JP5833998B2 - 組立作業性評価計算装置、および組立作業性評価方法 - Google Patents
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Description
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
なお、これらのハード構成は、専用装置である必要はなく、パーソナルコンピュータ等の一般的なコンピュータシステムを利用することができる。
組立作業性評価計算装置100の制御部110は、3DCADモデルの情報取得手段111と、部品種別の分類と特徴形状の検出手段112と、アセンブリグラフの生成手段113と、組立順序・方向・動作の生成手段114と、ワーク座標系の算出手段115と、部品の組付け動作の評価計算手段116と、複数の作業者位置・姿勢・視点の設定手段117と、エルゴノミクス評価手段120と、組立作業性の総合評価手段118とを含む。また作業者の作業のしやすさや疲労度を評価する前記エルゴノミクス評価手段120には、視認性評価手段121と、作業姿勢・目線の評価手段122と、リーチ性評価手段123と、動線と姿勢変化の評価手段124とが含まれる。
部品配置とは、ワールド座標系に配置されたアセンブリモデル上での各部品の位置および姿勢であり、各部品のパート座標系のX、Y、Zの3軸と部品原点から構成する。
部品間隣接関係とは、アセンブリモデルをモデリングする際に設定するアセンブリ拘束情報であり、拘束要素種別、拘束要素を含む部品ID、拘束された部品ID(被拘束部品ID)、拘束面を表す拘束面法線、拘束面原点から構成する。またアセンブリ拘束情報は、モデリングする際に設計者が設定した情報だけではなく、アセンブリモデルをもとに部品と部品のクリアランス解析によって取得する方式がよい。ここでクリアランス解析の一方式としては、設定した閾値をもとにモデリングされた部品の各面からクリアランス距離内にある別のモデルを探索し、探索結果得られた隣接部品の面(平面、円筒面、円錐面など)の位置、姿勢の情報を作成する方式が挙げられる。
なお本図のフローチャートには、3DCADモデルのモデリング操作および解析対象としたモデルを指定する操作は省略した。
図4は、記憶部130に格納されている部品種別情報132の例であり、上記のステップS20の判定で利用する。部品種別テーブル132は部品種別を引き当てるための情報として3DCADの部品属性(モデル名、部品図番、部品タイトル)と3DCADの形状特徴の判定条件の項目をもち、各行ごとの引き当て条件での部品種別名称、一致度を部品種別IDで識別する構成とする。なお図4の例では各行の引き当て条件において、空白以外の項目を条件として検索する。ここで部品図番、部品タイトルは、3DCADのパートモデルあるいはアセンブリモデルにユーザが任意に定義したテキスト情報である。また3DCADモデル名、部品タイトルなど文字列の部品属性においては、すべての文字列の完全一致だけではなく部分一致で引き当てる場合もある。そこで任意の文字を示すワイルドカード文字(*など)を含む文字列を格納する。なお文字列条件カラムを追加して、完全一致、前方一致、後方一致などの条件を定義してもよい。また形状特徴としては、寸法条件の例のほかパートモデルにおけるバウンディングボックス頂点、重心、主慣性モーメントなど3DCADモデルを計算することで取得できる質量特性を格納してもよい。また数値での判定においては、等しい、以下、より大きいなどの範囲を示す条件とし、またこれら条件のANDおよびOR条件にて設定可能とする。
(1)構成部品のうち、最小直方体の6つの構成平面のいずれかが、鉛直方向で高い順に構成部品の順序を並べる。
(2)ユーザにより指定された方向軸に対し、最小直方体の4つの構成面が平行な部品群について、該当する4つの構成面に対し、部品間で内包関係が成立する部品群を、内側からあるいは外側からの順序に並べる。
