JP2019168912A - 建設における生産管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】熟練者の動きについて時間軸を伴った状態で軌跡として監視すると同時に、その視界についても適宜画面に固定し、これらを解析したうえで未習熟者が客観的に熟練者の動き全体を把握する。【解決手段】三次元平面を自由に動く作業者に装着し、デジタル化した情報を記録するデータロガーと、ＧＰＳ通信によって定期的に三次元座標を受信し、このデータロガーに座標情報を出力するＧＰＳ受信装置と、動画または静止画を撮影してデジタル情報として前記データロガーに出力するカメラ装置と、前記作業者の動作を加速度として捉える加速度センサ、および回転を捉えるモーションセンサの情報を前記データロガーに出力するセンサとを有する作業者装着装置を備える一方、前記データロガーに記録された各種デジタル情報を読み取って予めインストールされたプログラムに沿って前記デジタル情報を可視化する制御装置からなる。【選択図】図１

Description

この発明は、建設業などの生産活動の現場において、熟練技能者（以下、熟練者という。）の動作を追跡して定量化し、未習熟な技能者（以下、未習熟者という。）に対する行動指針を与えるための生産管理システムに関するものである。

建設業や土木業などでは、純粋な客観的技術を利用するのみならず、熟練者の培ってきた勘や技量によって作業を遂行することが生産性能の要であり、これらを未習熟者が伝承して受け継ぐことによってこれらの者も熟練者として育ってきた。しかしながら、現状では熟練者の数が減少しているので、技量などを伝承する機会が減少している。そしてこの現象が未習熟者の勘や技量を熟練者程度まで育成することの障害となっており、より熟練者の総数が減少するという負のループを形成する一因となっている。その結果、建設現場では予定通りの工期を維持することがますます困難になろうとしている。

特開２０１７−１９１４９０号公報

ところで、上記従来の熟練者が減少傾向にあることに着目して、ベテラン社員と非ベテラン社員の能力を対比してベテラン社員の技能を非ベテラン社員へ伝承することを目的とした発明として、特許文献１に記載するような発明が公知である。この特許文献１では、各ユーザがウェアラブル端末を装着してこれを監視するものであるが、監視対象は各ユーザの視線である。

建設現場では作業員は現場において何を見ているかということは重要である。しかしながら、そのほかにも広大な現場ではどのようなルートを選択して作業現場に到着するか、あるいは作業現場にどれぐらいの時間とどまるかということも同様に重要である。公知文献１に記載された発明では作業員の視線を重視しており、作業員の活動全域にわたって監視しながら有効な情報を入手しようとするものではない。そして、ベテラン社員の視線を教師データとして比較対象としているが、建設作業全体の効率化を図ろうとするものではない。

本発明は、従来の課題を解決するもので、熟練者の動きについて時間軸を伴った状態で軌跡として監視すると同時に、その視界についても適宜画面に固定し、これらを解析したうえで未習熟者が客観的に熟練者の動き全体を把握することができる生産管理システムを提供することを目的とするものである。

上述した目的を達成するために本発明では、三次元平面を自由に動く作業者に装着し、デジタル化した情報を記録するデータロガーと、ＧＰＳ通信によって定期的に三次元座標を受信し、このデータロガーに座標情報を出力するＧＰＳ受信装置と、動画または静止画を撮影してデジタル情報として前記データロガーに出力するカメラ装置と、前記作業者の動作を加速度として捉える加速度センサ、および回転を捉えるモーションセンサの情報をデータロガーに出力するセンサとを有する作業者装着装置を備える一方、データロガーに記録された各種デジタル情報を読み取って予めインストールされたプログラムに沿って前記デジタル情報を可視化する制御装置を用いることとした。

さらに、データロガーと制御装置は、双方向通信によって接続される。また、データロガーとＧＰＳ受信装置は、作業者が装着するヘルメットに設けられる。データロガーとして、さらなる手段は、取り外し自在なＵＳＢメモリ装置を有することとした。ここで、本発明におけるデータロガーとは、ＧＰＳ座標や装着者の加速度、回転などの動きを測定するセンサによる測定値、カメラを介して取得した写真などの情報をメモリに記録する装置を意味し、例えばＵＳＢメモリに記録したり、いったんメモリに記録した情報を通信によって制御装置側に送信する装置の記録媒体を広く意味するものである。

