JPH11120163A

JPH11120163A - 作業者の動作シミュレーション装置および生産ライン検討装置

Info

Publication number: JPH11120163A
Application number: JP28512897A
Authority: JP
Inventors: Hideki Sakane; 英樹坂根
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-10-17
Filing date: 1997-10-17
Publication date: 1999-04-30

Abstract

(57)【要約】【課題】作業者の作業動作を容易に自動でシミュレー
ションすると共に定量的に分析し、その評価を正確に行
うことができる生産ライン検討装置を提供する。【解決手段】動作シミュレーション部は、作業動作記
憶部と作業動作解析部とを備えている。作業動作記憶部
は、設定された各設備のレイアウトに基づいて作業者の
各設備に対する作業動作を設定し（Ａ）、作業姿勢点デ
ータベース４４および作業時間データベース４５にアク
セスして、各作業動作の姿勢点を算出すると共に、各動
作における作業者の身体部分の変動を各作業ごとに三次
元座標としてシミュレーション設定し（Ｂ）、作業者の
三次元座標で表された身体部分の変動を記憶する。作業
動作解析部は、作業者の身体部分の変動距離、姿勢点
数、作業動作時間を算出し、これらの算出結果を解析す
る（Ｃ）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、作業者の動作シミ
ュレーション装置および生産ライン検討装置に関し、さ
らに詳しくは、生産ラインにおける作業者の作業動作の
シミュレーションを行うための作業者の動作シミュレー
ション装置と、作業動作のシミュレーションの結果に基
づいて生産ラインの検討を行うための生産ライン検討装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】生産ラインの一例として、部品棚に収容
されている部品を組付ける場合には、図７に示すよう
に、組付設備と部品棚とが平行に配置されており、作業
者は、組付設備と部品棚との間に位置して歩行動線に沿
って歩行し、部品を組みつける。このような生産ライン
において、作業者の作業動作をシミュレーションして評
価する場合には、従来より、組付け設備を一作業単位と
して、各作業単位における作業時間をストップウォッチ
等により測定すると共に、作業者の作業姿勢をビデオ撮
影等をして解析評価し、作業者の歩行距離を作業者の歩
数により換算して測定している。作業者の作業姿勢の解
析評価は、例えば作業者が歩行する場合、手を上げて部
品を取出す場合、および手を下ろして部品を組付ける場
合等、作業姿勢によって点数（以下、姿勢点数という）
がそれぞれ予め定められており、撮影されたビデオを見
ながら、図８に示すように、作業姿勢ごとにその作業姿
勢をとっていた時間、姿勢点数、および歩行距離等を解
析し、これらの解析結果を作業単位ごとに手作業でまと
めていた。そして、これらの測定、評価に基づいて作業
の無駄や設備の配置（レイアウト）の無駄がないかを手
作業で捜し、これらに無駄がある場合にはその無駄をな
くすために手作業により試行錯誤で改善策を作成するこ
とが行われている。

【０００３】一方、従来の技術として、特開平４−２５
９８０３号公報に開示されているように、作業者の動作
測定部位に取付けられる標点と、この標点を異なる位置
から撮像する複数のイメージセンサと、これら複数のイ
メージセンサからの２次元座標データを三次元座標デー
タに合成する座標合成装置と、この座標合成装置からの
出力により前記作業者の動作測定部位の移動量をサンプ
リングする動作演算装置と、を備えた作業動作計測装置
が知られている。このものは、作業者のワークを取る、
運ぶ、置く等の作業動作を計測するためのもので、例え
ば、作業者の手首、肘、肩、腰、膝、足首等の関節それ
ぞれに標点を取付け、この作業者の各種作業動作を、複
数のイメージセンサで異なる方向から同時に撮像し、こ
の撮像を座標合成装置で３次元座標データとして取り出
し、この３次元座標データを動作演算装置でサンプリン
グすることにより、作業者の関節のような動作測定部位
の移動量を自動的に物理量として計測する。そして、こ
のものでは、作業者の計測した移動量を予め求められて
いる標準動作と比較することにより、作業者が自分の作
業動作の無理や無駄を的確に把握して、作業動作の改善
を容易に行うことができる、等と記載されている。

【０００４】また、別の従来の技術として、特開平６−
１６８２４６号公報に開示されているように、作業員の
実作業の映像データに基づいて作成した前記実作業にお
ける作業員の図形データを記憶する記憶手段と、人間モ
デルの図形データを記憶する記憶手段と、表示装置と、
指定された作業に関連する前記実作業における作業員の
図形データを記憶手段から検索し、前記人間モデルの図
形データと共に前記表示装置に表示させる手段とを備え
た据え付け計画支援装置が知られている。このもので
は、実作業に合った人間モデルの図形データを作業員の
図形データに合わせて作成するために、映像データに基
づいて作成した実作業における作業員の図形データと、
人間モデルの図形データを表示装置に同時に表示し、人
間モデルの図形データを実作業における作業員の図形デ
ータと合致するよう動かすものである。したがって、こ
のものによれば、作業手段のシミュレーションを実作業
により合わせて行うことができ、より適切な作業工程を
作成することができる、等と記載されている。

【０００５】さらに、別の従来の技術として、特開平９
−１３８８２０号公報に開示されているように、需要変
動に対応した各生産品種別の数量や納期等を管理すると
共に、需要変動に対応した前記全生産品種の総生産数の
見積りを行う生産計画手段と、この生産計画手段で求め
られた総生産数を得るための設備および作業者数を求め
かつこれら設備および作業者の配置構成を設定する配置
設計手段と、前記生産計画手段で求められた総生産数
と、前記配置設計手段で求められた前記設備および前記
作業者の配置構成と、予め設定した各作業者別の作業習
熟値とに基づいて、前記設備および各作業者における各
作業工程を設定する作業分配手段と、この作業分配手段
で設定した工程のシミュレーションを実行し前記工程の
稼働率、リードタイム、仕掛り、生産数、手持ち時間等
の情報から前記工程の可動状態を推定して前記工程の工
程評価を行う工程評価手段とを備えた工程設計システム
が知られている。このものでは、編成した作業工程のシ
ミュレーションによる稼働率、リードタイム、仕掛り、
生産数、手持ち時間等の情報から前記工程の可動状態を
推定して、この可動状態により工程評価を行う。これに
より、実際の製造工程に対応した作業者配分で、かつ最
適な設備構成となるような工程設計を迅速に行うことが
できる、等と記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
図８に示したものにあっては、一連の処理を手作業によ
り行い、しかも、一度撮影したビデオの映像を再び再生
して分析し評価するため、手間や時間がかかるという問
題があった。さらには、算出された動作シミュレーショ
ンの結果が目標を満たさない場合には、作業動作の再検
討や設備のレイアウトの変更等を手作業で行い、これら
の変更設定以後の処理を再度手作業で行い、その都度目
標と比較して繰り返し検討評価しなければならない。そ
のための作業には、膨大な手間や時間がかかるという問
題や、作業動作や設備が目標を満たすように各種条件を
変更設定してフィードバックし、各種条件が与える影響
を掌握するまで時間がかかり、多大な困難を伴うという
問題もあった。

