JP2011158932A - 作業指示生成システム、方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】
類似な形状の部品を用いた既存製造工程の作業指示書を再利用して作業指示書を生成する場合に、作業指示書の再利用を高精度に行なうことを目的とする。
【解決手段】
本発明では、部片と、当該部片を用いた製造工程を作業指示情報とともに記憶した部片・工程データベースと，作業指示を作成する製品モデルの第一の部片の情報を、製品モデルのＣＡＤから取得する部片情報取得部と，第一の部片に特徴量が類似する第二の部片を、前記部片・工程データベースに記憶された部片から検索する類似部片・工程検索部と，製品モデルの製造工程フローを生成する工程登録部とを備え、前記工程登録部は、前記第二の部片にかかる作業指示情報を、当該第二の部片が類似する第一の部片が用いられる工程または作業の作業情報として用いて製造工程フローを生成することを特徴とする作業指示生成システムを用いる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コンピュータを用いて作業員への作業指示書を作成する技術に関する。

各製品の部品の共通化を目的として，過去に設計し登録した部品で形状特性が類似する部品を自動的に検索する技術がある。また，解析のためのモデル形状の簡易化を目的として，穴やフィレットなどの特徴部位を自動検索し，消去する技術がある。その他に切削加工条件の再利用を目的として，加工部品の切削条件に影響のある形状特性について類似する加工部品を検索し，加工諸元を再利用する技術がある。

特願2003-202774号公報 特願2005-202774号公報 特願2003-202592号公報

部片の加工，組立，溶接工程を含む製缶工程に代表される多種工程の作業指示を対象として，部片の製作工程と部片の溶接組立工程の再利用方法を提供すれば，シリーズ製品の新機種の製作工程の作業指示書の作成工数を低減することができる。また，同一製品における類似な複数の部片の工程を登録する場合，類似な部片を検索する機能により一括して工程登録を可能とすることにより，登録の手間を低減することができる。

しかしながら、類似な形状の部品の既存工程を再利用する場合に、類似形状を検索する従来方式として特許文献１，特許文献２のような形状外見寸法による簡易的な検索は精度に問題がある。

本発明は、上記課題に対し、作業指示書の再利用を高精度に行なうことを目的とする。

検索元の部片と類似した既存の部片の作業指示情報を再利用して製作作業や組立作業や溶接作業の工程フロー生成をコンピュータに実行させる形態において、
部片の形状や物理的な特徴量をＣＡＤから部片情報取得部を介して取得する機能と，
部片の形状や物理的な特徴量および，その部片の製造工程を登録したデータベースである部片・工程データベースを有し，
検索元部片と形状や物理的な特徴量が近似する部片と類似部片の既存の工程を検索する類似部片・工程検索機能と，
部片とその製造工程を登録し工程フローを生成する部片・工程登録機能と，
組立アニメの制御コードとビューワモデルを登録する組立アニメデータベースを有し，
工程登録部により登録された組立作業や溶接作業の段取り工程と，組立アニメ制御コードの示す組立順序に従って一連の組立作業や溶接作業の工程フローを生成する組立フロー生成機能と、をコンピュータに行なわせるための作業指示生成プログラムである。

本発明によれば、作業指示書を作成する対象機種の部品と形状や特性が類似する既存機種の部品の既存の工程を再利用可能とすることにより，作業指示書の作成工数が低減される。

本発明の一実施例にかかるシステムの構成図である。 本発明の一実施例にかかる類似部片検索の処理の流れである。 本発明の一実施例にかかる加工工程登録の処理の流れである。 本発明の一実施例にかかる作業登録の処理の流れである。 本発明の一実施例にかかる製造工程フローの例である。 本発明の一実施例にかかる製造工程フローの作業情報の例である。 本発明の一実施例にかかる類似工程の引き当ての流れである。