本発明の生産管理システムを採用すれば、熟練者の動きを時系列で定量的に捕捉することができ、さらに何を重視していうのかについても画像によって確認することができるので、これを解析することによって未習熟者が熟練者の動作や重視している画面を学習することができ、比較的短時間で熟練者を育成することができる。

平面的な鉄筋の配筋現場を熟練者と未習熟者が目視点検を行いながら配筋作業を行った場合の動線の違いを示した写真。 熟練者と未習熟者の動作を対比して示したグラフ。 熟練者の単位当たりの移動速度と未習熟者の単位当たりの移動速度を対しして示したグラフ。 フィールドワークを行ったときの熟練者の動線、および視線と、未習熟者のそれらを比較して示した写真。

以下、本発明の好ましい実施形態を説明する。まず、本発明のシステムを適用する対象は、土木や測量の際の広大なフィールドにおける作業員の監視、および建築における鉄筋の配筋の熟練者の効率的な動作などを対象とするが、広く建設や事前調査のためのフィールドワークにおける作業員の動作を監視してその動きや視認する対象を追跡することにある。

本発明を実施するために不可欠な機器の一部として、熟練者や未習熟者が装着するデータロガーがある。このデータロガーは、例えば作業時に日常装着している防護用のヘルメットに設けられるもので、装着者の位置を座標として特定することができる。位置の特定はＧＰＳ通信装置によって行い、ＧＰＳ通信によって獲得した相対位置情報を時間情報とともに内臓のメモリに記録する。通信頻度は任意であり、メモリに書き込む頻度についても任意であるが、装着者の軌跡を詳細に認識するのであれば頻度を高くする。なお、ＧＰＳによる通信については公知の技術を採用する。すなわち、本実施形態ではＧＰＳ通信によって平面的な二次元座標のみならず、高低差についても座標を検出することができるので、三次元座標として捉えることになる。さらに、データロガーはヘルメットなどに装着したＣＣＤカメラによって画像を取得したデータを記録する。カメラによる画像取得については、適宜時間間隔で定期的に取得する手段でも、装着者が任意に固定した画像を取り込む手段でもよい。

データロガーでは、ヘルメットに同じように設けられた加速度センサやモーションセンサによって、作業員の動きや視線方向を計測し、作業員がどのように動いているか、および停止状態においてどのように回転しているかについても記録する。

なお、データロガーに記録された各デジタル情報は、例えばＵＳＢメモリに記録し、記録したＵＳＢメモリの端子を制御装置に接続したうえでデータを読み出す方法でもよいし、ヘルメットなどに別途設けられた通信装置によってオンデマンドで受信装置側にデータ送信を行うこともできる。オンデマンドによってデータ送信を行うことによって、装着者の現在位置を遠隔地から特定することが可能となるので、管理者側において装着者の安全管理に利用することも可能である。

なお、本発明では作業員の動作をＧＰＳで監視しているので、ＧＰＳ装置がＧＰＳ衛星からの信号を捕捉することができない地下やトンネル内では実際の軌跡を追跡することはできない。この場合には、信号が消滅した点と認識した点の間を、二次元座標で示し、その間の信号が途絶えている時間を計測して予測軌跡を描画することもある。

次に、加速度、地磁気、ジャイロ、対象物の温度、環境温度、湿度、現在の大気圧、あるいは光などを計測するセンサデバイスについてもヘルメット、あるいは装着者の適宜箇所に装着し、装着者の動態を計測する手段も採用する。そして、これらの情報についてもデータロガーに記録する。その後、計測したデータを同様にして管理者側に設けられている制御装置に読み出す。その後、所定のプログラムによってそれぞれのデータを定量化する。

