JP 2022-51560 A 2022.3.31(12)公開特許公報(A)(19)日本国特許庁(JP)(43)公開日(51)国際特許分類
Ｇ１６Ｚ
99/00 (2019.01)

ＦＩ
Ｇ１６Ｚ

(11)公開番号
特開2022-51560(P2022-51560A)
令和4年3月31日(2022.3.31)
テーマコード（参考）
５Ｌ０４９

99/00

審査請求

未請求

20

ＯＬ

（全43頁）(21)出願番号

特願2021-152494(P2021-152494)(22)出願日

令和3年9月17日(2021.9.17)

国立研究開発法人 海上・港湾・航空技(31)優先権主張番号

特願2020-157944(P2020-157944)

術研究所(32)優先日

令和2年9月18日(2020.9.18)(33)優先権主張国・地域又は機関(71)出願人

請求項の数
501204525

東京都三鷹市新川６丁目３８番１号(74)代理人

日本国(JP)

100098545
弁理士(74)代理人

阿部 伸一

100189717
弁理士(72)発明者

太田 貴章

谷口 智之
東京都三鷹市新川６丁目３８番１号 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所内(72)発明者

竹澤 正仁
東京都三鷹市新川６丁目３８番１号 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術

最終頁に続く(54)【発明の名称】

船舶の建造シミュレーション方法及び建造シミュレーションプログラム(57)【要約】【課題】船舶の建造を細かな作業レベルでシミュレーシ
ョンすることができる船舶の建造シミュレーション方法
及び建造シミュレーションプログラムを提供すること。
【解決手段】設計された船舶の建造をシミュレーションする方法であって、船舶の完成部品と構成部品の結合関係が明確化された基本設計情報を取得してプロダクトモ
デルを作成するプロダクトモデル作成ステップＳ１と、工場の設備情報と作業員情報を取得しファシリティモデ
ルを作成するファシリティモデル作成ステップＳ２と、プロダクトモデルとファシリティモデルに基づいて完成
部品を建造するための組み立て手順とタスクを明確化しプロセスモデルを作成するプロセスモデル作成ステップ
Ｓ３と、プロセスモデルに基づいて時間発展系シミュレ
ーションを行うシミュレーションステップＳ４と、時間
発展系シミュレーションの結果を時系列データ化し建造
時系列情報とする時系列情報化ステップＳ５とを実行する。
【選択図】図１

(2)JP 2022-51560 A 2022.3.31【特許請求の範囲】【請求項１】
設計された船舶の建造をシミュレーションする方法であって、前記船舶の完成部品と前記完成部品を構成する構成部品の結合関係が明確化された基本設
計情報を取得してプロダクトモデルを作成するプロダクトモデル作成ステップと、
前記完成部品を建造する工場の設備情報と、作業員情報を取得し前記完成部品の建造に関わる設備と作業員に関するファシリティモデルを作成するファシリティモデル作成ステッ
プと、
前記プロダクトモデルと前記ファシリティモデルに基づいて、前記構成部品を組み立てて前記完成部品を建造するための組み立て手順とタスクを明確化しプロセスモデルを作成す10

るプロセスモデル作成ステップと、
前記プロセスモデルに基づいて時間ごとの建造の進行状況を逐次計算する時間発展系シミュレーションを行うシミュレーションステップと、
前記時間発展系シミュレーションの結果を時系列データ化し建造時系列情報とする時系列
情報化ステップとを実行することを特徴とする船舶の建造シミュレーション方法。
【請求項２】
前記プロセスモデルは、前記構成部品を組み立てて前記完成部品とする依存関係を表す組
立ツリーと、組み立てに当たって必要な前記タスクと、前記タスク間の依存関係を表すタ
スクツリーを含むことを特徴とする請求項１に記載の船舶の建造シミュレーション方法。
【請求項３】

20

前記タスクは、前記時間発展系シミュレーションで実行可能な関数であるベーシックタス
クを組み合わせて構築されるカスタムタスクを含むことを特徴とする請求項１又は請求項
２に記載の船舶の建造シミュレーション方法。
【請求項４】
前記プロセスモデル作成ステップにおいて、前記組み立て手順と前記タスクに基づいて前記作業員のスケジュール情報、及び前記設備と前記作業員の配置に関する工場レイアウト
情報の少なくとも一方を作成することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の船舶の建造シミュレーション方法。
【請求項５】
前記プロセスモデル作成ステップにおいて、前記構成部品の中間部品を含む前記組み立て

30

手順を前記組立ツリーとして定義し、前記組み立て手順の各段階における適切な前記タスクを定義し、前記タスクの前記依存関係としての前後関係を前記タスクツリーとして定義
し、前記ファシリティモデルに基づいて前記タスクが能力値範囲か否かを判断し、前記タスクが能力値範囲である場合、前記スケジュール情報を作成することを特徴とする請求項２を引用する請求項４に記載の船舶の建造シミュレーション方法。
【請求項６】
前記タスクが能力値範囲を超える場合に、前記中間部品の定義、前記組立ツリーの定義、
前記タスクの定義、及び前記タスクツリーの定義を再定義することを特徴とする請求項５に記載の船舶の建造シミュレーション方法。
【請求項７】

40

前記プロセスモデルの作成に当たって、過去に建造した過去船のプロセスデータを参照し、流用することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の船舶の建造シ
ミュレーション方法。
【請求項８】
前記シミュレーションステップにおける前記時間発展系シミュレーションは、時間ごとの前記完成部品又は前記構成部品の位置、前記設備及び前記作業員の位置と占有状況、前記
組み立て手順と前記タスクの進行状況を逐次計算するものであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の船舶の建造シミュレーション方法。
【請求項９】
前記シミュレーションステップにおいて、予め取得したルール情報と前記タスクを利用し

50

(3)

JP 2022-51560 A 2022.3.31、前記作業員が自律的に仮想的な作業を進めることを特徴とする請求項１から請求項８いずれか１項に記載の船舶の建造シミュレーション方法。
【請求項１０】
前記ルール情報として、前記作業員に付与される判断ルールであるブレインを含むことを特徴とする請求項９に記載の船舶の建造シミュレーション方法。
【請求項１１】
前記シミュレーションステップにおいて、ユーザが判断をするための前記時間発展系シミュレーションの途中結果を提供する途中結果提供ステップを実行することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の船舶の建造シミュレーション方法。
【請求項１２】10

前記途中結果提供ステップの後で、前記ユーザが変更を加えた変更条件を受け付け、前記変更条件に基づいて前記時間発展系シミュレーションを実行することを特徴とする請求項１１に記載の船舶の建造シミュレーション方法。
【請求項１３】
前記建造時系列情報は、ガントチャート、作業分解構成図、作業手順書、工数、及び動線の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の船舶の建造シミュレーション方法。
【請求項１４】前記船舶の前記基本設計情報は、ＣＡＤシステムから取得することを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の船舶の建造シミュレーション方法。

20【請求項１５】
前記プロダクトモデルにおける前記完成部品、及び前記構成部品、並びに前記ファシリテ
ィモデルにおける前記工場の前記設備を３次元モデルで表現することを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の船舶の建造シミュレーション方法。
【請求項１６】
前記建造時系列情報の結果が、所定の時間の範囲を超えているかを判断する判断ステップ
をさらに有し、対応可能な範囲で前記ファシリティモデルを変更し、前記プロセスモデル
作成ステップと、前記シミュレーションステップと前記時系列情報化ステップを繰り返し実行することを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の船舶の建造シ
ミュレーション方法。

30【請求項１７】
設計された船舶の建造をシミュレーションするプログラムであって、コンピュータに、請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の船舶の建造シミュレーション方法における作成された前記プロダクトモデルを取得するプロダクトモデル取得ステップと、作成された前記ファシリティモデルを取得するファシリティモデル取得ステップと、前記プロセ
スモデル作成ステップと、前記シミュレーションステップと、前記時系列情報化ステップを実行させ、
さらに、前記建造時系列情報を出力する出力ステップを実行させることを特徴とする船舶の建造シミュレーションプログラム。

40【請求項１８】
前記コンピュータに、請求項１６に記載の船舶の建造シミュレーション方法における前記
判断ステップをさらに実行させることを特徴とする請求項１７に記載の船舶の建造シミュ
レーションプログラム。
【請求項１９】
前記コンピュータに、前記プロセスモデル作成ステップと、前記シミュレーションステッ
プと、前記出力ステップにおける計算結果及び途中経過の少なくとも一方を画像表示させることを特徴とする請求項１７又は請求項１８に記載の船舶の建造シミュレーションプロ
グラム。
【請求項２０】50

(4)JP 2022-51560 A 2022.3.31

前記コンピュータに、請求項１１に記載の船舶の建造シミュレーション方法における前記
途中経過提供ステップをさらに実行させ、前記シミュレーションステップにおいて、前記ユーザによる入力を受け付けさせることを特徴とする請求項１７から請求項１９のいずれか１項に記載の船舶の建造シミュレーションプログラム。
【発明の詳細な説明】【技術分野】【０００１】
本発明は、設計された船舶の建造をシミュレーションする方法及びプログラムに関する。
【背景技術】【０００２】

10

造船の生産（建造）計画や日程計画の設定根拠となる各作業の作業量、つまり工数は、一般に「工数＝管理物量あたりの標準時間×管理物量」の考え方に基づき求められている。
しかし、本質的には、管理物量に比例するのは主作業（それによって製品が完成に向かって進む作業）のみであり、付随作業（それをしないと主作業を進められないが、それ自体では製品が完成に向かって進まない作業）や無付加価値行為（製品の完成に対して何の価値もない行為）は管理物量と違う次元で決まるにもかかわらず、現状、これらをすべて管理物量に比例するものとして簡便に扱っている。造船における主作業率は、職種にもよる
が一般に３０〜４０％との報告があり、工数を管理物量から比例的に推定することには精度上の課題がある。
一方で、製造工程のシミュレーションを実施するラインシミュレータが存在するが、すべ

20ての細かな作業の一つ一つを手入力する必要がある。また、ラインシミュレータは、大量生産品のライン生産のように物の流れと作業者の動きが決まっており同様の作業を繰り返
すシミュレーションには向いているものの、受注生産品である造船のように様々な作業を状況に応じて変更するようなシミュレーションには向いていない。
【０００３】
ここで、特許文献１には、各造船所の各々異なる環境と関係なく共通的に適用される船舶
及び海洋プラント生産シミュレーションフレームワークと、この船舶及び海洋プラント生
産シミュレーションフレームワークに基づき、各造船所の異なる環境に合わせて差別的に適用される造船海洋工程の相互検証シミュレーションシステム、ブロックのクレーンリフ
ティング及び搭載シミュレーションシステム、ＧＩＳ情報基盤設備シミュレーションシス

30

テム、及びブロック及び物流管制シミュレーションシステムを分離可能に結合することによって、各造船所の状況に合わせて効果的に適用される拡張性とリサイクル性を備えた船
舶及び海洋プラント生産シミュレーション統合ソリューションシステムが開示されている。
また、特許文献２には、プロジェクト計画を生成する方法であって、タスク間の順位関係を記述する情報、タスクの所要時間を示す情報、及びタスクの所要時間の変動性を示す情報を含むプロジェクト明細情報をプロセッサユニットによって受信し、プロジェクト明細情報を使用してプロセッサユニットによって、プロジェクトのシミュレーションモデルを生成し、シミュレーションモデルを複数回実行して、クリティカルパスを形成しているタスクのサブセットを識別して、シミュレーション結果データを生成し、シミュレーション

40

結果データから、クリティカルパスを形成しているタスクの識別されたサブセットを含む
プロジェクトネットワークプレゼンテーションを生成することを含み、プロジェクト明細
情報は、テキストファイル、電子スプレッドシートファイル、及び拡張マークアップ言語
ファイルからなる情報形式のグループから選択された情報形式でプロセッサユニットによって受信される方法が開示されている。
また、特許文献３には、複数の工程からなる生産対象物の生産スケジューリングを行うス
ケジューリング装置であって、工程の接続順序関係を設定するための工程接続情報と、工程に含まれる各ブロックの移動経路を設定するブロックフロー情報と、各ブロックの各工程での工期を設定する作業工期情報と、各工程の制約条件とが蓄積された蓄積手段と、蓄積手段に蓄積された情報から工程を下流から上流に遡る順序に並べ替える解釈手段と、解

