JP4665369B2

JP4665369B2 - 組立工程設計システム

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Publication number: JP4665369B2
Application number: JP2001287313A
Authority: JP
Inventors: 康博飯田; 史夫小島; 嶺郎花井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-09-20
Filing date: 2001-09-20
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2021-09-20
Also published as: JP2003099109A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の部品からなる製品を組み立てる組立工程を設計するための組立工程設計システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
生産準備の迅速化のためには、人の経験と勘を頼りに試行錯誤で進められている組立工程設計を迅速かつ的確に進めることが重要である。組立工程設計とは、製品図面および生産情報（製品の生産量や生産時期等の情報）をもとに、主に生産技術者によって品質、コスト目標を満足するための組立工程の要件を仕様書にまとめ上げる作業を意味している。
【０００３】
図２２は、代表的な自動車部品の組立工程設計手順を示している。組立工程設計では、図２２中左側から右側の項目の順に検討が行われる。図２２に示すように、組立工程設計では様々な項目について検討する必要がある。また、全体を通した工程設計手順そのものが、シンプルに整理され体系化されているわけではない。このため、現状の組立工程設計の進め方は、人の経験と勘をベースにした判断に委ねられている。
【０００４】
また、個々の検討項目に着目すると、定量的な判断基準が存在する項目と存在しない項目がある。定量的な判断基準が存在する項目についても、例えば生産性の検討は部品点数で、部品供給形態の検討は部品供給用容器の収容効率で、というように、それぞれの項目で評価基準が異なっている。このため、検討項目全体を考慮したトータル評価は難しく、組立工程全体としての最適解は得られにくいのが実情である。
【０００５】
以上のことから、現状ではよりよい組立工程設計を行うために試行錯誤を繰り返しており、検討済みの項目に戻って再検討を行う必要が生じる場合がある。この結果、作業の前戻りが生じるため、組立工程設計作業を迅速かつ的確に行うことは容易ではない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題を解決するための手法研究が従来より行われており、例えば対象部品の組立方向の割り出し（特開平４−２４８１号公報）、部品の組立順序の割り出し（特開平５−１８１８７３号公報）、あるいは実装部品の組み付け順序の割り出し（特開平７−１４１４３８号公報）等が提案されている。
【０００７】
しかしながら、これらはいずれも組立工程設計作業のある断面的な部分を対象としたものである。上述のように多項目の設計作業を要する工程設計を迅速化するには、作業全体を捉えた効率的な工程設計手法が必要である。
【０００８】
さらに、作業全体を捉えた設計法として、例えば組立ライン設計方式（特開平５−１１１８３５号公報）、製造工程の設計支援装置（特開平６−２１４９９９号公報）、あるいは組立ライン工程設計支援システム（特開平７−１６０７７９号公報）が提案されている。
【０００９】
しかしながら、これらの設計法における設計結果の評価は、各々、過去の類似の工程設計案との類似度合いの評価、部品間の結合関係と工程ステップ数の評価、人手中心のラインにおける作業の難易度、汚れ度、重筋度等の平準化評価というように、ある一面的な評価に留まっているのが実情であり、様々な設計項目の良し悪しを総合的に評価しているものではない。
【００１０】
本発明は、上記点に鑑み、人の経験と勘に依存することなく改善の方向を示唆できる組立工程設計システムを提供することを目的とする。また、多項目の設計結果を一元的に定量評価できる組立工程設計システムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、複数の部品からなる製品を組み立てる組立工程を設計するための組立工程設計システムであって、複数の部品の結合関係を示す製品構造情報からなる製品情報を入力情報として、組立易さの観点から製品構造情報を適正化した改良製品情報を出力する製品構造設計手段と、改良製品情報を入力情報として、製品構造情報を部品を組み立てる組立工程の順序を示す工程情報に変換した基本工程情報を出力する基本工程設計手段と、基本工程情報を入力情報として、製品構造情報により適した組立工法を導入して、工程情報を適正化した改良工程情報を出力する組立工法設計手段とを備え、製品構造設計手段、基本工程設計手段および組立工法設計手段では、情報エントロピーを用いた定量的評価が行われることを特徴としている。