【０００７】一方、上記従来の技術のうち、特開平４−
２５９８０３号公報に開示された作業動作計測装置にあ
っては、作業者の関節のような動作測定部位の移動量を
単に物理量として計測するにとどまるもので、作業者の
作業動作のシミュレーションを行うような技術的思想を
有しておらず、また、自動で作業動作を評価したり、そ
の評価に関係する設備の配置等の他の要因について考慮
して作業動作の計画に反映させるようなことができなか
った。

【０００８】また、上記従来の技術のうち、特開平６−
１６８２４６号公報に開示された据付け計画支援方法お
よびその装置にあっては、上述した図８に示したものと
同様に、一度サンプリングされた実作業における作業員
の図形データ（撮影したビデオの映像）を再び再生し、
人間モデルの図形データを実作業における作業員の図形
データと合致するよう動かすものであり、そのような作
業には手間や時間がかかるという問題があった。そし
て、このものにあっては、人間モデルの図形データを実
作業における作業員の図形データと合致するよう動かす
作業を含むことにより、作業員動作を含むシミュレーシ
ョン作業実施結果の詳細アニメーション表示の結果、問
題点があった場合に、処理手順を再び実行するのにさら
に時間や手間がかかることとなる。

【０００９】さらに、上記従来の技術のうち、特開平９
−１３８８２０号公報に開示された工程設計システムに
あっては、単に工程のシミュレーションの結果を評価
し、最適な作業者配分および設備構成となるような工程
設計を行うのみで、作業者の作業動作については考慮さ
れていない。

【００１０】そして、作業者の動作測定部位の移動量を
計測するための特開平４−２５９８０３号公報に開示さ
れた作業動作計測装置と、人間モデルの図形データを実
作業における作業員の図形データと合致するよう動かし
作業手段のシミュレーションを実作業により合わせて行
うための特開平６−１６８２４６号公報に開示された据
付け計画支援方法およびその装置と、工程のシミュレー
ションの結果を評価し最適な作業者配分および設備構成
となるような工程設計を行うための特開平９−１３８８
２０号公報に開示された工程設計システムと、を組み合
わせるような記載はもとより、そのような示唆はいずれ
のものにもない。

【００１１】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的は、作業者の作業動作を容易に自動でシミ
ュレーションすることができると共に、作業者の作業動
作を定量的に分析することができる作業者の動作シミュ
レーション装置を提供し、さらには、作業者の作業動作
を実際の設備に則して正確にシミュレーションすること
ができる作業者の動作シミュレーション装置を提供する
ことにある。

【００１２】また本発明の目的は、作業者の作業動作を
容易に自動でシミュレーションすることができると共
に、作業者の作業動作を定量的に分析することができ、
したがって、その評価を正確に行うことができる生産ラ
イン検討装置を提供し、さらには、生産ラインの評価が
目標値を満たさない場合であっても、定量的に分析され
た作業者の作業動作を容易に自動で設定変更することが
できる生産ライン検討装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
作業者の動作シミュレーション装置は、上記目的を達成
するため、作業者の身体部分の変動を三次元座標として
記憶する作業動作記憶部と、該作業動作記憶部に記憶さ
れた作業者の身体部分の変動の三次元座標から作業者の
動作を解析する作業動作解析部とを備えたことを特徴と
するものである。

【００１４】本発明の請求項２に係る作業者の動作シミ
ュレーション装置は、上記目的を達成するため、請求項
１の発明において、作業動作解析部は、配置された設備
に対する作業者の身体部分の変動の三次元座標から作業
動作を解析することを特徴とするものである。

【００１５】本発明の請求項３に係る生産ライン検討装
置は、上記目的を達成するため、作業者の身体部分の変
動を三次元座標として記憶する作業動作記憶部と、該作
業動作記憶部に記憶された、配置された設備に対する作
業者の身体部分の変動の三次元座標から作業動作を解析
する作業動作解析部と、該作業動作解析部により解析さ
れた作業動作を評価する評価部とを備えたことを特徴と
するものである。

【００１６】本発明の請求項４に係る生産ライン検討装
置は、上記目的を達成するため、請求項３の発明におい
て、生産ラインの評価が目標値を満たすように、作業動
作または設備配置の少なくとも一方を自動変更してフィ
ードバックするフィードバック処理部を有することを特
徴とするものである。

【００１７】請求項１の発明では、作業動作記憶部に作
業者の身体部分の変動を三次元座標として記憶させ、こ
の三次元座標により表された作業者の作業動作、すなわ
ち身体部分の変動を作業動作解析部により解析する。

【００１８】請求項２の発明では、作業者の作業動作を
その作業対象である設備の配置と対応して解析する。そ
のため、作業者の作業動作の内容が実態に則して解析さ
れる。

【００１９】請求項３の発明では、作業動作記憶部に作
業者の配置された設備に対する身体部分の変動を三次元
座標として記憶させ、この三次元座標により表された作
業者の作業動作、すなわち身体部分の変動を作業動作解
析部により解析し、その作業動作の解析結果を評価部に
より評価する。

