(57)【要約】【課題】品質工学の制御因子に加えて誤差因子の存在と影響を学習させるための品質工学の学習装置を提供する。【解決手段】球２００を投てきすることで品質工学による設計方法を学習させる品質工学の学習装置１であって、基台１０と、所定の発射位置から移動することで球を投てきする投てき板５０と、投てき板５０の移動を阻止する角ピン８０と、投てき板５０の発射位置を定める位置決め部材６０とを備え、基台１０の角度、投てき板５０の投てき条件、角ピン８０の位置、位置決め部材６０の爪部６１の位置の少なくとも何れか一つの条件を複数の水準で変えることで品質工学の制御因子を設定し、複数の水準に対して更なる可変を加えることで品質工学の誤差因子を設定する。【選択図】図１
2008309968.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の部品を結合して構成され、特定の物体を移動させることで品質工学による設計方法を学習させる品質工学の学習装置であって、
前記複数の部品の何れかの部品に設けられ、前記特定の物体の移動範囲を変えるために寄与する条件を所定の幅で変えることで品質工学の制御因子を設定するための制御因子設定手段と、
前記制御因子設定手段により設定される前記制御因子について前記所定の幅に比べて小さな幅にて条件を変えることで品質工学の誤差因子を設定するための誤差因子設定手段と
を備えたことを特徴とする品質工学の学習装置。
【請求項２】
前記誤差因子設定手段は、前記複数の部品のうち特定の部品の装着位置を変えることで前記誤差因子を設定することを特徴とする請求項１記載の品質工学の学習装置。
【請求項３】
前記誤差因子設定手段は、前記制御因子設定手段に用いられる部品を交換することで前記誤差因子の設定を可能とすることを特徴とする請求項１記載の品質工学の学習装置。
【請求項４】
前記制御因子設定手段は、所定数の水準に応じて複数の設定箇所を備え、
前記誤差因子設定手段は、前記制御因子設定手段が備える前記設定箇所に、誤差設定のための調整箇所を備えていることを特徴とする請求項１記載の品質工学の学習装置。
【請求項５】
物体を投てきすることで品質工学による設計方法を学習させる品質工学の学習装置であって、
基台と、
前記基台に設けられ、所定の発射位置から移動することで物体を投てきする投てき部と、
前記投てき部の移動を阻止する阻止部と、
前記投てき部の前記発射位置を定める発射位置決定部材とを備え、
前記基台の角度、前記投てき部の投てき条件、前記阻止部の位置、前記発射位置決定部材の位置の少なくとも何れか一つの条件を複数の水準で変えることで品質工学の制御因子を設定し、当該複数の水準に対して更なる可変を加えることで品質工学の誤差因子を設定することを特徴とする品質工学の学習装置。
【請求項６】
前記投てき部の前記投てき条件は、当該投てき部の支点から物体を保持する位置までの腕の長さ、当該投てき部の移動力、当該投てき部の材質の少なくとも何れか一つの機械的条件であることを特徴とする請求項５記載の品質工学の学習装置。
【請求項７】
複数の部品を結合して構成され特定の物体を移動させることで品質工学による設計方法を学習させる学習装置を用いて得られたデータについて、コンピュータにおける処理を実現させる学習用プログラムであって、
前記複数の部品の何れかの部品を制御因子とし、水準を変えた複数の制御因子について、これらを組み合わせた条件ごとに、当該複数の制御因子の何れかについて誤差因子を設定した複数パターンの実験結果によるデータを入力機器から取得する機能と、
取得した前記データから、前記誤差因子がばらついたときのデータのばらつきに関する値を前記組み合わせた条件ごとに演算する機能と、
演算して得られた前記ばらつきに関する値に基づいて、前記制御因子毎の水準毎のばらつきに関する値を演算する機能と
を実現させる学習用プログラム。
【請求項８】
前記コンピュータに、
前記演算して得られた水準毎のばらつきに関する値を、前記制御因子の要因効果図として表示させる機能を更に実現させる請求項７記載の学習用プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、品質工学の学習装置に係り、特に、品質工学による設計方法を学習させるための学習装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
設計者が各種機械装置などを設計するには、様々な設計条件を決定していくことが必要となる。設計が悪ければ量産工程や市場にて品質トラブルが多発してしまうが、設計が良ければ各種トラブルを最小限に抑えることが可能となる。このような設計条件を決定する方法として、品質工学の名称で知られている方法論を用いると良いことが知られている。しかし、品質工学は初心者にとっては難解であることから、特別な教育プログラムが組まれる場合が多く、中でも教材を使った実習が有効である。
【０００３】
