JP2015506021A - 製造プラントの運転方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、製造プラント（１０）に設置される制御システムにより少なくとも１つの作業ステップを実行するための、複数のワークステーション（１２）を有する製造プラント（１０）の運転方法に関し、制御システムによって、要求生産量に関する少なくとも１つの判断基準に基づいて人員（２０）又はロボット（２２）がワークステーション（１２）に割り当てられ、各々の人員（２０）又はロボット（２２）には１つ又は複数のワークステーション（１２）を割り当てることができる。【選択図】 図１

Description

本発明は、請求項１の前段に記載の製造プラントの運転方法に関する。

人員もロボットも投入される製造プラントは、通常は製造プラントの特定のワークステーションが人手で操作され、別のワークステーションがロボットで操作されるように建設されている。このような観点から、製造プラントの設計は、人員又はロボットへのワークステーションの割り振りが厳密に指定されているため融通が利かない。したがって通常は、ロボットがそれぞれのワークステーションに固定的に設置されるため、製造プラントのフレキシブルな転換ができず、個々のユニットが故障するとプラント全体が停止してしまう。搬送システムも固定的に据え付けられることが多いことと共に、それによってプラントの活用時間が固定されるため、プラントの処理量をその時点の必要生産量にフレキシブルに調整することができない。

特許文献１から、実行されるべき作業ステップに応じてロボットが異なる作業スペースに移動され、そこで実行されるべき作業ステップに関するタスクを人員に引き継ぐことによって人員と協働する移動ロボットが投入されるダイナミックオートメーション方式が公知である。このようなシステムは、ロボットの自走する性質を利用してより高いフレキシビリティを備えているが、そのプログラミングの必要性が高いため、この場合でも変更は簡単には実行できない。

欧州特許第１ ５７０ ３２４ Ｂ１号明細書

したがって本発明の課題は、異なる要求生産量に製造プラントの運転をフレキシブル且つ簡単に適応させることができる、請求項１の前段に記載の製造プラントの運転方法を提供することにある。

上記の課題は、請求項１の特徴を有する方法によって解決される。

このような方法は、それぞれの作業ステップのうち少なくとも１つを実行するための複数のワークステーションを有する製造プラントの運転に関するものである。製造プラントを運転するため、製造プラントに関連する制御システムが備えられる。本発明によれば、制御システムによって、要求生産量に関する少なくとも１つの判断基準に基づいて人員又はロボットがワークステーションに割り振られ、各々の人員又はロボットには１つ又は複数のワークステーションを割り当てることができる。言い換えると、製造プラントをどの時点でも最適に活用して運転するために、制御システムによってその都度必要な人員又はロボットをフレキシブル且つ需要に見合うように製造プラントの個々のワークステーションに割り振ることができる。フレキシブルな割り振りによって更に、故障したロボットなどを問題なく交換し、又はその故障を場合によっては人員による作業を投入して短期間で切り抜けることができる。したがって、このような方法により更に製造プラントの特に支障のない運転が可能になる。更に、使用するロボットと人員の数が可変であるため、製造プラントのサイクル速度を、起こりうる外部のニーズに問題なく適応させることができる。

ここで、要求生産量に関する判断基準として、製造予定の製品個数を用いることが特に有利である。それによって、仕事量に見合った製造プラントの活用が常に保証される。

好適な実施形態では、製造すべき個数が第１の閾値以下である場合は、ワークステーションに人員のみが配置される。したがって、少ない生産個数しか必要としない小規模量産、連続生産の立ち上げ、又はその他の状況では、このような個数では活用されないロボットを投入することは非効率的であるため、人手だけが使われる。更に、生産個数が特に少ない場合は、個々の人員が複数のワークステーションを操作するため、各々の人員は最適に活用され、人手が余ることはない。

製造すべき個数が、製造プラントに人員のみが配置される場合の閾値以上であるが、第２の閾値未満である場合は、ワークステーションには人員もロボットも割り振られる。これは制御装置によって極めて迅速に行うことができるため、生産力を短期間だけ増大する場合は、人員はロボットによってサポートされる。

第２の閾値を超えると、すなわち例えば連続フル操業での大量の製造個数の場合は、オートメーションの利点をフル活用し、人手が余らないようにするため、全てのワークステーションにロボットだけが配置される。

したがって全体として、製造プラントの全ての操業状態で、人員とロボットは、人員もロボットも常に最適に活用され、生産力もリソースも浪費されることがないように割り振られる。

