JPWO2018105296A1 - 品質管理装置及び品質管理方法 - Google Patents

Abstract

安定的な品質管理を実現するため、製品を生産するための生産システム（２０）における各装置（２１）〜（２６）の稼働条件等のデータが入力される入力装置と、予め計算されている相関式に、稼働条件の値を代入し、相関式から導出される値を計算する計算部と、計算部で計算された結果を基に、各工程におけるワークの品質について良否判定を行う判定部と、を有する品質管理装置（１）とすることを特徴とする。そして、品質管理装置（１）は、良否判定の結果、「否」と判定された場合、適切な稼働条件の値を算出し、その値を前記各装置（２１）〜（２６）にセットする。

Description

本発明は、生産システムに用いられる品質管理装置及び品質管理方法の技術に関する。

昨今の社会情勢に伴い、モノづくりの環境は大きく変化している。例えば海外生産の増加や海外からの調達品の増加、熟練技術者の減少等により、モノづくりの技術を維持しにくくなってきている。そのため、製品の品質管理はより厳しい状況にさらされている。

従来の品質管理は、各プロセス・工程において管理項目を定め、その管理項目に従って、モノづくりを進めることで、一定の品質を得るというものである。しかしながら、この管理項目に従ってモノづくりを進めても、不良を完全に無くすことは困難であり、また突発的に大量の不良が出ることもある。これは従来の品質管理のやり方では考慮されていない管理項目や、関係性が必ずしも明確でない項目があり、品質と、管理項目との関係性に関して不十分であることによる。

一方でモノづくりにもＩＴ（Information Technology）やビックデータを活用する動きが活発化してきている。そして、ＩＴやビックデータを使った品質管理の取り組みが見られるようになってきた。従来の品質管理における課題を解決する方法として、特許文献１に記載の技術がある。特許文献１には、「製造指示システム１１からの製造指示情報１２に基づき、生産設備１３での製品の生産時に測定される物理量を、前記生産設備の設備番号および生産日時とともに収集し、蓄積する測定情報収集手段１５を有する。また、製品が正しく生産されたときの過去の蓄積された物理量から統計手法により求められる基準値及び上下限値よる管理限界が設定され、生産設備１３からリアルタイムで測定される物理量が管理限界内に入っているか否かにより生産設備１３の異常の有無を判定する機能を有する品質情報分析手段２２を備えている。そして、生産設備１３の異常の有無を含む前記品質情報分析手段２２による分析結果を出力手段２８に出力し、表示させる」生産品質システムが開示されている（要約参照）。

特開２００９−８０６４９号公報

しかしながら、特許文献１の手法では、不良の発生した工程や時期を特定することは可能であるが、その不良の原因や今後どのように対策すればよいかという指針を得ることは依然として、困難である。

このような背景に鑑みて本発明がなされたのであり、本発明は、安定的な品質管理を実現することを課題とする。

前記した課題を解決するため、本発明は、製品を生産するための各装置の稼働条件が入力される入力部と、予め設定されている相関式に、前記稼働条件の値を代入し、前記相関式から導出される値を計算する計算部と、前記計算部で計算された結果を基に、前記製品を生産するための装置における工程の品質について良否判定を行った結果を出力する出力部と、を有することを特徴とする。
その他の解決手段については、実施形態中に記載する。

本発明によれば、安定的な品質管理を行うことができる。

第１実施形態に用いられる品質管理システムの全体構成例を示す図である。 第１実施形態で用いられる品質管理装置のハードウェア構成図である。 第１実施形態で用いられる製品データの構成例を示す図である。 熱処理後硬さの確認に必要なデータを示す図である。 溶込深さの確認に必要なデータを示す図である。 溶接不良であるブローホール発生確率の確認に必要なデータを示す図である。 第１実施形態で用いられる品質管理装置の処理手順を示すフローチャートである。 第１実施形態で用いられる予測処理の手順を示すフローチャートである。 第１実施形態で用いられる原因特定画面の一例を示す図である。 第１実施形態で用いられるリスク表示画面の例である。 第１実施形態で用いられる相関係数設定処理の手順を示すフローチャートである。 第２実施形態で用いられる稼働条件変更処理の手順を示すフローチャートである。 第３実施形態で用いられる品質管理装置の処理手順を示すフローチャートである。

次に、本発明を実施するための形態（「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１実施形態］
（システム構成）
図１は、本実施形態に用いられる品質管理システムの全体構成例を示す図である。
品質管理システムＡは、品質管理装置１及び生産システム２０を有している。品質管装置１は、例えば、図示しないデータセンタに設置されている。
生産システム２０は、製品を生産するための装置である受入装置２１、熱処理装置２２、洗浄装置２３、圧入装置２４、溶接装置２５、検査装置２６を有している。
すなわち、生産システム２０で行われる生産工程は、受入装置２１による、例えば、２つの材料ロッドの受け入れ（受入工程）から始まり、熱処理装置２２による熱処理（熱処理工程）後、洗浄装置２３による洗浄工程が行われる。そして、圧入装置２４が、ワークを圧入し（圧入工程）、溶接装置２５がレーザ溶接により接合する（溶接工程）ことで製品が生産される。生産された製品を検査装置２６が製品検査を行った（検査工程）後、出荷される。ここで、ワークとは、熱処理工程から、溶接工程における材料ロッドのことである。ちなみに、溶接工程が完了したワークは「製品」となる。

また、品質管理装置１には、設計データ１３１、工程データ１３２、環境データ１３３等が格納されている。
設計データ１３１は、ユーザによって入力される製品の設計情報が格納されている。
工程データ１３２は、製品の生産工程において取得される情報が格納されている。
環境データ１３３は、製品の生産環境に関する情報が格納されている。
なお、設計データ１３１、工程データ１３２、環境データ１３３については後記する。

生産システム２０の各装置２１〜２６からは、データＤ１が品質管理装置１へ送られる。そして、品質管理装置１は、送られたデータＤ１を基に、特定の工程での作業結果の良否判定を行い、良否判定の結果、「否」が判定された場合、必要に応じて適切な稼働条件Ｄ２を算出し、この稼働条件Ｄ２を生産システム２０の各装置２１〜２６にセットする。

