JP2019211990A - 装置稼働率分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置稼働率の実態を把握し、装置稼働率を下げる要因や稼働率向上に寄与する要因を発見する。【解決手段】作業員の介在が必要ない自動的に装置の稼働状況に係る複数の製造指標データを収集する装置を装置に付随させてデータ収集を行い、収集後に製造指標毎及び優先順位を付けて表示することで、稼働率を下げる原因となる無理、無駄、装置停止等の状況を視覚化して解析を行う。短期と長期の稼働率を異なった解析方法で分析することで、異なった要因が発見できる。【選択図】図２

Description

本発明は、製造装置１０の稼働状況を示す電気的出力を出力種別に指標データとして収集し、蓄積し、蓄積された指標データを分析し、装置稼働率を把握する装置稼働率分析装置の技術分野に属する。

１９６０年後半以降、製造工程はPLC（プログラマブル・ロジック・コントローラー）機器２０と呼ばれる制御装置によって製造条件が管理されるようになり、製造条件により設定され、ＰＬＣ機器の機能により人間が加工に直接介在しなくても、決められた手順で１サイクルの生産作業が自動的に行える様になった。また、原料の自動供給装置や製品の自動取り出し装置を付加する事で自動生産工程を組むことができるようになった。(特許文献１の要約と選択図１) 通常、PLC機器２０によって制御されている製造装置は稼働中に状態を示すパイロットランプ３０が点滅し、製造の段階や製造装置の状態が作業者に判る仕組みになっている。時にはパイロットランプ３０だけでなく、アラームが付帯していて、緊急時の場合はその旨を音響信号で作業者に伝える工夫がされている。

近年の製造装置１０には稼働状況を監視し、記録する機能を持った稼働状況監視装置４０が付帯するものが開発された。特許文献２の要約が示すように、生産スケジュールを外部から取得して、現状の生産状況と比較し、その結果をコンピュータ画面に表示することができる。表示された結果を見て作業者は生産の遅れ又は進みを認識して、対処する事が可能になる。また、稼働状況を記録する事で、後日履歴を確認することもできる。これにより、工程毎のラインバランス（前後の製造工程に於いて製造能力の整合）を保つことができる。

現代では複数の製造装置１０に付随した稼働状況監視装置４０を通信ケーブルで接続し、相互間で通信を行いながら生産ラインの全体状況を把握することができる。また、稼働状況監視装置４０の中心に全体管理用のコンピュータ５０を置き、生産の集中管理を行うことが可能になっている。特許文献３の要約が示すように複数の３次元造型器を有線ケーブルで接続し、中央に置かれたスケジュール管理用コンピュータが前記３次元造型器から得た稼働状況を基に最適なジョブの分配を行うことができる仕組みが説明されている。

コンピュータと通信技術の発達により、製造装置１０を１台１台又は工程毎の管理から工場全体を管理する事が出来るようになり、これにより納期確保や減産時の生産対応等に柔軟な生産対応が可能となった。前記の方法は製造装置１０の空き状態を検知する事で加工していない製造装置１０に仕事を割り振り、無駄を無くす手法である。

特開２０００-７７３３８広報 特許第６２９５０００広報 特許第６１６８２０５号広報

製造工程は全てが自動化されているわけでは無く、また工場は導入年代の異なる製造装置で１０構成されている場合が多い。導入年代が異なれば、装置コンセプトの違いから製造能力や作業者が介在する割合も変わってくる。自動供給装置や自動排出装置が付属する製造装置１０に於いては前記自動供給装置や前記自動排出装置の稼働率によっても生産効率が変化する。多くの場合、一般的に生産効率の変動は装置自体の整備状態に起因するものが多いとされる場合が多く、装置の保守のみに目が向けられる結果となっている。しかし、実際には様々な要因が影響し、製造装置１０の稼働率を決定している。

先行技術では製造装置１０の監視を行っているものの、決められた生産計画に対しての遅れや進みの管理であって、製造装置１０が生産計画に対してなぜ進みや遅れを持つかを解析するツールを有する監視が行われていない。また、製造装置１０の生産能力は時や製造物と共に変化するものであり、生産能力を評価できる監視を行っていない場合も少なくない。
製造装置１０の稼働率に影響する要因としては既に述べた製造装置１０の設備的状態の他に製造要領、例えば段取りの方法や装置の立ち上げ手順、に起因する要因や作業者の能力や態度、例えば習熟度や作業規律の順守、に起因する要因等がある。