【００１２】
このように、組立工程設計項目を３つの段階に分類して行うことにより、適切な設計手順が定義付けられる。これにより、人の経験やノウハウに基づいて進められている組立工程設計の作業内容や手順を再整理、体系化することができ、試行錯誤による再設計を抑制することができる。例えば、製品構造設計手段では、組立易さの観点から部品点数の削減や品番数の削減等を行い、製品構造の簡素化を行うことができ、基本工程設計手段では、組立易さの観点から部品を組立順序を適正化することができる。
また、組立工程設計における設計項目の評価に情報エントロピーを導入することにより、組立工程設計の設計対象となる製品、製造ライン、工法等に関する多項目の設計結果を一元的に定量評価することが可能となる。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明のように、基本工程設計手段では、部品の組立工程のうち既存の組立技術を適用できない組立工程を抽出し、組立工法設計手段では、既存の組立技術を適用できない組立工程に、新たな組立技術を導入することができる。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明では、製品構造情報は、部品を表す記号と部品の結合関係を表すように記号を結ぶ線とを備えており、工程情報では、記号により部品の組立工程が表されるとともに、線が方向性を持って表されることにより、部品の組立工程の順序が表されることを特徴としている。
【００１５】
これにより、組立工程設計の設計状況、適正化のための改善状況等が、形および形の変化で図示されるため、設計者は適正化の対象となる部品や工程、適正化後の変化を容易に把握でき、迅速かつ的確な組立工程設計を実現できる。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明では、部品が複数の種類を有する場合には、記号により部品の種類の数が表示されることを特徴としている。これにより、設計者は、各部品における品番発生の複雑さを容易に把握することができ、的確な設計を行うことができる。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明では、工程情報において、記号により部品の組立工程に対する既存の組立技術の適用可否状況が表示されることを特徴としている。これにより、既存組立技術の適用可否状況を容易に把握して、組立工程設計を的確に進めることができる。
【００２０】
具体的には、請求項６に記載の発明のように、製品構造設計手段、基本工程設計手段あるいは組立工法設計手段のいずれかにおいて、複数の設計案が存在する場合には、それぞれの設計案の情報エントロピーを算出して比較することができる。これにより、設計作業全体を通じて共通の評価基準を用いて評価することができる。
【００２１】
また、請求項７に記載の発明では、情報エントロピーは、製品構造に関する情報エントロピーと、製造工程に関する情報エントロピーとを含んでいることを特徴としている。
【００２２】
これにより、製品面の適正化作業あるいは製造面の適正化作業のどちらを優先して改善すべきかを容易に把握することができる。
【００２３】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図１〜図２１に基づいて説明する。本実施形態の組立工程設計システムは、入出力装置、記憶装置、演算処理装置等を備えた一般的なパーソナルコンピュータ等を用いて実現される。
【００２５】
まず、図１、図２に基づいて本実施形態の組立工程設計システムにおける組立工程設計モデルの考え方について説明する。
【００２６】
組立設計作業本来の特徴に着目すると、インプット、アウトプットの関係から、組立工程設計を、１）作り易さの視点から製品図面情報を適正化する作業、２）この図面情報を、ものの流し方、作り方といった工程情報に適切な変換を行う作業、３）工法設計を通じて、よりよい工程を実現するべく、工程情報を適正化する作業の３つの作業に分類することができる。
【００２７】
図１は、これらの組立工程設計における工程情報を適正化する作業をＩＤＥＦＯ(Integration Definition for Function Modeling)にて示している。上記３つの作業は、図１に示す３つの形態で表される。形態１は、製品図面をインプット情報として、作り易さの視点から、製品構造を再設計し、アウトプットとして改良図面を出力する作業を意味している。形態２は、改良図面をインプット情報として、この製品情報を工程情報に変換、つまり基本工程を設計し、アウトプットとして基本工程仕様を出力する作業を意味する。形態３は、基本工程仕様をインプット情報として、よりよい工程を実現するため、組立工法の設計を行い、アウトプットとして改良された工程仕様を出力する作業を意味している。
【００２８】
