JP2020057383A - 不良品発生の原因判定システム - Google Patents

Abstract

【課題】経験が少ない製造工程の管理担当者であっても、複数の製造工程要素が関与する製品製造において、不良品発生の原因工程を見出し、その工程中の特定の原因要素の判定をすることができる不良品発生の原因判定システムを提供する。【解決手段】不良品発生の原因システムであって、（ａ）複数の製造工程要素を識別し、製造工程要素番号Ｙを付与して記憶する番号記憶部１と、（ｂ）製品ごとに製造経路ＲＸを特定する製造経路特定部２と、（ｃ）製品ごとの特定された前記製造経路ＲＸを記憶する製造経路記億部３と、（ｄ）製造された製品を検査し、製品の品質パラメータ値Ｑ（ＲＸ）を記憶する品質情報記憶部４と、製造工程要素の得点Ｖｎ（Ｙ）を算出する算出部５と、得点の低い製造工程要素番号Ｙが付与された製造工程要素を不良品発生の原因として判定する原因判定部６とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、経験が少ない製造工程の管理担当者であっても、複数の製造工程要素が関与する製品製造において、不良品発生の原因工程を見出し、その工程中の特定の原因要素の判定をすることができる不良品発生の原因判定システムに関する。
本発明でいう製品は、複数の製造工程要素が関与し複数の製造経路を含む製造工程によって製造されるものであればいかなるものでもよく、機械の完成品だけでなく、機械を構成する部品なども含まれる。さらに、製品としては、医薬品や化学物質のように不定形の製品であってもよい。

製品を製造する際に、生産者は製品の品質の向上に努めている。しかし、製品を製造する際に、一定の不良品が生じることは避けられないものである。

一般に、製品は複数の段階の製造工程を経て製造される。さらに同じ段階の製造工程であっても異なる作業員が作業に当たったり、異なる備品が使用されるなど、異なる複数の製造工程要素が製品の製造に関与している。これらの複数の製造工程要素の一部に問題があり、これが不良品発生の原因となっていることがある。

製造工程要素の中から不良品発生の原因を見つけ出し、適切な対処を行えば製造される製品の品質向上につながる。しかし、膨大な数の製造工程要素の中から不良品発生の原因を見つけ出すことは、多大な時間と労力を必要とする。

さらに、複数の製造工程要素の中から不良品発生の原因を見つけ出すことは、製造工程における複数の製造工程要素を熟知した製造工程の管理担当者であっても、依然として困難なものである。

特許文献１には、製造プロセスに関する多数の変数を用いて、製造される製品の品質を予測する品質予測装置が開示されている。

しかしながら、上記の品質予測装置は最終製品の品質を予測するために使用される装置であって、複数の製造工程要素の中から不良品発生の原因を見つけ出すものではなかった。

特開２０１２−１３７８１３号公報

そこで、本発明は、上述したごとき課題に鑑みてなされたものであり、経験が少ない製造工程の管理担当者であっても、複数の製造工程要素が関与する製品製造において、不良品発生の原因工程を見出し、その工程中の特定の原因要素の判定をすることができる不良品発生の原因判定システムを提供する。

