JP2005063199A - 作業工数算出システム - Google Patents

Abstract

【課題】 より正確な作業工数を算出することのできる作業工数算出システムを提供する。
【解決手段】 作業割付マスタ１７が手作業工程ファイル記憶部１５に記憶された作業者の歩行時間、振り返り時間、および作業充実度に基づいて作業者ごとの標準作業工数を算出し、これに一ラインで異なる種類のワークを生産するために発生する混流ロス、あらかじめ予想されるライン停止に伴なって発生するライン停止ロス、および作業者の変更にともなって発生する編成ロスからなる手待ち工数を加算して、あらかじめ決められたタクトタイム内における生産数量を生産するために必要な作業工数を算出することを特徴とする作業工数算出システム。
【選択図】 図１

Description

本発明は、作業工数算出システムに関する。

従来から、生産ラインにおける人員配置や生産ラインのレイアウトの見直しなどを自動的に行うシステムがある。

このようなシステムとして、たとえば、部品の番号（品番）や工程ごとに、生産に要する作業時間と、作業者ごとに作業者の技量に応じた配置可能な作業工程、品番およびその生産量、標準単価などに基づいて作業負荷の山積み山崩しを行って、最適投入人員数を算出し、作業者ごとの作業予定表を作成するものがある（特許文献１参照）。
特開２００１−３１８９６８号公報

しかしながら、部品と生産量、および作業者の技能などに基づいて必要な作業時間と配置人員を予測するため、作業者の動作にともなう時間、たとえば、作業者の作業経路や作業者が振り向いたりするために必要な時間が加味されておらず、正確な作業工数の予測ができないといった問題があった。また、従来の技術では、このような予測していない部分の時間を一律に加算しているため、一層予測時間と実時間の誤差が大きくなってしまうことがあるという問題もあった。

そこで本発明の目的は、より正確な作業工数を算出することのできる作業工数算出システムを提供することである。

上記目的を達成するための本発明は、少なくとも、作業者の歩行時間、振り返り時間、および作業充実度に基づいて算出される作業者ごとの標準作業工数と、少なくとも、一つのラインで異なる種類のワークを生産するために発生する混流ロス、あらかじめ予想されるライン停止に伴なって発生するライン停止ロス、および作業者の変更にともなって発生する編成ロスからなる手待ち工数とを加算して、あらかじめ決められたタクトタイム内における生産数量を生産するために必要な作業工数を算出することを特徴とする作業工数算出システムである。

本発明によれば、作業者の歩行時間、振り返り時間、および作業充実度に基づいて作業者ごとの標準作業工数を算出し、さらに手待ちロスを加算することとしたので、従来より正確に作業工数を算出することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明を適用した作業工数算出システムを示すブロック図である。

この作業工数算出システム１は、メイン装置２として、部品表を記憶した部品情報記億部１１と、工程情報を記憶した工程情報記憶部１２と、設備情報を記憶した設備情報記憶部１３と、作業工数を算出するための前提条件ファイルを記憶した前提条件ファイル記憶部１４と、手作業工程を記憶した手作業工程ファイル記憶部１５と、自動工程を記憶した自動工程ファイル記憶部１６と、作業工数を算出する作業割付マスタ１７と、を備える。

そして、このメイン装置２には、ライン情報記憶部２１と、部品管理システム２２と、部品形状記憶部２３と、自動化工程設備動作シミュレーター３１と、ラインレイアウト作成システム３２と、工程フローシミュレーター３３とが接続されている。

メイン装置２は、各部の機能により作業工数を算出するものであるが、実際には、パソコンやエンジニアリングワークステーションなどと称されるコンピュータであり、このコンピュータ内のＨＤＤや内部メモリ、あるいは外部記憶装置などが各記憶部の機能を提供し、また、後述する手順に従って作成されたプログラムがこのコンピュータによって実行されることにより作業工数の算出を行っている。以下各部の機能動作について説明する。