（品質管理装置）
図２は、本実施形態で用いられる品質管理装置のハードウェア構成図である。
品質管理装置１は、メモリ１１、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１２、記憶装置１３、入力装置１４、表示装置（表示部）１５及び通信装置（入力部）１６を有している。
メモリ１１は、ＲＡＭ（Random Access Memory）等で構成されている。
記憶装置１３は、ＨＤ（Hard Disk）等で構成されており、設計データ１３１、工程データ１３２及び環境データ１３３を格納している。設計データ１３１、工程データ１３２及び環境データ１３３については後記する。
入力装置１４は、キーボードや、マウス等である。
表示装置１５は、ディスプレイ等である。
通信装置１６は、生産システム２０における各装置２１〜２６（図１参照）との通信を行う。

記憶装置１３に格納されているプログラムがメモリ１１にロードされ、ロードされたプログラムがＣＰＵ１２によって実行されることにより、処理部１００及び処理部１００を構成する情報取得部１０１、判定部１０２、計算部（相関式更新部）１０３、再設定処理部（条件変更部）１０４、原因特定部１０５、格納処理部１０６、表示処理部（出力部）１０７が具現化している。

情報取得部１０１は、生産システム２０における各装置２１〜２６（図１参照）から、各種データを取得する。
判定部１０２は、判定処理を行う。
計算部１０３は、計算処理を行う。
再設定処理部１０４は、値が外れることが予測される場合、稼働条件等の変更が行われる際に、どのように稼働条件等を変更するかを探索し、探索結果で稼働条件等を変更する再設定処理を行う。
原因特定部１０５は、再設定処理部１０４における再設定処理にもかかわらず、値が外れている場合、その原因を特定する。
格納処理部１０６は、計算部１０３による計算結果や、情報取得部１０１が取得したデータ等を記憶装置１３に格納する。
表示処理部１０７は、様々な表示画面を表示装置１５に表示する。
なお、各部１０１〜１０７が行う処理については後記する。

（製品データ）
図３は、本実施形態で用いられる製品データの構成例を示す図である。適宜、図１を参照する。
図３に示す製品データ１３０は、図１や、図２の設計データ１３１、工程データ１３２、環境データ１３３が一緒になっているものである。なお、図３に示す製品データ１３０は、一例であり、この形式に限定されるものではない。
また、図３に示す製品データ１３０は、例えば「製品Ａ」に関するデータである。同様の製品データ１３０が、製品毎にある。
製品データ１３０は、大きく「設計」、「環境」、「工程」の項目を有している。ここで、「設計」の項目が、図１、図２の設計データ１３１に相当し、「環境」の項目が図１、図２の環境データ１３３に相当し、「工程」の項目が図１、図２の工程データ１３２に相当する。

「設計」の項目は、さらに「設計」及び「プロセス」の項目を有する。
「設計」は、「図面ａ」、「部品ａ」、「寸法ａ」、「材質ａ」、「公差ａ」、「仕様ａ」、「生産工程ａ」等の項目を有する。
「図面ａ」には図面名称や、図面ＩＤ等が格納される。「部品ａ」には部品（材料ロッド）の名称や、部品ＩＤ（材料ロッドＩＤ）等が格納される。「寸法ａ」には部品寸法が格納される。「材質ａ」には、材質名や、材質ＩＤ等が格納される。「公差ａ」には部品寸法に対する公差が格納される。「仕様ａ」には該当する部品の仕様に関する情報が格納される。「生産工程ａ」には該当する部品が生産される工程の工程ＩＤ等が格納される。「設計」の各項目に入力される情報はユーザによって入力される情報である。

「プロセス」は、「工法ｂ」、「設備ｂ」、「条件ｂ」等の項目を有する。
「工法ｂ」には使用される工法に関する情報（工法名、工法ＩＤ等）が格納される。「設備ｂ」には、使用される設備名や、設備ＩＤ等が格納される。「条件ｂ」には、溶接条件に関する情報が格納される。「条件ｂ」に格納される情報は、例えば、レーザ出力、溶接速度、焦点位置等である。溶接速度は、溶接が行われている時におけるワークの移動速度又はレーザの移動速度である。焦点位置はレーザの焦点位置である。「プロセス」の各項目に入力される情報はユーザによって入力される情報である。なお、本実施形態では、「溶接条件」は、「条件ｂ」に含まれる条件を指し、「稼働条件」とは、「溶接条件」を含む、製品データ１３０に含まれる各条件を示すこととする。

「環境」は、「温度１」、「湿度１」、「風量１」等の項目を有する。
「温度１」には一連の工程が行われた時の気温が格納される。一連の工程が室外で行われれば、外気温が「温度１」に格納され、室内で行われれば室内温度が「温度１」に格納される。「湿度１」には一連の工程が行われた時の湿度が格納される。一連の工程が室外で行われれば「湿度１」には室外の湿度が格納され、室内で行われれば室内の湿度が「湿度１」に格納される。「風量１」は、一連の工程が室外で行われた時の風量を示している。一連の工程が室内で行われた時は、「風量１」には「０」が格納される。「環境」の各項目に入力される情報は、ユーザによって入力されもよいし、図示しない温度センサ、湿度センサ、風量センサから入力されてもよい。

「工程」は、「受け入れ」、「熱処理」、「洗浄」、「圧入」、「溶接」、「検査（品質）」等の項目を有する。これらの項目のうち、「受け入れ」には受入装置２１に関するデータが格納される。同様に、「熱処理」には熱処理装置２２に関するデータが格納され、「洗浄」には洗浄装置２３に関するデータが格納される。そして、「圧入」には圧入装置２４に関するデータが格納され、「溶接」には溶接装置２５に関するデータが格納され、「検査（品質）」には検査装置２６に関するデータが格納される。

