(57)【要約】【課題】手間が少なくバラツキが無く、システム全体における動作修正を最適に設定可能とする作業動作最適化装置及び方法を提供する。【解決手段】システムにおける各作業工程のタクトタイムを調べるタクトタイム推定部３２と、システムにおいて発生したエラーの分析を行うエラー状態判断分析部３１と、作業工程修正部３５とを備え、作業工程修正部は、タクトタイム推定部及びエラー状態判断分析部から供給される情報に基づいて、システム全体のタクトタイム及びエラー発生頻度を最小にする作業工程に含まれる作業動作の修正を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つのシステムに備わる複数の作業工程に含まれる作業動作の修正を設定して当該システム全体の作業動作の最適化を行う作業動作最適化装置において、
それぞれの上記作業工程におけるタクトタイムを推定するタクトタイム推定部と、
上記システムにおいて発生したエラーの分析を行うエラー状態判断分析部と、
上記タクトタイム推定部及び上記エラー状態判断分析部から情報が供給され、当該システム全体のタクトタイム及びエラー発生頻度を最小にする作業工程に含まれる作業動作の修正を行う作業工程修正部と、
を備えたことを特徴とする作業動作最適化装置。
【請求項２】
上記エラー状態判断分析部における上記エラーの分析は、上記作業工程におけるエラー発生箇所、及び上記作業工程ごとのエラー発生頻度を求めることを含む、請求項１記載の作業動作最適化装置。
【請求項３】
上記作業工程修正部は、上記作業工程の内、判断基準値を超えた作業工程に対して、上記作業動作の修正を行うことで得られるタクトタイム及びエラー発生頻度の期待値を、修正が必要な作業工程毎に求め、求めた中で最小の期待値を有する作業工程に含まれる作業動作に対して修正を行う、請求項１又は２記載の作業動作最適化装置。
【請求項４】
上記複数の作業工程は、作業工程が並列に行われる並列作業工程と、直列に行われる直列作業工程とを含み、上記作業工程修正部は、上記並列作業工程に対して上記タクトタイム及び上記エラー発生頻度を最小にする作業動作の修正を行い、かつこの修正された並列作業工程と上記直列作業工程とを組み合わせてさらに上記タクトタイム及び上記エラー発生頻度を最小にする作業動作の修正を行う、請求項１から３のいずれかに記載の作業動作最適化装置。
【請求項５】
上記システムは、部品の組み付けまでを作業用装置にて行う製品組立システムであり、
上記作業動作を監視する一又は複数のセンサから得られる作業観測データを元に、上記部品の状態が正常か否かを判断する部品状態判断部をさらに備え、
上記製品組立システムは、上記作業工程修正部から上記作業動作の修正が供給され、この修正動作に従い上記作業用装置の動作制御を行う制御部を有する、請求項１から４のいずれかに記載の作業動作最適化装置。
【請求項６】
部品の組み付けまでを行う製品組立システムに備わる複数の作業工程に含まれる作業動作の修正を設定して上記製品組立システム全体の作業動作の最適化を行う作業動作最適化方法において、
それぞれの上記作業工程で要するタクトタイムを推定し、
上記作業動作に起因する部品の状態が正常かエラーかを判定し、
エラーと判定されたときには、エラーが発生した作業工程、及びエラーの発生頻度を求めるエラー分析を行い、
上記タクトタイム及び上記エラー分析を元に、上記作業動作の修正が必要か否かを判断し、
修正要の場合には、上記作業動作の修正を行うことで得られるタクトタイム及びエラー発生頻度の期待値を、修正が必要な作業工程毎に求め、
求めた中で最小の期待値を有する作業工程に含まれる作業動作に対して修正を行い、上記製品組立システム全体の作業動作の最適化を行うことを特徴とする作業動作最適化方法。
【請求項７】
上記複数の作業工程は、作業工程が並列に行われる並列作業工程と、直列に行われる直列作業工程とを含み、上記並列作業工程に対して、上記タクトタイム及び上記エラー発生頻度の期待値を、修正が必要な作業工程毎に求めて、求めた中で最小の期待値を有する作業工程に含まれる作業動作に対して修正を行い、