本発明が解決しようとする課題は先ず製造装置１０が現状の稼働率に留まっている理由を解明し、その中から作業効率を改善できる方法を見出し、見出された改善を実施する事で作業効率を高め、最終的には製造装置１０が最高の稼働率を引き出す方法を確立することが課題となる。
本発明の課題として含まれるものに製造装置１０を既存の使用方法で最高の稼働率を引き出すことは勿論のこと、実験計画法を用いて新たな条件を導き出すことも含まれる。 その為には現状の稼働率を正確に測定することから始まる。稼働率を測定するのに必要な指標を割り出し、割り出した指標のデータを取る事で現状の稼働率を測定し、指標データを数値化及びグラフ化して現状を把握する。（実施例１） 次に分析する時間の長さを替え、時間の長さに対応したデータ処理方法を用い、稼働率の変化を数値化及び図式化して、稼働率変動の要因を探る。前記要因には短期的な要因と長期的な要因とがあるので同じデータでも解析時間スパンを替えて行い、時間依存の稼働率変動の要因を探る。（実施例２） 更に試験モードを用いて稼働率最適化や、作業者の能力査定や必要なトレーニングを行う上での基本データ取得方法迄（実施例３）を本発明が解決しようとする課題となる。

製造装置１０が行う１サイクルの作業はPLC装置２０のシーケンスで行われる為、様々な状態を経過して作業が完了する。前記経過する作業要素を示す状態を指標と定義する。製造装置１０が作業サイクルに起因する指標、例えば電源投入、加工開始、加工中、加工終了、が挙げられる。これに設備状況を示す指標、例えばエラー停止、手動停止、が加わる。課題を解決するには指標のデータを切れ間なく安定的に、取得することが必要ある。その為、指標データ取得は定期的に且つできるだけ短い間隔で取る方が良い。次に取得した指標データを時系列に保存しておき、測定が終了した後に分析を行う。（実施例１）
指標データの分析は時間的に一定な間隔、例えば1日、１週間、１月、で行う方法をとり、分析方法も異なった集計方法で行う。分析期間や分析方法を変える事で短周期や長周期の変動が発見し易くなる。（実施例２）
指標のデータを取る手法と取ったデータを分析する方法に製造条件を変えて稼働率変動を測定した場合に適合するデータ処理方法を加える。これにより製造装置がほぼ同一環境の下で製造条件による稼働率の比較を行う手段となる。また、指標データの検索を日付以外で行い、用いた検索条件の下で指標データを時系列に並べ、比較する事で検索条件に起因する変化や推移を発見出来、前記発見が装置稼働率向上の糸口なる。（実施例３）

製造上の無駄を検知し、それを改善する事で製造コスト低減や製造期間短縮に効果がある事に加えて、最高の稼働率、つまり製造装置１０の最高の生産能力を把握する事で、注文の増減に対する生産数増減にも対応出来易くなる。また、注文数が大幅に増大する見込みがある時に設備投資をすべきか否かの判断にも役立つ。
製造装置１０の最高生産能力から最低製造コストを割り出すことができ、一時的に製造を外注化する場合、無理のない外注加工価格を提示することにもつながる。

図１は製造装置と稼働率監視を行う装置の接続とデータの流れを示す説明図である。（発明を実施するための形態） 図２は本発明の清掃装置稼働率分析装置のハードウエア構成とデータの流れを示す模式図である。（発明を実施するための形態） 図３は優先順位を付けて表示した指標データのグラフと指標単独の稼働状況を表示した指標データのグラフである。(実施例１及び２) 図４は長い期間のデータを解析する場合に用いる優先順位を付けて表示した指標データのグラフと指標単独の稼働状況を表示した指標データのグラフである。（実施例２及び３）

図１は先行技術で用いられている生産物の生産量と製造の流れを管理するシステムを示している。本発明はハードウエアの構成上は図１に近いが、本発明では生産物の生産量に基づく稼働率の管理ではなく、装置の稼働状況を管理するシステムが実施の為の形態となる。図２は本発明のハードウエア部分の接続とデータの流れを示している。次に図２を用いて本発明のハードウエアの機能とデータの流れについて説明する。