公報記載の従来技術の中で、ゲーム感覚で楽しみながら自然にＱＣ（Quality Control：品質管理）活動の内容を学習させる機器が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。ここでは、ＱＣ教育用ゲーム機器のボールを転がせてマット上の設定領域内に停止させることを達成目標とし、その目標を達成する最適条件を見出すに到る実践的活動を経てＱＣ手法やＱＣストーリ及びＱＣ的ものの見方、考え方を実地に学習する。また、ボールの停止位置の平均値やばらつきを決める要因がボールにあたるハンマーの強さやボールとの接触点や角度、更にはボールとマットとの関係等多くあり、それらの総合結果としてボールの停止位置を決定することで、データに適度のばらつきを発生させている。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２５７４２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、例えば可動するハンマーによって球を打って転がしマットに停止させたり、例えばセットした球を弾性力を使って跳ね飛ばす（投てきする）など、特定の物体の移動範囲を変える装置を使って品質工学を学習させることができる。しかしながら、従来の装置では、品質工学の制御因子（技術者が中心値や最適水準をコントロールできる因子）の理解を促すことに留まり、品質工学の学習装置としては十分なものとは言えなかった。
【０００６】
即ち、例えば上記公報記載の球を転がして停止位置を測定する装置では、発射台に設けた貫通孔と、この貫通孔を連結する支持棒とを用いて制御因子を設定している。また、例えば弾性力を使って球を投てきする装置では、例えば、バネの強さや発射の角度を調整して制御因子を設定することも可能である。しかしながら、これらの設定だけでは、実際の機器装置の基本的な設計要素の認識だけに留まり、品質工学の一部である制御因子だけしか学習できなかった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑み、品質工学の制御因子に加えて誤差因子の存在と影響を学習させるための品質工学の学習装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的のもと、本発明が適用される品質工学の学習装置は、複数の部品を結合して構成され、特定の物体を移動させることで品質工学による設計方法を学習させる品質工学の学習装置であって、この複数の部品の何れかの部品に設けられ、特定の物体の移動範囲を変えるために寄与する条件を所定の幅で変えることで品質工学の制御因子を設定するための制御因子設定手段と、この制御因子設定手段により設定される制御因子について所定の幅に比べて小さな幅にて条件を変えることで品質工学の誤差因子を設定するための誤差因子設定手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
ここで、この誤差因子設定手段は、複数の部品のうち特定の部品の装着位置を変えることで誤差因子を設定することを特徴とすれば、本構成を採用しない場合に比べ、例えば装着方向を反転させて装着するなどの操作によって、品質工学の学習者に誤差因子の存在と影響を認識させることが可能となる。
【００１０】
また、この誤差因子設定手段は、制御因子設定手段に用いられる部品を交換することで誤差因子の設定を可能とすることを特徴とすれば、例えば発射位置の設定等、例えば制御因子設定手段に用いられる部品毎に制御因子の設定状態を変えることで、本構成を採用しない場合に比べ、品質工学の学習者に対してより良好に誤差因子の存在と影響を認識させることが可能となる。
【００１１】
更に、この制御因子設定手段は、所定数の水準に応じて複数の設定箇所を備え、誤差因子設定手段は、制御因子設定手段が備える設定箇所に、誤差設定のための調整箇所を備えていることを特徴とすれば、本構成を採用しない場合に比べ、制御因子と誤差因子との関係を品質工学の学習者により良く理解させることが可能となる。
【００１２】
一方、本発明は、球などの物体を投てきすることで品質工学による設計方法を学習させる品質工学の学習装置であって、基台と、この基台に設けられ、所定の発射位置から移動することで物体を投てきする投てき部と、この投てき部の移動を阻止する阻止部と、この投てき部の発射位置を定める発射位置決定部材とを備え、基台の角度、投てき部の投てき条件、阻止部の位置、発射位置決定部材の位置の少なくとも何れか一つの条件を複数の水準で変えることで品質工学の制御因子を設定し、複数の水準に対して更なる可変を加えることで品質工学の誤差因子を設定することを特徴とすることができる。
【００１３】
ここで、この投てき部の投てき条件は、投てき部の支点から物体を保持する位置までの腕の長さ、投てき部の移動力、投てき部の材質の少なくとも何れか一つの機械的条件であることを特徴とすることができる。
【００１４】
更に、本発明は、複数の部品を結合して構成され特定の物体を移動させることで品質工学による設計方法を学習させる学習装置を用いて得られたデータについて、コンピュータにおける処理を実現させる学習用プログラムであって、この複数の部品の何れかの部品を制御因子とし、水準を変えた複数の制御因子について、これらを組み合わせた条件（例えば直交表の行など）ごとに、複数の制御因子の何れかについて誤差因子を設定した複数パターンの実験結果によるデータを入力機器から取得する機能と、取得したデータから、誤差因子がばらついたときのデータのばらつきに関する値をこの組み合わせた条件ごとに演算する機能と、演算して得られたばらつきに関する値に基づいて、制御因子毎の水準毎のばらつきに関する値を演算する機能とを実現させる。
【００１５】
