JPH0773157A - 大型構造物における溶接作業性の評価方法 - Google Patents
大型構造物における溶接作業性の評価方法Info
- Publication number
- JPH0773157A JPH0773157A JP16737193A JP16737193A JPH0773157A JP H0773157 A JPH0773157 A JP H0773157A JP 16737193 A JP16737193 A JP 16737193A JP 16737193 A JP16737193 A JP 16737193A JP H0773157 A JPH0773157 A JP H0773157A
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- JP
- Japan
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- work
- welding
- muscle
- fatigue
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
- Y02P90/30—Computing systems specially adapted for manufacturing
Landscapes
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 大型構造物の溶接作業性を定量的に評価す
る。 【構成】 コンピュータ１に溶接作業者を模した作業者
モデル３を導入する。ＣＡＤシステム２で作図した対象
構造物上に作業者モデル３を入り込ませ、作業個所、作
業順序をインプットする。作業者モデル３の各溶接作業
個所での最適姿勢を算出する。実験的に求めた筋肉の疲
労及び回復特性データを基に、各部の筋肉負荷と作業時
間より疲労過程をシミュレートさせる。その結果を表示
させ、作業効率等を定量的に把握する。
る。 【構成】 コンピュータ１に溶接作業者を模した作業者
モデル３を導入する。ＣＡＤシステム２で作図した対象
構造物上に作業者モデル３を入り込ませ、作業個所、作
業順序をインプットする。作業者モデル３の各溶接作業
個所での最適姿勢を算出する。実験的に求めた筋肉の疲
労及び回復特性データを基に、各部の筋肉負荷と作業時
間より疲労過程をシミュレートさせる。その結果を表示
させ、作業効率等を定量的に把握する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は船殻ブロック等の大型構
造物における溶接作業性の評価方法に関するものであ
る。
造物における溶接作業性の評価方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】構造設計の役割は、一般に、軽量で要求
性能を満足する強度をもつ構造で、製造し易く、品質を
確保できる構造を設計することである。前者について
は、各種の解析技術、コンピュータ環境が整備されてき
たことにより定量的評価が着実に浸透してきたが、後
者、すなわち、製造時の作業性（作り易さ）について
は、定量的な取り扱いが困難であることから、これまで
は定性的な取り扱いがほとんどであった。
性能を満足する強度をもつ構造で、製造し易く、品質を
確保できる構造を設計することである。前者について
は、各種の解析技術、コンピュータ環境が整備されてき
たことにより定量的評価が着実に浸透してきたが、後
者、すなわち、製造時の作業性（作り易さ）について
は、定量的な取り扱いが困難であることから、これまで
は定性的な取り扱いがほとんどであった。
【０００３】しかし、エンジニアリングの中で扱われる
以上、当然、他の価値観との比較が必要である。たとえ
ば、製造コスト的に占める材料費と加工費のトレードオ
フでは、作業性の定量的評価が重要となる。要求される
品質を得るために熟練技能者の腕に頼れなくなった昨
今、作業性に沿った形での構造の見直しをせまられてい
る。又、製造プロセスの自動化を推進するため、これま
で人がやっていたものとは異なる構造方式や、周辺設備
が要求されつつある。これらの場面では、作業性の良否
をできるだけ定量的にとられて比較、評価する必要があ
る。
以上、当然、他の価値観との比較が必要である。たとえ
ば、製造コスト的に占める材料費と加工費のトレードオ
フでは、作業性の定量的評価が重要となる。要求される
品質を得るために熟練技能者の腕に頼れなくなった昨
今、作業性に沿った形での構造の見直しをせまられてい
る。又、製造プロセスの自動化を推進するため、これま
で人がやっていたものとは異なる構造方式や、周辺設備
が要求されつつある。これらの場面では、作業性の良否
をできるだけ定量的にとられて比較、評価する必要があ
る。
【０００４】最近提案されている作業性の評価方法とし
ては、「あたらしいワークスタディ」技報堂出版 １９
８７年 pp.83−100 や、「組立を考慮した製品設計」日
本機械学会第６２６回講習会教材 １９８６年 pp.57−
69等がある。
ては、「あたらしいワークスタディ」技報堂出版 １９
