(57)【要約】 【課題】  製品を生産する際の作業時間を正確に見積ることができる作業時間見積り装置を提供する。【解決手段】  ３Ｄデータ配置部１５ａは、作業動作入力部１５ｂによって入力された動作指示データに従って、仮想工場レイアウトで作業する仮想作業者の動作を制御する。作業動作計測部１５ｄは、仮想の３次元空間における仮想作業者の身体の各部位、たとえば各関節および各先端の位置を計算する。身体変動計測部２０は、作業動作計測部１５ｄが計算した各部位の位置の移動量に基づいて、仮想作業者の身体の各部位の移動距離を絶対移動距離として計算する。変動距離計算部２１は、身体変動計測部２０によって計算された各部位の絶対移動距離から、各部位の階層構造に従って相対移動距離を計算する。作業時間計算部２４は、相対移動距離に対応する作業時間を示すテーブルを用いて、変動距離計算部２１よって計算された相対移動距離に基づいて作業時間を計算する。【選択図】      図１
2006133867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
仮想の３次元空間において製品を生産するための作業を行う仮想の作業者の身体の各部位が移動した絶対移動距離を計算する絶対移動距離計算手段と、
前記絶対移動距離計算手段によって計算された各部位の絶対移動距離に基づいて、前記仮想の作業者の身体の各部位について、基準部位に対する着目部位の相対的な相対移動距離を計算する相対移動距離計算手段と、
前記相対移動距離計算手段によって計算された相対移動距離に基づいて、前記製品を生産するための作業を行う作業時間を計算する作業時間計算手段とを含むことを特徴とする作業時間見積り装置。
【請求項２】
複数の部品を用いて生産される製品に関する製品データ、その製品に含まれる部品に関する部品データ、および前記製品を生産するための生産設備のレイアウトに関するレイアウトデータを記憶する環境データ記憶手段と、
前記環境データ記憶手段に記憶されたレイアウトデータに基づいて、仮想の３次元空間に仮想の生産設備を構築し、その構築した仮想の生産設備に、前記環境データ記憶手段に記憶された製品データに基づく仮想の製品と、前記環境データ記憶手段に記憶された部品データに基づく仮想の部品と、前記仮想の作業者とを配置し、その配置した仮想の作業者の動作を制御する仮想空間制御手段と、
前記仮想空間制御手段によって構築された仮想の生産設備と、その仮想の生産設備に配置された前記仮想の製品、前記仮想の部品、および前記仮想の作業者とを表示する表示手段と、
前記仮想の作業者の動作を指示するための動作指示データを入力する動作入力手段と、
前記作業時間計算手段によって計算された作業時間を記憶する作業時間記憶手段と、
前記作業時間記憶手段に記憶された作業時間を出力する出力手段とを含み、
前記絶対移動距離計算手段は、前記動作入力手段によって入力された動作指示データに基づいて前記仮想空間制御手段が制御する前記仮想の作業者の動作において、前記仮想の作業者の身体の各部位が移動した絶対移動距離を計算することを特徴とする請求項１に記載の作業時間見積り装置。
【請求項３】
前記環境データ記憶手段は、さらに前記製品を生産するときに用いられる治具に関する治具データを記憶し、
前記仮想空間制御手段は、前記環境データ記憶手段に記憶された治具データに基づく仮想の治具を、前記仮想の生産設備に配置し、
前記表示手段は、前記仮想空間制御手段によって前記仮想の生産設備に配置された仮想の治具を表示することを特徴とする請求項２に記載の作業時間見積り装置。
【請求項４】
前記相対移動距離計算手段によって計算された相対移動距離に対応する前記作業時間を示す作業時間データを記憶する作業時間データ記憶手段を含み、
前記作業時間計算手段は、前記作業時間データ記憶手段に記憶された作業時間データに基づいて、前記作業時間を計算することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の作業時間見積り装置。
【請求項５】
前記環境データ記憶手段に記憶された部品データは、部品の重量、滑り度、硬度、温度、外形寸法、および体積に関するデータのうち少なくとも１つのデータを含み、
前記作業時間計算手段は、前記部品データに含まれる部品の重量、滑り度、硬度、温度、外形寸法、および体積に関するデータのうち少なくとも１つのデータに基づいて、前記作業時間を計算することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の作業時間見積り装置。
【請求項６】
前記製品を生産するために行われる複数の作業とその複数の作業の順序とを示す作業手順に関する作業手順データを記憶する作業手順データ記憶手段を含み、
前記作業時間計算手段は、前記作業手順データ記憶手段に記憶された作業手順データが示す作業手順の作業毎に作業時間を計算することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の作業時間見積り装置。
【請求項７】
前記環境データ記憶手段は、前記複数の作業の難易度に関するデータを記憶し、
