(57)【要約】【課題】作業の問題点を効率的に抽出することができる作業動作分析システム及び作業動作分析方法を提供する。【解決手段】作業動作分析システム１のデータ取得手段１１が、同じ種類の作業をしている熟練作業者と非熟練作業者のそれぞれを撮像し、動画及び動作信号を取得する。次に、この動画及び動作信号を、この作業によって製造された製品の良否と関連付けて記憶手段１４に記憶する。次に、相違点抽出手段１５が、製品が良好であった場合の動作信号（良品動作信号）と製品が不良であった場合の動作信号（不良動作信号）とを比較して相違点を抽出する。次に、この相違点に対応する動画を表示手段１６に表示させる。これにより、非熟練作業者の作業の問題点を効率的に抽出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業をしている作業者の動画及び前記作業者の動作の特徴量の変化を表す動作信号を取得するデータ取得手段と、
複数の前記作業者についての前記動画及び前記動作信号を前記作業の結果の良否と関連付けて記憶する記憶手段と、
前記作業の結果が良好であった場合の前記動作信号と前記作業の結果が不良であった場合の前記動作信号とを比較して相違点を抽出する相違点抽出手段と、
前記相違点に対応する前記動画を表示する表示手段と、
を備えたことを特徴とする作業動作分析システム。
【請求項２】
前記動作信号の時間軸を規格化する規格化手段をさらに備え、
前記相違点抽出手段は、前記規格化された動作信号同士を比較することを特徴とする請求項１記載の作業動作分析システム。
【請求項３】
同じ種類の作業をしている複数の作業者のそれぞれについて、前記作業者の動画及び前記作業者の動作の特徴量の変化を表す動作信号を取得する工程と、
前記動画及び前記動作信号を前記作業の結果の良否と関連付けて記憶する工程と、
前記作業の結果が良好であった場合の前記動作信号と前記作業の結果が不良であった場合の前記動作信号とを比較して相違点を抽出する工程と、
前記相違点に対応する前記動画を表示して、前記不良の原因を抽出する工程と、
を備えたことを特徴とする作業動作分析方法。
【請求項４】
前記動作信号の時間軸を規格化する工程をさらに備え、
前記相違点を抽出する工程において、前記規格化された動作信号同士を比較することを特徴とする請求項３記載の作業動作分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業動作分析システム及び作業動作分析方法に関し、特に、複数の作業者の作業を比較して問題点を抽出する作業動作分析システム及び作業動作分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在でも、多くの製品の製造工程においては、熟練した作業者による手作業が必要とされている。しかし、熟練した作業者のスキルは客観的・定量的に把握することが難しく、口頭や文書によって他人に伝達することが難しいため、多くの製造業において、スキルの継承は重大な問題となっている。
【０００３】
そこで従来より、ビデオ映像を利用した比較分析によって、作業者の作業を客観的・定量的に把握する方法が提案されている。例えば、特許文献１には、作業者の身体の各部に種々の色の標点を付け、この状態でこの作業者に作業をさせ、この作業を複数台のイメージセンサで複数の角度から撮像し、撮像した結果を合成して各標点の３次元座標データを作成し、その結果を標準作業データと共にプリントアウトする技術が開示されている。これにより、作業者の動作を定量的に解析することができる。
【０００４】
しかしながら、上述の従来の技術においては、解析作業に多大な時間がかかるという問題点がある。また、計測した動作のどの部分が製品の品質に影響を与えているかを抽出することが困難である。このため、上述の従来の技術は、必要とされる労力や時間の割に得るものが少なく、現実にはあまり実施されていない。
【０００５】