請求項１に係る発明は、１つまたはそれ以上のｎ個（１≦ｎ）の製造工程Ｓ_１〜Ｓ_ｎでの製品製造における不良品発生の原因判定に関する不良判定システムであって、
夫々の製造工程は、第ａ段階（１≦ａ≦ｎ）の製造工程Ｓ_ａおいて、製品製造に関与する作業員、備品、及び消耗品からなる群から選択される１つまたはそれらの組み合わせを含む複数ｍ個（２≦ｍ）の製造工程要素を含み、
製品は、第１段階の製造工程Ｓ_１に複数ｍ個ある製造工程要素のうち必ず１点のみを通過し、続いて、第２段階の製造工程Ｓ_２に複数ｍ個ある製造工程要素のうち必ず１点のみを通過し、以下第ｎ段階の製造工程Ｓ_ｎに複数ｍ個ある製造工程要素まで、第ａ段階（１≦ａ≦ｎ）に複数ｍ個ある製造工程要素を必ず１点のみ通過し、ｎ個の製造工程要素を含む製造経路Ｒ_Ｘ（１≦Ｘ≦ｍ^ｎ）を経て製造され、
（ａ）第ａ段階（１≦ａ≦ｎ）の製造工程Ｓ_ａの複数ｍ個の製造工程要素を識別し、製造工程要素番号Ｙ（１≦Ｙ≦ｎ×ｍ）を付与して記憶する番号記憶部と、
（ｂ）製品が製造されるときに通過する各段階の前記製造工程要素番号Ｙを追跡し、製品ごとに複数ｍ^ｎ通りの前記製造経路Ｒ_Ｘの中から１つを特定する製造経路特定部と、
（ｃ）製品ごとの特定された複数の前記製造経路Ｒ_Ｘを記憶する製造経路記億部と、
（ｄ）製造された製品を検査し、前記製造経路Ｒ_Ｘと前記製造経路Ｒ_Ｘごとに製造された製品の品質パラメータ値Ｑ（Ｒ_Ｘ）を関連づけて品質検査情報として記憶する品質情報記憶部と、
（ｅ）前記品質パラメータ値Ｑ（Ｒ_Ｘ）を、以下の（式１）で示すｎ個の個々の製造工程要素の得点Ｖ_ｋ（Ｙ）（ｋ：１〜ｎ）の和として関連付け、

Ｑ（Ｒ_Ｘ）＝Ｖ_１（Ｙ）＋Ｖ_２（Ｙ）＋ 〜 ＋Ｖ_ｎ（Ｙ） (式１）

ｍ^ｎ≧ｎ×ｍの条件の下で、前記品質情報記憶部に記憶された複数の品質パラメータ値Ｑ（Ｒ_Ｘ）についての(式１)の関係に基づいて、個々の製造工程要素の得点Ｖ_ｋ（Ｙ）（ｋ：１〜ｎ）を特定する算出部と、
（ｆ）取得された前記製造工程要素の得点Ｖ_ｋ（Ｙ）（ｋ：１〜ｎ）から相対的に得点の低い前記製造工程要素番号Ｙを検出し、検出した製造工程要素を不良品発生の原因として判定する原因判定部とを備える、
ことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、前記算出部は、前記品質パラメータ値Ｑ（Ｒ_Ｘ）の相対的に低い製造経路Ｒ_Ｘを探し出し、当該製造経路Ｒ_Ｘが含む製造工程要素の得点Ｖ_ｋ（Ｙ）（ｋ：１〜ｎ）を優先的に算出することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、前記品質パラメータ値Ｑ（Ｒ_Ｘ）は、製造される製品の不良品率Ｄであることを特徴とする、請求項１または２に記載の不良品発生の原因判定システムに関する。

請求項４に係る発明は、前記品質パラメータ値Ｑ（Ｒ_Ｘ）は、製品の基準値からの標準偏差Ｐであることを特徴とする、請求項１または２に記載の不良品発生の原因判定システムに関する。

請求項１に係る発明によれば、複数の製造工程要素が製品の製造に関与するような複雑な製品製造において、適確に不良品発生の原因となる製造工程要素を判定することが可能である。また製造工程要素の得点Ｖ_ｎ（Ｙ）は、具体的な数値として算出されるため、客観的な判定が可能である。

請求項２に係る発明によれば、評点が低い製造経路Ｒ_Ｘが含む、製造工程要素の得点Ｖ_ｎ（Ｙ）を優先的に算出するため、品質パラメータ値Ｑ（Ｒ_Ｘ）を低下させる製造工程要素の得点Ｖ_ｎ（Ｙ）を効率的に算出することができる。

請求項３に係る発明によれば、前記品質パラメータ値Ｑ（Ｒ_Ｘ）は製品の不良品率Ｄであるため、不良品率Ｄの増加に直接つながる製造工程要素を判定することが可能である。

請求項４に係る発明によれば、前記品質パラメータ値Ｑ（Ｒ_Ｘ）は、製品の基準値からの標準偏差Ｐであるため、製品の品質に不均質をもたらす製造工程要素の判定が可能である。