部品情報記億部１１は、作業工数を算出する対称となる生産に必要なすべての部品の情報を記憶しており、部品情報としては、たとえば、部品名称、部品番号、部品重量、生産数量、バリエーション（同じ部品での色違いや仕向先の違いなど）、加工条件（締め付けトルク、取り付ける部品の部品番号、使用する設備の機種など）を記憶している。これらは、外部に接続されている部品管理システム２２から情報を引き出して記憶したものである。また、多品種を同一ライン上で生産する場合における製品自体の情報もここに記憶されている。

工程情報記憶部１２は、製品の生産に必要な工程名称、工程番号、各工程における自動／手動の別、混流がある場合の混流係数、ライン全体（または工程ごと）の稼働率などを記憶している。これらの情報も部品管理システム２２から取り出し記憶する。

設備情報記憶部１３は、製品を生産するために使用する設備の情報を記憶している。たとえば、設備名称、設備番号などである。

前提条件ファイル記憶部１４は、作業工数を算出するための前提条件、たとえば、計画生産個数、計画稼働時間、レインレイアウト、作業者数、タクトタイム、工程間バッファ、設備稼働率など作業工数を算出する上で必要な条件を記憶しており、様々な条件パターンの複数のファイルからなる。

手作業工程ファイル記憶部１５は、手作業の工程について、作業者ごとの作業時間、組み付け順序、工程内作業割付け（作業者がどの工程に従事しているか）、単位距離（たとえば１ｍ）あたりの歩行時間（原歩行工数）、１回の振り返りに要する時間（原振り返り工数）などを、作業者ごとにファイルとして記憶している。なお、これらの中には、変動要因（詳細後述）となるものも含まれているため、前提条件が変更されるとそれらの値も変更されることになる。

自動工程ファイル記憶部１６は、自動工程におけるサイクルタイム、すなわち、その自動工程において部品ごとに自動加工作業が行われる時間を、工程ごとにファイルとして記憶している。この自動化工程のサイクルタイムは、自動化工程設備動作シミュレーター３１によって各設備の動作がシミュレーションされた結果であり、これを自動化工程設備動作シミュレーター取得して記憶している。

作業割付マスタ１７は、各情報に基づいて後述する手順により作業工数の算出を行う。

ライン情報記憶部２１は、ある部品を加工し生産するラインの情報を記憶しており、たとえば、ラインレイアウト（部品を搬送する搬送装置（たとえばベルトコンベア、自動搬送台車、ハンガーなど）の配置形状、設備、工具、冶具、および部品棚（さらに詳細にはここの部品配置）などの配置位置、作業スペース、工程間バッファ（工程間距離）など）、部品形状、設備形状、冶具形状、工具形状などのデータを記憶している。これらの情報のうち、部品形状は、部品形状記憶部２３から、またその他の情報は、ラインレイアウト作成システム３２から取得して記憶している。

部品管理システム２２は、作業工数算出システム１が作業工数を算出する部品の元の情報を記憶したもので、たとえば、生産管理などを行うマスターコンピュータなどに備えられている記憶装置などである。

部品形状記憶部２３は、生産する部品の最終形状は途中工程での組み付け前の部品などの記憶した装置であり、たとえば、生産する部品の設計などを行うためのＣＡＤ装置に備えられている記憶装置である。

自動化工程設備動作シミュレーター３１は、あらかじめどのような設備がどのような動作を行うかが記憶されており、設備情報記憶部１３からの設備情報に基づいて、その設備が実際に動作した場合の動きをシミュレーションし、そのときのサイクルタイム（１動作開始から終了まで）を算出する。算出したサイクルタイムは、作業工数算出システム１へ返される。

ラインレイアウト作成システム３２は、作業工数算出システム１とは別に、ラインレイアウト作成者によってラインレイアウトを作成するためのシステムである。ここで、ラインレイアウトとは前述したとおり、部品を搬送する搬送装置（たとえばベルトコンベアや自動搬送台車、ハンガーなど）の配置形状、設備や工具、部品棚などの配置位置、作業スペース、工程間バッファ（工程間距離）などである。