次に、修正された並列作業工程と上記直列作業工程とを組み合わせて、同様に上記最小の期待値を有する作業工程に含まれる作業動作に対して修正を行う、請求項６記載の作業動作最適化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば製品の組立作業動作等の作業動作を最適化する作業動作最適化装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、部品の取出し、搬送、整列、組付け等の部品の実装作業を有する、製品の組立作業における自動化は、作業能率を高めることが目的であり、作業エラーを減らし、タクトタイムを縮めることが必須である。一方、自動化にはエラーがつきもので、生産現場で自動組立システムを長期運用していると、例えば部品の把持ミスや組付けミスのような、簡易なエラーが発生するようになる。エラーが発生した作業工程の修正は、従来、人が行っていた。しかしながら、時間及び手間を要することから、エラーが発生しても、自動で復旧する技術や、作業動作を自動で変更する技術が以下のように提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１では、投光型の３次元視覚センサを備え、ロボットなどで対象物を上記センサの前に正対させ、上記センサの検出結果を元に対象物の位置ずれを補正している。つまり、特許文献１の構成は、作業中に発生する位置ずれというエラーの修正を自動化する手段と言える。
【０００４】
また、特許文献２では、積み上げられた物体の位置を検出して上記物体を取り出す作業において、上記物体を検出するための計測位置を自動修正している。つまり、特許文献２は、センサの計測位置を自動修正することで無駄な検出時間を無くしタクトタイムの削減を図っている。逆に言えば、特許文献２は、タクトタイムの削減を図るため、センサ情報を用いて作業を変更する方法を開示している。
【０００５】
また、特許文献３は、ロボットの作業軌道について、周辺環境との干渉を避けかつタクトタイムが最小となるように最適化することを開示し、タクトタイムが最小となる動作軌道を自動で生成する装置を開示している。
【０００６】
このように特許文献１、２は、いずれも個々の作業に対する自動修正に関する内容であり、特許文献３においても、タクトタイムを最小化することを主眼としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３４４２１４０号公報
【特許文献２】特開平５−２３７７８０号公報
【特許文献３】特開２００９−１２５９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように、製品組立て作業において、従来、個々の作業工程内における動作に関して自動的に修正を行うこと、また特許文献３のように一工程内のタクトタイムを低減することは行われている。
しかしながら、各作業工程を統合したシステム全体において、エラー回数及びタクトタイムの低減を図ることが重要である。例えば、それぞれの作業工程におけるエラー修正を行うことで、タクトタイムが延びる等の悪影響が生じる場合もある。よって、それぞれの作業工程における動作修正をいかに取捨選択して、作業工程全体の最適化を図るかは重要であるにもかかわらず、従来、このような最適化は、作業者の勘に頼っているのが現状である。よって、従来、システム全体において動作修正を最適に設定することは、手間を要しかつバラツキがあるという問題があった。
【０００９】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、手間が少なくバラツキが無く、システム全体における動作修正を最適に設定可能とする作業動作最適化装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様における作業動作最適化装置は、一つのシステムに備わる複数の作業工程に含まれる作業動作の修正を設定して当該システム全体の作業動作の最適化を行う作業動作最適化装置において、それぞれの上記作業工程におけるタクトタイムを推定するタクトタイム推定部と、上記システムにおいて発生したエラーの分析を行うエラー状態判断分析部と、上記タクトタイム推定部及び上記エラー状態判断分析部から情報が供給され、当該システム全体のタクトタイム及びエラー発生頻度を最小にする作業工程に含まれる作業動作の修正を行う作業工程修正部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一態様における作業動作最適化装置によれば、作業工程修正部を備え、タクトタイム推定部及びエラー状態判断分析部から供給される情報に基づいて、システム全体のタクトタイム及びエラー発生頻度を最小にする作業工程に含まれる作業動作の修正が行われる。