これらの３つの形態の入出力情報に着目すると、形態１の出力情報が形態２の入力情報となっており、形態２の出力情報が形態３の入力情報となっている。従って、工程設計本来の役割通り、すべての設計作業が形態１〜３に層別でき、かつ、形態１→２→３の順に確実に作業を進めることができれば、入出力情報に重複がない、つまり作業の後戻りを生じさせない工程設計手順を構築することができる。
【００２９】
図２は、上記形態１〜３に従った設計手順を示している。図２に示す設計手順の第１〜第３段階が、上記形態１〜形態３にそれぞれ対応している。本実施形態では、設計手順の第１段階を製品構造設計段階、第２段階を基本工程設計段階、第３段階を組立工法設計段階とそれぞれ定義する。
【００３０】
次に、本実施形態の組立工程設計システムにおける組立工程設計モデルの記述手法について図３、図４に基づいて説明する。上記図２に示す設計手順に従い迅速かつ的確に組立工程設計を進め、作業の後戻りをなくすために、実際の設計内容から判断して以下の４つの要件が設計過程において把握できることが重要である。
【００３１】
まず、上記第１段階の製品構造設計を的確に進めるために、（要件１）製品構造や品番発生の複雑さが容易に把握できること。また、複雑部分の改善による構造の変化が容易に把握できること。
【００３２】
上記第２段階の基本工程設計を的確に進めるために、（要件２）組立作業の流れが形成できたか容易に把握できること。また、組立順序の改善により作業の流れの変化が容易に把握できること。（要件３）各工程において、既に実用化されている既存技術の適用可否状況が容易に把握できること。また、組立性の改善により既存技術の適用範囲の変化が容易に把握できること。
【００３３】
上記第３段階の組立工法設計を的確に進めるために、（要件４）新技術の導入による工程の変化が容易に把握できること。
【００３４】
以上の４つの要件を実現するために、本実施形態の組立工程設計モデルでは、設計状況もしくはその適正化のための改善状況、さらには適正化すべきポイントを、すべて「形」と「形の変化」として把握可能な記述手法を提案している。
【００３５】
図３は、本実施形態における組立工程設計モデルの記述手法のルールを示している。図３（ａ）に示すように、組立部品、供給、組み付け、チェック、搬送作業で構成される組立作業は記号名称「工程オブジェクト」で示され、部品同士が接触もしくは結合される関係は「結合線」で示され、工程の流れが形成されている状態は方向性を有する「流れ線」で示される。図３（ｂ）に示すように、工程オブジェクトを結合線で結んだものは「ダイヤグラム」を意味し、工程オブジェクトを流れ線で結んだものは「工程図」を意味している。
【００３６】
また、本記述法では、工程オブジェクトの意味は、その作業段階と表現されるべき内容によって変化する。工程の流れまで設計されていない第１段階の製品構造設計段階では、工程オブジェクトは部品を意味する。製品構造をもとに工程の流れを形成した第２段階の基本工程設計段階では、工程オブジェクトはその部品を組み立てるための工程を意味するものになる。図３（ｂ）に示すように、工程オブジェクトの内容の切り替えと並行して、結合線が工程順を示す流れ線に変わる。
【００３７】
また、工程オブジェクトが工程を表現する場合には、「○」と「◎」の２種類の記号が用いられる。既に実用化されている公知の組立工法にて組立可能な場合には「○」で表され、公知の組立工法で組立ができない場合には「◎」で表される。この既に実用化されている公知の組立技術にて組立可能であるかどうかは、その判断基準がチャート化されたものを用いることにより判断できる。
【００３８】
また、第３段階の工法検討にて新技術が導入され、見かけ上現状技術で対応したのと同等の工程を実現できる場合は、工程オブジェクトを示す「◎」の内側の小円が実線から破線に変化することで示される。さらに、複数の品番が存在する多種部品は、工程オブジェクト内に品番数ｎを示す数字が記される。
【００３９】
図４は、図３で定義した組立工程設計モデルの記述手法の概要を示している。上記図２で示したように、組立工程設計作業は基本的に３つの段階に整理することができる。図４に示す組立工程設計モデルでは、これら３つの段階におけるそれぞれの作業を的確に表現し、かつ、作業間の関係付けが容易に記述できることを特徴としている。
【００４０】
図４に示すように、本実施形態の組立工程設計モデルは、製品、部品や工程、工法を表現するシンボルと、それらの接続関係や順序関係を表現する線とによって構成されている。本実施形態の組立工程設計モデルにより、上述した設計過程における４つの要件は、以下のように満たされる。
【００４１】
まず、製品製造設計段階において、要件１である製品構造や品番発生の複雑さおよびその変化は、ダイヤグラムに類似した記述法により表現することができる。
【００４２】
次に、基本工程設計段階において、要件２である作業の流れの形成状況およびその変化は、ダイヤグラム上で示される部品の結合関係を示す直線をベクトル表現に変えることにより作業の流れや順序を形成し、さらにその流れが変更される様子を表現する。同じく基本工程設計段階において、要件３である既存技術の適用可否およびその変化の表現については、既存技術を適用可能な工程と不可工程を、工程図上で異なるシンボルによって表現する。この記述に基づき、組立易さの向上によって既存技術がどの程度変化したかについて表現できる。
