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マルチメディア方式の溶接技術者教育用ソフト
長崎県工業技術センター教育用ソフト研究員

山内芳久

熟練溶接技能者の不足は社会問題となっている本フロジェクトではマノレチメディアを利用して、溶接技術者を効率良く教育ずるために、人口知能を応用した溶接現象（乃シミュレーションを含む溶接技能育成システムを開発すると同時に、マルチメディア技術を使って、実際び）溶接を、離れた場所で、溶接条件を自由に設定して実験をおこうことができるシステムの開発を目指した．本フロジェクトにおいてけグノレーフー1（長崎県工業技術センター、㈱長崎ソウトウユ．アセン
ター、㈲利光設計）では、溶接現象4）シミュレーションを含む溶接技術者育成♂）ため（ノ）ソフトウェ

ア開発を担当し、グルーフ2（長崎大学工学部、長崎県工業技術センター）では、そのソフトウ

ェアで得られた溶接条件を実際に遠隔地にある溶接ロボットにより実験を行うことができるシステ

ムの開発を担当した

1．緒言

溶接はモノづくりに必要不可欠な技能・技術であり、それが人を介して行われる重要な技術であることは言う主でもないしかし、高齢化仕会を迎え熟練技能者が減少する…方で、3Kと呼ばれる厳しい職場環境は若者にとって魅力に欠ける

又、その技術習得に関してもとかく受け身的な、現行の座学による溶接技術の習得一の工夫が望主れているそこで、今回CG（コンヒュータ・グラフィックス）、動画、写真、音声等を用い、詣）たかも溶接び）スヘシャリストとマンツーマンで対話しているような、マルチメディア技術を駆使した溶接技術者向けび）学習用システムを開発したこ♂）様な手法は、溶接技術者び）みならず他分野♂）技術者にと一）ても有効で、しかも楽しく専門技術び）習得が可能となる最新の基礎知識習得に関すろ効果的な学習システムび）開発が、この研究開発び）第一段階の目的である次いで溶接の専門家向けに、今主ではスーハーコンヒュータに頼らざるを得なかった高度な溶接現象のシミュレーション、性能推定に不可欠な数値計算、溶接ロボットとソフトウェアを介した通信やリンク等を実現することで、できる限りバーチャル・リアリティな問題解決型のナビゲータシステムび）構築をめざし、学習システムと合わせてハッケージ化する事を目標とした本研究フロジェクトが、中小企業における溶接技術・技能者び）溶接技術び）向上を目的としていることを考慮し、中小企業における多層盛溶接用ロボットとして開発された、可搬型多層盛溶接ロボットを溶接装置として用いた中小企業における溶接自動化び）ためび）モデル装置として、本溶接ロボットを遠隔操作可能にすると同時に、遠隔しようとするオヘレータが、そゾ）溶接現場♂）状況を的確に判断できるようにする為に、インターネットを介して溶接映像を自由に取得できるようなモニターシステムを開発した本システムはグルーフ

1（長崎県工業技術センター、㈱長崎ソウトウェアセンター、㈲利光設計）が開発したソフトウェアシステムからび）溶接条件ヂータ

を受け取り、グルーブ

2（長崎大学工学部、長崎県■業技術センター）で開発したハードウェ

アシステムで、その溶接条件に基づいた溶接を実際に行うことで、溶接技術・技能の修得効果を高めることが可能となった

37

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回脚3セミ索慌

本研究では、インターネット回線を利用し、十分な性能を有する遠隔操作できる溶接実験シス
テムを開発したが、通常び）公衆通信回線を利用するインターネットで利用するには、現状の公衆通信回線の速度では不十分で寿）るが、公衆通信回線（ノ）速度が大幅に向上されるび）は確実で友）り、かつ放送通信機構が国内に整備を開始したギガビットネットワー夘）ような超高速通信手段が提供されようとしており、通信速度のネックは、全く問題ではない

2．開発内容平成10年度は溶接の基礎知識習得に関する効果的な学習システムの研究と開発を実施平成11年度は溶接しり専門家向けに未知の問題解決に対してのナビゲータシステムの研究と開発であり、基礎知識習得用の学習システムと合わせてハッケージ化した（1）溶接に関すろ情報の収集と整理①溶接に関する文献，写真．映像．音声等の収集

テキスト、グラフ、専門用語、参考文献、例題等に関わる文献、各種溶接器の写真、各種溶接フロセス毎び）映像及び音声等を収集し整理した②溶接規格情報のデータベース化

JIS規格、WES規格、ISO規格等び）各規格に該当する溶接規格情報を収集し整理した（2）メディアライブラリのデータベース化に関する研究・開発①メディアライブラリの設計溶接に関する基礎的知識4）習得をめざした各メディアライブラリ（メインテキスト部、専門用語、参考文献、例題、質疑応答、写真、映像、音声等）のデジタルデータベース設計完了②各メディアび）効果的なリン久及びインタフェースの構築に関する研究