図１に本発明を実現するコンピュータシステムの構成を示す。本コンピュータシステムは、処理部１１、記憶部１２、入力部２、出力部３及びそれらを接続する接続線１３の構成からなる。処理部１１は例えばＣＰＵなどのプロセッサであり、記憶部１２は例えばＨＤＤや半導体メモリであり、入力部３は例えばキーボードやマウスであり、出力部３は例えばディスプレイやプリンタであり、接続線１３は例えば接続コードやネットワークである。

処理部１１は、その上で記憶装置などに記憶されたプログラムを実行することによって、ＣＡＤ１、部片情報取得部4、類似部片・工程検索部6、工程登録部5、組立フロー生成部7、加工・組立工程複合部１０として機能する。記憶装置は、部片・工程ＤＢ８、組立アニメＤＢ９を記憶している。

ＣＡＤ１は、工程を設計して作業指示書を作成しようとする製品モデルの情報をロードする。部片情報取得部４は、ロードした製品モデルの情報から，当該製品を構成する部片の特徴量を取得する。

部片・工程データベース８（以下、部片・工程DBと称す）は、取得した部片の特徴量と部片の工程情報を保存し管理する。

入力部２は、ユーザの支持の入力を受付け、出力部３は、本コンピュータシステムの処理結果を表示したり印刷したりする。

類似部片工程検索部６は、検索のキーとなる部片と類似な部片とその工程を検索する。

工程登録部５は、部片の製作工程と組立作業や溶接作業の拘束治具の取り付けや段取りなどの付帯工程の工程フローを生成し，部片・工程ＤＢへ登録する。

組立アニメデータベース９（図中，組立アニメDBと略す）は、組立品のビューワモデルとそのアニメ制御コードが登録されている。

組立フロー生成部７は、組立アニメの組立動作に工程登録部５で登録された部片の製作工程や溶接作業に要する拘束治具取り付けや段取りなどの付帯工程の工程フローを追加して一連の組立フローを生成し，部片・工程ＤＢへ登録する。

加工・組立工程複合部１０は，部片・工程DB8に登録された加工工程と組立工程の内，関連のある工程を連結して複合工程を生成し，部片・工程ＤＢ８へ登録する。

次に本発明のシステムの処理方法を説明する。

（工程登録処理）
工程登録部５が行なう工程の登録処理方法を説明する。工程登録処理では、製造工程に含まれる工程と、工程に含まれる作業と、それらに関する情報や順番とを登録する。工程・作業に関する情報には、テキスト、参考図、動画が含まれ、実際に作業を行なう時には、作業の順番に従ってこれらのテキスト、参考図、動画が表示などされ、作業指示となる。

工程の登録手順は，工程種別により異なる。工程には加工工程と組立工程と加工・組立複合工程の3種類がある。本実施例では、加工工程の工程の登録について説明する。

この処理で登録を行う工程の加工工程フローの一例を図４(a)に，当該工程に登録された作業の作業順序関係を図４(ｂ)に示す。これらは出力部３で表示可能であり、入力部２を介して修正可能である。

図４（ａ）に示される加工工程フローには、加工工程に含まれる複数の工程のうち一工程の工程名及びその工程の内容を示す工程情報４１と、順序立てて示される作業及び各作業の内容を示す作業情報４３が含まれる。

工程情報４１は，部片特徴量情報とともに部片・工程ＤＢ８に記憶され管理される。工程情報とは，以下の情報から構成される。（１）工程の名称である「工程名」、（２）対象となる部片の「部片番号」、（３）加工工程か組立工程かの工程の種別を区別する「工程種別」、（４）作業順序４０２、（５）工程の参考になる「参考図・動画」。

工程を構成する作業の内容を記述する作業情報４３は，以下の内容を含むテキスト，数値，ファイルにより構成される。（１）作業名称、（２）作業対象となる部片の「部片番号」、（３）文章と数値で表わされる「作業内容」、（４）３次元や２次元の図面や静止画のファイルである「参考図」、（５）作業指示アニメなど作業の内容を示す動画ファイルである「動画」。