ここで、このコンピュータに、演算して得られた水準毎のばらつきに関する値を、制御因子の要因効果図として例えばディスプレイやプリンタにより印刷される媒体などに表示させる機能を更に実現させることを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、品質工学の制御因子に加えて誤差因子を学習させるための品質工学の学習装置、または学習用プログラムを提供することができる。これによって、品質工学の学習者に対し、実際の機器装置の基本的な設計要素と、それらを構成するための例えば部品単位の誤差範囲までを認識させ、その影響を学習させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本実施の形態が適用される学習装置１の斜視図、図２は図１に示す学習装置１を更に詳述するために用いる外観構成図である。図１に示す斜視図は補助台（サブ・ベース）２０が所定角度だけ傾けられた状態を示している。図２に示す外観構成図は補助台２０が傾けられていない状態を示している。
【００１８】
学習装置１は、装置全体を支える基台（ベース）１０と、装置の投てき角度を変えるための補助台（サブ・ベース）２０とを備えている。補助台２０は、基台１０に設けられた支点１１を中心として図２のＡ方向に傾動可能であり、投てき作業を行うための機器全体の角度を変え、これらを支えている。角度が変えられた補助台２０は、基台１０に設けられた支柱１２に対してネジ１３と目盛側ネジ２９とによって固定される。
【００１９】
また、基台１０には、補助台２０の角度を設定するための角度表示板１５が設けられている。角度表示板１５には、補助台２０の勾配をガイドする切り欠き１６が設けられている。補助台２０の目盛側ネジ２９が切り欠き１６に案内されることによって補助台２０の勾配が制御される。また、角度表示板１５には、０度、１０度、２０度、３０度等の補助台２０の角度を示す勾配目盛り１５ａと、この勾配目盛り１５ａの間に設けられ、小さな幅にて条件を変えるために勾配目盛り１５ａを細分化する細分勾配目盛り１５ｂとが設けられている。品質工学の学習者は、勾配目盛り１５ａと細分勾配目盛り１５ｂとによって角度を確認しながら基台１０に補助台２０を固定することができる。例えば、勾配目盛り１５ａを１０と設定した場合、１０を中心に例えば±１の誤差を設定できる。
【００２０】
更に、基台１０には、位置決め部材６０（後述）を取り付けるストッパー基部１７が設けられている。そして、このストッパー基部１７は、位置決め部材６０を揺動可能に支持する中心軸１７ａを有している。中心軸１７ａを取り外し、位置決め部材６０を交換することが可能である。
【００２１】
補助台２０には、バネ４０の長さを変えるバネ長さ設定台（バネ・ポスト・ベース）３０が取り付けられる。このバネ長さ設定台３０は、バネ４０の一端を保持するバネ保持部３１を備えており、固定ネジ３２によって補助台２０上に固定される。バネ４０の長さを変えることで、投てき部の一つである投てき板５０（後述）の移動力（回転力）を調整することができる。補助台２０上には、スライド目盛り２１が設けられている。バネ長さ設定台３０は補助台２０上を図２のＢ方向にスライド可能であり、品質工学の学習者は、スライド目盛り２１によって位置を確認しながら補助台２０上にバネ長さ設定台３０を固定することができる。スライド目盛り２１には、０、１０、２０、３０等の大目盛りと、この大目盛りの前および/または後に、小さな幅にて条件を変えるための小目盛りとが設けられている。例えば、スライド目盛り２１を１０と設定した場合、１０を中心に例えば±１の誤差を設定できる。
【００２２】
また、学習装置１は、投てきを行う腕としての投てき板（プレート）５０を有している。この投てき板５０は、ヒンジ部材５２の一端５２ｂにて、ネジ５３によって固定される。ヒンジ部材５２は、回転軸５２ａを中心として回転可能であり、他端５２ｃにバネ４０が取り付けられる。そして、投てき板５０には、投てきされる球２００を配置するカップ５４が蝶ネジ５５によって固定される。尚、球２００の代わりに、円筒形や立方体などの他の形状の物体を配置し、これを投てきすることも可能である。投てき板５０には、複数箇所（本実施形態では３箇所）に長穴５１（５１ａ、５１ｂ、５１ｃ）が設けられている。この長穴５１ａ、５１ｂ、５１ｃによってカップ５４が位置決めされて、投てき板５０に固定される。投てき板５０は、例えば樹脂部材で形成され、投てきに際して撓る（しなる）ように構成されている（図１参照）。投てき部の一つである投てき板５０は、投てき部の支点（回転軸５２ａ）から球２００を保持する位置（長穴５１（５１ａ、５１ｂ、５１ｃ））までの腕の長さ、例えばバネ４０の種類、バネ４０の長さなどによって定められる投てき部の移動力、投てき部の材質などの機械的条件からなる投てき条件を決定して用いられる。
【００２３】
カップ５４に配置される球２００としては、ピンポン球やゴム球などを用いることができる。そして、その表面に、織製の面ファスナーを貼り付けることが有効である。例えばフックとループとが１つの面に混在した織製の面ファスナーを球２００の表面に貼り付けることで、投てきした球２００をカーペットに貼り付けることができ、簡易かつ正確に、品質工学の学習者が投てき位置を特定することが可能となる。
【００２４】
更に、学習装置１は、投てき前の投てき板５０の位置を決める位置決め部材（ストッパー）６０が設けられる。この位置決め部材６０は、基台１０のストッパー基部１７に支持され、ストッパー基部１７の中心軸１７ａを中心として図のＣ方向に揺動可能とされている。この位置決め部材６０は、投てき板５０の端部を引っかける複数（本実施形態では３つ）の爪部６１（６１ａ、６１ｂ、６１ｃ）を有している。また、品質工学の学習者の指が入るような大きさで形成された指入れ穴６２が設けられている。爪部６１ａ、６１ｂ、６１ｃは、ヒンジ部材５２に固定された投てき板５０の回転軸５２ａを水平面とし、その角度が例えば０度、１０度、２０度等となる位置に形成されている。この爪部６１（６１ａ、６１ｂ、６１ｃ）は、バネ４０の張力によって投てき力が保持された投てき板５０を、投てき開始まで保持する機能を有している。爪部６１（６１ａ、６１ｂ、６１ｃ）のどの位置で保持するか、によって、投てき部の移動力が変わり、また、投てきに際して移動する投てき板５０の移動量が変わる。
