JP2012022602A - 作業改善分析システム - Google Patents

Abstract

【課題】多品種少量生産方式での手作業の生産ラインにおける作業状況を把握し、異常をすばやく察知できるようにした作業改善分析システムを得る
【解決手段】生産ラインを形成する各工程の作業エリアへの各ワークの出入りを検知するワークの工程履歴データ検知部４と、各工程の作業エリアへの各作業者の出入りを検知する作業者位置データ検知部２と、生産ラインを構成する設備の稼動開始と稼動停止並びに設備のトラブル発生と回復を検知する設備稼動データ検知部６によるそれぞれの検知結果を記憶装置に記憶しておき、生産状況描画部８により、記憶装置からデータを読み出して、工程を縦軸、時間を横軸にとり、工程上及び時間上のワークと作業者の位置を視覚化したランニングチャートを描画して、表示装置９に表示して異常を発見しやすくした。
【選択図】図１

Description

この発明は、手作業の生産ラインの作業改善を行うための作業改善分析システムに関するものである。

近年、消費者ニーズの多様化に応えるため、製造企業の生産方式は、少品種大量生産方式から多品種少量生産方式へ移行しつつある。多品種少量生産方式は、多彩なバリエーションをもつ製品群を少ないコストで製造するのに適した生産方式であるためである。この生産方式では、製品寿命の短命化に追従するため、製造ラインの完全自動化はあまり行われず、人手作業により製造を行うケースが多い。

特開２００６−３０２０９６号公報（第９〜１５頁、図１） 特開２００６−２０２２５５号公報（第８〜１７頁、図１）

多品種少量生産方式では、多くの場合、少品種大量生産方式に比べて、作業改善の負担は増加する。それは、作業者の多能工化と生産機種の増加（混流）によって、ある一定期間の作業内容の再現性が保証されなくなるため、実績に基づいた画一的な改善手法が通用しなくなるからである。
そのため、生産ラインの改善を進めるためには、単一の視点ではなく、ライン全体を広く把握することに努め、そこに潜む異常をいち早く察知することが必要となる。
生産ライン全体を広く把握するために、しばしばラインの作業を撮影し、ビデオ連続稼動分析やワークサンプリングといった手法が用いられる。これらの手法は、分析対象の作業者やワークが複数ある場合、分析用のデータを採取するために、膨大な量の映像を何度も繰り返し視聴しなければならず手間がかかる。
複数あるラインについて、このような改善活動を行うためには、膨大な負担がかかる。この負担を如何に小さくできるかが、多品種少量生産における改善技術の課題であった。

特許文献１には、作業の開始と完了時刻を集計、タイミングチャートで表記し、作業時間の異常、滞留時間、作業抜け、作業追い越し、の異常を自動検知し、該当する時刻の撮影動画を確認することによって、改善ポイントを特定する技術が記載されている。
これは、タイミングチャートによって、ライン全体の様子を大まかに把握可能であるが、具体的な異常の内容把握を、全ての映像を視聴し、分析することによって得ようというものであり、そのため、改善ポイントを特定するために、全ての映像を視聴しなければならず、改善コストが大きい。また、この技術は作業者が一つの工程のみを担当することを前提としており、一人が多工程を担当するようなラインにおいて適用することができない。

また、特許文献２には、作業の開始と完了時刻を集計し、全工程の作業リードタイム総和と基準値を比べ、基準値から少しだけ大きい作業リードタイム群に着目、該当の作業リードタイム群の各工程作業時間分布を見ることにより、要改善機種群、要改善工程群を決める判断材料とする技術が記載されている。ここで、判断する材料として、改善後の作業リードタイムシミュレーションを用いている。
しかし、多品種少量生産においては、異なる機種の混流生産によって各ワークのリードタイムにロスが発生することがあるが、この時、計測値そのものに異常が含まれている可能性があり、正しいリードタイムを計測しているとは言えない。この手法が適用できるのは、混流を考慮する必要の無い少品種大量生産であり、多品種少量生産には適用できないという問題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、多品種少量生産方式での手作業の生産ラインにおける作業状況を把握し、異常をすばやく察知できるようにした作業改善分析システムを得ることを目的にしている。

この発明に係わる作業改善分析システムにおいては、複数の作業者が複数のワークを手作業で生産するラインの作業について分析する作業改善分析システムであって、ラインを形成する各工程の作業エリアへの各ワークの出入りを検知するワーク検知手段、各工程の作業エリアへの各作業者の出入りを検知する作業者検知手段、ラインを構成する設備の稼動開始及び稼動停止を検知する設備稼動検知手段、ワーク検知手段と作業者検知手段と設備稼動検知手段とによる検知結果を用いて、工程を第一の軸、時間を第二の軸にとり、工程上及び時間上のワークと作業者の位置と設備の稼動状況とを視覚化したランニングチャートを描画する生産状況描画手段を備えたものである。