８７年 pp.83−100 や、「組立を考慮した製品設計」日
本機械学会第６２６回講習会教材 １９８６年 pp.57−
69等がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前者にあっ
ては、構成動作を標準時間で評価するものであるため、
静的作業の溶接は評価できず、一方、後者にあっては、
ディジタルな部品単位の評価向きで、溶接線のように連
続的で境い目が引けない対象では扱うことができず、し
かも、構成部品の特性値と結果の所要時間等の関係を回
帰分析などの手法で分析しているものであることから、
改善を目的とした細い変更の評価はできない。
ては、構成動作を標準時間で評価するものであるため、
静的作業の溶接は評価できず、一方、後者にあっては、
ディジタルな部品単位の評価向きで、溶接線のように連
続的で境い目が引けない対象では扱うことができず、し
かも、構成部品の特性値と結果の所要時間等の関係を回
帰分析などの手法で分析しているものであることから、
改善を目的とした細い変更の評価はできない。
【０００６】そこで、本発明は、大型構造物の中で行う
静的姿勢が中心となる連続的且つ大量な作業に対する影
響を設計段階で評価できる大型構造物における溶接作業
性の評価方法を提供し、以って、構造改善に結びつける
ことができるようにしようとするものである。
静的姿勢が中心となる連続的且つ大量な作業に対する影
響を設計段階で評価できる大型構造物における溶接作業
性の評価方法を提供し、以って、構造改善に結びつける
ことができるようにしようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、コンピュータを用い、ＣＡＤシステムで
作図した対象構造物中に、溶接作業者を模した作業者モ
デルを取り込ませ、この作業者モデルに、主要関節部の
最大筋力と、筋肉の疲労及び回復特性とをパラメータと
して与えておき、上記作業者モデルを、指示した作業手
順にしたがって各溶接作業個所へ移動させて各溶接作業
個所に適した作業姿勢をとらせて溶接作業をシミュレー
トさせ、この際、各作業姿勢における各関節部の筋肉負
荷を算出して、上記筋肉の疲労及び回復特性に基づき、
各関節部の筋肉負荷と作業時間による疲労過程を求め、
各溶接作業個所及び全体の所要作業時間、作業効率等を
定量的に求めて表示させることを特徴とする大型構造物
における溶接作業性の評価方法とする。
決するために、コンピュータを用い、ＣＡＤシステムで
作図した対象構造物中に、溶接作業者を模した作業者モ
デルを取り込ませ、この作業者モデルに、主要関節部の
最大筋力と、筋肉の疲労及び回復特性とをパラメータと
して与えておき、上記作業者モデルを、指示した作業手
順にしたがって各溶接作業個所へ移動させて各溶接作業
個所に適した作業姿勢をとらせて溶接作業をシミュレー
トさせ、この際、各作業姿勢における各関節部の筋肉負
荷を算出して、上記筋肉の疲労及び回復特性に基づき、
各関節部の筋肉負荷と作業時間による疲労過程を求め、
各溶接作業個所及び全体の所要作業時間、作業効率等を
定量的に求めて表示させることを特徴とする大型構造物
における溶接作業性の評価方法とする。
【０００８】又、筋肉負荷に年齢のパラメータを組み合
わせるようにするとよい。
わせるようにするとよい。
【０００９】
【作用】ＣＡＤ情報と対象作業個所、作業順序をインプ
ットすると、最適化手法により適切な作業姿勢が算出さ
れ、この姿勢に対する疲労過程が筋肉の疲労特性と回復
特性からシミュレートされ、その結果が表示される。し
たがって、対象構造物を処理する実作業時間及び必要な
余裕時間を任意のメッシュで知ることができる。
ットすると、最適化手法により適切な作業姿勢が算出さ
れ、この姿勢に対する疲労過程が筋肉の疲労特性と回復
特性からシミュレートされ、その結果が表示される。し
たがって、対象構造物を処理する実作業時間及び必要な
余裕時間を任意のメッシュで知ることができる。
【００１０】又、筋力と年齢との関係を付加すると、作
業員の年齢の影響を同時に判断できることになる。
業員の年齢の影響を同時に判断できることになる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【００１２】本発明では、予め、図１に示す如く、コン
ピュータ１の中に、溶接作業者を模した作業者モデル３
を作り、且つこの作業者モデル３に、図３に示す如き主
要関節部の最大筋力と、図４に一例を示す如き筋肉の疲
労及び回復特性とをパラメータとして与えておき、別途
ＣＡＤ（computer aided design ）システム２から出力
される図２に示す如き対象構造物４の図形の中に、上記
作業者モデル３を入り込ませ、指示した作業手順にした
がって対象構造物４の各溶接作業個所の溶接作業を図５
のフローを基にシミュレートさせるようにする。
ピュータ１の中に、溶接作業者を模した作業者モデル３
を作り、且つこの作業者モデル３に、図３に示す如き主
要関節部の最大筋力と、図４に一例を示す如き筋肉の疲
労及び回復特性とをパラメータとして与えておき、別途
ＣＡＤ（computer aided design ）システム２から出力