ここで、(2)の方法において互いに内包・外包関係にあたらない2部品については、順位が決定できない。その場合、(1)により部品間の順序に序列をつけることにより、全ての部品間に序列を付けることが可能である。(1)の方法は単独で全ての部品間に序列をつけることができるが、同じ順位となる部品については、例えば、最小直方体の6つの構成平面のいずれかが左側の部品を高い順位にするなどのように条件を付加することも可能である。
次に、図7のステップS43において分解順序の最終順番まで分解運動生成を終了したと判断された場合(Yesの場合)、ステップS48に進んで分解順序を逆順にして組立順序として格納する。次にステップS49により組立順序の全ての順番iについて分解運動v(i)のベクトル符号を反転して組立運動u(i)として格納する。
組立性評価法の概要を以下に説明する。基本減点εxは最も作業し易い組付け動作を「基準要素X0」にとって、これに与える基本減点εxを0とし、他の基本要素Xについては、上記「基準要素X0」よりも組付しにくくなるにつれて、換言すれば「生産数や生産手段、例えば使用する組立装置の種類等の条件即ち生産環境条件を揃えたときの」基本要素Xごとの組付費用Cxが上記基準要素X0の組付費用Cx0よりも大きくなるにつれてその基本減点εxが0よりも大きくなるような関数関係
(数9) εx=f1(Cx) として与えられる。
(数10) εx=f1(Cx)=f11(Tx)=f21(Ix)
つぎに図9(b)の補正要素χ、および補正係数αについて示す。補正要素χとしては部品の材質m、大きさl、仕上精度a等が挙げられ、又、この他にもいくつも考えられる。
これらの各補正要素(m,l,a…)について、その状態を1個又は複数のn個に区分し、それぞれ補正基準(m0,l0,a0…)を定義し、これらを図面等に表わされている情報(図面デ−タ)や製品、部品から抽出して指定することが出来るもので、基本要素以外に部品の組付し易さに影響を及ぼす項目である。その影響度を表わす補正指標として補正係数αが記載してあるが、この補正要素(χ)は、生産環境条件を揃えたときに、n個に区分された各状態の組付費用(Cxχn)が補正基準の組付費(Cxχ0=Cxとする)よりも大きくなるにつれてその補正係数αnが1より比例して大きくなるような関数関係として以下の数11のように与えられる。
(数11) dn=〔(cxXn)/(Cx)〕×mean
更に上記組付費用Cxχn,Cxχ0の代りに組付時間Txχn,Txχ0やこれらの指数Ixχn,Ixχ0をとることも出来ることは上記基本減点εの場合と同様である。
図9(a)の第3欄には基本要素の内容が記載してある。このような基本要素の数は数個から数十個が可能である。基本要素の数は多いほど分析・評価の精度が高くなるが一方使いにくくなる。逆に少ないほど評価プロセスは簡単になるが評価の精度が悪くなる。
(数12) Ei=100−f11(ΣExi・αi)
また、上記第2の方法では、
(数13) Ei=100−f22{(ΣExi)・α}
と表される。
各部品の組付け動作の評価計算結果を記憶部130の評価結果情報133に記憶する。
まずその時点の組立品のバウンディングボックス301の上面図に対し所定距離L離れた四角枠を描く。また、2π/Nの角度でZ軸周りに均等にN台の仮想カメラを設置する位置のZ方向の軸をその四角枠上に配置する。ここで作業者の作業姿勢としては例えば立位、座位、中腰、床に寝ている状態などがあり、これらの作業姿勢では腰や頭部の位置が変化する。評価すべき視点(作業者の頭部の目の位置)の位置をオペレータが入力部140にて、立位0.9、中腰0.6、座位0.3、床上0.1と先に入力した身長比にて設定する。あるいは予め数値を登録しておき、評価すべき視点を選択する形式でもよい。図10では1つの仮想カメラの配置軸に対し、立位310、中腰311、座位312、床上313の各視点を丸印で示した。また上記は比率で設定しているが、仮想カメラの位置を絶対値で入力してもよい。また上記の組立品全体のバウンディングボックスでは本来空いている作業スペースの外側からのアプローチとなることも考えられる。そこで、設定した仮想カメラ視点を中心として作業可能な領域(例:上半身の寸法)で輪切りに区切った範囲での組立品のバウンディングボックスとし、作業可能な限り仮想カメラの視点を近づかせる計算をしてもよい。