この方法を実施する際に、目前にせまる周囲の物体との衝突を検知し、それを検知した場合は動作手順を中断するように設計されたロボットを使用することが特に好適である。それによって、至近エリア、例えば個々のワークステーション内での人員とロボットとの安全な協働作業が可能になる。

その代替として、又はそれに加えて、ロボットを囲む円錐形のエリアをスキャンし、物体又は人員がこのエリア内に進入するとロボットの動作手順を中断する、割り当てられたレーザースキャナを各ロボットに設置することができる。ロボットによる能動的な衝突検知、並びに割り当てられたレーザースキャナによって、安全フェンスなどの必要なくロボットと人員との衝突を確実に避けることができる。それによって、製造プラント内のロボットの必要スペースが小さくなり、同時にロボット配置のフレキシビリティが高まる。特にロボットの配置替えは、高価な安全装置を解体したり、再び組み立てる必要がないため、問題なく行われる。

好適には、ロボットと人員を同時に投入する場合は、各ロボットにそのつど１つの作業タスクが割り当てられ、各人員にそのつど複数の作業タスクが割り当てられる。それによって各人員は例えば複数のロボットを操作し、それらに一次製品を供給することができる。このような配置は人員の特別なフレキシブルビリティを活用し、一方、ロボットは例えば特に迅速に実行される反復的なタスク向けに投入される。

更に、ワークステーションにおいて人員によってもロボットによっても操作可能なそれぞれの工具が使用されることはワークステーションの最適な活用のために好適である。それによって、配置転換の際にワークステーションをそのつど新たに人員又はロボットに適応させなくてもよく、直ちに再使用できる。そのために、例えば人手用に設計された工具を使用するようにロボットを設計することができる。そのためにロボットの操作が適応化されよう。代替として、例えば２つの操作エリアを有する適宜に適応化された工具を使用することができる。第１の操作エリアは人手に人間工学的に適応化され、一方、第２の操作エリアはロボットの操作装置と一体化するように設計される。

少なくとも一人の人員、及び／又は少なくとも１台のロボットによって運転されるワークステーションに別の人員によって一次製品及び／又は材料が供給されれば有利である。このことはとりわけ、作業工程が、例えばある所定の部品又は一次製品が収納ボックスにストックされなければならず、効率的に自動化できないようになっていれば有意義である。

以下に図面を参照して本発明及びその実施形態をより詳細に説明する。

仕事量が低い場合の、本発明の方法の実施形態を実施するための製造プラントを示す図である。 仕事量が中間的な場合の、図１に示す製造プラントの図である。 近傍エリアで働く人員の安全のために設置されたレーザースキャナを有する、本発明の方法の実施形態で使用するロボットを示す図である。

ここでは自動車ギヤの製造用に設計された、全体として１０で示す製造プラントは、明解にするために全てには符号を付していない作業面１４と貯蔵容器１６とを含む複数のワークステーション１２を含んでいる。ワークステーション１２には更に、例えばプレス機１８などの工作機械が設置されている。

異なる仕事量のもとで製造プラント１０をそのつど最適に運転できるようにするため、制御装置（図示せず）が備えられている。制御装置は製造予定の個数、又は製造された製品の製造予定のバリエーションの個数に関する情報を受信し、この情報からワークステーション１２を配置するコマンドを生成する。

図１に示す状況では、製造プラント１０の稼働率は低い。この状況は、例えば小規模量産又は連続生産の立ち上げの際に生じることがある。したがって製造プラント１０は、全てのワークステーション１２を操作し、そこで予定されたそれぞれの作業ステップを実行する一人の人員２０だけで操作される。人員２０は、所定の手順で半円形に配置されたワークステーション１２を横切り、それによって各製品を完全に単独で製造する。

製造予定の商品の需要が高まると、製造プラント１０の個々のワークステーション１２を担当するように別の人員２０を移動させることができる。そこで各人員は１つ又は２つのワークステーションを操作し、そのつど作製された部分製品はワークステーション１２間で引き渡される。

製造需要が更に増大すると、製造プラント１０には図２に示すように、補助的にロボット２２を割り振ることができる。ロボットは可動卓２４上に設置され、可動卓は、ロボット２２に操作されるワークステーション１２へ移動される。そこで製造プラント１０での製造の中間製品は、人員とロボットが配置されたワークステーション１２の間を行き来し、それによってより高い処理量が可能になる。人員２０は好適にはフレキシブルなタスクを果たし、一方、ロボット２２はそのつど組み立てステーション１２の所定の作業範囲にプログラムされる。その際、プログラミングは人員２０によって例えばいわゆる教示の形態で行われる。例えばＲＦＩＤチップなどのワイヤレスで動作するプログラミング手段をワークステーション１２に割り当てることも可能である。このプログラミング手段はそれぞれのワークステーション１２に割り当てられた作業プログラムをロボット２２に伝送するので、ロボットは所定位置に移動されるだけでよく、必要なタスクを直接担うことができる。