【特許文献１】特開平４−２５９８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、作業の問題点を効率的に抽出することができる作業動作分析システム及び作業動作分析方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、作業をしている作業者の動画及び前記作業者の動作の特徴量の変化を表す動作信号を取得するデータ取得手段と、複数の前記作業者についての前記動画及び前記動作信号を前記作業の結果の良否と関連付けて記憶する記憶手段と、前記作業の結果が良好であった場合の前記動作信号と前記作業の結果が不良であった場合の前記動作信号とを比較して相違点を抽出する相違点抽出手段と、前記相違点に対応する前記動画を表示する表示手段と、を備えたことを特徴とする作業動作分析システムが提供される。
【０００８】
本発明の他の一態様によれば、同じ種類の作業をしている複数の作業者のそれぞれについて、前記作業者の動画及び前記作業者の動作の特徴量の変化を表す動作信号を取得する工程と、前記動画及び前記動作信号を前記作業の結果の良否と関連付けて記憶する工程と、前記作業の結果が良好であった場合の前記動作信号と前記作業の結果が不良であった場合の前記動作信号とを比較して相違点を抽出する工程と、前記相違点に対応する前記動画を表示して、前記不良の原因を抽出する工程と、を備えたことを特徴とする作業動作分析方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、作業の問題点を効率的に抽出することができる作業動作分析システム及び作業動作分析方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る作業動作分析システムを例示するブロック図である。
図１に示すように、本実施形態に係る作業動作分析システム１においては、データ取得手段１１が設けられている。データ取得手段１１には、作業をしている作業者の動画を取得する動画取得手段１２と、この作業者の動作信号を取得する動作信号取得手段１３とが設けられている。
【００１１】
本明細書において、「作業」とは、例えば、製品の製造工程に携わる作業者の動作のうち、特定の目的を達成するために行うひとまとまりの動作をいい、例えば、工具を元の場所に戻す、ボタンを押す又は踏む、ねじを取るために工具箱の扉を開ける、等の動作が含まれる。また、「動作信号」とは、作業に伴う作業者の動作からある特徴量の変化を抽出した信号をいう。「特徴量」とは、例えば、作業者の身体の各部の高さ、肘の角度のように、１つの数値で表すことができる量であり、例えば、作業者の身体に標点を付けることによって測定される。「特徴量の変化」とは、特徴量の時間的な変化である。従って、一例では、「動作信号」は、作業者の右手首に付けた標点の高さの変化を表す信号である。
【００１２】
なお、動画取得手段１２は複数の角度から作業者の動画を取得してもよく、動作信号取得手段１３は複数の種類の動作信号を取得してもよい。一例では、動画取得手段１２はビデオカメラである。また、動作信号取得手段１３は動画取得手段１２が取得した動画から標点の座標を抽出する画像解析装置である。これにより、データ取得手段１１は、作業をしている作業者について動画及び動作信号を取得する。
【００１３】
また、作業動作分析システム１においては、記憶手段１４が設けられている。記憶手段１４は、データ取得手段１１が取得した動画及び動作信号を、作業の結果の良否と関連付けて記憶するものである。「作業の結果」とは、例えば、分析の対象となった作業によって製造された製品であり、「作業の結果の良否」とは、例えば、この製品の良否判定結果である。すなわち、記憶手段１４には、良品を製造した作業の動画及び動作信号と、不良品を製造した作業の動画及び動作信号とが記憶される。記憶手段１４は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive：ハードディスクドライブ）等の記憶装置である。
【００１４】
更に、作業動作分析システム１においては、相違点抽出手段１５が設けられている。相違点抽出手段１５は、記憶手段１４に記憶されたデータのうち、作業の結果が良好であった場合の動作信号（以下、「良品動作信号」という）と、作業の結果が不良であった場合の動作信号（以下、「不良動作信号」という）とを比較して、その相違点を抽出するものである。相違点抽出手段１５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）によって構成されている。