以上のような不良品発生の原因判定システムによれば、経験が少ない製造工程の管理担当者であっても、複数の製造工程要素の中から不良品発生の原因を判定することができる。

本発明の実施形態を示す不良品発生の原因判定システムを含むシステム全体の構成を示すブロック図である。 製造工程要素の一例を示す図である。 図１の記憶部に記憶される製造経路を概念的に示す図である。 製造工程要素の得点と品質パラメータ値の関係性の一例を示す図である。

以下に、本発明の不良品発生の原因判定システムの実施形態について図面に基づいて説明する。

＜第一実施形態＞
本実施形態に係る発明は、１つまたはそれ以上のｎ個の製造工程Ｓ_１〜Ｓ_ｎ、すなわち第１段階から第ｎ段階までを有する製造工程での製品製造において、不良品発生の原因を判定する不良品発生の原因判定システムである。

図１は、不良品判定システム（１０）の構成を示すブロック図である。不良品判定システム（１０）は、主要な構成として、番号記憶部（１）と、製造経路特定部（２）と、製造経路記憶部（３）と、品質情報記憶部（４）と、算出部（５）と、原因判定部（６）とを備える。

本発明の不良品発生の原因判定システムが使用される製造工程は、夫々の段階ごとにすなわち第ａ段階（１≦ａ≦ｎ）に、複数ｍ個（すなわち２≦ｍ）の製造工程要素を含む。ここで製造工程要素の個数ｍが、製造工程の夫々の段階で取り得る値は異なってもよい。つまり製造工程要素の多い製造工程ではｍは大きくなり、製造工程要素の少ない製造工程ではｍは小さくなる。

本発明において、製造工程要素とは、製品製造に関与する作業員、備品及び消耗品からなる群から選択される１つまたはそれらの組み合わせによって定義される。ここで備品には、製造工程で使用される各種の備品、例えば、製品を加工するための工具、研磨機、及び洗浄液を入れるための容器などを含み、消耗品は、例えば、研磨剤、潤滑液、及び洗浄液などを含むが、備品も消耗品もこれらに限定されない。

また本発明において、製造工程要素を構成する作業員、備品及び消耗品の夫々１つを要素構成単位という。図２で例示される製造工程Ｓ_ａにおいては、研磨剤１、研磨剤２、研磨機１、及び研磨機２の４つの要素構成単位の組み合わせによって製造工程要素が構成されている。

また各製造工程要素は、上記の作業員、備品及び消耗品など異なる種類の複数の要素構成単位の組み合わせによって構成される場合もあれば、同じ種類の複数の要素構成単位によって構成される場合もある。

製造工程要素が異なる種類の複数の要素構成単位の組み合わせによって構成される例としては、限定されないが、研磨機と研磨剤を使用することから構成される製造工程などがある。この場合、図２の製造工程Ｓ_ａで例示されるように、該製造工程の各製造工程要素は、異なる種類の複数の要素構成単位（すなわち、複数の研磨機、及び複数の研磨剤）の組み合わせから選択される１つによって構成される。

製造工程要素が同じ種類の複数の要素構成単位によって構成される例としては、限定されないが、複数の作業員による手作業のみによって構成される製造工程などがある。この場合、図２の製造工程Ｓ_ｂで例示されるように、該製造工程の各製造工程要素は、同じ種類の複数の要素構成単位（すなわち複数の作業員）から選択される１つで構成される。

また、各製造工程要素には夫々に製造工程要素番号Ｙが付与される。本実施形態では、製造工程要素番号Ｙは全ての工程の製造工程要素に対して通し番号（Ｙ_１〜Ｙ_ｎｍ）で付与されているが、これに限定されず、夫々の段階ごとに区別された番号などで付与されてもよい。

図３で示されるように製品は、各段階の製造工程要素のうち必ず１点のみを通過して製造される。つまり、第１段階の製造工程Ｓ_１に複数ｍ個ある製造工程要素のうち必ず１点のみを通過し、続いて、第２段階の製造工程Ｓ_２に複数ｍ個ある製造工程要素のうち必ず１点のみを通過する。以下製品は、第ａ段階（１≦ａ≦ｎ）の製造工程Ｓ_ａに複数ｍ個ある製造工程要素のうち必ず１点のみを通過するように、最終段階の製造工程である第ｎ段階の製造工程Ｓ_ｎに複数ｍ個ある製造工程要素のうち必ず１点のみを通過する。