【００２０】請求項４の発明では、作業動作の評価部に
よる評価結果に基づいて、フィードバック処理部が、作
業動作または設備配置の少なくとも一方を自動変更して
所定の解析部にフィードバックし、生産ラインの評価が
目標値を満たすように設定変更する。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明に係る作業者の動作シミュ
レーション装置および生産ライン検討装置の実施の一形
態を図１乃至図６に基づいて詳細に説明する。なお、こ
の実施の形態においては、作業者の配置された設備に対
する作業動作を含む所定の生産ライン情報を作成し、そ
の作成された生産ライン情報のうちの一つである生産ラ
インにおける作業者の作業動作をシミュレーションする
ための作業者の動作シミュレーション装置の場合によっ
て、またさらに、シミュレーションされた作業者の作業
動作を検討評価し、その評価が目標値を満たすように生
産ライン情報の設定変更を行うための生産ライン検討装
置の場合によって説明する。図において同一符号は同一
部分または相当部分とする。

【００２２】図１に示すように、この実施の形態におけ
る生産ライン検討装置は、概略、粗材から製品に加工す
るための加工部位を解析する加工部位解析部１と、該解
析された加工部位を加工するために工程を配分するよう
解析する工程解析部２と、該解析された各工程を所定の
加工設備に割り当てる設備解析部３と、該加工設備を仮
想配置するレイアウト・作業動作解析部４と、各解析部
１，２，３，４にて解析された各情報から生産ラインを
評価する評価部５とを備えている。さらに、この実施の
形態における生産ライン検討装置は、算出された生産ラ
インの評価の値が目標値を満たすように、各解析部１，
２，３，４にて解析された各情報の少なくとも一つを自
動修正するフィードバック処理部６を備えている。各解
析部１，２，３，４は、評価部５とフィードバック処理
部６とにそれぞれ独立して接続され、また、入出力イン
ターフェース７を介してキーボード等の入力装置８、デ
ィスプレイ９およびプリンタ１０等の出力装置とそれぞ
れ独立して接続されている。

【００２３】加工部位解析部１は、図１に示すように、
各加工部位抽出部１１と、加工法・工具指定部１２と、
加工時間算出部１３とを備えてなるもので、工具自動作
成部１４が接続されている。そして、加工部位解析部１
は、必要に応じて製品形状ＣＡＤデータファイル１５お
よび粗材形状ＣＡＤデータファイル１６と工具データベ
ース１７とにアクセスして、これらに格納された情報を
読み取ることが可能となっている。粗材形状ＣＡＤデー
タファイル１６には、粗材の三次元形状や大きさの他に
単価が記憶されている。工具データベース１７には、現
在保有している工具の、割りつけた番号、種類、加工可
能な長さや径等の大きさ、三次元形状、刃具枚数、一度
に加工可能な穴等の部位の数等を含む工具データが格納
されている。

【００２４】加工部位抽出部１１は、製品形状ＣＡＤデ
ータファイル１５と粗材形状ＣＡＤデータファイル１６
とから、それぞれ最終的な三次元の製品形状と加工前の
粗材の三次元形状とを読み取って解析し、粗材の形状か
ら所望の製品形状に加工するために、例えば穴や面とい
った三次元の部位を抽出する。これらの抽出された加工
部位の形状が複雑である場合には、さらに加工部位を分
割することもできる。

【００２５】加工法・工具指定部１２は、工具データベ
ース１７にアクセスして工具データの中から、例えば加
工部位が穴である場合には穴あけ加工が可能なドリル
を、また、加工部位が面である場合には平面削り加工が
可能なフライスを、というように加工部位に応じて加工
法とそのための使用工具の種類をそれぞれ割り当てる。
そして、工具データベース１７に格納された現在保有し
ている工具データの中に各加工部位に適した工具がない
場合には、加工法・工具指定部１２は、工具自動作成部
１４に対して各加工部位に適した工具を作成させるため
の指示およびその工具作成のために必要な加工部位の大
きさ等の情報を出力する。したがって、各加工部位に適
した工具を現在保有していない場合であっても、工具を
割り当てた以降の検討・解析を進めることができる。な
お、上述したように加工部位を加工が容易な形状に分割
した場合には、分割された加工部位に応じて使用工具が
割り当てられ、あるいは、工具自動作成部１４に分割さ
れた加工部位の形状に応じた工具を作成させる。

【００２６】工具自動作成部１４は、加工法・工具指定
部１２からの情報を受け取り、その加工部位に適した工
具を製作するための三次元形状で示すことが可能な設計
図等を作成する。工具自動作成部１４により作成された
設計図等は、加工法・工具指定部１２へと出力され、新
たな工具データして工具データベース１７に格納される
と共に、必要に応じてディスプレイ９に表示したり、プ
リンタ１０によってプリントアウトされる。なお、加工
法・工具指定部１２により指定され、あるいは工具自動
作成部１４により作成された工具の工具データは、入出
力インターフェース７を介して後述する設備解析部３に
接続された工具データベース３３に格納される。

【００２７】加工時間算出部１３は、抽出された加工部
位の穴径、公差、取代等から加工部位毎の切削等の加工
条件と加工時間を算出するものである。切削条件は工具
の送り速度および加工距離により求められ、工具の送り
速度は加工形状、被削材（粗材）および工具の材質、工
具径、公差等により導出され、加工距離（例えば、穴あ
け加工の場合にはドリルが送られる穴の深さであり、平
面削り加工の場合にはフライスが送られる長さである）
は加工部位の形状により抽出される。この切削条件から
各加工部位毎の加工時間が算出される。なお、加工時間
は、例えば穴あけ加工を行う場合、穴の径（工具径）と
穴の深さ（工具送り量）とにより変化し、加工時間を短
縮化するためには工具径および穴の深さを短くするよう
変更設定する必要がある。

【００２８】各加工部位抽出部１１により抽出された各
加工部位、加工法・工具指定部１２により指定され、あ
るいは工具自動作成部１４により作成された加工法、切
削等の加工条件、工具は、生産ライン情報に含まれる。
また、加工時間算出部１３により算出された加工時間
は、生産ラインの評価の対象とされる。

【００２９】工程解析部２は、図１に示すように、工程
配分部２１と、工具軌跡算出部２２と、サイクルタイム
算出部２３と、工程データ作成部２４とを備えてなるも
ので、工具非干渉治具設計領域作成部２５が接続されて
いる。そして、工程解析部２は、必要に応じて加工条件
データベース２６にアクセスして、これらに格納された
情報を読み取ることが可能となっている。加工条件デー
タベース２６には、工具の材質と粗材の材質との各種組
み合わせが設定され加工条件と、この各加工条件におい
て推奨される加工速度や送り速度および最大加速度や送
り速度が格納されている。