よって、従来では作業に問題が生じるたびに人間による作業の教示及び調整を行ってきたが、本発明によれば修正作業は、自動的に、システム全体のエラー回数と、タクトタイムとが最小になるよう最適化される。よって、修正効率が従来に比べて向上し、ひいては生産効率の向上を図ることもできる。よって、生産工程そのものの環境負荷の低減を図ることもできる。また、セル生産ロボットシステムのような、人間による教示が膨大で複雑なシステムの修正を容易にし、中〜長期の運用時も工程が管理され、作業変更が迅速に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態における作業動作最適化装置の概略構成を示すとともに、該作業動作最適化装置を製品組立システムに適用した場合の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す作業動作最適化装置が適用されるシステムにおける作業工程の構成例を示す図である。
【図３】図１に示す作業動作最適化装置にて実行される作業動作最適化方法における主要工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態である作業動作最適化装置、及び該作業動作最適化装置にて実行される作業動作最適化方法について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。
【００１４】
また、以下に説明する実施の形態では、システムに備わる複数の作業工程のそれぞれに含まれる作業動作の中から選択した作業動作を修正するという観点に基づいて説明を行っている。しかしながら、修正対象は、上記作業動作に限られず、システム全体におけるエラー発生頻度及びタクトタイムが最小となるように自動的に作業工程を組み換えることも含むことができる。また、「作業工程を組み換える」とは、例えば作業工程がＰ１からＰ４まであるとき、例えば、Ｐ１とＰ４とを入れ替えること、並列接続の作業工程を直列接続に組み替えることを含む。
【００１５】
実施の形態１．
図１には、本発明の実施形態１における作業動作最適化装置１０１の概略構成を示すとともに、一例として製品組立システム２００に作業動作最適化装置１０１を適用した構成を示している。このような作業動作最適化装置１０１は、一つのシステムに備わる複数の作業工程に含まれる作業動作の修正を設定して、当該システム全体の作業動作の最適化を行うための装置である。
【００１６】
ここで、製品組立システム２００は、作業用装置の一例に相当するロボット２２０及びハンド２３０の動作を制御部２１０にて制御して、ロボット２２０及びハンド２３０が部品を取り出し、搬送し、整列させ、及び組付けるなどの実装作業を行い、製品として完成させるシステムである。このように製品組立システム２００は、複数の作業工程を有し、各作業工程には作業動作が含まれる。したがって作業動作最適化装置１０１は、上記作業動作の修正を設定して製品組立システム２００の全体の作業動作の最適化を行うための装置である。
【００１７】
尚、作業動作最適化装置１０１が適用可能なシステムは、上述の製品組立システム２００に限定するものではなく、複数の作業工程を有し、各作業工程には作業動作を含むようなシステムが相当する。
【００１８】
作業動作最適化装置１０１は、その基本的な構成部分として情報処理部３０を備え、さらにセンサ１０及び記憶媒体２０を含めることもできる。尚、本実施形態では、センサ１０及び記憶媒体２０は、製品組立システム２００に含まれる構成を採る。よって、センサ１０により、上述の部品取出し等の各作業状態が観測され（図３のステップＳ１１）、この作業観測データは、記憶媒体２０に記録される（図３のステップＳ１２）。また、制御部２１０は、各工程処理時のタイムスタンプを記憶媒体２０に記録する。
【００１９】
