スコアリングモデルの各々によりスコア値を各々出力するスコア値出力部と、
複数の前記残加工回数予測値の各々、及び、複数の前記スコア値の各々に基づいて、総合残加工回数を演算する総合残加工回数予測部と、
を備える、工具寿命予測システム。
A processing machine body that performs machining of a workpiece using a tool;
a detector for detecting observable status data of the processing machine body during processing of the workpiece;
a life prediction model storage unit that stores a life prediction model generated by performing machine learning using a training data set including the explanatory variables and a training data set including the explanatory variables and the objective variables, the life prediction model being generated by using the state data detected by the detector as explanatory variables and a remaining number of times the workpiece is machined until the tool reaches its life as an objective variable , for each of a plurality of life cases, where cases for each of the tools are considered as separate life cases; and
a scoring model storage unit that stores, for each of the plurality of life cases, a scoring model that is generated by performing machine learning using a training data set in which each of the state data in each of the life cases is an explanatory variable, and outputs a score value of the state data; and
a remaining machining count prediction unit that outputs a remaining machining count prediction value by each of the plurality of life prediction models based on the state data in the estimation phase;
a score value output unit that outputs a score value by each of the plurality of scoring models based on the state data in the estimation phase;
A total remaining processing count prediction unit that calculates a total remaining processing count based on each of the plurality of remaining processing count prediction values and each of the plurality of score values;
A tool life prediction system comprising:
前記総合残加工回数予測部は、複数の前記スコア値の各々を複数の前記残加工回数予測値の各々の重みとして、加重平均により前記総合残加工回数を演算する、請求項1に記載の工具寿命予測システム。 The tool life prediction system according to claim 1, wherein the total remaining number of machining operations prediction unit calculates the total remaining number of machining operations by a weighted average, with each of the multiple score values being used as a weight for each of the multiple remaining number of machining operations prediction values. 前記総合残加工回数予測部は、複数の前記スコア値のうち所定数が異常を表す値を示す場合には、前記工具が正常摩耗状態ではなく異常状態であると予測する、請求項1又は2に記載の工具寿命予測システム。 The tool life prediction system according to claim 1 or 2, wherein the total remaining machining times prediction unit predicts that the tool is not in a normal wear state but in an abnormal state when a predetermined number of the multiple score values indicate an abnormality. 複数の前記寿命予測モデルのうち少なくとも一部は、前記状態データについての異なる特徴量を説明変数とする、請求項1-3の何れか1項に記載の工具寿命予測システム。 The tool life prediction system according to any one of claims 1 to 3, wherein at least some of the multiple life prediction models use different feature quantities of the condition data as explanatory variables. 前記スコアリングモデルは、対応する前記寿命ケースについての前記寿命予測モデルと同種の特徴量を説明変数とする、請求項4に記載の工具寿命予測システム。 The tool life prediction system according to claim 4, wherein the scoring model uses the same type of feature as the life prediction model for the corresponding life case as explanatory variables. 前記スコアリングモデルは、1クラスサポートベクターマシーンであり、正常度合をスコア値として出力するモデルである、請求項1-5の何れか1項に記載の工具寿命予測システム。 The tool life prediction system according to any one of claims 1 to 5, wherein the scoring model is a one-class support vector machine and outputs the degree of normality as a score value. 前記スコアリングモデルは、さらに、正常を表す前記スコア値と異常を表す前記スコア値とを異なる値として出力するモデルである、請求項6に記載の工具寿命予測システム。 The tool life prediction system according to claim 6, wherein the scoring model is a model that further outputs the score value representing normality and the score value representing an abnormality as different values. 前記工具寿命予測システムは、さらに、
前記総合残加工回数を表示する表示装置を備える、請求項1-7の何れか1項に記載の工具寿命予測システム。
The tool life prediction system further comprises:
The tool life prediction system according to any one of claims 1 to 7, further comprising a display device for displaying the total remaining number of machining operations.
前記工具寿命予測システムは、さらに、
前記総合残加工回数に基づいて、工具交換又は工具修正の動作を実行する制御部を備える、請求項1-8の何れか1項に記載の工具寿命予測システム。
The tool life prediction system further comprises:
The tool life prediction system according to any one of claims 1 to 8, further comprising a control unit that executes an operation of replacing or correcting a tool based on the total remaining machining count.
前記工具寿命予測システムは、さらに、
前記総合残加工回数に基づいて、工具交換又は工具修正の時期を通知する出力部を備える、請求項1-9の何れか1項に記載の工具寿命予測システム。
The tool life prediction system further comprises:
The tool life prediction system according to any one of claims 1 to 9, further comprising an output unit that notifies the timing of tool replacement or tool correction based on the total remaining number of machining operations.
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