JP2011227773A

JP2011227773A - 生産システム

Info

Publication number: JP2011227773A
Application number: JP2010098123A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Nakamura; 圭佑中村
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2010-04-21
Filing date: 2010-04-21
Publication date: 2011-11-10

Abstract

【課題】生産システムにおいて、安価な機器構成によって生産のサイクルタイム短縮や生産性向上を図る。
【解決手段】本システム１は、作業者ＭとロボットＲとがそれぞれ一連の工程を分担して製品用のワークに対する処理を行うことにより製品を順次生産するシステムであり、作業者Ｍが分担した各工程に要する時間を計測する工程計測部２と、工程計測部２によって計測された時間に応じて作業者ＭとロボットＲの間の工程分担の割合を変化させる工程制御部３と、を備えている。作業者Ｍの作業は、工程制御部３によって、作業の完成よりも投入を優先するように促されることにより、作業者Ｍの分担している作業をロボットＲに分担させて、生産性の向上が図られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、作業者とロボットとが混在し、各々が一連の工程を分担して製品用のワークに対する処理を行うことにより製品を順次生産する生産システムに関する。

従来、作業者とロボットが時間をずらして安全を確保をしたうえで、互いに共通の作業領域に侵入して作業をすることができるようにしてロボットと作業者とが互いに補助し合って生産性を高めようとした生産システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１６８３５７号公報

しかしながら、上述したような生産システムにおいては、作業者とロボットの作業の分担が相互に固定されていることから、例えば、作業者が担当工程を完了してワークを次工程に投入し、その後の工程を、ロボットが分担して開始する場合、作業者のサイクルタイムが遅延してロボットが手待ち状態になることがある。また、作業者の分担を止めて全てロボットの分担とすると、ワーク自動供給装置などの設備コストが高価となる。

本発明は、上記課題を解消するものであって、安価な機器構成によって生産のサイクルタイム短縮や生産性向上を実現できる生産システムを提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、本発明の生産システムは、少なくとも１人の作業者と少なくとも１台のロボットとがそれぞれ一連の工程を分担して製品用のワークに対する処理を行うことにより製品を順次生産する生産システムにおいて、作業者が分担した各工程に要する時間を計測する工程計測部と、工程計測部によって計測された時間に応じて作業者とロボットの間の工程分担の割合を変化させる工程制御部と、を備えたことを特徴とする。

この生産システムにおいて、各工程毎の割当時間の情報を作業者に提示する表示器を備えることが好ましい。

この生産システムにおいて、工程制御部は、工程計測部によって計測された時間と所定の標準作業時間との比較に基づいて作業者が分担した工程における遅延発生の有無を判断し、遅延が発生すると判断した場合に、作業者が分担する一連の工程のうち所定の工程を行わないように表示器を用いて作業者に指示することが好ましい。

この生産システムにおいて、工程制御部は、所定の工程を前記ロボットに分担させることが好ましい。

この生産システムにおいて、作業者とロボットがワークをピッキングするためのワーク供給ストッカを備え、ワーク供給ストッカは、作業者とロボットの可動領域が干渉しないように安全柵によって分けられていることが好ましい。

本発明の生産システムによれば、作業者とロボットの間の工程分担の割合を変化させるようにしたので、安価な機器構成によって生産のサイクルタイム短縮や生産性向上を実現できる。

本発明の一実施形態に係る生産システムの模式的平面図。（ａ）は同生産システムにおける作業者の作業工程の例を示す図、（ｂ）は同工程に続いて行われるロボットの作業工程の例を示す図。（ａ）は図２（ａ）の作業工程に遅延が生じたときの例を示す図、（ｂ）は同工程に続いて行われるロボットの作業工程の例を示す図。同生産システムにおける定常時と遅延時の作業者とロボット間の工程分担の時間変化を示す概念図。同生産システムにおける作業者に対する表示器の動作を示すタイムチャート図。図５のタイムチャートにおいて作業者の作業に遅延が生じたときのタイムチャート図。同生産システムにおける実施例１を示す工程図。図７の生産工程において作業者の作業に遅延が生じたときに作業者とロボットの工程分担が行われない場合の工程図。図７の生産工程において作業者の作業に遅延が生じたときに作業者とロボットの工程分担が行われる場合の工程図。同生産システムの実施例２を示すフローチャート。同生産システムの変形例を示す模式的平面図。