図４（ｂ）に作業順序関係４２の例を示す。作業順序とは，作業の時系列的な前後関係である。データとしては，ある作業の直前に行う作業である「前作業」と直後に行う作業である「後作業」の順序関係を示す。「前作業」と「後作業」は複数の作業をとることができる。図４（ａ）の工程の例では，作業の順序関係のデータは図４（ｂ）のように登録される。

当該加工フローは、実際に加工処理を行なうときに、作業者の傍らに設置されたモニタに表示する内容を規定している。例えば、作業者が作業aを行なう時には、モニタに作業aの作業情報が表示される。また、作業ｂに進んだ時には、作業者は作業ｂの作業情報が表示されるように操作し、作業ｂの作業情報に登録された参考図も表示される。

次に、加工工程のみの場合の工程フローの登録処理について、図３を用いて説明する。

図３（ａ）のステップ３０１では、新規工程のための工程ＩＤを割り振る。ステップ３０２では、入力に応じて工程種別を登録するが、本工程フローでは工程種別を「加工」と登録する。ここで部片の割付けを行う場合は，ステップ３０３に進み、ユーザから入力部２により検索の基となる部片モデル（検索元部片）の選択を受け付ける。ステップ３０４は，検索元部片を検索キー部片として、部片・工程ＤＢ８に記憶された部片から類似する部片を検索する類似部片検索処理２９を行う。ステップ３０５では、類似部片検索処理の検索結果である１または複数の類似部片を、工程に登録する対象となる部片の候補（登録対象候補部片）として出力部３に表示するとともに、当該類似部片モデルをハイライトする（強調したりマークを付す）。ステップ３０６では、必要に応じて行なわれるユーザの部片の修正を受付け、登録する部片が選択される。ステップ３０７では、選択された部片を加工工程の対象部片として、その部片ＩＤを登録する。部片割り付けを行わない場合は，ステップ３０３から３０６を省略する。

ステップ３０８では、ユーザにより入力された情報を基に工程情報４１の工程名称などを登録する。ステップ３０９では、該当工程の参考図や動画の登録要求があれば、工程情報４１への登録処理を行なう。

工程に対しての処理を行われた後は、工程に含まれる各作業単位での登録処理を行なう。

ステップ３１０では、図３（ｂ）に示される作業登録３１１を呼び出す。ステップ３１２では、対象の作業に新規作業ＩＤを割り振る。ステップ３１３では、ユーザにより入力された作業名称を作業情報４３へ登録する。部片割り付けを行う場合，ステップ３１４に進み、工程についての登録処理で工程に登録された部片に中から部片ＩＤを継承してその作業に対しても登録する。ステップ３１５では、ユーザから作業の対象部片ＩＤを修正を受付け、当該作業に無関係な部片ＩＤは削除される。ステップ３１６では、該当作業の前作業または後作業がある場合は，それらの作業の作業ＩＤを前作業ＩＤまたは後作業ＩＤとして登録を受付ける。

ステップ３１７では、作業内容をテキストで登録し、ステップ３１８では、作業内容の参考となる参考図や動画のファイルを登録する。登録されるテキスト、参考図及び動画は、作業に登録されている部片ＩＤに対応付けられているテキストや参考図や動画である。

当該作業に対するユーザの作業登録が終了したら，ユーザが次の作業について登録する。工程含まれる作業の登録が終わった場合には、他の工程の登録を行い、すべての工程登録を終了したら加工工程の登録を終了する。