製造装置１０の稼働状態はPLC機器２０上のパイロットランプ３０で示されている。指標データ変換装置６０はパイロットランプ３０の点滅状態をON/OFF信号に変換する装置である。指標データ変換装置６０がリレー接続式の場合、変換方法はパイロットランプ３０の点滅回路にリレーを接続し、ONの場合測定子機７０から供給される電流が流れ、即ち供給された電圧値、OFFの場合は電流が流れない、即ち０Vになる仕組みになっている。指標データ変換装置７０が光学アダプタ式の場合、光学素子、例えばフォトトランジスタやフォトダイオード、を用いてパイロットランプ３０の点滅を直接電圧信号に置き換える。電圧信号に置き換えられた指標データを電流増幅して測定子機７０に送る。次に測定子機７０の機能について説明する。測定子機７０の機能は３つの機能に分けられる。先ずは指標データ変換器６０より送られてきた電圧値としての指標データをデジタル信号に変換する。デジタル信号に変換された指標データをグループ化する。グループ化された指標データを無線を用いて無線親機８０に送ることである。電圧値として送られた指標データをデジタル化する方法は、オペレーショナルアンプを用いて敷居値、１と０との境の電圧と指標データ電圧を比較して、１又は０を判定する。オペレーショナルアンプの利得は非常に大きい値、例えば１００倍や１０００倍、を用いて出力側を１又は０を確定する。デジタル化された指標データをグループ化する場合は指標データをビット単位のデータとし、より大きい単位のデータ、例えばバイトやワードに移植していく。指標データが８つあった場合の例で説明すると、第１指標データを１バイトの第１ビットに、第２指標データを前記バイトの第２ビットに移植し、同様に第８指標データは前記バイトの第８ビットに移植する方法を取る。移植された前記バイトデータは定期的に無線親機８０に無線を用いて送信される。

測定子機７０と無線親機８０の間は無線、例えば近距離無線や特定小電力無線を用いてデータの送受を行う。測定子機７０と無線親機８０はデジタル無線機で無線親機８０が特定の測定子機７０に送信した命令を受けて、指定された測定子機７０が、受けた命令を実行して、その結果を無線親機８０に伝える無線通信の方式を取り、双方向通信で通信が行われる。 図２では測定子機７０が１台しか描かれていないが、通常は無線親機を中心に測定子機を星型に配置することで、ほぼ同時に近い間隔で複数の製造装置１０の指標データを収集することが可能になる。また、無線を用いる事で稼働率測定の対象となる製造装置１０を容易に変更できる利点がある。送信するデータは数値であり、送信量が少ないので、通信に使用する無線周波数帯は９２０MHｚ帯及び２．４ＧＨｚ帯が好ましい。
無線親機８０は制御及び解析用コンピュータと有線通信ケーブル、例えば、ＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）で接続され、通信ケーブルで送られてくる命令を指定された測定子機８０に無線で送信し、指定された測定子機８０から返信された情報を伝える役目を持つ。

制御及び解析用コンピュータ９０はからの指令を電波に替えて測定子機７０へ送り出す機能と測定子機７０が送ってくる指標データを制御及び解析用コンピュータ９０へ前記有線通信ケーブルを通じて送り出す機能を持つ。制御及び解析用コンピュータ９０上では制御用ソフトウエア１００が走り、無線機器の制御やデータの取得に係る手続き、例えば命令の送出、指標データの取り込み、取り込んだ指標データの加工及び表示、加工された指標データの保存、を行う。
指標データの取り込み時刻は指標データの最初の１バイトが制御及び解析用コンピュータ９０に到達した時刻としている。前記加工された指標データは年、月、日、測定子機番号に分割されたホルダーに分けて保存される。解析ソフトウエア１１０はホルダーに保存された指標データを呼び出して、製造装置の稼働率を視覚化する機能を持ったソフトウエアである。

制御及び解析用コンピュータ９０上で解析ソフトウエアを用いて解析された指標データは装置稼働率全体管理用コンピュータ１２０に送られる。装置稼働率全体管理用コンピュータ１２０は各工程の制御及び解析用コンピュータ９０に接続されているので、工場全体の装置稼働率を把握することができる。