「受け入れ」は、「材料ロッド２」、「成分２」、「寸法２」、「洗浄度２」、「硬さ２」等の項目を有する。
「材料ロッド２」には、受け入れられる材料ロッドのロッド番号等が格納される。「成分２」には、材料ロッドの成分に関する情報が格納される。この成分は、発光分光法等によって計測された炭素量や、硫黄の含有量等である。「寸法２」には、受け入れられる材料ロッドの寸法が格納される。この寸法はレーザ変位計等により所定の箇所について測定することで得られる。「洗浄度２」は、投入される材料ロッドが、どの程度洗浄されているか否かを示す情報が格納されている。「洗浄度２」は、具体的には、材料ロッド表面に付着している油分量によって表わされる情報であり、材料ロッドの表面に付着している油分量が少なければ少ないほど洗浄度が高い（よく洗浄されている）ことを示す。「洗浄度２」は、フーリエ変換赤外分光法等により、油分量が評価されることで得られる。「硬さ２」には投入される材料ロッドの硬さが格納される。この「硬さ２」は、ビッカース硬度計等によって計測された値が格納される。

「熱処理」は、「温度３」、「冷却速度３」、「雰囲気３」、「装置稼働３」、「作業者３」、「熱処理品質３」等の項目を有する。
「温度３」には、熱処理工程でワークに加えられる熱の温度が格納される。この「温度３」はサーモグラフィや、熱電対等が用いられることによって計測される。「冷却速度３」には、熱が加えられた後、冷却される工程における冷却の速度が格納される。この「冷却速度３」はサーモグラフィや、熱電対等によって計測された温度を基に品質管理装置１が計算する。「雰囲気３」には、例えば、熱処理における酸素濃度が格納される。この酸素濃度は、酸素濃度計等により計測される。「装置稼働３」には、熱処理装置２２が、いつＯＮして、いつＯＦＦとなったか、処理を行ったワークの数等の情報が格納される。「作業者３」には、熱処理装置２２を操作し、熱処理の作業を行った作業者の氏名、作業者ＩＤ等が作業者シフト等を基に格納される。「熱処理品質３」には、目視による外観検査の結果や、ビッカース硬度計によって計測された熱処理後のワークの硬さ等が格納される。

「洗浄」は、「溶液洗浄度４」、「油分量４」、「装置稼働４」、「作業者４」、「洗浄品質４」等の項目を有する。
「溶液洗浄度４」は、洗浄溶液の汚染量である。すなわち、ワークを洗浄する溶液の汚れ具合である。「溶液洗浄度４」は、具体的には、フーリエ変換赤外分光法によって計測される、ちなみに、洗浄溶液は、ある程度汚れるまで使いまわされる。「油分量４」は、洗浄前において、ワークに付着している油分量であり、例えば、フーリエ変換赤外分光法によって計測される。「装置稼働４」には、洗浄装置２３が、いつＯＮして、いつＯＦＦとなったか、処理を行ったワークの数等の情報が格納される。「作業者４」には、洗浄装置２３を操作し、洗浄処理の作業を行った作業者の氏名、作業者ＩＤ等が作業者シフト等を基に格納される。「洗浄品質４」は、洗浄後におけるワークの表面油分量である。例えば、フーリエ変換赤外分光法によってワークの表面油分量が計測されることにより、「洗浄品質４」が格納される。

「圧入」は、「荷重５」、「押込量５」、「油分量５」、「寸法５」、「装置稼働５」、「作業者５」、「圧入品質５」の項目を有する。
「荷重５」には、圧入工程でワークに加えられる力が格納される。「押込量５」には、荷重が加えられた結果、ワークがどのくらい押し込められたかを示す量が格納される。「油分量５」には、圧入工程が行われる前におけるワーク表面の油分量が格納される。例えば、フーリエ変換赤外分光法によって油分量が計測され、格納される。「寸法５」には、圧入処理後における２つのワークの寸法が格納される。「装置稼働５」には、圧入装置２４が、いつＯＮして、いつＯＦＦとなったか、処理を行ったワークの数等の情報が格納される。「作業者５」には、圧入装置２４を操作し、圧入処理の作業を行った作業者の氏名、作業者ＩＤ等が作業者シフト等を基に格納される。「圧入品質５」には、目視による圧入位置・押し込みの結果が格納される。具体的には、押込量等が「圧入品質５」に格納される。

「溶接」は、「寸法６」、「溶融池形状６」、「溶融池発光６」、「光学系６」、「油分量６」、「装置稼働６」、「作業者６」、「溶接品質６」の項目を有する。
「寸法６」には、溶接部のギャップ量等が格納される。「溶融池形状６」には、溶融池の長さが格納される。この溶融池の長さは、カメラの画像を基に計算されたり、変位計測レーザによって計測されたりするものである。ここで、溶融池の長さとは、例えば溶融池の中で、最も長い長さ等である。「溶融池発光６」には溶融池の発光強度（例えば、赤外光強度）が格納される。この発光強度は、フォトダイオード等により計測されるものでる。「光学系６」には、サーモグラフィ等で計測される保護ガラスの温度上昇値等が格納される。「油分量６」には、溶接工程が行われる前におけるワーク表面の油分量が格納される。「装置稼働６」には、溶接装置２５が、いつＯＮして、いつＯＦＦとなったか、処理を行ったワークの数等の情報が格納される。「作業者６」には、溶接装置２５を操作し、圧入処理の作業を行った作業者の氏名、作業者ＩＤ等が作業者シフト等を基に格納される。「溶接品質６」には、目視による外観観察と断面観察による内部欠陥の評価が格納される。

「検査（品質）」は、「性能７」、「目視７」、「形状７」、「装置稼働７」、「作業者７」の項目を有する。
「性能７」には、溶接の結果、複数のワークから生成される製品の引張強度や、レーザ測定による形状測定の結果が格納される。「目視７」には、目視による検査結果（良否判定の結果）等が格納される。「形状７」には、溶接後の製品の各寸法が格納される。この寸法は、レーザ変位計等で計測される。「装置稼働７」には、検査装置２６が、いつＯＮして、いつＯＦＦとなったか、処理を行った製品の数等の情報が格納される。「作業者７」には、検査装置２６を操作し、熱処理の作業を行った作業者の氏名、作業者ＩＤ等が作業者シフト等を基に格納される。

図４は、熱処理後硬さの確認に必要なデータを示す図である。
図４において、「有」で示される項目は熱処理後の硬さと相関を有するデータである。このような相関の有無は、寄与率等を基に予め計算される。図４における各項目は、図３における同名の項目に対応する。後記する図５及び図６も同様である。
なお、図４に示すように、熱処理後の硬さに影響する環境データ１３３は存在しなかった。そして、これらの項目について、確認用熱処理後硬さを重回帰直線によって計算すると、以下の式（１）のようになる。確認用熱処理後硬さとは、熱処理工程終了後にワークが所定の硬さとなっているか否かを確認するためのものである。