される図２に示す如き対象構造物４の図形の中に、上記
作業者モデル３を入り込ませ、指示した作業手順にした
がって対象構造物４の各溶接作業個所の溶接作業を図５
のフローを基にシミュレートさせるようにする。
【００１３】上記において、作業者モデル３には、各溶
接作業個所で溶接作業に適した作業姿勢を、最適化手法
の一種である遺伝的アルゴリズムを用いて自動的に選定
させるようにする。すなわち、各溶接作業個所に対して
周囲の障害物を避けながら、目的とする作業ができる許
される範囲の最適解を算出させる。なお、図２におい
て、対象構造物４としては大骨５、小骨６、外板７から
なる船舶の標準ブロックを示している。
接作業個所で溶接作業に適した作業姿勢を、最適化手法
の一種である遺伝的アルゴリズムを用いて自動的に選定
させるようにする。すなわち、各溶接作業個所に対して
周囲の障害物を避けながら、目的とする作業ができる許
される範囲の最適解を算出させる。なお、図２におい
て、対象構造物４としては大骨５、小骨６、外板７から
なる船舶の標準ブロックを示している。
【００１４】又、選出された作業者モデル３の姿勢に対
して、ひざ、腰、首、肩、肘等の各関節部の筋肉に作用
する荷重、重心位置、寸法、角度、手に持った工具の重
さ等によるモーメントを計算し、図３のパラメータから
読みとれるモデルの想定年齢に見あった各部最大筋力モ
ーメントの値との比を求め（特定の年齢を考えない場合
は●印の平均値を使う）、これを該当関節の負荷とす
る。なお、図３では、主要関節での最大筋力をモーメン
トで表わしており、●印は年齢をおしなべた平均値を示
す。
して、ひざ、腰、首、肩、肘等の各関節部の筋肉に作用
する荷重、重心位置、寸法、角度、手に持った工具の重
さ等によるモーメントを計算し、図３のパラメータから
読みとれるモデルの想定年齢に見あった各部最大筋力モ
ーメントの値との比を求め（特定の年齢を考えない場合
は●印の平均値を使う）、これを該当関節の負荷とす
る。なお、図３では、主要関節での最大筋力をモーメン
トで表わしており、●印は年齢をおしなべた平均値を示
す。
【００１５】更に、上記作業者モデル３にパラメータと
して与えてある図４に示す如き筋肉の疲労及び回復特性
データにしたがって、選定した姿勢に対して算出した各
部筋肉負荷と作業時間により、疲労過程をシミュレート
させる。なお、図４において、Ｈは疲労感を表すポテン
シャル変数、ＨE は休憩を必要とする疲労レベル、Ｈs
は作業再開時の回復レベル、ｉは休憩の回数を示してい
る。因に、疲労の式は次の如く表わされる。
して与えてある図４に示す如き筋肉の疲労及び回復特性
データにしたがって、選定した姿勢に対して算出した各
部筋肉負荷と作業時間により、疲労過程をシミュレート
させる。なお、図４において、Ｈは疲労感を表すポテン
シャル変数、ＨE は休憩を必要とする疲労レベル、Ｈs
は作業再開時の回復レベル、ｉは休憩の回数を示してい
る。因に、疲労の式は次の如く表わされる。
【００１６】
【数１】 又、回復の式は次の如く表わされる。
【００１７】
【数２】 以上により、疲労レベルが一定（一般には軽い疲労を感
じるレベル）に達したときに休憩し（一般には１分未満
の短い休憩をとり、不充分なときはそれを繰り返す）、
回復したら再び作業を始める。なお、この際、作業以外
の移動等は負荷が解除されたとみなし、休憩として扱っ
て積算する。この繰り返しを対象構造物４の各対象溶接
作業個所毎に実行して、その結果を表、グラフ、カラー
コンタ等で表示させる。これにより、細部構造各部に対
する実作業時間及びそこでの疲労水準、能率（作業量／
作業時間比）と、構造物全体の所要作業時間や作業効率
を定量的に知ることができる。したがって、この結果を
基に、構造物の作り易さや所要作業時間を好みのメッシ
ュで求めることができる。
じるレベル）に達したときに休憩し（一般には１分未満
の短い休憩をとり、不充分なときはそれを繰り返す）、
回復したら再び作業を始める。なお、この際、作業以外
の移動等は負荷が解除されたとみなし、休憩として扱っ
て積算する。この繰り返しを対象構造物４の各対象溶接
作業個所毎に実行して、その結果を表、グラフ、カラー
コンタ等で表示させる。これにより、細部構造各部に対
する実作業時間及びそこでの疲労水準、能率（作業量／
作業時間比）と、構造物全体の所要作業時間や作業効率
を定量的に知ることができる。したがって、この結果を
基に、構造物の作り易さや所要作業時間を好みのメッシ
ュで求めることができる。
【００１８】又、上記において、疲労カーブは最大筋力
とそのときの負荷との比として無次元化してあり、図３
に示す最大筋力−年齢曲線より、平均的な年齢の影響を
考慮した最大筋力が得られるので、各部の作業、及び全
体作業が年齢に与える影響をも直接知ることができる。
したがって、これらの結果から各部分毎の作業単位に、
又、適宜積算することで知りたい範囲の実作業時間、休
憩時間、身体各部の疲労レベル等を年齢毎に知ることが
できる。
とそのときの負荷との比として無次元化してあり、図３
に示す最大筋力−年齢曲線より、平均的な年齢の影響を
考慮した最大筋力が得られるので、各部の作業、及び全