【００３０】工程配分部２１は、使用される工具、加工
方向や時間等から各加工部位を適当にまとめて一つの工
程とするように配分する。

【００３１】工具軌跡算出部２２は、工程配分部２１に
より配分された各工程における各加工部位に対する工具
の送り移動軌跡と、工具の加工部位に対する近接退避移
動軌跡と、加工部位間の移動軌跡とを算出する。なお、
これらの軌跡上での工具の移動速度は、あらかじめ設定
されている。

【００３２】サイクルタイム算出部２３は、加工時間算
出部１３により算出された加工時間と、工具軌跡算出部
２２により算出された工具軌跡およびその移動軌跡上の
移動時間とに基づいて、工具軌跡算出部２２により配分
された工程毎の総加工時間、すなわちサイクルタイムを
それぞれ算出する。なお、このサイクルタイムの算出に
は、工具を駆動する設備の主軸の所定回転数に達するま
でにの加減速に要する時間、および寿命による工具交換
のための時間等も考慮される。

【００３３】工程データ作成部２４は、工程配分部２１
により配分された工程の割り付けられた番号、その工程
でまとめられた加工部位の範囲、サイクルタイム算出部
２３により算出されたサイクルタイム、使用工具、工具
加工距離等からなる工程データを作成して記憶する。そ
して、工程データは、必要に応じてディスプレイ９に表
示したり、プリンタ１０によってプリントアウトされ
る。なお、工程データは、工程データ作成部２４に記憶
せず、別に設けられた工程データファイル（図示は省略
する）内に記憶させてもよい。

【００３４】工具非干渉治具設計領域作成部２５は、工
具軌跡算出部２２により算出された工具の軌跡に基づい
て工具の非干渉領域を設定し、被削材（ワーク）を位置
決め固定するための治具を、この非干渉領域内に納まる
ように設計し、その設計図等を作成する。このようにし
て設計された治具の設計図は、工程データの一部として
記憶され、必要に応じてディスプレイ９に表示したり、
プリンタ１０によってプリントアウトされる。ここで、
工具の非干渉領域とは、工程配分部２１により配分され
た前の工程から次の工程へと移る場合、あるいは同一工
程内で前の加工部位から次の加工部位へと移動する場合
等において、工具と工具、工具と治具、あるいは治具と
治具との互いの干渉を防止するため、算出された各工具
の軌跡から所定の距離を離間させるようにあらかじめ設
定した二次元（平面的）または三次元（立体的）領域を
いう。治具を非干渉領域内で設計することにより干渉の
ない治具を設計することができ、したがって、加工干渉
シミュレーションを行う必要がなくなる。

【００３５】工程配分部２１により配分された工程、工
具軌跡算出部２２により算出された工具の軌跡、工具非
干渉治具設計領域作成部２５により非干渉領域内で設計
された治具は、生産ライン情報に含まれる。また、サイ
クルタイム算出部２３により算出された工程毎のサイク
ルタイム等、工程データ作成部２４に記憶された工程デ
ータは、生産ラインの評価に用いられる。

【００３６】設備解析部３は、工程データ読取部３１
と、使用設備指定部３２とを備えてなるもので、必要に
応じて工具データベース３３と設備データベース３４と
にアクセスしてこれらに格納された情報を読み取ること
が可能となっている。工具データベース３３には、加工
法・工具指定部１２により指定され、あるいは工具自動
作成部１４により作成された、各工程で使用される工具
の工具データが格納されており、工具データには工具交
換のための停止頻度が含まれている。また、設備データ
ベース３４には、各工程で使用される各種工具を駆動す
るための設備の設備データが格納されている。設備デー
タには、実際の各設備の外形形状を三次元で模してディ
スプレイ９に表示させることができるように（後述す
る）、各設備の形状に関する情報や、メンテナンスのた
めの設備停止頻度の他、各設備毎の生産ライン内での設
備順序、設備番号、設備性能データ等が含まれている。

【００３７】工程データ読取部３１は、工程データ作成
部２４または別に設けられた工程データファイルに記憶
された工程データを読み取り、この読み取った工程デー
タを使用設備指定部３２に供給する。

【００３８】使用設備指定部３２では、工程データを工
程データ読取部３１から受け取り、工具データベース３
３にアクセスして各工具の工具データを読み取ると共
に、その工具を駆動するための適切な設備（例えばボー
ル盤やフライス盤等）とその台数を、設備データベース
に格納されている設備データの中から指定する。指定さ
れた加工設備やその台数等は、生産ライン情報に含まれ
る。

【００３９】レイアウト・作業動作解析部４は、レイア
ウト・搬送作成部４１と、ライン物流解析部４２と、本
発明に係る作業者の動作シミュレーション装置としての
動作シミュレーション部４３とを備えてなるもので、必
要に応じて作業姿勢点データベース４４と作業時間デー
タベース４５とにアクセスしてこれらに格納された情報
を読み取ることが可能となっている。作業姿勢点データ
ベース４４には、例えば、作業者の歩行や部品を取り出
す、部品を組付けるというような作業者の姿勢に応じ
て、あらかじめ設定された点数（姿勢点）が格納されて
いる。また、作業時間データベース４５には、作業者の
各姿勢を維持する基準時間がそれぞれ格納されている。

【００４０】レイアウト・搬送作成部４１は、工程デー
タに含まれる加工部位の範囲や使用工具を検索キーワー
ドとして、使用設備指定部３２により指定された設備の
形状情報を設備データから選択して読み込み、その形状
を抽出して、模擬的な三次元の設備形状をディスプレイ
９等に表示することができるように自動的に検索作成す
る。そして、レイアウト・搬送作成部４１は、各設備間
のワークを搬送するための搬送手段を検討・設定し、設
備順序に従って模擬的な設備形状と搬送手段と部品棚形
状等とを組み合わせて適当に仮想配置（レイアウト）す
る。