【００４３】
次に、組立工法設計段階において、要件４である新技術の導入状況およびその変化については、既存技術の適用可否の表現と同様に、工程図上での記号の表現を変えることにより、新技術導入によってどの程度工程を適正化できたかを表現できる。
【００４４】
以上のように、図３、図４で示した組立工程設計モデルの記述手法は、上記１〜４の要件のすべてに対応している。また、適正化作業の対象となる注力部品および工程と、適正化作業後の部品および工程の変化とを、すべて形とその形の変化により図示するので、的確な組立工程設計を促進することができる。
【００４５】
次に、本実施形態の組立工程設計モデルの記述手法を用いた新たな組立工程設計モデルの構築について図５に基づいて説明する。図５は、本実施形態の組立設計工程モデルを示している。図５において工程オブジェクトと結合線からなる図形を組立工程設計ダイヤグラムとし、以下、第１〜第３段階の組立工程設計の流れを組立工程設計ダイヤグラムの形の変化に基づいて説明する。
【００４６】
１）第１段階：製品構造設計段階
第１段階は、製品の必要機能を満たす範囲で、製品構造を極力簡素化させることを目的としている。第１段階では、製品図面を入力情報として、製品図面に従って描かれる製品情報を部品及び部品間の結合関係に着目して見直し、改良図面を出力する。具体的には、製品図面に基づいて部品関係の複雑さや品番の多さをチェックし、これらを改善することにより部品点数や品番の低減を行う。
【００４７】
図５の製品図面によれば、部品構造や品番の複雑さを一見して把握することができる。製品図面において、結合線が多い部品は他の多くの部品と結合され部品関係を複雑にしている。従って、このような部品を削減検討対象とすることで、製品構造を効率よく簡素化することができる。
【００４８】
また、工程オブジェクト中に記された品番数ｍ、ｎ、ｐにより、各部品の品番数を直ちに把握することができ、品番の削減検討を行うことができる。特に、組立の際にベースとなる部品の品番は極力少ない方が組立工程を簡素化することができる。
【００４９】
以上の結果、第１段階では、初期段階の製品図面より円や線の減少した工程設計ダイヤグラムが描かれた改良図面が得られる。
【００５０】
２）第２段階：基本工程設計段階
第２段階は、適正化すべき製品構造とレベルアップを要する既存の組立技術の抽出を目的としている。この第２段階では、部品の組立順序の検討や、既存の組立工法の適用検討により、部品間の結合関係を表す改良図面が、基本工程仕様を示した工程図に置き換えられ、部品の組立順序を表される。この設計により基本工程が構築され、公知の組立工法を用いた場合の組立容易さが明確化される。
【００５１】
３）第３段階：組立工法設計段階
第３段階では、組立が難しい部品や複数品番を有する部品に対しても、あたかも易しい組立や単一品番を扱うのと同様の工程を実現させることを目的としている。この第３段階では、第１段階で検討された製品構造と第２段階で検討された基本工程をベースに、対象とする製品構造により適した新たな組立工法が導入される。この導入により、第２段階で描かれた工程系統図が簡素化される。
【００５２】
以上のように、図５で示す組立工程設計モデルは、組立工程設計ダイヤグラムの３段階の簡素化で記述される。この組立工程設計モデルでは、組立工程設計の進捗が「形の変化」で示されるので設計手順が明確化され、試行錯誤による再設計が繰り返されることを防止できるとともに改善を促進することができる。これにより、迅速かつ的確な組立工程設計を実現することができる。
【００５３】
次に、本実施形態の組立工程設計システムにおける定量評価手法の導入について説明する。本実施形態では、組立工程設計で扱われる多項目の設計結果を一元的に定量評価する手法として、情報エントロピーを用いている。情報エントロピーＨは、ものごとの不確かさを表す評価値である。情報エントロピーＨは、単位をビットで表され、事象Ｘｉが起こるときの確率をＰ（Ｘｉ）として、以下の数式１で表される。
【００５４】
【数１】
Ｈ＝−ΣＰ（Ｘｉ）ｌｏｇ₂Ｐ（Ｘｉ）
さらに、状態１にあるシステムが状態２に遷移するとき、両者の情報エントロピーをそれぞれＨ１、Ｈ２とすると、不確かさの減少量Ｈｉは数式２で表され、この値が小さいほど、無駄のない効率的なシステムと見なされる。
【００５５】
【数２】
Ｈｉ＝Ｈ１−Ｈ２
この理論は、設計公理の１つである情報公理「情報量（本実施形態における情報エントロピー）を最小にせよ」に基づくものであり、システム構成法の評価等、いくつかの分野で活用されている。しかし、本実施形態のように組立工程設計に適用するためには、互いに影響しあう製品、工程、工法案のすべてが的確に評価できなければならない。さらに、評価者によって結果が変わってはならないという難しさがあるため、算出方法および算出結果に対する評価の考え方を明確に定義する必要がある。