前記作業時間計算手段は、前記環境データ記憶手段に記憶された作業の難易度に関するデータが示す作業の難易度に基づいて、前記作業時間を計算することを特徴とする請求項６に記載の作業時間見積り装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製品を生産する際の作業時間を見積る作業時間見積り装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータを利用して、製品設計を支援する３次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）システムが用いられるようになり、製品開発作業の効率化が図られている。さらにこの３次元ＣＡＤシステムを用いて設計された製品の３次元データは、生産準備等に活用されている。たとえば製品の試作機を製作する前の段階で、製品を生産するときの作業時間を見積ることができる。
【０００３】
３次元ＣＡＤシステムを利用した従来技術として、作業内容と作業時間との関係を示す対応テーブルを作成しておくことによって、作業時間の見積りを可能としたコスト見積り支援システムがある。この作業内容は、３次元ＣＡＤシステムを利用して製品の３次元モデルを作成する際に入力された情報に基づいて決定され、または３次元ＣＡＤシステムを利用して作成された３次元モデルを表す情報から抽出される（たとえば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２４５０７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来技術は、作業時間を見積るために、作業内容と作業時間との対応テーブルを、見積りを行う前に作成しておく必要がある。この対応テーブルには、部品および治具などを準備する準備作業の時間が含まれておらず、または含まれていたとしても経験から求められた時間であり、作業時間を正確に見積ることができないという問題がある。さらに、この対応テーブルに含まれていない準備作業などの作業時間の見積りは、人手によって行う必要があり、人為的なミスによって見積り漏れが発生することがあるという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、製品を生産する際の作業時間を正確に見積ることができる作業時間見積り装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、仮想の３次元空間において製品を生産するための作業を行う仮想の作業者の身体の各部位が移動した絶対移動距離を計算する絶対移動距離計算手段と、
前記絶対移動距離計算手段によって計算された各部位の絶対移動距離に基づいて、前記仮想の作業者の身体の各部位について、基準部位に対する着目部位の相対的な相対移動距離を計算する相対移動距離計算手段と、
前記相対移動距離計算手段によって計算された相対移動距離に基づいて、前記製品を生産するための作業を行う作業時間を計算する作業時間計算手段とを含むことを特徴とする作業時間見積り装置である。
【０００８】
本発明に従えば、絶対移動距離計算手段によって、仮想の３次元空間において製品を生産するための作業を行う仮想の作業者の身体の各部位が移動した絶対移動距離が計算され、相対移動距離計算手段によって、前記絶対移動距離計算手段によって計算された各部位の絶対移動距離に基づいて、前記仮想の作業者の身体の各部位について、基準部位に対する着目部位の相対的な相対移動距離が計算され、作業時間計算手段によって、前記相対移動距離計算手段によって計算された相対移動距離に基づいて、前記製品を生産するための作業を行う作業時間が計算される。
【０００９】
このようにして、仮想の３次元空間で製品を生産するための作業を行う仮想の作業者の身体の各部位の相対移動距離に基づいて作業時間を計算するので、製品を生産する際の作業時間を正確に見積ることができる。
【００１０】
また本発明は、複数の部品を用いて生産される製品に関する製品データ、その製品に含まれる部品に関する部品データ、および前記製品を生産するための生産設備のレイアウトに関するレイアウトデータを記憶する環境データ記憶手段と、
前記環境データ記憶手段に記憶されたレイアウトデータに基づいて、仮想の３次元空間に仮想の生産設備を構築し、その構築した仮想の生産設備に、前記環境データ記憶手段に記憶された製品データに基づく仮想の製品と、前記環境データ記憶手段に記憶された部品データに基づく仮想の部品と、前記仮想の作業者とを配置し、その配置した仮想の作業者の動作を制御する仮想空間制御手段と、
前記仮想空間制御手段によって構築された仮想の生産設備と、その仮想の生産設備に配置された前記仮想の製品、前記仮想の部品、および前記仮想の作業者とを表示する表示手段と、
前記仮想の作業者の動作を指示するための動作指示データを入力する動作入力手段と、
前記作業時間計算手段によって計算された作業時間を記憶する作業時間記憶手段と、
前記作業時間記憶手段に記憶された作業時間を出力する出力手段とを含み、
前記絶対移動距離計算手段は、前記動作入力手段によって入力された動作指示データに基づいて前記仮想空間制御手段が制御する前記仮想の作業者の動作において、前記仮想の作業者の身体の各部位が移動した絶対移動距離を計算することを特徴とする。
【００１１】