50

(5)

JP 2022-51560 A 2022.3.31

釈手段により得られる並べ替え後の工程データに基づいてスケジューリングモデルを作成するモデル作成手段と、モデル作成手段により得られるスケジューリングモデル毎にスケ
ジュールを最適化する日程計画作成手段と、日程計画作成手段により得られるスケジュー
リング結果を出力する出力手段とを有するスケジューリング装置が開示されている。
また、特許文献４には、工程計画と、工程計画に基づく設備配置計画と、工程計画および設備配置計画に基づく配員計画と、工程計画、設備配置計画および配員計画に基づく生産
計画とを用い、各計画において作成された生産ラインモデルにより、生産活動をシミュレ
ーションして各計画の評価規範値を作成し、規範値により各計画の良否を判定し、それに基づき計画の修正を行う生産システム計画方法が開示されている。
また、非特許文献１には、造船ＣＩＭを構築するための工程管理に対応する具体的なはた

10らきとしてProcess PlanningとSchedulingが挙げられ、Process Planningでは、製品情報について製造現場に関する概念的な知識に基づき製造のための方法・手順を決定すること、Schedulingでは、実際の製造現場における具体的な状況に関する知識に基づいてProcess Planningの結果を時間・現場機材の活用の観点から展開し、納期その他の条件を満たす日程計画を作成することが記載されていると共に、オブジェクト指向に基づく工程管理のための造船工場モデルが開示されている。
また、非特許文献２には、船舶建造プロセスにおける生産設備の導入効果を評価するため、生産プロセスで対象とする製品の製造誤差に基づく手直し作業を考慮した生産プロセス
シミュレーションを利用して、新規生産設備導入によるプロセス全体の期間と費用への影
響を評価する手法が開示されており、当該生産プロセスシミュレーションにおいては、造20船所の作業場所の制約と作業員のスキルを考慮することが記載されている。
【先行技術文献】【特許文献】【０００４】【特許文献１】実用新案登録第３２１１２０４号公報【特許文献２】特開２０１３−１１７９５９号公報【特許文献３】特開２００７−１８３８１７号公報【特許文献４】特開２００３−１６２３１３号公報【非特許文献】【０００５】

30【非特許文献１】小山健夫，外１名，“造船ＣＩＭ構築のための工程管理システムに関する基礎的研究”，日本造船学会論文集，日本造船学会，平成元年11月，第166号，ｐ.41
5-423【非特許文献２】満行泰河，外3名，“船舶建造プロセスシミュレーションを用いた生産設備の導入に関する研究”，日本船舶海洋工学会論文集，日本船舶海洋工学会，2016年12月，第24号，ｐ291-298【発明の概要】【発明が解決しようとする課題】【０００６】
特許文献１−４、及び非特許文献１−２は、建造のシミュレーションにおいて作業員の生40

産行為を主作業や付随作業まで含めて精密に再現しようとするものではない。
そこで本発明は、船舶の建造を細かな作業レベルでシミュレーションすることができる船
舶の建造シミュレーション方法及び建造シミュレーションプログラム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】【０００７】
請求項１記載に対応した船舶の建造シミュレーション方法においては、設計された船舶の建造をシミュレーションする方法であって、船舶の完成部品と完成部品を構成する構成部
品の結合関係が明確化された基本設計情報を取得してプロダクトモデルを作成するプロダ
クトモデル作成ステップと、完成部品を建造する工場の設備情報と、作業員情報を取得し

50

(6)

JP 2022-51560 A 2022.3.31

完成部品の建造に関わる設備と作業員に関するファシリティモデルを作成するファシリテ
ィモデル作成ステップと、プロダクトモデルとファシリティモデルに基づいて、構成部品を組み立てて完成部品を建造するための組み立て手順とタスクを明確化しプロセスモデルを作成するプロセスモデル作成ステップと、プロセスモデルに基づいて時間ごとの建造の進行状況を逐次計算する時間発展系シミュレーションを行うシミュレーションステップと、時間発展系シミュレーションの結果を時系列データ化し建造時系列情報とする時系列情報化ステップとを実行することを特徴とする。
請求項１に記載の本発明によれば、ユーザは船舶の建造を時間ごとに細かな作業レベルでシミュレーションすることが可能となり、その精度の高いシミュレーション結果としての建造時系列情報に基づいて工場の改善、生産設計の改善、受注時のコスト予測、及び設備10投資などを検討することができるため、建造コストの低減や工期の短縮につながる。
【０００８】
請求項２記載の本発明は、プロセスモデルは、構成部品を組み立てて完成部品とする依存関係を表す組立ツリーと、組み立てに当たって必要なタスクと、タスク間の依存関係を表すタスクツリーを含むことを特徴とする。
請求項２に記載の本発明によれば、組み立て手順と、それに関わるタスクを明確にし、プ
ロセスモデルを精度よく作成することができる。
【０００９】
請求項３記載の本発明は、タスクは、時間発展系シミュレーションで実行可能な関数であるベーシックタスクを組み合わせて構築されるカスタムタスクを含むことを特徴とする。

20

請求項３に記載の本発明によれば、作業の種類別に小さな作業を組み合わせたカスタムタ
スクにより、シミュレーションの精度を向上させることができる。
【００１０】
請求項４記載の本発明は、プロセスモデル作成ステップにおいて、組み立て手順とタスクに基づいて作業員のスケジュール情報、及び設備と作業員の配置に関する工場レイアウト
情報の少なくとも一方を作成することを特徴とする。
請求項４に記載の本発明によれば、スケジュール情報に基づき、主作業や付随作業まで含めた作業員のすべての生産行為を精密に再現してシミュレーションを行うことができる。
また、設備と作業員の配置が反映された工場レイアウト情報に基づき、シミュレーションを行うことができる。

30【００１１】
請求項５記載の本発明は、プロセスモデル作成ステップにおいて、構成部品の中間部品を含む組み立て手順を組立ツリーとして定義し、組み立て手順の各段階における適切なタスクを定義し、タスクの依存関係としての前後関係をタスクツリーとして定義し、ファシリ
ティモデルに基づいてタスクが能力値範囲か否かを判断し、タスクが能力値範囲である場
合、スケジュール情報を作成することを特徴とする。
請求項５に記載の本発明によれば、ファシリティやタスクの能力値を超えたシミュレーシ
ョンが行われスケジュール情報を作成することを防止できる。
【００１２】
請求項６記載の本発明は、タスクが能力値範囲を超える場合に、中間部品の定義、組立ツ

40リーの定義、タスクの定義、及びタスクツリーの定義を再定義することを特徴とする。
請求項６に記載の本発明によれば、各定義を再定義することにより、より精度の高いプロ
セスモデルを作成することができる。
【００１３】
請求項７記載の本発明は、プロセスモデルの作成に当たって、過去に建造した過去船のプ
ロセスデータを参照し、流用することを特徴とする。
請求項７に記載の本発明によれば、基本設計情報に基づきプロダクトモデルやファシリテ
ィモデルが変更された場合に、一からプロセスモデルを作成するよりも少ない労力で、早く精度よくプロセスモデルを作成することができる。
【００１４】50

(7)JP 2022-51560 A 2022.3.31

請求項８記載の本発明は、シミュレーションステップにおける時間発展系シミュレーショ
ンは、時間ごとの完成部品又は構成部品の位置、設備及び作業員の位置と占有状況、組み立て手順とタスクの進行状況を逐次計算するものであることを特徴とする。
請求項８に記載の本発明によれば、時間発展系シミュレーションを精度よく行うことができる。
【００１５】
請求項９記載の本発明は、シミュレーションステップにおいて、予め取得したルール情報とタスクを利用し、作業員が自律的に仮想的な作業を進めることを特徴とする。
請求項９に記載の本発明によれば、ルール情報とタスクを利用することにより、シミュレーションにおける作業員が的確に仮想的な作業を進めやすくなる。

10【００１６】
請求項１０記載の本発明は、ルール情報として、作業員に付与される判断ルールであるブ
レインを含むことを特徴とする。
請求項１０に記載の本発明によれば、繰り返し作業ではなく現場で判断することが非常に多い作業を作業員がブレインを利用して判断し、仮想的な作業を円滑に進めることができる。
【００１７】
請求項１１記載の本発明は、シミュレーションステップにおいて、ユーザが判断をするた
めの時間発展系シミュレーションの途中結果を提供する途中結果提供ステップを実行することを特徴とする。

20

請求項１１に記載の本発明によれば、ユーザが途中結果に基づいて判断し、ユーザの意図に沿ったシミュレーションを行いやすくなる。
【００１８】
請求項１２記載の本発明は、途中結果提供ステップの後で、ユーザが変更を加えた変更条
件を受け付け、変更条件に基づいて時間発展系シミュレーションを実行することを特徴とする。
請求項１２に記載の本発明によれば、ユーザの意向が反映された変更条件を基に精度よくシミュレーションを行うことができる。
【００１９】
請求項１３記載の本発明は、建造時系列情報は、ガントチャート、作業分解構成図、作業30

手順書、工数、及び動線の少なくとも一つを含むことを特徴とする。
請求項１３に記載の本発明によれば、このような可視化を行うことにより、ユーザはシミュレーションの結果としての建造時系列情報を見て、構成部品又はファシリティの変更や、ボトルネックの分析・解明、工数予測など、建造に有益な知見を得ることができる。
【００２０】
請求項１４記載の本発明は、船舶の基本設計情報は、ＣＡＤシステムから取得することを特徴とする。
請求項１４に記載の本発明によれば、ＣＡＤシステムで作成された基本設計情報をプロダ
クトモデルの作成等に有効利用できる。
【００２１】

40

請求項１５記載の本発明は、プロダクトモデルにおける完成部品、及び構成部品、並びにファシリティモデルにおける工場の設備を３次元モデルで表現することを特徴とする。
請求項１５に記載の本発明によれば、３次元モデルを利用することでシミュレーションの精度を向上させることができる。
【００２２】
請求項１６記載の本発明は、建造時系列情報の結果が、所定の時間の範囲を超えているかを判断する判断ステップをさらに有し、対応可能な範囲でファシリティモデルを変更し、プロセスモデル作成ステップと、シミュレーションステップと時系列情報化ステップを繰り返し実行することを特徴とする。
請求項１６に記載の本発明によれば、船舶の建造が所定の時間内に収まるシミュレーショ

50

(8)

JP 2022-51560 A 2022.3.31

ン結果を得ることができる。
【００２３】
請求項１７記載に対応した船舶の建造シミュレーションプログラムにおいては、設計された船舶の建造をシミュレーションするプログラムであって、コンピュータに、船舶の建造シミュレーション方法における作成されたプロダクトモデルを取得するプロダクトモデル
取得ステップと、作成されたファシリティモデルを取得するファシリティモデル取得ステ
ップと、プロセスモデル作成ステップと、シミュレーションステップと、時系列情報化ス
テップを実行させ、さらに、建造時系列情報を出力する出力ステップを実行させることを特徴とする。
請求項１７に記載の本発明によれば、船舶の建造を時間ごとに細かな作業レベルでシミュ

10

レーションすることが可能となり、ユーザは出力された精度の高いシミュレーション結果としての建造時系列情報に基づいて工場の改善、生産設計の改善、受注時のコスト予測、及び設備投資などを検討することができるため、建造コストの低減や工期の短縮につながる。
【００２４】
請求項１８記載の本発明は、コンピュータに、船舶の建造シミュレーション方法における判断ステップをさらに実行させることを特徴とする。
請求項１８に記載の本発明によれば、船舶の建造が所定の時間内に収まるシミュレーショ
ン結果を得ることができる。
【００２５】

20

請求項１９記載の本発明は、コンピュータに、プロセスモデル作成ステップと、シミュレ
ーションステップと、出力ステップにおける計算結果及び途中経過の少なくとも一方を画像表示させることを特徴とする。
請求項１９に記載の本発明によれば、ユーザはシミュレーションの結果がどのような過程を経て行われたのか、またシミュレーションの途中経過を視覚的に確認して理解しやすくなる。
【００２６】
請求項２０記載の本発明は、コンピュータに、船舶の建造シミュレーション方法における途中経過提供ステップをさらに実行させ、シミュレーションステップにおいて、ユーザによる入力を受け付けさせることを特徴とする。