【００１５】
動作信号の比較及び相違点の抽出の方法には、種々の方法が考えられる。例えば、良品動作信号と不良品動作信号との差をとり、この差の絶対値が所定の基準値よりも大きい部分を相違点としてもよい。また、multiway PCA（Principal Component Analysis）により、次元が異なる複数の変数を用いて、品質との相関性の高い部分を相違点として抽出してもよい。
【００１６】
更にまた、作業動作分析システム１においては、相違点抽出手段１５からの指示により、記憶手段１４に記憶された動画を表示する表示手段１６が設けられている。表示手段１６は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display：液晶表示装置）等のディスプレイである。後述するように、表示手段１６は、相違点抽出手段１５が抽出した相違点に対応する動画を表示する。
【００１７】
次に、上述の如く構成された本実施形態に係る作業動作分析システム１の動作、すなわち、本実施形態に係る作業動作分析方法について説明する。
図２は、本実施形態に係る作業動作分析方法を例示するフローチャート図であり、
図３（ａ）及び（ｂ）は、横軸に時間をとり、縦軸に特徴量をとって、動作信号の波形を例示するグラフ図であり、（ａ）は熟練作業者の波形を示し、（ｂ）は非熟練作業者の波形を示し、
図４は、横軸に時間をとり、縦軸に特徴量の差の絶対値をとって、相違点の抽出方法を例示するグラフ図である。
【００１８】
先ず、図１及び図２のステップＳ１に示すように、作業動作分析システム１のデータ取得手段１１が、熟練作業者による作業の動画及び動作信号を取得する。具体的には、例えば、熟練作業者の身体の複数の部分に、相互に異なる色に着色された複数の標点を取り付ける。なお、標点は１つであってもよい。そして、この状態で、熟練作業者に分析対象とする作業を行わせ、これを動画取得手段１２であるビデオカメラによって撮像して動画を取得する。また、動作信号取得手段１３がこの動画を画像処理することにより、動作信号として、特徴量、例えば、標点の座標データを時系列的に取得する。図３（ａ）に示すように、この動作信号は特徴量の時間変化を表しており、時間に関して一定の波形を形成する。
【００１９】
次に、ステップＳ２に示すように、データ取得手段１１が取得した動画及び動作信号を、記憶手段１４に作業の結果の良否と関連付けて記憶させる。例えば、ステップＳ１で計測した作業により製造された製品の良否判定の結果を紐付けして、動画及び動作信号を記憶させる。このとき、動画と動作信号も関連付けて記憶させる。動画と動作信号との関連付けは、両データの時間軸を合わせることで可能となる。なお、通常、熟練作業者により製造された製品は「良品」となる。
【００２０】
一方、ステップＳ３に示すように、データ取得手段１１が、非熟練作業者による作業の動画及び動作信号を取得する。このときの取得条件はステップＳ１と同様とする。すなわち、非熟練作業者に、ステップＳ１における熟練作業者による作業と同じ作業環境で同じ種類の作業を行わせ、その動画及び動作信号を取得する。このとき、動作信号の波形は、例えば図３（ｂ）に示すようになる。そして、ステップＳ４に示すように、この動画及び動作信号を作業の結果の良否と関連付けて記憶手段１４に記憶させる。通常、非熟練作業者により製造された製品は「不良」となる。
【００２１】
なお、ステップＳ１及びＳ２に示す処理と、ステップＳ３及びＳ４に示す処理との先後は限定されず、どちらを先に行ってもよい。また、各作業者に同じ作業を複数回繰り返し実行させてもよく、複数の熟練作業者及び複数の非熟練作業者に同じ種類の作業を行わせてもよい。これにより、複数組の動画及び動作信号を取得することができる。
【００２２】
次に、ステップＳ５に示すように、相違点抽出手段１５が、作業の結果が良好であった場合の動作信号（良品動作信号）と、作業の結果が不良であった場合の動作信号（不良動作信号）とを比較して、その相違点を抽出する。すなわち、製品の品質に影響を与えている可能性が高いと推定される作業部分を計算処理によって抽出する。なお、通常は、良品動作信号は前述のステップＳ１において取得された信号であり、不良動作信号はステップＳ３において取得された信号である。