確認用熱処理後硬さ＝０．１４７×（材料ロッド２）＋１０．７５２×（成分２）＋３．５５８×（洗浄度２）＋０．８７７７×（硬さ２）＋０．００２５×（温度３）＋０．６７８×（冷却速度３）＋２０．５５７×（雰囲気３）＋１０７．５８９
・・・ （１）

各式の変数「材料ロッド２」、「成分２」、「洗浄度２」、「硬さ２」、「温度３」、「冷却速度３」、「雰囲気３」等は図３で説明しているので、ここでの説明を省略する。後記する、式（２）〜式（６）も同様に変数の説明を省略する。
熱処理工程では熱処理後の硬さが熱処理工程の品質となるが、規定値を満足せず、不良となることがある。第１実施形態では、式（１）によって、熱処理が行われた後におけるワークの硬さを推定することが可能である。
これにより、熱処理工程前のワークに対して、どのような稼働条件で熱処理すれば、所定の硬さが得られるかを事前に検討することができる。そして、この検討結果、熱処理工程の稼働条件に反映することができる。

このように、取得されるデータから得られる重回帰式を用いることで、所定の熱処理品質を得ることができる。

同様にして、予測用の熱処理後硬さ（予測用熱処理後硬さ）を、以下の式（２）で計算することができる。予測用の熱処理後硬さとは、熱処理が行われる前において、それまでに行われた工程において取得されたデータから熱処理後硬さを予測するものである。

予測用熱処理後硬さ＝０．１４７×（材料ロッド２）＋１０．７５２×（成分２）＋３．５５８×（洗浄度２）＋０．８７７７×（硬さ２）
・・・ （２）

図５は、溶込深さの確認に必要なデータを示す図である。
溶込深さは、溶接工程が終了した後における溶接部の溶込深さである。溶込深さは、溶接工程における溶接品質の指標となるものである。
図５に溶接品質である溶込深さと各データについて、相関分析を実施した結果を示す。
図５において、「有」で示される項目は、溶込深さと相関を有する項目である。これらの項目について、確認用溶込深さを重回帰式で表現すると、以下の式（３）のようになる。確認用溶込深さとは、溶接工程終了後にワークの溶け込みの深さが所定の深さになっているか否かを確認するためのものである。

確認用溶込深さ＝０．０６３５×（条件ｂ−レーザ出力）−０．２７５×（条件ｂ−溶接速度）−０．３６６×（条件ｂ−焦点位置）＋０．０００４７×（材料ロッド２）＋ ０．１５７×（成分２）＋０．００８７×（油分量４）＋０．０００１４×（洗浄品質４）＋０．０００１１×（油分量５）＋０．０００２×（作業者５）＋０．０５２×（圧入品質５） ＋１．２５×（寸法６） ＋０．７８９×（溶融池形状６） ＋０．１１４×（溶融池発光６） −０．０３４×（光学系６） ＋０．００７４×（油分量６） ＋０．０６３５×（装置稼働６） ＋０．０００８８×（作業者６） ＋ ０．０２５７
・・・ （３）

また、式（３）を用いることによって、溶接工程前のワークに対して、どのような稼働条件で溶接を行えば、所定の溶込深さが得られるかを事前に検討することができる。そして、この検討結果を、稼働条件に反映することができる。

同様にして、予測用の溶込深さ（予測用溶込深さ）を、以下の式（４）で計算することができる。予測用の溶込深さとは、溶接が行われる前において、それまでに行われた工程において取得されたデータから溶込深さを予測するものである。

予測用溶込深さ＝０．０６３５×（条件ｂ−レーザ出力）−０．２７５×（条件ｂ−溶接速度）−０．３６６×（条件ｂ−焦点位置）＋０．０００４７×（材料ロッド２）＋ ０．１５７×（成分２）＋０．００８７×（油分量４）＋０．０００１４×（洗浄品質４）＋０．０００１１×（油分量５）＋０．０００２×（作業者５）＋０．０５２×（圧入品質５）
・・・（４）

図６は、溶接不良であるブローホール発生確率の確認に必要なデータを示す図である。
ブローホール発生確率は、溶接工程が終了した後におけるブローホールの発生確率である。ブローホールの有無は、溶接品質である。
図６に溶接品質であるブローホール発生確率と各データについて、相関分析を実施した結果を示す。
図６において、「有」で示される項目は、ブローホール発生確率と相関を有する項目である。これらの項目について、確認用ブローホール発生確率を重回帰式で表現すると、以下の式（５）のようになる。確認用ブローホール発生確率とは、溶接工程終了後にワークのブローホールがどのくらいの率で発生するか否かを確認するためのものである。

確認用ブローホール発生確率＝０．０００１２×（条件ｂ−レーザ出力）＋０．０５２×（条件ｂ−速度）−０．１２７ ×（条件ｂ−焦点位置） ＋ １．５２３×（湿度１）＋ ７．５５６×（溶液洗浄度４）＋１５．２７４×（油分量４）＋０．０２５７×（作業者４）＋２０．７５３×（洗浄品質４）＋ １３．２２１×（油分量５）＋０．００３５×（作業者５）＋ ０．５７８×（溶融池発光６） ＋４．８８７×（油分量６） ＋０．００１４５×（作業者６）＋ ３．４７８
・・・（５）

このような確認用ブローホール発生確率の式（５）からブローホールの発生しやすさを評価することが可能である。また、この式（５）を使うことで、溶接工程前のワークについて、どのような稼働条件で溶接すれば、ブローホールの発生確率を下げられるかがわかる。

同様にして、予測用のブローホール発生確率（予測用ブローホール発生確率）を、以下の式（６）で計算することができる。予測用のブローホール発生確率とは、溶接が行われる前において、それまでに行われた工程において取得されたデータからブローホール発生確率を予測するものである。