30

請求項２０に記載の本発明によれば、ユーザの意図に沿ったシミュレーションを行いやすくなる。
【発明の効果】【００２７】
本発明の船舶の建造シミュレーション方法によれば、ユーザは船舶の建造を時間ごとに細かな作業レベルでシミュレーションすることが可能となり、その精度の高いシミュレーシ
ョン結果としての建造時系列情報に基づいて工場の改善、生産設計の改善、受注時のコス
ト予測、及び設備投資などを検討することができるため、建造コストの低減や工期の短縮につながる。
【００２８】

40

また、プロセスモデルは、構成部品を組み立てて完成部品とする依存関係を表す組立ツリーと、組み立てに当たって必要なタスクと、タスク間の依存関係を表すタスクツリーを含む場合は、組み立て手順と、それに関わるタスクを明確にし、プロセスモデルを精度よく作成することができる。
【００２９】
また、タスクは、時間発展系シミュレーションで実行可能な関数であるベーシックタスク
を組み合わせて構築されるカスタムタスクを含む場合は、作業の種類別に小さな作業を組み合わせたカスタムタスクにより、シミュレーションの精度を向上させることができる。
【００３０】
また、プロセスモデル作成ステップにおいて、組み立て手順とタスクに基づいて作業員の

50

(9)

JP 2022-51560 A 2022.3.31

スケジュール情報、及び設備と作業員の配置に関する工場レイアウト情報の少なくとも一方を作成する場合は、スケジュール情報に基づき、主作業や付随作業まで含めた作業員のすべての生産行為を精密に再現してシミュレーションを行うことができる。また、設備と作業員の配置が反映された工場レイアウト情報に基づき、シミュレーションを行うことができる。
【００３１】
また、プロセスモデル作成ステップにおいて、構成部品の中間部品を含む組み立て手順を
組立ツリーとして定義し、組み立て手順の各段階における適切なタスクを定義し、タスクの依存関係としての前後関係をタスクツリーとして定義し、ファシリティモデルに基づいてタスクが能力値範囲か否かを判断し、タスクが能力値範囲である場合、スケジュール情10報を作成する場合は、ファシリティやタスクの能力値を超えたシミュレーションが行われスケジュール情報を作成することを防止できる。
【００３２】
また、タスクが能力値範囲を超える場合に、中間部品の定義、組立ツリーの定義、タスクの定義、及びタスクツリーの定義を再定義する場合は、各定義を再定義することにより、より精度の高いプロセスモデルを作成することができる。
【００３３】
また、プロセスモデルの作成に当たって、過去に建造した過去船のプロセスデータを参照
し、流用する場合は、基本設計情報に基づきプロダクトモデルやファシリティモデルが変更された場合に、一からプロセスモデルを作成するよりも少ない労力で、早く精度よくプ

20

ロセスモデルを作成することができる。
【００３４】
また、シミュレーションステップにおける時間発展系シミュレーションは、時間ごとの完成部品又は構成部品の位置、設備及び作業員の位置と占有状況、組み立て手順とタスクの進行状況を逐次計算するものである場合は、時間発展系シミュレーションを精度よく行う
ことができる。
【００３５】
また、シミュレーションステップにおいて、予め取得したルール情報とタスクを利用し、作業員が自律的に仮想的な作業を進める場合は、ルール情報とタスクを利用することにより、シミュレーションにおける作業員が的確に仮想的な作業を進めやすくなる。

30【００３６】
またルール情報として、作業員に付与される判断ルールであるブレインを含む場合は、繰
り返し作業ではなく現場で判断することが非常に多い作業を作業員がブレインを利用して判断し、仮想的な作業を円滑に進めることができる。
【００３７】
また、シミュレーションステップにおいて、ユーザが判断をするための時間発展系シミュ
レーションの途中結果を提供する途中結果提供ステップを実行する場合は、ユーザが途中結果に基づいて判断し、ユーザの意図に沿ったシミュレーションを行いやすくなる。
【００３８】
また、途中結果提供ステップの後で、ユーザが変更を加えた変更条件を受け付け、変更条

40

件に基づいて時間発展系シミュレーションを実行する場合は、ユーザの意向が反映された
変更条件を基に精度よくシミュレーションを行うことができる。
【００３９】
また、建造時系列情報は、ガントチャート、作業分解構成図、作業手順書、工数、及び動線の少なくとも一つを含む場合は、このような可視化を行うことにより、ユーザはシミュ
レーションの結果としての建造時系列情報を見て、構成部品又はファシリティの変更や、ボトルネックの分析・解明、工数予測など、建造に有益な知見を得ることができる。
【００４０】
また、船舶の基本設計情報は、ＣＡＤシステムから取得する場合は、ＣＡＤシステムで作成された基本設計情報をプロダクトモデルの作成等に有効利用できる。

50

(10)

JP 2022-51560 A 2022.3.31【００４１】
また、プロダクトモデルにおける完成部品、及び構成部品、並びにファシリティモデルにおける工場の設備を３次元モデルで表現する場合は、３次元モデルを利用することでシミュレーションの精度を向上させることができる。
【００４２】
また、建造時系列情報の結果が、所定の時間の範囲を超えているかを判断する判断ステッ
プをさらに有し、対応可能な範囲でファシリティモデルを変更し、プロセスモデル作成ス
テップと、シミュレーションステップと時系列情報化ステップを繰り返し実行する場合は、船舶の建造が所定の時間内に収まるシミュレーション結果を得ることができる。
【００４３】

10本発明の船舶の建造シミュレーションプログラムによれば、船舶の建造を時間ごとに細かな作業レベルでシミュレーションすることが可能となり、ユーザは出力された精度の高い
シミュレーション結果としての建造時系列情報に基づいて工場の改善、生産設計の改善、
受注時のコスト予測、及び設備投資などを検討することができるため、建造コストの低減
や工期の短縮につながる。
【００４４】
また、コンピュータに、船舶の建造シミュレーション方法における判断ステップをさらに実行させる場合は、船舶の建造が所定の時間内に収まるシミュレーション結果を得ることができる。
【００４５】

20

また、コンピュータに、プロセスモデル作成ステップと、シミュレーションステップと、
出力ステップにおける計算結果及び途中経過の少なくとも一方を画像表示させる場合は、ユーザはシミュレーションの結果がどのような過程を経て行われたのか、またシミュレー
ションの途中経過を視覚的に確認して理解しやすくなる。
【００４６】
また、コンピュータに、船舶の建造シミュレーション方法における途中経過提供ステップをさらに実行させ、シミュレーションステップにおいて、ユーザによる入力を受け付けさせる場合は、ユーザの意図に沿ったシミュレーションを行いやすくなる。
【図面の簡単な説明】【００４７】

30【図１】本発明の実施形態による船舶の建造シミュレーション方法のフロー【図２】同全体概要図【図３】同プロダクトモデルの例を示す図【図４】同５枚板モデルの結合関係を示す図【図５】同第一の板Ｐ１の３次元モデルを示す図【図６】同３枚板モデルのプロダクトモデルの例を示す図【図７】同ファシリティの３次元モデルの例を示す図【図８】同ファシリティモデルの例を示す図【図９】同プロセスモデルの概念図【図１０】同プロセスモデル作成ステップの詳細フロー40【図１１】同５枚板モデルの組立ツリーの例を示す図【図１２】同３枚板モデルの組立ツリーの例を示す図【図１３】同全タスクの関係をツリーとして表現した例を示す図【図１４】同３枚板モデルのタスクツリーの例を示す図【図１５】同３枚板モデルのタスクツリーのデータの例を示す図【図１６】同３枚板モデルにおける作業員へのタスクの割り振りとタスクの順番の例を示す図【図１７】同実際にシミュレーション空間に配置した例を示す図【図１８】同３枚板モデルにおける工場レイアウト情報の例を示す図【図１９】同シミュレーションステップの詳細フロー

50

(11)

JP 2022-51560 A 2022.3.31【図２０】同ブレインを利用したシミュレーションの様子を示す図【図２１】同シミュレーションステップの疑似コードを示す図【図２２】同ベーシックタスクの例として移動タスク（ｍｏｖｅ）を示す図【図２３】同ベーシックタスクの例として溶接タスク（ｗｅｌｄ）を示す図【図２４】同ベーシックタスクの例としてクレーン移動タスク（ＣｒａｎｅＭｏｖｅ）を示す図【図２５】同配材タスク「取りに行く」の例を示す図【図２６】同配材タスク「配置する」の例を示す図【図２７】同本溶接タスクをベーシックタスクの組合せで表現した例を示す図【図２８】同２つの入り口がある壁で囲まれた領域のうち、移動可能なメッシュを構成し10た例を示す図【図２９】同形状データの例を示す図【図３０】同溶接線データの例を示す図【図３１】同裏焼き線データの例を示す図【図３２】同プロダクトモデルデータの例を示す図【図３３】同ポリラインデータの例を示す図【図３４】同組立ツリーデータの例を示す図【図３５】同タスクツリーデータの例を示す図【図３６】同出力処理の詳細フロー【図３７】本発明の実施例によるケース１の組立シナリオにおけるシミュレーションの計

20

算結果のガントチャート【図３８】同ケース２の組立シナリオにおけるシミュレーションの計算結果のガントチャート【図３９】同ケース２におけるシミュレーションの３次元的な外観図【発明を実施するための形態】【００４８】
本発明の実施形態による船舶の建造シミュレーション方法及び建造シミュレーションプロ
グラムについて説明する。
図１は本実施形態による船舶の建造シミュレーション方法のフロー、図２は全体概要図である。

30

船舶の建造シミュレーション方法においては、作業員の詳細な動き、すなわち要素作業の動きまでを建造シミュレーション内で表現することを目的に、造船工場を構築するために必要な情報を整理する。造船工場は、プロダクト（製品）モデル、ファシリティ（設備・道具）モデル、及びプロセス（作業）モデルという、３つのモデルから構築される。この
３つのモデルが、造船工場をモデル化するために必要な核となるデータである。また、シミュレーションを実施するにあたり、これらの情報を補完する２つの付随情報として、スケジュール情報１２と工場レイアウト情報１３を併せて定義する。なお、プロダクトモデ
ルは実際の製品を、ファシリティモデルは実際の設備や作業員を抽象化しシミュレーショ
ンで扱えるようにした体系化されたデータ群であり、仮想的な製品、設備や作業員であるともいえる。また、プロセスモデルは、プロダクトモデルとファシリティモデルにより導40

かれる仮想的な作業の体系であるともいえる。
【００４９】
図１に示すプロダクトモデル作成ステップＳ１においては、船舶の完成部品と完成部品を構成する構成部品の結合関係が明確化された基本設計情報を取得してプロダクトモデルを作成する。基本設計情報には、船舶の完成部品と完成部品を構成する構成部品の結合関係が含まれている。
例えば、プロダクト（製品）が船殻である場合、完成部品は船殻を構成するブロック（区画）であり、構成部品はブロックを構成する板材である。結合関係は、ノード（Node，
部品の実体情報）とエッジ（Edge，部品の結合情報）で表現される。
本実施形態では、船舶の基本設計情報を、ＣＡＤシステム１１から取得する。これにより

50

(12)