この発明は、以上説明したように、複数の作業者が複数のワークを手作業で生産するラインの作業について分析する作業改善分析システムであって、ラインを形成する各工程の作業エリアへの各ワークの出入りを検知するワーク検知手段、各工程の作業エリアへの各作業者の出入りを検知する作業者検知手段、ラインを構成する設備の稼動開始及び稼動停止を検知する設備稼動検知手段、ワーク検知手段と作業者検知手段と設備稼動検知手段とによる検知結果を用いて、工程を第一の軸、時間を第二の軸にとり、工程上及び時間上のワークと作業者の位置と設備の稼動状況とを視覚化したランニングチャートを描画する生産状況描画手段を備えたので、ラインの作業状況を一目で把握することができ、異常の発見を容易に行うことができる。

この発明の実施の形態１による作業改善分析システムを示す構成図である。 この発明の実施の形態１による作業改善分析システムの生産状況描画部を示す構成図である。 この発明の実施の形態１による作業改善分析システムの生産状況描画部により描画されるランニングチャートを示す図である。 この発明の実施の形態１による作業改善分析システムの生産ラインのレイアウト例を示す図である。 この発明の実施の形態１による作業改善分析システムの生産状況描画部により描画される補助グラフ１を示す図である。 この発明の実施の形態１による作業改善分析システムの生産状況描画部により描画される補助グラフ２を示す図である。 この発明の実施の形態１による作業改善分析システムのランニングチャートにおける設備依存のトラブルを示す図である。 この発明の実施の形態１による作業改善分析システムのランニングチャートにおける別の作業者依存のトラブルを示す図である。 この発明の実施の形態１による作業改善分析システムのランニングチャートにおける設備トラブル発生時の対応を示す図である。 この発明の実施の形態１による作業改善分析システムのランニングチャートにおける手戻りの異常を示す図である。 この発明の実施の形態１による作業改善分析システムのランニングチャートにおける作業手順の異常を示す図である。

実施の形態１．
この発明は、複数の作業者が、各人一つまたは複数の工程を受け持ち、手作業で複数の機種製品（以降、ワークという）を組立、検査を行うことで、ワークを製造するラインにおいて（例えば図４のようなライン）、各検知部により、ワーク、作業者、設備のデータを取得し、これらを視覚化することにより、生産性の異常を視覚的に判断し、改善へのフィードバックの高速化、効率化を支援するものである。
図１は、この発明の実施の形態１による作業改善分析システムを示す構成図である。
図１において、作業改善分析システム１は次のように構成されている。
作業者位置データ検知部２（作業者検知手段）は、作業者の位置データを検知する。ここで、作業者位置データとは、どの作業者がどの工程にいつ居たのかを示すデータである。作業者位置データ検知部２は、例えば、各作業者に持たせたＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ：電磁界や電波などを用いた近距離（周波数帯によって数ｃｍ〜数ｍ）の無線通信によって識別情報を含む情報をやりとりする）タグと、それを読み取るために各工程に設置したＲＦＩＤリーダーにより構成される。作業者位置データ検知部２は、各作業者の各工程の作業エリアへの出入りの検知を行い、検知時刻、作業者及び工程のデータを作業者位置データ記録部３に送る。
作業者位置データ記録部３は、作業者位置データ検知部２によって検知された作業者の位置データを記憶装置に時系列に記録する。

ワークの工程履歴データ検知部４（ワーク検知手段）は、ワークの工程履歴データを検知する。ここで、ワークの工程履歴データとは、どのワークがどの工程にいつ居たのかを示すデータである。ワークの工程履歴データ検知部４は、各工程の作業エリアへの各ワークの出入りの検知を行い、検知した時刻を、ワークＩＤ、工程ＩＤなどのデータとともに、ワークの工程履歴データ記録部５へ送る。ワークの工程履歴データ検知部４は、例えば、各ワークに取り付けたＩＣタグ（記憶装置と無線通信の機能をもつタグ）と、それを読み取るために各工程に設置したＩＣタグリーダーによって構成される。
ワークの工程履歴データ記録部５は、ワークの工程履歴データ検知部４によって検知されたワークの工程履歴データを記憶装置に時系列に記録する。