各メディアの効果的なリン久及びインタフェースの構築に関すろ研究実施（3）エージェントび）開発①エージェントび）開発

インタラクティブなシステムとするため、溶接び）スペシャリストび）システム内における演出と擬人化にむけたエージェントを開発②フロセスと物理現象とび）因果関係の構築

フロセスにおいて膨大なハラメータα）結果に対する溶接要因等の因果関係問題解決の糸口を探す問題解決用のモジュールを開発（4）溶接ロボットヅ）通信に関する研究①通信に対するアーク溶接び）評価

アーク溶接び）電話回線に対する影響を調べそび）対策について評価した又、現有ヴ）溶接ロボットを用いて、送られてくる溶接データをもとに実際に溶接を行う実験検証実施38

ll醗報灘ユー鵬羅瀟（5）数値計算のフログラム化①数値計算のフログラム化炭素鋼、低合金鋼び）溶接性の計算及び、継手性能計算、低温割れ防止び）ためび）予熱温度、入熱量、拡散性水素量び）計算、熱影響部び）硬さ変化等、冶金学的諸特性等び）推定計算と評価が可能な演算システムを構築し、溶接冶金に関する最新び）各種数値計算を検証び） ヒ、フログラ
ミングしオブジェクト化実施（6）シミュレーション①数値解析シミュレーション・ゾフトウェア（ノ）制作

溶接時の物理的な現象を数値解析しシミュレーションするため（ノ）ソフトウェアを製作②材料び）物性値や溶接特性等に関する図形やグラフび）（IG化溶接技術上び）特性を表す図、及びグラフ（2D、3L））を用いたCG（ComputerGraphics）を制作（7）溶接ロボットび）通信に関する研究①市販び）可搬型小型溶接ロボットび）改造

遠隔地からび）溶接が可能となる、kうに制御ソフトウェアを製作通信手段は、インターネット回
線および通常び）電話回線を利用②溶接び）ノウリッジナビゲーターシステムとの接続「溶接び）ノウリッジナビゲ…タシステム」からび）データを通信回線経由で受け取ることができるソフトウェアを製作（8）溶接ロボットの制御及びモニタリングに関する研究①遠隔制御用画像撮影システムび）製作
遠隔地で動作中び）溶接ロボットび）状況を詳細を、溶接ロボット近傍設置カメラび）位置や姿勢を変え、希望画像をモニタできる画像撮影システムを製作「②可搬型小型溶接ロボットを用いる遠隔溶接システムび）評価

可搬型小型溶接ロボット応用遠隔溶接システムを用いて、各種び）溶接実験を行い、教育手段
としてび）評価検討実施③溶接ロボットモニタリング・ノイズゲートび）開発

極めて除去効率び）良いノイズゲートを開発すると同時に画像モニタリング用カメラシステムを製作（9）パッケージ化①八ッケージ化

ゾフトウェア化されたシステムをCD−ROMにハッケージ化した
本フロジェ外では、溶接技術者を効率良く教育するために、マルチメディアを利用して、人工知能を応用した溶接現象び）シミュレーションを含む溶接技能育成システムを開発すると同時に、溶接現象を臨場感を持って体得することができる遠隔溶接実験システムを開発したこれら二っのンステムを用いることで、効率良く溶接技能び）習得が可能となった全体システムの概要を次39

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3研究結果溶接び）加工業者あるいはその指導者向けに、今までは座学と技能実習にに頼らざるを得なかった溶接現象び）シミュレーションや性能推定方法の一助として、溶接ロボットとソフトウェアを通信でリンクしたそして、バーチャル・リアリティな問題解決型び）ナビゲータシステム兼学習システムび）ハッケージ化を目的に、実施した研究結果を次ぎに述べる（1）溶接データベース開発

圧IW（国際溶接学会）スキームび）国際溶接技術者び）教育項目・教育内容に沿ったかたちで改正されるJISの、溶接技術教育あるいは技術・技能検定に関して業界は高い関心を持っていろ

そして、自分達が抱えている溶接技術問題に適用し、技術課題をスムーズに解決する試みに参加すべく準備している企業も少なくない そこで、本研究では溶接教育にマルチメディア技術を導入するためσ）前処理として、溶接データベース、開発用映像情報データベース系確立σ）ため加工関連情データを収集した①テキストデータσ）収集整理