JP 2022-51560 A 2022.3.31、ＣＡＤシステム１１で作成された基本設計情報をプロダクトモデルの作成等に有効利用できる。なお、ＣＡＤシステム１１からの船舶の基本設計情報の取得は、通信回線を介した取得の他、近距離無線通信や記憶手段を用いた取得等、様々な手段を利用して行うことができる。基本設計情報には、例えば、船殻の設計ＣＡＤデータを変換したノードとエッジで表現される結合関係を含む情報も含めることができる。この結合関係を含む情報は、
ＣＡＤシステム１１で予め変換したものを得てもよいし、基本設計情報を取得後に変換して得てもよい。
ＣＡＤシステム１１から取得する基本設計情報は、各ＣＡＤシステム１１における独自のデータ構造で保持されている。そこで、プロダクトモデル作成ステップＳ１において、Ｃ
ＡＤデータをシミュレーションで利用できるデータ構造に変換する。プロダクトモデルで10は、組立対象のプロダクトに関わる情報として、プロダクトを構成する部品自身の属性情報ならびに部品間の結合情報を定義する。プロダクトモデルには、プロダクトの組立に関わる作業（組み立て手順、プロセス）の情報は含まれない。
プロダクトは構成部品である実体をもつ部品同士が個々に結合されていると考える。そこ
でプロダクトモデルは、グラフ理論に基づきノードとエッジで表現されるグラフ構造を用いて定義する。ノード同士の結合であるエッジには方向性は無いとし、無向グラフとする。
【００５０】
図３はプロダクトモデルの例を示す図、図４は５枚板モデルの結合関係を示す図である。
なお、図４の５枚板モデルは、説明の便宜上、簡略化したプロダクトモデルを示している

20

が、プロダクトモデルの対象としては、複雑な船殻のブロックや、船体構造、また船舶全体まで含めることが可能である。
ここでは、図３（ａ）に示すような二重底ブロックを、図３（ｂ）に示すように簡略化した５枚板モデルを対象としている。厳密には異なるが、第一の板Ｐ１がインナーボトム、第三の板Ｐ３がボトムシェル、第二の板Ｐ２と第四の板Ｐ４がガーダー、第五の板Ｐ５をロンジと見立てて簡略化している。カラープレートやフロアがなく、ロンジも本数が少な
いなど、実際の完成部品とは異なるものの、十分かつ本質的な要素を抽出している。
この完成部品は、図４に示される結合関係で定義される。各板Ｐ１〜Ｐ５が構成部品実体のノードに該当し、それらの結合関係であるｌｉｎｅ１〜ｌｉｎｅ５がエッジに該当する。ここでは簡単のために５枚板モデルを用いているが、数多くの構成部品で構成される実30

際の完成部品においても、構成部品実体とそれらの結合関係で完成部品全体を定義することができるため、同様なグラフ表現を用いてプロダクトモデルを定義することが可能である。
【００５１】
図５は第一の板Ｐ１の３次元モデルを示す図である。
プロダクトの構成部品の形状は、３ＤＣＡＤモデルを入力することで定義できる。図５に示すように、３次元モデルの座標系は、その部材全体を囲む四角形（Bounding-box）を定義し、その四角形の ８頂点のうち、ｘ，ｙ，ｚ座標値が最小となる頂点が原点位置になるように３次元モデルを配置した。またシミュレーションの実行中は、３次元モデルに定義した基準点の位置（ローカル座標系、又はグローバル座標系における座標）、姿勢

40

情報（初期姿勢を基準としたオイラー角・クォータニオン）を随時参照できるものとする。
【００５２】
構成部品同士の接合情報を示すエッジには、当該構成部品同士の接合情報を示す必要がある。本実施形態では、簡単のために、完成部品の完成状態の座標系における、それぞれの構成部品の位置・姿勢の情報を与える。具体的には、各構成部品に対して基準点とする３点を任意に与え、その３点が完成状態の座標系において、どこに位置するか、という座標データで情報を保持する。その情報を用いることで、任意の構成部品間の位置関係を算出することが可能である。
【００５３】50

(13)JP 2022-51560 A 2022.3.31

溶接線情報は、３次元的な情報で保持される。例えば、１本の溶接線は、溶接線経路（ポリライン）と、溶接トーチの方向ベクトル（法線ベクトル）で構成されるとする。これらの情報は、完成部品の完成状態の座標系において定義されるデータとし、実際にシミュレーションにて溶接タスク（カスタムタスク１６）が実施される際に、そのタイミングにおける構成部品の位置・姿勢に基づき、溶接線データに対して座標変換を行う。溶接線経路に加えて、トーチの方向も定義することで、溶接中の作業員の位置を定義することができる。さらに溶接中のトーチの向きを認識することができるため、溶接姿勢を判定することが可能となる。
【００５４】
このように、プロダクトモデルには、構成部品同士の連結関係、連結部における接合デー

10タ、及び完成部品における構成部品の位置と角度などの情報が含まれる。なお、ＣＡＤシ
ステム１１の性能によっては、ＣＡＤシステム１１から取得する基本設計情報にプロダク
トモデルの作成に必要なデータが一部含まれない場合がある。例えば、裏焼き線データを取り扱えるＣＡＤシステム１１は少数である。そのような場合は、プロダクトモデル作成
ステップＳ１において、基本設計情報に含まれなかったプロダクトモデルの作成に必要なデータの作成を行う。
以上説明したデータについてまとめると、プロダクトモデルは、下表１及び下表２に示すようなノードとエッジの情報として整理される。
【表１】
20

30
【表２】

40
【００５５】
また、図６は３枚板モデルのプロダクトモデルの例を示す図である。
図６では、構成部品（第一の板Ｐ１、第二の板Ｐ２、第三の板Ｐ３）間の接合関係が登録されたデータベースであるプロダクトモデルを示している。「ｎａｍｅ」は名前、「ｐａｒｅｎｔ」は親プロダクト、「ｔｙｐｅ」は種別である。なお、各板Ｐ１〜Ｐ３の基準座標３点（vo(0,0,0)，vx(1,0,0)，vz(0,0,1)）は省略している。また、データには本来は対象ＩＤを記載するが、説明用に「ｎａｍｅ」で記載している。
上述のように、プロダクトモデルには、組立に関わる作業（プロセス）の情報は含まれない。
【００５６】50

(14)JP 2022-51560 A 2022.3.31

図１に戻り、ファシリティモデル作成ステップＳ２においては、完成部品を建造する工場の設備情報と、作業員情報を取得し、完成部品の建造に関わる設備（仮想設備）と作業員（仮想作業員）に関するファシリティモデルを作成する。なお、設備情報には道具の情報も含まれる。
ファシリティモデルでは、工場のファシリティに関する情報として、ファシリティの個別の名前（例えば、溶接機Ｎｏ．１）、種別（例えば、溶接機）に加えて、個々のファシリ
ティが有する能力値を定義する。能力値には、そのファシリティが有する機能の最大値（範囲）を定義する。例えば、クレーンが有する能力値の一つとしては、吊り上げ荷重値や速度などが挙げられ、その能力値範囲は、最大吊り上げ荷重値や最大速度となる。
また、プロダクトだけでなく、ファシリティも作業員の移動経路上の障害物になり得るた

10

め、３次元モデルを用いて形状を定義する。それにより、シミュレータ内では、オブジェ
クト同士の３次元的な干渉を判断することも可能となる。ここで図７はファシリティの３次元モデルの例を示す図であり、図７（ａ）は作業員、図７（ｂ）は溶接機、図７（ｃ）
はクレーン、図７（ｄ）は床、図７（ｅ）は定盤である。
【００５７】
ファシリティモデルが保持する具体的な属性情報を下表３に示す。
【表３】

20

【００５８】
また、図８はファシリティモデルの例を示す図である。
図８では、工場のファシリティが登録されたデータベースであるファシリティモデルを示している。「ｎａｍｅ」は名前、「ｔｙｐｅ」は種別、「ｍｏｄｅｌ＿ｆｗｉｌｅ＿ｐａ

30ｔｈ」は形状（３次元モデルデータ）、「ａｂｉｌｉｔｙ」は能力（ファシリティの能力値範囲を定義）である。
【００５９】
このように、プロダクトモデルにおける完成部品と構成部品、及びファシリティモデルにおける工場の設備を３次元モデルで表現する。３次元モデルを利用することで、シミュレーションの精度を向上させることができる。
【００６０】
図１に戻り、プロセスモデル作成ステップＳ３では、プロダクトモデルとファシリティモ
デルに基づいて、構成部品を組み立てて完成部品を建造するための組み立て手順とタスクを明確化しプロセスモデルを作成する。ここで、先にプロダクトモデルとファシリティモ

40

デルが作成され、後からプロセスモデルを作成する点が重要である。この順番に進めることで、的確に、後戻りすることなくプロセスモデルが作成でき、後の処理が滞りなくできる。
図９はプロセスモデルの概念図である。
プロセスモデルは、一連の組立工程に関わる作業情報が定義されたデータである。プロセ
スモデルは、構成部品を組み立てて完成部品とする依存関係を表す組立ツリーと、組み立てに当たって必要なタスクと、タスク間の依存関係を表すタスクツリーとを含んで構成される。これにより、組み立て手順と、それに関わるタスクを明確にし、プロセスモデルを精度よく作成することができる。ここでタスクとは、一単位の作業を指す。
【００６１】50

(15)JP 2022-51560 A 2022.3.31

図１０はプロセスモデル作成ステップの詳細フローである。
まず、プロダクトモデル作成ステップＳ１で作成したプロダクトモデルと、ファシリティ
モデル作成ステップＳ２で作成したファシリティモデルを、コンピュータに読み込む（プロセスモデル作成情報読込ステップＳ３−１）。
次に、プロセスモデルの作成に当たって、過去に建造した過去船のプロセスデータを流用するか否かを選択する（流用判断ステップＳ３−２）。
流用判断ステップＳ３−２において、流用しないことを選択した場合は、コンピュータが、過去船のプロセスデータを参照せずに、構成部品の中間部品を含む組み立て手順を組立ツリーとして定義し（組立ツリー定義ステップＳ３−３）、組み立て手順の各段階における適切なタスクを定義し（タスク定義ステップＳ３−４）、タスクの依存関係としての前

10

後関係をタスクツリーとして定義する（タスクツリー定義ステップＳ３−５）。
一方、流用判断ステップＳ３−２において、流用することを選択した場合は、コンピュー
タが、過去データから類似のプロセスデータを抽出し（過去船プロセスデータ抽出ステッ
プＳ３−６）、組立ツリー定義ステップＳ３−３、タスク定義ステップＳ３−４、及びタスクツリー定義ステップＳ３−５において、抽出した過去船のプロセスデータを参照して流用する。過去船のプロセスデータを流用することで、基本設計情報に基づきプロダクト
モデルやファシリティモデルが変更された場合に、一からプロセスモデルを作成するよりも少ない労力で、早く精度よくプロセスモデルを作成することができる。
【００６２】
ここで、図１１は５枚板モデルの組立ツリーの例を示す図である。

20

組立ツリー定義ステップＳ３−３において、組立ツリーには、中間部品の情報（名前、部品の姿勢）及び組み立ての前後関係の情報を定義する。部品の組立順番には前後関係が存在するため、組立ツリーは有向グラフで表現される。
中間部品とは、幾つかの部材が結合した状態の構成部品であり、中間部品と部材、又は中間部品同士を組み立てることで完成部品となる。図１１では、第一の板Ｐ１と第二の板Ｐ
２と第四の板Ｐ４が組み合わされて第一の中間部品Ｕ１を成し、第三の板Ｐ３と第五の板Ｐ５が組み合わされて第二の中間部品Ｕ２を成し、第一の中間部品Ｕ１と第二の中間部品
Ｕ２を組み合わせて完成部品ＳＵＢ１を成す状態を示している。なお、第一の中間部品Ｕ
１を組み立てるにあたっては第一の板Ｐ１をベースとし、第二の中間部品Ｕ２を組み立てるにあたっては第三の板Ｐ３をベースとし、完成部品ＳＵＢ１を組み立てるにあたっては30

第二の中間部品Ｕ２をベースとしている。
【００６３】
組立ツリーの定義に必要な属性情報を下表４に示す。これらの情報をすべての中間部品及び完成部品において定義する。
【表４】

40

【００６４】
また、図１２は３枚板モデルの組立ツリーの例を示す図である。「ｎａｍｅ」は名前、「ｐｒｏｄｕｃｔ１（ｂａｓｅ）」は接合する対象部品のうちベースとする部品、「ｐｒｏ

50

(16)