【００２５】
ここで、本実施の形態では、位置決め部材６０として複数の形状からなる部材を差し替え可能としている。図４（ａ）、（ｂ）は、交換可能なものとして準備される位置決め部材６０の例を示した図である。図４（ａ）に示す位置決め部材６０と図４（ｂ）に示す位置決め部材６０（２）とは、その爪部６１（６１（２））の形状が異なっている。即ち、図４（ａ）に示す位置決め部材６０の３つの爪部６１ａ、６１ｂ、６１ｃの各々に比べ、図４（ｂ）に示す位置決め部材６０（２）の爪部６１（２）ａ、６１（２）ｂ、６１（２）ｃは、爪先端がｔだけ厚くなっている。ｔの厚さとしては、例えば３ｍｍ程度とすることができる。このように爪先端をｔだけ厚くすることで、図２に示す位置決め部材６０に代えて位置決め部材６０（２）を用いた場合に、投てき前の投てき板５０の位置（角度）を、３つの爪部（６１ａ、６１ｂ、６１ｃまたは６１（２）ａ、６１（２）ｂ、６１（２）ｃ）によって設定される幅に比べて小さな幅にて条件を変えることができる。この例では、位置決め部材６０（２）を用いると、３つの角度である０度、１０度、２０度について、位置決め部材６０を用いた場合に比べて若干マイナス側に設定することが可能となる。
【００２６】
また、学習装置１は、投てきに際して跳ね上がる投てき板５０を止める停止プレート７０を有している。この停止プレート７０は、対向する２枚の板で構成され、ヒンジ部材５２の回転軸５２ａを、この２枚の停止プレート７０で支持している。２枚の停止プレート７０の各々には、複数（本実施形態では３組）の略十字形状の角ピン用穴７１（７１ａ、７１ｂ、７１ｃ）が設けられている。３組の角ピン用穴７１（７１ａ、７１ｂ、７１ｃ）は、例えば水平面に対して図２に示すＡ面が約４５度、約６０度、約７５度の角度となるように設けられている。１組の角ピン用穴７１には、角ピン８０が挿入される（図１参照）。この角ピン用穴７１（７１ａ、７１ｂ、７１ｃ）の図２に示すＡ面とＢ面とは約２ｍｍの寸法差がある。角ピン８０を２枚の停止プレート７０の各々の角ピン用穴７１（７１ａ、７１ｂ、７１ｃ）に挿入することで、角ピン８０を堅固に取り付けることができる。この角ピン８０によって跳ね上がる投てき板５０の回転を止めることが可能となる。
【００２７】
図３は、角ピン用穴７１ａ、７１ｂ、７１ｃの何れかに挿入される角ピン８０を示した斜視図である。角ピン８０は、学習者が角ピン８０の装着/脱着操作を行う際の持ち手となる持ち手部分８１と、停止プレート７０の角ピン用穴７１ａ、７１ｂ、７１ｃへの挿入操作が行われる先端側８２を有している。また、角ピン用穴７１（７１ａ、７１ｂ、７１ｃ）のＡ面（図２参照）に位置決めされる第１面８３（図３の裏側の面）と、突起状に面が形成され角ピン用穴７１（７１ａ、７１ｂ、７１ｃ）のＢ面（図２参照）に位置決めされる第２面８４とを有している。第２面８４の幅は角ピン用穴７１（７１ａ、７１ｂ、７１ｃ）のＢ面を形成する穴の長さと同じか短く、第２面８４の突起の高さはＡ面とＢ面との高さの差（例えば２ｍｍ）と同じか若干、高くなっている。
【００２８】
次に、学習装置１にて行われる投てき動作について説明する。
品質工学の学習者は、学習装置１を用いた実験に際し、最初に各種部材の調整を行う。この学習装置１は、品質工学における制御因子と誤差因子とを学習するのに適した装置として提供される。品質工学におけるパラメータ設計では、一般に、機能のばらつきに影響する要因を制御因子と誤差因子とに分けて分析する方法が採用される。
【００２９】
ここで制御因子とは、設計に関係する要素であって技術者が自由に選択できる因子である。技術者の意志でその中心値や水準が決定できる変数であり、最適水準を定めて製品設計などに採用できる因子である。例えば、バネ４０によって得られる力、腕（投てき板５０）の長さ、投てき角度などは、機械装置を設計する技術者にとっては、良い条件を見出せばそこに設定できる因子である。このように、制御因子は、複数の部品の何れかの部品に対し、特定の物体の移動範囲を変えるために寄与する条件を所定の幅で変えることで設定することができる。
【００３０】
一方、誤差因子とは、設計に関係する要素であるが技術者が自由に選択できない因子であり、目的とする特性を理想値からばらつかせる原因となる因子である。例えば、量産のために多くのバネ４０を作ると、生産されたバネ４０は、設定したバネ力ではなく多少の変化幅をもっている。腕（投てき板５０）の長さにしても、投てき角度にしても、機構上の設定値は制御因子で決めるが、生産する一個一個の装置にてばらつきが生じてしまう。また、製品を出荷した後にユーザが使用する段階では、ユーザの都合で様々な使われ方がなされる。このようなばらつきは、品質工学の分野では誤差因子と呼ばれている。本実施の形態では、設定される制御因子についてこの制御因子を振るときの所定の幅に比べて小さな幅にて条件を変えることで品質工学の誤差因子を設定することができる。
【００３１】
本実施の形態が適用される学習装置１は、球２００を投てきするのに必要なバネ４０の力、腕の長さ、投てきする角度などを可変できるようになっている。従って学習者は、制御因子としてこれらを、その何れかの値に設定することができる。更に、これら設計条件の量産時の一個一個のばらつきを考慮した設定をすることが可能である。これによって、誤差因子を意図的に現出させることができる。即ち、制御因子設定手段として、複数の部品の何れかの部品に設けられ、特定の物体の移動範囲を変えるために寄与する条件を所定の幅で変えることで品質工学の制御因子を設定する機能を有する。また、誤差因子設定手段として、この制御因子を設定する機能によって設定される所定の幅に比べて小さな幅にて条件を変えることで品質工学の誤差因子を設定する機能を有している。