以下、本発明の一実施形態に係る生産システムについて、図面を参照して説明する。図１乃至図４は、一実施形態に係る生産システムの模式的構成と作業者およびロボットの作業工程の例を示す。図１に示すように、生産システム１は、１人の作業者Ｍと１台のロボットＲとがそれぞれ一連の工程を分担して製品用の部品（ワーク）Ａ，Ｂ，Ｃおよび製品Ｗに対する処理を行うことにより製品Ｗを順次生産する生産システムであり、作業者Ｍが分担した各工程に要する時間を計測する工程計測部２と、工程計測部２によって計測された時間に応じて作業者ＭとロボットＲの間の工程分担の割合を変化させる工程制御部３とを備えている。

ここで、生産システム１の設備の構成とその配置を説明する。生産システム１の配置された領域は、安全柵１０によって作業者Ｍが作業する人作業領域１０ａと、各種の設備が配置されロボットＲが作業する設備領域１０ｂとに分離されている。作業者Ｍは、人作業領域１０ａにおいて、大略左回りに移動しながら作業を繰り返す。人作業領域１０ａには、部品Ａ，Ｂ，Ｃがそれぞれストックされた部品ストッカ１１，１２，１３が、左回り方向にこの順番で配列されている。部品ストッカ１３のさらに左側には、作業者Ｍが設備領域１０ｂ内へ部分Ａ，Ｂを投入するための搬送装置４、部分Ｃを投入するための搬送装置５がこの順番で配置されている。搬送装置５のさらに左方には、設備領域１０ｂから人作業領域１０ａに製品Ｗを搬出する搬送装置６が配置されている。各搬送装置４，５，６は、それぞれ人作業領域１０ａと設備領域１０ｂとの間をシャトル移動する搬送台４１，５１，６１を有している。人作業領域１０ａには、さらに、製品Ｗを載置する製品ストッカ１７が、作業者Ｍの左回りの動線に沿って配置されている。また、設備領域１０ｂには、ロボットＲが取る部品Ｃをストックした部品ストッカ１４、製品Ｗの調整と検査を行う調整ユニット１５、検査ユニット１６、および調整ユニット１５から検査ユニット１６に製品Ｗを搬送する搬送装置７が配置されている。搬送装置７は、製品Ｗを把持してシャトル移動する把持部７１を有している。

各部品ストッカ１１，１２，１３は、作業者Ｍが１つの部品を取り上げたときに、その部品を取り上げたことを検知する部品ピッキングセンサ２１，２２，２３をそれぞれ備えている。これらのセンサからの情報は、工程計測部２に入力され、さらに工程制御部３に入力される。また、作業工程のサイクルタイムを提示する表示器３１，３２，３３，３４が、各部品ストッカ１１，１２，１３、および両方の搬送装置５，６における、作業者Ｍが視認可能な位置に設けられている。各表示器３１〜３４は、工程制御部３によって制御されて表示を行う。各搬送装置４，５，６の搬送台４１，５１，６１は、そこに部品が載せられたとき、またはそこから部品が取り上げられたとき、センサ（不図示）によってそのことを検知して、もとの位置にシャトル移動する。工程制御部３は、一般的なコンピュータを用いて構成することができる。また、工程計測部２は、各センサ２１，２２，２３からの情報を処理するソフトウエアによって構成することができる。例えば、作業者Ｍが分担した各工程に要する時間は、各センサ２１，２２，２３からの検出信号の発生時刻の時間間隔をソフトウエアによって求めて計測することができる。また、工程制御部３は、工程計測部２によって計測された時間または時刻に基づいて、工程の進捗を監視することができる。