ここで、ステップ３０３〜３０６で行なわれる類似部片検索について説明する。類似部片検索では、部片・工程ＤＢ内から検索元部片に類似の部片を検索することである。

（部片情報登録処理）
検索処理で用いる部片・工程ＤＢ内のデータ作成として行なう、部片の情報を部片・工程ＤＢに登録する部片情報の登録処理方法について説明する。部片情報については、あらかじめ、既存の指示書が作成してある製品モデルの部片について行う。工程を登録しようとする製品モデルの情報をＣＡＤ１上にロードし，部片情報取得部２により製品モデルを構成する部片の特徴量をＣＡＤ１上のモデル情報から取得し，部片のIDに対応付けて部片・工程データベース８へ登録する。ここで部片の特徴量とは，以下に示す情報を含むものである。（１）部片を内包する最小の直方体の寸法、（２）部片の質量、（３）部片の体積、（４）部片の表面積、（５）部片の主慣性モーメント、（６）部片の慣性主軸、（７）材質。

特徴量は以下の特徴ベクトルであらわされる。

（１）部片を内包する最小の直方体の寸法：部片を内包する最小の直方体の３つの寸法値（高さ、長さ、奥行き）をd1＜d2＜d3の昇順に並べた３次元ベクトル(d１,ｄ２,ｄ３)で１つの特徴ベクトルをあらわす。

（２）部片の質量、（３）部片の体積、（４）部片の表面積：部片の質量ｍ，体積ｖ，表面積ｓの３つのスカラーを並べた３次元ベクトル(m,v,s)で１つの特徴ベクトルを表す。

（５）部片の主慣性モーメント：主慣性モーメントの３つのスカラーをp1>p2>p3の降順に並べた３次元ベクトル(p1,p2,p3)で１つの特徴量ベクトルを表す。

（６）部片の慣性主軸：慣性主軸を表す３つの３次元ベクトル(e11,e12,e13),(e21,e22,e23),(e31,e32,e33)を１つの行ベクトルに並べた９次元ベクトル(e11,e12,e13, e21,e22,e23, e31,e32,e33)で１つの特徴ベクトルを表す。

（７）材質：部片の材質の含有成分m種類の組成量ｃ１，ｃ２，…，ｃｍを並べたｍ次元ベクトル(ｃ１，ｃ２，…，ｃｍ)で１の特徴量ベクトルを表す。

次に類似部片検索部６の類似部片検索処理方法を説明する。部片の特徴量情報は，部片・工程ＤＢ8に登録されている。検索のキーとなる部片（キー部片と略す）が一つ与えられた時，キー部片と類似な部片を検索しかつ，類似な部片を含む登録されている既存の工程を引き当てるのが「類似部片・工程検索部６」である。キー部片及び類似部片の特徴量情報は、予めまたは前述の部片情報登録処理で部片・工程ＤＢに記憶してある。

まず類似部片の検索方法について具体的に説明する。部片情報の登録処理でと登録した情報部片の数値特徴量をパラメータとするｋ次元ベクトルを特徴ベクトルとよぶ。ここで，キー部片の特徴ベクトルをa, 検索対象となる部片のそれをｘとする。このとき，ｘとaに基づいてｄを評価する。
（数１） a＝（p₁,p₂,p₃,・・・p_k）
（数２） x＝（q₁,q₂,q₃,・・・q_k）

数３のｄは，キー部片と検索対象部片の特徴ベクトルの差分ベクトルとキー部片の特徴ベクトルの内積をキー部片の特徴ベクトルの大きさの２乗で除し絶対値をとったスカラーである。ｄ＝０のとき，a=xとなり，特徴ベクトルは同一である。dが大きくなるほど、ｘはaとより大きく異なることを示している。以後、このdを類似度と呼ぶ。許容される類似度ｄの上限値をdmaxと設定する。このとき，
（数４） ｄ≦ｄｍａｘ
をみたす特徴ベクトルｘをもつ部片を，特徴ベクトルaを持つキー部片と類似と判断する。

