特開 2023-151219 シミュレーション装置、シミュレーション方法及びシミュレーションプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023151219

(43)【公開日】2023-10-16

(54)【発明の名称】シミュレーション装置、シミュレーション方法及びシミュレーションプログラム

(51)【国際特許分類】

   B29C 48/92 20190101AFI20231005BHJP

   B29C 48/395 20190101ALI20231005BHJP

   B29C 48/505 20190101ALI20231005BHJP

   B29C 48/68 20190101ALI20231005BHJP

【ＦＩ】

B29C48/92

B29C48/395

B29C48/505

B29C48/68

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022060712

(22)【出願日】2022-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000004215

【氏名又は名称】株式会社日本製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100114557

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 英仁

(74)【代理人】

【識別番号】100078868

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 登夫

(72)【発明者】

【氏名】福澤 洋平

(72)【発明者】

【氏名】小田 智也

(72)【発明者】

【氏名】中川 一馬

【テーマコード（参考）】

4F207

【Ｆターム（参考）】

4F207AJ08

4F207AM23

4F207AP02

4F207AP05

4F207AP08

4F207AP13

4F207AR02

4F207AR06

4F207AR09

4F207AR14

4F207AR17

4F207KA01

4F207KA17

4F207KK12

4F207KM04

4F207KM14

(57)【要約】

【課題】シミュレーションに必要な解析条件を自動設定することができ、解析条件を手動で入力する負担を軽減することができるシミュレーション装置を提供する。
【解決手段】シミュレーション装置は、押出機の挙動をシミュレートするシミュレーション装置であって、押出機の運転制御を行う制御装置、押出機に設けられたセンサ、又は押出機を構成する部品を撮像する撮像装置から、押出機の挙動に関連するデータを取得する取得部と、取得したデータに基づいて、押出機の挙動を示す物理量を演算する演算部とを備える。
【選択図】図９

【特許請求の範囲】

【請求項1】

産業機械の挙動をシミュレートするシミュレーション装置であって、
前記産業機械の運転制御を行う制御装置、前記産業機械に設けられたセンサ、又は前記産業機械を構成する部品を撮像する撮像装置から、前記産業機械の挙動に関連するデータを取得する取得部と、
取得したデータに基づいて、前記産業機械の挙動を示す物理量を演算する演算部と
を備えるシミュレーション装置。

【請求項2】

前記産業機械は、原料を溶融可塑化するスクリュと、該スクリュが回転可能に挿入されたシリンダとを有する押出機であり、
前記取得部は、
前記制御装置から前記原料の押出量、スクリュ回転数又はシリンダ温度を示す設定データを取得し、
前記演算部は、
取得した前記設定データを用いて、前記物理量を演算する
請求項１に記載のシミュレーション装置。

【請求項3】

前記産業機械は、原料を溶融可塑化するスクリュと、該スクリュが回転可能に挿入されたシリンダとを有する押出機であり、
前記産業機械に設けられた前記センサは、前記シリンダの温度を検出する温度センサと、前記シリンダの内部の圧力を検出する圧力センサとを含み、
前記取得部は、
前記温度センサ又は前記圧力センサから温度データ又は圧力データを取得し、
前記演算部は、
取得した温度データ又は圧力データを用いて、前記物理量を演算する
請求項１に記載のシミュレーション装置。

【請求項4】

前記圧力センサは、前記シリンダの複数箇所に設けられており、
前記原料の粘度と、該原料の他の特性とを対応付けたテーブルを備え、
前記演算部は、
複数の前記圧力センサから取得した圧力データに基づいて、前記原料の粘度を演算し、
演算された粘度を用いて前記テーブルを参照することによって前記原料の他の特性を特定し、
前記原料の粘度及び他の特性を用いて前記物理量を演算する
請求項３に記載のシミュレーション装置。

【請求項5】

前記産業機械は、原料を溶融可塑化するスクリュと、該スクリュが回転可能に挿入されたシリンダとを有する押出機であり、
前記取得部は、
前記撮像装置から、前記スクリュを撮像して得た画像データを取得し、
前記演算部は、
取得した画像データに基づいて、前記スクリュの構成を特定し、
特定された前記スクリュの構成を表すデータを用いて前記物理量を演算する
請求項１に記載のシミュレーション装置。