次に、生産システム１における生産工程を説明する。１サイクルの工程の中で、作業者Ｍは、図２（ａ）に示す工程Ａ，Ｂ，Ｃを行い、ロボットＲは、図２（ｂ）に示す工程Ｄ，Ｅを行う。作業者Ｍは、工程Ａにおいて、右手で部品Ａを指に挟んで取り（ａ１）、右手で部品Ｂを別の指に挟んで取り（ａ２）、左手で右手の部品Ａ，Ｂに加工を施す（ａ３）。工程Ｂにおいて、左手で部品Ｃを取り（ｂ１）、左手の部品Ｃを右手の部品Ａに組み付け（ｂ２）、右手の部品Ｂを左手に持ち替え（ｂ３）、右手の部品（Ａ＋Ｃ）を搬送台４１に投入する（ｂ４）。工程Ｃにおいて、左手の部品Ｂを搬送台５１に投入し（ｃ１）、製品Ｗを搬送台６１から取り（ｃ２）、製品Ｗを製品ストッカ１７に置く（ｃ３）。

ロボットＲは、工程Ｄにおいて、搬送台４１上の部品（Ａ＋Ｃ）に加工を施し（ｄ１）、搬送台５１上の部品Ｂに加工を施す（ｄ２）。工程Ｅにおいて、搬送台４１上で部品（Ａ＋Ｃ）に、部品Ｂを組み付け（ｅ１）、部品（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）、すなわち半製品としての製品Ｗを、調整ユニット１５に対して、その載置台１５ａに載置して投入する（ｅ２）。半製品としての製品Ｗは、調整ユニット１５において所定の調整が行われた後、搬送装置７によって検査ユニット１６に搬送され、所定の検査が行われた後、完成品の製品Ｗとされて、搬送装置６によって人作業領域１０ａ側に搬送され、作業者Ｍによって引き取られる。生産システム１において、上述のような、作業者ＭとロボットＲによる工程Ａ〜Ｅが繰り返されて、製品Ｗが順次生産される。

次に、作業者Ｍによる作業に遅延が発生した場合の、作業者ＭとロボットＲによる工程Ａ〜Ｅを説明する。図３（ａ）に示すように、作業者Ｍが何らかの理由によって作業に手間取り、工程Ｂにおける部品Ｃを取る工程（ｂ１）が行われず、部品Ｂに部品Ｃを組み込む工程（ｂ２）が行われなかった場合を想定する。この場合、作業者Ｍは、部品Ｃを部品Ａに組み込むことなく部品Ａのみを搬送台４１に投入する（ｂ４）。作業者Ｍが部品Ｃを取らなかったことは、センサ２３によって検知され、そのことは、工程制御部３によってロボットＲに通知される。そこで、ロボットＲは、図３（ｂ）に示すように、工程Ｄにおいて、部品ストッカ１４から部品Ｃを取り（ｂ１）、部品Ｃを搬送台４１上の部品Ａに組み付ける（ｂ２）。すなわち、ロボットＲは、本来作業者Ｍが分担していた作業工程を、代替して行うことになる。その後の各工程の流れは、上記図３（ａ）（ｂ）の場合と同様である。

上述のように、ロボットＲが、本来作業者Ｍが分担する作業工程を代替して行うことにより、図４に示すように、計画サイクルタイムの中で工程Ａ〜Ｅを行うことができる。これは、一般的な工程設計の考えにおいて、ロボットＲの動作速度はその限界最大速度ではなく、ある程度余裕があるように設定されることによる。従って、生産システム１の動作が定常時の場合には、ロボットＲには待ち時間、あるいは緊急時に振り替えることができる潜在的な余裕の時間を有している。そこで、ロボットＲは、作業者Ｍの工程の遅延時に動作速度を上げて、この余裕の時間によって、作業者Ｍの作業の一部を非定常的に分担することができる。なお、ロボットＲが作業者Ｍの作業を分担できる作業として、例えば、２つの部品を上から順に重ねて組み付ける作業や、ネジ締め作業であって上方からネジ締めすることができる作業などがある。作業者Ｍが、部品を取り損ねたり、ネジ締め時にネジを落としてしまって時間がなくなってしまった場合などに、後続して作業を行うロボットＲがその工程を代替して分担することができる。

