JPH0588711A - 組立ラインの計画支援方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ノウハウや知識を蓄積していない設計者でも、
システマティックで、全ての分野に偏りが無く、容易に
組立ラインの計画が行える方法を提供する。 【構成】要求生産方式入力部と、ＣＡＤ情報読み込み部
と、組立動作記述部と、工程設計部と、データベース
と、シミュレータと、シミュレーションデータ変換部と
から構成される装置において、要求生産方式の入力ステ
ップと、ＣＡＤ情報を読み込むステップと、組立性評価
記号と組付順序を入力することにより作業時間を算出す
るステップと、要求生産方式に基づき工程設計を実行す
るステップと、工程設計結果をシミュレーションモデル
に変換するステップと、シミュレーションを実行するス
テップと、シミュレーションの結果が判定条件に合致す
るまで、シミュレーション実行条件を変更してシミュレ
ーションを実行するステップにより構成される。 【効果】設計者のノウハウや知識によらず、適正な組立
ラインの設計が容易に行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は要求生産方式に基づいた
組立ラインの計画を支援する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】工場の組立ラインの計画もしくは計画で
は、計画に要する時間の短縮と計画案の均質化が重要で
ある。従来は特開昭６１−２４９２３５号公報に代表さ
れるように、エキスパートシステムを用いて組立システ
ムの計画を実現していた。これは生産数量，投資額，リ
ードタイムの要求生産方式と搬送手段，部品供給手段の
ねらい等システム全体の要求生産方式のみを入力し、適
正システムの構成を出力するものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の工場の組立ライ
ンの計画では、試行錯誤の方法で組立ラインの案を作成
し、それを評価し、修正を繰り返しながら、行ってい
た。この方法では、工場の組立ラインの案を作成するた
めにさまざまな知識を要求されるため、ノウハウや知識
を蓄積した計画者でないと、適正な組立ラインの案を作
成できなかった。仮にノウハウや知識を蓄積した設計者
でも、設計者によりノウハウや知識の多い分野と少ない
分野があるため、全ての計画が適正になるとは限らなか
った。

【０００４】また従来の組立システムの計画方法では、
ロボットを中心とした組立ステーションの設計が主目的
としており、物流を考慮した組立ラインの計画を目的と
しておらず、システマティックな組立ラインの計画が行
えなかった。さらに必要な情報を逐次手で入力する必要
があることから、操作性が悪く、簡便な計画支援方法と
して機能していなかった。

【０００５】本発明の目的はこのような従来の問題点を
解決するために、個々の部品の組立て作業等を考慮した
システマティックで、しかも組立ラインの計画が容易に
行える方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、要求生産方式を入力することでＣＡＤ情報を読み込
み、前記読み込まれたＣＡＤ情報に基づき組み立てられ
る部品の組立性評価記号と組付順序を入力することによ
り作業時間を算出し、該作業時間が標準時間内に完了
し、かつ要求生産方式をみたすよう工程設計を実行し、
前記実行された工程設計結果をシミュレーションモデル
に変換し、シミュレーションを実行し、シミュレーショ
ンの結果が判定条件に合致するまで、シミュレーション
実行条件を変更してシミュレーションを実行し、組立ラ
インの計画の最適化を行うようにした。

【０００７】

【作用】組立ラインの計画を行う設計者は要求生産方式
を入力する。次に該当する製品のＣＡＤ情報の図面情報
と部品表情報のうちから部品名，数量，重量に関する情
報を抽出する。設計者が組立性評価記号により該当部品
の組付動作を記述すると、本発明は組付動作の作業時間
を算出し、工程の標準化を実施する。次に標準化された
工程をシミュレーションモデルに変換し、評価する。設
計者は評価結果が意図したものになるまで条件を変更し
て評価し、設計の最高化を行う。