【請求項6】

前記産業機械は、原料を溶融可塑化するスクリュと、該スクリュが回転可能に挿入されたシリンダとを有する押出機であり、
前記センサは、前記シリンダの温度を検出する温度センサと、複数箇所で前記シリンダの内部の圧力を検出する複数の圧力センサとを含み、
前記原料の粘度と、該原料の他の特性とを対応付けたテーブルを備え、
前記取得部は、
前記制御装置から前記原料の押出量又はスクリュ回転数を示すデータを、前記温度センサ及び複数の前記圧力センサから温度データ及び圧力データを、前記撮像装置から、前記スクリュを撮像して得た画像データを取得し、
前記演算部は、
複数の前記圧力センサから取得した圧力データに基づいて、前記原料の粘度を演算し、
演算された粘度を用いて前記テーブルを参照することによって前記原料の他の特性を特定し、
取得した画像データに基づいて、前記スクリュの構成を特定し、
取得した押出量及びスクリュ回転数を示すデータと、圧力データと、温度データと、前記原料の粘度及び他の特性と、前記スクリュの構成を表すデータとを用いて前記物理量を演算する
請求項１に記載のシミュレーション装置。

【請求項7】

前記演算部は、
前記産業機械の動作と並行して、前記物理量を演算する
請求項１～請求項６のいずれか１項に記載のシミュレーション装置。

【請求項8】

産業機械の挙動をシミュレートするシミュレーション方法であって、
前記産業機械の運転制御を行う制御装置、前記産業機械に設けられたセンサ、又は前記産業機械を構成する部品を撮像する撮像装置から、前記産業機械の挙動に関連するデータを取得し、
取得したデータに基づいて、前記産業機械の挙動を示す物理量を演算する
シミュレーション方法。

【請求項9】

コンピュータに、産業機械の挙動をシミュレートさせるシミュレーションプログラムであって、
前記産業機械の運転制御を行う制御装置、前記産業機械に設けられたセンサ、又は前記産業機械を構成する部品を撮像する撮像装置から、前記産業機械の挙動に関連するデータを取得し、
取得したデータに基づいて、前記産業機械の挙動を示す物理量を演算する
処理を前記コンピュータに実行させるためのシミュレーションプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、押出機における所定の物理量を演算するシミュレーション装置、シミュレーション方法及びシミュレーションプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

軸方向の各領域における押出機内部の圧力、原料である樹脂の充満率、温度などを予測するシミュレーション装置がある（例えば、特許文献１）。シミュレーション装置は、樹脂物性、押出条件及びスクリュ構成を示すデータに基づいて、押出機内の充満率、圧力、温度などを演算する。シミュレーション装置は、演算された充満率、圧力、温度などを示す予測結果を出力する。出力された予測結果は、プロセス条件の最適化、評価などに活用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４－１４８７２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、従来のシミュレーション装置においては、樹脂物性、押出条件、スクリュ構成などの解析条件を手動設定する必要があった。

【0005】

本開示の目的は、シミュレーションに必要な解析条件を自動設定することができ、解析条件を手動で入力する負担を軽減することができるシミュレーション装置、シミュレーション方法及びシミュレーションプログラムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様に係るシミュレーション装置は、産業機械の挙動をシミュレートするシミュレーション装置であって、前記産業機械の運転制御を行う制御装置、前記産業機械に設けられたセンサ、又は前記産業機械を構成する部品を撮像する撮像装置から、前記産業機械の挙動に関連するデータを取得する取得部と、取得したデータに基づいて、前記産業機械の挙動を示す物理量を演算する演算部とを備える。

【0007】

本開示の一態様に係るシミュレーション方法は、産業機械の挙動をシミュレートするシミュレーション方法であって、前記産業機械の運転制御を行う制御装置、前記産業機械に設けられたセンサ、又は前記産業機械を構成する部品を撮像する撮像装置から、前記産業機械の挙動に関連するデータを取得し、取得したデータに基づいて、前記産業機械の挙動を示す物理量を演算する。

【0008】

本開示の一態様に係るシミュレーションプログラムは、コンピュータに、産業機械の挙動をシミュレートさせるシミュレーションプログラムであって、前記産業機械の運転制御を行う制御装置、前記産業機械に設けられたセンサ、又は前記産業機械を構成する部品を撮像する撮像装置から、前記産業機械の挙動に関連するデータを取得し、取得したデータに基づいて、前記産業機械の挙動を示す物理量を演算する処理を前記コンピュータに実行させる。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、シミュレーションに必要な解析条件を自動設定することができ、解析条件を手動で入力する負担を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態１に係る押出機システムの構成例を示す模式図である。

【図2】実施形態１に係る押出機の構成例を示す模式図である。

【図3】実施形態１に係る制御装置の構成例を示すブロック図である。

【図4】実施形態１に係るシミュレーション装置の構成例を示すブロック図である。

【図5】実施形態１に係る学習モデルの構成例を示すブロック図である。

【図6】実施形態１に係るシミュレーション方法を示すフローチャートである。

【図7】実施形態１に係るシミュレーション方法を示すフローチャートである。

【図8】実施形態１に係るシミュレーション結果の表示例を示す模式図である。

【図9】実施形態２に係る制御装置の処理手順を示すフローチャートである。

【図10】実施形態２に係るシミュレーション結果の表示例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の実施形態に係るシミュレーション装置、シミュレーション方法及びシミュレーションプログラムの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。また下記実施形態及び変形例の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。