【００５６】
本実施形態では、情報エントロピーの理論を組立工程設計モデルに適用するために、以下のように情報エントロピーの新たな定義を導入する。組立工程設計では、１）製品構造を表す図面情報がどの程度の情報エントロピーに相当するかという視点と、２）そのうちどの程度の情報エントロピーが組立の際に実際用いられるかという視点の２つに着目する必要がある。両者の情報エントロピーは、必ずしも一致せず、例えば複雑な構造の部品でも効率的な組立工法を活用すれば、前者に対して後者の情報エントロピーを大幅に減少させることができる。
【００５７】
そこで、本実施形態では、図面情報から算出される「対象とするエントロピーＨｐ」と、実際に組立に必要な図面情報から算出される「処理される情報エントロピーＨｔ」の２種類の情報エントロピーを用いている。前者の情報エントロピーＨｐは、製品サイドの視点に立ち、製品構造のシンプルさを評価するものである。一方、後者の情報エントロピーＨｔは、生産技術サイドの視点に立ち、組立工法のよしあしを評価するものである。上述のように同一の製品構造でも、効率のよい組立工法を活用することによりＨｔを小さくすることができる。
【００５８】
製品構造の簡素化に関する情報エントロピーＨｐは、第１段階の製品構造設計と第２段階の基本工程設計に対応し、工程の簡素化に関する情報エントロピーＨｔは第３段階の組立工法設計に対応している。このように、２種類の情報エントロピーＨｐ、Ｈｔに層別した評価手法を用いることにより、製品面あるいは生産技術面のどちらを優先して改善すべきかを適宜把握しながら組立工程設計を進めることができる。
【００５９】
次に、情報エントロピーを用いた定量評価を導入した組立工程設計モデルについて図６に基づいて説明する。図６は、組立工程設計モデルの設計、改善のサイクルを示している。
【００６０】
図６に示すように、第１段階の製品構造設計段階では、１）製品構造を組立工程設計ダイヤグラムにて記述し、改善を要する注力部品、工程を明確にする。次に、２）この注力部品、工程に対して複数の適正化案Ａ〜Ｃを抽出する。３）適正化案Ａ〜Ｃそれぞれの優劣を情報エントロピーにて定量評価する。４）この評価に基づき的確な適正化案を選定する。選定された適正化案を用いて再度、組立工程設計ダイヤグラムにて記述し、設計、改善、再設計のサイクルを繰り返す。
【００６１】
以上のサイクルを第１段階で完結させた後、同様に第２、第３段階においても順次完結させる。このように各段階で設計、改善、再設計のサイクルを完結させることにより、作業の戻りをなくすことができ、再設計の最小化を実現することができる。
【００６２】
次に、本実施形態の組立工程設計システムによる組立工程設計の流れを図７〜図２１に基づいて詳細に説明する。
【００６３】
図７は、組立構成設計の対象となる製品の分解斜視図である。図７に示すように、対象となる組立製品は、初期の構成部品点数がａ〜ｅの５点であり、ハウジングｂの上面にシャフトａが挿入され、ハウジングｂの側面にブラケットｃがボルトｄ、ｅによって組み付けられる構造となっている。
【００６４】
図８、図９は組立工程設計の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１０〜Ｓ１５が第１段階の製品構造設計段階に対応し、ステップＳ１６〜Ｓ２３が第２段階の基本工程設計段階に対応し、ステップＳ２４〜Ｓ３０が第３段階の組立工法設計段階に対応している。
【００６５】
まず、組立工程設計で必要となる対象部品の寸法、公差、クリアランス、結合関係およびその他部品の属性（材質、剛性、脆性等）に関する図面情報を抽出するとともに、情報エントロピー算出のために、必要位置決め精度と組み付け前の部品位置、姿勢のバラツキ量を抽出する（ステップＳ１０）。必要位置決め精度は、図面情報の公差、クリアランスから割り出される。組み付け前の部品の位置・姿勢のバラツキ量は、過去の実績に基づいて一般的になっている部品の納入形態から求められる。
【００６６】
図１０は、構成部品ａ〜ｅの品番数、必要位置決め精度、組み付け前の部品の位置・姿勢のバラツキ量を示している。これらの必要位置決め精度、バラツキ量は、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｘθ、Ｙθ、Ｚθの６成分の把握が必要であるが、本実施形態では簡略化してＸ成分のみを表示している。
【００６７】
次に、図面情報をもとに、組立工程設計ダイヤグラムにより製品構造の記述を行う（ステップＳ１１）。図１１は、組立工程設計ダイヤグラムにより製品構造を記述した結果を示している。
【００６８】
次に、情報エントロピーによる製品構造全体の評価を行う（ステップＳ１２）。図１２は、各構成部品ａ〜ｅについて情報エントロピーによる評価を行った結果を示している。
【００６９】
ここで各構成部品の情報エントロピーの算出方法について説明する。情報エントロピーＨｐの算出は、図１０で示した必要位置決め精度とバラツキ量をもとにして計算することができる。まず、シャフトａを組み付けるための情報エントロピーを算出する。シャフトａをハウジングｂに組み付けるためには、シャフトａとハウジングｂの両方を位置決めする必要があるので、両者の情報エントロピーを加算する必要がある。