ここで、一つの部片に対してｎ個の特徴ベクトルがある時，キー部片と検索対象部片のそれぞれの特徴ベクトルをキー部片はa_i,検索対象部片はx_iとし，このときの数７の類似度dに対応する類似度をd_iとする。ｎ個の類似度がある場合の総合的な類似度は，以下の数８にしめす平均値d_avを用いる。許容される類似度ｄ_avの上限値はdmaxで抑えられる。
（数５） a_i＝(p_i1,p_i2,p_i3,・・・p_ik) i=(1,2・・・ｎ)
（数６） x_i＝(q_i1,q_i2,q_i3,・・・q_ik) i=(1,2・・・ｎ)

（数８） d_av＝(d₁+d₂+・・・+d_n)/n
（数９） d_av≦dmax

（類似部片検索処理）
類似部片検索部６の類似部片検索処理方法のフローについて説明する。図２に類似部片・工程検索部６が行なう類似部片検索処理のフローチャートを示す。ステップ21では、入力部２によりユーザから数２の式にある特徴ベクトルの類似度上限値dmax設定を受付ける。ステップ２２では、検索対象モデルを指定する入力を受付けている場合は，部片の検索範囲を指定されたモデルに属する部片に限定する設定を行なう。ステップ２３では、入力部２によりユーザから検索キー部片の指定を受け付ける。

次に、検索対象モデルのすべての部片について，ステップ２４からステップ２５までのループ処理を行う。ステップ２６では、ＣＡＤからキー部片の特徴量及び特徴ベクトルを算出し、キー部片の特徴ベクトルと検索対象モデルの特徴ベクトルからそれらの類似度ｄを算出する。ステップ２７は、ステップ２６で算出したｄが上限値dmax以下であれば，その部片を類似部片としてそのIDを登録する。ｄが上限値dmaxを超えていれば，その部片を類似部片として登録しない。

ステップ２５では、全ての部片について処理を行なっていれば、次の処理に進み、部片が残っていればループを戻る。

ステップ２８では、検索元のキー部片も類似部片として登録を要求する設定となっている場合には、キー部片のＩＤも類似部片に登録して手続きを終了する。
（類似工程検索処理）
次に，類似部片・工程検索部６が行なう類似工程の引き当て手続きについて説明する。図５に類似工程の引当処理フローを示す。類似工程検索処理を開始する段階では、工程登録処理によって、新規の製品モデルにかかる工程フローが作成されている。

まず，ステップ１１０１では、数４の式にある特徴ベクトル類似度上限値dmaxを設定する。

次に，ステップ１１０２では、工程登録処理で作成しユーザが指定する工程を登録しようとしている新規の製品モデルを検索元モデルとし、検索元モデルの検索元キー部片を受け付け，類似部片検索手続きを呼び出す。類似部片検索手続きから検索結果である類似部片ＩＤを戻り値として受け付ける。ステップ１１０３では、ユーザにより検索対象モデルが指定された場合，検索対象部片を入力されたモデルに制限し以下の手続きを検索対象モデルの全ての部片を該当部片として以下のループ処理１１０４を行う。

ステップ１１０５では、検索元部片の特徴ベクトルに対する該当部片の特徴ベクトルの類似度を類似度d_avを算出する。ｄ_avが上限値dmaxを超えている場合には、他の検索対象モデルに変更して処理をやり直す。

ステップ１１０６では、ｄ_avが上限値dmax以下であれば，検索対象モデルの工程フロー中で該当部片のＩＤを含む既存工程または既存作業をすべて表示する。ステップ１１０７では、表示工程の中でユーザが選択した工程または作業をコピーし、新規製品モデル（検査モデル）の工程フローの工程ＩＤを割り振る。ステップ１１０８では、先の検索元モデル類似部片の部片ＩＤを新規工程の部片ＩＤとして登録する。ステップ１１０９では、ユーザがその工程の編集を要求した場合，工程内容の編集を受け付け更新内容を登録する。