本発明において、上述の製品が通過した各段階の製造工程要素を順番に並べたものを製造経路Ｒ_Ｘと呼ぶ。上述のように製品は、第ｎ段階まである各段階の製造工程要素を必ず１点のみ通過するため、各製造経路Ｒ_Ｘは、ｎ個の製造工程要素を含む。また１つの段階の製造工程にはｍ個の製造工程要素が含まれるため、製造経路Ｒ_Ｘは全部でｍ^ｎ通り存在することになる。すなわちＸは、１≦Ｘ≦ｍ^ｎを満たす。製品の製造は、これらのうちの１つから選択される製造経路Ｒ_Ｘを経て行われる。

図３の太い矢印線で示されるＲ_α、Ｒ_β、及びＲ_γは、製造経路Ｒ_Ｘの一例である。よってα、β、及びγも、１以上ｍ^ｎ以下のいずれかの数である。

番号記憶部（１）は、複数ｎ個の製造工程に含まれる全ての製造工程要素を識別し、全ての製造工程要素に製造工程要素番号Ｙを付与して記憶する。本実施形態のように、製造工程要素番号Ｙが通し番号で付与される場合では、１≦Ｙ≦ｎ×ｍを満たす。その他の方法で番号が付与される場合でも、番号の合計個数は１以上、且つｎ×ｍ以下である。

製造経路特定部（２）は、製品が製造されるときに通過する各段階の製造工程要素番号Ｙを追跡し、製品ごとの製造経路Ｒ_Ｘを特定する。上述のとおり製造経路は、全部でｍ^ｎ通り存在するため、１≦Ｘ≦ｍ^ｎを満たす。

製造経路記憶部（３）は、製造経路特定部（２）によって特定された製造経路Ｒ_Ｘと、該製造経路Ｒ_Ｘで製造された製品を関連づけて（紐づけて）記憶する。この記憶は、ｍ^ｎ個の製造経路Ｒ_Ｘと該製造経路Ｒ_Ｘで製造された製品全てについて行われる。

製品は品質を検査され、品質パラメータ値Ｑ（Ｒ_Ｘ）が取得される。品質パラメータ値Ｑ（Ｒ_Ｘ）は、品質を示すパラメータとして、限定されないが、製品の不良品率Ｄ、製品の基準値からの標準偏差Ｐなどを使用することができる。例えば、標準偏差Ｐは、最終検査において検出される寸法誤差のばらつきから得られる標準偏差である。

品質情報記憶部（４）は、製造された製品を検査し、製造経路Ｒ_Ｘと製造経路Ｒ_Ｘごとに製造された製品の品質パラメータ値Ｑ（Ｒ_Ｘ）を関連づけて品質検査情報として記憶する。

算出部（５）は、（１）式で示すように、製造経路Ｒ_Ｘが含むｎ個の個々の製造工程要素の得点Ｖ_ｋ（Ｙ）（ｋ：１〜ｎ）の和として算出し、これを品質パラメータ値Ｑ（Ｒ_Ｘ）と関連付ける。

Ｑ（Ｒ_Ｘ）＝Ｖ_１（Ｙ）＋Ｖ_２（Ｙ）＋ 〜 ＋Ｖ_ｎ（Ｙ） (式１）

なお、上述の通り製造経路Ｒ_Ｘはｍ^ｎ個存在し、夫々が含む個々の製造工程要素の組み合わせが異なる。したがって、夫々の製造経路Ｒ_Ｘごとに異なる（式１）を得ることが可能である。

なお、夫々の製造経路Ｒ_Ｘは、１つまたそれ以上の共通する製造工程要素番号Ｙを通過するものが存在する。

ここで製造工程要素番号Ｙはｎ×ｍ個存在する。製造経路Ｒ_Ｘはｍ^ｎ個あるため、ｍ^ｎ個の（式１）を得ることができる。なお本実施形態において夫々の製造工程に含まれる製造工程要素は複数（すなわち、２≦ｍ）であるため必ず以下の（式２）を満たす。