【０００８】

【実施例】以下本発明の実施例を図を用いて説明する。
図１は本発明で行われる作業の流れを示した図である。
この図にある要求生産方式とは図３を用いて後述する。
図２は本発明を実現する装置構成の一例である。まず、
図１のステップ１で要求生産方式を入力する。これは図
２に示す設計者１が組み立てられる部品の名称、コンベ
アスピード等の要求生産方式入力部２に情報を入力する
ことにより行われる。入力された要求生産方式は要求生
産方式入力部２からデータベース５に送られ、ファイル
として保存される。次に図１のステップ２で該当するＣ
ＡＤ情報の読み込みを行う。これは図２のＣＡＤ情報読
み込み部３がデータベース５から該当する図面情報と部
品表情報のうちから部品名，数量，重量に関する情報等
のＣＡＤ情報を取得し組立動作記述部４に渡すことによ
り行われる。図１のステップ３では組立性評価記号と組
付順序を入力し、作業時間を算出しているが、これは図
２の組立動作記述部４がＣＡＤ情報を画面上に提示し、
設計者１が組立性評価記号と組付順序を入力することに
より行われる。工程設計とはステップ３で出力された作
業時間を算出するために入力した組立動作の少なくとも
１つからなる作業のグループを設計することである。

【０００９】次にステップ４では要求生産方式に基づき
工程設計を実行する。これは図２中の工程設計部６がデ
ータベース５から先に入力した要求生産方式に関するフ
ァイルを参照することによって行う。図１のステップ５
では複数の部品の集合体である部組品を組み立てる部組
ラインに対してもステップ２からステップ４までを洩れ
なく行っている。

【００１０】図１のステップ６とステップ８は図２のシ
ミュレーションデータ変換部７で実行され、ステップ７
は図２のシミュレータ８で実行される。図１の条件（条
件の内容については図１７を用いて後述する。）に合致
するか否かの判断を行っているステップ９と仕様の出力
を行っているステップ１１と条件の変更を行っているス
テップ１０は、全て図２の工程設計部６でその作業を実
施され、結果を設計者１に提示する。

【００１１】以下、各ステップについて詳細に説明す
る。

【００１２】図３はステップ１で入力される要求生産方
式の項目を示したものである。図中のフォアマンとは通
常組立ラインの機械の動作状態を監視したり、部品を供
給する作業員を意味する。また部品バッファサイズとは
組立用に準備する部品の量であり、部品搬送サイズとは
組立用の部品を搬送する場合の量である。「名称」は組
立ラインの名称となるとともに、図２のＣＡＤ情報読み
込み部３が、アクセスすべきＣＡＤ情報を指示する機能
を果たす。「コンベアスピード」「故障率」「故障復帰
時間」「段取り替え時間」「生産変動率」「シミュレー
ション時間」の条件は本発明での組立ラインの計画実行
中に変更できない条件値である。「生産機種数」はＣＡ
Ｄ情報読み込み部３がＣＡＤ情報を読み込んだ際に自動
的に獲得できるので、設計者が必ずしも入力する必要は
ない。「フォアマン数」「部品バッファサイズ」「部品
搬送サイズ」の条件は組立ラインの計画を進める内に組
立ラインの各ステーション毎に最適値が異なってくる。
ここでステーションとは組立ラインのコンベアに沿って
設置される組立装置で構成され、１つの装置を１つのス
テーションと言う。したがって、図３に示す段階で入力
された値はデフォルト値（予め、自動的に与えられた値
のこと）であって、計画の最適化を進める内に各ステー
ション毎に固有の値が決まり、最終的な仕様となる。
「機種別生産台数」は「生産機種数」の値が入力される
ことにより、必要な数だけ入力のための欄が自動的に設
けられる。図３に示された全ての情報は設計者の入力終
了後に図２のデータベース５に保存される。

【００１３】図４は図１のステップ２の内容を詳細に示
したものである。ステップ２１で組立図の情報を読み込
み図面イメージとして画面に表示し、ステップ２２で部
品表の情報を読み込み画面に表示する。これらは読み込
んだ情報が設計者が指示したものであるかどうかを、画
面上で設計者に確認させるために行う。ＣＡＤ情報は図
２のデータベース５に保存されており、部品表に関する
情報とは図番、部品の数量、部署等、図５に示された内
容の情報を意味する。図５に数量のデータが数字とアル
ファベット記号との組み合わせで示されている場合に
は、この部品が複数の部品の集合体（以下部組品と称
し、部組品を組み立てる組立ラインを部組ライン１１と
称する。また最終的に部品或いは部組品の組み立てを行
なう組立ラインを総組ライン１０と称する。総組ライン
と部組ラインとの関係を図２０に示す。この関係は、川
に喩えると支流の部組ライン１１に対し、本流は総組ラ
イン１０である。）を意味する。