本発明に従えば、仮想の３次元空間に構築された仮想の生産設備で動作する仮想の作業者を、動作入力手段によって入力された動作指示データに基づいて制御して、仮想の作業者の身体の各部位の相対移動距離に基づいて作業時間を計算するので、製品を生産する際の作業時間を正確に見積ることができる。
【００１２】
また本発明は、前記環境データ記憶手段は、さらに前記製品を生産するときに用いられる治具に関する治具データを記憶し、
前記仮想空間制御手段は、前記環境データ記憶手段に記憶された治具データに基づく仮想の治具を、前記仮想の生産設備に配置し、
前記表示手段は、前記仮想空間制御手段によって前記仮想の生産設備に配置された仮想の治具を表示することを特徴とする。
【００１３】
本発明に従えば、製品を生産するときに用いる治具に関する治具データを記憶し、記憶した治具データに基づく仮想の治具を仮想の生産設備に配置して、仮想の作業者が行う作業の作業時間を計算するので、治具を用いた作業時間を見積ることができる。
【００１４】
また本発明は、前記相対移動距離計算手段によって計算された相対移動距離に対応する前記作業時間を示す作業時間データを記憶する作業時間データ記憶手段を含み、
前記作業時間計算手段は、前記作業時間データ記憶手段に記憶された作業時間データに基づいて、前記作業時間を計算することを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、相対移動距離と作業時間との対応を示す作業時間データを用いて計算するので、相対移動距離から簡単に作業時間を見積ることができる。
【００１６】
また本発明は、前記環境データ記憶手段に記憶された部品データは、部品の重量、滑り度、硬度、温度、外形寸法、および体積に関するデータのうち少なくとも１つのデータを含み、
前記作業時間計算手段は、前記部品データに含まれる部品の重量、滑り度、硬度、温度、外形寸法、および体積に関するデータのうち少なくとも１つのデータに基づいて、前記作業時間を計算することを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、部品の重量、滑り度、硬度、温度、外形寸法、および体積などに基づいて作業時間を計算するので、部品の重量、滑り度、硬度、温度、外形寸法、および体積などを考慮した作業時間を見積ることができる。
【００１８】
また本発明は、前記製品を生産するために行われる複数の作業とその複数の作業の順序とを示す作業手順に関する作業手順データを記憶する作業手順データ記憶手段を含み、
前記作業時間計算手段は、前記作業手順データ記憶手段に記憶された作業手順データが示す作業手順の作業毎に作業時間を計算することを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、製品を生産するために行われる複数の作業とその複数の作業の順序とを示す作業手順に関する作業手順データを記憶し、記憶した作業手順の作業毎に作業時間を計算するので、作業を分割すれば、より小さい単位の作業の作業時間を見積ることができる。
【００２０】
また本発明は、前記環境データ記憶手段は、前記複数の作業の難易度に関するデータを記憶し、
前記作業時間計算手段は、前記環境データ記憶手段に記憶された作業の難易度に関するデータが示す作業の難易度に基づいて、前記作業時間を計算することを特徴とする。
【００２１】
本発明に従えば、作業の難易度に基づいて作業時間を計算するので、作業の難易度を考慮した作業時間を見積ることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、仮想の３次元空間で製品を生産するための作業を行う仮想の作業者の身体の各部位の相対移動距離に基づいて作業時間を計算するので、人手によって作業時間を見積るときに発生する人為的なミスおよび見積り漏れを防ぐことができ、正確な作業時間を見積ることができる。さらに製品の試作機を製作する前の段階で、製品を生産する際の作業時間を正確に見積ることができるので、計画的に工場の生産計画、および人材配置計画などを立てることができる。
【００２３】
本発明によれば、仮想の３次元空間に構築された仮想の生産設備で動作する仮想の作業者を、動作入力手段によって入力された動作指示データに基づいて制御して、仮想の作業者の身体の各部位の相対移動距離に基づいて作業時間を計算するので、現実の生産環境に近い仮想の生産環境でのシミュレーションによって作業時間を見積ることができ、製品を生産する際の作業時間を正確に見積ることができる。
【００２４】
本発明によれば、製品を生産するときに用いる治具に関する治具データを記憶し、記憶した治具データに基づく仮想の治具を仮想の生産設備に配置して、仮想の作業者が行う作業の作業時間を計算するので、治具を用いた作業時間を見積ることができ、異なった治具に対しても作業時間を正確に見積ることができる。
【００２５】
本発明によれば、相対移動距離と作業時間との対応を示す作業時間データを用いて計算するので、相対移動距離がわかれば簡単にかつ正確に作業時間を見積ることができる。
【００２６】
本発明によれば、部品毎の重量、滑り度、硬度、温度、外形寸法、および体積などに基づいて作業時間を計算するので、部品の重量、滑り度、硬度、温度、外形寸法、および体積などを考慮した作業時間を見積ることができ、これらの影響を受ける作業時間を正確に見積ることができる。