次に、図１に加え、図５、図６を参照して、表示器３１，３２，３３，３４について説明する。これらの表示器３１〜３４は、生産システム１において、各工程毎の割当時間の情報を作業者Ｍに提示するものである。表示器３１〜３４は、例えば、予め規定された時間で順に点灯・消灯するように発光素子などを用いて構成することができる。液晶表示装置などのＦＰＤを用いて、数字を表示したり点滅させたりしてもよい。また、その表示は、視覚的な表示に限らず、聴覚的な表示でもよい。この場合には、音声スピーカやブザーなどを用いることができ、各工程毎の割当時間の情報を作業者Ｍに提示できるものであればよい。作業者Ｍは、表示器３１〜３４の表示によって、予め設計された計画サイクルタイム通りに工程が進められているか否かを、容易に判断することができる。

作業者Ｍは、例えば、図５に示すように、予め規定された時間で順に点灯・消灯する表示器３１〜３４を見ながら作業する。作業者Ｍは、表示器３１〜３４が点灯している作業を、点灯している間に実施することが求められる。工程計測部２は、工程Ａ，Ｂ，Ｃについては、センサ２１，２２，２３からの信号ＴＲ１〜ＴＲ３によって、また、部品の投入については、搬送台４１，５１に付属したセンサ（不図示）からの信号ＴＲ４によって、処理の完了を予測、または検知する。工程計測部２は、各信号ＴＲ１〜ＴＲ４によって、作業者Ｍが分担した各工程に要する時間を計測する。工程制御部３は、工程計測部２によって計測された時間と所定の標準作業時間との比較に基づいて作業者Ｍが分担した工程における遅延発生の有無を判断し、遅延が発生すると判断した場合に、作業者Ｍが分担する一連の工程のうち所定の工程を行わないように表示器を用いて作業者Ｍに指示する。

工程計測部２が、図６に示すように、表示器３３の点灯期間中に信号ＴＲ３を受け取ることができない場合、工程制御部３は、工程Ｃにおいて遅延が発生したと判断して、表示器３１〜３４の全てを点灯状態にする。すなわち、工程制御部３は、この全点灯状態の表示によって作業者Ｍに警告を発し、作業者Ｍに規定の工程Ｃを完了していなくても、設備（搬送装置４，５）に投入するよう指示する。また、この指示が行われたとの情報は、ロボットＲにも出力される。そこで、ロボットＲは、組み付けられていない部品Ｃをピックし、工程を完了していない部品Ａが設備側に到着した際に、ピックした部品Ｃを組み付け、その後に、従来分担されている工程Ｄ，Ｅを実施する。作業者ＭとロボットＲの工程のうち、相互分担可能な部品の配置および工程の配置は、作業者Ｍが通常実施する工程とロボットＲが実施する工程が行われる境界に配置する設計とする。予めこのような設備設計とすることにより、作業者Ｍの所要作業時間に応じて、そのような工程の分担を、動的にロボットＲに実施させることができる。このような生産システム１によれば、作業者Ｍの加工・組立が規定のサイクルより遅延した場合に、ロボットＲは生産システムの構成上やむを得ない加工待ち時間を用いて、作業者Ｍが遅延した工程を一時的に受け持つようにすることができ、作業者Ｍのサイクルタイムを維持することができ、生産性の低下を防止することができる。