【００２３】
例えば、図４に示すように、良品動作信号と不良品動作信号との差をとり、この差の絶対値が所定の基準値よりも大きい時間範囲を相違点Ｄとする。また、例えばステップＳ１及びＳ３において複数の種類の動作信号を取得した場合には、この複数の動作信号の中から、差の絶対値が所定の基準値よりも大きい部分を抽出して、相違点Ｄとする。これにより、作業全体の中から、作業の結果に大きな影響を与える部分を、時間的又は時間的且つ空間的に限定する。なお、ステップＳ１〜Ｓ４において複数組の動作信号を取得した場合は、複数の良品動作信号の平均値と複数の不良動作信号の平均値との差を求めてもよい。また、差の絶対値を基準値と比較する替わりに、multiway PCA等により、次元が異なる複数の変数を用いて解析を行い、品質との相関性の高い部分を抽出して、これを相違点としてもよい。
【００２４】
次に、ステップＳ６に示すように、相違点抽出手段１５が、記憶手段１４に記憶された熟練作業者及び非熟練作業者の動画のうち、ステップＳ５において抽出した相違点Ｄに対応する動画を表示手段１６に表示させる。すなわち、相違点Ｄに相当する時間範囲、又は時間範囲及び空間範囲の動画を表示させる。そして、この動画を検証することにより、良品を製造した熟練作業者の作業と不良品を製造した非熟練作業者の作業との差異を検出する。これにより、非熟練作業者による作業の問題点を抽出する。
【００２５】
次に、本実施形態の効果について説明する。
上述の如く、本実施形態においては、非熟練作業者による作業の問題点を抽出することにより、作業の改善ポイントを提示することができる。そして、この改善ポイントを意識しながら、非熟練作業者の動作を修正し、熟練作業者の動作に近づけていくことにより、熟練作業者のスキルを非熟練作業者に継承させることができる。このように、本実施形態によれば、熟練を要する作業のポイントを、客観的且つ定量的に把握し、スキル継承の効率化を図ることができる。
【００２６】
また、本実施形態によれば、動作信号に基づいて相違点Ｄを抽出し、この相違点Ｄに対応する動画のみを表示して、熟練作業者と非熟練作業者との動作の差異を検出しているため、時間的又は時間的及び空間的に限定された領域の動画だけを検証すればよい。この結果、動画全体を検証する場合と比較して、非熟練作業者による作業の問題点を短時間で効率的に抽出することができる。
【００２７】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図５は、本実施形態に係る作業動作分析システムを例示するブロック図である。
図５に示すように、本実施形態に係る作業動作分析システム２においては、前述の第１の実施形態に係る作業動作分析システム１の構成に加えて、動作信号の時間軸を規格化する規格化手段１７が設けられている。そして、相違点抽出手段１５は、規格化された動作信号同士を比較して、相違点を抽出する。規格化手段１７は例えばＣＰＵにより構成されている。なお、規格化手段１７及び相違点抽出手段１５は同一のＣＰＵによって構成されていてもよい。本実施形態に係る作業動作分析システム２における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態に係る作業動作分析システム１と同様である。
【００２８】
次に、本実施形態に係る作業動作分析システムの動作、すなわち、作業動作分析方法について説明する。
図６は、本実施形態に係る作業動作分析方法を例示するフローチャート図である。
図６に示すように、本実施形態においては、ステップＳ１〜Ｓ４に示すように、データ取得手段１１が熟練作業者及び非熟練作業者の作業について動画及び動作信号を取得し、作業の結果の良否と関連付けて記憶手段１４に記憶した後、ステップＳ７に示すように、動作信号の規格化を行う。以下、この規格化処理について詳細に説明する。
【００２９】
図７は、３人の作業者が３つの作業を連続して行った場合の動作信号を例示する図であり、図中のグラフ図の横軸は時間を表し、縦軸は特徴量を表している。
図８（ａ）乃至（ｃ）は、図７に示す各作業者の作業１の動作信号を例示するグラフ図であり、各図の横軸は時間を表し、縦軸は特徴量を表している。