なお、作業員と管理側とは、適宜な手段を用いて交信する。たとえば、映像を介して状況を確認し、必要な静止画を受信し、相互に情報を交換する。また、遠隔地にいる作業員のアドバイスを受けながら管理側では管理すべきポイントを逸脱しないように適宜指示を行い、必要であれば緊急情報を作業員に与えるなど、双方向通信によって情報の交換を行う。

次に、管理者側に備えられた制御装置側の動作について説明する。制御装置とは、コンピュータを中心に各種の制御を行い、予めインストールされたプログラムに沿って情報の解析を行う装置である。なお、作業員との双方向通信を行う装置も本実施形態では制御装置に含む。制御装置では、予めインストールされたプログラムを作動させ、作業員から通信によって送信されたデータを入力し、あるいはデータロガーから直接データを入力することによって、計測情報を可視化させる。具体的には、動線、視線、標高の軌跡を描画することによって、作業員の移動距離や移動速度をグラフ化する。

図１は、平面的な鉄筋の配筋現場をそれぞれ熟練者と未習熟者が目視点検を行いながら配筋作業を行った場合の動線の違いを示したものであり、１が熟練者の動線、２が未習熟者の動線を示し、ＧＰＳ座標を計測した複数の測点を時系列に沿ってつないだ図形である。両者を比較すると、熟練者のほうが未習熟者よりも無駄な動きが少ないことがわかる。図２は、それぞれの動作をグラフ化して示したものであり、図２ａは熟練者の移動距離、図２ｂは未習熟者の移動距離を示す。図１と図２を総合的に観察すると、熟練者の方が未習熟者に比べると移動範囲は全体として狭いにもかかわらず、移動距離が長いことを示しており、移動の最終段階に至っても熟練者の移動速度は落ちないことが示されている。また、図３ａは熟練者の単位当たりの移動速度、図３ｂは未習熟者の単位当たりの移動速度を示しており、熟練者は全体の移動速度がやや加速しているのに対して、未習熟者においてはやや減速傾向にあることが示されている。これらから、熟練者の行動を習熟することによって、効率の良い作業を行うことが可能となる。なお、これらの結果には、予め決められた時間単位のＧＰＳ座標など、データロガーに記録された情報から適宜選択して用いられる。

図４は、作業者がインフラを整えるためにフィールドワークを行ったときの熟練者の動線１、および視線３と、未習熟者の動線２と視線４を比較して示したものであり、図４ａが熟練者、図４ｂが未習熟者を示している。このように、熟練者は踏査のための動線については未習熟者と大きく相違はないものの、各地点における視線は大きく相違し、面でとらえていることを確認することができる。このように両者の動線、および視線を解析することによって、未習熟者に対してどのような動線を選択するか、および視線をどのように広げるかを学習させることが可能である。

１ 熟練者の動線
２ 未習熟者の動線
３ 熟練者の視線
４ 未習熟者の視線

Claims (5)

1. 三次元平面を自由に動く作業者に装着し、デジタル化した情報を記録するデータロガーと、ＧＰＳ通信によって定期的に三次元座標を受信し、このデータロガーに座標情報を出力するＧＰＳ受信装置と、動画または静止画を撮影してデジタル情報として前記データロガーに出力するカメラ装置と、前記作業者の動作を加速度として捉える加速度センサ、および回転を捉えるモーションセンサの情報を前記データロガーに出力するセンサとを有する作業者装着装置を備える一方、
   前記データロガーに記録された各種デジタル情報を読み取って予めインストールされたプログラムに沿って前記デジタル情報を可視化する制御装置からなることを特徴とする建設における生産管理システム。
2. データロガーと制御装置は、双方向通信によって接続される請求項１記載の建設における生産管理システム。
3. データロガーは、作業者が装着するヘルメットに設けられる請求項１または２記載の建設における生産管理システム。
4. ＧＰＳ受信装置は、作業者が装着するヘルメットに設けられる請求項１〜３のいずれか記載の建設における生産管理システム。
5. データロガーは取り外し自在なＵＳＢメモリ装置を有する請求項１〜３のいずれか記載の建設における生産管理システム。