本実施例では指標を選択する事から始まる。製造装置の稼働率を把握するのに必要な指標は主に金銭に関連する指標、例えば電源投入、工具の運転、薬剤の投入、材料投入、または製造装置の運転に影響する指標、例えば手動停止、自動停止、材料切れ、製品排出不能、が挙げられる。本実施例では自動旋盤が１サイクルの加工を行う場合を想定して指標を４つ選択した。第１指標として電源投入、装置電源が投入されている間は可動で示され、装置電源が切られている場合は停止とし、その優先順位は最下位の第４位である。第2指標は加工中で、装置が加工サイクルに入っている場合を可動とし、加工終了後は停止となり、その優先順位は下から２番目の第３位である。第３指標は工具回転で、例えば砥石が回転している状態を可動とし、砥石が回転していない場合を停止とし、その優先順位は上から2番目の第２位なり、第４指標は切削中で、例えば砥石が加工物を実際に切削行っている状態を可動とし、切削を行っていない場合を停止とし、その優先順位は第１位である。
４つの指標に対しての測定は一度に行われ、測定間隔は例えば１秒毎や２秒毎とした。つまり、測定間隔毎に測定された指標データが測定子機７０、無線親機８０を経由して制御及び解析用コンピュータ９０に送られる。制御ソフトウエア１００は指標毎に可動との信号が入ってきた場合、前記可動との信号が入ってきてから測定間隔分の時間分だけ同じ状態が続いたとして稼働時間の計算とグラフ表示を行う。

制御ソフトウエア１００及び解析ソフトウエア１１０は前記稼働時間の計算方法で指標毎の測定数から可動と判定された回数を用いて稼働時間を数値で、稼働状況をグラフで表す。図３は稼働状況をグラフで表す場合の表現方法を示している。グラフは優先順位を付けて表示した指標データのグラフ１３０と単独の稼働状況を示す指標データのグラフ１４０で構成されている。単独の稼働状況を示す指標データのグラフ１４０は指標毎の可動/停止の状態を表しており、グラフは優先順位を付けて表示した指標データのグラフ１３０は設定された優先順位に従って、可動状況にあるより優先順位の高い指標の表示が優先して表示されるグラフである。単独の稼働状況を示す指標データのグラフ１４０を見る事で各指標の可動状況が確認できると共にグラフは優先順位を付けて表示した指標データのグラフ１３０を見る事で加工サイクルが正しく行われているかの確認に繋がる。

本発明の装置稼働率分析装置はコンピュータが管理して指標データの収集に当たる為、確実に定期的な指標データを収集する事が可能になり、作業者が作業の間にデータ取りを行う方法と比較してデータの抜けが少なく、連続して正確なデータを取得する事が可能になり、その結果、真の稼働率に近い値を取得できる。また、本発明の装置稼働率分析装置は指標データ取得から解析迄、全て機械でのデータ処理が行われる為、 誤記入、誤転記、誤計算と言った人間特有の誤りを防ぐことが可能になり、それが製造装置の稼働率に係る実態を把握することに繋がる。

本実施例では解析方法を解析対象とするデータの測定期間に応じて解析方法を替える方法について説明する。図２は一日の作業状況の流れを把握するに適した方法である。製造作業は製造手順書等の要領書に従って行われるが、その手順に従った結果が優先順位を付けて表示した指標データのグラフ１３０に現れる。 例えば電源を投入してから最初の加工中の信号が出る迄の間は通常、作業開始の為の段取り等に費やされる。製造装置１０に因っては暖気運転や慣らし運転が必要な場合があり、製造時間の一部と考えられる。しかし、第２指標である加工中でない時間が長い事は無駄な時間であり、原因を究明して改善を行う為の根拠になる。従って、図２のグラフ表示は短期間、例えば一日の作業、を解析するには優れている。これを長い時間、例えば一週間や一か月分のデータを表示する場合は煩雑過ぎて問題点に気付きにくくなる。その為、長い時間のデータをグラフ化する場合は単位時間、例えば１日分、のデータを集積して、単位時間毎の変化が判りやすい様なグラフ形式、例えば折れ線グラフや棒グラフ、を用いて表示すると単位時間毎の変化に気が付き易くなる。本実施例では図４に示すグラフ表示を用いた。
解析に用いるデータ種はグラフ表示と数値表示を両方行う事が好ましい。グラフ表示で変化を察知し、数値表示でその大きさを理解できるからである。図４の上部は優先順位を付けたグラフ表示であるが、X軸は日付、Y軸は指標毎の単位時間集計値である。Y軸の最大スケールは全指標の中で最大の可動時間としており、各指標は同じY軸スケールで表示されている。前記Y軸スケールを同一にすると指標間の大小を把握し易くなる利点がある。図４の下図４つは指標毎の偏移を示したグラフ表示である。各指標のY軸最大スケールは指標が示した最大のものを用いており、グラフを拡大してみる効果がある。