設備稼動データ検知部６（設備稼動検知手段）は、設備の稼動データを検知する。ここで、設備稼動データとは、少なくとも、どの設備が、いつ稼動を開始、停止したのか、いつトラブルにより停止、回復したのかを示すデータである。設備稼動データ検知部６は、例えば、設備に取り付けられたＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラー）により構成されている。各設備から出力される稼動開始信号、稼動停止信号、異常信号、異常回復信号をＰＬＣのメモリデータに記憶しておく。設備稼動データ検知部６は、このＰＬＣのメモリデータに記憶されたこれらの信号とその発生時刻を取得し、設備ＩＤとともに設備稼動データとして設備稼動データ記録部７へ送る。
設備稼動データ記録部７は、設備稼動データ検知部６によって検知された設備稼動データを記憶装置に時系列に記録する。

生産状況描画部８（生産状況描画手段）は、作業者位置データ記録部３、ワークの工程履歴データ記録部５、設備稼動データ記録部７を介して、作業者位置データ、ワークの工程履歴データ、設備稼動データを取得し、これらの取得したデータを一つのチャートに描いたランニングチャートと、時間当たりの出来高推移のグラフである補助グラフ１と、作業リードタイム推移のグラフである補助グラフ２とを描画し、表示装置９に表示する。

なお、実施の形態１では、作業者位置データ記録部３とワークの工程履歴データ記録部５と設備稼動データ記録部７とを１台の計算機で構成し、生産状況描画部８を１台の計算機で構成する。
しかし、この構成に限らず、作業者位置データ記録部３とワークの工程履歴データ記録部５と設備稼動データ記録部７と生産状況描画部８とを１台の計算機で構成してもよく、また別の構成を取ってもよい。

図２は、この発明の実施の形態１による作業改善分析システムの生産状況描画部を示す構成図である。
図２において、生産状況描画部８は、次のように構成されている。
データ取得部１１は、作業者位置データ記録部３、ワークの工程履歴データ記録部５、設備稼動データ記録部７を介して、記憶装置から、それぞれ作業者位置データ、ワークの工程履歴データ、設備稼動データを取得する。この場合、必要なデータの期間等を条件指定してデータ取得できるようになっている。
ランニングチャート用データ整理部１２は、データ取得部１１により取得されたデータを用いて、ランニングチャートを描画するためのデータの整理を行う。この整理では、工程別に時系列にワークと作業者と設備の情報を整理する。
ランニングチャート描画部１３は、ランニングチャート用データ整理部１２によって整理されたデータを用いて、後述する図３に示すランニングチャートを描画する。

補助グラフ１用データ整理部１４は、データ取得部１１により取得されたデータを用いて、補助グラフ１を描画するためのデータの整理を行う。この整理では、時間当たりの出来高を計算する。この計算は、単位時間内で、最終工程の完了時刻をもつデータ数（完成品ワーク数）をカウントして得る。
補助グラフ１描画部１５は、補助グラフ１用データ整理部１４によって整理されたデータを用いて、後述する図５に示す補助グラフ１を描画する。
補助グラフ２用データ整理部１６は、データ取得部１１により取得されたデータを用いて、補助グラフ２を描画するためのデータの整理を行う。この整理では、ワークごとの作業リードタイムの計算を行う。
この計算では、各ワークに、次の式（１）を適用して算出する。
作業リードタイム＝最終の工程完了時刻−最初の工程着手時刻−最終の工程完了時刻と最初の工程着手時刻の間の休憩時間 ・・・・・（１）
補助グラフ２描画部１７は、補助グラフ２用データ整理部１６によって整理されたデータを用いて、後述する図６に示す補助グラフ２を描画する。

図３は、この発明の実施の形態１による作業改善分析システムの生産状況描画部により描画されるランニングチャートを示す図である。
図３において、ランニングチャートは、工程ごとに、ワークと作業者と設備の状況を時間軸に表したもので、マンマシンマテリアルを同じチャートに表示するものである。
図３のランニングチャートは、縦軸に工程、横軸に時刻をとり、ワーク工程通過を機種毎に色分けして線表記し、作業者位置を作業者（図ではＡ、Ｂ、Ｃ）毎に色分けされた波線で表記し、設備トラブルの発生時間を該当の工程を四角で囲って表記している。ランニングチャートでは、ある時刻における、ワークと作業者の工程位置が同じ場合には、その作業者はそのワークに対して作業を行っているとみなす。
ワークごと及び作業者ごとに色分けして表示することにより、各工程の作業状況が一目で判るようになっている。
なお、図３では、各工程に１人の作業者が作業しているように描いているが、同じ工程で別の作業者が作業することもある。