予測用ブローホール発生確率（％）＝０．０００１２×（条件ｂ−レーザ出力）＋０．０５２×（条件ｂ−速度）−０．１２７ ×（条件ｂ−焦点位置） ＋ １．５２３×（湿度１）＋ ７．５５６×（溶液洗浄度４）＋１５．２７４×（油分量４）＋０．０２５７×（作業者４）＋２０．７５３×（洗浄品質４）＋ １３．２２１×（油分量５）＋０．００３５×（作業者５）
・・・（６）

また、式（６）は溶接工程中にも計算することが可能である。従って、品質管理装置１が、溶接工程中にブローホール発生確率を計算することで、稼働条件が調整されることも可能である。

（フローチャート）
図７は、第１実施形態で用いられる品質管理装置の処理手順を示すフローチャートである。適宜、図１、図２を参照する。
まず情報取得部１０１は、入力装置１４を介して設計データ１３１を取得する（Ｓ１０１）。このとき、環境データ１３３も取得される。
次に、受入処理後、熱処理が行われる前に、情報取得部１０１が受入装置２１からデータを取得する（Ｓ１０２）。ここで、情報取得部１０１は、図４〜図６で「有」が付与されている項目のデータのみを取得するようにしてもよい（ステップＳ１１１，Ｓ１２３，Ｓ１３１におけるデータ取得も同様）。ちなみに、ステップＳ１０２で取得されたデータは図３の工程データ１３２における「受け入れ」の項目に格納される。
そして、品質管理装置１は、熱処理後硬さ予測処理を行う（Ｓ１０３）。熱処理後硬さ予測処理については後記する。

次に、情報取得部１０１が熱処理装置２２からデータを取得する（Ｓ１１１）。ステップＳ１１１で取得されたデータは図３の工程データ１３２における「熱処理」の項目に格納される。
そして、判定部１０２が、熱処理装置２２から取得したデータのうち、熱処理後硬さ（熱処理工程の品質）について良否判定を行う（Ｓ１１２）。良否判定は、ステップＳ１１１で取得したデータと計算部１０３によって式（１）とを用いて算出された値が、過去において、式（１）から算出された確認用熱処理後硬さの値から所定値以上外れているか否かを判定する。所定値は、例えば、σだけ離れているか否かである。ここで、σは標準偏差の値である。

判定部１０２が、ステップＳ１１２の結果として「否」を出力した場合（Ｓ１１２→否）、すなわち、判定部１０２は外れ度が大きいか否かを判定する（Ｓ１２１）。外れ度とは、熱処理後硬さの実測値が、式（１）で示される確認用熱処理後硬さの相関式で示される値から、どの程度外れているかである。外れ度が大きいと判定されるのは、例えば、熱処理後硬さの実測値が、式（１）で示される確認用熱処理後硬さの相関式で示される値から２σ（σは標準偏差）以上外れている場合である。

判定部１０２が、ステップＳ１２１の結果として外れ度が大きいと出力した場合（Ｓ１２１→Ｙｅｓ）、表示処理部１０７はエラー表示を表示装置１５に行い（Ｓ１２２）、処理を終了する。このとき、原因特定部１０５が、図８のステップＳ２２１と同様の処理を行い、表示処理部１０７が図９に示される原因特定画面を表示してもよい。
判定部１０２が、ステップＳ１２１の結果として外れ度が小さいと出力した場合（Ｓ１２１→Ｎｏ）、情報取得部１０１は、洗浄工程及び圧入工程が終了するのを待って、洗浄装置２３及び圧入装置２４からデータを取得する（Ｓ１２３）。ステップＳ１２３で取得されたデータは図３の工程データ１３２における「洗浄」、「圧入」の各項目に格納される。
そして、品質管理装置１は、溶込深さ予測処理を行い（Ｓ１２４）、続いて、ブローホール発生確率予測処理を行う（Ｓ１２５）。溶込深さ予測処理及びブローホール発生確率予測処理については後記する。
そして、品質管理装置１は処理を終了する。

一方、判定部１０２が、ステップＳ１１２の結果として「良」と出力した場合（Ｓ１１２→良）、情報取得部１０１は、洗浄工程、圧入工程及び溶接工程が終了するのを待って、洗浄装置２３、圧入装置２４及び溶接装置２５からデータを取得する（Ｓ１３１）。ステップＳ１３１で取得されたデータは図３の工程データ１３２における「洗浄」、「圧入」、「溶接」の項目に各格納される。なお、ステップＳ１１２の結果として「良」が出力された場合、表示処理部１０７が、その旨を表示装置１５に表示してもよい。
そして、判定部１０２は、溶接装置２５から取得したデータのうち、溶込深さと、ブローホールの発生の有無（溶接工程の品質）について良否判定を行う（Ｓ１３２）。良否判定は、ステップＳ１３１で取得したデータと、計算部１０３によって式（３）とを用いて算出された値が、過去において、式（３）から算出された確認用溶込深さの値から所定値以上外れているか否かと、ブローホールが発生しているかを判定する。所定値は、例えば、σ（σは標準偏差）だけ離れているか否かである。
ここで、溶込深さが、式（３）で示される確認用溶込深さの相関式で示される値から所定値以上外れているか、又は、ブローホールが発生している場合、ステップＳ１３２で「否」と判定される。
溶込深さが、式（３）で示される確認用溶込深さの相関式で示される値から所定値外れおらず、かつ、ブローホールが発生していない場合、ステップＳ１３２で「良」と判定される。

判定部１０２が、ステップＳ１３２の結果として「否」と出力した場合（Ｓ１３２→否）、表示処理部１０７はエラー表示を表示装置１５に行い（Ｓ１３３）、品質管理装置１は処理を終了する。このとき、原因特定部１０５が、図８のステップＳ２２１と同様の処理を行い、表示処理部１０７が図９に示される原因特定画面を表示してもよい。
判定部１０２が、ステップＳ１３２の結果として「良」と出力した場合（Ｓ１３２→良）、品質管理装置１は処理を終了する。なお、ステップＳ１３２の結果として「良」が出力された場合、表示処理部１０７が、その旨を表示装置１５に表示してもよい。
なお、本実施形態では、検査装置２６からのデータは使用しない。

また、前記したように、ステップＳ１０２，Ｓ１１１，Ｓ１２３，Ｓ１３１では、図４〜図６において、「有」が付与されている項目に対応するデータのみが取得することができる。このようにすることで、取得するデータを少なくすることができ、記憶装置１３における記憶容量を小さくすることができる。