【００４１】ライン物流解析部４２は、工程データに含
まれる加工部位範囲、サイクルタイム、および工具加工
距離を読み取り、これらの工程データと加工部位範囲か
ら識別される設備の種類とから工具の摩耗を算出して工
具の寿命による交換頻度（工具交換停止頻度）を求め、
各工程のサイクルタイムと工具交換停止頻度、設備デー
タベース３４の設備データに含まれる設備停止頻度、レ
イアウト・搬送作成部４１で作成された設備間の搬送手
段の設定能力等から単位時間あたりの製品生産数、すな
わち生産能力の予測を行う。そして、ライン物流解析部
４２は、予測された生産能力を、レイアウト・搬送作成
部４１で仮想配置された模擬的な設備形状等に反映させ
て各設備の動作を定義し、実際のワークの流れおよび生
産ラインの動きを模した状態でディスプレイ９等に表示
することが可能な物流解析用シミュレーションモデルを
自動作成する。工程データ作成部２４により一元化して
作成された工程データに基づいて、レイアウト・作業動
作解析部４が物流解析用シミュレーションモデルを自動
作成するため、生産ライン全体の設備のレイアウトの作
成・検討や生産能力の予測を短時間で行うことが可能と
なる。

【００４２】本発明に係る作業者の動作シミュレーショ
ン装置としての動作シミュレーション部４３は、図２に
示すように、概略、作業者の身体部分の変動を三次元座
標として記憶する作業動作記憶部４３ａと、該作業動作
記憶部に記憶された作業者の身体部分の変動の三次元座
標から作業動作を解析する作業動作解析部４３ｂとを備
えている。

【００４３】作業動作記憶部４３ａは、図３のＡに示す
ように、レイアウト・搬送作成部４１が設定した各設
備、搬送手段および部品棚等のレイアウトに基づいて、
作業者の各設備（作業箇所）に対する作業動作の内容、
および各作業箇所間の作業者の歩行（移動）動作および
その順序を設定する。そして、作業動作記憶部４３ａ
は、作業姿勢点データベース４４および作業時間データ
ベース４５にアクセスして、各作業動作の姿勢点を算出
すると共に、各動作における作業者の手や腰といった身
体部分の変動を各作業ごとに三次元座標としてシミュレ
ーション設定し、作業者の三次元座標で表された身体部
分の変動（図３のＢに示した動線）を記憶する。なお、
この身体部分の変動は、入力装置８から入出力インター
フェース７を介してティーチングすることもできる。

【００４４】作業動作解析部４３ｂは、各作業動作ごと
の姿勢点数および作業動作時間を算出すると共に、作業
動作記憶部４３ａに記憶された動線をトレースしてその
距離を自動で算出する。これらの数値として算出された
姿勢点数、作業動作時間および身体部分の変動距離は、
この実施の形態の場合、組付設備ごとにその総数値を容
易に自動集計される。

【００４５】レイアウト・搬送作成部４１により組み合
わせられた模擬的な設備形状・レイアウトおよび搬送手
段は生産ライン情報に含まれ、ライン物流解析部４２に
より予測された生産能力、および動作シミュレーション
部４３により算出された姿勢点数、作業動作時間および
身体部分の変動距離は生産ラインの評価の対象とされ
る。

【００４６】評価部５は作業動作評価部５１を備えてお
り、この作業動作評価部５１は、動作シミュレーション
部４３により算出され、組付設備ごとに自動集計された
姿勢点数、作業動作時間および身体部分の変動距離をそ
れぞれ評価する。作業動作評価部５１では、あらかじめ
設定された各工程ごとの姿勢点数、作業動作時間および
身体部分の変動距離の基準値がそれぞれが格納されてい
る。これらの基準値と共に、自動集計された姿勢点数、
作業動作時間および身体部分の変動距離は、必要に応じ
て例えば図３のＣにグラフの状態で示したようにディス
プレイ９に表示され、あるいは、プリンタ１０によりプ
リントアウトされる。

【００４７】また、評価部５は、粗材形状ＣＡＤデータ
ファイル１６に記憶されている粗材の単価、加工法・工
具指定部１２により割り当てられた工具の数、工具自動
作成部１４により作成された工具の製作費、工具の交換
頻度、工具非干渉治具設計領域作成部２５により作成さ
れた治具の製作費、使用設備指定部３２により指定され
た設備および搬送手段の台数とその消費電力、ライン物
流解析部４２により予測された生産能力等から、一製品
あたりの原価を算出する。算出された原価は、ディスプ
レイ９に表示され、あるいはプリンタ１０によりプリン
トアウトされ、あらかじめ設定された目標となる原価の
基準値と比較されて評価される。

【００４８】フィードバック処理部６は、この実施の形
態の場合、評価部５により算出された自動集計された姿
勢点数、作業動作時間および身体部分の変動距離の各組
付設備単位の総数値とこれらの予め設定された基準値
（目標値）とを比較し、基準値を満たさない姿勢点数等
を見つける。基準値を満たさない姿勢点数等がある場
合、すなわち、図に示した作業時間バランシングおよび
作業姿勢バランシングにおける組付設備単位ＯＰ２０の
ように、目標時間および目標姿勢点を越える組付設備単
位がある場合には、その組付設備単位における作業者の
手や腰等の身体の変動距離を分析し、各作業単位の無駄
な動きを見つける。そして、その動きを除くため、動作
シミュレーション部４３の作業動作記憶部４３ａに作業
者の各組付単位における作業動作の内容等を変更してシ
ミュレーション設定させるようフィードバックし、作業
動作解析部４３ｂに姿勢点数等の算出を再度行わせる。
また、フィードバック処理部６は、無駄な動きを除くた
め、作業動作記憶部４３ａに、目標時間および目標姿勢
点を越える組付設備単位のうちの作業単位を、目標時間
および目標姿勢点を満たす別の組付設備単位へ変更（バ
ランシングという）させるようフィードバックする。さ
らに、フィードバック処理部６は、無駄な動きを除くた
め、例えば部品棚等、レイアウト・搬送作成部４１が設
定した各設備、搬送手段および部品棚等のレイアウトの
位置の変更によりその動きを改善できるか確認し、部品
棚の位置の変更等が可能な場合にはこれらのレイアウト
を変更設定させるようレイアウト・搬送作成部４１にフ
ィードバックする。