【0012】

以下、本発明をその実施形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る押出機システムの構成例を示す模式図、図２は、実施形態１に係る押出機１の構成例を示す模式図である。押出機システムは、押出機１と、制御装置２と、本実施形態１に係るシミュレーション装置３と、撮像装置４とを備える。

【0013】

＜押出機１＞
押出機１は、ヒータを有するシリンダ１１と、当該シリンダ１１内で回転方向に駆動可能に設けられ、原料樹脂を溶融可塑化及び混練するスクリュ１２と、当該スクリュ１２を回転させる回転モータ１３とを備える。

【0014】

シリンダ１１は、複数のシリンダパーツを組み合わせ、一体化することによって一本のシリンダ１１として構成されている。根本側（図１中左側）のシリンダパーツは、原料が投入されるホッパ１１ａを備える。
ホッパ１１ａの数は特に限定されるものでは無く、複数種類の原料樹脂を投入するために複数のホッパ１１ａをシリンダ１１に設けてもよい。また必要に応じて真空ベントをシリンダ１１に設けてもよい。

【0015】

スクリュ１２は、複数種類のスクリュピースを組み合わせ、一体化することによって一本のスクリュ１２として構成されている。例えば、原料を順方向へ輸送するフライトスクリュ形状の順フライトピース、原料を逆方向へ輸送する逆フライトピース、原料を混練するニーディングピースなどを、原料の特性に応じた順序及び位置に配して組み合せることにより、スクリュ１２が構成される。

【0016】

押出機１は、シリンダ１１に原料樹脂を供給するためのフィーダ１４を備える。フィーダ１４は、設定された押出量の原料樹脂をホッパ１１ａに投入する。

【0017】

押出機１には、当該押出機１の挙動をシミュレートするために必要なデータ測定するためのセンサが設けられている。具体的には、シリンダ１１の温度又はシリンダ１１内の樹脂温度を検出する温度センサ１５と、シリンダ１１の内部の圧力又はシリンダ１１内の樹脂圧力を検出する複数の圧力センサ１６がシリンダ１１に設けられている。温度センサ１５は例えば、シリンダ１１の先端部に設けられており、先端部におけるシリンダ１１又は原料樹脂の温度を検出する。温度センサ１５は、検出した温度を示す信号を制御装置２へ出力する。第１の圧力センサ１６は、シリンダ１１の先端部に設けられており、先端部におけるシリンダ１１内部又は原料樹脂の圧力を検出する。第２の圧力センサ１６はシリンダ１１の先端部よりも基部側の部位に設けられており、当該部位におけるシリンダ１１内部又は原料樹脂の圧力を検出する。第１及び第２の圧力センサ１６は検出した圧力を示す信号をそれぞれ制御装置２へ出力する。

【0018】

＜制御装置２＞
図３は、実施形態１に係る制御装置２の構成例を示すブロック図である。制御装置２は、押出機１の運転制御を行うコンピュータであり、制御部２１、記憶部２２、制御信号出力部２３、信号入力部２４、通信部２５及び操作パネル２０を備える。

【0019】

操作パネル２０は、押出機１の運転条件などを設定し、押出機１の動作を操作するためのインタフェースである。操作パネル２０は、表示パネル２０ａと、操作部２０ｂとを備える。表示パネル２０ａは、液晶表示パネル、有機ＥＬ表示パネルなどの表示装置であり、制御部２１の制御に従って、押出機１の運転条件の設定を受け付けるための受付画面を表示したり、押出機１の状態を表示したりする。操作部２０ｂは、押出機１の運転条件を入力するための入力装置であり、操作ボタン、タッチパネルなどを有する。操作部２０ｂは受け付けた運転条件を示すデータを制御部２１に与える。運転条件には、例えば、押出機サイズ、押出量、スクリュ回転数、シリンダ温度などが含まれる。押出機サイズはスクリュ１２の全長に相当する長さである。

【0020】

制御部２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro-Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などの演算回路、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの内部記憶装置、Ｉ／Ｏ端子などを有する。制御部２１は、記憶部２２が記憶する運転制御プログラムを読み出して実行することにより、押出機１の運転制御を行う。また、制御部２１は、押出機１の挙動に関連するデータを収集してシミュレーション装置３へ送信する処理を実行する。

【0021】

制御信号出力部２３は、制御部２１の制御に従って押出機１の動作を制御するための制御信号を押出機１へ出力する。具体的には、制御信号出力部２３は、回転モータ１３の回転開始、回転速度、回転停止などを指示する制御信号を押出機１へ出力する。また、制御信号出力部２３は、シリンダ１１の加熱温度を指示する制御信号、フィーダ１４による樹脂の供給を制御する制御信号などを押出機１へ出力する。