【００３２】
学習装置１にて、制御因子として以下の６つ（Ａ〜Ｆ）を設定する。
１．制御因子Ａ  …  投てき板５０の角度
２．制御因子Ｂ  …  カップ５４の位置
３．制御因子Ｃ  …  投てき板５０の種類
４．制御因子Ｄ  …  バネ４０の強さ
５．制御因子Ｅ  …  角ピン８０の位置
６．制御因子Ｆ  …  補助台２０の角度
【００３３】
上記の制御因子について、各々複数の水準（例えば３つの水準）にて値が変わるように設定を行ない、その都度、投てき実験を行ってデータを取得する。
制御因子Ａである「投てき板５０の角度」は、位置決め部材６０の３つの爪部６１ａ、６１ｂ、６１ｃのうち、投てき板５０を引っかける爪部６１を選択することで設定する。３つの水準として、引っかける爪部６１の位置を０度である６１ａ、１０度である６１ｂ、２０度である６１ｃで変えると、バネ４０の伸び量が変わり、投てきの強さが変わる。また、投てきに際して投てき板５０の移動距離が変わり、球２００の投てき条件が変わる。
【００３４】
制御因子Ｂである「カップ５４の位置」は、投てき板５０に設けられた３つの長穴５１ａ、５１ｂ、５１ｃのうち、何れかの長穴５１にカップ５４を固定することで設定する。カップ５４を固定する長穴５１を変えると、投てき板５０が回転する際の支点（回転軸５２ａ）から球２００（カップ５４）までの距離が変わり、球２００の投てき条件が変わる。尚、長穴５１の長辺の一方に取り付けるか他方に取り付けるかは、誤差因子として作用する（後述）。
【００３５】
制御因子Ｃである「投てき板５０の種類」は、投てき板５０の種類を変えることで設定可能とする。例えば、投てき板５０として、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、塩ビ樹脂（ポリ塩化ビニル）の３種類を準備し、実験に際して交換して取り付ける。投てき板５０の材質を変えると、投てき板５０の撓る量を変えることが可能となり、投てき条件を変えることができる。
【００３６】
制御因子Ｄである「バネ４０の強さ」は、投てき板５０に回転力を与えるバネ４０の種類を変え、バネ定数の異なるバネ４０を実験に際して交換して取り付けることで設定する。バネ４０の種類を交換するとバネ力（バネ定数）を変えることができる。これによって投てき板５０の回転力が変わり、投てき条件が変わっている。
尚、「バネ４０の強さ」は、バネ長さ設定台３０を移動させ、バネ４０の長さを変えることによっても設定可能である。例えば、バネ４０の長さを１０ｍｍずつ３水準で変化させることで、３水準のバネ力を設定することが可能となり、投てき条件を変えることができる。
【００３７】
制御因子Ｅである「角ピン８０の位置」は、停止プレート７０の角ピン用穴７１ａ、７１ｂ、７１ｃに対して角ピン８０の挿入位置を変えることで設定する。角ピン用穴７１ａ、７１ｂ、７１ｃの何れかに角ピン８０を挿入することで、投てき動作中の投てき板５０の停止位置（角度）を変えることが可能となり、投てき条件を変えることができる。
【００３８】
制御因子Ｆである「補助台２０の角度」は、基台１０に設けられた支点１１を中心として補助台２０の角度を変えることで設定できる。設定は、例えば、０度、１５度、３０度の３水準、１０度、２０度などの２水準など、角度表示板１５に設けられた勾配目盛り１５ａに合わせて補助台２０の角度を変え、ネジ１３と目盛側ネジ２９とによって補助台２０を固定することで行う。補助台２０の角度を変えることで投てき角度が変わり、投てき条件が変わる。
【００３９】
以上のようにして制御因子Ａ〜Ｆを設定できるが、学習装置１では、これらの制御因子に加え、以下のような６つの誤差因子（α〜ζ）を設定可能としている。
１．誤差因子α  …  投てき板５０の角度
２．誤差因子β  …  カップ５４の位置
３．誤差因子γ  …  バネ長さ設定台３０の位置
４．誤差因子δ  …  角ピン８０の位置
５．誤差因子ε  …  補助台２０の角度
６．誤差因子ζ  …  球２００の種類
【００４０】
誤差因子αである「投てき板５０の角度」は、図４（ａ）に示す位置決め部材６０と、図４（ｂ）に示す位置決め部材６０（２）とを交換することで設定する。前述のとおり、図４（ａ）に示す位置決め部材６０の３つの爪部６１ａ、６１ｂ、６１ｃの各々に比べ、図４（ｂ）に示す位置決め部材６０（２）の爪部６１（２）ａ、６１（２）ｂ、６１（２）ｃは、爪先端の形状が異なり、爪先端がｔだけ厚くなっている。位置決め部材６０と位置決め部材６０（２）との両者を交換して用いることで、各角度にて、ばらつきの上限と下限の２種類を考慮した設定ができる。
尚、１種類の位置決め部材６０を用いる場合には、例えば図示しない嵌め込み式の部材などを準備し、この嵌め込み式の部材を爪部６１の位置などに抜き差しすることで、誤差範囲を調整することも可能である。
【００４１】
誤差因子βである「カップ５４の位置」は、投てき板５０に設けられた３つの長穴５１ａ、５１ｂ、５１ｃの各々にて、一方の端（例えば、回転軸５２ａから離れた側）と他方の端（例えば、回転軸５２ａに近い側）とを使い分けて固定することで設定できる。長穴５１の一方の端と他方の端を利用してカップ５４を固定することで、腕の長さについて、ばらつきの上限と下限の２種類を考慮した設定ができる。
【００４２】