体作業が年齢に与える影響をも直接知ることができる。
したがって、これらの結果から各部分毎の作業単位に、
又、適宜積算することで知りたい範囲の実作業時間、休
憩時間、身体各部の疲労レベル等を年齢毎に知ることが
できる。
【００１９】なお、上記実施例では船殻構造を対象とし
た場合を示したが、作業姿勢の負担評価という目的から
他のあらゆる種類の作業についても適用できること、
又、生産設計における製造方法の評価・検討に利用する
等は任意であること、その他本発明の要旨を逸脱しない
範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
た場合を示したが、作業姿勢の負担評価という目的から
他のあらゆる種類の作業についても適用できること、
又、生産設計における製造方法の評価・検討に利用する
等は任意であること、その他本発明の要旨を逸脱しない
範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００２０】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明の大型構造物に
おける溶接作業性の評価方法によれば、下記の如き種々
の優れた効果を発揮する。 (1) コンピュータに作業者モデルを導入して対象構造物
の溶接作業個所に対して必要な作業姿勢をとらせて筋肉
負荷を計算するので、船殻構造のような大型構造物の中
に入り込んだ作業の作業姿勢からくる身体負担を定量的
に把握することができる。 (2) 溶接作業のように静的で対象が連続した作業につい
て、作業姿勢に着目した身体負担によりその作業性を評
価することができる。 (3) 対象構造物と対象溶接作業個所の情報さえ与えれば
自動的に必要な作業姿勢を算出し、その姿勢に起因する
身体負担を算出できるので、大量の作業の評価を効率よ
く行うことができると共に、細部構造毎の作業性をもチ
ェックすることができる。 (4) 筋肉の疲労及び回復特性が組み込まれているので、
姿勢負担により疲労する様子、休憩により回復する様子
を実際に近い形でシミュレートすることができ、これに
より、構造の作り易さと、所要作業時間や作業効率等を
好みのメッシュで求めることができる。 (5) 筋肉負荷に年齢のパラメータを組み合わせることに
より、年齢毎の作業性を評価することができ、たとえ
ば、製造部門の高齢化に対応した構造の見直しというよ
うな場合に有効な道具となる。
おける溶接作業性の評価方法によれば、下記の如き種々
の優れた効果を発揮する。 (1) コンピュータに作業者モデルを導入して対象構造物
の溶接作業個所に対して必要な作業姿勢をとらせて筋肉
負荷を計算するので、船殻構造のような大型構造物の中
に入り込んだ作業の作業姿勢からくる身体負担を定量的
に把握することができる。 (2) 溶接作業のように静的で対象が連続した作業につい
て、作業姿勢に着目した身体負担によりその作業性を評
価することができる。 (3) 対象構造物と対象溶接作業個所の情報さえ与えれば
自動的に必要な作業姿勢を算出し、その姿勢に起因する
身体負担を算出できるので、大量の作業の評価を効率よ
く行うことができると共に、細部構造毎の作業性をもチ
ェックすることができる。 (4) 筋肉の疲労及び回復特性が組み込まれているので、
姿勢負担により疲労する様子、休憩により回復する様子
を実際に近い形でシミュレートすることができ、これに
より、構造の作り易さと、所要作業時間や作業効率等を
好みのメッシュで求めることができる。 (5) 筋肉負荷に年齢のパラメータを組み合わせることに
より、年齢毎の作業性を評価することができ、たとえ
ば、製造部門の高齢化に対応した構造の見直しというよ
うな場合に有効な道具となる。
【図１】本発明の大型構造物における溶接作業性の評価
方法の実施に用いる装置の概略図である。
方法の実施に用いる装置の概略図である。
【図２】ＣＡＤシステムで作図した対象構造物の一例を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図３】人体の主要関節部での最大筋力をモーメントで
表わすグラフである。
表わすグラフである。
【図４】疲労及び回復特性の一例を示すモデル図であ
る。
る。
【図５】姿勢選定及び疲労レベル評価のシミュレーショ
ンの概要を示すプロセスフローである。
ンの概要を示すプロセスフローである。
１ コンピュータ ２ ＣＡＤシステム ３ 作業者モデル ４ 対象構造物
Claims (2)
- 【請求項１】 コンピュータを用い、ＣＡＤシステムで
作図した対象構造物中に、溶接作業者を模した作業者モ
デルを取り込ませ、この作業者モデルに、主要関節部の
最大筋力と、筋肉の疲労及び回復特性とをパラメータと
して与えておき、上記作業者モデルを、指示した作業手
順にしたがって各溶接作業個所へ移動させて各溶接作業
個所に適した作業姿勢をとらせて溶接作業をシミュレー
トさせ、この際、各作業姿勢における各関節部の筋肉負
荷を算出して、上記筋肉の疲労及び回復特性に基づき、
各関節部の筋肉負荷と作業時間による疲労過程を求め、
各溶接作業個所及び全体の所要作業時間、作業効率等を