製造プラント１０の仕事量が更に増大すると、個々の人員２０は、特に高い処理能力を達成するため、最終的に全てのワークステーション１２がロボット２２で占められるまで、更に別のロボット２２と交代することができる。

全体として、このように製造プラント１０を、必要な全ての稼働レベルに適応させることができ、その際、製造プラント１０を変動する製造需要に迅速に適応させるため、制御装置の命令による製造プラント１０の構成の変更をリアルタイムで行うことができる。

人員２０とロボット２２との協働作業を製造プラント１０の狭いスペースで可能にするため、ロボットは特別の安全措置を備えていなければならない。例えば、図３に示すように、ロボット２２にはロボット２２の周囲の円錐形のエリア２８をスキャンするための対応するレーザースキャナ２６を備えることができる。このエリアは安全用立ち入り禁止ゾーンである。レーザースキャナ２６が人員２０の進入によりエリア２８、すなわち立ち入り禁止ゾーンが侵犯されたことを確認すると、人員２０が危険に晒されないようにエリア２８内でのロボット２２の動きが中断される。このような外部のレーザースキャナの他に、ロボット２２は、物体又は人員との差し迫る衝突を検知し、そのような場合は、ロボット２２の動作再開が全ての関与者にとっての安全になるまでロボット動作工程を中断する独自の衝突検知システムを備えることもできる。

同じワークステーション１２での人員２０とロボット２２の投入を交代するため、ワークステーション１２では更に、好適には人員２０もロボット２２も使用可能な工具だけが使用される。そのため工具は、例えば人員の持ち手とロボットの持ち手のための異なる２つの操作エリアを有するように適応化される。あるいは、人員の操作のために人間工学的に設計された工具を使用できるようにロボット２２を適応化することができる。その際、ロボット２２が、損傷を避けるため同じ工具を使用して工作物にどの程度の力を加えるかを確認できる力センサ、又はモーメントセンサを使用できれば特に好適である。

Claims (10)

1. 製造プラント（１０）に設置される制御システムにより、少なくとも１つの作業ステップを実行する複数のワークステーション（１２）を有する製造プラント（１０）の運転方法であって、
   前記制御システムによって、要求生産量に関する少なくとも１つの判断基準に基づいて人員（２０）又はロボット（２２）が前記ワークステーション（１２）に割り当てられ、各々の人員（２０）又はロボット（２２）には１つ又は複数のワークステーション（１２）を割り当てることができることを特徴とする運転方法。
2. 前記要求生産量に関する判断基準が、製品の製造予定個数であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記製造予定個数が第１の閾値未満である場合は、前記ワークステーション（１２）に人員（２０）のみが割り当てられることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記製造予定個数が第１の閾値以上であり、且つ第２の閾値未満である場合は、前記ワークステーション（１２）に人員（２０）及びロボット（２２）が割り当てられることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の方法。
5. 前記製造予定個数が前記第２の閾値以上である場合は、前記ワークステーション（１２）にロボット（２２）のみが割り当てられることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の方法。
6. 差し迫る周囲の物体との衝突を検知し、衝突を検知した場合は動作手順を中断するように設計されたロボット（２２）が使用されることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記ロボット（２２）を囲む円錐形のエリア（２８）をスキャンし、該エリア（２８）内に物体又は特に人員が進入すると前記ロボット（２２）の動作手順を中断する割り当てられたレーザースキャナ（２６）が各ロボット（２２）に設置されることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の方法。
8. ロボット（２２）と人員（２０）とを同時に投入する場合は、各ロボット（２２）に１つの作業タスクが割り当てられ、各人員（２０）に複数の作業タスクが割り当てられることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記ワークステーション（１２）内で、人員（２０）により、及びロボット（２２）により操作できる工具が使用されることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の方法。
10. 少なくとも一人の人員（２０）、及び／又は少なくとも１台のロボット（２２）によって運転される、少なくとも１つのワークステーション（１２）に別の人員（２０）によって一次製品及び／又は材料が供給されることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の方法。

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