ｍ^ｎ≧ｎ×ｍ ・・・（式２）

つまり、（式１）のＱ（Ｒ_Ｘ）の総数は、（式１）の右辺の総数よりも、多く与えられる。よって、これらを連立方程式として解き、製造工程要素の得点Ｖ_ｋ（Ｙ）（ｋ：１〜ｎ）の数値をそれぞれ算出することが可能である。

原因判定部（６）は、算出部（５）によって算出された製造工程要素の得点Ｖ_ｋ（Ｙ）（ｋ：１〜ｎ）を取得して、得点の相対的に低い（悪い）製造工程要素を検出する。上述のように製造工程要素の得点Ｖ_ｋ（Ｙ）（ｋ：１〜ｎ）、及び品質パラメータ値Ｑ（Ｒ_Ｘ）は（式１）で関係づけられている。よって、製造工程要素の得点Ｖ_ｋ（Ｙ）（ｋ：１〜ｎ）が低下すれば、品質パラメータ値Ｑ（Ｒ_Ｘ）も低下する。

図４はｎ＝３、且つｍ＝３のときに、製造工程要素の得点と、品質パラメータ値Ｑ（Ｒ_Ｘ）の関係性を示す一例である。図４の場合、製造経路Ｒ_Ｘは実際には２７個得られるが、そのうち３個を例示している。図４においても、製造工程要素のＶ_ｋ（Ｙ）（ｋ：１〜ｎ）が低下すれば、品質パラメータ値Ｑ（Ｒ_Ｘ）も低下することがわかる。具体的には、品質パラメータ値Ｑ（Ｒ_γ）（＝３３＋３４＋７）の場合である。

したがって、検出された相対的に評点の悪い製造工程要素の得点Ｖ_ｋ（Ｙ）（ｋ：１〜ｎ）を付与された製造工程要素を、品質パラメータ値Ｑ（Ｒ_Ｘ）を低下させる不良品発生の原因として判定する。図４の例では、製造工程要素番号Ｙ₉が不良品発生の原因であるとして特定する。

以上のように、本実施形態に係る不良品発生の原因判定システム（１０）は、製造工程、及び製造工程要素が複数ある複雑な製品製造の場において、簡易、且つ適確に不良品発生の原因を自動的に判定することができる。

＜第二実施形態＞
第二の実施形態によると、算出部（５）は、製造経路Ｒ_Ｘが有する評点（すなわち品質パラメータ値Ｑ（Ｒ_Ｘ））に重みづけを行って、製造工程要素の得点Ｖ_ｋ（Ｙ）（ｋ：１〜ｎ）を算出してもよい。つまり算出部（５）は、評点が低い製造経路Ｒ_Ｘが含む製造工程要素の得点Ｖ_ｋ（Ｙ）（ｋ：１〜ｎ）を優先的に算出する。これによって算出部（５）は、品質パラメータ値Ｑ（Ｒ_Ｘ）を低下させる製造工程要素の得点Ｖ_ｋ（Ｙ）（ｋ：１〜ｎ）を優先的に算出することができ、より効率的に不良品発生の原因を判定することができる。

＜第三実施形態＞
第三の実施形態によると、算出部（５）は、上述の連立方程式を用いるとともにニューラルネットワークを用いたディープラーニングによって、品質パラメータ値Ｑ（Ｒ_Ｘ）と製造工程要素の関連性を推定して算出するような構成としてもよい。この場合、原因判定部（６）は、上述の品質パラメータ値Ｑ（Ｒ_Ｘ）と製造工程要素の関連性に重みづけを行って、不良品発生の原因を判定する構成としてもよい。

本発明に係る不良品発生の原因判定システムは、経験が少ない製造工程の管理担当者であっても、複数の製造工程要素が関与する製品製造において、不良品発生の原因工程を見出し、その工程中の特定の原因要素の判定をすることができる。

１ 番号記憶部
２ 製造経路特定部
３ 製造経路記憶部
４ 品質情報記憶部
５ 算出部
６ 原因判定部
１０ 不良品発生の原因判定システム

Claims (4)