（予測処理）
図８は、本実施形態で用いられる予測処理の手順を示すフローチャートである。図８の処理は、図７のステップＳ１０３，Ｓ１２４，Ｓ１２５で用いられる処理である。
まず、計算部１０３は、予測値を計算する（Ｓ２０１）。予測値は、ステップＳ１０３であれば、式（２）で示される予測用熱処理後硬さであり、ステップＳ１２４であれば、式（４）で示される予測用溶込深さであり、ステップＳ１２５であれば、式（６）の予測用ブローホール発生確率である。このとき、ステップＳ１０２，Ｓ１２３で取得された各データが用いられる。

次に、判定部１０２は、計算したそれぞれの予測値を用いて良否判定を行う（Ｓ２０２）。良否判定は、ステップＳ２０１で計算された予測値が、過去の履歴から得られる実測値の平均値から所定値外れているか否かを判定する。すなわち、熱処理工程や、溶接工程で予測される品質について良否判定が行われる。所定値は、例えば、σ（σは標準偏差）だけ離れているか否かである。

ステップＳ２０２の結果、「良」と判定された場合（Ｓ２０２→良）、品質管理装置１は図７の処理へリターンする。
ステップＳ２０２の結果、「否」と判定された場合（Ｓ２０２→否）、判定部１０２は、以前において値の再設定が行われた（再設定済み）か否かを判定する（Ｓ２１１）。値の再設定は、ステップＳ２１４で後記する処理のことである。
ステップＳ２１１の結果、再設定が行われていない場合（Ｓ２１１→Ｎｏ）、再設定処理部１０４が、各稼働条件の値を探索する条件探索を行う（Ｓ２１２）。条件探索は、再設定処理部１０４が、使用した相関式の各稼働条件（変数）を変更し、予測値が適切な値となるようにする。ここで、所望の値とは、過去の履歴から得られる実測値の平均値等である。このような場合、稼働条件、特に溶接条件（図３の「条件ｂ」）が異なる値に設定されていることが考えられる。このような状態は、ある製品を溶接している状態から、別の製品の溶接に切り替えられる際によく生じる。

例えば、ブローホール発生確率の予測値が大きな値となってしまった場合、稼働条件として、レーザ出力、溶接速度、焦点位置といった溶接条件を調整することができる。しかし、これらの稼働条件を変化させると溶込深さも変化する。つまり、式（４）で示される予測用溶込深さの式と、式（６）の予測用ブローホール発生確率の式は、共通の変数が多いため、ブローホール発生確率を下げようとすると、溶込深さにも影響してしまう。従って、再設定処理部１０４は、予測用溶込深さの式で同時に評価することで、両方を成立させる稼働条件を探索可能である。つまり、再設定処理部１０４は、予測用ブローホール発生確率の式（６）と、予測用溶込深さの式（４）とで、釣り合いのとれる稼働条件を検索する。つまり、再設定処理部１０４は、各相関式において、稼働条件の値を変更する際、他の相関式における影響が最も小さい値を検索する。

このとき、再設定処理部１０４は、それぞれの稼働条件の値を微小変更して、微小変更した稼働条件を用いて式（４）及び式（６）を用いて、それぞれの予測値を計算する。そして、所望の値でなければ、再設定処理部１０４は、さらに、各稼働条件の値の変更を行い、溶込深さの予測値と、ブローホール発生確率の予測値との変化が最も小さい稼働条件の値を探索するという形式で行われる。このようにして、再設定処理部１０４は、ステップＳ２０２の良否判定の結果、不良（「否」）と判定された場合、不良と判定された品質の値が、適切な品質の値となるよう、前記稼働条件の値を変更する。

逆に、溶込深さの予測値が変わると、他の予測値、具体的には、ブローホール発生確率の予測値が変わってくる場合がある。例えば、「条件ｂ−レーザ出力」は、予測用ブローホール発生確率の相関式にも使用されているので、「条件ｂ−レーザ出力」を変えると、ブローホール発生確率の予測値も変わってくる。そのほかの、稼働条件も同じである。

なお、図３の製品データ１３０における各稼働条件のうち、自由に設定を変えられるのは溶接条件（「条件ｂ」）であるので、ここでは、溶接条件を変更することを前提としている。しかし、変更される条件は、溶接条件に限らず、設定変更可能な稼働条件があれば、その稼働条件の値を変更すればよい。
このようにすることで、工程品質を適切に保つことができるとともに、他の工程への影響を最小限に抑えることができる。

そして、判定部１０２は、ステップＳ２１２の結果、各予測値が所望の値内で収まるような稼働条件の組み合わせが見つかったか否か（成功したか否か）を判定する（Ｓ２１３）。
ステップＳ２１３の結果、各予測値が所望の値内で収まるような稼働条件の組み合わせが見つかった（成功した）場合（Ｓ２１３→Ｙｅｓ）、再設定処理部１０４は探索された稼働条件の値を再設定する（Ｓ２１４）。
ステップＳ２１３の結果、各予測値が所望の値内で収まるような稼働条件の組み合わせが見つからなかった（失敗した）場合（Ｓ２１３→Ｎｏ）、表示処理部１０７は「溶接不可」のエラー表示を表示装置１５に行い（Ｓ２１５）、処理を終了する。作業員は、原因を探る。

ステップＳ２１１の結果、再設定が行われている場合（Ｓ２１１→Ｙｅｓ）、原因特定部１０５がステップＳ２０２で「不良」と判定された原因を特定する（Ｓ２２１）。原因特定部１０５は、例えば、予測値の相関式を構成する要素について、過去の各値と比較し、過去の各値の平均値等から所定の距離だけ離れている要素を検出する。予測値の相関式を構成する要素とは、予測用熱処理硬さの予測式（式（２））であれば、「材料ロッド２」、「成分２」、「洗浄度２」、「硬さ２」である。
このようにして、原因特定部１０５は、稼働条件の値を変更したにもかかわらず、ステップＳ２０２の良否判定の結果、不良（「否」）と判定された場合、不良と判定された原因となる稼働条件を特定する。