【００２７】
本発明によれば、製品を生産するために行われる複数の作業とその複数の作業の順序とを示す作業手順に関する作業手順データを記憶し、記憶した作業手順の作業毎に作業時間を計算するので、作業を分割すれば、より小さい単位の作業の作業時間を正確に見積ることができる。
【００２８】
本発明によれば、作業の難易度に基づいて作業時間を計算するので、作業の難易度を考慮した作業時間を見積ることができ、作業の難易度が異なっても作業時間を正確に見積ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１は、本発明の実施の一形態である作業時間見積り計算装置１の機能ブロック図である。作業時間見積り装置である作業時間見積り計算装置１は、３Ｄ（3-Dimension）データ記憶部１０、３Ｄデータ作成部１１、組立手順記憶部１２、組立手順作成部１３、組立手順編集部１４、ＶＲ（Virtual Reality）空間制御部１５、身体変動計測部２０、変動距離計算部２１、マスタデータ記憶部２２、マスタデータ作成部２３、作業時間計算部２４、および作業時間記憶部２５を含んで構成される。
【００３０】
３Ｄデータ記憶部１０は、少なくとも３次元のデータである３Ｄデータ、たとえば複数の部品を用いて生産される製品に関する３Ｄ製品データ１０ａ、製品を生産するための生産設備のレイアウトに関する工場レイアウトデータ１０ｂ、製品を生産するときに用いる治具に関する治具データ１０ｃ、および製品に含まれる部品に関する図示しない部品データなどを記憶する。生産設備のレイアウトは、たとえば作業机および作業棚などの配置を示すレイアウトである。図に示した点線は、３Ｄ製品データ１０ａ、工場レイアウトデータ１０ｂ、および治具データ１０ｃが３Ｄデータ記憶部１０に記憶されていることを示している。以下、図１に示した点線は、データがそれぞれの記憶部に記憶されていることを示す。
【００３１】
３Ｄデータ作成部１１は、３ＤＣＡＤ（Computer Aided Design）ソフト等のアプリケーションプログラムの実行によって実現される機能であり、３Ｄデータを作成し、作成した３Ｄデータを３Ｄデータ記憶部１０に記憶する。製品を構成する複数の部品については、部品毎に部品データを作成し、作成した部品毎の部品データを組み合わせて３Ｄ製品データ１０ａとして３Ｄデータ記憶部１０に記憶する。
【００３２】
組立手順記憶部１２は、組立作業者が製品を生産するとき、つまり製品を組み立てるときに行なう作業とその作業の順序とを示す組立手順に関する組立手順データ１２ａを記憶する。組立手順作成部１３は、組立手順データ１２ａを作成する。組立手順編集部１４は、組立手順データ１２ａを編集することができ、作業時間の見積り結果が満足なものではないときなどに編集が行われる。組立手順が作業手順である。
【００３３】
図２は、図１に示した作業時間見積り計算装置１で用いられる組立手順表の一例を示す図である。組立手順表は、組立作業者が行う一連の組立作業を分割し、分割した作業を、作業を行う順序で示した表である。組立手順表は、「作業順番」および「作業内容」の２つの欄から構成され、「作業順番」欄には作業を行う順序を示す番号、「作業内容」欄には作業の内容が記載されている。たとえば図２に示した組立手順表は、一本のネジを締める組立作業を分割した組立手順であり、「作業順番」として、「１」〜「６」の番号が記載され、「作業内容」として、各番号に対応して、「ネジを箱から取り出す」、「電動ドライバを準備」、「ネジを持ち替え」、「ネジを位置決め」、「電動ドライバを位置決め」、および「ネジ締め」の作業が記載されている。
【００３４】
このように、一本のネジを締める組立作業を複数の作業に分割すれば、分割した作業の個々の作業時間を細かく見積ることができる。逆にネジを締める一連の組立作業を１つの作業として組立手順を作成すると、ネジを締める一連の組立作業の作業時間を見積ることができる。
【００３５】
図１を参照して、ＶＲ空間制御部１５は、３Ｄデータ配置部１５ａ、作業動作入力部１５ｂ、ＶＲ映像表示部１５ｃ、および作業動作計測部１５ｄを含んで構成される。３Ｄデータ配置部１５ａは、３Ｄデータ記憶部１０に記憶された工場レイアウトデータ１０ｂに基づいて、仮想の３次元空間であるＶＲ空間に、仮想の工場レイアウトである仮想工場レイアウトを構築する。さらにその仮想工場レイアウトに、３Ｄデータ記憶部１０に記憶された３Ｄ製品データ１０ａに基づく仮想の製品、３Ｄデータ記憶部１０に記憶された部品データに基づく仮想の部品、３Ｄデータ記憶部１０に記憶された治具データ１０ｃに基づく仮想の治具、およびその仮想工場レイアウトにおいて動作する仮想の作業者である仮想作業者を配置する。仮想工場レイアウトが仮想の生産設備である。
【００３６】
作業動作入力部１５ｂは、仮想工場レイアウトにおける仮想作業者の動作を指示するための動作指示データを入力する入力装置である。入力装置は、たとえば操作者に装着される身体変動計測装置であり、磁気センサー、超音波センサー、または光学センサーなどを用いたものである。３Ｄデータ配置部１５ａは、作業動作入力部１５ｂによって入力された動作指示データに従って、仮想工場レイアウトで作業する仮想作業者の動作を制御する。