【0022】

信号入力部２４は、温度センサ１５及び圧力センサ１６に接続されており、信号入力部２４には、温度センサ１５及び圧力センサ１６から出力された信号が入力する。信号入力部２４は、シリンダ１１内部の温度及び圧力を示すデータを制御部２１に与える。

【0023】

通信部２５は、シミュレーション装置３との間でデータを送受信する通信回路である。通信部２５は、制御部２１の制御に従って、押出機１の挙動に関連するデータをシミュレーション装置３へ送信する。具体的には、通信部２５は、制御装置２に設定された運転条件を示す設定データ、シリンダ１１の温度を示す温度データ、シリンダ１１の圧力を示す圧力データなどの測定データをシミュレーション装置３へ送信する。

【0024】

＜シミュレーション装置３＞
図４は、実施形態１に係るシミュレーション装置３の構成例を示すブロック図である。
本実施形態に係るシミュレーション装置３は、押出機１の挙動をシミュレートするコンピュータであり、演算部３１、記憶部３２、通信部３３及び表示部３４を備える。

【0025】

演算部３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro-Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などの演算回路、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの内部記憶装置、Ｉ／Ｏ端子などを有する。演算部３１は、記憶部３２に記憶されたシミュレーションプログラム３２ａを読み出して実行することにより、二軸スクリュ式の押出機１における所定の物理量を演算する処理を行う。シミュレーション装置３の各機能部は、ソフトウェア的に実現してもよいし、一部又は全部をハードウェア的に実現してもよい。

【0026】

記憶部３２は、例えば、ハードディスク、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）、フラッシュメモリなどの記憶装置である。記憶部３２は、演算部３１が実行する各種のプログラム、及び、演算部３１の処理に必要な各種のデータを記憶する。本実施形態において記憶部３２は、少なくとも演算部３１が実行するシミュレーションプログラム３２ａを記憶している。また、記憶部３２は、複数の原料樹脂の粘度と、当該原料樹脂の他の特性、例えば原料樹脂の固体の密度、熱伝導率及び比熱、原料樹脂の溶融体の密度、熱伝導率及び比熱、溶融熱量、融点とを対応付けた樹脂特性テーブル３５を記憶する。学習モデルの詳細は後述する。
以下、スクリュ１２を撮像して得た画像をスクリュ画像、当該画像のデータをスクリュ画像データと呼ぶ。同様に、シリンダ１１を撮像して得た画像をシリンダ画像、当該画像のデータをシリンダ画像データと呼ぶ。

【0027】

シミュレーションプログラム３２ａは、シミュレーション装置３の製造段階において記憶部３２に書き込まれる態様でもよい。シミュレーションプログラム３２ａは、他の情報処理装置などがネットワークを介して配信される態様でもよい。シミュレーション装置３は通信にてシミュレーションプログラム３２ａを取得して記憶部３２に書き込む。シミュレーションプログラム３２ａは、フラッシュメモリなどの半導体メモリ、光ディスク、光磁気ディスク、磁気ディスクなどの記録媒体３０に読み出し可能に記録された態様でもよい。シミュレーション装置３はシミュレーションプログラム３２ａを読み出して記憶部３２に記憶する。

【0028】

通信部３３は、制御装置２との間でデータを送受信する通信回路である。通信部３３は、制御装置２から送信された設定データ、温度データ及び圧力データなどの測定データを受信する。通信部３３が受信した設定データ、温度データ及び圧力データは、記憶部３２に記憶される。
また、通信部３３は、撮像装置４との間でデータを送受信する。撮像装置４は、例えば、カメラを備えた通信機能を有する装置、例えばスマートフォンである。本実施形態１に係る撮像装置４は、押出機１を構成するシリンダ１１及びスクリュ１２を撮像するために用いられる。撮像装置４は、シリンダ１１を撮像して得たシリンダ画像データ、スクリュ１２を撮像して得たスクリュ画像データをシミュレーション装置３へ送信する。通信部３３は、撮像装置４から送信されたシリンダ画像データ及びスクリュ画像データを受信する。通信部３３が受信したシリンダ画像データ及びスクリュ画像データは記憶部３２に記憶される。

【0029】

表示部３４は、例えば液晶表示パネル、有機ＥＬ表示パネルなどの表示装置である。表示部３４は、演算部３１から出力される解析結果のデータに基づいて、押出機１の挙動を表した所定の物理量を表示する。所定の物理量は、例えば、原料樹脂の滞留時間、充満率、トルク、固相率（固相占有率）、原料樹脂の温度又は圧力などである。表示部３４は、押出機軸方向における上記物理量の分布を表示する（図８参照）。