情報処理部３０は、エラー状態判断分析部３１と、タクトタイム推定部３２と、作業工程修正部３５とを備え、エラー状態判断分析部３１は、さらに部品状態判断部３３とエラー分析部３４とを備える。また、作業工程修正部３５は、最小化演算部３６と、期待値演算部３７ａ，３７ｂとを有する。このような情報処理部３０は、実際にはコンピュータを用いて実現され、エラー状態判断分析部３１、タクトタイム推定部３２、及び作業工程修正部３５は、それぞれの機能に対応するソフトウェアと、これを実行するためのＣＰＵ（中央演算処理装置）やメモリ等のハードウェアから構成されている。尚、上記コンピュータは、実際には当該作業動作最適化装置１０１に組み込まれたマイクロコンピュータに相当するのが好ましいが、スタンドアロン型のパーソナルコンピュータを用いることもできる。
以下では、作業動作最適化装置１０１の各構成部分について、図３も参照して作業動作最適化方法とともに順次説明する。
【００２０】
情報処理部３０に備わる部品状態判断部３３には、記憶媒体２０から上記作業観測データが供給される。該作業観測データは、上述のようにセンサ１０により取得されるが、センサ１０の数や設置位置は、自由でよい。つまりセンサ１０は、例えば、製品組立システム２００の全体を監視できる位置に唯一設置したり、ロボット２２０やハンド２３０の上に設置したり、重要な作業工程を行う場所に複数設置したりすることができる。また、センサ１０は、具体的には、例えば２次元や３次元の視覚センサ、力覚センサ等を利用することができる。例えば視覚センサでは、部品の取り出し、組み付け、整列作業における部品の形状や位置、個数、搬送中の部品の把持状態などを観測することができる。また力覚センサでは、部品把持、組付け、整列などの操作時に、部品に加わる力の状態を観測することができる。
【００２１】
エラー状態判断分析部３１に含まれる部品状態判断部３３は、上述の作業観測データを元に、作業動作に起因した部品の状態が正常か否かを判断する（図３のステップＳ２）。即ち、部品状態判断部３３によって、例えば、作業動作としての部品搬送中に、把持状態を観測し、搬送中の部品を落としていないか、部品取出しにおいて、他の部品を同時に掴みあげてしまい、作業に必要な個数と異なる数の部品を取出していないか、整列や組付けにおいて加わる力が異常な値を示していないか、などの状態判断が行え、それぞれ各作業工程における、部品状態が正常か否かを、正常作業における観測結果と比較することで、判定することができる。尚、部品状態が正常と判断された場合には、当該作業動作最適化方法は行われない。
【００２２】
部品状態判断部３３にて、部品状態が正常でない、つまりエラーと判断された場合、エラー状態判断分析部３１に含まれるエラー分析部３４は、エラーが発生した作業工程、及びエラー発生頻度を分析する（図３のステップＳ３）。さらにエラーからの復帰時間を分析してもよい。具体的には、エラー分析部３４は、部品状態判断部３３の結果例を元にして、例えば、エラーが発生した作業工程が、部品の取出し、搬送、整列、組付けのどの作業箇所かを分析する。さらに、例えば部品の取出し工程であれば、部品取出し把持の前か、後かなど、より詳細な作業箇所に分類してもよい。
【００２３】
一方、上述したエラー状態判断分析部３１の動作と並行して、あるいはエラー状態判断分析部３１の動作よりも前、又は後において、タクトタイム推定部３２は、製品組立システム２００における各作業工程にて要する時間（タクトタイム）の推定を行う（図３のステップＳ１）。尚、図３では、エラー状態判断分析部３１の動作前にタクトタイムの推定を行う場合を図示している。
【００２４】
作業工程修正部３５には、エラー分析部３４及びタクトタイム推定部３２から情報が供給され、これらの情報を元に、作業工程の修正、即ち作業動作の修正が必要か否かを判断し（図３のステップＳ４）、修正要と判断した場合に、どの作業工程を、どのように修正するのかを判断する（図３のステップＳ５）。
【００２５】
ここで、作業動作の修正が必要か否かの判断は、例えば評価値及び閾値等の判断基準値を利用して判断することができる。具体的には、ある作業工程における作業動作でのエラー発生頻度が一定値を超えた場合、ある作業工程のタクトタイムが理想値より一定値高い場合、作業工程全体のタクトタイムが目標に達していない場合、作業工程全体でのエラー発生頻度が一定値を超えた場合、などを判断項目とする。このような判断項目は、目的に応じて、一項目、又は複数項目の和若しくは積を利用してもよい。