例えば図11に組付け部品と作業者姿勢(視点)の例を示した。図11(a)では組付けた部品の上側を邪魔する部品があり見難い(A/B=0.7)。図11(b)では組み付ける部品がよく見える(A/B=1)。図9(c)では組み付ける部品が見えない(A/B=0)となる。
記憶部130の作業姿勢・目線評価情報138は、予め、部品の組付け方向、作業姿勢、目線、評点の各データ項目に対して、想定されるデータ値の組み合わせに対する評点をテーブル形式にて記憶する。なお図12(b)のテーブルでは立位、中腰、斜め上など離散化した情報での評価の例を示したが、腰、視点、目線をパラメータとした評点の計算式を設けてもよい。
記憶部130に予めリーチ性評価関数139を登録しておき、この関数を参照することにより、組付け部品までの距離からリーチ性を計算する。
62,63 部品、
100 組立作業性評価計算装置、
110 制御部
111 3DCADモデルの情報取得手段、
112 部品種別の分類と特徴形状の検出手段、
113 アセンブリグラフの生成手段、
114 組立順序・方向・動作の生成手段、
115 ワーク座標系の算出手段、
116 部品の組付け動作の評価計算手段、
117 複数の作業者位置・姿勢・視点の設定手段、
118 組立作業性の総合評価手段、
120 エルゴノミクス評価手段、
121 視認性評価手段、
122 作業姿勢・目線の評価手段、
123 リーチ性評価手段、
124 動線と姿勢変化の評価手段、
130 記憶部、
131 3DCADモデル情報、
132 部品種別情報、
133 評価結果情報、
134 評価計算プログラム・計算条件、
135 組立性基本要素・補正要素データ、
136 アセンブリグラフ、
137 組立シーケンスデータ、
138 作業姿勢・目線評価情報、
139 リーチ性評価関数、
140 入力部、
150 表示部、
160 通信部、
200 3DCAD装置、
210 ネットワーク、
301 被組付け品、
302 組付け対象部品、
303 組付け位置、
310,320,330,340,350,360 周方向に等配分する仮想カメラの視点、
311 中腰の視点、
312 座位の視点、
313 床上の視点、
400 組立品のバウンディングボックス、
401 仮想カメラの視点位置から想定した作業姿勢、
402 次の部品を組み付ける視点位置から想定した作業姿勢、
611 円筒面、
612 平面。
Claims (8)
- 組立品を構成する複数の部品を順次組み立てる組立作業の組立性、作業性を評価する組立作業性評価計算装置であって、
複数の部品のそれぞれの部品属性と部品配置と他の部品との隣接関係の情報をCADから取得した3DCADモデルから抽出する情報取得手段と、
取得した3DCADモデルの情報から部品種別を分類する部品種別の分類と特徴形状の検出手段と、
3DCADモデル情報の部品間の隣接関係情報から、部品をノード、隣接関係をエッジとしたグラフにて、部品間の関係を表現する手段と、
前記アセンブリグラフをもとに分解可能な方向を生成し、分解方向および分解順序を生成することで、その逆変換を行い組立順序、組立方向を導出する手段と、
部品の組付動作ごとの基本減点Exに補正係数αを掛けて部品減点を算出し、基準点(満点100)から部品ごとの減点の総和を差し引いて部品の組付けやすさの質を表わす指標を算出する手段と、
組立順序に従って複数の仮想的な作業者位置・姿勢・視点を生成する手段と、
生成した作業者位置・姿勢・視点での作業性を評価する手段と、