【００４９】さらに、フィードバック処理部６は、予め
設定された基準値（目標値）と比較し、両原価に差があ
る場合あるいは差が所定量を越えている場合（生産ライ
ンの評価が目標値を満たさない場合）には、各解析部
１，２，３，４にて解析された加工部位情報、工程情
報、加工設備情報、レイアウト情報等の情報の解析デー
タの少なくとも１つを自動修正し、その自動修正された
解析データを各解析部１，２，３，４にフィードバック
して解析を再度行わせるものである。この自動修正され
た解析データ以降の解析を再度行う際には、自動修正さ
れた所定の解析データ以外のデータを変更設定すること
なくそのまま暫定的に利用し、原価を概算で算出して目
標原価と比較する。そして目標原価を満たす場合には、
所定の解析データが修正されたことにより、原価を概算
する際に暫定的に利用されたそれ以降の解析データも設
定変更した上で、解析データが修正された以降の解析を
再度行って生産ラインの評価の対象となる原価を算出す
る。また、概算した原価が目標値を満たさない場合に
は、所定の条件を自動修正して原価を概算し、その概算
原価と目標原価を比較して目標原価を満たさない場合に
は、次の所定の条件を自動修正し、原価を概算し、概算
原価と目標原価を比較する。このようにして、所定の条
件のさらなる自動修正と、原価の概算と、概算原価と目
標原価の比較とは、算出された原価が目標原価を満たす
まで繰り返し行なわれる。なお、自動修正は、条件の変
更設定が容易な順に行われるように、条件を変更設定す
るよう設定されている。両原価の比較は、原価見積り部
５またはフィードバック処理部６で原価の目標基準値を
あらかじめ記憶させておき、原価見積り部５から原価の
見積りが算出された際に自動的に比較するようにしても
よく、また、原価見積り部５により算出された原価の見
積りをディスプレイ９に表示するかあるいはプリンタ１
０からプリントアウトし、その値をオペレータが見て比
較するようにしてもよい。

【００５０】次に、以上のように構成された本発明の生
産ライン検討装置を使用して各種生産ライン情報を作成
し、その作成された生産ライン情報のうちの一つである
生産ラインにおける作業者の作業動作をシミュレーショ
ンし、シミュレーションされた作業者の作業動作を検討
評価し、その評価が目標値を満たさない場合に生産ライ
ン情報の設定変更を行うための一連の制御について説明
する。図４は生産ライン検討装置全体の制御手順を示す
フローチャートであり、図５は図４のフローチャートに
より最終的に算出された原価が目標値を満たさない場合
に各種生産ライン情報の設定変更を行うためのサブルー
チンを示すフローチャートであり、図６は本発明の作業
者の作業動作をシミュレーションするために図４に示し
たフローチャートの組み込まれるサブルーチンを示すフ
ローチャートである。なお、図５および図６中の符号
は、図４に示した符号と対応して示されている。

【００５１】図４に示すように、最初に制御を開始する
と（Ｓ１）、各加工部位抽出部１１は、製品形状ＣＡＤ
データファイル１５と粗材形状ＣＡＤデータファイル１
６とにアクセスして最終的な製品形状と加工前の粗材形
状とをそれぞれ読み取り（Ｓ２）、粗材の形状から所望
の製品形状に加工するための部位を抽出する（Ｓ３）。

【００５２】その後、この抽出された加工部位に応じて
加工法・工具指定部１２が加工法を指定し、そのための
使用工具の種類を指定する（Ｓ４）。そして、工具デー
タベース１７にアクセスして、工具データの中から割り
当てられた種類の、大きさ等の条件が加工部位に適する
該当工具があるかを判断し（Ｓ５）、該当工具がない場
合には、工具自動作成部１４によりその加工部位に適し
た工具を自動作成する（Ｓ６）。

【００５３】続いて、加工時間算出部１３により工具の
送り速度や加工距離による切削条件に基づいて各部位毎
の加工時間を算出し（Ｓ７）、全加工部位に関してステ
ップ４ないしステップ７が終了したかを判断し（Ｓ
８）、終了していない場合にはステップ４に戻る。

【００５４】全加工部位に関して使用工具の指定や加工
時間の算出が終了すると、工程配分部２１により使用さ
れる工具毎に工程を配分し（Ｓ９）、工具軌跡算出部２
２により各工程の工具軌跡を算出する（Ｓ１０）。算出
された工具軌跡に基づいて、工具非干渉治具設計領域作
成部２５が工具非干渉領域を設定し、この非干渉領域内
に納まるような治具が設計・作成される（Ｓ１１）。ま
た、ステップ７において算出された加工時間と、ステッ
プ１０において算出された工具軌跡に基づいて算出する
ことができる工具の加工以外にかかる移動時間とから、
サイクルタイムを算出する（Ｓ１２）。

【００５５】続いて、使用設備指定部３２により、工具
データベース３３にアクセスして各工具の工具データを
読み取ると共に、その工具を駆動するための適切な設備
および各設備間のワークを搬送する搬送手段とこれらの
台数を、設備データベース３４に格納されている設備デ
ータの中から指定する（Ｓ１３）。

【００５６】その後、レイアウト・搬送作成部４１によ
り、使用設備指定部３２が指定した設備の形状および各
設備間のワークを搬送する搬送手段の形状情報を設備デ
ータから読み込んでその輪郭を抽出し、シミュレーショ
ンモデルを自動的に検索作成すると共に、各シミュレー
ションモデルを設備順序に従って組み合わせて適当に配
置し、生産ライン全体のシミュレーションモデルを構成
する（Ｓ１４）。

【００５７】このレイアウト・搬送作成部４１により構
成されたシミュレーションモデルに基づいて、作業動作
記憶部４３ａは、図６に示すように、作業者の各設備
（作業箇所）に対する作業動作の内容、および各作業箇
所間の作業者の歩行（移動）動作やその順序を設定し
（Ｓ５１）、各作業動作の姿勢点を算出すると共に、各
動作における作業者の手や腰といった身体部分の変動を
各作業ごとに三次元座標としてシミュレーション設定
し、作業者の三次元座標で表された身体部分の変動（図
に示した動線）を記憶する。