本発明の装置稼働率分析装置では日報、つまり日毎に報告する報告書と月報、つまり月毎に報告する報告書を自動作成する機能を具備させ、日報には図２の形式のグラフ表示を、月報には日毎の各指標の集計値を折れ線グラフで表示する方法をとっている。また、月報には稼働率変動に気が付き易いように統計値、特に標準偏差値を３シグマで表示している。
この２つの表示手法を用いる事で短期的な変化、例えば加工中のエラー、及びゆっくり変化する事象、例えば経時劣化など、に対しても対策を打つことができ、高い稼働率を維持できる結果に繋がる。

装置稼働率は多くの要素が絡んで決定されている。作業者が係る部分が多い製造装置１０などの場合は人的要素、例えば作業者個人の能力、作業の習熟度、作業への集中度、が影響する。前記人的要素に起因する装置稼働率の変動を調査する場合は、本発明の装置稼働率分析装置が具備する実験モードで得られたデータの比較をするか又は検索比較モード、つまり同じ条件で検索したデータを比較するかで判定することが可能となる。両モード共、複数又は多量のデータを比較する事でより確実な稼働率把握を実現できる。
実験モードとは変更する条件以外の条件を一定にし、変更する条件を変化させながら、指標データを取り、稼働率を比較する方法である。 検索比較モードとは過去に取得した指標データを同一条件で検索し、検索結果として得られた指標データの推移を比較する方法である。標示するグラフは時系列的な変化を示すものになる為、例えば折れ線グラフや棒グラフの使用が好ましく、本実施例では図４に示すグラフ表示方法を用いた。

実験モードについて具体例を用いて説明する。製造員Aにサイクルタイム（製造１サイクルに要する時間）が異なる２台の製造装置を担当させようとする時、どの様な条件で製造員Aに2台の製造装置を担当させれば最大の稼働率を得られるかを実験する。実験方法は実験モードで2台の製造装置のサイクルタイムを変えながら、第２指標の加工中と次の加工中の空き間隔を最小限にする条件を見出していく。
しかし、作業能力の異なる製造員Bに前記の製造作業を行わせた時、最適条件が製造員Aと異なる場合がある為、実験モードを用いて最適条件を見つける必要がある。しかし、前記実験を行った結果を作業手順書に盛り込むことで、装置稼働率を高める製造手順書を作ることが可能になる。

次に検索比較モードについて説明する。検索比較モードは同一検索条件、例えば製品名、ロット番号、製造員名、を指定して、過去に取得した指標データを時系列的に収集し、指標毎の状況変化や稼働率変化を比較するモードである。応用方法として製品毎の加工時間の比較やロットによる加工時間のばらつきの認知、就業時間内に於ける加工中の時間の増大などから、製造員の習熟度の向上等を把握することができる。習熟度の足りない製造員には適切な指導やトレーニングを行うことで、製造装置１０と製造者一体となった稼働率向上に寄与する。

１０ 製造装置
２０ ＰＬＣ機器
３０ パイロットランプ
４０ 稼働状況監視装置
５０ 全体管理用のコンピュータ
６０ 指標データ変換装置
７０ 測定子機
８０ 無線親機
９０ 制御及び解析用コンピュータ
１００ 制御ソフトウエア
１１０ 解析ソフトウエア
１２０ 装置稼働率全体管理用コンピュータ
１３０ 優先順位を付けて表示した指標データのグラフ
１４０ 単独の稼働状況を示す指標データのグラフ

Claims (3)

1. 装置の稼働状態を示す複数の製造指標を定期的に取得し、製造指標を単独に及び優先順位を付して表示する事で稼働状況を視覚化し、製造装置の稼働率を解析する機能を具備した装置稼働率分析装置
2. 装置の稼働状態を示す複数の製造指標データを収集し、解析する期間の長さに応じてデータの処理方法を替え、指標データの短期的な変化と長期的な変化を視覚化することで稼働率向上を図る解析機能を具備した装置稼働率分析装置
3. 装置の稼働率向上を目的として、生産条件を変えて複数の製造指標データを取得し、比較検討する機能を有し、日付以外の検索条件を用いて検索された指標データを時系列に表示及び比較する機能を具備した装置稼働率分析装置