前記部品の組付けやすさの指標の評価値と組立作業性の総合評価値を算出し、その結果を出力する総合評価手段と、を備えたことを特徴とする組立作業性評価計算装置。 - 前記作業性を評価する手段は、設定した複数の仮想的な作業者位置・姿勢・視点のそれぞれの組合せにおいて、
その視線から見た組付け部品の見易さを評価する視認性評価手段と、
作業者の姿勢と目線の方向から作業者疲労度を評価する作業姿勢・目線の評価手段と、
組付ける部品までの距離を評価するリーチ性評価手段と、
次の動作への距離や作業者の姿勢変化を評価する動線と姿勢変化の評価手段の少なくとも一つを含んでいることを特徴とする請求項1に記載の組立作業性評価計算装置。 - 前記視認性評価手段は、設定した仮想的な作業者位置・姿勢・視点において、組立順序に従った部品組付けの際に見える組付け部品の画像の領域と、他の部品がなく組付け部品単体で同じ位置・方向から見た画像の領域との比較から評点を算出することを特徴とする請求項2に記載の組立作業性評価計算装置。
- 前記作業姿勢・目線の評価手段、およびリーチ性評価手段は、予め作業の姿勢と目線、および部品との距離に対する評点の関係テーブル、または関係式を記憶部に登録しておき、該関係テーブル、または関係式に基づき評点を算出することを特徴とする請求項2に記載の組立作業性評価計算装置。
- 前記動線と姿勢変化の評価手段は,組立順序にしたがって変化する作業者位置・姿勢について、次の組立作業までの動線は組立品の3DCADモデルのバウンディングボックスを基に所定距離離れた周囲上にその経路長を計算し、その姿勢変化は作業位置から組付け部品までのベクトルの角度変化から算出することを特徴とする請求項2に記載の組立作業性評価計算装置。
- 前記組立順序、組立方向を導出する手段により生成した複数の部品の組立動作、および前記部品の組付けやすさの指標の評価値と組立作業性の総合評価値を算出した際に選定した作業者の位置・姿勢・視点に基づいて、組立アニメーションを生成する手段を更に備えたことを特徴とする請求項1に記載の組立作業性評価計算装置。
- 組立品を構成する複数の部品を順次組み立てる組立作業の組立性、作業性を評価する組立作業性評価方法であって、
複数の部品のそれぞれの部品属性と部品配置と他の部品との隣接関係の情報をCADから取得した3DCADモデルから抽出する工程と、
取得した3DCADモデルの情報から部品種別を分類し、および特徴形状を検出する工程と、
3DCADモデル情報の部品間の隣接関係情報から、部品をノード、隣接関係をエッジとしたグラフにて、部品間の関係を表現する工程と、
前記アセンブリグラフをもとに分解可能な方向を生成し、分解方向および分解順序を生成することで、その逆変換を行い組立順序、組立方向を導出する工程と、
部品の組付動作ごとの基本減点Exに補正係数αを掛けて部品減点を算出し、基準点(満点100)から部品ごとの減点の総和を差し引いて部品の組付けやすさの質を表わす指標を算出する工程と、
組立順序に従って複数の仮想的な作業者位置・姿勢・視点を生成する工程と、
生成した作業者位置・姿勢・視点での作業性を評価する工程と、
前記部品の組付けやすさの指標の評価値と組立作業性の総合評価値を算出し、その結果を出力する総合評価工程と、を有することを特徴とする組立作業性評価方法。 - 前記作業性を評価する工程は、設定した複数の仮想的な作業者位置・姿勢・視点のそれぞれの組合せにおいて、
その視線から見た組付け部品の見易さを評価する視認性評価工程と、
作業者の姿勢と目線の方向から作業者疲労度を評価する作業姿勢・目線の評価工程と、
組付ける部品までの距離を評価するリーチ性評価工程と、
次の動作への距離や作業者の姿勢変化を評価する動線と姿勢変化の評価工程の少なくとも一つを含んでいることを特徴とする請求項7に記載の組立作業性評価方法。
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