【００２６】
また、修正要と判断した場合、作業工程修正部３５が、作業工程を、どのように修正するのかについては、製品組立システム２００における作業全体の、タクトタイム及びエラー発生頻度を最小化するという観点から、作業動作、あるいは作業工程の修正を行う。この修正作業については、後で詳しく説明する。
【００２７】
以上の説明が作業動作最適化装置１０１の動作に関するものである。
このように作業動作最適化装置１０１が動作して、作業動作の修正を設定することで、つまり作業動作の修正が決定することで、作業工程修正部３５から、製品組立システム２００の制御部２１０へ作業動作の変更が指示される。制御部２１０は、修正された作業動作、つまり作業工程に従い、ロボット２２０及びハンド２３０を動作させる。以上の動作が繰り返される。
【００２８】
次に、作業動作最適化装置１０１の作業工程修正部３５が実行する、タクトタイム及びエラー発生頻度を最小化するように作業動作、あるいは作業工程の修正を行うことについて、以下に詳しく説明する。
【００２９】
即ち、作業工程の修正が必要な場合、作業全体のタクトタイムをＴ、エラー発生頻度をＥとして、下記式の最小化を行う。該動作は、作業工程修正部３５における、タクトタイム及びエラー発生頻度の最小化演算部３６にて実行される。
【００３０】
【数１】
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【００３１】
尚、（Ｔ＊，Ｅ＊）は、最小化されたタクトタイム、エラー発生頻度を示す。
また、関数ｆ（Ｔ，Ｅ）は、タクトタイムＴ及びエラー発生頻度Ｅの和や積で表すことができ、作業目的に応じて自由に設計できる。基準とするタクトタイムやエラー発生頻度がある場合には、それで正規化した値の和、積を利用してもよい。基本的な和を用いた式を、例として以下に示す。
【００３２】
【数２】
2011227845.tif 000004
【００３３】
ここで、それぞれの分母は、基準タクトタイム（Ｔｇ）及び基準エラー発生頻度（Ｅｇ）を示す。
合計ｎ個の作業工程が直列に接続されたシステムでは、下記式が成り立つ。
【００３４】
【数３】
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【００３５】
ここでｔ、ｅのそれぞれは、それぞれの工程における、タクトタイム、エラー発生頻度を示し、それぞれタクトタイム推定部３２、及びエラー分析部３４から入力される値である。
【００３６】
例えば、ある作業工程ｉにおいて、エラー復旧の方法がｋ（１，…，ｊ，…，ｋ）個あり、各復旧方法においてエラー復旧に要する時間をｒで表したとき、当該作業工程ｉに含まれる作業動作について修正を行うことで得られる、当該作業工程ｉにおけるタクトタイム（ｔｉ）の期待値は、エラー復旧方法に応じて下記式のように変化する。
【００３７】
【数４】
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【００３８】
また、エラー復旧方法に応じて、エラー発生頻度が下がる度合いが「ｄ」見込まれるとしたとき、エラー発生頻度の期待値についても、エラー復旧方法に応じて下記式のように変化する。
【００３９】
【数５】
2011227845.tif 000007
【００４０】
ｄは，エラー復旧方法を設計したときに頻度推定を行い設定する。ｄを決定する最も容易な方法は、エラー復旧動作設計時に検証試験を行い、ｄを実測することである。また、実測以外の方法としては、エラー分析結果を元に推定する、オフラインシミュレーションで検証する、推定値として人が設計する、等の方法を用いても良い。
【００４１】
また、上述した式（４）及び式（５）における、期待値の演算は、作業工程修正部３５における期待値演算部３７ａ，３７ｂにて実行される。
【００４２】
上述したように、作業工程修正部３５が作業動作の修正要と判断した作業動作を含む複数の作業工程毎に、上述の式（４）及び式（５）を、上述の式（３）に代入し、この例では、上述の式（２）を解くことで、当該システム全体の作業工程が最適化される。つまり、作業工程修正部３５は、修正要と判断した複数の作業工程毎に、作業動作の修正を行うことで得られるタクトタイム及びエラー発生頻度の期待値を求め、求めた中で最小の期待値を有する作業工程に含まれる作業動作に対して修正を行う。