工程フローシミュレーター３３は、手作業時間、作業割付、自動設備サイクルタイム、工程間バッファからそのラインにおける作業をシミュレーションして、そのライン生産能力、作業者の充実度、各種作業ロスなどを算出する。

以下、この作業工数算出システムの作用を説明する。

まず、作業工数を算出する上で、最も重要なのは、作業にかかる時間が変動する作業や工程をどのように見積もるかである。

一般的に、自動設備による作業時間は、その設備で加工する部品が同じものである場合、殆ど変動しないため、上述したようにシミュレーターを使用してサイクルタイムとして求めることができる。これに対して、作業者による作業は、その作業者の熟練の程度（充実度という）、作業者の歩行時間、部品棚からの部品取りや工具を取る際にかかる時間など様々な変動要因がある。したがって、この作業者による変動要因をいかに見積もるかが正確な作業工数を算出するために重要となる。

図２は、組み立て作業工数を説明するための説明図である。

ここでは、たとえば、複数の作業者Ａ〜Ｈがいる場合に、各作業者それぞれの標準作業工数（標準作業時間）として、たとえば、部品を取る、締め付ける、持ち上げる部品の重量、一度に手持ちする部品数、部品取り回数、作業に伴なう歩行時間、振り向き回数など、ラインレイアウトから判別できる作業場所と作業工程によって、作業者ごとに、１部品を組み立てる作業にかかる時間である。この標準作業工数は、作業者ごとにその充実度が異なるため異なる時間となる。したがって、この時間は、作業者ごとに、また、ラインレイアウトによって変化する。このような標準作業工数は、たとえば、工程ごとにその工程で作業する作業者ごとに標準作業工数を対応させた標準時間テーブルなどとして手作業工程ファイル記憶部１５に記憶しておく。

また、ラインレイアウト上から発生する手待ち工数は、たとえば混流ロス、ライン停止ロス、作業編成上発生する編成ロスなどがある。

このうち、混流ロスは、同一ラインに異なる種類の部品を流すことで発生する手待ち時間で、たとえば設備変更（たとえば、冶具や工具先端のビット変更などラインレイアウトそのものを変更しない設備の変更）、部品棚に揃える部品（たとえば小型部品、ネジ類の変更など）などの変更のために起きるロスである。

この混流ロスは、これまでの経験上から分かる時間であるが、通常、品種変換のためにラインを止める際には、そのライン上、または特定の工程に複数の作業者がいる場合、すべての作業者の作業終了後に行うため、作業者ごとの標準作業時間に混流ロスの時間も影響される。これは、たとえば、作業の遅い作業者がいる場合、作業が早く終わった作業者は、その遅い作業者の作業終了を待つことになるため、その分、混流ロスは長くなる。

そこで、混流ロスは、下記（１）式により求める。

混流ロス＝標準作業時間×混流係数 …（１）
ここで、混流係数は、１タクトタイム内で品種変更の回数に応じて、一つの品種ごとにかかる混流ロス時間を数値として現したものである。たとえば、２つの品種を同一ラインで生産する場合、混流係数は、１品種生産する場合よりも１品種増えることになるので、たとえば０．１などの値をかけることで、その作業者における混流ロスを算出することができる。なお、実際には、１種類の品種変更にかかる混流ロスを統計的に求めて、この混流係数をあらかじめ求めるとよい。

ライン停止ロスは、故障や、作業遅れなどによってラインを停止したときのロスで、これまでの経験からある程度予測がつく。この予測に基づく値を標準ライン停止ロス時間とする。そうするとライン停止ロスは、下記（２）式により求める。

ライン停止ロス＝標準ライン停止ロス時間×（１−ライン稼働率） …（２）
編成ロスは、作業者の入れ換えなどにかかる時間である。編成ロスは、下記（３）式により求める。