JP 2022-51560 A 2022.3.31

ｄｕｃｔ２」は接合する対象部品、「中間部品における構成部品の座標変換情報」は中間部品の定義である。なお、中間部品や完成部品の基準座標３点（vo(0,0,0)，vx(1,0,0)，vz(0,0,1)）は省略している。また、データには本来は対象ＩＤを記載するが、説明用に「ｎａｍｅ」で記載している。
図１２の３枚板モデルでは、第一の板Ｐ１と第二の板Ｐ２が組み合わされて中間部品を成し、その中間部品に第三の板Ｐ３が組み合わされて完成部品を成す。なお、中間部品を組み立てるにあたっては第一の板Ｐ１をベースとし、完成部品を組み立てるにあたっては第三の板Ｐ３をベースとしている。
【００６５】
タスクツリー定義ステップＳ３−５において、タスクツリーには、タスクに必要な情報と10

タスク同士の前後関係の情報を定義する。例えば、タスク定義ステップＳ３−４において、下表５に示す３種類のタスクを定義する。
【表５】

20

【００６６】
ここで、図１３は全タスクの関係をツリーとして表現した例を示す図である。
図１３は、５枚板モデルに対して、Ｐ１〜Ｐ５の各板（鋼板）を所定の位置に配材して、仮溶接及び本溶接を行うことで、完成部品を組み立てるシナリオを想定したものである。
タスクには前後関係があるため、タスクツリー定義ステップＳ３−５において、タスクのツリーは有向グラフで表現される。例えばタスク[仮溶接０]は、[配材０]、[配材１]、[30

配材２]のすべてのタスクを完了してからでないと開始することが出来ないことを意味している。
【００６７】
また、タスクツリーが有する具体的な属性情報を下表６に示す。例えば、タスク［配材０］では、オブジェクト［第二の板Ｐ２］をファシリティ［クレーン １］を用いて、オブジェクト［定盤 ２］上の位置 (８ｍ，０ｍ，２ｍ)に、オイラー角 (０，０，０) の姿
勢で配置されるように運搬する、という情報が定義される。配材タスクでは始点の座標を定義しておらず、シミュレーション実施時に当該タスクの実行時点における座標から開始される。他にも同様にタスク［本溶接０］は、エッジ［ｌｉｎｅ１］（第一の板Ｐ１と第二の板Ｐ２との結合部）を対象にファシリティ［溶接機 ２］を用いて、０．２ｍ／ｓの40速度で本溶接する、という情報が定義される。ただし、このタスクはタスクの前後関係から、タスク［仮溶接０］が完了してからでなければ開始することは出来ない。溶接経路の情報はプロダクトモデルの当該エッジに関連付けられた情報を参照する。

50

(17)

JP 2022-51560 A 2022.3.31

【表６】

10

【００６８】
また、図１４は３枚板モデルのタスクツリーの例を示す図であり、右側の表は左側のグラ
フ図を表現している。また、図１５は３枚板モデルのタスクツリーのデータの例を示す図である。図１５の「ｎａｍｅ」は名前、「ｔａｓｋｔｙｐｅ」は種別、「ｐｒｏｄｕｃｔ」は関連する部品、「ｆａｃｉｌｉｔｙ」は関連するファシリティ、「ｃｏｎｄｉｔｉ
ｏｎｓ」はタスクツリー情報、「ｔａｓｋｄａｔａ」はタスク情報（そのタスクに必要な固有のデータ）である。なお、データには本来は対象ＩＤを記載するが、説明用に「ｎａｍｅ」で記載している。

20

この例では、図１４に示すように、３枚板モデルに対して、Ｐ１〜Ｐ３の各板（鋼板）を所定の位置に配材して、仮溶接及び本溶接を行うことで、完成部品を組み立てるシナリオを想定している。
【００６９】
また、図１０に示すように、プロセスモデル作成ステップＳ３においては、組み立て手順とタスクに基づいて作業員のスケジュール情報１２を作成する（スケジュール情報作成ス
テップＳ３−８）。図１０に示されるように、組み立て手順を先に決めて、タスクを決めることが重要であり、これにより、的確に、後戻りすることなくプロセスモデルが作成でき、後の処理が滞りなくできる。すなわち、組立ツリーを先に作成し、後からタスクツリ
ーを作成する。

30

作成したスケジュール情報１２はモニタ等へ出力される。スケジュール情報１２は、各行動主体となる作業員に対してタスクを順番も含めて割り当てたものである。これにより、
スケジュール情報１２に基づき、主作業や付随作業まで含めた作業員のすべての生産行為
を精密に再現してシミュレーションを行うことができる。また、スケジュール情報１２は、モニタやプリンタ等からユーザに提供される。これにより、ユーザは作成されたスケジ
ュール情報１２を必要に応じて確認することができる。なお、スケジュール情報１２は、ユーザの要望があったときのみ提供することも可能である。
【００７０】
プロセスモデルでは組立ツリーとタスクツリーに関わる情報を定義したが、スケジュール
情報１２ではタスクツリーで定義したそれぞれのタスクに対して、担当作業者の割り振り

40と、タスクの具体的な実行順番を定義する。
スケジュール情報１２の作成例を下表７に示す。この例では、作業員１は鉄工職の作業者を想定しており、配材タスクと仮溶接タスクを割り当てている。作業員１は、タスク［配材０］から開始し、タスク［仮溶接４］まで順次実施する。一方、作業員２は溶接職の作業者を想定しており、本溶接タスクを順番に割り当てている。作業員２は、タスク［本溶接０］から開始し、タスク［本溶接３］まで順次実施する。

50

(18)

JP 2022-51560 A 2022.3.31【表７】【００７１】

10

また、図１６は図１４、１５で示した３枚板モデルにおける作業員へのタスクの割り振りとタスクの順番の例を示す図であり、図１６（ａ）は作業員１へのタスクの割当てとタス
ク順番を示し、図１６（ｂ）は作業員２へのタスクの割当てとタスク順番を示し、図１６（ｃ）はデータ形式のスケジュール情報である。なお、データには本来は対象ＩＤを記載するが、説明用に「ｎａｍｅ」で記載している。
【００７２】
また、図１０に示すように、本実施形態では、スケジュール情報作成ステップＳ３−８の前に、ファシリティモデルに基づいて、タスクがファシリティの能力値範囲を超えるか否かを判断する（能力値範囲判断ステップＳ３−７）。
能力値範囲判断ステップＳ３−７において、タスクがファシリティの能力値範囲を超えな

20

いと判断した場合は、スケジュール情報作成ステップＳ３−８に進んでスケジュール情報
１２を作成する。このように、タスクがファシリティの能力値範囲を超えないと判断した場合にスケジュール情報１２を作成することで、ファシリティやタスクの能力値を超えたシミュレーションが行われスケジュール情報１２を作成することを防止できる。また、作成したプロセスモデルはモニタ等へ出力することでユーザに提供される。
一方、能力値範囲判断ステップＳ３−７において、タスクがファシリティの能力値範囲を超えると判断した場合は、組立ツリー定義ステップＳ３−３、タスク定義ステップＳ３−
４、及びタスクツリー定義ステップＳ３−５に戻り、中間部品の定義、組立ツリーの定義、タスクの定義、及びタスクツリーの定義のうちの対応可能な少なくとも一つを再定義する。各定義を再定義することにより、より精度の高いプロセスモデルを作成することがで30きる。
【００７３】
スケジュール情報作成ステップＳ３−８の後、組み立て手順とタスクに基づいて、実際に時間発展系シミュレーションで使用する設備と作業員の配置に関する工場レイアウト情報
１３を作成する（工場レイアウト情報作成ステップＳ３−９）。これにより、設備と作業員の配置が反映された工場レイアウト情報１３に基づき、シミュレーションを行うことができる。作成した工場レイアウト情報１３はモニタやプリンタ等に出力して表示することができる。これにより、ユーザは作成されたスケジュール情報１２を必要に応じて確認することができる。なお、スケジュール情報１２は、ユーザの要望があったときのみ提供することも可能である

40【００７４】
これまで定義したプロダクトモデル及びファシリティモデルには、工場での配置情報を定義していない。そこで工場レイアウト情報１３では、各オブジェクトの初期配置を定義する。必要な属性情報を下表８に示す。また、図１７は実際にシミュレーション空間に配置した例を示す図である。

50

(19)

JP 2022-51560 A 2022.3.31

【表８】

10
【００７５】
また、図１８は３枚板モデルにおける工場レイアウト情報の例を示す図である。なお、データには本来は対象ＩＤを記載するが、説明用に「ｎａｍｅ」で記載している。
プロダクトモデル、ファシリティモデルのデータベースから、実際にシミュレーションに利用する部品、ファシリティの配置情報をlayout.csvで定義している。
【００７６】
プロセスモデル作成ステップＳ３の後は、図１に示すように、シミュレーションステップ
Ｓ４となる。シミュレーションステップＳ４では、プロセスモデルに基づいて、時間ごとの建造の進行状況を逐次計算する時間発展系シミュレーション（３次元空間上の時間発展

20

）を行う。
シミュレーションステップＳ４においては、プロセスモデルを基に、３次元プラットフォーム上での各ファシリティとプロダクトの位置と占有状況、カスタムタスク１６の進捗状
況を変化させることで、造船における建造をシミュレーションする。なお、乱数を与えて中間部品の精度をあえて悪くし、その影響を下流の工程に至るまでシミュレーションすることもできる。また、カスタムタスク１６とタスクツリーとの関係は、カスタムタスク１
６をツリー構造で前後関係を表し、繋ぎ合わせたものがタスクツリーとなる。
本実施形態では、３次元プラットフォームをゲームエンジンであるＵｎｉｔｙ（登録商標）を活用して構築している。
時刻ｔにおける各ファシリティとプロダクトの位置、角度および占有を表す変数ｘｆ、ｘ30ｐと、プロセスモデルにおけるカスタムタスク１６の未完又は完了を表す状態のｓｔの３つを引数とすると、プロセスモデル作成ステップＳ３で定義したスケジュールに記載のカ
スタムタスク１６の順に、タスクに関係する各引数を事前に設定したルールに従って変化させることで、次の時刻ｔ＋１へのｘｆ、ｘｐ、ｓｔの変化を表すことができる。これにより各引数の時刻歴が出力される。
【００７７】
図１９はシミュレーションステップの詳細フローである。
まず、プロダクトモデル作成ステップＳ１で作成したプロダクトモデルと、ファシリティ
モデル作成ステップＳ２で作成したファシリティモデルを取得してコンピュータに読み込
み、プロセスモデル作成ステップＳ３で作成したプロセスモデル、スケジュール情報１２

40、及び工場レイアウト情報１３をコンピュータに読み込み、さらに近い道具を取りにいくなどのルール情報１５をコンピュータに読み込み、工場レイアウト情報１３に基づいて３次元プラットフォーム上にオブジェクトを配置する（シミュレーション実行情報読込ステ
ップＳ４−１）。
ここで、ルール情報１５とは、コンピュータによる自律判断に必要な制約や選択肢である。例えば、溶接タスク（カスタムタスク１６）では、使える溶接機の種類だけをルール情報１５として指定しておき、どの溶接機を使用するかはシミュレーションの途中でコンピュータが自律的に判断する。
すなわち、仮想的な作業員がシミュレーション内でどのように判断するのかを記述したものがルール情報１５となる。ルール情報１５を利用することにより、シミュレーションに

50

(20)

JP 2022-51560 A 2022.3.31

おける作業員が的確に仮想的な作業を進めやすくなる。ルール情報１５は、あらかじめカ
タログのようにシミュレーションステップＳ４よりも前に作成しておく。なお、ルール情報１５は、強化学習やマルチエージェント等により自律的に学習させて作成して取得することも可能である。強化学習等により自律的にルール情報１５を作成する方法としては、
エージェントがシミュレーションステップＳ４を自由に操作して効率的なルールを学習してルール情報１５を生成する手法を用いる。ルール情報１５の一例は以下の通りである。
ルール１Ａ：空いている近い道具を取得する。
ルール１Ｂ：後工程でも空いている近い道具を取得する。
ルール２：クレーンを使用する場合、クレーン同士の干渉によって他の工程が妨げられないようなクレーンを選択する。