WES2級溶接技術者検定び）テキスト対応可能なデータを収集した②映像情報データ収集

地場民間企業び）協力をえてデータ収集を行いに主にTIG溶接とMAG溶接のデータを中心にサンフリングし、そのデータ傾向を探った（2）数値計算び）フログラム化①数値計算のブログラム化

炭素鋼、低合金鋼び）溶接性の計算及び、継手性能算、熱影響部熱サイクル計算、低温割れ防止のためσ）予熱温度、入熱量、拡散性水素量び）計算、熱影響部の硬さ変化等、冶金学的諸特性等び）推定計算と評価が可能な演算システムを構築し、溶接冶金に関する最新σ）各種数値計算を検証び）上、フログラミングした諏

鷺，遡擁．、1警41

翻廠晶葦黙壽に・織蒙鯉1團、．叢3顯s鰍繕．．
（3）シュミレーション①数値解析シュミレーション・ソフトウェアの制作溶接時び）物理的な現象を数値解析しシュミレーションすろためび）ソフトウェアのフローとアルゴリズを作成した（4）フログラミング①実装にあたってび）フログラミング言語
今回♂）シミュレーション・フログラムは、フログラミング開発環境としてMicmsoft

VisualStudi〔）

6．OEnterpriseVersionを使用した（5）材料の物性値や溶接特性等に関する図形やグラフび）CG化①開発び）テーマ

溶接技術上の特性を表す図（例えば、溶接連続冷却変態図）など、複数ヴ）因子が複雑に関係したグラフなど、2次元・3次元（ノ）コンヒュータグラフィックス（CG）によ／）て制作したCG化

すろ二とで原子レベルのミクロ単位から船舶・橋梁たどマクロな単位まで、ユーザーがスケールを自由に変更でき、内容について効果的・総合的に理解できるように心がけた①実装び）手法

鎌騰翻42撫罐鞍ユ罵鷺灘灘
固定値のグラフについて、ユーザーがスケールを自由に変更しても、表示されたグラフが正しく描写されるために、全てび）グラフをベクター（ベクトルデータ）化したまた、原子レベル主で事象を追求するために、各グラフの表示エリア内にホットホイントを配し、原子モデルとび）リンクを図る・一一方、原子モデルについて、ユーザーび）マウス操作などイベントに対し、リアルタイムに変化させるたy）に、Microsoft

Direct3Dび）レンダリングルーチンをべ一スにしたビューワーを用意し描写した裏た、溶接技術について、より効果的な理解ができるように、溶接面でび）顕微鏡写真なども同時にリンクさせ、ユーザーがミクロからマクロまで一覧性を確認できるようにした（6）グラフイックユーザインターフェイス（GUI）の構築

メディアライブラリを中心としたシステムと、新たに開発されるシミュレーションソフトウェア、および溶接ロボット、ノイズゲートおよびそび）モニタリング・システムとび）統合、グラフィックユーザイン

タ…フェイス製作・開発①グラフィックユーザインターフェイス（GUl）の設計上び）注意点下記項目を統合するにあたって、複雑に絡み合う事象を一元管理でき、ユーザーが最も効率的に操作できるように、データブラウザーを設計し、フログラミングを実施した●メディアライブラリー

メディア

工一藻議繊鰭数値解析用ソフトウエアモジュール

データブラウザーび）役割として、a。図やグラフ、写真、コンヒュータグラフィックス、デジタルムービーの表示

b．シミュレーション・フログラム、溶接辞書や問題集データベースヘび）接続
c．ロボットに接続時び）操作ネットワークソケット、およびリアルタイムモニタリング時び）ストリーム

再生機能などの用意d。1二記全てび）項目について、本文テキスト（教科書）からσ）リンク

a．上記全てσ）項目、ならびにユーザーのイベントを管理し、ユーザーに対する適切なアドバイスコンテンツσ）発現、および極めて複雑な検索を実現するエージェントび）実装を実現（7）遠隔溶接実験システムプ）特徴①溶接技能訓練者は、コンヒュータ画面上び）マウスと簡単なキーボード操作び）みで、溶接ロボットび）ほとんどヴ）操作ができると同時に、溶接条件の変更や保存・呼び出し等が可能で冷）る②溶接技能訓練者は、溶接ロボットの溶接状況や、溶接結果、さらに動作環境を監視するた浸）に、溶接現場に設置される遠隔監視カメラを介して、モニターできる遠隔監視カメラび）向きやズームは、溶接技能訓練者が操作するコンビュータにより自由に調節可能で訪る③遠隔溶接実験システムは、溶接技能教育システムとインターネットで接続され、それ以外び）

通信手段は必要としないすなわち、インターネットが接続できる環境であれば、県外から、海外からでも遠隔操作が可能であるデータ転送速度は、画像転送を含めて毎秒4画面び）速度543