【００１４】図６に示したのは総組ライン仕様情報に部
品表の情報を読み込んだ状態を示す。本発明では図５に
示された情報の内、図６に示されたように「部品名」
「数量」「重量」の情報を利用する。本発明では部品表
に関するデータを読み込み、数量のデータが数字とアル
ファベット記号で表されている場合には、この部品が部
組品であると判断し、部組品の組立を完成するための組
立ラインが存在するとする。部組品とは言い換えれば、
組み立てられる製品の内の１つの機能を果すユニットで
ある。そこで、本発明では図７に示すように部組ライン
仕様情報を作成し、部組品の組立図と部品図に関するＣ
ＡＤ情報を図４のステップ２１，ステップ２２に従い獲
得する。図７に示された部組ライン仕様情報は、部組品
の数だけ生成される。

【００１５】図８は図１のステップ３を詳細に示したも
のである。ステップ３１で組立図の図面イメージと総組
ライン仕様情報を画面に表示する。ステップ３１での画
面への情報の表示形式の一例を図１８に示す。計算機９
のディスプレーは情報を表示する窓（ウィンドー）が２
つ設けられている。１つは組立図の図面イメージを示す
ためのものであり、もう１つは総組もしくは部組ライン
仕様情報を示すためのものである。図１８の例では１つ
の画面上にウィンドーを設けて、情報を表示している
が、２つの画面を用意して、各々図面イメージを示すた
めの手段と総組もしくは部組ライン仕様情報を示すため
の手段として独立させても、機能上に変わりはない。

【００１６】図８のステップ３２では設計者が組立性評
価記号を用いて各々の部品の組み付け動作と代表寸法を
入力する。この場合、設計者は図１８に示したような画
面上で作業を行う。代表寸法とは該当する部品を取り扱
う際の寸法であり、外径寸法のうちの最大値である。設
計者は組立図を見て代表寸法に適合する寸法を読み取
り、適切な値を入力する。設計者は組立図を観察するこ
とにより、どの部品をどの部品にどういう方法で組み付
けるかを理解できる。そこで組み付けるための方法を組
立性評価記号を用いて表現し、総組ライン仕様情報に記
入する。図２１に組立性評価記号の一例を示す。代表寸
法と組立性評価記号を入力した総組ライン仕様情報を図
９に示す。

【００１７】図８のステップ３３では入力された組立性
評価記号と重量と代表寸法から作業時間を計算する。こ
こで、各々の組立性評価記号に対して、基準となる重量
と代表寸法を持つ部品に該当する作業を行う場合の所要
時間を標準作業時間として予め設定されている。一般に
任意の重量と代表寸法を持つ部品の組み付け動作を行う
時間は、基準となる重量と代表寸法に比例するとされて
いる。例えば、ある組み付け作業を行うための所要時間
がＴ_S で基準となる重量がＭ_S ，基準となる代表寸法が
Ｌ_S であるとする。任意の部品の重量と代表寸法をＭ
_C ，Ｌ_C の場合、この部品を組み付ける作業時間Ｔ_Cは Ｔ_C ＝Ｔ_S ×Ｃ_W ×（Ｍ_C／Ｍ_S）×Ｃ_L ×（Ｌ_C／Ｌ_S） という式で与えられる。この式でＣ_W とＣ_L は、補正係
数と呼ばれており、部品の重量と代表寸法の絶対値によ
り与えられる。計算終了した作業時間を総組ライン仕様
情報に示したものを図１０に示す。作業時間の欄に計算
結果が書き込まれる。