10

ルール３：使用後、マグネット式の釣り具は台車の上に置く。
ルール４：作業場所が同じ後の工程について、道具をまとめて取ってくる。
これらのルールは、シミュレーションステップＳ４よりも前に作業員に割り当てておくものであり、例えば以下のようになる。
作業員１：ルール１Ａ
作業員２：ルール１Ｂ、ルール２、ルール３、ルール４
作業員１は新人を想定し、作業員２は熟練者を想定したものである。新人の作業員１は自分のことだけを考えて動くため、他工程の邪魔になったりもする。
【００７８】
ルール情報１５により、時間発展系シミュレーションの実施中に、未入力だったタスク情20

報やスケジュール情報が自動構築される。本実施形態では、ルール情報１５として、作業員に付与される判断ルールであるブレインを含む。
ブレインは、カスタムタスク１６に１対１で対応させ、時間発展系シミュレーションを実行する前に構築しておく。時間発展系シミュレーション上では、ブレインを逐次動作させることで、時間発展の中で状況に応じて作業員が判断する様子を再現する。そのため、特に造船工程のような、繰り返し作業ではなく現場で判断することが非常に多い作業を作業員がブレインを利用して判断し、仮想的な作業を円滑に進めることができる。
ルール情報１５の一つであるブレインで判断される内容は、大別すると以下の四つである。
１．ある一つのカスタムタスク１６に対して、必要な引数を決定する。

30

２．ある一つの種類（タスクタイプ）に属する複数のカスタムタスク１６の中から一つのカスタムタスク１６を選択する。
３．複数の種類のカスタムタスク１６から一つの種類を選択する。
４．カスタムタスク１６を実施中に競合が発生した場合の対応をルールに基づいて選択する。
【００７９】
ブレインによる判断方法においては、まず引数の組合せとして候補群を作成し、その候補
群それぞれに対して評価パラメータを抽出し、所定の評価値ルールに基づく評価値の計算を実施し、最終的に最も評価値が高いものを選択する。
評価パラメータの抽出、所定のルール、評価値に基づく選択は、配材タスクを例にすると

40、それぞれ例えば以下のようになる。
［評価パラメータの抽出］判断に関わる評価パラメータ群を、時間発展系シミュレーション中に順次取得する。
・ｐ１：作業員の現在地からプロダクトまでの距離
・ｐ２：プロダクトからクレーンまでの距離
・ｐ３：プロダクトから目的地までの距離（目的地は自動計算）
・ｐ４：ベース板か否か（０ or １）・ｐ５：干渉無く行動可能か（０ or １）［評価値ルール］
ｖ＝（ｐ４−０．２＊（ｐ１＋ｐ２＋ｐ３））＊ｐ５

50

(21)

JP 2022-51560 A 2022.3.31［選択］０より大きい評価値の中で最大の評価値を得たタスクを選択する。
タスク１：ｖ１
タスク２：ｖ２
タスク３：ｖ３
・・・【００８０】
ブレインの評価値ルールは、手動又は機械学習によって構築する。
手動で構築する場合は、ビデオ分析の結果や作業員に対するヒアリング等を通じてルールを推定し構築する。

10

機械学習によって構築する場合は、二つの構築方法がある。一つ目の構築方法は、造船工場での作業員、道具、及びプロダクトの動きに関するデータをカメラや位置センサ等を用いたモニタリングにより取得し、取得した大量のデータから、作業員とプロダクトとの距
離や作業員と道具との距離などのパラメータＸと、作業員のタスク選択結果（判断履歴）
Ｙを整理し、整理したデータを教師データとし、パラメータＸからタスク選択結果Ｙを予測するニューラルネット等の機械学習モデルとして構築するものである。また、二つ目の構築方法は、例えば時間が短いほど良い等の目標を設定し、その目標を報酬とした強化学習を適用し、最適な戦略を自動構築するものである。
【００８１】
タスクタイプごとのブレインの例を下表９に示す。表中の「ＡｔＢｒａｉｎ」は配材Ａｔ

20のブレイン、「ＦｔＢｒａｉｎ」は仮付Ａｔのブレイン、「ＷｔＢｒａｉｎ」は本溶接Ｗ
ｔのブレイン、「ＤｔＢｒａｉｎ」は裏焼きＤｔのブレインである。
【表９】

30

カスタムタスク１６について、シミュレーション中に自動決定される引数と、事前にタスクツリーで構築しておく引数を下表１０に示す。下線が引かれた引数が自動決定される引数、下線が引かれていない引数が事前に構築しておく引数である。
40

50

(22)

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【表１０】

10

【００８２】
図２０はブレインを利用したシミュレーションの様子を示す図であり、図２０（ａ）は配材タスク、図２０（ｂ）は溶接タスクである。
配材タスクにおいては、配材場所の制約と配置位置が自動決定される。

20

溶接タスクにおいては、溶接線の位置などの評価パラメータが取得され、評価値計算が実施される。なお評価値計算では、溶接作業者の近くで別の作業を実施しないなど、溶接領域が考慮される。
【００８３】
図１９におけるシミュレーション実行情報読込ステップＳ４−１の後、スケジュール情報
１２に記載のカスタムタスク１６のうち、全行動主体に対して先頭に存在するタスクを実行し、時間を１秒プラスする。（タスク実行ステップＳ４−２）。カスタムタスク１６は事前にメソッドとして定義しておき、割り当てられたカスタムタスク１６を状況に応じてルール情報１５等に基づき変更する。
時間発展系シミュレーションでは、時間ごとの完成部品又は構成部品の位置、設備及び作30

業員の位置と占有状況、組み立て手順とタスクの進行状況を逐次計算する。これにより、
時間発展系シミュレーションを精度よく行うことができる。
【００８４】
次に、カスタムタスク１６が終了したか否かを判定する（タスク終了判定ステップＳ４−
３）。
タスク終了判定ステップＳ４−３において、カスタムタスク１６が終了していないと判定した場合は、タスク実行ステップＳ４−２に戻り、カスタムタスク１６を実行する。
一方、タスク終了判定ステップＳ４−３において、カスタムタスク１６が終了したと判定
した場合は、終了したカスタムタスク１６をスケジュールの先頭から削除し、割り当てられたカスタムタスク１６がすべて終了したか否かを判定する（シミュレーション終了判定

40

ステップＳ４−４）。
シミュレーション終了判定ステップＳ４−４において、割り当てられたカスタムタスク１
６がすべて終了していないと判定された場合は、タスク実行ステップＳ４−２に戻り、カスタムタスク１６を実行する。
一方、シミュレーション終了判定ステップＳ４−４において、割り当てられたカスタムタ
スク１６がすべて終了したと判定された場合は、シミュレーションを終了する。このようにシミュレーションは、すべての予定されたカスタムタスク１６がなくなるまで繰り返し実行する。
【００８５】
また、図１に示すように、シミュレーションステップＳ４においては、ユーザが判断をす

50

(23)

JP 2022-51560 A 2022.3.31

るための時間発展系シミュレーションの途中結果を提供する（途中結果提供ステップＳ４−５）。シミュレーションの途中結果は、例えばタスク実行ステップＳ４−２が終了する
たびにユーザに提供される。ユーザは、提供された途中結果を基に、そのままシミュレー
ションを続行するか、又はカスタムタスク１６等を変更して次のシミュレーションを行う
かなどを判断する。これにより、ユーザが途中結果に基づいて判断し、ユーザの意図に沿ったシミュレーションを行いやすくなる。
途中結果提供ステップＳ４−５における途中結果の提供は、ユーザが例えばシミュレータの実行ボタンを押す際に任意にオン／オフを選択可能であり、オフが選択されている場合は実行されない。一方、オンが選択されている場合は、例えばモニタが閲覧モードとなり、シミュレーションの状況がアニメーション的に流れていく様子が提供され、ユーザは一

10時停止ボタンを押したり、また再生ボタンを押したりして、逐次確認することができる。
ユーザは、一時停止ボタンを押したとき、既に終了しているカスタムタスク１６、実施中のカスタムタスク１６、及び未実施の予定されているカスタムタスク１６を見ることができ、例えば予定されているカスタムタスク１６の順番を変更したり、そのカスタムタスク
１６で使う道具を変更及び指定したりできる。変更後、再生ボタンを押すと、シミュレー
ションが再開し、変更したシナリオで進行する。
また、シミュレーションステップＳ４の時間発展系シミュレーションにおいては、予め取得したルール情報１５とタスクを利用し、仮想の作業員が自律的に仮想的な作業を進める。具体的には、ルール情報１５と、タスクとしてのベーシックタスク１７を組み合わせて構成したカスタムタスク１６を利用して仮想的な作業を進める。

20

ルール情報１５とは、上述のように例えば、使える溶接機の種類などである。ルール情報
１５とタスクを利用することにより、シミュレーションにおける作業員が的確に仮想的な作業を進めやすくなる。
本実施形態では、途中結果提供ステップＳ４−５において途中結果を提供した後で、ユー
ザが変更を加えた変更条件を受け付け、変更条件に基づいて時間発展系シミュレーションを実行する。これにより、ユーザの意向が反映された変更条件を基に精度よくシミュレー
ションを行うことができる。
図２１はシミュレーションステップの疑似コードを示す図である。
【００８６】
カスタムタスク１６を構成するベーシックタスク１７は、汎用的に使われうる小さな作業

30

を表す。
ベーシックタスク１７は、時間発展系シミュレーション上で実行可能な関数であり、時間
発展系シミュレーションを実行する前に、関数として構築しておく。ベーシックタスク１
７は、引数が与えられ、その引数に関連したシミュレーションのオブジェクトを移動させたり占有したりといった、シミュレーションに必要な基本的な関数である。また、ベーシックタスク１７は、３次元的な制約を考慮した関数となる。
ベーシックタスク１７の組合せとしてカスタムタスク１６を構築する。タスクが時間発展系シミュレーションで実行可能な関数であるベーシックタスク１７を組み合わせて構築されるカスタムタスク１６を含むことで、作業の種類別に小さな作業を組み合わせたカスタ
ムタスク１６により、シミュレーションの精度を向上させることができる。

40

ベーシックタスク１７の具体例を下表１１に示す。なおベーシックタスク１７は、表１１に挙げたもの以外にも多数存在する。
【表１１】

50

(24)

JP 2022-51560 A 2022.3.31【００８７】
図２２はベーシックタスクの例として移動タスク（ｍｏｖｅ）を示す図である。移動タスクの定義は以下の通りである。
・動く主体名と目的地の座標値を引数として持つ。
・シミュレーション上では、特定のスピードで主体者を移動させる関数となる。
・３次元的な地形を考慮して最短経路を自動算出する。
・経路の途中にマンホールやロンジなどの障害物が存在し、当該障害物をくぐったり跨いだりして越える必要がある場合、それに応じて速度を減速させる。
【００８８】
図２３はベーシックタスクの例として溶接タスク（ｗｅｌｄ）を示す図である。溶接タス

10クの定義は以下の通りである。
・主体名、対象溶接線名、及び利用する溶接機名を引数とする。
・シミュレーション上では、特定の溶接スピードで溶接線近くを移動させる関数となる。
・溶接機には電源ケーブル、トーチ、及びホースを再現し、ケーブルとホースは他のオブジェクトと干渉する。
・溶接線が上向きにある場合と下向きにある場合で溶接速度が変更される。
【００８９】
図２４はベーシックタスクの例としてクレーン移動タスク（ＣｒａｎｅＭｏｖｅ）を示す
図である。クレーン移動タスクの定義は以下の通りである。
・主体名と目的地の座標値を引数とする。

20

・シミュレーション上では、特定の移動スピードで目的地まで移動する関数となる。
・本ベーシックタスク１７は、主体者が機器（クレーン）となる。機器については、外部からタスクを命じられて実行するという形態をとる。
・他のクレーンとの干渉判定を行い、移動可能な領域を制約として考慮する。
【００９０】
ここで、タスク実行ステップＳ４−２の前に事前にメソッドとして定義しておくカスタム
タスク１６について詳細に説明する。カスタムタスク１６は以下のように定義される。
・カスタムタスク１６は、ベーシックタスク１７の組合せとして構築するものであり、パターン化又は慣習化された途切れない一連の作業の集合を一つのカスタムタスク１６として表現する。例えば、カスタムタスク１６が配材タスクの場合は、「物へ移動→物をつか30