図４は、この発明の実施の形態１による作業改善分析システムの生産ラインのレイアウト例を示す図である。
図４において、５台のステーションと３台の検査機からなる生産ラインに４人の作業者が配置され、それぞれ担当するステーションまたは検査機が決められている。なお、同じステーションまたは検査機を複数の作業者が担当する場合もある。

図５は、この発明の実施の形態１による作業改善分析システムの生産状況描画部により描画される補助グラフ１を示す図である。
図５において、補助グラフ１は、時間当たりの出来高推移を示すグラフであり、目標ラインと実績値が示される。実績値が目標ラインを大幅に下回る場合は問題がある場合である。縦軸に完成品のワークの個数をとり、横軸に時刻を取っている。

図６は、この発明の実施の形態１による作業改善分析システムの生産状況描画部により描画される補助グラフ２を示す図である。
図６において、補助グラフ２は、作業リードタイムの推移を示すグラフであり、余裕率を加味した設定リードタイムと、余裕率を加味しない設定リードタイムと、実績である作業リードタイムが示され、作業リードタイムが、余裕率を加味した設定リードタイムを示す線と余裕率を加味しない設定リードタイムを示す線の間からはみ出す場合は問題がある場合である。縦軸に、時間（秒）を取り、横軸に、個別のワークを取っている。

図７は、この発明の実施の形態１による作業改善分析システムのランニングチャートにおける設備依存のトラブルを示す図である。
図７において、作業者Ａのワーク３に対する作業２１は、設備のトラブルに対応した作業であることを示している。

図８は、この発明の実施の形態１による作業改善分析システムのランニングチャートにおける別の作業者依存のトラブルを示す図である。
図８において、作業者Ａのワーク３に対する作業２２は、通常の作業時間より長く、これは作業者依存のトラブルであることを示している。

図９は、この発明の実施の形態１による作業改善分析システムのランニングチャートにおける設備トラブル発生時の対応を示す図である。
図９において、作業者Ａのワーク３に対する作業中の不在２３は、設備トラブル発生に伴い、不在となっていることを示している。

図１０は、この発明の実施の形態１による作業改善分析システムのランニングチャートにおける手戻りの異常を示す図である。
図１０において、作業者Ａのワーク２に対する手戻り作業２４は、手戻りの異常であることを示している。

図１１は、 この発明の実施の形態１による作業改善分析システムのランニングチャートにおける作業手順の異常を示す図である。
図１１において、作業者Ａのワーク２の作業の途中に行われたワーク３の作業２５は、作業手順の異常であることを示している。

次に、動作について説明する。
図４に示すように、複数の作業者が、各人一つまたは複数の工程を受け持ち、手作業で複数のワークを組立、検査を行うことで、製品を製造する生産ラインについてのものである。図１に示す作業者位置データ検知部２とワークの工程履歴データ検知部４と設備稼動データ検知部６とにより、どの作業者がどの工程にいつ居たのかを示す作業者位置データと、どのワークがどの工程にいつ居たのかを示すワークの工程履歴データと、少なくとも、どの設備が、いつ稼動を開始、停止したのか、いつトラブルにより停止、回復したのかを示す設備稼動のデータとを取得する。
次いで、生産状況描画部８により、これらのデータを用いて作業の状況を視覚化することにより、生産性の異常を視覚的に判断し、改善へのフィードバックの高速化、効率化をはかる。

すなわち、生産状況描画部８で、作業者位置データ、ワークの工程履歴データ、設備稼動データにより、図３のようなランニングチャートを作成するとともに、少なくとも図５の補助グラフ１や図６の補助グラフ２を作成する。
図３のランニングチャートは、縦軸に工程、横軸に時刻をとる。ワーク工程通過を機種毎に色分けして線表記し、作業者位置を作業者毎に色分けされた波線で表記し、設備トラブルの発生時間を該当の工程を四角で囲って表記している。ある時刻における、ワークと作業者の工程位置が同じ場合には、その作業者はそのワークに対して作業を行っているとみなす。
このようなランニングチャートの表示により、各工程の作業状況が一目で判るようになっている。

図５は、時間当たりのワークの生産出来高の推移と、生産目標を折線グラフで示した図であり、この図５から、時間当たりの生産出来高が、著しく生産目標ラインを下回っていれば、該当する時間帯において、何らかの異常があったと判断することができる。

また、図６は、各ワークの作業リードタイムと、設定上の作業リードタイム（余裕率なし）と、設定上の作業リードタイム（余裕率あり）を、折線グラフで示した図であり、各ワークの作業リードタイムは、設定上の作業リードタイム（余裕率なし）と、設定上の作業リードタイム（余裕率あり）の間で推移するのが望ましく、この間からはみ出す場合に、該当のワークにおいて何らかの異常があったと判断することができる。