【００７０】
シャフトａのみの情報エントロピー算出には、シャフトａをハウジングｂに組み付けるための必要位置決め精度±０．５ｍｍが適用される。また、ハウジングｂのみの情報エントロピー算出には、シャフトａを組み付ける前に、ハウジングｂをパレットや治具等にセットするための位置決め精度±３ｍｍが適用される。
【００７１】
従って、シャフトａを対象とする情報エントロピーＨｐ（ａ）は、第１項をシャフトａ自身の情報エントロピー、第２項をハウジングｂの情報エントロピーとして、以下の数式３で表される。
【００７２】
【数３】
Ｈｐ（ａ）＝ｌｏｇ₂（１５０／０．５）＋ｌｏｇ₂（１５０／３）＝３９
このケースではハウジングｂを治具にセットすることにしているが、２部品のうちいずれを治具にセットすべきかは、後工程の第２段階の基本工程設計段階にて詳細に検討されるため、第１段階の製品構造設計段階では仮に設定して情報エントロピーを算出している。
【００７３】
同様の考え方に基づき、ボルトｄを組み付けるための情報エントロピーは、ボルトｄ自身の情報エントロピーに、ブラケットｃとハウジングｂの情報エントロピーを加算する必要がある。以上の手順で、すべての構成部品に対して情報エントロピーを算出する。本実施形態では、すべての構成部品ａ〜ｅを組み付けるための情報エントロピーは１８０ビットとなっている。
【００７４】
次に、組立工程設計ダイヤグラムから、工程オブジェクトや結合線が複雑に交錯している部分があるか否かを検討する（ステップＳ１３）。この結果、複雑に交錯している部分があれば、製品構造を簡易化する必要があるため、ステップＳ１４に進み、製品構造簡易化案を考案する。一方、交錯している部分がなければ、ステップＳ１６の基本工程設計段階に進む。
【００７５】
ここで、図１１の組立工程設計ダイヤグラムから製品構造を見ると、ブラケットｃおよびボルトｄ、ｅが製品構造を複雑化していることが分かる。これらの部品は図１２で示した情報エントロピーでも高い値となっており、組立が難しいことを示している。
【００７６】
次に、工程オブジェクトや結合線が複雑に交錯している箇所に着目し、製品構造簡易化案を複数抽出する（ステップＳ１４）。図１３は、ステップＳ１３の評価結果に基づいた複数の製品構造簡易化案Ａ〜Ｃを示している。図１３に示すＡ案では、ブラケットｃをハウジングａに新設した突起部に軽圧入する構造にすることによりボルトｅを削減している。これにより、ハウジングｂの品番も削減され、製品構造設計段階での設計結果は、図１４に示す簡素化された組立工程設計ダイヤグラムにて表現できる。
【００７７】
次に、製品構造簡易化案を情報エントロピーにより評価することで、簡易化効果の大きい案の絞り込みを行う（ステップＳ１５）。図１５は、それぞれの製品構造簡易化案Ａ〜Ｃおける情報エントロピーを示している。複数の製品構造簡易化案Ａ〜Ｃを情報エントロピーにより比較することで、どの案がよりよい案かを容易に判断することができる。本実施形態では、Ａ案が最も情報エントロピーの低減効果が高くなっている。
【００７８】
次に、基本工程設計が開始される（ステップＳ１６）。基本工程設計は、部品（ｉ）単位で行われる。
【００７９】
次に、基本工程設計結果を組立工程設計ダイヤグラムで表現し、工程の流れを明確化する（ステップＳ１７）。
【００８０】
次に、ｉ番目の部品に対して組立工程設計ダイヤグラムに基づいて、ベース部品候補を複数抽出する（ステップＳ１８）。ベース部品の抽出は、多数の部品の組立基準になっているかを判断するため、結合線が集中している部品オブジェクトに着目して行う。さらにステップＳ１８では、組立工程設計ダイヤグラムと製品情報に基づいて、組立・把持基準、組立順序、部品供給方法に関する案を複数抽出する。
【００８１】
図１７は、組立順序、部品供給方法等に関する工程設計案の具体例を示し、図１８は、図１７の工程設計案による組立順序を示している。この例では、ハウジングｂをベース部品としてパレットｆに位置決めし、シャフトａ→ブラケットｃ→ボルトｄの順に組み付けられる。
【００８２】
以上のベース部品、組立順序、把持基準、部品供給方法の明確化が基本工程設計であり、ステップＳ１８では工程設計案を複数する。
【００８３】
次に、ステップＳ１８で複数抽出した工程設計案を、情報エントロピーにて評価し、情報エントロピーがより小さくなる案を絞り込む（ステップＳ１９）。図１９は、図１７の工程設計案の情報エントロピーを示している。
【００８４】
第１段階の製品製造設計に対して、第２段階の基本工程設計では、ベース部品を位置決めした状態で、シャフトａ、ブラケットｃ、ボルトｄが組み付けられることから、ハウジングを位置決めする情報エントロピーを他の部品に加算する必要がなくなる。この結果、図１９に示すように情報エントロピーが低減する。この例では、１０８ビット−９６ビット＝１２ビット減少している。
【００８５】