【００１８】図８のステップ３４では設計者が部品或い
は部組品の組立順序を入力する。これは図２のデータベ
ース５から読み込んだ図１０等に示された情報は必ずし
も組み立てる順番に並んでいない。したがって作業者が
任意の部品を組み付ける順序（単に順序と略す）を入力
する必要がある。この際、先に図１８に示したように画
面上に組立図の図面イメージと総組ライン情報が同時に
示されているので、設計者は容易に部品の組み付け順序
を類推し、入力できる。順序を入力した総組ライン仕様
情報を図１１に示す。次に図８のステップ３５では順序
にしたがってデータをならびかえる。並び終えた結果を
総組ライン仕様情報に書き込んだ例を図１２に示す。

【００１９】図１３はステップ４の内容を詳細に示した
ものである。ステップ４１は組立順序の変数ｊに初期値
として１を与えている。ステップ４４の組立順序の変数
ｋは図１２で示された総組ライン仕様情報の組み付け作
業をまとめる場合の始まりの番号を表し、変数ｊはおわ
りの番号を表す。まとめる（まとめるとは複数の組立動
作を１つのステーションで実現すること、即ち１つの機
会に担当させることと同義である。）作業がない場合、
すなわち１つの組み付け動作で１つのステーションを構
成する場合は変数ｋと変数ｊの値は同一となる。ステッ
プ４２での条件判定は作業の終了をチェックしている。
この条件は図１２で示された部品全てに対して工程設計
を終了した場合、すなわち、変数ｊと組み付ける部品の
数が一致した場合に真となる。ステップ４３では変数ｃ
ounterに１を与える。ステップ４４では変数ｋを変数ｊ
の値にセットする。ステップ４５では作業時間の和が目
標サイクルタイムより小さい間は真となるので、ステッ
プ４６へ処理が移り、同一のステーションにする組み付
け動作の作業時間を加えていく。ステップ４７で変数ｊ
と変数ｋの値を比較し、等しければ１つの組み付け動作
の作業時間で図３中の目標サイクルタイムより大きいこ
とになる。この場合、目標サイクルタイムで生産を行う
ためには、該当作業を複数のステーションで行う必要が
ある。そこでステップ４１０の判断条件が真である間は
ステップ４９に処理が移り変数ｃounterの値をインクリ
メントする。ステップ４１０が偽になった場合は該当の
組み付け作業を目標サイクルタイムで行うためのステー
ション数が見つかった場合であるので、ステップ４１１
で該当作業のステーションをｃounter個設けることとす
る。

【００２０】ステップ４が終了した時点での総組ライン
仕様情報を図１４に示す。この例では順序１と２の作業
は各々の作業時間が目標サイクルタイムより、小さいの
で独立したステーションとなっている。次のＭ４ネジの
組み付け作業は目標サイクルタイムより作業時間の方が
大きく、かつＭ４ネジの組み付けステーションを２つ設
ければ、よいことを示している。次のロッドとプレート
Ａの組み付けは２つで一つのステーションとすれば、目
標サイクルタイムに近づくことがわかる。ここで、ステ
ーションの番号は図１４のいちばん左の欄のＳｔ．に示
されている。この結果は数値的に最適化を行った結果で
あるが、設計者がこの結果を見て、設計者の意志によ
り、ステーションのまとめ、もしくは分割（分割とはあ
る単一の組付動作の作業時間が目標サイクルタイムより
大きい場合目標サイクルタイムより小さい時間で該当作
業を行えるように同一作業を行うステーションを増やす
ことである。）も可能である。

【００２１】図１５は図１のステップ６の内容を詳細に
示したものである。ステップ６１では図１４で示した総
組ライン仕様情報に示されたステーション間にバッファ
が存在することを設定する。次にステップ６２でステー
ション毎に組み付ける部品用のバッファの存在を設定す
る。ステップ６３では部組ラインの終端部に総組ライン
の部品用のバッファへの搬出を待つためのバッファ、搬
出待ちバッファの存在を設定する。本発明では各ステー
ションにおける組立作業時間が算出されているため、こ
れらを用いることにより容易に前述したバッファの設定
することができる。

【００２２】ステップ６４，ステップ６５では部品用バ
ッファとその部品が搬出を待っている場所との距離を設
定する。次にステップ６６でシミュレーション言語の文
法に従って、総組ライン仕様情報を翻訳し、シミュレー
ションモデルを作成する。