誤差因子γである「バネ長さ設定台３０の位置」は、補助台２０上のスライド目盛り２１によって位置を確認しながら、バネ長さ設定台３０を意図的にずらすことで設定する。例えば、制御因子としてバネ４０の長さを１０ｍｍずつ３水準で変化させる場合には、例えば±２ｍｍ程度、水準位置からずらすことによって、ばらつきの上限と下限の２種類を考慮した設定ができる。また、「バネ長さ設定台３０の位置」によって制御因子を設定せず、バネ４０の種類を制御因子として変えている場合には、「バネ長さ設定台３０の位置」を微調整（例えば±２ｍｍ程度）するだけで誤差因子を設定できる。
【００４３】
誤差因子δである「角ピン８０の位置」は、図３に示す第１面８３と第２面８４との何れを用いて投てき板５０を停止させるか、によって設定する。より具体的には、２枚の停止プレート７０に設けられた３組の角ピン用穴７１（７１ａ、７１ｂ、７１ｃ）の各々に対して、第１面８３をＡ面（図２参照）に合わせて角ピン８０を挿入するか、逆に反転させて第２面８４をＢ面（図２参照）に合わせて角ピン８０を挿入するか、によって設定する。前述のように、Ａ面とＢ面とは約２ｍｍの寸法差があることから、この差によって投てき板５０の停止位置を変えることが可能となり、ばらつきを考慮した２種類の設定ができる。
【００４４】
誤差因子εである「補助台２０の角度」は、勾配目盛り１５ａを使用した制御因子Ｆの設定に対し、細分勾配目盛り１５ｂを使って意図的に角度を若干ずらして設定する。例えば、勾配目盛り１５ａを１０と設定した場合には、この１０を中心に±１の誤差を設定する。
【００４５】
誤差因子ζである「球２００の種類」は、重いゴム球、軽いピンポン球などを選定する。品質工学においては、例えば、製品を出荷した後にユーザが使用する段階にて、ユーザの都合で様々な使われ方がなされる。本実施の形態では、球２００の種類はユーザが選択すると考え誤差因子とする。
【００４６】
以上のような制御因子と誤差因子とについて、実験計画の水準に合わせて、何れかの部材を設定する。設定が終了した後、球２００をカップ５４の上において投てきの準備が完了する。投てきを行う際に、学習者は、位置決め部材６０の指入れ穴６２に指を入れて、中心軸１７ａを中心として位置決め部材６０を揺動させる。位置決め部材６０の揺動により、投てき板５０が爪部６１（６１ａまたは６１ｂまたは６１ｃ）から外れ、バネ４０のバネ力、および投てき板５０の撓り力によって、図２のＤ方向に投てき板５０が勢いよく回転する。回転した投てき板５０は、停止プレート７０に挿入されている角ピン８０に衝突して回転が止まる。この回転が止まることで投てき板５０の弾性力によって投てき板５０が更にＤ方向に撓り、球２００が投げ出されて投てきが行われる。
【００４７】
学習者は、球２００の飛距離を測定し、制御因子と誤差因子とを加味した実験結果から、例えば要因効果図（後述）等を用いて最適条件を選定する。即ち、学習装置１は、バネ４０で付勢され回転軸５２ａを中心にして自在に揺動する腕（投てき板５０）から球が投てきされ、所定の飛距離が得られる。本実施の形態が適用される学習装置１は、このバネ４０の力、腕（投てき板５０）の長さ、投てきの角度などの制御因子からなる設計条件を様々に変えることができ、同時に前述の誤差因子を変えることも可能である。これらの実習を通じ、品質工学における制御因子と誤差因子を学習することができる。
【００４８】
〔実験例〕
次に、学習装置１を用いた実験例を説明する。
【００４９】
【表１】
2008309968.tif 000003
この表１では、上述した制御因子Ａ〜制御因子Ｆまでの６個の設計条件を、各々３通り（３水準）に変えている。
【００５０】
更に、設計条件の中心値の周辺にて、通常の製造技術では避けられない値として、表２に示すような誤差因子を設定した。
【００５１】
【表２】
2008309968.tif 000004
ここでは、α〜δまでの４種類の誤差因子を挙げている。飛距離を上げる（飛ぶ条件である）誤差因子をＮ１、飛ばない方向に働く（飛ばない条件である）誤差因子をＮ２として一つにまとめた（誤差因子の調合）。ここで誤差因子の調合とは、一般に、出力を小さくする条件を重ねた水準と、出力を大きくする条件を重ねた水準にまとめる作業をいう。尚、球２００の種類ｎも、上述のように誤差因子とする。
【００５２】
次に、実験の計画立案である実験計画に際し、Ｌ１８直交表に制御因子を割付けた。
図５は、Ｌ１８の直交表に誤差因子を配置した実験配置と実験結果を示した表図である。図５に示す表図において、表１に示した制御因子Ａ〜Ｆは、Ｌ１８直交表の３〜８列に割付けられている。ｎ１は球２００としてピンポン球を用いた結果であり、ｎ２は球２００としてゴム球を用いた結果である。
【００５３】
上記結果を受け、図５に示す直交表Ｌ１８の１行から１８行まで、即ち、水準を変えた複数の制御因子について、これらを組み合わせた条件ごとに、以下の計算を行った。
例えば１行目を例にとると、
・全変動ＳＴ ＝ 全データの二乗和 ＝ ９３８１３
・一般平均の変動Ｓｍ ＝（データの和）＾２ ÷ データ数 ＝ ９３３３０
・誤差分散＝（ＳＴ−Ｓｍ）÷（データ数−１）＝ １６０．９
・一般平均の効果（感度）＝ １０×ｌｏｇ(ｍ２) ＝ ４３．７
・望目（ぼうもく）ＳＮ比 ＝ １０×ｌｏｇ(ｍ２/σ２) ＝ ２１．６
ここで、一般平均の効果は、飛距離の平均（ｍ）の二乗を常用対数し、それを１０倍した値であり、単位はデシベル（ｄＢ）である。
望目ＳＮ比（ＳＮ比）は、出力に対して目標値を最適とし、プラス、マイナスのどちらにばらついても望ましくない特性値であり、単位はｄＢである。このＳＮ比は、安定性の度合いを測る尺度として、その比が高くなれば機能性が良くなる。