同様の手順で、ステップＳ１８で抽出したすべての工程設計案に対して、情報エントロピーを算出し、各案の情報エントロピー減少量を比較し、最も情報エントロピー減少量の大きい案を選択する。
【００８６】
次に、既に実用化されている公知の既存技術で組立可能かどうか層別する（ステップＳ２０）。この判断は、予めチャート化された判断基準を用いて行う。この結果は、図１６の工程ダイヤグラムに反映される。
【００８７】
例えば３品番を有するブラケットｃは、３つの形状それぞれのブラケットを保持しながらねじ締めする必要がある。このため、既存技術では対応困難と判断され、工程オブジェクトは「◎」で表される。この「◎」で示される部品は、既存組立技術を適用可能なように製品構造を見直すか、あるいは組立工法設計にて新たな組立技術を開発する必要がある。
【００８８】
次に、すべての対象部品に対して、基本工程設計を行ったか否かを判定する（ステップＳ２１）。この結果、基本工程設計を行っていない部品がある場合には、上記ステップＳ１６に戻り、ステップＳ１６〜Ｓ２０を繰り返して基本構成設計を行う。
【００８９】
一方、対象部品すべてに対して基本工程設計が終わっている場合には、実用化技術で対応できる工程に変更する目的で、再度上記ステップＳ１４で製品構造簡易化を検討する必要があるか否かを判定する（ステップＳ２２）。この判断は、過去の類似ライン情報等を参考にして行う。本実施形態では、納入先の要望により製品構造の再設計は不可能と判断している。
【００９０】
次に、組立工法設計を開始する（ステップＳ２３）。この組立工法設計は、工程（ｊ）単位で行う。
【００９１】
次に、ｊ番目の工程に対して、基本工程設計で作成したダイヤグラムおよび情報エントロピー評価結果から、組立技術開発、部品供給技術開発、多種対応技術開発を優先すべき工程を明確化する（ステップＳ２４）。ここでは、情報エントロピーの高い工程や、機械と機械との間に人が孤立した状態で作業を行う工程などが優先される。
【００９２】
次に、対象工程の組立技術案、部品供給技術案および多種対応技術案を複数抽出する（ステップＳ２５）。本実施形態では、例えば３品番を有するブラケットｃに対応した新たな組立ツールを開発した。
【００９３】
図２０は、ブラケットｃをハウジングｂに組み付ける際に用いる組立ツールを示している。この組立ツールは、ブラケットｃの３品番に共通する形状であるブラケット両端をブラケット保持部ｇにより保持した状態で、ねじ締め部ｈによりねじ締めできるように構成されている。
【００９４】
次に、抽出した複数案に対して情報エントロピーの評価を行い、情報エントロピーのより小さい案を絞り込む（ステップＳ２６）。ここでは、情報エントロピー評価を既存技術の改善案に適用するだけでなく、新発想のアイデアの評価や、人の作業と機械の作業との違いの分析にも適用し、技術開発の促進に役立てる。
【００９５】
図２０に示す組立ツールを用いることで、３種類の異なる形状のブラケットに対応できるので、見かけ上１品番を扱うのと同等の工程を実現できる。従って、この組立ツールを用いた場合には、３６ビットの情報エントロピーＨｔを低減することができる。同様の作業を上記ステップＳ２５で抽出した複数の案のすべてについて行い、情報エントロピー評価を行う。
【００９６】
次に、新たな組立工法の開発が必要な工程が残っていないか否かをチェックする（ステップＳ２７）。この結果、組立工法設計が必要な工程がある場合には、上記ステップＳ２３に戻り、ステップＳ２３〜Ｓ２６を繰り返して基本構成設計を行う。
【００９７】
一方、組立工法設計が必要な工程が残っていない場合には、組立工程設計ダイヤグラムに技術開発結果を盛り込み、組立工程設計ダイヤグラムの簡素化状況を確認する（ステップＳ２８）。新技術を導入した工程は、「◎」の内側の小さな円が破線で表示される。
【００９８】
図２１は、組立工程設計ダイヤグラムと情報エントロピーの変化を示している。図２１に示すように、製品構造設計、基本構造設計、組立工法設計の３段階の設計により、組立工程設計ダイヤグラムが簡素化されたとともに、情報エントロピーが低減され、よりよい工程設計が確実に行われたことが分かる。
【００９９】
以上の工程設計の結果、製品構造をどの程度簡素化できたかについては、対象とする情報エントロピーＨｐで表され、８４ビット低減できたことがわかる。一方、製造面の工夫によりどの程度工程を簡略化できたかについては、処理される情報エントロピーＨｔで評価され、３６ビット低減できたことが分かる。
【０１００】
以上、本実施形態によれば、組立工程設計モデルに基づき、各設計項目を３つの段階に明確に分類することで、適切な設計手段が定義付けられるため、組立工程設計における試行錯誤を抑制することができる。
【０１０１】
また、組立工程設計モデルにより、設計のポイントや新たな組立工法開発の妥当性を形および形の変化により図式的に明示するので、工程設計者の経験やノウハウに依存することなく、迅速かつ的確に設計を進めることができる。
【０１０２】