む→物と移動→物を置く」となる。
・カスタムタスク１６に引数が渡され、その引数に基づいて、事前に決められた順番のベーシックタスク１７を構築していき、最終的にベーシックタスク１７のリストを構築する。
・カスタムタスク１６は、配材タスク、仮付タスク、溶接タスクなど、再現したいタスク毎に構築する。
・カスタムタスク１６は、インプットとして共通の引数とタスク毎に固有の引数を持つ。
・カスタムタスク１６には、人が主体となるものと、機器が主体となるものがある。例えば、配材タスクの主体は人（作業員）、自動溶接タスクの主体は機器（自動溶接機）となる。

40【００９１】
人に割り当てられるカスタムタスク１６のタスクタイプ、関数名、及び引数の例を下表１２に示し、機器に割り当てられるカスタムタスク１６の関数名、及び引数の例を下表１３
に示す。

50

(25)

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【表１２】

10

【表１３】

20

【００９２】
図２５はカスタムタスクとしての配材タスク「取りに行く」の例を示す図である。なお、
ホイストクレーンを使用する。

30

この配材タスクのタスクタイプは「配材Ａｔ」、関数名は「AtPick」、共通の引数は「
タスク名，タスクタイプ，関数名，対象，利用ファシリティ，先行タスク，主体名，要求
ファシリティ種別・個数」、固有の引数はなしとなる。
配材タスク「取りに行く」を構成するベーシックタスク１７のリストの例を以下に示す。
１．ｍｏｖｅ（主体者，ファシリティの場所）

２．ｍｏｖｅ（主体者とファシリティ，対象の場所）

３．ＣｒａｎｅＨｏｉｓｔ
４．Ｔｉｍｅｏｕｔ（下げる）（指定秒数）

５．ＣｒａｎｅＨｏｉｓｔ（上げる）

なお、上記３のベーシックタスク１７はフックを下降させ、上記４のベーシックタスク１

40

７は玉掛時間分待機させ、上記５のベーシックタスク１７はフックを上昇させるものである。
【００９３】
図２６はカスタムタスクとしての配材タスク「配置する」の例を示す図である。
この配材タスクのタスクタイプは「配材Ａｔ」、関数名は「AtPlace」、共通の引数は「タスク名，タスクタイプ，関数名，対象，利用ファシリティ，先行タスク，主体名，要求ファシリティ種別・個数」、固有の引数は「配材先の基準オブジェクト，座標値（ｘ，ｙ，ｚ）、オイラー角（θ，φ，ψ）」となる。
配材タスク「配置する」を構成するベーシックタスク１７のリストの例を以下に示す。
１．ｍｏｖｅ（主体者，ファシリティと対象，指定された座標値へ）

50

(26)

２．ＣｒａｎｅＨｏｉｓｔ
３．Ｔｉｍｅｏｕｔ

JP 2022-51560 A 2022.3.31（下げる）（指定秒数）

４．ＣｒａｎｅＨｏｉｓｔ（上げる）

なお、上記３のベーシックタスク１７は物を取り外す時間分待機させるものである。
【００９４】
図２７はカスタムタスクの一つである本溶接タスクをベーシックタスクの組合せで表現した例を示す図である。
メソッドとしてのタスクを実行することにより、変数ｘｆ、ｘｐ、ｓｔを変化させる。そのために、各カスタムタスク１６それぞれに対してメソッドを定義するが、そのカスタム
タスク１６をさらに細かなメソッドであるベーシックタスク１７の組合せで表現する。

10

まず、開始条件を確認するベーシックタスク１７（Wait̲start）は、条件が満たされるまでは待つといったメソッドとなる。
道具を確保するベーシックタスク１７（Wait̲hold）は、使用する道具がすべて空いていなければ待ち、空いていれば、本タスクのために占有する状態に変化させるといった基本的なメソッドとなる。
また、クレーンによって構成部品を移動させるなどの表現は、移動タスク（move）として表し、指定した速度で位置や角度を変更する。
溶接タスク（weld）は、プロダクトモデルに定義された溶接線情報を基に、溶接開始点までの移動と溶接姿勢に基づく速度で溶接トーチおよび作業者を移動させ、構成部品を次の中間部品へと変化させるといったメソッドとしている。このようなベーシックタスク１

20

７の組合せで様々なタスクを表現し、メソッドとして事前（タスク実行ステップＳ４−２の前）に構築する。
このように、カスタムタスク１６はあらかじめ決められた標準的な手順を記載するものである。カスタムタスク１６は、シミュレーションステップＳ４の前にカタログのように作っておく。カスタムタスク１６の一例は以下の通りである。
仮溶接（カスタムタスク１６）：溶接機を取りに行く＋クレーンを取りに行く＋部品を吊る＋位置をあわせる＋仮止めする
このとき、どの道具（溶接機１又は溶接機２など）を選択するかはルール情報１５（ルール１Ａ、ルール１Ｂ、ルール２など）に基づいて決められる。また、ルール情報１５のうちのルール３に関し、マグネット式のクレーンを使っていた場合は、道具を使用後に台車30の上に置くという新たなタスクが発生する。もちろん、ルール情報１５に基づかずに、使用する道具をユーザが指定することもできる。
【００９５】
また、ベーシックタスク１７の中でも移動については、すべてのタスク内の移動経路を手入力することが困難なことが多いと想定されるため、コンピュータが経路探索を行い自動判断するように設定することが好ましい。この場合、具体的には、まず移動可能な領域をメッシュで動的に生成し、そのメッシュの頂点と線分を経路と見立て、Ａ＊アルゴリズム
により経路を自動算出する。
図２８は２つの入り口がある壁で囲まれた領域のうち、移動可能なメッシュを構成した例を示す図である。壁１４付近はメッシュが存在しないため、壁１４を回り込んで移動する

40

ような経路が生成されることとなる。実装には、例えばＵｎｉｔｙ（登録商標）のＮａｖ
ｍｅｓｈＡｇｅｎｔクラスを活用する。これによりベーシックタスク１７では到達先の地
点又は到達先のオブジェクトを指定することで、途中の経路は自動算出され入力の手間を大幅に削減することが可能となる。
【００９６】
ここで、シミュレーションにおいて入力するインプットデータの具体例を下表１４に示す。なお、ファシリティに関するデータは除いている。

50

(27)

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【表１４】

10

20

【００９７】
図２９は形状データの例を示す図である。
図２９に示すサンプルは、SUB̲Fという名前の小組を想定している。すべての部品について、部品ごとのローカル座標系で、かつ安定な姿勢で定義している。なおソリッドモデ

30

ルとしているが、他のデータ形式とすることもできる。
【００９８】
図３０は溶接線データの例を示す図である。
溶接線データは、溶接線１本ごとに定義し、溶接線のポリラインは、完成状態の座標系におけるものである。中央の図において実線は溶接線、点線は溶接線をトーチを当てる逆方向に引いた線である。また、右側の図は側方から見た図であり、「〇」は溶接線の位置、「△」は溶接線をトーチを当てる逆方向に引いた線の位置を示している。
なお、上述のように、本実施形態では溶接線が上向きにある場合と下向きにある場合で溶接速度が変更されるように定義しているが、実際の溶接速度に関するデータを予め取得して、それに基づいて溶接速度を変更することもできる。

40【００９９】
図３１は裏焼き線データの例を示す図である。
ここでは、ひずみをとる目的で、小組段階で骨の裏側にガスバーナーで火をいれることを想定している。裏焼き線のポリラインは、完成状態の座標系におけるものである。左側の図において実線は裏焼き線、点線は裏焼き線をガスバーナーを向ける逆方向に引いた線である。また、右側の図は側方から見た図であり、「〇」は裏焼き線の位置、「△」は溶接
線をガスバーナーを向ける逆方向に引いた線の位置を示している。
【０１００】
図３２はプロダクトモデルデータの例を示す図である。
列Ａはタイトルが「名前」であり、部品と溶接線の名前が記載されている。列Ｂはタイト

50

(28)

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ルが「グループ名」であり、属するグループ名が記載されている。列Ｃはタイトルが「種別」であり、部品であれば「ｎｏｄｅ」、線であれば「ｅｄｇｅ」が記載されている。列Ｄ、Ｅはタイトルが「ｎｏｄｅ」であり、どの部品と部品をつなげる線かの情報が記載されている。列Ｆはタイトルが「Ｐａｔｈ」であり、形状データと溶接線データの保存場所を示すパスが記載されている。列Ｇはタイトルが「姿勢情報」であり、完成状態における部品の相対位置と角度が記載されている。列Ｈはタイトルが「重量」であり、部品の重量が記載されている。
【０１０１】
図３３はポリラインデータの例を示す図である。
列Ａはタイトルが「ＬｉｎｅＮａｍｅ」であり、裏焼き線の名前が記載されている。列Ｂ

10はタイトルが「ＬｉｎｅＴｙｐｅ」であり、線のタイプが記載されている。列Ｃはタイト
ルが「ＰａｒｅｎｔＰｒｏｄｕｃｔＮａｍｅ」であり、どの製品（親プロダクト）を基準にするかの情報が記載されている。列Ｄはタイトルが「Ｐａｔｈ」であり、裏焼き線デー
タの保存場所を示すパスが記載されている。
【０１０２】
図３４は組立ツリーデータの例を示す図である。
左側の図において、列Ａはタイトルが「Ｎａｍｅ」であり、中間部品の名前が記載されている。列Ｂはタイトルが「ＣｏｍｐｏｎｅｎｔＮａｍｅ」であり、中間部品を構成する部
材の名前が記載されている。列Ｃはタイトルが「ｉｓＢａｓｅｄＰｒｏｄｕｃｔ」であり、ベース板であれば「ｂａｓｅ」が記載されている。列Ｄはタイトルが「Ｐｒｏｄｕｃｔ

20

Ｐｏｓｅ」であり、ベース板の場合は、中間部品の局所座標系におけるベース板の位置と角度が記載されている。
また、右側の図は、板モデルの組立ツリーの例を示している。
【０１０３】
図３５はタスクツリーデータの例を示す図である。
列Ａはタイトルが「ＴａｓｋＮａｍｅ」であり、タスクの名前が記載されている。列Ｂはタイトルが「ＴａｓｋＴｙｐｅ」であり、タスクの種類が記載されている。列Ｃはタイト
ルが「ＦｕｎｃｔｉｏｎＮａｍｅ」であり、シミュレータ内の名前が記載されている。列Ｄ〜Ｇにはタスクごとに必要な引数が記載されている。列Ｈはタイトルが「Ｒｅｑｕｉｒ
ｅｄＦａｃｉｌｉｔｙＬｉｓｔ」であり、必要ファシリティが記載されている。

30

列Ｂに記載されるタスクの種類としては、Ａｔ１（配材）、Ｆｔ（仮付）、Ｗｔ（本溶接）、Ｔｔ（反転）、Ｄｔ（裏焼き）、Ａｔ２又はＡｔ３（製品の移動）などがある。
タスクごとに必要な引数が記載される列Ｄ〜Ｇにおいて、列Ｄはタイトルが「ＴａｓｋＯ
ｂｊｅｃｔ」であり、対象物が記載されている。列Ｅはタイトルが「ＴａｓｋＦａｃｉｌｉｔｙ」であり、利用するファシリティ名が記載されている。列Ｆはタイトルが「ＴａｓｋＣｏｎｄｉｔｉｏｎｓ」であり、先行タスクが記載されている。列Ｇはタイトルが「ＴａｓｋＰａｒａｍｅｔｅｒ」であり、タスクに固有なパラメータが記載されている。なお、列Ｆのタスクコンディション欄には「ｎｕｌｌ」と記載されているが、これはシミュレーション内で自動決定される。
列Ｈの記載は、どの種別の道具が何個無いとできない作業なのかを示すものであり、例え40ば図中の「Ｃｒａｎｅ １」は、クレーンが１台無いとできない作業であることを示している。
【０１０４】
図１に戻り、シミュレーションステップＳ４の後、時間発展系シミュレーションの結果を
時系列データ化し建造時系列情報とする（時系列情報化ステップＳ５）。時系列データは、行動主体である作業員を含む各ファシリティの位置、角度、及び占有状況等の時刻歴データである。このように、プロダクトモデル作成ステップＳ１と、ファシリティモデル作
成ステップＳ２と、プロセスモデル作成ステップＳ３と、シミュレーションステップＳ４と、時系列情報化ステップＳ５を実行することで、ユーザは船舶の建造を時間ごとに細かな作業レベルでシミュレーションすることが可能となり、その精度の高いシミュレーショ