【００５８】作業動作解析部４３ｂでは、作業動作記憶
部４３ａに記憶された各作業動作ごとの作業（動線）距
離および作業動作時間等を自動で算出する（Ｓ５２）。
次いで、作業距離および作業時間が基準値を満たすかを
評価部５により判断し（Ｓ５３）、満たす場合には、ラ
イン物流解析部４２により、生産能力の予測すなわちラ
インの物流解析を行う（Ｓ１５）。一方、作業距離およ
び作業時間が基準値を満たさない場合には、作業動作設
定を変更するかを判断し（Ｓ５４）、変更する場合には
作業動作記憶部４３ａにより作業者の各設備（作業箇
所）に対する作業動作の内容、および各作業箇所間の作
業者の歩行（移動）動作とその順序を設定し直す（Ｓ５
１）。そして、作業動作設定を変更しないあるいは不能
の場合には、レイアウト変更を行うべく（Ｓ５５）、図
４に示したＳ１４に戻り、レイアウト・搬送作成部４１
により構成したシミュレーションモデルの配置をし直
す。

【００５９】評価部５により、予測された生産能力等に
基づいて一製品あたりの原価を算出し（Ｓ１６）、生産
ラインの評価として、この実施の形態の場合、あらかじ
め設定した目標となる原価の基準値と比較して目標原価
を満たすかを判断する（Ｓ１７）。目標原価を満たす場
合には、必要に応じて、算出・解析された各生産ライン
情報をディスプレイ９に表示し、あるいはプリンタ１０
によりプリントアウトして、生産ライン情報の作成を終
了する（Ｓ１８）。

【００６０】算出された原価が目標原価を満たさない場
合には、以下のように処理される。すなわち、この実施
の形態の場合、原価を低減させるための変更設定の方法
として、レイアウトの変更と、工程組替えによる設備削
減と、加工方法・工具・切削条件を変更して加工時間を
短縮することによる設備削減と、加工距離を削減させる
ように粗材・製品形状を変更することによる設備削減と
があらかじめ設定されている。これらの原価低減方法を
実行することにより、原価への影響が及ぶこととなる。
そして、これらの原価低減方法は、変更設定の容易な順
序を定めることができる。この実施の形態の場合、変更
設定は、容易な順から、レイアウトの変更、工程組替
え、加工方法・工具・切削条件の変更、粗材・製品形状
の変更の順に行うように設定されている。

【００６１】ステップ１７（Ｓ１７）で算出された原価
が目標原価を満たさないと判断された場合には、図５に
示したように、原価低減方法が入力され（Ｓ２０）、サ
ブルーチンに従って処理される。なお、この原価低減方
法の入力は、設定された順序で自動的に行われるように
構成されているが、必要に応じて入力装置８により所望
の原価低減方法の順序で、あるいは所望の原価低減方法
のみを実行するよう指示することもできる。

【００６２】最初に、レイアウトを変更するかを判断し
（Ｓ２１）、レイアウトを変更する場合（Ｓ２１でＹＥ
Ｓの場合）には、レイアウト・搬送作成部４１により、
自動的に検索作成した生産ライン全体の各設備等のシミ
ュレーションモデルの既作成レイアウトを、例えば図７
に示すように、配分された工程順序の範囲内で変更する
よう構成し直して修正し（Ｓ２２）、原価の概算を算出
し（Ｓ２３）、この算出された原価の概算が目標原価を
満たすかを判断する（Ｓ２４）。

【００６３】この実施の形態における原価の概算の内容
は、搬送設備の台数と生産ライン全体に必要なスペース
とを今回修正されたレイアウトのデータから算出する。
そして、作業者の歩行時間と搬送設備の台数および作業
者数については、修正前の前回原価算出の際のデータを
用い、後にライン物流解析部４２によって行われる生産
能力の予測の時に更新する。

【００６４】原価の概算が目標原価を満たすと判断され
た場合には、図４のに戻り、更新されたデータに基づ
いて改めて原価を算出し（Ｓ１６）、目標原価を満たす
かを確認する（Ｓ１７）。一方、原価の概算が目標原価
を満たさないと判断された場合には、原価低減方法の入
力（Ｓ２０）に戻り、レイアウトを変更しないと判断し
（Ｓ２１）、工程の組替えを行うかを判断する（Ｓ２
５）。

【００６５】工程の組替えを行う場合（Ｓ２５でＹＥＳ
の場合）には、概算原価と目標原価の差（必要原価下げ
分）を設備削減台数またはサイクルタイム削減時間に自
動換算し、この設備削減台数等を満たすように工程を変
更設定する（Ｓ２６）。次いで、工具の移動軌跡を算出
し（Ｓ２７）、サイクルタイムをそれぞれ算出して（Ｓ
２８）、原価の概算を算出し（Ｓ２９）、この算出され
た原価の概算が目標原価を満たすかを判断する（Ｓ３
０）。

【００６６】この実施の形態における原価の概算の内容
は、今回工程を組替えたことによる設備台数削減分およ
び設備単価上昇分を算出し、加工設備単価と加工設備台
数とを修正し、また、これにより工具本数増加分を工具
データから算出して初期工具本数を修正し、加工時の電
力を修正する。そして、搬送設備の台数、作業者の工具
交換のための作業時間、必要スペース、および作業者数
については、修正前の前回原価算出の際のデータを用
い、後にライン物流解析部４２によって行われる生産能
力の予測の時に更新する。

【００６７】原価の概算が目標原価を満たすと判断され
た場合には、図４のに戻り、更新されたデータに基づ
いて改めて原価を算出し（Ｓ１６）、目標原価を満たす
かを確認する（Ｓ１７）。一方、原価の概算が目標原価
を満たさないと判断された場合には、原価低減方法の入
力（Ｓ２０）に戻り、レイアウトの変更（Ｓ２１）およ
び工程の組替え（Ｓ２５）を行わないと判断し、加工時
間を短縮するかを判断する（Ｓ３１）。

【００６８】加工時間の短縮を行う場合（Ｓ３１でＹＥ
Ｓの場合）には、加工時間を短縮して設備の台数を削減
させるように加工方法・工具・切削条件を変更する。こ
の実施の形態の場合では、加工法・工具指定部１２によ
り指定された使用工具の種類を、工具の材質を異なるも
のに変更指定し（Ｓ３２）、工具送り速度を変更設定す
る（図３に示した表のなかの面の送り速度および加工時
間と比較参照されたい）。そして、該当工具が工具デー
タベース１７の工具データの中にあるかを判断し（Ｓ３
３）、工具データベース１７の工具データの中に適した
工具がない場合には、工具自動作成部１４により適した
工具を作成する（Ｓ３４）。その後、加工時間を算出し
て（Ｓ３５）、変更された工具の送り速度を変更設定す
ることにより加工時間が削減されるか確認し、工具の変
更分を考慮して原価の概算を算出し（Ｓ３６）、この算
出された原価の概算が目標原価を満たすかを判断する
（Ｓ３７）。