【００３７】
ＶＲ映像表示部１５ｃは、たとえば３Ｄデータ配置部１５ａによって構築された仮想工場レイアウトと、３Ｄデータ配置部１５ａによってその仮想工場レイアウトに配置された仮想の製品、仮想の部品、および仮想の治具と、３Ｄデータ配置部１５ａによって制御されて動作する仮想作業者とを、３次元の映像として表示する表示装置である。表示装置は、たとえば両眼視差を利用したＨＭＤ（Head Mounted Display）と称されるヘッドマウントディスプレイ、あるいは偏光眼鏡または液晶シャッター眼鏡を利用した３Ｄモニタまたは３Ｄプロジェクタなどである。両眼視差を利用して立体的な没入感を体感することができるので、正確な作業時間を見積ることができる。
【００３８】
さらにＶＲ映像表示部１５ｃは、組立手順データ１２ａに基づく組立手順表を表示する。その際、組立手順表の中のどの作業を仮想作業者が行うべきかを特定することができる識別情報を表示する。たとえば仮想作業者が行うべき作業の項目欄の色を他の項目欄とは異なった色にして表示する。
【００３９】
作業動作計測部１５ｄは、仮想の３次元空間における仮想作業者の身体の各部位、たとえば各関節および各先端の位置を計算する。身体変動計測部２０は、作業動作計測部１５ｄが計算した各部位の位置の移動量に基づいて、仮想作業者の身体の各部位の移動距離を絶対移動距離として計算する。このときＶＲ空間制御部１５は、身体変動計測部２０に、見積りを行う対象の作業が組立手順の中のどの作業であるかを通知し、組立手順の作業毎に、各部位の絶対移動距離を計算させる。変動距離計算部２１は、身体変動計測部２０によって計算された各部位の絶対移動距離から、相対移動距離を部位毎に計算する。相対移動距離の計算方法は、後述する。
【００４０】
マスタデータ記憶部２２は、組立作業者の身体の各部位の関係を階層構造で表した階層構造データと、各部位の相対移動距離に対応する作業時間をテーブルで表したマスタデータとを記憶している。マスタデータ作成部２３は、階層構造データおよびマスタデータを作成して、マスタデータ記憶部２２に記憶する。マスタデータは、組立作業者が作業を行うとき動作する身体の各部位、たとえば指、手首、頭、および腰などのすべての関節および先端に対してテーブル化することが望ましい。
【００４１】
図３は、組立作業者の身体の各部位の関係を階層構造で表した一例を示す図である。この例の階層構造では、組立作業者の身体の部位は、すべての関節および先端であり、最も上位の層の部位を腰３０とし、最も下位の層の部位を指の先端として表している。隣接する層にある連結された２つの部位のうちで、上位の層の部位を親関節および下位の層の部位を子関節と定義する。たとえば手首の関節３１を親関節とすると、親指第一の関節３２は手首の関節３１に対する子関節であり、親指第二の関節は親指第一の関節３２の子関節である。この例では、親関節が基準部位であり、子関節が着目部位である。以下、関節および先端をまとめて関節ということがある。
【００４２】
図４は、図１に示したマスタデータ記憶部２２に記憶されたマスタデータの一例を示す図である。この例のマスタデータは、親指第一の関節３２の相対移動距離に対応する作業時間を示すテーブルである。このテーブルには、「親指第一関節の移動量（ｍｍ）」および「作業時間（ｍｓｅｃ）」の２つの欄があり、親指第一関節の移動量「〜１０」、「１０〜２０」、「２０〜３０」、および「３０〜４０」に対して、それぞれ作業時間「１０」、「２３」、「３３」、および「４４」が示されている。
【００４３】
図５は、図１に示したマスタデータ記憶部２２に記憶されたマスタデータの他の例を示す図である。この例のマスタデータは、腰の関節３０の相対移動距離に対応する作業時間を示すテーブルである。このテーブルには、「腰の関節の移動量（ｍｍ）」および「作業時間（ｍｓｅｃ）」の２つの欄があり、腰の関節の移動量「〜１０」、「１０〜２０」、「２０〜３０」、および「３０〜４０」に対して、それぞれ作業時間「２２」、「３０」、「５０」、および「６０」が示されている。
【００４４】
マスタデータ記憶部２２には、マスタデータに代えて、作業時間を計算によって求めるための数式を記憶してもよい。たとえば作業時間と相対移動距離との関係が比例関係にあるときは、式（１）に示す数式を用いればよい。
作業時間＝Ｋ＊相対移動距離                                      …（１）
作業時間は、相対移動距離と定数Ｋとを乗算することによって求めることができる。定数Ｋは関節毎に決まる定数であり、この定数Ｋも数式とともにマスタデータ記憶部２２に記憶する。
【００４５】
図１を参照して、作業時間計算部２４は、マスタデータ記憶部２２に記憶されたマスタデータを用いて、変動距離計算部２１よって計算された相対移動距離に基づいて、各部位の作業時間を計算する。作業時間計算部２４は、求めた作業時間を、組立手順の作業毎に関連付けて、作業時間記憶部２５に記憶する。
【００４６】
作業時間見積り計算装置１は、図示しないコンピュータ、記憶部、入力部、および出力部を含んで構成される。作業時間見積り計算装置１のコンピュータ上で実行されるプログラムは、３Ｄデータ作成部１１、組立手順作成部１３、組立手順編集部１４、ＶＲ空間制御部１５、身体変動計測部２０、変動距離計算部２１、マスタデータ作成部２３、および作業時間計算部２４などの機能を実現するプログラムである。