【0030】

なお、上記したシミュレーション装置３は、複数のコンピュータを含んで構成されるマルチコンピュータであってよく、ソフトウェアによって仮想的に構築された仮想マシンであってもよい。また、シミュレーション装置３をクラウドサーバとして構成してもよい。

【0031】

図５は、実施形態１に係る学習モデルの構成例を示すブロック図である。図５Ａは第１学習モデル３６、図５Ｂは第２学習モデル３７の構成を概念的に示している。

【0032】

第１学習モデル３６は、例えば、ピース検出モデル３６ａと、ピース認識モデル３６ｂとを備える。ピース検出モデル３６ａは、スクリュ画像データが入力された場合に、スクリュ画像に含まれるスクリュ１２を構成する複数の各スクリュピースの画像の位置及び範囲を示す情報を出力する学習済みの機械学習モデルである。ピース検出モデル３６ａは、例えば、畳み込みニューラルネットワーク（CNN：Convolutional neural network）である。学習モデルは、スクリュ画像が入力される入力層と、画像の特徴量を抽出する中間層と、スクリュ画像に含まれるスクリュピースの位置及び範囲を示す情報を出力する出力層とを有する。中間層は、入力層に入力された画像の各画素の画素値を畳み込む畳み込み層と、畳み込み層で畳み込んだ画素値をマッピングするプーリング層とが交互に連結された構成を有し、スクリュ画像の画素情報を圧縮しながら画像の特徴量を抽出する。

【0033】

ピース認識モデル３６ｂは、ピース検出モデル３６ａによって検出されたスクリュピースの画像データが入力された場合に、当該スクリュピースの種類、幅、リード角、条数などの情報を出力する学習済みの機械学習モデルである。上記したスクリュピースの幅は、無次元量であり、例えばスクリュピースの径に対する、軸方向の長さの比で表される。ピース認識モデル３６ｂも、ＣＮＮで構成すればよい。

【0034】

なお、第１学習モデル３６を、物体検出モデルであるピース検出モデル３６ａと、画像認識モデルであるピース認識モデル３６ｂで構成する例を説明したが、第１モデルを、Ｒ－ＣＮＮ，Ｆａｓｔ Ｒ－ＣＮＮ、Ｆａｓｔｅｒ Ｒ－ＣＮＮ、ＹＯＬＯ（You Only Look Once）で構成してもよい。第１学習モデル３６は、スクリュ画像が入力された場合、スクリュピースの画像の位置及び範囲、並びにスクリュピースの種類などの情報を出力することができる。

【0035】

第２学習モデル３７は、例えば、シリンダパーツ検出モデル３７ａと、シリンダパーツ認識モデル３７ｂとを備える。シリンダパーツ検出モデル３７ａは、シリンダ画像データが入力された場合に、シリンダ画像に含まれるシリンダ１１を構成する複数の各シリンダパーツの画像の位置及び範囲を示す情報を出力する学習済みの機械学習モデルである。シリンダパーツ検出モデル３７ａの構成は、ピース検出モデル３６ａと同様である。ただし、シリンダパーツ検出モデル３７ａは、シリンダ画像を訓練データとして用いて、シリンダパーツを検出するように学習させてある。

【0036】

シリンダパーツ認識モデル３７ｂは、シリンダパーツ検出モデル３７ａによって検出されたシリンダパーツの画像データが入力された場合に、当該シリンダパーツの種類を出力する学習済みの機械学習モデルである。シリンダパーツ認識モデル３７ｂも、ＣＮＮで構成すればよい。

【0037】

なお、第２学習モデル３７を、Ｒ－ＣＮＮ，Ｆａｓｔ Ｒ－ＣＮＮ、Ｆａｓｔｅｒ Ｒ－ＣＮＮ、ＹＯＬＯで構成してもよい。第２学習モデル３７は、シリンダ画像が入力された場合、シリンダパーツの画像の位置及び範囲、並びにシリンダパーツの種類などの情報を出力することができる。

【0038】

＜シミュレーション方法＞
図６及び図７は、実施形態１に係るシミュレーション方法を示すフローチャートである。シミュレーション装置３の演算部３１は、制御装置２及び撮像装置４から、押出機１の挙動に関連するデータを取得する（ステップＳ１１）。具体的には、演算部３１は、通信部３３を介して、制御装置２から、押出機サイズデータ、押出量データ、スクリュ回転数データ、シリンダ温度データなどの設定データを取得する。また、演算部３１は、制御装置２から温度データ、圧力データなどの測定データを取得する。なお、演算部３１は、温度センサ１５及び圧力センサ１６から温度データ及び圧力データを直接取得するように構成してもよい。更に、演算部３１は、撮像装置４からスクリュ画像データ、シリンダ画像データなどの画像データを取得する。