【００４３】
このとき、作業工程が直列に実行されるシステムであれば、修正の必要がある作業工程ごとに、下記式を満たす作業工程を修正すべきものに選択することで、上述の式（２）が最小化されることと同等の効果を得られる。
【００４４】
【数６】
2011227845.tif 000008
【００４５】
以上は、システムにおけるそれぞれの作業工程が直列に実行される場合であるが、例えば、図２に示すように、作業工程が並列に実行される場合には、上述の式（３）は、下記式のように表される。尚、図２において、Ｐは作業工程を示す。
【００４６】
【数７】
2011227845.tif 000009
【００４７】
式（７）に示す、ｍａｘ（ａ，ｂ）は、「ａとｂとの最大値を選択する」という意味である。作業工程に並列部分がある場合、直列接続の場合と同様に、式（６）を利用しても効果はあるが、以下のように考えることで、より最小化しやすくなる。
【００４８】
１）  作業工程Ｐ３に含まれる作業動作を修正する場合には、作業工程Ｐ１、Ｐ２のタクトタイム（ｔ１＋ｔ２）よりも、作業工程Ｐ３のタクトタイムが小さければ、エラー発生頻度を下げることを優先する。
２）  作業工程Ｐ１、もしくはＰ２を修正する場合には、作業工程Ｐ３のタクトタイムｔ３よりも、作業工程Ｐ１もしくはＰ２のタクトタイムが小さければ、エラー発生頻度を下げることを優先する。
３）  作業工程Ｐ１及びＰ２の両方を修正する場合には、それぞれの作業工程で計算した式（４）によるタクトタイム期待値の和と、式（５）によるエラー発生頻度期待値の和とを評価に利用する。これらの合計が作業工程Ｐ３のタクトタイムｔ３よりも小さければ、エラー発生頻度を下げることを優先する。
４）  作業工程Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の全てを修正する場合には、作業工程Ｐ１、Ｐ２で計算した式（４）によるタクトタイム期待値の和と、式（５）によるエラー発生頻度期待値の和とを評価に利用し、作業工程Ｐ１、Ｐ２のタクトタイム期待値の和、及び、作業工程Ｐ３の式（４）によるタクトタイム期待値の最大値が十分下がったら、エラー発生頻度を下げることを優先する。ここで上記「最大値」とは、並列接続された作業工程部分全体のタクトタイム期待値の最大値であり、作業工程Ｐ１＋Ｐ２のタクトタイム期待値の最大値、及び作業工程Ｐ３のタクトタイム期待値の最大値である。
【００４９】
つまり、ａ）直列部分は足し合わせる、ｂ）並列部分はタクトタイムの最大値が下がりきったら、エラー発生頻度を下げることを優先する、ということをルールとし、並列部分の処置が終わったら、直列接続のみのシステムと解釈し直して、式（６）を利用する。
【００５０】
以上の説明では、式を用いながら、作業工程の作業動作を変更するための最適化プロセスの例について説明を行った。一方、作業工程の組み換えを行う場合には、以下のように考えることで実行可能である。即ち、例えば図２の作業工程Ｐ１と作業工程Ｐ２とが組み替え可能とすると、作業工程Ｐ１から作業工程Ｐ２へという工程をＰＡ、作業工程Ｐ２から作業工程Ｐ１へという工程をＰＢとする。工程ＰＡ、ＰＢを要素として、作業工程表から推測する、実測する、オフラインシミュレーションから計算するなどにより、工程ＰＡのタクトタイムｔａ，工程ＰＢのタクトタイムｔｂ，工程ＰＡのエラー発生頻度ｅａ，工程ＰＢのエラー発生頻度ｅｂをそれぞれパラメータとすることにより、上述と同様にして、作業工程の組み替えも自動修正することが可能である。
【符号の説明】
【００５１】
３０  情報処理部、  ３１  エラー状態判断分析部、  ３２  タクトタイム推定部、
３３  部品状態判断部、  ３４  エラー分析部、  ３５  作業工程修正部、
１０１  作業動作最適化装置、
２００  製品組立システム、  ２２０  ロボット、  ２３０  ハンド。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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