50

(29)

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ン結果としての建造時系列情報に基づいて工場の改善、生産設計の改善、受注時のコスト予測、及び設備投資などを検討することができるため、建造コストの低減や工期の短縮につながる。
また、建造時系列情報は、非常に細かい作業レベルまで存在するので、タブレット等の携
帯端末、ＡＲ（Augmented Reality）技術、ＭＲ（Mixed Reality）技術、又はホロ
グラムディスプレイを活用した視覚的な確認や、ＶＲ（Virtual Reality）を用いた仮想空間における実寸大での確認ができるように、作業者に対して情報伝達することで、作業効率を向上させることができる。ＡＩチャットボットなどで音声的に作業案内することも可能である。
【０１０５】

10

時系列情報化ステップＳ５の後、建造時系列情報を出力する（出力ステップＳ６）。時間
発展系シミュレーションの結果は、建造時系列情報としてユーザに提供することができる。ユーザは、取得した建造時系列情報を、クラウドサーバ等を利用して、作業者、設計者、管理者など関係各所で横断的に共有すること等もできる。なお、ユーザは、取得した建造時系列情報を見てシミュレーションの条件を修正する必要性を感じた場合、若干の変更
であれば現場からクラウドサーバを通じて船舶の建造シミュレーションに対する操作を行うことができる。
ここで、図３６は出力処理の詳細フローである。
まず、プロダクトモデル、ファシリティモデル、プロセスモデル、スケジュール情報１２、ルール情報１５、及び建造時系列情報を読み込む（出力情報読み込みステップＳ６−１

20）。
次に、表示に必要な計算や生成等を行い、建造時系列情報を表示する（表示ステップＳ６−２）。建造時系列情報は、ガントチャート、作業分解構成図、作業手順書、工数、及び動線の少なくとも一つを含むことが好ましい。このような可視化を行うことにより、ユー
ザはシミュレーションの結果としての建造時系列情報を見て、構成部品又はファシリティ
の変更や、ボトルネックの分析・解明、工数予測など、建造に有益な知見を得ることができる。なお、作業分解構成図は、時系列情報から各タスクの開始時間や終了時間を記載できるため、直接的ではないが、建造時系列情報として扱うことができる。また、工数とは、例えば、各作業にかかる日数を「〇〇人日」のように表したものである。また、建造時
系列情報は、パート（ＰＥＲＴ）図として表現することもできる。なお、作業分解構成図30、作業手順書、工数、及び動線は、時系列化された情報として表現することも可能である。
【０１０６】
また、図１に示すように、出力ステップＳ６で出力された建造時系列情報の結果が所定の時間の範囲を超えているかを判断し（判断ステップＳ７）、超えている場合は、対応可能な範囲でファシリティモデル及びプロセスモデルの少なくとも一方を変更する指示を行う。そして、変更されたファシリティモデル又はプロセスモデルを用いて、プロセスモデル
作成ステップＳ３と、シミュレーションステップＳ４と時系列情報化ステップＳ５を繰り返し実行する。これにより、船舶の建造が所定の時間内に収まるシミュレーション結果を得ることができる。なお、対応可能な範囲とは、工場に既にあるファシリティ又は数日以40内に調達可能なファシリティの範囲内であることをいう。日数のかかる設備の導入や作業員の採用等は含まない。また、所期目標としては、例えば所定の時間等が設定されるが、それだけでなく、作業の平準化（作業負荷を分散できているか）や、作業場の安全確保、危険性の有無等を含めることができる。
【０１０７】
なお、上述した各ステップは、設計された船舶の建造をシミュレーションするプログラム
によりコンピュータに実行させることができる。
この場合、プログラムは、コンピュータに、プロダクトモデル作成ステップＳ１で作成されたプロダクトモデルと、ファシリティモデル作成ステップＳ２で作成されたファシリテ
ィモデルの入力を受け付け、作成されたプロダクトモデルを取得するプロダクトモデル取

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得ステップと、ファシリティモデルを取得するファシリティモデル取得ステップと、プロ
セスモデル作成ステップＳ３と、シミュレーションステップＳ４と、時系列情報化ステッ
プＳ５を実行させ、さらに、出力ステップＳ６を実行させる。これにより、船舶の建造を
時間ごとに細かな作業レベルでシミュレーションすることが可能となり、ユーザは出力された精度の高いシミュレーション結果としての建造時系列情報に基づいて工場の改善、生産設計の改善、受注時のコスト予測、及び設備投資などを検討することができるため、建造コストの低減や工期の短縮につながる。
また、コンピュータに、判断ステップＳ７をさらに実行させることで、船舶の建造が所定の時間内に収まるシミュレーション結果を得ることができる。
また、コンピュータに、プロセスモデル作成ステップＳ３と、シミュレーションステップ

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Ｓ４と、出力ステップＳ６における計算結果及び中経過の少なくとも一方を画像表示させることで、ユーザはシミュレーションの結果がどのような過程を経て行われたのか、またシミュレーションの途中経過を視覚的に確認して理解しやすくなる。
また、コンピュータに、途中経過提供ステップＳ４−５をさらに実行させ、シミュレーションステップＳ４において、ユーザによる入力を受け付けさせることで、ユーザの意図に沿ったシミュレーションを行いやすくなる。
【実施例】【０１０８】
造船工場モデルを入力データとした実施例について説明する。シミュレーションにあたって設定した作業員の移動速度、クレーンの移動速度、及び溶接作業の単位長さ当たりの速20度の設定値を下表１５に示す。なお、ここではこれらの値を一律に設定しているが、タス
クごとに（例えば、溶接姿勢に応じて）定義することも可能である。
【表１５】

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【０１０９】
仮溶接は、本来であればタック溶接のように断続的な溶接線で表現されるべきであるが、本実施例では簡単のために、本溶接に利用する溶接線経路（ポリライン）を併用し、 単
位長さ当たりの溶接速度を変えることによって、作業の差を表現している。また、本実施
例で設定した組立シナリオにおける溶接作業は、水平すみ肉溶接のみであり、上向き溶接は発生しない。
３ＤＣＡＤモデルのファイルは、Ｕｎｉｔｙ（登録商標）にインポート可能な汎用的な中40間ファイル形式であるＯＢＪ形式（Wavefront Technologies社）を採用した。
【０１１０】（ケース１）
図３７はケース１の組立シナリオにおけるシミュレーションの計算結果のガントチャートである。縦軸の名称は各ファシリティとプロダクト（完成部品、中間部品、構成部品）を表し、横軸は時間（ｓ）を示している。縦線の横棒は配材タスク、横線の横棒は仮溶接タ
スク、斜線の横棒は本溶接タスクで占有した時間を示している。
ケース１のシナリオでは、５枚板モデルに対して、鉄工職１名と溶接職１名の計２名の作業員で組み立て作業を行う。定めた各作業員のスケジュールは表７の通りである。表７の２行目の作業員１が鉄工職であり、２行目の作業員２が溶接職である。各作業員は表７に

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記載した順にタスクを実施していく。
このシナリオに基づきシミュレータによって計算されたガントチャートである図３７から、縦線の横棒で示される各板Ｐ１〜Ｐ５の配材にかかる時間が約３７０秒であることがわかる。この時間は全体の約４分の１弱に相当している。この配材にかかる時間は、従来の溶接長から算出する方法では直接的に計算できないものであり、付随作業に相当する。また、作業員２は、配材と仮溶接タスクが終わらない限り作業を開始できないため、４８０
秒近く待つことになる。その後、作業員２が中間部品Ｕ２を完成させるまで作業員１はタスクを待つ必要があり、１１００秒付近から仮溶接タスクを実行して終了となる。
このように、シミュレータによって従来の算出法だけでは計算できないような各タスクの必要な時間が計算され、タスクの進行度合いによって待ち時間が発生する様子が再現され

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ている。
【０１１１】（ケース２）
図３８はケース２の組立シナリオにおけるシミュレーションの計算結果のガントチャートである。縦軸の名称は各ファシリティとプロダクト（完成部品、中間部品、構成部品）を表し、横軸は時間（ｓ）を示している。縦線の横棒は配材タスク、横線の横棒は仮溶接タ
スク、斜線の横棒は本溶接タスクで占有した時間を示している。また、図３９はケース２におけるシミュレーションの３次元的な外観図である。
ケース２では、ケース１と同様に５枚板モデルを対象として、鉄工職２名（作業員１、３）と溶接職２名（作業員２、４）の計４名の作業員に増やしたシナリオを設定した。それ20に合わせて、溶接機を２台追加している。各作業員のスケジュールは下表１６の通りであ
る。
【表１６】

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【０１１２】
このシナリオに基づきシミュレータによって計算されたガントチャートである図３８から、各板Ｐ１〜Ｐ５の配材にかかる時間が約４００秒となっており、ケース１よりも長くなっていることがわかる。これは、作業員１と作業員３が１台のクレーンを共有して使うため、余計な歩行時間を要していることが要因にある。仮溶接の時間についても同様に１台のクレーンを共有して使うため、ケース１よりも長くなっている。中間部品Ｕ１と完成部
品ＳＵＢ１の本溶接は、それぞれ２本の溶接線を２名で並行して実施しているため、ケー
ス１よりも時間が短縮されている。一方で、開始から終了までの総工期については、人数

40をケース１の２倍にしたが半分とはならず、結果的にその差は中間部品Ｕ１と完成部品Ｓ
ＵＢ１の本溶接時間の短縮による１５０秒程度のみである。
このように、従来の能率という考えでは検討できない内容まで検討することが可能となり、定量的差とその根拠が明確となる。
また、図３９に示すように、各モデルの３次元オブジェクトの位置が変更している様子を直接的に確認することも可能である。
【産業上の利用可能性】【０１１３】
本発明は、製造時における物の流れと作業員の動きが定型的なものではなく状況に応じて細かな作業の判断を要する船舶の建造を精度よくシミュレーションし、その結果を、コス

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ト予測、生産設計、建造計画の立案及び改善、設備投資、生産現場の分析やボトルネックの解明など、建造に関わる多岐の用途で利用することができる。また、同様のアナロジー
が成り立つような浮体、洋上風力発電施設、水中航走体や海洋構造物などの他製品、また建築業界など他産業への展開も可能である。これらに適用する場合は、請求項における船舶を他製品や他産業で対象とする言葉に置き替えて解釈することができる。
【符号の説明】【０１１４】
１１

ＣＡＤシステム１２

スケジュール情報

１３工場レイアウト情報

１５

ルール情報

１６

カスタムタスク

１７

ベーシックタスク

Ｓ１

プロダクトモデル作成ステップ

Ｓ２

ファシリティモデル作成ステップ

Ｓ３

プロセスモデル作成ステップ

Ｓ４

シミュレーションステップ

Ｓ４−５

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途中結果提供ステップ

Ｓ５

時系列情報化ステップ

Ｓ６

出力ステップＳ７

判断ステップ

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【図面】
【図１】

【図２】

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【図３】

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【図４】

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【図５】

【図６】

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【図７】

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【図８】

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【図９】

【図１０】

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【図１１】

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【図１２】

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【図１３】

【図１４】

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【図１５】

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【図１６】

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【図１７】

【図１８】

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(37)

【図１９】

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【図２０】

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【図２１】

【図２２】

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【図２３】

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【図２４】

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【図２５】

【図２６】

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(39)

【図２７】

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【図２８】

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【図２９】

【図３０】

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【図３１】

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【図３２】

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【図３３】

【図３４】

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【図３５】

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【図３６】

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【図３７】

【図３８】

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【図３９】

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フロントページの続き

研究所内(72)発明者

松尾 宏平
東京都三鷹市新川６丁目３８番１号 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所内(72)発明者

平方 勝
東京都三鷹市新川６丁目３８番１号 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所内

Ｆターム（参考）

5L049

DD02

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