図９（ａ）乃至（ｃ）は、図８（ａ）乃至（ｃ）に示す動作信号の時間軸を規格化した結果を例示するグラフ図であり、各図の横軸は時間を表し、縦軸は特徴量を表している。
図１０（ａ）乃至（ｃ）は、横軸に時間をとり、縦軸に特徴量をとって、３人の作業者が３つの作業を連続して行った場合の動作信号を例示する図であり、（ａ）は規格化前の動作信号を示し、（ｂ）は規格化後の動作信号を示し、（ｃ）は（ｂ）に示す動作信号をつなぎ合わせた場合を示す。
【００３０】
前述の第１の実施形態においては、作業に要する時間が作業者間で等しい場合について説明した。しかし、作業のタイミングが外部から規制されない作業の場合、作業者ごとに、又は同じ作業者でも作業ごとに、作業に要する時間が異なる場合がある。このような場合、動作信号を単純に比較することができない。そこで、本実施形態においては、動作信号の時間軸を規格化して、動作信号の時間的な長さを一定値に揃える。そして、規格化後の動作信号同士を比較する。
【００３１】
以下、具体的に説明する。図７に示すように、作業のタイミングが外部から規制されない一連の作業を３人の作業者に行わせた場合、作業全体に要する時間は作業者ごとに異なっている。そこで、動画と動作信号とを照らし合わせ、動画によって作業の内容を把握しつつ、動作信号を例えばタクト単位などの複数の単位作業に区切る。例えば、図７に示す例では、一連の作業を「作業１」、「作業２」、「作業３」の３つの単位作業に区切る。なお、作業者が作業１、作業２、作業３を行ったときに、信号を発信する手段を設けておいて、動作信号を自動的に単位作業に区切るようにしてもよい。
【００３２】
次に、図８（ａ）乃至（ｃ）に示すように、各作業者の作業１に要する時間を測定する。この結果、例えば、３人の作業者の作業１に要する時間は、それぞれｔ１、ｔ２、ｔ３であるとする。一方、作業１の基準時間Ｔ１を設定する。基準時間Ｔ１の長さは特に限定されないが、例えば、時間ｔ１、ｔ２、ｔ３のうち、最も長い時間以上の時間とする。
【００３３】
次に、図９（ａ）乃至（ｃ）に示すように、３人の作業者が作業１を行った際の動作信号の時間軸を、それぞれ、（Ｔ１／ｔ１）倍、（Ｔ１／ｔ２）倍、（Ｔ１／ｔ２）倍にする。これにより、各作業者の作業１の動作信号の時間的な長さが、基準時間Ｔ１に統一される。
【００３４】
そして、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、作業２及び作業３についての動作信号も、作業１と同様に、時間軸を規格化する。以上の処理を一般的に表現すれば、ｉ番目の作業者がｊ番目の単位作業に要した時間をｔｉｊとし、ｊ番目の単位作業の基準時間をＴｊとするとき、ｉ番目の作業者がｊ番目の単位作業を行った際の動作信号の時間軸を、（Ｔｊ／ｔｉｊ）倍する。これにより、各作業者によるｊ番目の単位作業の動作信号の時間的長さが、基準時間Ｔｊに統一され、規格化される。
【００３５】
次に、図１０（ｃ）に示すように、規格化された作業１〜作業３の動作信号を作業者ごとにつなげる。これにより、一連の作業を一体的に表し、且つ、各単位作業について時間軸が規格化された動作信号が生成される。これにより、動作信号の規格化が終了する。
【００３６】
そして、図６のステップＳ５に示すように、図５に示す相違点抽出手段１５が規格化された良品動作信号と規格化された不良動作信号とを比較し、相違点を抽出する。また、このとき、ステップＳ７において測定した作業時間ｔｉｊも、作業時間を表す変数として参照する。以後の処理は、前述の第１の実施形態と同様である。すなわち、ステップＳ６に示すように、相違点に対応する動画を表示手段１６に表示させ、作業の問題点を抽出する。
【００３７】
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態においては、動作信号の時間軸を規格化することにより、作業時間が相互に異なる作業同士を比較することができる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００３８】
なお、本実施形態においては、ステップＳ７において、時間軸だけでなく、空間軸も規格化してもよい。すなわち、ある標点の可動範囲を作業者間で揃えてもよい。これにより、作業者の体格差による動作信号の差を解消し、より精度よく相違点を抽出することができる。
【００３９】