そして、原因特定部１０５は、「不良」の原因が特定できたか否かを判定する（Ｓ２２２）。
ステップＳ２２２の結果、「不良」の原因が特定できた場合（Ｓ２２２→Ｙｅｓ）、表示処理部１０７は、原因特定画面を表示装置１５に表示する（Ｓ２２３）。

図９は、第１実施形態で用いられる原因特定画面の一例を示す図である。
図９に示される原因特定画面２００は、図８のステップＳ２２３で表示される処理で表示装置１５に表示される画面である。
原因特定画面２００は、不良情報表示領域２０１と、原因表示領域２０２とを有する。
不良情報表示領域２０１には、ステップＳ２０２で「不良」と判定された値に関する情報が表示される。図９の例では、「熱処理後硬さ予測値」に不良判定がなされていることが表示されている。
原因表示領域２０２には、ステップＳ２２１で特定された原因に関する情報が表示される。図９の例では、式（２）の「洗浄度２」の値が異常であるため、「洗浄度」を確認することを促す表示がなされている。
このようにすることで、ユーザはワークが「不良」と判定された際において、その原因を絞り込んで調査することができる。

図８の説明に戻る。
ステップＳ２２２の後、ユーザは、図９に示す原因特定画面２００に従って稼働条件の値を見直し、稼働条件の再設定を行う（Ｓ２２４）。

ステップＳ２２２の結果、原因が特定できない場合（Ｓ２２２→Ｎｏ）、表示処理部１０７は、表示装置１５にリスク表示画面を表示する（Ｓ２２５）。

また、相関式から得られる結果を基に稼働条件を調整しても不良を抑制できなかった場合（Ｓ２１１→Ｙｅｓ）、現状管理しているデータ以外のところが、原因となっている場合がある。
そこで、表示処理部１０７は、図３の製品データ１３０に格納されていない条件と、その条件に関するリスクと、を対応付けたリスク表示画面を表示装置１５に表示する（Ｓ２２５）。つまり、表示処理部１０７は、稼働条件の値を変更したにもかかわらず、ステップＳ２０２の良否判定の結果、不良（「否」）と判定された場合、リスク表示画面を表示装置１５に表示する。

図１０は、本実施形態で用いられるリスク表示画面の例である。
図１０に支援されるリスク表示画面３００では、ブローホールが発生した場合に表示されるリスク表示の例を示している。
例えば、ステップＳ２１４で溶接条件を調整したのにも関わらず、ブローホールが発生した場合、ブローホールは溶接工程で発生するものであるので、リスクデータのうち、溶接工程までのリスクデータが表示される。このようにすることで、現状、計測していない項目をリスト化し、関連リスクとともに表示することで、原因究明に役立てることが可能である。

なお、図１０で表示されるリスクのリストは、ユーザが予め設計データ１３１、環境データ１３３、工程データ１３２で計測されていないものをリストアップし、各々の項目にリスクを割り当てておいたのである。つまり、図１０で表示されるリスクのリストは、製品データ１３０の稼働条件に含まれていない条件のリストである。
図１０では、リストのうち、不良が発生したものに関連するもののみが表示される。例えば、図１０の例では、作成されていたリストのうち、ブローホールに関連するものが表示されている。どのような不良が発生したら、どの項目を表示させるかは、ユーザによって予め設定されている。
なお、リスク表示画面３００において、これまでに実際に発生した不良に関するリスクが表示されてもよい。
このようにすることで、製品データ１３０に格納されている稼働条件以外の要因で、ワーク品質の予測値が不良と判定されても、対処することが可能となる。

図８の説明に戻る。
ユーザは、ステップＳ２２５の後、図１０に示すリスク表示画面を参考して、各装置の値を点検する。

（相関係数計算処理）
図１１は、第１実施形態で用いられる相関係数設定処理の手順を示すフローチャートである。
図１１に示す処理は、オフライン、つまり、生産システム２０が停止している間に行われる処理である。また、図１１は、定期的に行われる処理である。
まず、情報取得部１０１は、これまで蓄積された設計データ１３１、工程データ１３２、環境データ１３３のすべてを取得する（Ｓ３０１）。
そして、計算部１０３は、ステップＳ３０１で取得したデータを用いて、重回帰分析を行う（Ｓ３０２）。この結果、式（１）〜式（６）の各係数が計算される。
そして、格納処理部１０６は、ステップＳ３０２で計算された各係数を記憶装置１３に格納する（Ｓ３０３）。
このようにして、相関式が更新される。

工程データ１３２は、逐次蓄積されていくため、図１１に示す処理を行うことで、相関式の精度を向上させることができる。なお、図１１に示す処理は、定期的に行われるのが望ましい。

第１実施形態によれば、熱処理後硬さや、溶込深さや、ブローホール発生確率に対する、各工程における稼働条件の値の相関を分析することで、稼働条件の値を、安定な値に調整することが可能である。これにより、長期的な視点から、製品の品質を安定させることができる。

つまり、第１実施形態によれば、式（１）〜（６）のように、各工程において得られたデータを用いて、重回帰分析を行って得られた回帰式を用いることで、所定の工程品質を得ているか否かを確認することができる。これにより、生産システム２０の品質を安定化させることができる。

また、製品システム２０における各装置２１〜２６から実際に取得された稼働条件の値が用いられることで、製品システム２０を稼働させつつ、品質の安定化を向上させることができる。

また、式（２）、式（４）、式（６）のように、熱処理工程及び溶接工程の品質を予測する相関式を用いることで、熱処理工程及び溶接工程の前に、その品質を予測することができ、前もって稼働条件を調整することが可能となる。

なお、図８のステップＳ２１２〜Ｓ２１５の処理を、ステップＳ１１２及びステップＳ１３２で「否」が判定された直後に行ってもよい。この場合、処理の対象となる相関式は、式（１）、式（３）、式（５）の確認用の各相関式となる。

［第２実施形態］
次に、図１２を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。
図１２は、第２実施形態で用いられる稼働条件変更処理の手順を示すフローチャートである。
図１２の処理は、オフライン、つまり、生産管理システム２０が稼働していない間に行われる処理である。そして、図１２のステップＳ４０１〜Ｓ４０４の処理は、図８のステップＳ２１２〜Ｓ２１５の処理と同様の処理であるので、それぞれの処理の説明をここでは省略する。
第２実施形態によれば、オフライン中の処理であるので、生産システム２０への影響を小さくすることができる。