、・継懸鎌辮Mbit／sec可能であるが、現状の正）HS回線上び）インターネットの転送速度は64Kbit／secであり、画像転送を実現すろには十分でないしかし、1．2年以内には大幅なデータ転送速度の向上か見込主れており、効率よい画像圧縮手段を併用することでPHS回線を介した同様な遠隔操作が、近く実現できると期待できる②溶接実験び）現場には、実験を援助する補助者が必要で寿）る本補助者と、溶接技能訓練者とは、実験の準備や溶接中4）突発事故び）発生時には、相互に交信することが必要であり、そ4）ための情報交換（文宇による）をコンヒュータ画面上で可能である音声による交信も準備中
で方）る（8）溶接ロボットとサーバーとび）通信機能

溶接ロボットび）コントローラは常にRS232を監視し、サーバコンヒュータから送信される溶接ロボットび）制御コードを受信すろコントローラに溶接物の開先形状をセンシングする制御コードが送られると、溶接ロボットび）タッチセンサで計測の後に、開先形状データはコントローラからサ…

バコンヒューター送信されるサーバコンヒュータは開先形状データを得た後に、溶接技能育成
システムにより、最適な溶接条件データ（電流、電圧など）を決定し、コントローラヘ送る（9）遠隔監視システムα）設置び）容易さを重視して、カメラの動きはすべて、ラジコン信号で制御できる孟）のとしたカメラスタンドには2個♂）サーボモータが取り付けられ、カメラの上下角、方位角を調節する

ラジコン送信機からび）角度指令値は、ラジコンレシーバで受信され、サーボモータが支持されろ角度だけ回転するそび）画像信号を受けたサーバコンヒュータは、内蔵するフレー
ムメモに画像を取り込み、敢り込圭れた画像データはインターネットを介してクライアントに送られる、る擁．4

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溶接ロボットの遠隔制御の画面表示

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4．考察①データブラウザーは、（6）①d項目を実現するために、テキスト部をすべてダイナミックHTML（ハイハー・テキスト・メイキャッフ・ランゲージ）としたまた、同時にDAO（データアクセスオブジェクト）を実装し、外部データベースび）操作を確立し、（6）①bσ）データベースファイルーσ）アクセスを実現した

また、（6）①bび）シミュレーションフログラム、（6）①aおよび（6）①eび）各ブログラムヘは、ブログラムをオブジェクトとしてコーディングし、リンクを実現した

そして、（6）①cについて、ネットワークーび）接続が必要なたグ）、インターネットに接続可能なネ
ノトワーク・ソケットを実装した…方、上記本文がダイナミックHTMLであり、実装するアフリケーションについては、全て外部7ログラムであるため、ヘルハーとして起動、もしくは関連付けが可能である従って、インターネットを利用した教育システムヘの利用も充分可能なブラウザー・ブログラムとなった②方、溶接ロボットび）操作GUIについて、溶接ロボットび）教示盤と同じ押しボタンが左半分に表示され、それらに対応する動きを溶接ロボットが行い、そび）様子を画面の溶接ロボットが自動で計測し、クライアントコンヒュータに伝えた開先形状が、図により表示され、初心者で柔）使いやすい確認ができた③溶接ロボットが自動計測した開先形状を、クライアントコンヒュータで確実に受け取れることを確認したそして、そび）形状データに基づいて、最適な溶接条件を、溶接技能育成システムで決定し、そび）決定した溶接条件のデータで実際に溶接が実施されることを確認した

5、謝辞および制作スタッフ

本研究は、平成10年度と平成11年度び）「中小企業創造基盤技術研究事業」として実施されたものであり、長崎び）造船を中心とする溶接技術に関する地域技術び）集積をベースに、（仕）溶接協会WDS委員会び）監修、協力の基に研究を遂行できたものである
内容的にはiSO−9〔）00対応の国際的水準を準拠したシステム開発であり、（財）溶接協会の溶接データシステム研究委員会黄地委員長並びに沓名副委員長び）指導、そして本研究を行う機会を頂いた中小企業総合事業団に深く敬意を表する

今後は本システムCDROMび）全国発売と、アジア諸国デファクトスタンダードを目指す英語版♂）システム開発を課題に努力することを誓い謝辞とする●制作スタッフ長崎県工業技術セン外基盤技術部情報・デザイン科

長崎大学工学部

機械システム工学科㈱長崎ソフトウェアセン外教育部（有）利光設計事務所

船舶事業部・船殻設計課

技術開発課

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専門研究員

山内芳久

教授

石松隆和

マネージヤー

久保史尚

係長

中西浩二