【００２３】図１のステップ７，ステップ８を終了し、
得られたシミュレーション結果を図１６に示す。図１７
には総組ライン仕様情報の最終形態を示す。設計者は計
算機９の画面上で図１６のシミュレーション結果と図１
７の総組ライン仕様情報の最終形態を同時に見ることに
より、図１のステップ９においてシミュレーションによ
る計画結果が意図したものになったかどうかを判断す
る。意図にそぐわない場合は図１７の総組ライン仕様情
報の最終形態の値（すなわち、ステーション間バッファ
サイズ，部品バッファサイズ，部品搬送サイズ，フォア
マン数）を適切に変更し、シミュレーションを実行し、
条件を満足するまで修正する。ここでいう条件、即ち図
１のステップ９の条件とは図１６に示したフォアマン稼
働率が１００％を超えないことである。

【００２４】図１９は総組ライン仕様情報の最終形態を
グラフィカルなイメージで表現した例である。これによ
り、設計者は総組ラインと部組ラインの全体のレイアウ
トを確認できるとともに、両者の結合状態を確認でき
る。また、設計者が任意の組立ステーションを指定する
ことにより、そのステーションの仕様がポップアップす
る。また、計算機９は図１のステップ７を実行中にアニ
メーションでその様子を示す。図２２は本発明を実現す
る機器構成の一例を示している。ディスプレー１２は設
計者がＣＡＤ情報の確認，組付動作の入力時の情報確認
等に用いられる。計算機本体１３は本発明の一連の処理
を実行する演算部であり、図２の要求生産方式入力部
２，ＣＡＤ情報読込部３，組立動作記述部４，工程設計
部６，シミュレーションデータ変換部７，シミュレータ
８の機能を実現する。

【００２５】外部記憶装置１６は、図２のデータベース
５の部分を実現し、キーボード１４とマウス１５は数値
情報入力に用いる。プリンタ１７は本発明の結果、例え
ば図１７に示した総組ライン仕様を印刷するために用い
られる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＣＡＤ情報から組み立てられる全ての部品情報等を読み
込み、この情報により部品の組立動作等を理解し、各々
の組立動作から各々の作業時間を算出し、標準化された
工程を設計するので、正確な作業時間を考慮に入れた組
立ラインの仕様を計画する作業が自動的に実行される。
このため、設計者のノウハウや知識によらず、組立ライ
ンの設計が容易に行える。また、組み立てられる部品の
各々の正確な作業時間を算出し、これを基準として工程
を設計するので、要求生産方式の項目を多くしても対応
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で行われる作業の流れを示した図であ
る。