（実施例１）
図７、図８、図９を参照して生産システム１の実施例１を説明する。この実施例では、図７に示すように、２人の作業者Ａ，Ｂが５ｓおきに設備にワークを投入する。生産システム内の設備として、投入ステーション（投入ＳＴ）、ロボット、設備Ａ、設備Ｂ、搬送Ａ、接部Ｂがある。各設備における作業時間は２ｓ、３．５ｓ、４ｓ、３ｓ、５ｓであり、各設備における待ち時間は３ｓ、１．５ｓ、１ｓ、２ｓ、０ｓである。なお、それぞれの作業時間と待ち時間を足すと５ｓになる。つまり、定常状態において、製品は５ｓのサイクルタイムで生産される。作業者Ａ，Ｂは、ワークを投入ＳＴへ投入すると、曲線矢印で示すように、その投入に引き続いて、投入ＳＴに隣接（不図示）した設備Ｂからワークを取り出す工程となっている。

図８に示すように、作業者とロボットとの作業の相互分担を行わない比較例においては、作業者Ａによる２ｓの投入遅延（白抜き両矢印ａ）が発生すると、設備Ｂからのワーク取り出しの遅延２ｓ（白抜き両矢印ｂ）が発生する。この遅延は、搬送Ａから設備Ｂへの受け渡し遅延２ｓ（白抜き両矢印ｃ）を発生させ、この２ｓの遅延は継続され、その後の工程において改善されることがない。

ところが、図９に示すように、作業者Ａによる２ｓの投入遅延（白抜き両矢印ａ）の発生が予測されるときに、表示器による表示によって、作業者Ａは、規定の工程を完了しない状態でワークを設備（投入ＳＴ）へ投入する。作業者Ａは、その後遅滞なく、設備Ｂから製品を取り出すことができる。一方、工程未完了のワークを投入された設備側のロボットは、ワークの未完成の工程部分の追加作業を１ｓ（白抜き両矢印ｂ）かけて実施する。すなわち、ロボットの手待ちとなっていた待ち時間１．５ｓのうち１ｓを活用することにより、作業者のサイクル遅れ２ｓのうち１ｓが解消される。本実施例においては、作業者の作業に遅延が生じたときに、または、生じることが予想されるときに、作業者とロボットの工程分担の交替が行われ、ライン全体のサイクル遅れは１ｓとなる。つまり、工程分担の割合を変化させることにより、図８に示した比較例に比べて、１ｓ改善されたことになり、生産性が向上する。

（実施例２）
次に、生産システム１の実施例２を、図１０のフローチャートによって説明する。ここで示す生産工程は、大略、図１に示した生産システムの構成に基づいて行われるものであり、図１を参照する。作業者Ｍは、最大３つの部品を部品ストッカから取り上げ、組立作業Ａまたは組立作業Ｂを行う。ロボットＲと他の設備とは、作業者Ｍによって投入された部品に作業Ｃを実施して製品Ｗを完成する。作業者Ｍ、ロボットＲは、それぞれの工程を繰り返し、製品Ｗが順次生産される。

生産システム１によって生産が開始されると、図１０に示すように、工程制御部３は、表示器３１〜３４によって生産サイクルの表示を行う（Ｓ１）。作業者Ｍは、部品ストッカ１１〜１３に取り付けられ、設定された時間通りに順次点灯する表示器３１〜３４の表示に従って、部品をピックして組立作業を実施する。このとき、部品のピッキングの有無は、部品ストッカ１１〜１３に取り付けられた部品ピッキングセンサ２１〜２３によって検知される（Ｓ２，Ｓ３）。部品が全てピッキングされていると（Ｓ３でＹｅｓ）、工程制御部３によって、作業者Ｍの作業遅延の有無が調べられ（Ｓ４）、遅延がない場合には（Ｓ４でＮｏ）、作業者Ｍは、表示器の表示に従って、組立作業Ａの実施と（Ｓ５）、部品の投入を行うことができる（Ｓ６、白抜き矢印）。ロボットＲは、ステップ（Ｓ６）による投入を受けて作業Ｃを実施し、でき上がった製品Ｗを次の工程に投入する（白抜き矢印）。