【００４７】
記憶部は、プログラムを記憶する半導体メモリなどの記憶装置、および上述したマスタデータなどのデータを記憶する磁気ディスク装置などの記憶装置を含んで構成される。入力部は、作業時間を見積るために必要となるデータなどを入力するキーボードおよびマウスなどの入力装置である。出力部は、ユーザが必要とする情報を出力する液晶ディスプレイなどの表示画面を有する表示装置、または紙などにプリント出力する印刷装置などの出力装置である。作業時間記憶部２５に記憶された作業時間を、この出力部に出力することによって、見積りを行った作業時間をユーザに提供することができる。
【００４８】
３Ｄデータ記憶部１０、組立手順記憶部１２、マスタデータ記憶部２２、および作業時間記憶部２５は、上述した記憶部に含まれる磁気ディスク装置などの記憶装置である。３Ｄデータ記憶部１０が環境データ記憶手段、組立手順記憶部１２が作業手順データ記憶手段、３Ｄデータ配置部１５ａが仮想空間制御手段、作業動作入力部１５ｂが動作入力手段、ＶＲ映像表示部１５ｃが表示手段、身体変動計測部２０が絶対移動距離計算手段、変動距離計算部２１が相対移動距離計算手段、マスタデータ記憶部２２が階層構造データ記憶手段および作業時間データ記憶手段、作業時間計算部２４が作業時間計算手段、作業時間記憶部２５が作業時間記憶手段、および出力部が出力手段である。
【００４９】
３Ｄ製品データ１０ａが製品データ、工場レイアウトデータ１０ｂがレイアウトデータ、およびマスタデータが作業時間データである。
【００５０】
図６は、図１に示した作業時間見積り計算装置１が行う作業時間見積り処理の一例を示すフローチャートである。作業時間見積り計算装置１の電源が投入され、作業時間を見積る準備が整った後ステップＳ１に移り、作業時間見積り計算装置１のコンピュータがこのフローチャートの処理を実行する。
【００５１】
ステップＳ１では、作業時間の見積りを行う前の準備処理として、３Ｄデータ作成部１１によって、３Ｄ製品データ１０ａ、工場レイアウトデータ１０ｂ、治具データ１０ｃ、および部品データなどの３Ｄデータを作成し、３Ｄデータ記憶部１０に記憶する。ステップＳ２では、さらに準備処理として、マスタデータ作成部２３によって、組立作業者の身体の各部位の関係を階層構造で表した階層構造データと、組立作業者の身体の各部位の相対移動距離に対応する作業時間をテーブルで表したマスタデータとを作成し、マスタデータ記憶部２２に記憶する。
【００５２】
ステップＳ３では、組立手順作成部１３によって、製品を組み立てるために組立作業者が行う作業のうち、作業時間を見積る対象の作業と、作業が複数のときはその複数の作業を行う順序とを決定する。決定した作業と順序とを、組立手順データ１２ａとして組立手順記憶部１２に記憶する。作業時間見積り計算装置１を用いて作業時間を見積った結果が満足なものではなく、見積りをやり直すときは、組立手順編集部１４によって、組立手順記憶部１２に記憶した組立手順データ１２ａを編集する。見積った結果が満足なものであるか否かの判定は、たとえば見積った作業時間を予め定めた基準時間と比較して、その基準時間に達しているか否かによって判定してもよいし、見積った結果を上述した出力部に出力し、ユーザがその出力を見て満足なものであるか否かを判定し、上述した入力部からその判定結果を指示してもよい。
【００５３】
ステップＳ４では、ＶＲ空間制御部１５は、３Ｄデータ配置部１５ａによって、仮想の３次元空間であるＶＲ空間を設定し、設定したＶＲ空間に、３Ｄデータ記憶部１０に記憶された工場レイアウトデータ１０ｂに基づいて仮想工場レイアウトを構築する。さらにその仮想工場レイアウトに、３Ｄデータ記憶部１０に記憶された３Ｄ製品データ１０ａに基づく仮想の製品と、３Ｄデータ記憶部１０に記憶された部品データに基づく仮想の部品と、３Ｄデータ記憶部１０に記憶された治具データ１０ｃに基づく仮想の治具と、その仮想工場レイアウトにおいて動作する仮想作業者とを配置する。
【００５４】
図７は、図１に示したＶＲ映像表示部１５ｃに表示したＶＲ空間４０の一例を示す図である。ＶＲ空間４０に表示した仮想工場レイアウトは、セル生産方式よる工場レイアウトである。工場レイアウトは、図７に示した屋台形式によるセル生産方式でもよいが、ライン作業のようにベルトコンベアを用いた形式でもよい。
【００５５】
仮想工場レイアウトには、仮想の作業台４１、仮想の作業棚４２、仮想作業者４３、仮想の製品４４、仮想のネジ受容器４５、仮想のネジ４６、および仮想の電動ドライバ４７などが配置される。仮想のネジ４６は仮想の作業棚４２の上に配置された仮想のネジ受容器４５の中に配置され、仮想の製品４４および仮想の電動ドライバ４７は仮想の作業台４１の上に配置され、仮想作業者４３は仮想の作業台４１の手前に配置されている。仮想のネジ受容器４５、仮想のネジ４６、および仮想の電動ドライバ４７などは、３Ｄデータ配置部１５ａによって、ＶＲ空間４０の任意の位置、たとえばコンピュータなどを用いて生成することができる擬似乱数に基づいて決めた位置に配置される。
【００５６】