【００５４】
図６は、図５に示す直交表の１行から１８行まで、上記の計算結果を示した表図である。Ｌ１８直交表の１行から１８行について、感度（ｄＢ）とＳＮ比とが図６のようにして算出される。
尚、本実施の形態ではＳＮ比を特性値としたが、誤差因子のばらつきの程度を把握する指標として他の特性値を採用することも可能である。
【００５５】
制御因子の要因効果は、制御因子の条件値ごとに、感度の平均、ＳＮ比の平均を求めてグラフに描くことで容易に把握することができる。
図７（ａ）、（ｂ）は、図６に示す計算結果について、感度およびＳＮ比の要因効果を示した要因効果図である。図７（ａ）は感度を示し、図７（ｂ）はＳＮ比を示している。縦軸は、感度の平均、ＳＮ比の平均を示している。１つの水準について測定結果として存在する６回ごとの平均が算出されてプロットされている。横軸は、Ｌ１８直交表の１〜８列にて、各々の制御因子につき３水準の値が示されている。例えば３Ａは、Ｌ１８直交表の３列に割り振られた制御因子Ａ「投てき板５０の角度」であり、０度、１０度、２０度の３水準のうち、０度が最も感度が高く、ＳＮ比も高いことを示している。例えば７Ｅは、Ｌ１８直交表の７列に割り振られた制御因子Ｅ「角ピン８０の位置」であり、４５度、６０度、７５度の３水準のうち、６０度が最も感度が高く、ＳＮ比も高いことが理解できる。
【００５６】
感度が高いということは飛距離が出ることを意味し、ＳＮ比が高いことはばらつきが少ないことを意味している。ＳＮ比は、内乱と外乱との影響を受け難いという指標である。従って、ＳＮ比の大きいものを選ぶことで誤差の影響が出にくいような制御因子を選ぶことができる。
【００５７】
品質工学では、ＳＮ比を重視して制御因子の条件が設定される。図７（ｂ）に示す結果から最適条件として、例えば、Ａ１（制御因子Ａ「投てき板５０の角度」の０度）、Ｅ２（制御因子Ｅ「角ピン８０の位置」の６０度）、Ｆ１（制御因子Ｆ「角ピンの位置」の４５度）を選択する。
次いで感度（飛距離の出る条件）を選定する。図７（ａ）に示す結果から、Ａ１とＤ２（制御因子Ｄ「バネ強さ」の水準２）を選定する。尚、飛距離は、飛び過ぎても問題であるとし、必ずしも最大ではなく適度なものを選んでいる。
以上のようにして、好ましい制御因子の水準を選定する。
【００５８】
その後、上記のようにして水準が選定された制御因子について、確認作業を行う。
ここでは、大きい要因効果を持っている因子の選定した水準について、その平均値を用い最適条件におけるＳＮ比の推定値を算出する。即ち、
・選んだ条件におけるＳＮ比の推定値
＝ Ａ１の平均 ＋ Ｅ２の平均 ＋ Ｆ１の平均 − ２×全平均 ＝ ３４．６（ｄＢ）
・選んだ条件における感度の推定値
＝ Ａ１の平均 ＋ Ｄ２の平均 − 全平均 ＝ ４８．２（ｄＢ）
【００５９】
その後、上記のようにして選ばれた最適条件にて、再度、装置の部品を結合し直し、確認実験を行う。確認実験は、最適条件の水準を選んだ１つの組み合わせだけについて、誤差因子を設定した４回のデータが取得される。この確認実験の結果から感度とＳＮ比とを算出し、実験結果がほぼ再現されていれば、安定性が確認できる。
但し、実際の確認実験にて、再現ができない場合がある。そこで、比較のために同様の手順で最悪条件を選択して確認実験を行い、確認実験の差と、Ｌ１８の実験結果からの推定値の差とを比較する方法が採用される場合がある。
これらの確認実験によって、選定された制御因子についての安定性を把握することが可能となる。
【００６０】
次に、本実施の形態が適用される学習装置１を用いた実験結果を処理するコンピュータシステムについて説明する。
図８は、コンピュータシステム１００の全体構成を示した機能ブロック図である。このコンピュータシステム１００は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等のコンピュータ（例えば学習装置１とは独立して動作するもの）にインストールされるプログラムにて実行される。ハードウェア資源としては、例えばパーソナルコンピュータのＣＰＵ、各種メモリ、ハードディスクなどの大容量記憶媒体、ディスプレイ、キーボードなどの入力デバイスが用いられる。そして、このプログラムによって処理されるデータは、ハードウェア資源である学習装置１にて得られたデータである。
【００６１】
コンピュータシステム１００は、キーボードやマウスなどの入力機器１１０、入力機器１１０より入力された実験計画、表示内容などの各種設定情報を取得する設定情報取得部１２０、設定情報取得部１２０により取得された設定情報を記憶する設定情報記憶部１３０を備えている。また、入力機器１１０より入力された実験結果などのデータを取得するデータ取得部１４０、データ取得部１４０により取得されたデータを記憶するデータ記憶部１５０を備えている。また、設定情報記憶部１３０に記憶されている設定情報に基づき、データ取得部１４０にて取得されたデータに演算処理を施す演算部１６０、設定情報に基づき演算部１６０による演算結果を表示情報に変換する表示制御部１７０を備えている。表示制御部１７０による表示情報は、ディスプレイ１８０に出力される。尚、設定情報取得部１２０、データ取得部１４０、演算部１６０、表示制御部１７０は、例えばパーソナルコンピュータの制御装置（ＣＰＵ）にて、所定のプログラムによって実行される。
【００６２】
次に、データの取得から表示情報生成までの処理について説明する。これらの処理は、コンピュータシステム１００の制御装置にてなされるアプリケーションプログラムの実行により実現される。