1. １つまたはそれ以上のｎ個（１≦ｎ）の製造工程Ｓ_１〜Ｓ_ｎでの製品製造における不良品発生の原因判定に関する不良判定システムであって、
   夫々の製造工程は、第ａ段階（１≦ａ≦ｎ）の製造工程Ｓ_ａおいて、製品製造に関与する作業員、備品、及び消耗品からなる群から選択される１つまたはそれらの組み合わせを含む複数ｍ個（２≦ｍ）の製造工程要素を含み、
   製品は、第１段階の製造工程Ｓ_１に複数ｍ個ある製造工程要素のうち必ず１点のみを通過し、続いて、第２段階の製造工程Ｓ_２に複数ｍ個ある製造工程要素のうち必ず１点のみを通過し、以下第ｎ段階の製造工程Ｓ_ｎに複数ｍ個ある製造工程要素まで、第ａ段階（１≦ａ≦ｎ）に複数ｍ個ある製造工程要素を必ず１点のみ通過し、ｎ個の製造工程要素を含む製造経路Ｒ_Ｘ（１≦Ｘ≦ｍ^ｎ）を経て製造され、
   （ａ）第ａ段階（１≦ａ≦ｎ）の製造工程Ｓ_ａの複数ｍ個の製造工程要素を識別し、製造工程要素番号Ｙ（１≦Ｙ≦ｎ×ｍ）を付与して記憶する番号記憶部と、
   （ｂ）製品が製造されるときに通過する各段階の前記製造工程要素番号Ｙを追跡し、製品ごとに複数ｍ^ｎ通りの前記製造経路Ｒ_Ｘの中から１つを特定する製造経路特定部と、
   （ｃ）製品ごとの特定された複数の前記製造経路Ｒ_Ｘを記憶する製造経路記億部と、
   （ｄ）製造された製品を検査し、前記製造経路Ｒ_Ｘと前記製造経路Ｒ_Ｘごとに製造された製品の品質パラメータ値Ｑ（Ｒ_Ｘ）を関連づけて品質検査情報として記憶する品質情報記憶部と、
   （ｅ）前記品質パラメータ値Ｑ（Ｒ_Ｘ）を、以下の（式１）で示すｎ個の個々の製造工程要素の得点Ｖ_ｋ（Ｙ）（ｋ：１〜ｎ）の和として関連付け、
   
   Ｑ（Ｒ_Ｘ）＝Ｖ_１（Ｙ）＋Ｖ_２（Ｙ）＋ 〜 ＋Ｖ_ｎ（Ｙ） (式１）
   
   ｍ^ｎ≧ｎ×ｍの条件の下で、前記品質情報記憶部に記憶された複数の品質パラメータ値Ｑ（Ｒ_Ｘ）についての(式１)の関係に基づいて、個々の製造工程要素の得点Ｖ_ｋ（Ｙ）（ｋ：１〜ｎ）を特定する算出部と、
   （ｆ）取得された前記製造工程要素の得点Ｖ_ｋ（Ｙ）（ｋ：１〜ｎ）から相対的に得点の低い前記製造工程要素番号Ｙを検出し、検出した製造工程要素を不良品発生の原因として判定する原因判定部とを備える、
   ことを特徴とする不良判定システム。
2. 前記算出部は、前記品質パラメータ値Ｑ（Ｒ_Ｘ）の相対的に低い製造経路Ｒ_Ｘを探し出し、当該製造経路Ｒ_Ｘが含む製造工程要素の得点Ｖ_ｋ（Ｙ）（ｋ：１〜ｎ）を優先的に算出することを特徴とする、請求項１に記載の不良判定システム。
3. 前記品質パラメータ値Ｑ（Ｒ_Ｘ）は、製造される製品の不良品率Ｄであることを特徴とする、請求項１または２のいずれか１項に記載の不良判定システム。
4. 前記品質パラメータ値Ｑ（Ｒ_Ｘ）は、製品の基準値からの標準偏差Ｐであることを特徴とする、請求項１または２のいずれか１項に記載の不良判定システム。

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