また、情報エントロピーにより設計結果を定量評価することにより、工程設計者の経験やノウハウに依存することなく、迅速かつ的確に設計を進めることができる。さらに、情報エントロピーを用いた定量評価法は、全設計項目に対して一貫して活用できるので、設計全体の最適性を考慮して各設計作業の適正化を図ることができる。
【０１０３】
また、製品面の評価に着目した情報エントロピー（Ｈｐ）と、製造面の評価に着目した情報エントロピー（Ｈｔ）とに層別した分析を行うため、製品面あるいは製造面のいずれの適正化作業に注力して設計を行っているかを容易に把握できる。さらに、よりよい工程仕様を作成するには、製品面あるいは製造面のどちらを優先した設計を行うべきかの方向付けができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】組立工程設計の基本作業を示す説明図である。
【図２】図１の形態１〜３に従った組立工程設計の手順を示す説明図である。
【図３】組立工程設計モデルの記述ルールを示す図表である。
【図４】図４は、図３で定義した組立工程設計モデルの概要を示す説明図である。
【図５】組立工程設計モデルを示す説明図である。
【図６】組立工程設計の流れを示す説明図である。
【図７】組立工程設計の対象となる組立製品の分解斜視図である。
【図８】組立構成設計の手順を示すフローチャートである。
【図９】図８に続くフローチャートである。
【図１０】組立工程設計に必要な図面情報を示す図表である。
【図１１】組立製品とその組立工程設計ダイヤグラムを示す説明図である。
【図１２】組立製品の各構成部品の情報エントロピーを示す説明図である。
【図１３】製品構造設計段階における製品構造簡易化案Ａ〜Ｃを示す説明図である。
【図１４】製品構造設計後の組立工程設計ダイヤグラムを示す説明図である。
【図１５】製品構造設計段階における製品構造簡易化案Ａ〜Ｃの情報エントロピーの比較を示す説明図である。
【図１６】基本工程設計段階における組立工程設計ダイヤグラムを示す説明図である。
【図１７】基本工程設計段階における基本工程設計案の具体例を示す図表である。
【図１８】基本工程設計段階における組立製品の組立順序を示す説明図である。
【図１９】基本工程設計段階における情報エントロピーの評価例を示す説明図である。
【図２０】組立工法設計段階における新たな組立ツールを示す斜視図である。
【図２１】上記実施形態の組立工程設計における組立工程設計ダイヤグラムおよび情報エントロピーの変化を示す説明図である。
【図２２】従来の組立工程設計の流れを示す説明図である。

Claims

複数の部品からなる製品を組み立てる組立工程を設計するための組立工程設計システムであって、
前記複数の部品の結合関係を示す製品構造情報からなる製品情報を入力情報として、組立易さの観点から前記製品構造情報を適正化した改良製品情報を出力する製品構造設計手段と、
前記改良製品情報を入力情報として、前記製品構造情報を前記部品を組み立てる組立工程の順序を示す工程情報に変換した基本工程情報を出力する基本工程設計手段と、
前記基本工程情報を入力情報として、前記製品構造情報により適した組立工法を導入して、前記工程情報を適正化した改良工程情報を出力する組立工法設計手段とを備え、
前記製品構造設計手段、前記基本工程設計手段および前記組立工法設計手段では、情報エントロピーを用いた定量的評価が行われることを特徴とする組立工程設計システム。
前記基本工程設計手段では、前記部品の組立工程のうち既存の組立技術を適用できない組立工程を抽出し、前記組立工法設計手段では、前記既存の組立技術を適用できない組立工程に、新たな組立技術を導入することを特徴とする請求項１に記載の組立工程設計システム。
前記製品構造情報は、前記部品を表す記号と前記部品の結合関係を表すように前記記号を結ぶ線とを備えており、
前記工程情報では、前記記号により前記部品の組立工程が表されるとともに、前記線が方向性を持って表されることにより、前記部品の組立工程の順序が表されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の組立工程設計システム。
前記部品が複数の種類を有する場合には、前記記号により前記部品の種類の数が表示されることを特徴とする請求項３に記載の組立工程設計システム。
前記工程情報において、前記記号により前記部品の組立工程に対する既存の組立技術の適用可否状況が表示されることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の組立工程設計システム。
前記製品構造設計手段、前記基本工程設計手段あるいは前記組立工法設計手段のいずれかにおいて、複数の設計案が存在する場合には、それぞれの設計案の情報エントロピーを算出して比較することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の組立工程設計システム。
前記情報エントロピーは、前記製品構造に関する情報エントロピーと、前記製造工程に関する情報エントロピーとを含んでいることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の組立工程設計システム。