【0039】

次いで、演算部３１は、取得したスクリュ画像データに基づいて、スクリュ構成を特定する（ステップＳ１２）。具体的には、演算部３１は、スクリュ画像データを第１学習モデル３６に入力することによって、スクリュ１２を構成する複数のスクリュピースそれぞれの種類、幅（寸法比）、リード角、条数などを特定する。スクリュ構成の情報によって、後述するスクリュ特性式に含まれる係数、例えばスクリュ特性パラメータなどを決定することができる。例えば、記憶部３２は、スクリュ構成のデータと、スクリュ特性パラメータとの対応関係を記憶しており、演算部３１は当該対応関係を参照することによってスクリュ特性パラメータを決定する。対応関係の実体は、テーブル、関数などである。

【0040】

演算部３１は、取得したシリンダ画像データに基づいて、シリンダ１１構成を特定する（ステップＳ１３）。具体的には、演算部３１は、シリンダ画像データを第２学習モデル３７に入力することによって、シリンダ１１を構成する複数のシリンダパーツの種類を特定する。シリンダ１１構成の情報によって、原料樹脂の投入位置、ベントの位置などを特定することができる。

【0041】

次いで、演算部３１は、圧力データなどに基づいて、樹脂粘度を演算する（ステップＳ１４）。具体的には、演算部３１は、押出軸方向に離隔した２箇所で検出された圧力データによって圧力損失ΔＰを決定することができ、圧力損失ΔＰから、樹脂粘度を求めることができる。樹脂粘度は、温度及び剪断速度と相関があるため、異なる温度及び剪断速度下で検出された圧力データに基づいて、樹脂粘度を算出する構成が好ましい。より正確に、樹脂の種類を特定することができ、当該樹脂の特性を特定することができる。

【0042】

演算部３１は、演算された樹脂粘度をキーにして、樹脂特性テーブル３５を参照することによって、樹脂原料の他の特性を特定する（ステップＳ１５）。具体的には、原料樹脂の固体の密度、熱伝導率及び比熱、原料樹脂の溶融体の密度、熱伝導率及び比熱、溶融熱量、融点などを特定する。

【0043】

次いで演算部３１は、ステップＳ１１～ステップＳ１５の処理で取得及び特定したデータを用いて初期設定を行う（ステップＳ１６）。
具体的には、演算部３１は、押出機１サイズ、押出量、スクリュ回転数、シリンダ温度、先端樹脂圧力、原料樹脂温度などの押出条件データを初期設定する。
また、演算部３１は、押出機１に投入される原料樹脂の粘度、固体の密度、熱伝導率及び比熱、溶融体の密度、熱伝導率及び比熱、溶融熱量、融点などの物性を示す樹脂物性データを初期設定する。
更に、演算部３１は、スクリュ構成及びシリンダ１１構成を示すスクリュ構成データを初期設定する。

【0044】

ステップＳ１１～ステップＳ１６の処理により、後述するステップＳ１８及びステップＳ２２の演算処理に必要な情報を取得することができる。
なお、初期設定が必要なデータであって、ステップＳ１１～ステップＳ１５の処理で取得及び特定できなかったデータがある場合、演算部３１は、操作パネル２０を介して当該データを取得すればよい。また、ステップＳ１４及びステップＳ１５の処理に必要なデータであって、ステップＳ１１～ステップＳ１３の処理で取得及び特定できなかったデータがある場合、演算部３１は、操作パネル２０を介して当該データを取得すればよい。

【0045】

ステップＳ１６の処理を終えた演算部３１は、変数ｉに、スクリュ先端節点１２ｂの位置を表す数値を代入する（ステップＳ１７）。図２に示すように、スクリュ１２の長手方向における位置を計算点番号で表すことができる。具体的には、シリンダ１１内の空間を押出機軸方向に沿って複数に分割してなる各分割領域に計算点番号が付される。以下、計算点番号を変数ｉで表すものとする。変数ｉの値は、スクリュ根本節点１２ａからスクリュ先端節点１２ｂにむかって大きくなる。スクリュ根本節点１２ａは、図２中左側のスクリュ１２の根本部の節点であり、スクリュ先端節点１２ｂは、図２中右側のスクリュ１２の先端部の節点である。

【0046】

次いで、演算部３１は、スクリュ特性式及び押出条件に基づいて、圧力、充満率及び滞留時間を演算する（ステップＳ１８）。

【0047】

スクリュ特性式は下記式（１）により表される。

【数1】

【0048】

圧力損失ΔＰと、既知の先端樹脂圧力Ｐ０により、変数ｉで表される位置における圧力Ｐを演算することができる。演算部３１は、下流側から上流側へ圧力損失ΔＰを順次演算することによって（ステップＳ１９及びステップＳ２０）、各分割領域における圧力を求めることができる。