ＶＲ映像表示部１５ｃには、作業手順表４８も表示され、作業手順表４８に示された作業のうち、次に見積りを行う対象の作業に対応する順番欄と作業内容欄とに、たとえば網掛けなどの識別情報が示される。この例では、順番「３」の作業内容「ネジを持ち替え」の作業４８ａが見積りを行う対象の作業である。この識別情報は、その作業の見積りが終了すると次の作業の欄に示される。
【００５７】
図６を参照して、ステップＳ５では、作業時間見積り計算装置１を利用して作業時間を見積った結果が満足なものではなく、見積りをやり直すときは、３Ｄデータ作成部１１によって、たとえば工場レイアウトデータ１０ｂおよび治具データ１０ｃなどを編集して、ＶＲ空間４０における仮想の作業台４１、仮想の作業棚４２、仮想のネジ受容器４５、および電動ドライバ４７などの配置を変更する。
【００５８】
ステップＳ６では、３Ｄデータ配置部１５ａは、作業動作入力部１５ｂによって入力された動作指示データに基づいて、ＶＲ空間４０内の仮想作業者４３を動作させる。作業動作入力部１５ｂは、たとえば操作者に装着された身体変動計測装置であり、操作者が動作することによって得られる動作指示データを、３Ｄデータ配置部１５ａおよび作業動作計測部１５ｄに提供する。操作者は、ＶＲ映像表示部１５ｃに表示されたＶＲ空間４０内の仮想作業者４３の動作を確認しながら、ＶＲ映像表示部１５ｃに表示された作業手順表４８が示す見積りを行う対象の作業の動作を行う。この例では、作業手順表４８に示されたる複数の作業、たとえばネジ４６をネジ受容器４５から取り出し、電動ドライバ４７を用いてネジを締めるなどの作業を順次行う。
【００５９】
３Ｄデータ配置部１５ａは、作業動作入力部１５ｂから提供された動作指示データに基づいて、仮想作業者４３を動作させる。作業動作計測部１５ｄは、作業動作入力部１５ｂから提供された動作指示データに基づいて、作業者の身体の各部位の位置を計算する。
【００６０】
図８は、図１に示した作業動作入力部１５ｂの一例を示す図である。この例は、作業動作入力部１５ｂとして、光学センサーを用いた身体変動計測装置を用いており、現実の作業者の手５０に光学センサー５１を取り付けた例である。光センサー５１は、手５０の各関節および各指の先端にそれぞれ１つ装着されている。この光センサー５１が装着されている手５０の各関節および各指の先端は、図３に示した階層構造のうち、手首３１の関節および手首３１より下位の各関節および各指の先端に対応している。
【００６１】
図９は、図８に示した手５０に装着した光センサー５１の一部が移動する前後の状態を模式的に示した図である。光センサー５２が光センサー５２ａの位置に移動し、光センサー５３が光センサー５３ａの位置に移動している。光センサー５２および光センサー５３の移動距離は、それぞれΔＰおよびΔＣである。
【００６２】
図６を参照して、ステップＳ７では、身体変動計測部２０によって、作業動作計測部１５ｄで計算された各関節および各先端の位置の移動量に基づいて、仮想作業者４３の身体の各関節および各先端の移動距離を絶対移動距離として計算する。各関節および各先端の絶対移動距離は、３次元のＶＲ空間４０において、光センサーが移動前の座標位置から移動後の座標位置まで移動した距離を計算することによって求める。たとえば図８に示した移動距離ΔＰおよび移動距離ΔＣが絶対移動距離である。
【００６３】
ステップＳ８では、変動距離計算部２１によって、各関節および各先端の相対移動距離を、図３に示した階層構造に従って、階層構造の上から順に各関節および各先端について計算する。すなわち図３に示した階層構造の隣接する親関節と子関節との関係から、子関節の親関節に対する移動距離を相対移動距離として計算する。たとえば図９に示したように、親関節の光学センサー５２が移動後の光センサー５２ａの位置まで移動し、子関節の光学センサー５３が移動後の光センサー５３ａの位置まで移動したとき、子関節の相対移動距離を求める数式は、式（２）を用いればよい。ここに移動距離ΔＰおよび移動距離ΔＣは、それぞれ光センサー５２および光センサー５３の絶対移動距離である。
子関節の相対移動距離＝ΔＣ−ΔＰ                                …（２）
すなわち３次元のＶＲ空間４０における子関節の移動距離ΔＣから親関節の移動距離ΔＰを差し引いたものとなる。
【００６４】
ステップＳ９では、作業時間計算部２４によって、マスタデータ記憶部２２に記憶されている部位毎のマスターテーブルを用いて、各部位の相対移動距離に応じた作業時間を計算し、作業時間の見積り結果とする。腰の関節３０は、最上位の部位であり、相対移動距離を求めることができないので、腰の関節３０の絶対移動距離を相対移動距離として扱う。仮想作業者の身体の各部位の作業時間のうちで、最大の作業時間をその作業の作業時間とする。ただし動作が並行しない部位があるときは、たとえば他の部位の動作に続いて動作が行われる部位があるときは、これらの部位の作業時間を加えた時間を作業時間として扱えばよい。
【００６５】