編成ロス＝タクトタイム×作業者人数−（混流ロス＋ライン停止ロス）−（作業者ごとの標準作業時間の総和） …（３）
これらはいずれも作業割付マスタ１７によって算出される。

図３は、標準作業工数算出の際の歩行時間および振り返り回数を説明するための説明図である。

歩行時間および振り返り回数は、作業割付マスタ１７がラインレイアウトから求める。

これには、図３に示すように、ラインレイアウト１００をＸＹ座標系に表示して、その中で、作業者の移動する始点および終点の位置をｘｙ座標値として求め、始点終点間の経路（作業動線という）の距離を求める。なお、作業動線は、ラインレイアウト作成の際に決定されている。そして、作業者ごとに１ｍあたりの歩行時間を掛け合わせることで、各作業者の歩行時間がえられる。

なお、作業者ごとの１ｍあたりの歩行時間（原歩行工数）は、作業者ごとにあらかじめ求めておいて、手作業工程ファイル記憶部１５に記憶しておく。

一方、振り返り回数は、作業動線の折れ角が所定角度以上となっている部分をカウントし、あらかじめ決められた振り返り１回当たりに要する時間（原振り返り工数という）をかけることで求める。所定角度としては、たとえば９０度以上とすることが好ましい。これは、作業動線の折れ角が９０度の場合が、ほぼ直角に作業者が向きを変える角度であるが、この角度９０度以上に大きく向きを変えようとすると（たとえば１８０度で逆方向への向きの転換（完全な振り向き）となる）、そこで立ち止まって向きをかえることが多くなり、その分歩行時間が増えることになるためである。

この所定時間は、９０度に限らず、任意に設定してよい。たとえば、作業スペースや歩行スペースの関係から、９０度に満たない角度での振り向きでも立ち止まる必要のある場合があるのでそのような場合には、より小さな角度での振り向きも振り向き回数としてカウントできるようにするとよい。

なお、作業動線の折れ角は、図３に示すとおり、進行方向Ｓ１と向きを変える方向Ｓ２との角度θである。他の部分についても同じである。

これにしたがって、図３に示した作業者Ａについて説明すると、ワーク１０１を搬送しているライン（ベルトコンベア１０２）上の所定の作業位置をａ１とし、ワークに組み付ける部品棚１０５から部品を取り出す位置をａ２およびａ３とすると、作業動線１０６は、ａ１−ａ２−ａ３−ａ１となる。したがって、始点終点をａ１とすると、その間の距離がａ１−ａ２−ａ３−ａ１の座標位置から求まる。そして、ａ１−ａ２−ａ３−ａ１間の距離に作業者Ａの原歩行工数をかけることで、この作業者Ａの歩行工数が求まる。

一方、振り返りは、作業動線１０６の折れ角が、たとえば４５度以上を振り返りとしてカウントすると、作業者Ａの場合、作業動線１０６から３回あることになる。したがって、作業者Ａの振り返り工数は、３×原振り返り工数で求まる。

従来、このような歩行工数や振り返り工数などは、すべての作業者について同じ値を設定して、個々の作業者の充実度に対して一律に加算していたため、個々の作業者の作業内容や歩行距離、振り返り回数によっては、算出した作業工数と実際の作業時間との誤差を大きくする原因の一つとなっていた。

本発明を適用した本実施の形態では、上記のとおり、これらを個々の作業者ごとに設定しているため、算出された作業工数と実際との誤差をごくわずかにすることが可能となる。

これら歩行工数および振り返り工数についても作業割付マスタ１７によって算出される。

次に、標準作業工数の中の部品を取る、締め付けるなどの動作にかかる時間について説明する。これらは取り付ける部品の重量や締め付けトルクなどにより変わるため、それらに合わせて作業割付マスタ１７が部品重量、締め付けトルクなどに対応させて算出している。たとえば、重量の重い部品は、軽い部品よりも取り付け時間が多くかかり、同様に、締め付けトルクの大きなものは、より多くの時間がかかる。したがって、これらの重量や締め付けトルクの値を部品情報記憶部から取り出し、あらかじめ決められた重量と時間の対応表やトルク値と締め付けにかかる時間の対応表などを参照して標準作業工数として算出する。