ステップ（Ｓ４）において、作業者Ｍの作業遅延があるとされた場合には（Ｓ４でＹｅｓ）、作業者Ｍは、表示器の表示（例えば全点灯）に従って、組立できていない部品を放棄し（Ｓ１０），組立作業Ｂの実施と（Ｓ１１）、部品の投入を行う（Ｓ１２、白抜き矢印）。ロボットＲは、ステップ（Ｓ１２）の投入を受けて、工程制御部３からの指示により、またはセンサを備えてそのセンサを用いて自ら判断して、作業Ｃに必要な部品の補充を行い（Ｓ１３）、その後、作業Ｃを実施して、でき上がった製品Ｗを次の工程に投入する（白抜き矢印）。

ステップ（Ｓ３）において、部品のピッキングが３未満の場合には（Ｓ３でＮｏ）、工程制御部３によって、作業者Ｍの作業遅延の有無が調べられ（Ｓ８）、遅延がない場合には（Ｓ８でＮｏ）、ピッキング数の更新（インクリメント）が行われ（Ｓ９）、制御はステップ（Ｓ３）に戻される。ステップ（Ｓ８）において、遅延がある場合には（Ｓ８でＹｅｓ）、ステップ（Ｓ１１）以降の処理を行い、ロボットＲは、上記の処理を行う。このような実施例において、作業者Ｍの作業は、工程制御部３によって、作業の完成よりも投入を優先するように促されることにより、作業者Ｍの分担している作業をロボットＲに分担させている。このように、作業者担当の遅延工程を一時的にロボットに分担させることにより、安価な機器構成で生産のサイクルタイム短縮や生産性向上を実現することができる。

次に、図１１を参照して、生産システム１の変形例を説明する。この変形例は、図１に示した生産システム１における部品ストッカ１４を設ける代わりに、作業者Ｍ用の部品ストッカ１３の一部を、ロボットＲ用の部品ストッカ１４とするものである。作業者ＭとロボットＲがワーク（部品Ｃ）をピッキングするための部品ストッカ１３，１４は、作業者ＭとロボットＲの可動領域が干渉しないように安全柵１０によって分割されている。このような構成にすることにより、別個に独立の２つのストッカを設ける場合の生産用占有面積の増加を抑えることができ、作業者ＭとロボットＲは、安全が確保された状態で同一の部品ストッカ１３，１４から部品をピッキングすることができる。

なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態や実施例において、作業者Ｍが１または２人の場合、およびロボットＲが１台の場合について、簡単な作業工程を例示して説明したが、本発明は、生産現場において人間とロボットを混在して配置し、複数の作業者やロボットによって構成される、より複雑な生産システムに適用することができる。

１生産システム
２工程計測部
３工程制御部
１０安全柵
１１〜１４部品ストッカ（ワーク供給ストッカ）
３１〜３４表示器
Ａ，Ｂ，Ｃ部品（ワーク）
Ｍ作業者
Ｒロボット
Ｗ製品

Claims

少なくとも１人の作業者と少なくとも１台のロボットとがそれぞれ一連の工程を分担して製品用のワークに対する処理を行うことにより製品を順次生産する生産システムにおいて、
前記作業者が分担した各工程に要する時間を計測する工程計測部と、
前記工程計測部によって計測された時間に応じて前記作業者とロボットの間の工程分担の割合を変化させる工程制御部と、を備えたことを特徴とする生産システム。
各工程毎の割当時間の情報を前記作業者に提示する表示器を備えたことを特徴とする請求項１に記載の生産システム。
前記工程制御部は、前記工程計測部によって計測された時間と所定の標準作業時間との比較に基づいて作業者が分担した工程における遅延発生の有無を判断し、前記遅延が発生すると判断した場合に、前記作業者が分担する一連の工程のうち所定の工程を行わないように前記表示器を用いて当該作業者に指示することを特徴とする請求項２に記載の生産システム。
前記工程制御部は、前記所定の工程を前記ロボットに分担させることを特徴とする請求項３に記載の生産システム。
前記作業者とロボットがワークをピッキングするためのワーク供給ストッカを備え、
前記ワーク供給ストッカは、前記作業者とロボットの可動領域が干渉しないように安全柵によって分けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の生産システム。