また、上述のステップＳ７において、動作信号の時間軸だけでなく、動画の時間軸も規格化してもよい。これにより、ステップＳ６において、熟練作業者を撮像した動画と非熟練作業者を撮像した動画とを、各作業者の動作が同じスピードになるように表示することができる。この結果、両者の動作の比較が容易になり、差異の検出が容易になる。
【００４０】
更に、上述のステップＳ７において、動作信号の時間軸を規格化する替わりに、同じタクトの各動作信号を等分割するなどして適当な数の変数を生成してもよい。これにより、長さの異なる動作信号から同数の変数を得ることができる。そして、ステップＳ５においては、これら変数を用いてmultiway-PCA等の分析を行う。なお、この場合、各タクトに要する時間、すなわち各単位作業の所要時間を１つの変数として加えてもよい。
【００４１】
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、前述の実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略、条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。また、前述の各実施形態においては、製品の製造工程における作業を分析する例を示したが、本発明はこれに限定されず、本発明はあらゆる技倆の伝承に適用することができる。例えば、本発明は、スポーツ競技の技倆の伝承にも利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る作業動作分析システムを例示するブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係る作業動作分析方法を例示するフローチャート図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、横軸に時間をとり、縦軸に特徴量をとって、動作信号の波形を例示するグラフ図であり、（ａ）は熟練作業者の波形を示し、（ｂ）は非熟練作業者の波形を示す。
【図４】横軸に時間をとり、縦軸に特徴量の差の絶対値をとって、相違点の抽出方法を例示するグラフ図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る作業動作分析システムを例示するブロック図である。
【図６】第２の実施形態に係る作業動作分析方法を例示するフローチャート図である。
【図７】３人の作業者が３つの作業を連続して行った場合の動作信号を例示する図であり、図中のグラフ図の横軸は時間を表し、縦軸は特徴量を表している。
【図８】（ａ）乃至（ｃ）は、図７に示す各作業者の作業１の動作信号を例示するグラフ図であり、各図の横軸は時間を表し、縦軸は特徴量を表している。
【図９】（ａ）乃至（ｃ）は、図８（ａ）乃至（ｃ）に示す動作信号の時間軸を規格化した結果を例示するグラフ図であり、各図の横軸は時間を表し、縦軸は特徴量を表している。
【図１０】（ａ）乃至（ｃ）は、横軸に時間をとり、縦軸に特徴量をとって、３人の作業者が３つの作業を連続して行った場合の動作信号を例示する図であり、（ａ）は規格化前の動作信号を示し、（ｂ）は規格化後の動作信号を示し、（ｃ）は（ｂ）に示す動作信号をつなぎ合わせた場合を示す。
【符号の説明】
【００４３】
１、２  作業動作分析システム、１１  データ取得手段、１２  動画取得手段、１３  動作信号取得手段、１４  記憶手段、１５  相違点抽出手段、１６  表示手段、１７  規格化手段、Ｄ  相違点
【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】
2009110239.tif 000007
【図６】
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【図７】
2009110239.tif 000009
【図８】
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【図９】
2009110239.tif 000011
【図１０】
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