次に、作業工数算出に必要なラインのタクトタイム、設備稼働率、工程間バッファなどは、実際のラインができあがっている場合には、それらから種集下値を用いるが、実際のラインが未だ設置されていない場合には、ラインレイアウト作成システム３２上で作成されたデータを用いる。このとき、これらタクトタイム、設備稼働率、工程間バッファなどは作業工数を変動させる要因となるため、それぞれに上限値下限値を設けて、様々な値に変更して作業工数を算出している。この様々な条件が前提条件ファイルとして格納されている。

図４は、設備稼働率、工程間バッファなどの作業工数を変動させる要因を変えた場合の、出来高（１タクトタイムにおける生産台数（台数））と組み立て作業工数（１台当たり生産するためにかかる時間（分／台））の変化を示すグラフである。

また、固定因子、変動因子を変えることによる影響、およびその結果を表１に示す。

この表１および図４のＡ線から分かるように、作業者数の変動により作業者数が多くなるにしたがって出来高が多くなるが、一定数以上になるとそれ以上上昇しなくなる。これは、この一定の出来高に到達した時点が、要求生産台数に対する適正人員ということになる。

一方、組み立て作業工数は、作業者数を変化させると、図４のＢ線から分かるように、作業者数が多くても少なくても１台を生産するためにかかる時間が増えてしまうことが分かる。また、ラインレイアウトを変化させた場合は、図４のＣ線から分かるように、ラインレイアウトから工程やものの取り置きの距離が適正な場合に１台を生産するためにかかる時間少なくなる。

したがって、これら作業工数を変動させる要因を様々に変えて、要求生産台数を達成し、かつ、組み立て作業工数が最も少ない時間となっている前提条件を探すことで、適切な作業工数を求めることができる。

なお、表４に示した変動因子は変動要因の例示であり、この他に、たとえばタクトタイム、工程間バッファ、設備稼働率など様々な変動要因があるので、それらについて、上下限値を決めておいてその範囲内で様々に組み合わせて変更するとよい。

このような適切な作業工数を見つける処理も作業割付マスタ１７によって実行される。

次に、この作業割付マスタ１７による作業工数の算出処理の流れを説明する。

図５は、作業工数の算出処理の流れを示すフローチャートである。

まず、作業割付マスタ１７は、生産する部品情報、および設備機器情報をそれぞれ取得して、部品情報記憶部、および設備情報記憶部１３に格納する（Ｓ１）。

続いて、作業割付マスタ１７は、ラインレイアウトおよび工程情報を取得して、工程情報記憶部１２に格納する（Ｓ２）。なお、ステップＳ１とステップＳ２は逆の順でも良いし、同時に行っても良い。

続いて、作業割付マスタ１７は、読み込んだ工程情報から、ライン内における工程ごとに自動か手動かの区別を登録する（Ｓ３）。

続いて、作業割付マスタ１７は、各工程の変動要因について、前提条件として様々な条件設定を行う（Ｓ４）。ここで、この前提条件の設定は、あらかじめ変動要因について上限値、下限値、および増分値（下限値から上限値までどのくらいの値で増やしてゆくかを決める値）を決めておき、これにしたがって、前提条件を自動作成させる。なお、自動作成の他、オペレーターが任意に設定するようにしても良い。

続いて、作業割付マスタ１７は、各工程ごとに前提条件に従って、上述したとおり標準作業工数と手待ち工数を算出する（Ｓ５）。

そして、算出された標準作業工数と手待ち工数が最も少なくなる前提条件の中の変動要因の値（ラインレイアウトや作業者数など）を最適値として作業割付けを行い（Ｓ６）、そのときの作業工数（時間）として出力する（Ｓ７）。