定量的に求めて表示させることを特徴とする大型構造物
における溶接作業性の評価方法。 - 【請求項２】 筋肉負荷に年齢のパラメータを組み合わ
せた請求項１記載の大型構造物における溶接作業性の評
価方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16737193A JPH0773157A (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 大型構造物における溶接作業性の評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16737193A JPH0773157A (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 大型構造物における溶接作業性の評価方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0773157A true JPH0773157A (ja) | 1995-03-17 |
Family
ID=15848478
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16737193A Pending JPH0773157A (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 大型構造物における溶接作業性の評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0773157A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002324154A (ja) * | 2001-04-25 | 2002-11-08 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 構造物の建造作業管理システム及び方法 |
| JP2007172312A (ja) * | 2005-12-22 | 2007-07-05 | Fujitsu Ltd | 機器操作性評価装置、機器操作性評価方法及び機器操作性評価プログラム |
| JP2007183792A (ja) * | 2006-01-06 | 2007-07-19 | Fujitsu Ltd | 機器操作性評価装置、機器操作性評価方法及び機器操作性評価プログラム |
| WO2014080733A1 (ja) * | 2012-11-21 | 2014-05-30 | 株式会社日立製作所 | 組立作業性評価計算装置、および組立作業性評価方法 |
| JP2016038740A (ja) * | 2014-08-07 | 2016-03-22 | 日産自動車株式会社 | 車両用電線の作業性評価方法およびその装置 |
| WO2017217327A1 (ja) * | 2016-06-15 | 2017-12-21 | 株式会社村田製作所 | 腰部疲労判定方法、ソフトウエアおよび腰部疲労判定装置 |
-
1993
- 1993-06-15 JP JP16737193A patent/JPH0773157A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002324154A (ja) * | 2001-04-25 | 2002-11-08 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 構造物の建造作業管理システム及び方法 |
| JP4698875B2 (ja) * | 2001-04-25 | 2011-06-08 | 株式会社アイ・エイチ・アイ マリンユナイテッド | 構造物の建造作業管理システム |
| JP2007172312A (ja) * | 2005-12-22 | 2007-07-05 | Fujitsu Ltd | 機器操作性評価装置、機器操作性評価方法及び機器操作性評価プログラム |
| JP4745818B2 (ja) * | 2005-12-22 | 2011-08-10 | 富士通株式会社 | 機器操作性評価装置、機器操作性評価方法及び機器操作性評価プログラム |
| JP2007183792A (ja) * | 2006-01-06 | 2007-07-19 | Fujitsu Ltd | 機器操作性評価装置、機器操作性評価方法及び機器操作性評価プログラム |
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| JP2016038740A (ja) * | 2014-08-07 | 2016-03-22 | 日産自動車株式会社 | 車両用電線の作業性評価方法およびその装置 |
| WO2017217327A1 (ja) * | 2016-06-15 | 2017-12-21 | 株式会社村田製作所 | 腰部疲労判定方法、ソフトウエアおよび腰部疲労判定装置 |
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