【図２】本発明を実現する装置構成の一例を示した図で
ある。

【図３】要求生産方式の項目を示した図である。

【図４】図１のステップ２の内容を詳細に示した図であ
る。

【図５】部品表に関する情報を示した図である。

【図６】総組ライン仕様情報に部品表の情報を読み込ん
だ状態を示した図である。

【図７】部組ライン仕様情報に部品表の情報を読み込ん
だ状態を示した図である。

【図８】図１のステップ３を詳細に示した図である。

【図９】代表寸法と組立性評価記号を入力した総組ライ
ン仕様情報を示した図である。

【図１０】計算終了した作業時間を総組ライン仕様情報
に示した図である。

【図１１】順序を入力した総組ライン仕様情報を示した
図である。

【図１２】並び終えた結果を総組ライン仕様情報に書き
込んだ例を示した図である。

【図１３】図１のステップ４の内容を詳細に示した図で
ある。

【図１４】図１のステップ４が終了した時点での総組ラ
イン仕様情報を示した図である。

【図１５】図１のステップ６の内容を詳細に示した図で
ある。

【図１６】シミュレーション結果を示した図である。

【図１７】総組ライン仕様情報の最終形態を示した図で
ある。

【図１８】ステップ３１での画面への情報の表示形式の
一例を示した図である。

【図１９】総組ライン仕様情報の最終形態の一例を示し
た図である。

【図２０】総組ラインと部組ラインの関係を示した図で
ある。

【図２１】組立性評価記号の一例を示した図である。

【図２２】本発明を実現する機器構成の一例を示した図
である。

【符号の説明】

１……設計者、 ２……要求生産方式入力部、 ３……
ＣＡＤ情報読込部、４……組立動作記述部、 ５……デ
ータベース、 ６……行程設計部、７……シミュレーシ
ョンデータ変換部、 ８……シミュレータ、 ９……計
算機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大橋 敏二郎 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 有本 象治 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】要求生産方式を入力することでＣＡＤ情報
   を読み込み、前記読み込まれたＣＡＤ情報に基づき組み
   立てられる部品の組立性評価記号と組付順序を入力する
   ことにより作業時間を算出し、該作業時間が標準時間内
   に完了し、かつ要求生産方式を満たすよう工程設計を実
   行し、前記実行された工程設計結果をシミュレーション
   モデルに変換し、シミュレーションを実行し、シミュレ
   ーションの結果が判定条件に合致するまで、シミュレー
   ション実行条件を変更してシミュレーションを実行し、
   組立ラインの計画の最適化を行うことを特徴とする組立
   ラインの計画支援方法。
2. 【請求項２】前記ＣＡＤ情報を読み込む際にはＣＡＤ情
   報組立図の図面データ及び部品表のデータを読み込みこ
   れを画面に表示し、前記読み込んだ部品表のデータが数
   量のデータとアルファベットの記号とにより記述されて
   いる場合、該当部品が複数の部品よりなる部組品である
   ことを判断し、前記部組品を組み立てるための部組ライ
   ンを設定することを特徴とする請求項１記載の組立ライ
   ンの計画支援方法。
3. 【請求項３】前記組み立てられる部品の組立性評価記号
   と組付順序の入力時には、設計者が組立性評価記号を用
   いて組付動作を記述し、入力された組立性評価記号と、
   入力された代表寸法と、部品表の重量から作業時間を算
   出し、設計者が入力した組付順序に従って部品名，数
   量，組付動作，重量，代表寸法，作業時間のデータを並
   び替え、表示することを特徴とする請求項１記載の組立
   ラインの計画支援方法。
4. 【請求項４】前記工程設計時には、要求生産方式の内の
   目標サイクルタイムと作業時間を比較して、目標サイク
   ルタイムを越えない範囲で組付動作を集約するか、もし
   くは組付動作を分解することによりシミュレーションの
   組立ラインの工程設計を行い、シミュレーション結果を
   設計者に提示し、判定条件に合致するまでシミュレーシ
   ョン条件を変更し、変更結果をシミュレーションデータ
   変換部に送るようにしたことを特徴とする請求項１記載
   の組立ラインの計画支援方法。
5. 【請求項５】前記シミュレーションデータ変換時には、
   工程設計結果をシミュレーション言語の文法に従ってシ
   ミュレーションモデルに変換し、シミュレーションモデ
   ルをシミュレータに渡してシミュレーションを実行さ
   せ、シミュレーション結果を請求項２の工程設計部に送
   るようにしたことを特徴とする請求項１記載の組立ライ
   ンの計画支援方法。
6. 【請求項６】前記工程設計時には、部品表の部品名を主
   語とし、組立性評価記号を組付動作を意味する動詞とし
   て用い、工程設計結果に基づく各工程の仕様を文章で表
   現することを特徴とする請求項４記載の組立ラインの計
   画支援方法。
7. 【請求項７】要求生産方式が入力される要求生産方式入
   力部と、前記入力された要求生産方式に基づきＣＡＤ情
   報を読み込むＣＡＤ情報読み込み部と、前記読み込まれ
   たＣＡＤ情報に基づき組み立てられる部品の組立性評価
   記号と組付順序が記述される組み付け動作記述部と、前
   記記述された組み立てられる部品の組立性評価記号と組
   付順序により作業時間を算出し、該作業時間が標準時間
   内に完了するよう要求生産方式に基づき工程設計を実行
   する工程設計部と、前記工程設計部により設計された工
   程設計結果をシミュレーションモデルに変換するシミュ
   レーションデータ変換部と、前記変換されたシミュレー
   ションモデルから前記シミュレーションの結果が判定条
   件に合致するまで、シミュレーション実行条件を変更し
   てシミュレーションを実行するシミュレータとにより構
   成したことを特徴とする組立ラインの計画支援装置。