図９は、データの取得から表示情報生成までの処理を示すフローチャートである。まず、例えばキーボードから入力されたデータがデータ取得部１４０にて取得され、演算部１６０では、例えばデータ取得部１４０から、またはデータ記憶部１５０から、制御因子が割り付けられた直交表の行ごとに、即ち、水準を変えた複数の制御因子についてこれらを組み合わせた条件ごとに、データを読み出す（ステップ１０１）。このデータとしては、例えば図５に示す飛距離のデータ（ｃｍ）であり、ディスプレイ１８０に表示された実験配置の欄（Ｎ１、Ｎ２の欄）に順次、入力されたものを採用する。この行ごとに取得されるデータは、行ごとに誤差因子を振って測定されたデータである。尚、直交表を使わずに、例えば多元配置（全ての組み合わせで実験する方法）を採用することも可能である。かかる場合であっても、水準を変えた複数の制御因子についてこれらを組み合わせた条件ごとにデータを読み出す作業が行われる。
【００６３】
演算部１６０は、直交表の行ごとに、誤差因子を振って測定されたデータにつき、まず全変動ＳＴ（＝Σ（データ）２ ）を演算する（ステップ１０２）。次に、演算部１６０は、一般平均の変動Ｓｍ（＝（データの和）２/データ数）を演算する（ステップ１０３）。次いで、誤差分散（＝（全変動−一般平均の変動）/（データ数−１））を演算する（ステップ１０４）。そして、感度である一般平均の効果（＝１０×ｌｏｇ（ｍ２））を演算する（ステップ１０５）。次いで、ＳＮ比（１０×ｌｏｇ(ｍ２/σ２)）を算出する（ステップ１０６）。
【００６４】
ここで、以上の演算が最後の行までなされたか否かが判断される（ステップ１０７）。最後の行ではない場合には、ステップ１０１へ戻る。最後の行である場合には、その後のステップに示すように、演算して得られたばらつきに関する値に基づいて、制御因子毎の水準毎のばらつきに関する値の演算がなされる。ここでは、まず演算部１６０にて、制御因子の条件値ごとに、感度の平均、ＳＮ比の平均を求める（ステップ１０８）。そして表示制御部１７０は、列、水準ごとに平均値のグラフを書き（ステップ１０９）、列、水準ごとにＳＮ比のグラフを書いて（ステップ１１０）、これらをディスプレイ１８０に表示する。表示結果は、例えば図７（ａ）、（ｂ）のようになる。これによって、演算して得られた水準毎のばらつきに関する値が、制御因子の要因効果図としてディスプレイ１８０に表示される。尚、出力結果は、ディスプレイ１８０に表示する代わりに、またはこれに加えて、プリンタなどの印刷装置の媒体に直接、出力することも可能である。
【００６５】
以上、詳述したように、本実施の形態が適用される学習装置１によれば、制御因子の設定のみならず、誤差因子である内乱を意図して設定でき、内乱がばらついても強い制御因子を認識させることができる。即ち、学習装置１では、投てき板の角度のばらつき、カップ位置のばらつき、バネ長さ設定台の位置のばらつき、角ピンの位置のばらつき等を、誤差因子として意図的に設定することができる。そして、得られた結果には、意図的に設定された内乱と、球２００の種類である外乱とが含まれている。この結果を分析することで、設計に際して無視できない要因である誤差因子の存在を、設計者等に理解させることができる。例えば複写機などの画像形成装置では、ユーザが用いる用紙の種類、ユーザが用いる原稿の濃さ、製品のばらつき等が誤差因子となるが、本実施の形態によれば、設計者等に対して誤差因子の存在を認識させることが可能となり、品質工学に対する知識習得の良好な機会を提供することができる。尚、投てき法の長所としては、学習者が様々な形態の物体を選択でき、それら物体の違いをも因子としてデータを取ることが可能となる点が挙げられる。空中を移動させる間に他の因子、例えば風などの外乱を与えることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本実施の形態が適用される学習装置の斜視図である。
【図２】学習装置を詳述するために用いる外観構成図である。
【図３】角ピン用穴に挿入される角ピンを示した斜視図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、交換可能なものとして準備される位置決め部材の例を示した図である。
【図５】Ｌ１８の直交表に誤差因子を配置した実験配置と実験結果を示した表図である。
【図６】直交表の１行から１８行までの計算結果を示した表図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は、計算結果について感度およびＳＮ比の要因効果を示した要因効果図である。
【図８】コンピュータシステムの全体構成を示した機能ブロック図である。
【図９】データの取得から表示情報生成までの処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６７】
１…学習装置、１０…基台（ベース）、２０…補助台（サブ・ベース）、３０…バネ長さ設定台（バネ・ポスト・ベース）、４０…バネ、５０…投てき板（プレート）、６０…位置決め部材（ストッパー）、７０…停止プレート、８０…角ピン
【図１】
2008309968.tif 000005
【図２】
2008309968.tif 000006
【図３】
2008309968.tif 000007
【図４】
2008309968.tif 000008
【図５】
2008309968.tif 000009
【図６】
2008309968.tif 000010
【図７】
2008309968.tif 000011
【図８】
2008309968.tif 000012
【図９】
2008309968.tif 000013