以上の類似工程検索処理により、新規の製品モデルに類似する部片を有する既存モデルの工程フローを、新規製品モデルの工程フローとして再利用することができる。

以上、実施例１の処理について説明した。本実施例においては、加工処理を行なう部片について、類似の部片を検索し、類似部片に対応付けられている作業指示情報（テキスト・参考図・動画）を再利用することができるので、新たな製品モデルの作業指示書を作成が容易にできる。

１・・・ＣＡＤ、２・・・入力部、３・・・出力部、４・・・部片情報取得部、５・・・工程登録部、６・・・類似部片・工程検索部、７・・・組立フロー生成部、８・・・部片・工程データベース（部片・工程ＤＢ）、９・・・組立アニメデータベース（組立アニメＤＢ）、１０・・・加工・組立工程複合部。

Claims (8)

1. 製品モデルの部片と類似した部片の既存の作業指示情報を用いて製造工程フローを生成する作業指示生成システムにおいて、
   部片と、当該部片を用いた製造工程を作業指示情報とともに記憶した部片・工程データベースと，
   作業指示を作成する製品モデルの第一の部片の情報を、製品モデルのＣＡＤから取得する部片情報取得部と，
   第一の部片に特徴量が類似する第二の部片を、前記部片・工程データベースに記憶された部片から検索する類似部片・工程検索部と，
   製品モデルの製造工程フローを生成する工程登録部とを備えたことを特徴とする作業指示生成システム。
2. 請求項１において、
   前記部片の特徴量は、複数の要素の多次元の特徴量ベクトルで表され、
   前期第一の部片の特徴量ベクトルと前記第二の部片の特徴量ベクトルの差を，前記第一の部片の特徴量ベクトルに射影し，前記第一の部片の特徴量ベクトルの大きさで除した値に基づいて類否を判断することを特徴とする作業指示生成システム。
3. 請求項２において，
   前記部片の特徴量の複数の要素は、
   前記部片を内包する最小の直方体の寸法、前記部片の質量、前記部片の体積，前記部片の表面積，前記部片の慣性主軸モーメント，前記材質のうちの複数を含むことを特徴とする作業指示生成システム。
4. 請求項１において、
   前記類似部片・工程検索部は、前記第二の部片にかかる工程フローを、当該第二の部片が類似する第一の部片が用いられる工程フローとして用いることを特徴とする作業指示生成システム。
5. 請求項４において、
   前記工程フローは、作業指示情報を含むことを特徴とする作業指示生成システム。
6. 請求項５において、
   前記作業指示情報は、テキスト、図、動画、アニメのいずれかを含むことを特徴とする作業指示生成システム。
7. 製品モデルの部片と類似した部片の既存の作業指示情報を用いて製造工程フローを生成する作業指示生成方法において、
   部片情報取得部が、作業指示を作成する製品モデルの第一の部片の情報を、製品モデルのＣＡＤから取得する部片情報取得工程と，
   類似部片・工程検索部が、第一の部片に特徴量が類似する第二の部片を、部片と、当該部片を用いた製造工程を作業指示情報とともに記憶した部片・工程データベースに記憶された部片から検索する類似部片・工程検索工程と，
   工程登録部が、製品モデルの製造工程フローを生成する工程登録工程とを備え
   ることを特徴とする作業指示生成工程。
8. 検索元の部片と類似した既存の部片の作業指示情報を用いて工程フロー生成をコンピュータに実行させる作業指示生成プログラムにおいて、
   作業指示を作成する製品モデルの第一の部片の情報を、製品モデルのＣＡＤから取得する部片情報取得機能と，
   第一の部片に特徴量が類似する第二の部片を、部片と、当該部片を用いた製造工程を作業指示情報とともに記憶した部片・工程データベースに記憶された部片から検索する類似部片・工程検索機能と，
   製品モデルの製造工程フローを生成する工程登録機能と、をコンピュータに行なわせることを特徴とする作業指示生成プログラム。

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