ステップＳ１０では、３Ｄデータ作成部１１によって、ＶＲ映像表示部１５ｃに表示されたＶＲ空間４０には表現することができない環境パラメータ、たとえば部品の重さ、部品の体積、部品のすべり具合または滑り度、部品の硬度、部品の温度、部品の外形寸法、および作業の難易度等を３Ｄデータ記憶部１０に設定する。環境パラメータと作業時間との関係を示す情報を３Ｄデータ記憶部１０に作成しておくことによって、設定した環境パラメータに基づいて、ステップＳ９で計算した作業時間を調整することができる。さらに環境パラメータに重力を追加し、およびライン作業のベルトコンベアの動きをＶＲ空間４０に反映する等によって、ＶＲ空間４０の環境を現実の空間の環境に近づければ、より精度の高い作業時間の見積りが可能となる。
【００６６】
ステップＳ１１では、組立手順表４８の中に、次の工程つまり作業時間を見積っていない作業が残っているか否かを判定する。作業時間を見積っていない作業が残っているとき、ステップＳ６に戻り、次の作業について作業時間を見積る。作業時間を見積っていない作業が残っていないとき、ステップＳ１２に進む。
【００６７】
ステップＳ１２では、作業時間の見積り結果が満足なものであるか否かを判定する。見積り結果が満足なものではないとき、ステップＳ３に戻り、組立手順データ１２ａ、工場レイアウトデータ１０ｂ、および治具データ１０ｃなどを編集して、再見積りを行う。見積り結果が満足なものであるとき、ステップＳ１３に進む。見積った結果が満足なものであるか否かの判定は、たとえば予め定めた基準時間と比較して、その基準時間に達しているか否かによって判定してもよいし、見積った結果を上述した出力部に出力し、ユーザがその出力を見て満足なものであるか否かを判定し、上述した入力部からその判定結果を指示してもよい。ステップＳ１３では、見積った作業時間を、組立手順表４８に示された作業毎に対応付けて作業時間記憶部２５に記憶して終了する。
【００６８】
組立作業者は、人間であるため作業を行う動作にはバラツキがあり、個人差によって作業時間が異なる。さらに組立作業者は、作業を重ねると人間の学習能力によって作業時間が短くなる。従ってこれらの作業時間の変化を考慮して、作業時間の見積りを数回繰り返したときの作業時間の平均値、作業時間の見積りを数回繰り返したときの作業時間のうち一番短い作業時間、または作業の早い組立作業者と作業の遅い組立作業者とについて見積りを行った作業時間の平均値などから、状況に応じた作業時間を選択すればよい。
【００６９】
このように、仮想の３次元空間に構築された仮想工場レイアウトで動作する仮想作業者を、身体変動計測装置によって入力された動作指示データに基づいて制御し、仮想作業者の身体の各部位の相対移動距離に基づいて作業時間を計算するので、人手によって作業時間を見積るときに発生する人為的なミスおよび見積り漏れを防ぐことができ、正確な作業時間を見積ることができる。
【００７０】
すなわち人工現実感とよばれる仮想の３次元空間、つまりＶＲ空間において、作業者があたかも現実に製品の組立作業を行っているかのように感じさせるＶＲ技術を用いて、作業を行う作業者の動作から得られる身体の各部位の移動距離を求め、その移動距離に対応する作業時間を示すテーブルを用いて見積るので、抜けのない正確な作業時間を見積ることができる。
【００７１】
さらに製品の試作機を製作する前の段階で、製品を生産する際の作業時間を正確に見積ることができるので、計画的に工場の生産計画、および人材配置計画などを立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施の一形態である作業時間見積り計算装置１の機能ブロック図である。
【図２】図１に示した作業時間見積り計算装置１で用いられる組立手順表の一例を示す図である。
【図３】組立作業者の身体の各部位の関係を階層構造で表した一例を示す図である。
【図４】図１に示したマスタデータ記憶部２２に記憶されたマスタデータの一例を示す図である。
【図５】図１に示したマスタデータ記憶部２２に記憶されたマスタデータの他の例を示す図である。
【図６】図１に示した作業時間見積り計算装置１が行う作業時間見積り処理の一例を示すフローチャートである。
【図７】図１に示したＶＲ映像表示部１５ｃに表示したＶＲ空間４０の一例を示す図である。
【図８】図１に示した作業動作入力部１５ｂの一例を示す図である。
【図９】図８に示した手５０に装着した光センサー５１の一部が移動する前後の状態を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００７３】
１  作業時間見積り計算装置
１０  ３Ｄデータ記憶部
１１  ３Ｄデータ作成部
１２  組立手順記憶部
１３  組立手順作成部
１４  組立手順編集部
１５  ＶＲ空間制御部
１５ａ  ３Ｄデータ配置部
１５ｂ  作業動作入力部
１５ｃ  ＶＲ映像表示部
１５ｄ  作業動作計測部
２０  身体変動計測部
２１  変動距離計算部
２２  マスタデータ記憶部
２３  マスタデータ作成部
２４  作業時間計算部
２５  作業時間記憶部
３０  腰の関節
３１  手首の関節
３２  親指第一の関節
４０  ＶＲ空間
４１  作業台
４２  作業棚
４３  仮想作業者
４４  製品
４５  ネジ受容器
４６  ネジ
４７  電動ドライバ
４８  作業手順表
５０  作業者の手
５１〜５３  光センサー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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