【００６９】この実施の形態における原価の概算の内容
は、今回工具を変更したことによる設備台数削減分を算
出し、加工設備台数を修正すると共に、工具データから
工具単価および工具寿命によるコストアップ分を算出
し、工具単価および工具寿命、加工時電力を修正する。
そして、搬送設備の台数、作業者の工具交換のための作
業時間、必要スペース、および作業者数については、修
正前の前回原価算出の際のデータを用い、後にライン物
流解析部４２によって行われる生産能力の予測の時に更
新する。原価の概算が目標原価を満たすと判断された場
合には、図４のに戻り、更新されたデータに基づいて
改めて原価を算出し（Ｓ１６）、目標原価を満たすかを
判断する（Ｓ１７）。

【００７０】一方、原価の概算が目標原価を満たさない
と判断された場合には、既に必要原価下げ分から換算さ
れた設備削減台数またはサイクルタイム削減時間を、加
工距離削減量に自動換算し、この加工距離削減量を満た
すように粗材・製品形状を変更する。この実施の形態の
場合、原価低減方法の入力（Ｓ２０）に戻り、レイアウ
トの変更（Ｓ２１）、工程の組替え（Ｓ２５）、および
加工時間の短縮（Ｓ３１）を行わないと判断し、加工部
位毎に必要とする削減時間を設定し、各工具の送り速度
から加工可能距離、すなわち工具移動距離を算出する
（Ｓ３８）。そして、この加工可能距離に基づいて粗材
と製品の少なくとも一方の形状を可能な範囲で変更させ
るように、提案形状作成を行う（Ｓ３９）。例えば面の
加工距離を短縮したい場合、面を加工する部位を少なく
すべく粗材の形状を段付きとしたり、製品形状を段部が
高くなるように設計変更する。その後、図４のに戻っ
て作成された粗材および製品の提案形状を読み取るステ
ップ２（Ｓ２）から原価算出（Ｓ１６）までの各ステッ
プを行う。この場合には、加工可能距離を減少させるよ
うに粗材または製品の少なくとも一方の形状を変化させ
るため、粗材自体の原価にまで影響が及ぶこととなる。

【００７１】

【発明の効果】請求項１の動作シミュレーション装置に
係る発明によれば、作業者の身体部分の変動を三次元座
標として記憶する作業動作記憶部と、該作業動作記憶部
に記憶された作業者の身体部分の変動の三次元座標から
作業者の動作を解析する作業動作解析部とを備えたこと
により、作業者の作業動作を容易に自動でシミュレーシ
ョンすることができると共に、作業者の作業動作を定量
的に分析することができる。

【００７２】請求項２の動作シミュレーション装置に係
る発明によれば、請求項１の発明において、作業動作解
析部は、配置された設備に対する作業者の身体部分の変
動の三次元座標から作業動作を解析することにより、作
業者の作業動作を実際の設備に則して正確にシミュレー
ションすることができる。

【００７３】請求項３の生産ライン検討装置に係る発明
によれば、作業者の身体部分の変動を三次元座標として
記憶する作業動作記憶部と、該作業動作記憶部に記憶さ
れた、配置された設備に対する作業者の身体部分の変動
の三次元座標から作業動作を解析する作業動作解析部
と、該作業動作解析部により解析された作業動作を評価
する評価部とを備えたことにより、作業者の作業動作を
容易にシミュレーションすることができると共に、作業
者の作業動作を定量的に分析することができ、したがっ
て、その評価を正確に行うことができる。

【００７４】請求項４の生産ライン検討装置に係る発明
によれば、請求項３の発明において、生産ラインの評価
が目標値を満たすように、作業動作または設備配置の少
なくとも一方を自動変更してフィードバックするフィー
ドバック処理部を有することにより、生産ラインの評価
が目標値を満たさない場合であっても、定量的に分析さ
れた作業者の作業動作を容易に設定変更することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る生産ライン検討装置全体の構成の
実施の一形態を示す説明図である。

【図２】本発明に係る動作シミュレーション装置として
の動作シミュレーション部の構成の実施の一形態を示す
説明図である。

【図３】動作シミュレーション部により行われる動作シ
ミュレーションの具体例を示す説明図である。

【図４】本発明に係る生産ライン検討装置の制御手順を
示すフローチャートである。

【図５】算出原価が目標原価を満たさない場合に行われ
るサブルーチンを示すフローチャートである。

【図６】動作シミュレーションの結果が基準値を満たさ
ない場合に、図４に示した制御手順の間に行われるルー
チンを示すフローチャートである。

【図７】生産ラインの一般的な概要を示す平面図であ
る。

【図８】従前から一般に行われている各作業動作ごとの
姿勢点数や作業動作時間等を手作業で算出するために行
われる作業の概要を示す説明図である。

【符合の説明】

１加工部位解析部２工程解析部３設備解析部４レイアウト・作業動作解析部５評価部６フィードバック処理部４３動作シミュレーション部４３ａ作業動作記憶部４３ｂ作業動作解析部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】作業者の身体部分の変動を三次元座標と
して記憶する作業動作記憶部と、該作業動作記憶部に記
憶された作業者の身体部分の変動の三次元座標から作業
者の動作を解析する作業動作解析部とを備えたことを特
徴とする作業者の動作シミュレーション装置。
【請求項２】作業動作解析部は、配置された設備に対
する作業者の身体部分の変動の三次元座標から作業動作
を解析することを特徴とする請求項１に記載の作業者の
動作シミュレーション装置。
【請求項３】作業者の身体部分の変動を三次元座標と
して記憶する作業動作記憶部と、該作業動作記憶部に記
憶された、配置された設備に対する作業者の身体部分の
変動の三次元座標から作業動作を解析する作業動作解析
部と、該作業動作解析部により解析された作業動作を評
価する評価部とを備えたことを特徴とする生産ライン検
討装置。
【請求項４】生産ラインの評価が目標値を満たすよう
に、作業動作または設備配置の少なくとも一方を自動変
更してフィードバックするフィードバック処理部を有す
ることを特徴とする請求項３に記載の生産ライン検討装
置。