なお、図１２で示す処理が行われる場合、図８のステップＳ２１２〜Ｓ２１５の処理は行われてもよいし、行われなくてもよい。
また、図１２のステップＳ４０１の処理の前に、熱処理後硬さや、溶込深さや、ブローホールの有無について実績値の履歴で外れ値があるか否かを判定し、外れ値がある場合、その外れ値が生じた値についてステップＳ４０１〜Ｓ４０４の処理が行われてもよい。

［第３実施形態］
第１実施形態及び第２実施形態では、生産システム２０が稼働している時に得られるデータを基に処理が行われているが、図１３に示すように、生産システム２０を試験的に稼働（試験稼働）させた時に得られるデータが使用されてもよい。
図１３は、第３実施形態で用いられる品質管理装置１の処理手順を示すフローチャートである。
図１３では、図７のステップＳ１０２，Ｓ１１１，Ｓ１２３，Ｓ１３１において取得されるデータが、試験データとなっている（Ｓ１０２ａ，Ｓ１１１ａ，Ｓ１２３ａ，Ｓ１３１ａ）。
つまり、第１実施形態では、実際に生産システム２０が稼働している時のデータを基に処理を行っているのに対し、第３実施形態では、生産システム２０の試験を行っている時のデータ（試験データ）を基に処理が行われる。
その他の処理は、第１実施形態と同様の処理であるので、ここでの説明を省略する。

第３実施形態によれば、生産システム２０の稼働開始時において、この生産システム２０の稼働条件を、すでに安定化させることができる。
試験データに限らず、過去の文献等に記載のデータが試験値の代わりに入力されてもよい。

またデータの種類や計測方法については、各実施形態で記載した例に限らない。また生産システム２０の各工程についても本実施形態に記載した例に限らない。また、本実施形態では各相関式を重回帰分析により生成しているが、これに限らない。

本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を有するものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、本実施形態では記載していないが、品質管理装置１が、取得したデータの前処理や、データベース化、統計処理機能を有していてもよい。このようにすることで、取得したデータデータベースとして活用できることからトレーサビリティの強化にも役立てることができる。例えば、製品データ１３０を製品ＩＤと結び付けて保管しておくことで、製品出荷後におけるトレーサビリティを行うことができる。

また、前記した各構成、機能、各部１００〜１０７、記憶装置１３等は、それらの一部又はすべてを、例えば集積回路で設計すること等によりハードウェアで実現してもよい。また、図２に示すように、前記した各構成、機能等は、ＣＰＵ１２等のプロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、ＨＤに格納すること以外に、メモリや、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、又は、ＩＣ（Integrated Circuit）カードや、ＳＤ（Secure Digital）カード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の記録媒体に格納することができる。
また、各実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんどすべての構成が相互に接続されていると考えてよい。

１ 品質管理装置
１３ 記憶装置
１４ 入力装置
１５ 表示装置（表示部）
１６ 通信装置（入力部）
２０ 生産システム
１００ 処理部
１０１ 情報取得部
１０２ 判定部
１０３ 計算部（相関式更新部）
１０４ 再設定処理部（条件変更部）
１０５ 原因特定部
１０６ 格納処理部
１０７ 表示処理部（出力部）
１３０ 製品データ
１３１ 設計データ
１３２ 工程データ
１３３ 環境データ

Claims (12)

1. 製品を生産するための各装置の稼働条件が入力される入力部と、
   予め設定されている相関式に、前記稼働条件の値を代入し、前記相関式から導出される値を計算する計算部と、
   前記計算部で計算された結果を基に、前記製品を生産するための装置における工程の品質について良否判定を行った結果を出力する出力部と、
   を有することを特徴とする品質管理装置。
2. 前記良否判定の結果、不良と判定された場合、前記不良と判定された品質の値が、適切な品質の値となるよう、前記稼働条件の値を変更する条件変更部
   を有することを特徴とする請求項１に記載の品質管理装置。
3. 前記条件変更部は、
   各相関式において、前記稼働条件の値を変更する際、他の相関式における影響が最も小さい値を検索する
   ことを特徴とする請求項２に記載の品質管理装置。
4. 前記稼働条件に含まれていない条件のリストが記憶装置に格納されており、
   前記稼働条件の値を変更したにもかかわらず、前記良否判定の結果、不良と判定された場合に、前記リストを表示部に表示する表示処理部
   を有することを特徴とする請求項２に記載の品質管理装置。
5. 前記稼働条件の値を変更したにもかかわらず、前記良否判定の結果、不良と判定された場合に、前記不良と判定された原因となる前記稼働条件を特定する原因特定部と、
   前記原因特定部が、特定した原因を表示部に表示する表示処理部と、
   を有することを特徴とする請求項２に記載の品質管理装置。
6. 前記稼働条件の値は、前記各装置から取得された値を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の品質管理装置。
7. 前記稼働条件の値は、前記各装置の試験稼働において得られる情報である
   ことを特徴とする請求項１に記載の品質管理装置。
8. 新たに取得された前記値を基に、前記相関式を更新する相関式更新部
   を有することを特徴とする請求項１に記載の品質管理装置。
9. 前記入力部は、前記相関式で用いられる前記稼働条件の値を入力する
   ことを特徴とする請求項１に記載の品質管理装置。
10. 前記製品を生産するための各装置が稼働していない間に、前記良否判定の結果、不良と判定された値が、適切な値となるよう、前記稼働条件の値を変更する条件変更部
    を有することを特徴とする請求項１に記載の品質管理装置。
11. 前記相関式は、該相関式に該当する工程の前の工程における前記稼働条件の値を用いて、前記相関式に該当する工程の品質を予測するものである
    ことを特徴とする請求項１に記載の品質管理装置。
12. 製品を生産する工程における生産物の品質を管理する品質管理装置が、
    前記製品を生産するための各装置の稼働条件が、入力部を介して入力され、
    予め設定されている相関式に、前記稼働条件の値を代入し、
    前記相関式から導出される値を計算し、
    前記計算の結果を基に、前記製品を生産するための装置における工程の品質について良否判定を行った結果を出力する
    ことを特徴とする品質管理方法。

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