【0049】

充満率は、下記式（２）で表される。

【数2】

【0050】

滞留時間は、下記式（３）で表される。

【数3】

【0051】

そして、演算部３１は、変数ｉがスクリュ根本節点１２ａを示す値であるか否かを判定する（ステップＳ１９）。変数ｉがスクリュ根本節点１２ａを示す値で無いと判定した場合（ステップＳ１９：ＮＯ）、演算部３１は変数ｉを１デクリメントし（ステップＳ２０）、処理をステップＳ１８へ戻す。

【0052】

変数ｉがスクリュ根本節点１２ａを示す値であると判定した場合（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、演算部３１は、変数ｉに、スクリュ根本節点１２ａの位置を表す数値を代入する（ステップＳ２１）。なお、ステップＳ２１の処理を省略してもよい。

【0053】

次いで、演算部３１は、エネルギ収支式により、樹脂温度、固相率、動力、トルク、ＥＳＰ、分散、分配などを演算する（ステップＳ２２）。

【0054】

エネルギ収支式は下記式（４）により表される。なお、樹脂原料とシリンダ１１との接触面積は、分割領域におけるシリンダ１１面積に充満率を乗算することにより得られる。

【数4】

【0055】

上記式を変形することにより下記式（５）が得られる。右辺第一項の樹脂温度Ｔは１ステップ前に求まった原料樹脂の温度を用いる。

【数5】

【0056】

上記式（５）で求まった温度差ΔＴを下記式（６）に代入することにより、現ステップにおける樹脂温度を求めることができる。

【0057】

【数6】

【0058】

ステップＳ２２の処理を終えた演算部３１は、変数ｉがスクリュ先端節点１２ｂを示す値であるか否かを判定する（ステップＳ２３）。変数ｉがスクリュ先端節点１２ｂを示す値で無いと判定した場合（ステップＳ２３：ＮＯ）、演算部３１は変数ｉを１インクリメントし（ステップＳ２４）、処理をステップＳ２２へ戻す。

【0059】

変数ｉがスクリュ先端節点１２ｂを示す値であると判定した場合（ステップＳ２３：ＹＥＳ）、演算部３１は、シミュレーション結果が収束したか否かを判定する（ステップＳ２５）。シミュレーション結果が収束していないと判定した場合（ステップＳ２５：ＮＯ）、演算部３１は、処理をステップＳ１７へ戻し、ステップＳ１７～ステップＳ２５の処理を繰り返し実行する。

【0060】

シミュレーション結果が収束したと判定した場合（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、演算部３１は解析結果を表示部３４に表示し（ステップＳ２６）、処理を終える。

【0061】

図８は、実施形態１に係るシミュレーション結果の表示例を示す模式図である。図８に示すグラフの横軸は変数ｉ、すなわちスクリュ１２の長手方向における位置を示している。図８に示す複数のグラフの縦軸は、滞留時間、充満率、トルク、固相率、温度、圧力を示している。演算部３１は、図８に示すように、押出機軸方向における原料樹脂の滞留時間、充満率、トルク、固相率、原料樹脂の温度又は樹脂圧力の分布を示すデータを出力し、当該分布を示す画像を表示パネル２０ａに表示する。

【0062】

このように構成されたシミュレーション装置３などによれば、シミュレーションに必要な解析条件を自動設定することができ、解析条件を手動で入力する負担を軽減することができる。

【0063】

具体的には、シミュレーション装置３は、押出機１の制御装置２から設定データを取得して初期設定する構成であるため、押出条件データをシミュレーション装置３に入力する負担を削減することができる。

【0064】

また、シミュレーション装置３は、押出機１に設けられた温度センサ１５及び圧力センサ１６から温度データ及び圧力データを取得し、樹脂の特性を特定して初期設定する構成であるため、樹脂物性データをシミュレーション装置３に入力する負担を削減することができる。
より具体的には、シミュレーション装置３は、原料樹脂の粘度を特定し、特定された粘度をキーにして樹脂特性テーブル３５を参照することによって、原料樹脂の種々の特性を特定することができる。従って、原料樹脂の粘度、原料樹脂の固体の密度、熱伝導率及び比熱、原料樹脂の溶融体の密度、熱伝導率及び比熱、溶融熱量、融点などのデータの入力負担を削減することができる。

【0065】

更に、シミュレーション装置３は、撮像装置４からスクリュ画像及びシリンダ画像を取得して解析することによって、スクリュ構成データを初期設定する構成であるため、スクリュ構成データをシミュレーション装置３に入力する負担を削減することができる。