次に、ランニングチャート、補助グラフ１及び補助グラフ２からなされる異常判断について例をあげて説明する。
まず、図５の補助グラフ１や図６の補助グラフ２により、異常があるかどうかの判断を行う。異常がある場合、図３のランニングチャートにより、該当する時間帯での作業状況の確認を行う。ランニングチャートに設備の異常が見られる場合には、即座に設備異常と判断する。設備依存の異常ではない場合は、作業者依存の異常だと判断できる。
作業者依存の場合には、長時間作業、手戻り、作業手順違いなどの異常があるが、ランニングチャートを確認することで、即座に判断することができる。

次に、ランニングチャートから判断される各種の異常について説明する。
まず、図７の場合は、ワーク３において、作業リードタイムの異常が検出されるが、該当ワークの作業中に設備のトラブルが発生しているため、生産遅延の原因は設備にあると判断することができる。また、設備トラブルが発生した時の作業者の対応として、設備のトラブル対応に当たっていたと判断することができる。

次に、図８の場合では、ワーク３において、作業リードタイムの異常が検出されるが、設備トラブルの発生もなく、作業手順の異常も記載されていない。よって、何らかの影響で作業時間が大きくなったことを示しており、生産遅延の原因は作業者にあると判断することができる。すなわち、作業者依存のトラブルである。

次に、図９の場合は、ワーク３において、作業リードタイムの異常が検出され、設備トラブルと作業手順の異常が発生したことが表示されている。この時の作業者の対応として、作業者がどの工程にも不在であったことから、人を呼びに入ったか、あるいは工具を取りに行くなど、設備トラブルの回復のためラインを離れていたと判断することができる。

次に、図１０の場合は、作業者とともにワークが前工程に戻っているため、作業の手戻りであると判断することができる。

次に、図１１の場合は、ワークの位置は変わらないのに対し、作業者だけが前工程に戻っていることから、作業手順の異常があったと判断することができる。

実施の形態１によれば、ラインの生産状況を一目で把握できるように視覚化することで、従来行ってきたビデオ分析による異常発見の手間が軽減される。
また、ラインのワークと作業者の作業状況を一目で把握できるので、異常の発見を容易にし、さらに異常の種類を把握しやすくすることができる。このため、異常を探す時間を削減することができる。

１ 作業改善分析システム
２ 作業者位置データ検知部
３ 作業者位置データ記録部
４ ワークの工程履歴データ検知部
５ ワークの工程履歴データ記録部
６ 設備稼動データ検知部
７ 設備稼動データ記録部
８ 生産状況描画部
９ 表示装置
１１ データ取得部
１２ ランニングチャート用データ整理部
１３ ランニングチャート描画部
１４ 補助グラフ１用データ整理部
１５ 補助グラフ１描画部
１６ 補助グラフ２用データ整理部
１７ 補助グラフ２描画部

Claims (5)

1. 複数の作業者が複数のワークを手作業で生産するラインの作業について分析する作業改善分析システムであって、
   上記ラインを形成する各工程の作業エリアへの各ワークの出入りを検知するワーク検知手段、
   上記各工程の作業エリアへの各作業者の出入りを検知する作業者検知手段、
   上記ラインを構成する設備の稼動開始及び稼動停止を検知する設備稼動検知手段、
   上記ワーク検知手段と上記作業者検知手段と上記設備稼動検知手段とによる検知結果を用いて、上記工程を第一の軸、時間を第二の軸にとり、上記工程上及び上記時間上のワークと作業者の位置と上記設備の稼動状況とを視覚化したランニングチャートを描画する生産状況描画手段を備えたことを特徴とする作業改善分析システム。
2. 上記生産状況描画手段は、上記ランニングチャートの描画に当たって、上記ワーク別及び上記作業者別に色分けして表示することを特徴とする請求項１記載の作業改善分析システム。
3. 上記設備稼動検知手段は、上記設備にトラブルが発生した場合に上記設備のトラブルの発生時刻と上記トラブルからの回復時刻を検知するように構成され、
   上記生産状況描画手段は、上記設備稼動検知手段によって検出された上記設備のトラブルを、上記ランニングチャートに反映させることを特徴とする請求項１または請求項２記載の作業改善分析システム。
4. 上記生産状況描画手段は、時間当たりのワークの完了数の推移を示すグラフを描画することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の作業改善分析システム。
5. 上記生産状況描画手段は、上記ワークの着手から完成までの作業リードタイムの推移を示すグラフを描画することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の作業改善分析システム。

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