作業工数の出力の際には、たとえば、全作業工数（時間）、各工程の作業工数（時間）、および各工程の変動要因の最適値などがいっしょに出力される。

なお、ラインレイアウトを変動要因とする場合は、ライン上の設備の配置位置の変更する際には、他の設備との位置調整が必要となるので、ラインレイアウト作成システム３２によって、設備位置の異なる様々なラインレイアウトをあらかじめ用意しておき、それを前提条件ファイルとして用いるようにしても良い。

以上のように、本実施の形態によれば、作業者の歩行工数や振り返り工数などを個々の作業者ごとに設定しているため、あらかじめ決められたタクトタイム内における生産数量を生産するために必要な作業工数を、より正確に算出することが可能となる。

また、本実施の形態によれば、様々な変動要因の値を変えた前提条件によって作業工数を算出し、その結果が最も少なくなる条件を求めることとしたので、その条件により最適な作業割り付けを行うことが可能となる。

以上本発明を適用した実施の形態を説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、様々な改変ができることは雄馬でもない。特に、変動要因については、本実施の形態として例示した以外のものを用いても良い。また、一つのラインに対しての作業工数の算出ではなく、工場内における複数のラインを対象に行うようにしてもよい。

本発明を適用した作業工数算出システムを示すブロック図である。 組み立て作業工数を説明するための説明図である。 標準作業工数算出の際の歩行時間および振り返り回数を説明するための説明図である。 設備稼働率、工程間バッファなどの作業工数を変動させる要因を変えた場合の、出来高と組み立て作業工数の変化を示すグラフである。 作業工数の算出処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１…作業工数算出システム
２…メイン装置
１１…部品情報記億部
１２…工程情報記憶部
１３…設備情報記憶部
１４…前提条件ファイル記憶部
１５…手作業工程ファイル記憶部
１６…自動工程ファイル記憶部
１７…作業割付マスタ
２１…ライン情報記憶部
２２…部品管理システム
２３…部品形状記憶部
３１…自動化工程設備動作シミュレーター
３２…ラインレイアウト作成システム
３３…工程フローシミュレーター

Claims (6)

1. 少なくとも、作業者の歩行時間、振り返り時間、および作業充実度に基づいて算出される作業者ごとの標準作業工数と、
   少なくとも、一つのラインで異なる種類のワークを生産するために発生する混流ロス、あらかじめ予想されるライン停止に伴なって発生するライン停止ロス、および作業者の変更にともなって発生する編成ロスからなる手待ち工数とを加算して、あらかじめ決められたタクトタイム内における生産数量を生産するために必要な作業工数を算出することを特徴とする作業工数算出システム。
2. 前記歩行時間は、ラインレイアウト上における作業者の作業動線の始点と終点の距離を求め、当該距離と前記作業者におけるあらかじめ決められた単位距離あたりの歩行時間から求めることを特徴とする請求項１記載の作業工数算出システム。
3. 前記振り返り時間は、ラインレイアウト上における作業者の作業動線における所定角度以上となっている折れ角の数とあらかじめ決められた１回の振り返りに要する時間から求めることを特徴とする請求項１記載の作業工数算出システム。
4. 前記混流ロスは下記（１）式により算出し、
   混流ロス＝標準作業時間×混流係数 …（１）
   前記ライン停止ロスは下記（２）式により算出し、
   ライン停止ロス＝標準ライン停止ロス時間×（１−ライン稼働率） …（２）
   前記編成ロスは下記（３）式により算出する
   編成ロス＝タクトタイム×作業者人数−（混流ロス＋ライン停止ロス）−（作業者ごとの標準作業時間の総和） …（３）
   ことを特徴とする請求項１記載の作業工数算出システム。
5. 前記標準作業工数を求める際の変動要因を様々に変えて、前記作業工数が最も少なくなる作業工数を求めることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の作業工数算出システム。
6. 前記変動要因は、計画生産個数、計画稼働時間、レインレイアウト、作業者数、タクトタイム、工程間バッファ、設備稼働率からなる群から選択された少なくとも一つであることを特徴とする請求項５に記載の作業工数算出システム。

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