【0066】

更にまた、演算部３１は、押出機軸方向における原料樹脂の滞留時間、充満率、トルク、固相率、原料樹脂の温度又は樹脂圧力の分布を示すデータを出力し、当該分布を示す画像を表示することができる。

【0067】

なお、本実施形態では、シミュレーション装置３の一例として押出機１を例示したが、射出成形機、その他の産業機械に本発明を適用してもよい。

【0068】

更に、シミュレーション方法の一例としてＦＡＮ（Flow Analysis Network）法を例示したが、有限要素法、有限堆積法、粒子法など、他のシミュレーション手法を用いて、押出機１、その他の産業機械の挙動をシミュレートするように構成してもよい。

【0069】

更に、制御装置２及び撮像装置４から設定データ、測定データ、画像データを取得する例を説明したが、これらのデータのいずれかを取得してシミュレーション装置３に初期設定するように構成してもよい。手動で初期設定が必要な解析条件を一部削減することができ、解析条件を入力する負担を削減することができる。

【0070】

（実施形態２）
実施形態２に係る押出機システムは、制御装置２がシミュレーション装置３として機能する点と、押出機１の運転制御を行いながらリアルタイムでシミュレーションを実行して解析結果を表示する点が実施形態１と異なる。その他の構成は、実施形態１に係るシミュレーション装置３と同様であるため、同様の箇所には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

【0071】

実施形態２に係る制御装置２の記憶部２２は、実施形態１に係るシミュレーション装置３の記憶部３２が記憶していたシミュレーションプログラム３２ａ、樹脂特性テーブル３５，第１学習モデル３６及び第２学習モデル３７を記憶する。制御部２１は、シミュレーションプログラム３２ａを実行することによって、実施形態１に係るシミュレーション装置３と同様の処理を実行する。また、制御装置２の通信部２５は、撮像装置４から画像データを取得する。

【0072】

図９は、実施形態２に係る制御装置２の処理手順を示すフローチャートである。制御装置２の制御部２１は、押出機１の押出機１の運転条件を示すデータを操作部２０ｂにて受け付け、受け付けた運転条件を設定する（ステップＳ５１）。運転条件は、実施形態１と同様であり、押出機サイズ、押出量、スクリュ回転数、シリンダ温度などが含まれる。

【0073】

次いで、制御部２１は、設定された運転条件に従って、押出機１の動作を制御する（ステップＳ５２）。そして、制御部２１は、押出機１の制御と共に、実施形態１で説明したシミュレーション処理を実行する（ステップＳ５３）。シミュレーション手順は実施形態１と同様である。ただし、制御部２１は、設定データを記憶部２２から読み出すことによって取得し、温度データ及び圧力データを信号入力部２４から取得する。そして、制御部２１は、解析結果を表示パネル２０ａにリアルタイム表示する（ステップＳ５４）。

【0074】

図１０は、実施形態２に係るシミュレーション結果の表示例を示す模式図である。制御部２１は、シミュレーション装置３の演算部３１と同様、解析結果を表示パネル２０ａに表示する。例えば、制御部２１は、押出機軸方向における充満率、樹脂温度、樹脂圧力の分布を示すグラフを表示する。なお、制御部２１は、温度センサ１５及び圧力センサ１６によって測定された温度及び圧力の実測値を、解析結果である樹脂温度及び樹脂圧力のグラフに重畳表示させるように構成してもよい。
また、制御部２１は、制御装置２に設定されている運転条件、温度センサ１５及び圧力センサ１６によって測定された測定値のデータなども合わせて表示パネル２０ａに表示するとよい。
更に、制御部２１は、測定値と、シミュレーション処理によって得られた解析結果である予測値とを対比したテーブルを表示パネル２０ａに表示してもよい。

【0075】

実施形態２によれば、押出機１の操作パネル２０に、原料樹脂の滞留時間、充満率、トルク、固相率、原料樹脂の温度又は樹脂圧力の分布を示すデータをリアルタイムで表示することができる。

【符号の説明】

【0076】

１ 押出機
２ 制御装置
３ シミュレーション装置
４ 撮像装置
１１ シリンダ
１１ａホッパ
１２ スクリュ
１２ａ スクリュ根本節点
１２ｂ スクリュ先端節点
１３ 回転モータ
１４ フィーダ
１５ 温度センサ
１６ 圧力センサ
２０ 操作パネル
２０ａ 表示パネル
２０ｂ 操作部
２１ 制御部
２２ 記憶部
２３ 制御信号出力部
２４ 信号入力部
２５ 通信部
３０ 記録媒体
３１ 演算部
３２ 記憶部
３３ 通信部
３４ 表示部
３２ａ シミュレーションプログラム
３５ 樹脂特性テーブル
３６ 第１学習モデル
３７ 第２学習モデル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】